DE3843428C2 - Kreiselpumpenlaufrad geringer spezifischer Drehzahl - Google Patents
Kreiselpumpenlaufrad geringer spezifischer DrehzahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruches.
Aus der GB-PS 575 346 sowie der DE-PS 12 49 693 sind
einteilige Laufräder für Kreiselpumpen bekannt, welche im
Gebiet kleinster spezifischer Drehzahl arbeiten. Diese
Laufräder weisen das Merkmal auf, daß die eigentlichen
Schaufelkanäle durch spanabhebende Werkzeuge erstellt werden,
einen geradlinigen Verlauf aufweisen und über ihre gesamte
Länge über einen konstanten kreisförmigen Querschnitt
verfügen. Gegenüber den bekannten, einen sich diffusorförmig
erweiternden Schaufelkanal aufweisenden Laufrädern weisen sie
den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit auf, verfügen aber
über den Nachteil eines schlechten hydraulischen
Wirkungsgrades.
Eine andere Lösung ist durch die SU-PS 620 674 bekannt. Diese
zeigt ein sogenanntes offenes Laufrad, bei dem der
Schaufelkanal über seine gesamte Länge geöffnet bleibt. Sie
stellt insofern eine Besonderheit dar, als daß es sich hier
bei den Schaufelkanälen um geöffnete, mit einem Längsschlitz
versehene, gebohrte Laufradkanäle handelt. Diese Lösung weist
im Bereich des Druckstutzens eine gegenüber den
Schaufelkanälen sehr starke Verengung des Austrittsbereiches
auf, wodurch hohe Druckverluste entstehen. Der hydraulische
Wirkungsgrad ist dadurch erheblich verschlechtert. Weiterhin
ergibt sich durch das offene Rad ein höherer Axialschub zur
Saugseite hin.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Kreiselpumpenlaufrad für kleine Fördermengen und große
Förderhöhen eine Steigerung der Druckziffer sowie eine
Wirkungsgradverbesserung vorzusehen. Die Lösung dieser
Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Hauptanspruches.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung wird gegenüber
herkömmlichen Kreiselpumpenlaufrädern mit geschlossenen
Deckscheiben eine gravierende Steigerung der laufradtypischen
Druckziffer erreicht. Infolge der im Laufradaustrittsbereich
offen ausgebildeten Schaufelkanäle existiert ein
Impulsaustausch zwischen der Flüssigkeit im Strömungskanal
und der im Radseitenraum befindlichen Flüssigkeit. Dies
bedingt einen Energiezuwachs, dessen Folge eine Vergrößerung
der Förderhöhe sowie eine Erhöhung der Druckziffer ist. Im
Gegensatz zu den Seitenkanalpumpen erfolgt hier eine
deutliche Wirkungsgradverbesserung, da die bei
Seitenkanalpumpen typischen Verlustformen nicht mehr
auftreten können.
Durch die in den Ansprüchen 2 bis 5 beschriebenen
Ausgestaltungen erfolgt ein schräges Anschneiden der
jeweiligen Schaufelkanäle. Dies ermöglicht die verschiedenen
Neigungsvariationen von Laufraddeckscheibe und/oder
Schaufelkanälen. Dadurch ergibt sich eine allmähliche Öffnung
der Schaufelkanäle, aufgrund derer eine günstige
Beeinflussung der innerhalb der Schaufelkanäle strömenden
Flüssigkeit möglich ist. Hierzu sieht eine weitere im
Anspruch 6 beschriebene Ausgestaltung der Erfindung vor, daß
der in Achsrichtung meßbare Abstand zwischen
Laufraddeckscheibe und gegenüberliegender Gehäusewand
maximal der Differenz zwischen einer am Laufradeintritt durch
nach außen erfolgender Verlängerung der Schaufelkanalwand am
Laufradaußendurchmesser ermittelbaren Schaufelkanalbreite und
einer am Laufradaustritt in Achsrichtung meßbarer
Schaufelkanalbreite entspricht. Die in den Ansprüchen 7 und 8
beschriebenen Ausgestaltungen haben die Form der
Schaufelkanalöffnungen zum Gegenstand. Diese Formen
ermöglichen eine störungsfreie Beeinflussung der innerhalb
der Schaufelkanäle befindlichen Strömungen. Mit der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergeben sich relativ stabile
Kennlinien bei ebenfalls gutem Saugverhalten. Als weiterer
Vorteil kommt hinzu, daß mit der erfindungsgemäßen
Laufradgestaltung auf den üblicherweise bei Kreiselpumpen
rädern vorherrschenden Saugmund bzw. dort angebrachten
Drosselspalten verzichtet werden kann. Je nach Art der
Herstellung der Schaufelkanäle, sei es nun durch
spanabhebende Bearbeitung oder entsprechende gießtechnische
Ausbildung, können diese Laufräder auch bei einem
Förderbereich bis 15 m3/h (n = 2900 U/min) Anwendung finden.
Mit der im Anspruch 9 beschriebenen Ausgestaltung der sich
von ihrem Beginn an zum Laufradaußendurchmesser hin stetig
erweiternden Öffnungen der Schaufelkanäle wird ein weich
einsetzender und zum Austritt hin langsam zunehmender
Impulsaustausch ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen die
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Laufrades, die
Fig. 2 eine Vorderansicht, die
Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 2 und die
Fig. 4 einen Ausschnitt von dem Austrittsbereich des
Laufrades.
Das in Fig. 1 gezeigte Laufrad (1) weist eine Saugöffnung (2)
auf, durch welche auch die Befestigungsmittel für die
Verbindung mit einer - hier nicht dargestellten - Pumpenwelle
eingebracht werden. Die saugseitige Laufraddeckscheibe (3)
ist hier glattflächig ausgebildet und weist eine Neigung auf,
welche im Bereich des Laufradaußendurchmessers (4) die
Schaufelkanäle (5) schräg anschneidet. Bei dem hier gewählten
Beispiel erstrecken sich die Schaufelkanäle (5) von der
Laufradmitte radial nach außen. Die hier gewählte Form der
Laufradkanäle (5) weist einen kreisförmigen Querschnitt auf;
es sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar. So
können die Schaufelkanäle (5) beispielsweise durch von außen
in das Laufrad eingebrachte Bohrungen hergestellt werden. Es
ist aber auch möglich, durch entsprechende Gießtechniken die
Schaufelkanalformen zu erstellen. Desweiteren besteht die
Möglichkeit, das Laufrad in einer die Drehachse schneidenden
Ebene zu teilen und mittels spanabhebender Bearbeitung in die
beiden Teilhälften die Schaufelkanalformen einzuarbeiten und
anschließend die beiden Hälften zu einem einheitlichen Ganzen
zusammenzufügen. Die hier gezeigten Schaufelkanalbohrungen
(5) können ebenso gut auch in tangentialer Richtung
verlaufen. Im Bereich des Laufradaußendurchmessers (4)
verfügt jeder Schaufelkanal über eine sich nach außen
erweiternde Öffnung (6). Desweiteren ist am Außendurchmesser
die dort direkt meßbare Schaufelkanalbreite (b)
eingezeichnet. Hierbei handelt es sich um die durch den
schrägen Abschnitt verkleinerte Schaufelkanalbreite. Die
ermittelbare Schaufelkanalbreite (b*), welche der
unbeeinflußten Schaufelkanalbreite entspricht, ergibt sich,
indem diejenige Schaufelkanalwand, welche der die Öffnung (6)
aufweisenden Deckscheibe am nächsten liegt, durch die Öffnung
(6) nach außen hin verlängert wird. Wie die Fig. 4 zeigt,
bildet der Schnittpunkt (z) dieser Verlängerung (x) mit der
zylindrischen Ebene (y) des Laufradaußendurchmessers einen
Grenzwert, während die diesem gegenüberliegende
Schaufelkanalwand eine andere, die ermittelbare
Schaufelkanalbreite (b*) einschließende Begrenzung bildet.
In der Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Laufrades (1)
gezeigt, der entnehmbar ist, wie die Schaufelkanäle innerhalb
des Laufrades verlaufen. Entsprechend der gewählten Anzahl
der Schaufelkanäle ergibt sich im Eintrittsbereich des
Laufrades eine Überschneidung, erkennbar auch in Fig. 1,
wodurch die Fördermenge des Laufrades beeinflußt werden kann.
Bei einer geringen Anzahl von Schaufelkanälen und kleinen
Schaufelkanalquerschnitten sowie einem geeigneten Laufrad
eintrittsdurchmesser, ist ein Laufrad herstellbar, dessen
Schaufelkanäle (5) sich im Eintrittsbereich nicht über
schneiden. Das hier beispielhaft gezeigte Laufrad (1) weist
bei gegebenem Außendurchmeser (4) eine Anzahl und Form von
Schaufelkanälen (5) auf, die bei dem hier gezeigten Laufrad
eintritt (2) eine Überschneidung der Schaufelkanäle im
Eintritt zur Folge hat.
Je mehr Kanäle über den Umfang verteilt angeordnet sind, auf
desto größerem Durchmesser liegen dann die eigentlichen
Eintrittskanten der jeweiligen Schaufelkanäle. Durch
entsprechende Variation der den Laufradeintritt bildenden
Saugöffnung (2) kann ebenfalls die Fördermenge beeinflußt
werden.
Die Öffnungen (6) weisen hierbei eine Weite (w) auf, welche
kleiner als die maximale Weite der Schaufelkanäle (5)
ausgebildet ist. Durch entsprechende Neigung der Schaufel
kanäle oder der Deckscheibe läßt sich die Größe der Weite (w)
beeinflussen.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, welches einem Schnitt
von III-III von Fig. 2 entspricht, ist der Verlauf der
geneigt angeordneten Schaufelkanäle (5) sowie die Neigung der
Laufraddeckscheiben (3, 7) erkennbar. Die Schaufelkanäle
sowie die Laufraddeckscheiben verlaufen in dem hier gewählten
Beispiel geneigt gegenüber senkrecht auf der Drehachse (8)
stehenden Ebenen (11, 12). Dabei ist im jeweiligen Wechsel
der eine Schaufelkanal zur saugseitigen Deckscheibe (3) und
der daneben verlaufende Schaufelkanal zur druckseitigen
Deckscheibe (7) geneigt. Durch eine entsprechende Auswahl der
Neigungswinkel der Schaufelkanäle und/oder der Deckscheiben
neigungswinkel ergibt sich ein Anschnitt der Schaufelkanäle
im Laufradaustrittsbereich. Somit ist in einfacher Weise eine
Gestaltung der eigentlichen Schaufelkanalöffnung (6) möglich
bzw. deren in Fig. 2 gezeigte Weite (w) möglich. In der
rechten Bildhälfte ist weiterhin dargestellt, daß dem Laufrad
auf der Saugseite die Gehäusewand (9) und auf der Druckseite
die Gehäusewand (10) gegenüberliegen. Diese weisen hier zwar
einen parallelen Verlauf zur jeweiligen Laufraddeckscheibe
auf, dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Es sind
auch unterschiedliche Neigungen denkbar.
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß im Bereich der Öffnungen
(6) zwischen Laufraddeckscheibe (3) und saugseitiger
Gehäusewand (9) ein Abstand (s) besteht, der kleiner ist als
die Differenz (d) der am Laufradaußendurchmeser (4) meßbaren
Schaufelkanalbreite (b) und der ermittelbaren Schaufelkanal
breite (b*). Für eine zuverlässige Wirkung der Öffnungen (6)
darf der Abstand (s) maximal der Differenz (d) entsprechen.
Ein größerer Wert würde nicht den notwendigen Effekt
hervorbringen. Der in dem Ausführungsbeispiel verwendete
Abstand (s) ist hier kleiner als die gezeigte Differenz (d).
Entsprechend dem gewählten Abstand (s) ist in einfacher Weise
eine Beeinflussung der Pumpenkennlinie möglich.
Der Wert (b*) ist ermittelbar, indem die mit der Öffnung (6)
versehene und dem Gehäuse nächstgelegene Schaufelkanalwand
nach außen in Richtung Laufradaußendurchmesser (4) verlängert
wird. Ausgehend von dem Schnittpunkt (z) zwischen
Verlängerung (x) und der zylindrischen Ebene (y) des
Laufradaußendurchmessers wird in den Schaufelkanal hinein die
Schaufelkanalbreite (b*) ermittelt. Dies kann sowohl für die
Saug- als auch für die Druckseite des Laufrades gelten.
Hierbei wird der Abstand (s) immer für eine Laufradseite
ermittelt, also saug- oder druckseitig. Entsprechend den
jeweiligen Gegebenheiten können die Abstände (s) zwischen
saugseitiger Gehäusewand und Laufraddeckscheibe bzw. zwischen
druckseitiger Gehäusewand und Laufraddeckscheibe gleiche oder
unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Falls die geöffneten
Schaufelkanäle nur auf einer Laufradseite angebracht sind,
dann entspricht der Abstand (s) maximal der Differenz (d).
Bei einer beidseitigen Anbringung der geöffneten Schaufel
kanäle würde sich der Abstand (s) entsprechend den auf der
jeweiligen Laufradseite vorherrschenden Abmessungen
orientieren.
Claims (9)
1. Kreiselpumpenlaufrad radialer Bauart und kleiner
spezifischer Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaufelkanäle (5) im Austrittsbereich des
Kreiselpumpenlaufrades (1) zum Radseitenraum gerichtete,
die Schaufelkanäle (5) seitlich anschneidende Öffnungen
(6) aufweisen, wobei die in radialer Richtung gemessene
Länge der Öffnungen (6) gleich oder kleiner einer halben
Schaufelkanallänge ist.
2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) einen
konstanten Querschnitt aufweisen.
3. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) senkrecht zur
Drehachse (8) verlaufen und die im Winkel dazu geneigt
verlaufende Oberfläche der Laufraddeckscheibe (3, 7) die
Schaufelkanäle (5) im Austrittsbereich des Laufrades (1)
schräg schneidet.
4. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) gegenüber
einer radialen Laufradebene geneigt verlaufen und die
Laufraddeckscheibenoberfläche die Schaufelkanäle (5) im
Austrittsbereich des Laufrades (1) schräg schneidet.
5. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) und die
Oberfläche der Laufraddeckscheibe (3, 7) zueinander
geneigt verlaufen.
6. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der in Achsrichtung meßbare Abstand
(s) zwischen Laufraddeckscheibe (3, 7) und
gegenüberliegender Gehäusewand (9, 10) maximal der
Differenz (d) zwischen einer am Laufradeintritt durch
nach außen erfolgender Verlängerung der Schaufelkanalwand
am Laufradaußendurchmesser (4) ermittelbaren
Schaufelkanalbreite (b*) und einer am Laufradaustritt in
Achsrichtung meßbarer Schaufelkanalbreite (b) entspricht.
7. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die im Austrittsbereich des Laufrades
(1) in den Laufraddeckscheiben (3, 7) angebrachten
Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) eine sich zum
Außendurchmesser hin erweiternde Form aufweisen.
8. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die sich in radialer Richtung
verbreiternden Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) eine
größte Weite (w) aufweisen, welche maximal der
Schaufelkanalweite entspricht.
9. Kreiselpumpenlaufrad nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) von ihrem Beginn an
zum Laufradaußendurchmesser (4) hin stetig erweitern.
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