DE4000657A1 - Leitrad - Google Patents
LeitradInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
- F04D29/448—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps bladed diffusers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Leitrad gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
Leiträder dienen in Kreiselpumpen zur Umwandlung von
kinetischer Energie in Druckenergie. Hauptsächlich bei
Gliederpumpen finden Leiträder Anwendung und sind häufig mit
zylindrischen Leitschaufeln versehen. Gewöhnlich weisen diese
im Eintrittsbereich eine konstante Schaufeldicke mit
Abrundungsradien am Leitschaufelanfang auf. Das Leitschaufelende
kann mit einer unterschiedlichen Gestaltung versehen
sein.
Im Teillastbetrieb der Kreiselpumpe müssen Leitschaufeln große
Druckschwankungen aufnehmen. Insbesondere, wenn eine Schaufel
des Laufrades an einer Schaufel des Leitrades vorbeiläuft,
entstehen große Druckschwankungen an der konkav geformten
Seite der Leitradschaufel, auch als Saugseite bekannt. Dies
führt zu Schwingungen; als Folge davon kann es in ungünstigen
Fällen zu Ermüdungsbrüchen der Leitschaufeln und der
Laufschaufel kommen. Diese Druckschwankungen führen im
gleichen Maße zu Reaktionskräften auf die Schaufelenden des
Laufrades und damit zu Druckschwankungen innerhalb der
Schaufelkanäle. Die Deckscheiben des Laufrades werden dadurch
dynamisch belastet, obwohl der Druck im Radseitenraum nahezu
konstant bleibt. Dies wiederum kann zu Deckscheibenbrüchen
führen. Nachteilig bei dieser Erscheinung ist auch die sich in
ungünstigen Fällen einstellende Kavitation, welche zu
zerstörerischen Materialangriffen am Leitrad führt; und
ebenfalls die starke Schallerregung infolge der oben
beschriebenen Druckschwankungen an der Leitradsaugseite.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Leiträdern die
während eines Teillastbetriebes auftretenden Belastungen zu
vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung, die in ihrer Ausformung
einer saugseitigen Verdickung der Leitschaufelanfänge
entspricht, werden die stationären Unterdrücke verringert.
Aufgrund dieser nur im Anfangsbereich der Leitschaufeln
erfolgenden Druckverringerung wird gleichzeitig die Wechselwirkung
mit den vorbeistreichenden Schaufelenden des Laufrades
verringert. Zur Erfüllung seiner Funktion bleibt die Gesamtumlenkung
des Leitrades erhalten und es erfolgt nur die
geometrische Änderung am Leitschaufeleintritt. In den Unteransprüchen
sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung
dagestellt und aus ihnen geht hervor, daß die Veränderung der
Leitschaufelform im Bereich der Leitradschluckweite ihr Ende
hat. Spätestens ab dieser Stelle erfolgt keine Beeinflussung
der für den Auslegepunkt berechneten Leitschaufeln mehr. Die
Schluckweite stellt hierbei denjenigen Querschnitt des
Leitrades dar, welcher den Eintrittsquerschnitt eines von zwei
Leitschaufeln begrenzten Leitkanals bildet.
An einem praktischen Ausführungsbeispiel ist die Erfindung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Hierzu
zeigt die
Fig. 1 ein praktisch ausgeführtes Beispiel und die
Fig. 2 enthält weitere Angaben zur Gestaltung einer derartigen
Leitradschaufel.
Die Fig. 1 zeigt in gestrichelter Darstellung ein Laufrad (1)
einer Kreiselpumpe, dem ein Leitschaufeln (2) aufweisendes
Leitrad nachgeordnet ist. Die in dem Beispiel gezeigte und für
einen Auslegepunkt berechnete Leitschaufel (2) stellt der
Einfachheit halber eine Kreisbogenschaufel konstanter Dicke
dar. Deren Druckseite ist mit (D) und deren Saugseite mit (S)
bezeichnet. Im Bereich des Leitradeintrittes ist die nach der
üblichen Methode ausgelegte Saugseite (S) der Schaufel (2) in
gestrichelter Form dargestellt. Zur Verringerung der
stationären Unterdrücke am Leitschaufelanfang und damit der
Druckbelastung ist erfindungsgemäß im Anfangsbereich der
Schaufel (2) auf der Saugseite eine konvexe Kontur (P)
angebracht. Diese Kontur bewirkt in jedem Fall an den Anfängen
der Leitschaufeln eine Verdickung. Um den Wirkungsgrad des
Leitrades nicht zu beeinflussen, ist die konvexe Kontur (P)
nur im Eintrittsbereich vorhanden und durch einen Übergangsbereich
(Ü) ein strömungsgünstiger Übergang auf eine
berechnete Schaufeldicke (SD) gewährleistet. Der
Übergangsbereich endet auf jeden Fall vor der sogenannten
Leitradschluckweite (SW), die den Eintrittsquerschnitt in die
Leitradkanäle (6) definiert. Der berechnete Optimalpunkt des
Leitrades bleibt somit erhalten.
Die konvexe Kontur (P) beginnt an der Anströmkante (3) der
Leitschaufel (2) und geht nach einem Wendepunkt (4) in eine
gerade oder gering konkav gekrümmte Übergangsstrecke (Ü) über,
welche spätestens am Punkt (5), dem Ort der Schluckweite (SW),
endet.
Die konvexe Kontur (P) der Leitschaufel ist so gestaltet, daß
das aus dem Laufrad (1) austretende Fördermedium von der
Anströmkante (3), welche dem Staupunkt der Auslegemenge
entspricht, zunächst nach innen gelenkt und anschließend
entlang einer weit geschwungenen Kurve in den Leitradkanal (6)
geführt wird. Da bei einem Teillastbetrieb der Pumpe eine
flachere Anströmung der Leitschaufel erfolgt, wandert der
Staupunkt auch nur wenig um den Punk der Anströmkante (3)
herum. Somit ist also in einem weiten Anströmbereich eine
sanfte Umlenkung des Fördermediums gewährleistet. Als Folge
hiervon werden Unterdruckspitzen vermieden und somit die
Belastung von Leitradschaufel und auch dem vorbeiströmenden
Laufrad erheblich minimiert.
Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung, wie die konkave
Kontur (P) zu gestalten ist. Durch die Berechnung der
Schaufeln des Leitrades sind die Punkte der Anströmkante (3)
sowie die Punkte (5), dem Ort der Schluckweite des Leitrades,
bekannt. Somit ist auch der Verlauf der Saugseite (S) nach dem
Punkt (5), der Verlauf der Druckseite (D) und der
Mittelpunktlinie (ML) der Schaufel bekannt. Der Wendepunkt
(4) bildet den Übergang zwischen dem konkaven Bereich (P) und
der Übergangsstrecke (Ü). Der Wendepunkt ergibt sich in diesem
Ausführungsbeispiel als Schnittpunkt zwischen dem Radius (r₁)
und einem Nullpunktstrahl mit einem Winkel von ungefähr
0,4 αsw, ausgehend vom Punkt (3) bzw. Punkt (M₀). Die
Übergangsstrecke (Ü) bildet hier ein konkav ausgeformter
Radius (r₄), welcher durch die Punkte (4, 5) gelegt ist. Daß
in diesem Beispiel im Punkt (5) ein nicht tangentialer
Anschluß an die Leitschaufel erfolgt, hat keine negativen
Auswirkungen. Dagegen wird im Wendepunkt (4) tangential ein
Kreisbogen mit dem Radius (r₄) mit entgegengesetzter Krümmung
angetragen und bildet somit die konkave Kontur (P). Dieser
Kreisbogen mit seinem Mittelpunkt (M₆₄) schneidet einen
Nullpunktstrahl bei 0,1 αsw und ergibt einen Punkt (7).
Auch im Punkt (7) erfolgt ein tangentialer Übergang in einen
durch die Anströmkante (3) verlaufenden Kreisbogen (r₂) mit
einem Mittelpunkt (M₃₆).
Insgesamt ergeben sich durch diese erfindungsgemäße Gestaltung
folgende Vorteile: Die Belastung der Leitschaufeln sowie der
Laufschaufeln als auch der Laufradddeckscheiben wird erheblich
reduziert. Zudem ergibt sich dadurch eine verringerte Druckschwingung
und infolge dessen eine geringere Schallentwicklung.
Es entstehen auch keine Kavitationsblasen mehr an
der Saugseite des Leitschaufeleintrittes. Der Verlauf der
Kennlinie wird stabiler.
Claims (8)
1. Leitrad für Kreiselpumpen radialer und halbaxialer Bauart,
dadurch gekennzeichnet, daß die konkav ausgebildeten
Schaufelseiten (5) ausgehend von den Anströmkanten (3) mit
einer konvex gestalteten Kontur (P) versehen sind.
2. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
konvex gestaltete Kontur (P) bis zu einem Drittel der
Leitschaufellänge betragen kann.
3. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ausgehend von der Leitschaufel-Anströmkante (3) der
Krümmungsradius (r₂, r₄) der konvex gestalteten Kontur (P)
über die Leitschaufellänge betrachtet, zunehmend größer
wird.
4. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der konvex gestalteten Kontur (P) ein
Übergangsbereich (Ü) nachgeordnet ist.
5. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ab einem Wendepunkt (4) der konvex
gestalteten Kontur (P) ein geradliniger oder gering
gekrümmter konkaver Übergang (Ü) in die konkave
Leitschaufelseite (S) erfolgt.
6. Leitrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wendepunkt (4) in einem Bereich von 0,3 bis 0,6 des
Schaufel-Umschlingungswinkels (αsw) liegt und daß der
Schaufel-Umschlingungswinkel (αsw) von der Anströmkante
(3) bis zur Schluckweite (5) meßbar ist.
7. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die konvex gestaltete Kontur (P)
und/oder der Übergangsbereich (Ü) zwischen der
Leitschaufel-Anströmkante (3) und dem Ort der meßbaren
Leitrad-Schluckweite (SW) angeordnet ist.
8. Leitrad nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der im Anströmbereich der Leitschaufel (2)
befindliche Krümmungsradius (r₂) im Bereich zwischen 0,05
bis 0,2 mal Schaufel-Umschlingungswinkel (αsw) liegt.
Priority Applications (1)
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DE4000657A DE4000657C2 (de) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | Leitrad |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4000657A DE4000657C2 (de) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | Leitrad |
Publications (2)
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DE4000657C2 DE4000657C2 (de) | 1993-12-02 |
Family
ID=6397901
Family Applications (1)
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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8331 | Complete revocation |