DE4433066C2 - Halbaxiale Einlaufdüsen für Axialpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe axialer Bauart, mit einem vor einem Laufrad angeordneten Einlaufring, der einen Eintrittsdurchmesser aufweist, der kleiner als der Außendurchmesser des Laufrades ist.

Derartige Kreiselpumpen mit Axiallaufrädern oder Propellern dienen zur Förderung von großen Mengen bei der Überwindung von geringen Förderhöhen. Sie finden Verwendung im Bereich der Landentwässerung und Kühlung von großtechnischen Anlagen. Desweiteren werden sie auch als Umwälzpumpen im Bereich der Umwelt­ technik, beispielsweise in Klärwerken und dergleichen, eingesetzt.

Durch die DE 25 55 253 A1 ist eine axiale oder halbaxiale Kreiselpumpe bekannt, die im Einlaufbereich mit einem Einlaufteil und einem daran angeordneten erweiterten, kegelförmigen Zentrierungsring versehen ist. Der Zentrierungsring trägt einen Spalt­ ring, der an der Leitradwand angeflanscht ist und das Laufrad umgibt. Das als Ein­ laufring wirkende Einlaufteil dient zur Führung und Abstützung der Pumpe. Gleich­ zeitig bewirkt es eine halbaxiale Strömungsführung für ein nachgeordnetes Halb­ axialrad, wodurch die Strömung überwiegend axial auf die Laufschaufel-Eintritts­ kanten trifft.

Durch die DE 649 668 C sind verschiedene Leiteinrichtungen von Axialmaschinen bekannt, die vor oder hinter einem Laufrad angeordnet sind.

Da bei diesen Anwendungsfällen gewöhnlich das Fördermedium mit Verunreinigun­ gen versehen ist, tritt häufig das Problem auf, daß die Laufschaufeln der Axialrädern durch Faserstoffe belegt werden und damit die Förderleistung der Pumpe nachteilig beeinflußt wird.

Eine Lösung dieses Problems ist durch die DE 36 08 229 A1 bekannt, bei der durch eine besondere Ausbildung der Einlaufkante verhindert wird, daß sich faserige Beimengungen des Fördermediums an den Schaufelanströmkanten ablagern können. Derartige Laufräder, die auch bei drehzahlgeregelten Pumpen Anwendung finden, können jedoch in einigen sehr ungünstigen Betriebszuständen ebenfalls Ablagerungen an den Schaufeleintrittskanten aufweisen.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, für gattungsgemäße Kreiselpumpen eine Lösung zu finden, die eine Ablagerung von faserigen Beimengungen an Schaufeleintrittskanten vermeidet.

Die Lösung dieses Problems sieht vor, daß der Einlaufring eine Strömungsführung mit halbaxialer Anströmung der Laufschaufel-Anströmkanten des Laufrades aufweist. Mit dieser Lösung wird sichergestellt, daß an den axialen Laufrädern, auch als sogenannte Propeller bekannt, eine Ablagerung von faserigen Bestandteilen ausgeschlossen wird. Denn durch die halbaxiale Anströmung trifft das Fördermedium auf die Schaufeleintrittskanten mit einer Strömungskomponente auf, die gerade bei sehr niedrigen Umfangsgeschwindigkeiten eine die Faserstoffe ablösende Wirkung entfaltet. Die Umfangsgeschwindigkeiten können dabei im Bereich der Nabe bzw. beim Schaufelfuß bis in die Größenordnung von 6 m/s abgesenkt werden. Findet darüberhinaus in dem Laufrad eine Beschaufelung mit sogenannten fliehenden Eintrittskanten Verwendung, dann werden angelagerte Faserteile noch leichter in den äußeren Bereich der Eintrittskante hinausgeschoben und dort problemlos abgespült. Da auf größerem Schaufeldurchmesser auch die Umfangsgeschwindigkeit größer wird, unterstützt diese die abspülende Wirkung.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß der Öffnungsquerschnitt des Einlaufringes dem Eintrittsquerschnitt des Laufrades entspricht. Damit wird gewährleistet, daß eine drehzahlgeregelte Kreiselpumpe axialer Bauart auch im Bereich ihres Auslegepunktes keine Leistungsreduzierung aufweist. Eine Drosselung im Bereich der Eintrittsströmung wird somit verhindert. Der Eintrittsquerschnitt des Laufrades weist hierbei gewöhnlich die Form einer Kreisringfläche auf.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Einlaufdüse eine die Strömung zum Laufrad hin beschleunigende Formgebung auf. Diese Gestaltung kann in denjenigen Fällen Verwendung finden, bei denen der Fahrbereich der Axialpumpe zu sehr geringen Umfangsgeschwindigkeiten abgesenkt wird. Damit sollen Betriebspunkte erfüllt werden, bei denen die Pumpe mit sehr geringen Drehzahlen betrieben wird. Um für diese Fälle ebenfalls eine Ablagerung von Feststoffen zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Einlaufdüse so zu gestalten, daß sie eine die Strömung beschleunigende Wirkung aufweist und somit das Fördermedium mit höherer Geschwindigkeit auf das Laufrad auftrifft. Dort übt es infolge der halbaxialen Strömungskomponente seine reinigende Wirkung aus.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß im Einlaufring ein eine Laufradnabe abdeckendes, bis zum kleinen Schaufeleintrittsdurchmesser ragendes strömungsführendes Element angeordnet ist. Diese Lösung optimiert die Strömungsführung und konzentriert alles einströmende Wasser direkt und halbaxial auf die Schaufeleintrittskanten. Und eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht hierzu vor, daß das strömungsführende Element von Leitschaufeln und/oder vom Laufrad gehalten wird. Das strömungsführende Element ist also je nach dem Ort seiner Halterung so ausgebildet, daß es mit seinem größten Durchmesser nicht über den kleinsten Durchmesser der Schaufeleintrittskanten hinausragt. Somit kann das Fördermedium zielgerichtet auf die Schaufeleintrittskanten geleitet werden und dort ihre spülende Wirkung im Hinblick auf sich ablagernde Faseranteile ausüben.

Dazu sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die im Einlaufring angeordneten Leitschaufeln bis vor die Laufradeintrittskanten geführt sind. Mit Hilfe der Winkelstellung der Leitschaufelaustrittskanten kann ebenfalls eine Beeinflussung der auf die Schaufel auftreffenden Strömung erzeugt werden. Je nach Austrittswinkel der Leitschaufeln kann die Strömung dem Laufrad ohne Vordrall, mit einem Gleichdrall oder mit einem Gegendrall zuströmen. Dabei ist jedoch die Auswirkung auf den Auslegepunkt der Kreiselpumpe zu beachten. Eine Beeinflussung mit Hilfe eines Dralls wäre daher für den jeweiligen Einzelfall als separate Anpassung vorsehbar. Es kann damit erreicht werden, daß der sogenannte Staupunkt, das ist der Punkt, an dem die aus dem Leitrad austretende Strömung auf das Schaufelprofil des Laufrades auftrifft, an einer Stelle liegt, die ein Abgleiten von faserigen Beimengungen entlang der Schaufelseite zuverlässig bewirken. Die Fasern haben dadurch keine Möglichkeit mehr, sich auf der Schaufeleintrittskante anzuhäufen.

Jedoch muß immer berücksichtigt werden, daß derartige Maßnahmen im Einklang mit den jeweiligen Leistungsdaten der Kreiselpumpe stehen.

Und nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden die Leitschaufelaustrittskanten und die Laufradeintrittskanten zwischen sich eine oder mehrere Schneidkanten aus. Durch ein Überdrehen der Schaufelanströmkanten bzw. der Leitschaufelaustrittskanten können diese beiden Schaufelarten sehr dicht aneinander herangeführt werden und gegebenenfalls bei evtl. noch anhaftenden Fasern eine abschneidende bzw. abscherende Wirkung ausüben. Der Spalt zwischen den beiden Schaufeltypen kann dabei in der Größenordnung zwischen 0,5-2 mm liegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 einen Einlaufring mit Leitrippen und die

Fig. 2 einen Einlaufring ohne Leitrippen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine senkrecht angeordnete Kreiselpumpe axialer Bauart. Ein Laufrad 1, das auch unter dem Begriff Propeller bekannt ist, ist innerhalb eines Axialgehäuses 2 angeordnet und wird von einer Welle 3 angetrieben. Es ist auch möglich, das Laufrad direkt von einem nachgeordneten Unterwassermotor antreiben zu lassen. Dem Laufrad 1 ist ein Einlaufring 4 vorangestellt, dessen Eintrittsdurchmesser D_E kleiner als der Außendurchmesser des Gehäuses 2 ist. Im Ausführungsbeispiel reicht der Eintrittsdurchmesser D_E bis nahe dem Laufradinnendurchmesser D_Li heran. Größenordnungsmäßig liegt D_E im Bereich des Laufradinnendurchmessers D_Li, damit eine halbaxiale Laufradanströmung erreicht wird. Der Eintrittsquerschnitt entspricht dabei annähernd dem Eintrittsquerschnitt des Laufrades 1, der die Form einer Kreisringfläche aufweist. Innerhalb des Einlaufringes 4 wird die Strömung so geführt, daß sie in halbaxialer Richtung nach außen gerichtet ist. Auf die Eintrittskanten 5 der Laufschaufeln 6 trifft die Strömung mit einer nach außen gerichteten Komponente auf. Bei geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Laufrades, die gemessen am Laufschaufelinnendurchmesser D_Li als untere Grenze bis zu 6 m/s betragen können, wird durch die halbaxiale Anströmung der Eintrittskanten 5 eine Ablagerung von faserigen Bestandteilen des Fördermediums wirkungsvoll vermieden.

Ein innerhalb des Einlaufringes 4 befindliches strömungsführendes Element 7 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 durch stillstehende Leitschaufeln 8 direkt vor den Laufradschaufeln 6 gehalten. Es ist auch möglich, das strömungsführende Element 7 als rotierenden Teil der Laufradnabe 9 auszubilden. Die Leitschaufeln 8 können dann freistehend ausgebildet sein oder völlig entfallen. Diese Möglichkeit ist in Fig. 2 dargestellt, wonach das strömungsführende Element 7 mit dem Laufrad 1 rotiert und auf die Verwendung von Leitschaufeln verzichtet wurde.

Je nach dem Verlauf der Querschnittsflächen des Einlaufringes 4 kann damit auch eine die Strömung beschleunigende Wirkung erlangt werden. Mit Hilfe einer düsenartigen Ausbildung wäre dann eine schnellere Zuströmung zum Laufrad möglich.

Durch eine entsprechende Anpassung des Verlaufs der Leitschaufel- Austrittskanten 10 an den Verlauf der Laufschaufel-Eintrittskanten 5, beispielsweise durch ein einfaches Überdrehen, kann der dazwischen befindliche Spalt 11 sehr klein gehalten werden. Infolgedessen können die Kanten 5, 10 die Wirkung von Schneidkanten oder Abstreifkanten entwickeln, um eventuell an den Laufradeintrittskanten 5 sich ablagernde Fasern abzustreifen.

Claims (7)

1. Kreiselpumpe axialer Bauart, mit einem vor einem Laufrad angeordneten Einlaufring, der einen Eintrittsdurchmesser D_E aufweist, der kleiner als der Außendurchmesser des Laufrades ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufring (4) eine Strömungsführung mit halbaxialer Anströmung der Laufschaufel-Eintrittskanten (5) des Laufrades (1) aufweist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquerschnitt des Einlaufringes (4) dem Eintrittsquerschnitt des Laufrades (1) entspricht.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufring (4) eine die Strömung zum Laufrad (1) hin beschleunigende Formgebung aufweist.

4. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaufring (4) ein eine Laufradnabe (9) abdeckendes, bis zum kleinen Schaufeleintrittsdurchmesser D_Li ragendes strömungsführendes Element (7) angeordnet ist.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsführende Element (7) von Leitschaufeln (8) und/oder vom Laufrad (1) gehalten ist.

6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Einlaufring (4) angeordneten Leitschaufeln (8) bis vor die Laufradeintrittskanten (5) geführt sind.

7. Kreiselpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Leitschaufelaustrittskanten (10) und Laufradeintrittskanten (5) zwischen sich eine oder mehrere Schneidkanten ausbilden.