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Kreiselmaschine mit treppenartigen Mehrstufenlaufrädern Die Erfindung
. betrifft eine Kreiselmaschine zum Fördern von gasförmigen oder flüssigen Mitteln,
welche eine allen vorkommenden Drücken entsprechende Anzahl axial folgender Mehrstufenlaufräder
aufweist, wobei die Durchmesser der einzelnen Stufen eines Mehrstufenlaufrades treppenartig
abgestimmt sind.
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Der Zweck der Erfindung ist, eine Kreiselinaschine zu schaffen, welche
die derartigen Maschinen anhaftenden verschiedenen Mängel und Unvollkommenheiten
beseitigt oder vermindert, Bei vielstufigen Kreiselmaschinen bedingt bekanntlich
die hohe Stufenzahl der unmittelbar auf der Welle axial nebeneinanderliegenden Laufräder
eine entsprechend lange und dadurch aus schwingungstechnischen Gründen auch entsprechend
starke, die Laufradeintrittsverhältnisse verschlechternde Welle oder aber eine Unterteilung
in zwei oder auch mehrere mit Stopfbüchs- oder Lagerschwierigkeiten behafteten Maschinen.
Dies gilt besonders für die Kreiselmaschinen mit einfachen sowie Stufenlaufrädern,
während diejenigen mit mehrfachen Stufenlaufrädern schon eine gewisse Verkürzung
der Welle ergeben. Letztere zeigen indessen verwickelte Kanalführungen, da das Fördermittel
in jedem einzelnen Laufrade zuerst in die äußere und dann durch Rückführung in die
innere Stufe gelangt. Dies bedeutet, daß die Zuführungsöffnungen zum Eintrittsstutzen
bzw. zum Laufradeintrittsmund sowie die Auslaßöffnungen zum Austrittsstutzen alle
die der Stufenzahl entsprechende Anzahl kückführungskanäle durchdringen müssen.
Da für jede Stufe ein besonderer Rückführungskanal nötig ist und alle Kanäle durch
Zwischenwände voneinander getrennt sein müssen, erfordert diese Anordnung noch eine
große Baulänge und schwere Bauweise.
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Vielstufige Kreiselmaschinen haben daher den Nachteil einer mißlichen
Erscheinung der kritischen Drehzahl, nämlich die auftretenden Schwierigkeiten der
zwangsläufigen Verwendung verhältnismäßig starker Wellen, die für die Laufradeintrittsöftnungen
wenig Platz lassen und das Verhältnis von Laufradaußendurchmesser zum Laufradeintrittsdurchmesser
ungünstig beeinflussen. - In der Regel werden deshalb eingehäusige Kreiselmaschinen
nur zastufig gebaut, was aber bedingt, daß man zur Erreichung des höchsten Druckes
bis an die Grenze der höchstzulässigen Umfangsgeschwindigkeit herangeht. Die hieraus
resultierenden großen Außendurchmesser der Laufräder beeinflussen ihrerseits ' wieder
den Wirkungsgrad ungünstig. Außerdem verbieten die mit einer eingehäusigen Kreiselmaschine
zu erreichenden Drücke die Wahl einer Beschaufelung, mit der eine nach Null hin
stetig ansteigende Charakteristik erreicht würde und die Anpaßfähigkeit an verschiedenen
Fördermengen aber doch nicht in zu engen Grenzen läge.
Bei vielen
Stufen aber, die in zwei bzw. mehreren Maschinen untergebracht sind und das Fördermittel
vom Druckstutzen der ersten in den Saugstutzen der zweiten geführt werden usw.,
hat man die Stopfbüchsen der zugeschalteten Maschinen immer gegen den Druck einer
entsprechend der Unterteilung gewählten Anzahl Laufräder enthaltenden ganzen Maschine
abzudichten; oder aber es treten bei Umgehung der Stopfbüchsenschwierigkeiten durch
Verwendung geschlossener Lager Lagerschwierigkeiten auf.
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Alle diese Schwierigkeiten werden, wie in folgendem beschrieben, durch
die neue Erfindung behoben.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch abgebildet.
Es zeigt Fig. i einen halbseitigen Längsschnitt nach B-B, Fig. 2 einen Querschnitt
nach A-A.
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Die mit i bezeichnete Welle, die in nicht eingezeichneten Lagern gelagert
ist, trägt die mit 2 und 5 bzw. 8 und i i bezeichneten aufgekeilten Laufräder. Über
diesen Laufrädern sitzen die Doppelleiträder 3 und g bzw. 6 und 12. 17 stellt einen
von den Doppelleiträdern eingeschlossenen Umlenkapparat dar. Dieser besitzt eine
entsprechende Anzahl voneinander getrennten Umlenkkanälen q. und i o. Laufräder,
- Leiträder und Umlenkapparat werden von einem Einsatzzylinder i8 eingeschlossen.
Der äußere Durchmesser dieses bildet die innere Begrenzung des Rückführungskanals
7. Der Einsatzzylinder selbst liegt in dem mit Füßen versehenen Gehäuse ig. Der
innere Durchmesser dieses bildet die äußere Begrenzung des Rückführungskanals 7.
An das Gehäuse ig sind der vordere Deckel 16 und der hintere Deckel 15 angeflanscht.
Beide sind mit wulstartigen, von Zu- bzw. Abflußstutzen unterbrochenen Ringräumen.
2o bzw. 14 versehen.
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Die auf der Welle z sitzenden Laufräder 2 und 8 bzw. 5 und i i werden
durch eine nicht eingezeichnete Antriebsmaschine in drehende Bewegung versetzt.
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Das Fördermittel tritt durch den Stutzen 16 ein, gelangt in den Ringraum
2o und wird dann in den Laufradeintrittsmund des Laufrades 2 umgelenkt. Das Fördermittel
verläßt dieses und gelangt in den Leitapparat 3. Axial durchbrechende Kanäle führen
es durch den Kanal q. des Umlenkapparates 17 in das Laufrad 5, um dann aus dem Leitrad
6 in den Kanal 7 und von hier in das Laufrad 8 zu gelangen. Das Laufrad 8 führt
das Fördermittel durch das Leitrad g in den Umlenkkanal i o, und es tritt dann in
das Laufrad ii ein. Von hier aus gelangt das Fördermittel in das Leitrad 12, um
von da axial durch den Kanal 13 in den Ringraum 14 zu kommen. Von da gelangt das
Fördermittel in den Stutzen 15, der an eine nicht eingezeichnete Rohrleitung angeschlossen
ist.
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Die Erfindung hat also ganz auffällige Vorteile. Das treppenartige
Mehrstufenlaufrad, das an sich schon eine geringe Baulänge besitzt, ermöglicht eine
Kanalführung, welche darüber -hinaus die Baulänge der ganzen Maschine klein hält.
Dadurch ist es ein leichtes, auch bei der - nach dem heutigen Stand der Technik
angewandten hohen Betriebsdrehzahl, die kritische Drehzahl über dieselbe hinauszulegen
bzw. die Wellen als über der kritischen Drehzahl laufende Laval-Wellen auszuführen
(z. B. bei den mit ganz hohen Drehzahlen laufenden Kreiselgasverdichtern).
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Der Wirkungsgrad wird sich durch folgende Momente sehr günstig gestalten.
So wird das Verhältnis von Laufradaußendurchmesser zum Laufradinnendurchmesser durch
die treppenartige Überhöhung der Durchmesser der einzelnen Stufen in den normalen
Grenzen liegen. Dann werden je zwei Stufen nur von drei Seitenwänden eingeschlossen,
wodurch die Seitenreibung gering gehalten wird. Der _Rückführungskanal, der vollkommen
bearbeitet werden kann, sowie die verhältnismäßig kleinen Umlenkkanäle werden die
Reibungsverluste ebenfalls vermindern. Auch der Spaltverlust wird durch die treppenartige
Überhöhung der Durchmesser der äußefen Stufen verhältnismäßig klein sein, denn auf
der rechten Seite der Radwand der äußeren Stufe kann eine weitere Schleiffläche
angebracht werden.. Durch Verwendung vieler Stufen, was ohne weiteres möglich ist,
die alle in einem einzigen Gehäuse liegen, kann die Betriebsdrehzahl und somit die
spezifische Drehzahl verhältnismäßig klein sein. Auch diese Maßnahmen beeinflussen
den Wirkungsgrad günstig.
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Allgemein ist noch zu erwähnen, daß man z. B. bei Hochdruckkreiselpumpen
bekanntlich eine nach Null hin stetig ansteigende Charakteristik anstrebt. Dies
-wird unter Berücksichtigung anderer Umstände vor allem durch die Wahl von flachen
Austrittswinkeln und Stoßverluste vermeidenden verschränkten (räumlich gekrümmten),
mit entsprechenden Eintrittswinkeln versehenen Schaufeln erreicht. Die bisherige
Ausführung der Kreiselpumpe verbietet aber die Wahl dieser Maßnahmen, weil sonst
die O-H-Linie zu rasch abfallen würde und die Anpaßfähigkeit an verschiedene Fördermengen
in zu engen Grenzen läge. Nach der Erfindung können aber, da genügend Stufen in
einem einzigen Gehäuse (viele Stufen in mehreren Gehäusen unterzubringen, verbieten
die Stopfbüchs-bzw. die Lagerschwierigkeiten) untergebracht werden können, für deren
innere Stufen größere,
die O-H-Linie vom 'Nullpunkt aus weiter nach
rechts liegende Austrittswinkel gewählt werden, während die äußeren Stufen die den
labilen Ast aufhebenden räumlich gekrümmten Schaufeln mit flachen Austrittswinkeln
erhalten können.
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Häufig wird das Fördermittel, in diesem Falle Wasser, nach Durchlaufen
einiger Stufen in einem Vorwärmer auf höhere Temperaturen gebracht und, nachdem
es dadurch eine Volumenzunahme erfahren hat, in die Laufräder zurückgeführt. Die
dadurch bedingte größere Breite der Laufräder vergrößert aber auch die Baulänge
der Kreiselmaschinen nach der bisherigen Ausführung; außerdem können aber bei der
Montage der verschiedenen LaufräderVerwechslungen vorkommen. Bei der Erfindung dagegen
können die inneren Stufen schmälere und die äußeren Stufen eines Laufrades breite
Austritte aufweisen.
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Bei Anwendung der Erfindung im Bergbau ist die Verwendung von Doppelsätzen
unnötig. Durch die geringe Baulänge sind nur kleine Maschinenstuben nötig, zumal
bei der Verwendung von Doppelsätzen mit gleicher Drehrichtung auch zwei Antriebsmaschinen
erforderlich sind.