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Laufrad für Kreiselpumpen Es ist bekannt, die Radscheiben von radialen
Laufrädern für Kreiselpumpen kegelförmig auszubilden-, um durch die Verjüngung der
Laufradbreite vom Schaufeleintritt zum Austritt die Arbeitsströmung zu verbessern..
Diese Wirkung wird dadurch erzielt, daß der naturbedingten Verzögerung der Meridiangeschwindigkeit
cm durch Verkleinerung der Laufradbrei.te entgegengewirkt wird. Die hierdurch erreichte
Wirkung ist jedoch nicht vollkommen, da die Meridiangeschwindigkeit bekanntlich
bei gleicher Laufradbreite umgekehrt proportional zum Durchmesser nach außen hin
kleiner wird und dieser Einfflwß des Durchmessers durch eine Verringerung der Laufradbreite
nicht ausgeglichen, werden (kann. In der Nähe des Außenrandes des Laufrades treten
daher infolge @zu starker Verringerung der Meridianströmung an der Saugseite der
Schaufeln Ablösungswirbel auf, die die Druckhöhe des Laufrades in unerwünschter
Weise herabsetzen.
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Um. in den. Laufradkanälen eine geregelte Wasserführung zu erreichen,
ist es ferner bekannt, die Querschnitte der Schaufelkanäle senkrecht zum durchfließenden
Wasserstrahl rechteckig auszubilden, wobei. der Eintrittsquerschnitt geradlinig
in den Austrittsquerschnitt übergeht. Durch diese rechteckige Ausbildung der Kanalquerschnitte
und ihre geradlinige Zunahme sollen einerseits die Reibungsverluste infolge ungünstiger
Querschnittsformen auf ein Kleinstrnaß vermindert werden, andererseits soll hierdurch
eine vollkommene Druckumsetzung der Geschwindigkeit in den Laufradkanälen erreicht
werden.
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Bei einem solchen Laufrad kann nur die obere, druckseitige Begrenzung
des Laufradprofils als Rotationskörper ausgebildet werden, während dies
bei
der unteren. saugseitigen Wand nichtmehr möglich ist, da hierbei .gleiche Schaufelhöhen
in gleichen O_uerschnitten der Laufrad"kanäle sich befinden und nicht auf konzentrischen
Kreisen liegen, wie bei der sonst üblichen Ausführung der Laufräder. Eine Verminderung
oder Unterdrückung der Ablösungswirbel kann mit einem derartigen mit rechteckigen
Kanalquerschnitten ausgebildeten Laufrad nicht erreicht werden, da die diesen Schaufelkanälen
.äquivalente Düse auf dem äußeren Teil ihrer Länge .einen konstanten Öffnungswinkel
auf-. weist. Unter Öffnungswinkel ist hier der Erweiterungswinkel der äquivalenten
Düse verstanden, d. h. einer geraden Düse, deren Achse der abgewickelten., mittleren
Strombahn des Schaufelkanals entspricht und deren Kreisquerschnitte den Schaufelkanalquerschnitten
inhaltsgleich sind. Die Durchflußströmung dieser äquivalenten Düse, mithin auch
die Kanalströmung im Laufrad und-. die Meridionalströniung in demselben wird verringert,
so daß eine Randablösung an der Saugseite der .Schau:feln unvermeidlich ist.
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,Gemäß der Erfindung kann das Auftreten .der Ablösungswirbel dadurch
mit Sicherheit vermieden werden, daß das an beiden Seiten. mit Laufradwänden von.
rotationssymmetrischer Form versehene Laufrad etwa bis zur Mitte des Schaufelkanals
mit annähernd gleichbleibender Breite au-sgeführt ist und- die Kanalquerschnitte
im äußeren Bereich der an der Schaufelsaugseite auftretenden Ablösungswirbel durch
abnehmende Lau.fradbreite gleichbleiben oder kleiner werden. Hierbei ist von. der
geradlinigen Zunahme der Querschnitte sernkrecht zum durchfließenden Wasserstrali
entsprechend einem konstanten Öffnungswinkel der äquivalenten Düse wie bei der bekannten
Laufra.dausbildung bewußt abgewichen. Bei dem Laufrad gemäß der Erfindung bleibt
der Öffnungswinkel der äquivalenten Düse in der inneren Laufrad'hälfte auch bei
gleichbleibender Laufradbrei.te noch innerhalb der für die Randablösung in Betracht
kommenden Grenzen, so daß an der Schaufelsaugseite keine Ablösung .der Strömung
zu befürchten ist.
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In der äußeren Hälfte der .Schaufelkanäle 'kann infolge ihrer Grundriß'form
das Auftreten der erwähnten- Ablösungen. nicht verhindert werden, wenn. ihnen nicht
im Aufriß durch um so kräftigere Beschleunigung der Meridianströmung entgegengewirkt
wird.
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Während der Öffnungswinkel,in der äquivalenten Düse in Richtung. von
innen nach außen bei der üblichen Ausbildung der Laufräder annähernd -unverändert
bleibt, wird diese bei dem gemäß- der Erfindung ausgebildeten Laufrad zu Null oder
gar negativ, d. h, die äquivalente Düse- weist in dem, Gefahirenbereich * der Ablösungen
eine konstante =Geschwindigkeit oder gar Beschleunigung .der Strömung auf, so daß
den, gefährlichen Ablösungswirbeln wirksam entgegengetreten werden kann.
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Bei dem Laufrad gemäß der Erfindung werden also im Gegensatz zu den.
bekannten Laufradformen in der ersten ,Hälfte zunehmende Querschnitte und in, der
zweiten Hälfte konstant bleibende oder sogar abnehmende Kanalquerschnitte verwendet.
Die hierdurch erreichte Verringerung der Ablösungswirbel ermöglicht eine Verbesserung
des Laufradwirkungsgrades und damit eine Vergrößerung der Druckhöhe des Laufrades,
.da die allgemein durch Wirbelhild'ung bzw. Randablösung bedingten Verluste bei
der Druckumsetzung vermieden werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung .dargestellt,
und zwar .zeigt Fig. r den Längsschnitt und Fig. a den Querschnitt eines Pumpenlaufrades,
während in Fig. 3 das sich am Laufrada.ustritt ergebende Geschwindigkeitsdiagramm,
und in Fig. q. eine denn gezeichneten Schaufelkanal äquivalente Düse .dargestellt
sind.
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In. Fig. z ist die bekannte Laufradform mit gleichmäßig verjüngter
Laufradbreite entsprechend der gestrichelten Linie A-C dargestellt. Wie im Querschnitt
der Fig. 2 ersichtlich ist, kann die im Schaufelkanal herrschende Strömung etwa
bis zu dem strichpunktiert gezeichneten Kreis B noch als geordnete Strömung mit
zulässigem Erweiterungswinkel angesehen werden. In der äußeren Hälfte zwischen den
Stellen B und 'C erweitert sich. der Schaufelkanal infolge der gleichmäßigen Verjüngung
der Laufradbreite so weit, @daß die Strömung durch die an der Schaufelsaugseite
auftretenden Ablösungswirbel gestört wird. Infolge dieser gefährlichen Ablösungswirbel
tritt,die relative Schaufelströmung unter einen Winkel y aus dem. Laufrad aus. Nach
dem Geschwindigkeitsdiagramm gemäß Fig. 3 ergibt sich am Laufradaustritt, an dein
infolge -des .gleichen Austrittsquerschnittes in: allen Vergleichsfällen die gleiche
M.eridiangeschw'indigkeit 'herrscht, bei der Umfangsgeschwindigkeit u und der Relativgeschwindigkeit
w die Absolutgeschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung entsprechend der Strecke c-d.
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Die in Fig. q. dargestellte äquivalente Düse, deren kreisförmiger
Querschnitt dem. Querschnitt -des Schaufelkanals entspricht, hat bei der bekannten
Laufradform A-C einen Öffnungswinkel 99, der über die ganze Laufradbreite konstant
bleibt. Bei der Laufradform gemäß der Erfindung ist dieser Winkel im inneren Bereich
A-B größer als .bei -der bekannten Laufradform A-C, ohne d'aß ,er jedoch die für
das Auftreten der Ablösungen gefghrliche Größe erreicht. Im äußeren Bereich B-C
nimmt dieser Winkel dagegen einen geringem negativen Wert an, durch'den eine entsprechend
beschleunigte oder ,nahezu konstante Düsenströmung ermöglicht wird. Diese hat eine
bessere Anlage der relativen Schaufelströmung an der Sch@aufelsaugseite zur Folge
und ergibt einen größeren Austrittswinkel ß, wobei .die mittlere Flutbahn etwa der
Linie f entspricht.
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Das Geschwindigkeitsdiagramm in Fig. 3 zeigt, daß bei gleichbleibender
Umfangsgeschwind-igkeit u bzw. gleicher Meridiangeschwindigkeitc"= am Laufradaustritt
bei dem gemäß der Erfindung entsprechend dehn Linienzug A-B-C ausgeführten Laufrad
die Absolutgeschwindigkeit entsprechend
der Strecke b-d eine größere
Arbeitskomponente aufweist, (als sie bei der bekannten Laufrardform entsprechend
der Strecke c-d erreicht wird. Theoretisch würde sich ohne Ablösungswirbel an der
Schaufelseite für die relative .Schaufelströmung ein Austrittswinkel a ergeben,
der nach dem Geschwindigkeitsdiagramm in der Fig.3 für die Absolutgeschwindigkeit
eine Größe entsprechend ider Strecke a-d ergeben. würde. Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung des Laufrades kommt man also nahe an die theoretisch. erreichbaren Bestwerte.
Während bei, der bekannten Ausbildung des Lalufriades mit gleichmäßiger Verengung
entsprechend der Form A-C der Durchtrittsquerschnitt vom Eintritt zum Austritt im
Aufriß ,gleichmäßig verändert wird, bleibt der Aufriiß des Querschnittes bei der
vorgeschlagenen Latufradform im Bereich A-B unverändert und wird dafür um so stärker
in dem äußeren Bereich B-C verändert, wodurch die starke Verzögerung der Relativgeschwindigkeit
im G efahrenbereich der Ablösungswirbel vermindert wird und damit die Strömung sich
nach der ,Saugseite der Schaufeln länger anschließt. Hierdurch wird die Umfangskomponente,
d. h. die Arbeitskomponente der Absolutgeschwindigkeitgrößer gehalten, was auch
eine Vergrößerung der vom Laufrad erzeugten. Druckhöhe und gleichzeitig eine Verbesserung
des Laufradwirkungsgrade@s infolge geringerer Ablösungswirbel zur Folge hat.