EP0269903B1 - Einlaufgehäuse für Strömungsmaschinen - Google Patents

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EP0269903B1
EP0269903B1 EP87116286A EP87116286A EP0269903B1 EP 0269903 B1 EP0269903 B1 EP 0269903B1 EP 87116286 A EP87116286 A EP 87116286A EP 87116286 A EP87116286 A EP 87116286A EP 0269903 B1 EP0269903 B1 EP 0269903B1
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EP
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wall element
inlet housing
band
opening
connection port
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EP87116286A
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EP0269903A3 (en
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Gerd Heinz Bauer
Armin Görisch
Herbert Hartmüller
Gerhard Meyer
Alexander Nicklas
Detlef Prokasky
Jürgen Schill
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KSB AG
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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
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4273—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps suction eyes
    • 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
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05B2240/121—Baffles or ribs

Definitions

  • the invention relates to an inlet housing according to the preamble of the main claim.
  • the fluid supplied to the turbomachine is deflected by approximately 90 °, in order then to flow into an impeller of a first stage through a suction opening penetrated by a shaft.
  • a flow which is very uneven forms in the inlet cross section of the impeller and before the actual blading As a result, cavitation can occur in fluid-flow machines, which can damage or destroy the blade tips of the first impeller.
  • a multi-stage centrifugal pump is known from DE-B-21 58 518, which shows different inlet housings in FIGS. 6 and 7.
  • U-shaped or crescent-shaped wall surfaces are incorporated into the housing opposite the mouth of the connecting piece.
  • Three or four bores branch off from the mouth of the connecting piece, which open directly into the annular space and thus bring about an inflow extending over almost the entire width of the annular space.
  • swirls form within the annular space, which produce the known disadvantageous effects in the following impellers.
  • the vortex arranged on the bottom of the U-shaped wall elements facing the shaft creates two vortex braids. Due to the flow, these are drawn into the impeller and cause cavitation damage there.
  • the object of the invention is to develop an inlet housing for fluid-flow machines, to which the pumped medium flows almost radially to the shaft axis, which ensures a cavitation-reducing inflow for the downstream impeller with little complex production. This object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.
  • the band-shaped wall element can be, for example, a correspondingly dimensioned metal strip which can be given its shape in the simplest way, which ensures an optimal flow distribution between the mouth of the connecting piece and the inlet cross section of the downstream impeller within the inlet housing.
  • An embodiment of the invention provides that the band-shaped wall element is connected to a housing wall of a first stage, that it forms the outer wall of the inlet housing and that an end plate which is tightly attached to the band-shaped wall element closes the inlet housing.
  • the band-shaped wall element can simultaneously form the outer wall of the inlet housing.
  • the connecting piece is then attached in the tapered part of the oval surface and a correspondingly designed end plate, which can be provided with bearings for the shaft, forms a tight seal for the inlet housing.
  • a further embodiment of the invention provides that the ends of the band-shaped wall element arranged in the area of the connecting piece mouth enclose an angle which is open to the shaft and is equal to or greater than 10 °. This measure ensures that the medium emerging from the mouth of the connecting piece is supplied to the suction opening almost without turbulence.
  • a further embodiment of the invention provides that the band-shaped wall element wrapping around the suction opening is provided with one or more radii of curvature, the center or centers of which are arranged concentrically or eccentrically to the shaft axis, with an eccentric center position there being an offset in the direction of the connecting piece. This measure allows good flow guidance in the area which is exactly opposite the junction of the connecting piece and is covered by the shaft.
  • a further embodiment of the invention provides in this connection that the radius of curvature of the band-shaped wall element in the area of the suction opening is made 1.2 to 1.8 times larger than the radius of the suction opening. Experiments have shown that with such a ratio of the radii the most favorable inflow conditions and thus conditions preventing cavitation are present.
  • the axial extent of the band-shaped wall element is designed to be equal to or larger than the mouth of the connecting piece.
  • the oval-shaped surface enveloped by the wall element thus has a height which corresponds approximately to the diameter of the connecting piece. It is easily possible to expand the confluence of the connection piece in the direction of the shaft in a streamlined manner. In this way, detachments forming swirls are prevented in the area of the junction opening.
  • the design according to the invention likewise requires simple manufacture, according to which the flow-guiding band-shaped wall element is arranged within an annular space surrounding the suction opening.
  • the flow-guiding band-shaped wall element is arranged within an annular space surrounding the suction opening.
  • Another measure which serves to optimize the inflow provides that the suction opening and / or the band-shaped wall element located in the region of the suction opening is provided with flow-guiding means.
  • This can be flow-optimized shaped inlet rings which ensure a swirl-free deflection in the area of the wheel inlet.
  • an open inlet housing (1) is shown using the example of a centrifugal pump, in the interior of which a wall element (2) is arranged. It is designed in the form of a band, its ends (3, 4) being arranged on both sides of the mouth (5) of the connecting piece (6) and completely wrapping around the suction opening (7) through which the medium to be conveyed flows to an impeller downstream of the inlet housing.
  • the wall element (2) closes an oval-shaped one that becomes larger towards the suction opening (7) Area.
  • a flow guide plate (8) arranged between the mouth (5) and the suction opening (7) ensures good flow guidance.
  • the radius of curvature (R2) of the wall element is larger than the radius (R1) of the suction opening and in this example is arranged offset eccentrically in the direction of the connecting piece (6) relative to the center of the suction opening.
  • the wall element (2) is arranged within an easily producible annular space (9) and by known means, e.g. Welding, screwing and the like, fixed within the same. Starting from the junction (5), the wall element (2) has an opening angle ( ⁇ ) which ensures a constant flow.
  • the inlet housing (1) has a flange ring (10) which serves as an abutment for the screws holding the centrifugal pump together.
  • Fig. 2 shows an assembled inlet housing (2) on a multi-stage centrifugal pump (11).
  • a shaft (12) is passed through the inlet housing and supported in a bearing (13).
  • the medium flowing in through the connecting piece (6) reaches the actual space with the oval-shaped base area, which is enveloped by the wall element (2).
  • the direct arrangement of the ends of the wall element in the region of the junction (5) creates a safe flow.
  • the flow follows the wall surfaces of the wall element and reaches the suction opening (7) with an impeller located behind it. As a result of the flow guidance avoiding turbulence, very good inflow conditions result for a downstream impeller.
  • FIG. 3 an embodiment is shown using the example of a single-stage pump, in which the wall element (2) simultaneously represents a medium-tight outer wall of the Eirlaufgephaseuses.
  • the wall element (2) enveloping the oval-shaped surface is welded to the pump housing and closed by a cover (14) having a corresponding outer contour.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Einlaufgehäuse gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • In derartigen Einlaufgehäusen wird das der Strömungsmaschine zugeführte Fluid um ungefähr 90° umgelenkt, um dann durch eine von einer Welle durchdrungene Ansaugöffnung in ein Laufrad einer ersten Stufe einzuströmen. Infolge der Strömungsumlenkung bildet sich in dem Eintrittsquerschnitt des Laufrades und vor der eigentlichen Beschaufelung eine Strömung aus, die sehr ungleichmäßig ist. Als Folge davon kann bei mit Flüssigkeiten beaufschlagten Strömungsmaschinen Kavitation auftreten, welche die Schaufelanfänge des ersten Laufrades beschädigen oder zerstören kann.
  • Aus der DE-B-21 58 518 ist eine mehrstufige Kreiselpumpe bekannt, welche in den Fig. 6 und 7 verschiedene Einlaufgehäuse zeigt. In einen der Ansaugöffnung des jeweiligen Laufrades vorgeschalteten Ringraum sind gegenüber der Einmündung des Anschlußstutzens U-förmige oder halbmondförmige Wandflächen in das Gehäuse eingearbeitet. Von der Einmündung des Anschlußstutzens zweigen drei bzw. vier Bohrungen ab, welche direkt in den Ringraum einmünden und somit eine sich über nahezu die gesamte Breite des Ringraumes erstreckende Zuströmung bewirken. Infolge der vielen Zuströmöffnungen bilden sich innerhalb des Ringraumes Verwirbelungen aus, welche die bekannten nachteiligen Wirkungen in den folgenden Laufrädern erzeugen. Zusätzlich entstehen durch die am Boden der U-förmigen Wandelemente angeordnete, zur Welle weisende Rippe zwei Wirbelzöpfe. Aufgrund der Strömung werden diese in das Laufrad hineingezogen und verursachen dort Kavitationsschäden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde für Strömungsmaschinen, denen das Fördermedium nahezu radial zur Wellenachse zuströmt, ein Einlaufgehäuse zu entwickeln, welches bei wenig aufwendiger Herstellung für das nachgeordnete Laufrad eine Kavitation verringernde Zuströmung gewährleistet. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
  • Bei dem bandförmigen Wandelement kann es sich beispielsweise um einen entsprechend dimensionierten Metallstreifen handeln, dem in einfachster Weise seine Form gegeben werden kann, welche innerhalb des Einlaufgehäuses eine optimale Strömungsverteilung zwischen der Einmündung des Anschlußstutzens und dem Eintrittsquerschnitt des nachgeordneten Laufrades sicherstellt.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das bandförmige Wandelement mit einer Gehäusewand einer ersten Stufe verbunden ist, daß es die Außenwand des Einlaufgehäuses bildet und daß eine am bandförmigen Wandelement dicht angebrachte Abschlußplatte das Einlaufgehäuse verschließt. Mittels dieser Maßnahme kann das bandförmige Wandelement gleichzeitig die Außenwand des Einlaufgehäuses bilden. Der Anschlußstutzen wird dann im sich verjüngenden Teil der ovalförmigen Fläche angebracht und eine entsprechend gestaltete Abschlußplatte, welche mit Lagerungen für die Welle versehen sein kann, bildet einen dichten Abschluß für das Einlaufgehäuse.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die im Bereich der Anschlußstutzen-Einmündung angeordneten Enden des bandförmigen Wandelementes einen zur Welle hin offenen Winkel einschließen, der gleich oder größer 10° ist. Mittels dieser Maßnahme wird sichergestellt, daß das aus der Einmündung des Anschlußstutzens austretende Medium nahezu verwirbelungsfrei der Ansaugöffnung zugeführt wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das die Ansaugöffnung umschlingende bandförmige Wandelement mit einem oder mehreren Krümmungsradien versehen ist, dessen oder deren Mittelpunkte konzentrisch oder exzentrisch zur Wellenachse angeordnet sind, wobei bei exzentrischer Mittelpunktslage ein Versatz in Richtung Anschlußstutzen besteht. Diese Maßnahme erlaubt eine gute Strömungsführung in demjenigen Bereich, der der Einmündung des Anschlußstutzens genau gegenüberliegt und durch die Welle abgedeckt ist. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, daß der Krümmungsradius des bandförmigen Wandelementes im Bereich der Ansaugöffnung 1,2 bis 1,8 mal größer als der Radius der Ansaugöffnung ausgebildet ist. Versuche haben ergeben, daß bei einem derartigen Verhältnis der Radien die günstigsten Zuströmbedingungen und damit Kavitation verhindernde Verhältnisse vorhanden sind.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die axiale Erstreckung des bandförmigen Wandelementes gleich oder größer als die Einmündung des Anschlußstutzens ausgebildet. Die von dem Wandelement eingehüllte ovalförmige Fläche weist damit eine Höhe auf, die in etwa dem Durchmesser des Anschlußstutzens entspricht. Es ist ohne weiteres möglich, die Einmündung des Anschlußstutzens in Richtung auf die Welle strömungsgünstig zu erweitern. Somit werden Verwirbelungen bildende Ablösungen im Bereich der Anschlußstutzen-Einmündung verhindert.
  • Eine Verbesserung der Strömungsführung wird mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erreicht, wonach innerhalb der ovalförmigen Fläche ein oder mehrere Strömungsleitbleche zwischen der Einmündung des Anschlußstutzens und der Ansaugöffnung angeordnet sind. Bei großen zuströmenden Mengen kann somit eine weitere Optimierung der Strömungsverhältnisse erlangt werden.
  • Ebenfalls eine einfache Herstellung bedingt die erfindungsgemäße Ausgestaltung, wonach innerhalb eines die Ansaugöffnung umgebenden Ringraumes das strömungsführende bandförmige Wandelement angeordnet ist. Durch einfaches Formen des bandförmigen Wandelementes und entsprechende Befestigung innerhalb eines Ringraumes, beispielsweise durch Schweißen, kann mit einfachsten Mitteln eine optimale Strömungsführung bewirkt werden.
  • Eine weitere, der Optimierung der Zuströmung dienende Maßnahme sieht vor, daß die Ansaugöffnung und/oder das im Bereich der Ansaugöffnung befindliche bandförmige Wandelement mit strömungsführenden Mitteln versehen ist. Hierbei kann es sich um strömungsgünstig geformte Einlaufringe handeln, die eine verwirbelungsfreie Umlenkung im Bereich des Radeinlaufes gewährleisten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
    • Fig. 1
    eine Vorderansicht eines offenen Einlaufgehäuses, die
    Fig. 2
    einen Schnitt durch eine mehrstufige Strömungsmaschine und die
    Fig. 3
    ein angeschweißtes Einlaufgehäuse.
  • In der Fig. 1 ist am Beispiel einer Kreiselpumpe ein geöffnetes Einlaufgehäuse (1) gezeigt, in dessen Innern ein Wandelement (2) angeordnet ist. Es ist bandförmig ausgebildet, wobei seine Enden (3, 4) beiderseits der Einmündung (5) des Anschlußstutzens (6) angeordnet sind und die Ansaugöffnung (7) vollständig umschlingen, durch die das zu fördernde Medium einem dem Einlaufgehäuse nachgeordneten Laufrad zuströmt. Das Wandelement (2) schließt dabei eine zur Ansaugöffnung (7) hin größer werdende ovalförmige Fläche ein. Ein zwischen der Einmündung (5) und der Ansaugöffnung (7) angeordnetes Strömungsleitblech (8) gewährleistet eine gute Strömungsführung. Der Krümmungsradius (R2) des Wandelementes ist größer als der Radius (R1) der Ansaugöffnung und ist in diesem Beispiel gegenüber dem Mittelpunkt der Ansaugöffnung exzentrisch in Richtung Anschlußstutzen (6) versetzt angeordnet. Es ist aber auch möglich, für die Radien einen gemeinsamen Mittelpunkt vorzusehen.
  • Das Wandelement (2) ist innerhalb eines einfach herstellbaren Ringraumes (9) angeordnet und durch bekannte Mittel, z.B. Schweißen, Schrauben und dergleichen, innerhalb desselben befestigt. Ausgehend von der Einmündung (5) weist das Wandelement (2) einen Öffnungswinkel (α) auf, welcher eine stetige Strömungsführung gewährleistet. Das Einlaufgehäuse (1) weist hier einen Flanschring (10) auf, der als Widerlager für die Kreiselpumpe zusammenhaltende Schrauben dient.
  • Die Fig. 2 zeigt ein montiertes Einlaufgehäuse (2) an einer mehrstufigen Kreiselpumpe (11). Eine Welle (12) ist durch das Einlaufgehäuse hindurchgeführt und in einem Lager (13) abgestützt. Das durch den Anschlußstutzen (6) einströmende Medium gelangt nach Passieren der Einmündung in den eigentlichen von dem Wandelement (2) umhüllten Raum mit der ovalförmigen Grundfläche. Durch die direkte Anordnung der Enden des Wandelementes im Bereich der Einmündung (5) wird eine sichere Strömungsführung erzeugt. Die Strömung folgt den Wandflächen des Wandelementes und gelangt in die Ansaugöffnung (7) mit einem dahinter befindlichen Laufrad. Infolge der Verwirbelungen vermeidenden Strömungsführung ergeben sich für ein nachgeordnetes Laufrad sehr gute Anströmverhältnisse.
  • In der Fig. 3 ist am Beispiel einer einstufigen Pumpe eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Wandelement (2) gleichzeitig eine mediumdichte Außenwand des Eirlaufgehäuses darstellt. Hierzu ist das die ovalförmige Fläche umhüllende Wandelement (2) mit dem Pumpengehäuse verschweißt und durch einen, eine entsprechende Außenkontur aufweisenden Deckel (14), verschlossen.

Claims (9)

  1. Einlaufgehäuse für ein- oder mehrstufige Strömungsmaschinen, wobei die Zuströmung durch einen radial zur Welle angeordneten Anschlußstutzen erfolgt und der Anschlußstutzen in einen die Welle umgebenden, eine strömungsführende Wandfläche aufweisenden Raum einmündet, wobei in dem Raum ein bogenförmiges, zum Anschlußstutzen hin offen ausgebildetes, die Welle und eine diese umgebende Ansaugöffnung überdeck endes Wandelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    - das Wandelement (2) bandförmig ausgebildet ist und eine ovalförmige Fläche einschließt,
    - die Enden (3, 4) des Wandelementes (2) beiderseits der Einmündung (5) des Anschlußstutzens (6) angeordnet sind und
    - der den großen Radius aufweisende Teil des bandförmigen Wandelementes (2) um die Ansaugöffnung (7) angrenzend herumgeführt ist.
  2. Einlaufgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Wandelement (2) mit einer Gehäusewand einer ersten Stufe verbunden ist, daß es die Außenwand des Einlaufgehäuses bildet und daß eine am bandförmigen Wandelement (2) dicht angebrachte Abschlußplatte (14) das Einlaufgehäuse verschließt.
  3. Einlaufgehäuse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Anschlußstutzen-Einmündung (5) angeordneten Enden (3, 4) des bandförmigen Wandelementes (2) einen zur Welle (12) hin offenen Winkel (α) einschließen, der gleich oder größer 10° ist.
  4. Einlaufgehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ansaugöffnung (7) umschlingende bandförmige Wandelement (2) mit einem oder mehreren Krümmungsradien (R2) versehen ist, dessen oder deren Mittelpunkte konzentrisch oder exzentrisch zur Wellenachse angeordnet sind, wobei bei exzentrischer Mittelpunktslage ein Versatz in Richtung Anschlußstutzen (6) besteht.
  5. Einlaufgehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R2) des bandförmigen Wandelementes (2) im Bereich der Ansaugöffnung (7) 1,2 bis 1,8 mal größer als der Radius (R1) der Ansaugöffnung (7) ausgebildet ist.
  6. Einlaufgehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des bandförmigen Wandelementes (2) gleich oder größer als die Einmündung (5) des Anschlußstutzens (6) ausgebildet ist.
  7. Einlaufgehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der ovalförmigen Fläche ein oder mehrere Strömungsleitbleche (8) zwischen der Einmündung (5) des Anschlußstutzens (6) und der Ansaugöffnung (7) angeordnet sind.
  8. Einlaufgehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines die Ansaugöffnung (7) umgebenden Ringraumes (9) das strömungsführende bandförmige Wandelement (2) angeordnet ist.
  9. Einlaufgehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (7) und/oder das im Bereich der Ansaugöffnung (7) befindliche bandförmige Wandelement (2) mit strömungsführenden Mitteln versehen ist.
EP87116286A 1986-11-29 1987-11-05 Einlaufgehäuse für Strömungsmaschinen Expired - Lifetime EP0269903B1 (de)

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DE3640894A DE3640894C2 (de) 1986-11-29 1986-11-29 Einlaufgehäuse für Kreiselpumpe
DE3640894 1986-11-29

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EP0269903A2 EP0269903A2 (de) 1988-06-08
EP0269903A3 EP0269903A3 (en) 1989-07-26
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