EP0449861B1 - Kreiselpumpenlaufrad geringer spezifischer drehzahl - Google Patents

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EP0449861B1 EP90900104A EP90900104A EP0449861B1 EP 0449861 B1 EP0449861 B1 EP 0449861B1 EP 90900104 A EP90900104 A EP 90900104A EP 90900104 A EP90900104 A EP 90900104A EP 0449861 B1 EP0449861 B1 EP 0449861B1
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vane
centrifugal pump
ducts
pump impeller
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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
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238—Special flow patterns
    • F04D29/2255—Special flow patterns flow-channels with a special cross-section contour, e.g. ejecting, throttling or diffusing effect
    • 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
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2205—Conventional flow pattern
    • F04D29/2222—Construction and assembly

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump impeller according to the preamble of the main claim.
  • impellers for centrifugal pumps which operate in the area of the lowest specific speed. These impellers have the feature that the actual blade channels are created by cutting tools, have a straight course and have a constant circular cross-section over their entire length. Compared to the known impellers with a diffuser-shaped blade channel, they have the advantage of being simple Manufacturability, but have the disadvantage of poor hydraulic efficiency.
  • the invention has for its object to provide an increase in the pressure coefficient and an improvement in efficiency in a centrifugal pump impeller for small flow rates and high delivery heights. This object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.
  • the respective blade channels are cut obliquely. This enables the different inclination variations of the impeller cover disk and / or blade channels. This results in a gradual opening of the vane channels, on the basis of which a favorable influence on the liquid flowing within the vane channels is possible.
  • a further embodiment of the invention described in claim 5 provides that the distance between the impeller cover plate and the opposite housing wall is at most the difference between at the impeller outlet in Axial direction of measurable blade channel depth and an outward extension of the blade channel wall on the impeller outer diameter corresponds to the blade channel depth that can be determined.
  • the configurations described in claims 6 and 7 relate to the shape of the vane channel openings.
  • the opening of the vane channels which from the beginning widens continuously towards the outer diameter of the impeller, enables a smoothly occurring and slowly increasing impulse exchange towards the outlet.
  • the impeller (1) shown in Fig. 1 has a suction opening (2) through which the fastening means for connection to a pump shaft - not shown here - are also introduced.
  • the impeller cover disk (3) on the suction side has a smooth surface here and has an inclination which obliquely cuts the vane channels (5) in the region of the outer diameter of the impeller (4).
  • the blade channels (5) extend radially outward from the center of the impeller.
  • the shape of the impeller channels (5) selected here has a circular cross section; however, other cross-sectional shapes are also conceivable.
  • the blade channels (5) can be produced by bores made in the impeller from the outside. However, it is also possible to create the blade channel shapes using appropriate casting techniques.
  • each blade channel has an opening (6) that widens outwards.
  • the blade channel width (b) which can be measured directly there, is shown on the outside diameter. This is the blade channel width reduced by the inclined section.
  • the determinable blade channel width (b *) which corresponds to the uninfluenced blade channel width, results from the blade channel wall which is closest to the cover disk having the opening (6) through the opening (6) to the outside is extended. As shown in FIG. 4, the intersection (z) of this extension (x) with the cylindrical plane (y) of the impeller outer diameter forms a limit value, while the blade duct wall opposite this forms another limit that includes the determinable blade duct width (b *).
  • FIG. 2 shows a front view of the impeller (1), which can be seen how the blade channels run inside the impeller.
  • the impeller (1) shown here as an example has a number and shape of blade channels (5) which, at the impeller inlet (2) shown here, result in an overlap of the blade channels in the inlet.
  • the delivery rate can also be influenced by appropriate variation of the suction opening (2) forming the impeller inlet.
  • the openings (6) have a width (w) which is smaller than the maximum width of the blade channels (5).
  • the size of the width (w) can be influenced by a corresponding inclination of the blade channels or the cover disk.
  • Fig. 3 which corresponds to a section of III-III of Fig. 2, the course of the inclined blade channels (5) and the inclination of the impeller cover plates (3, 7) can be seen.
  • the blade channels and the impeller cover disks are inclined relative to planes (11, 12) that are perpendicular to the axis of rotation (8).
  • the alternating one blade channel is inclined to the suction-side cover plate (3) and the adjacent blade channel to the pressure-side cover plate (7).
  • a corresponding selection of the angle of inclination of the blade channels and / or the cover plate angle of inclination results in a cut of the blade channels in the impeller outlet area.
  • the right half of the figure also shows that the impeller on the suction side is opposite the housing wall (9) and on the pressure side the housing wall (10). Although these are parallel to the respective impeller cover, this is not a mandatory requirement. Different inclinations are also conceivable.
  • Fig. 4 From Fig. 4 it can be seen that in the area of the openings (6) between the impeller cover disc (3) and the suction-side housing wall (9) there is a distance (s) which is smaller than the difference (d) which can be measured on the impeller outer diameter (4) Blade channel width (b) and the determinable blade channel width (b *).
  • the distance (s) may at most correspond to the difference (d). A larger value would not produce the necessary effect.
  • the distance (s) used in the exemplary embodiment is smaller than the difference (d) shown.
  • the pump characteristic curve can be influenced in a simple manner in accordance with the selected distance (s).
  • the value (b *) can be determined by extending the blade duct wall provided with the opening (6) and closest to the housing towards the outside in the direction of the outer diameter of the impeller (4). Starting from the point of intersection (z) between the extension (x) and the cylindrical plane (y) of the outer diameter of the impeller, the blade channel width (b *) is determined into the blade channel. This can apply to both the suction and the pressure side of the impeller.
  • the distance (s) is always determined for one impeller side, i.e. on the suction or pressure side.
  • the distances (s) between the suction-side housing wall and the impeller cover plate or between the pressure-side housing wall and the impeller cover plate can have the same or different dimensions. If the open vane channels are only installed on one side of the impeller, then the distance (s) corresponds at most to the difference (d). If the open vane channels were attached on both sides, the distance (s) would be based on the dimensions prevailing on the respective impeller side.

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Abstract

Kreiselpumpenlaufrad, deren Schaufelkanäle (5) in den Laufraddeckscheiben (3, 7) und im Bereich des Laufradaußendurchmessers eine schlitzförmige Öffnung (6) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Aus der GB-A 575 346 sowie der DE-C 1 249 693 sind einteilige Laufräder für Kreiselpumpen bekannt, welche im Gebiet kleinster spezifischer Drehzahl arbeiten. Diese Laufräder weisen das Merkmal auf, daß die eigentlichen Schaufelkanäle durch spanabhebende Werkzeuge erstellt werden, einen geradlinigen Verlauf aufweisen und über ihre gesamte Länge über einen konstanten kreisförmigen Querschnitt verfügen.Gegenüber den bekannten, einen sich diffusorförmig erweiternden Schaufelkanal aufweisenden Laufrädern weisen sie den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit auf, verfügen aber über den Nachteil eines schlechten hydraulischen Wirkungsgrades.
  • Eine andere Lösung ist durch die SU-A 620 674 bekannt. Diese zeigt ein sogenanntes offenes Laufrad, bei dem der Schaufelkanal über seine gesamte Länge geöffnet bleibt. Sie stellt insofern eine Besonderheit dar, als daß es sich hier bei den Schaufelkanälen um geöffnete, mit einem Längsschlitz versehene, gebohrte Laufradkanäle handelt. Diese Lösung weist im Bereich des Druckstutzens eine gegenüber den Schaufelkanälen sehr starke Verengung des Austrittsbereiches auf, wodurch hohe Druckverluste entstehen. Der hydraulische Wirkungsgrad ist dadurch erheblich verschlechtert. Weiterhin ergibt sich durch das offene Rad ein höherer Axialschub zur Saugseite hin.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kreiselpumpenlaufrad für kleine Fördermengen und große Förderhöhen eine Steigerung der Druckziffer sowie eine Wirkungsgradverbesserung vorzusehen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung wird gegenüber herkömmlichen Kreiselpumpenlaufrädern mit geschlossenen Deckscheiben eine gravierende Steigerung der laufradtypischen Druckziffer erreicht. Infolge der im Laufradaustrittsbereich offen ausgebildeten Schaufelkanäle existiert ein Impulsaustausch zwischen der Flüssigkeit im Strömungskanal und der im Radseitenraum befindlichen Flüssigkeit. Dies bedingt einen Energiezuwachs, dessen Folge eine Vergrößerung der Förderhöhe sowie eine Erhöhung der Druckziffer ist. Im Gegensatz zu den Seitenkanalpumpen erfolgt hier eine deutliche Wirkungsgradverbesserung, da die bei Seitenkanalpumpen typischen Verlustformen nicht mehr auftreten können.
  • Durch die in den Ansprüchen 2 bis 4 beschriebenen Ausgestaltungen erfolgt ein schräges Anschneiden der jeweiligen Schaufelkanäle. Dies ermöglicht die verschiedenen Neigungsvariationen von Laufraddeckscheibe und/oder Schaufelkanälen. Dadurch ergibt sich eine allmähliche Öffnung der Schaufelkanäle, aufgrund derer eine günstige Beeinflussung der innerhalb der Schaufelkanäle strömenden Flüssigkeit möglich ist. Hierzu sieht eine weitere im Anspruch 5 beschriebene Ausgestaltung der Erfindung vor, daß der Abstand zwischen Laufraddeckscheibe und gegenüberliegender Gehäusewand maximal der Differenz zwischen am Laufradaustritt in Achsrichtung meßbarer Schaufelkanaltiefe und einer nach außen erfolgenden Verlängerung der Schaufelkanalwand am Laufradaußendurchmesser ermittelbaren Schaufelkanaltiefe entspricht. Die in den Ansprüchen 6 und 7 beschriebenen Ausgestaltungen haben die Form der Schaufelkanalöffnungen zum Gegenstand. Diese Formen ermöglichen eine störungsfreie Beeinflussung der innerhalb der Schaufelkanäle befindlichen Strömungen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergeben sich relativ stabile Rennlinien bei ebenfalls gutem Saugverhalten. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß mit der erfindungsgemäßen Laufradgestaltung auf den üblicherweise bei Kreiselpumpenrädern vorherrschenden Saugmund bzw. dort angebrachten Drosselspalten verzichtet werden kann. Je nach Art der Herstellung der Schaufelkanäle, sei es nun durch spanabhebende Bearbeitung oder entsprechende gießtechnische Ausbildung können diese Laufräder auch bei einem Förderbereich bis 15 m³/h (n=2900 U/min) Anwendung finden.
  • Mit der im Anspruch 8 beschriebenen Ausgestaltung der sich von ihrem Beginn an zum Laufradaußendurchmesser hin stetig erweiternden Öffnungen der Schaufelkanäle wird ein weich einsetzender und zum Austritt hin langsam zunehmender Impulsaustausch ermöglicht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
    • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Laufrades, die
    • Fig. 2 eine Vorderansicht, die
    • Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III von Fig. 2 und die
    • Fig. 4 einen Ausschnitt von dem Austrittsbereich des Laufrades.
  • Das in Fig. 1 gezeigte Laufrad (1) weist eine Saugöffnung (2) auf, durch welche auch die Befestigungsmittel für die Verbindung mit einer - hier nicht dargestellten - Pumpenwelle eingebracht werden. Die saugseitige Laufraddeckscheibe (3) ist hier glattflächig ausgebildet und weist eine Neigung auf, welche im Bereich des Laufradaußendurchmessers (4) die Schaufelkanäle (5) schräg anschneidet. Bei dem hier gewählten Beispiel erstrecken sich die Schaufelkanäle (5) von der Laufradmitte radial nach außen. Die hier gewählte Form der Laufradkanäle (5) weist einen kreisförmigen Querschnitt auf; es sind jedoch auch andere Querschnittsformen denkbar. So können die Schaufelkanäle (5) beispielsweise durch von außen in das Laufrad eingebrachte Bohrungen hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, durch entsprechende Gießtechniken die Schaufelkanalformen zu erstellen. Desweiteren besteht die Möglichkeit, das Laufrad in einer die Drehachse schneidenden Ebene zu teilen und mittels spanabhebender Bearbeitung in die beiden Teilhälften die Schaufelkanalformen einzuarbeiten und anschließend die beiden Hälften zu einem einheitlichen Ganzen zusammenzufügen. Die hier gezeigten Schaufelkanalbohrungen (5) können ebenso gut auch in tangentialer Richtung verlaufen. Im Bereich des Laufradaußendurchmessers (4) verfügt jeder Schaufelkanal über eine sich nach außen erweiternde Öffnung (6). Desweiteren ist am Außendurchmesser die dort direkt meßbare Schaufelkanalbreite (b) eingezeichnet. Hierbei handelt es sich um die durch den schrägen Abschnitt verkleinerte Schaufelkanalbreite. Die ermittelbare Schaufelkanalbreite (b*), welche der unbeeinflußbaren Schaufelkanalbreite entspricht, ergibt sich, indem diejenige Schaufelkanalwand, welcher der die Öffnung (6) aufweisenden Deckscheibe am nächsten liegt, durch die Öffnung (6) nach außen hin verlängert wird. Wie die Fig. 4 zeigt, bildet der Schnittpunkt (z) dieser Verlängerung (x) mit der zylindrischen Ebene (y) des Laufradaußendurchmessers einen Grenzwert, während die diesem gegenüberliegende Schaufelkanalwand eine andere, die ermittelbare Schaufelkanalbreite (b*) einschließende Begrenzung bildet.
  • In der Fig. 2 ist eine Vorderansicht des Laufrades (1) gezeigt, der entnehmbar ist, wie die Schaufelkanäle innerhalb des Laufrades verlaufen. Entsprechend der gewählten Anzahl der Schaufelkanäle ergibt sich im Eintrittsbereich des Laufrades eine Überschneidung, erkennbar auch in Fig. 1, wodurch die Fördermenge des Laufrades beeinflußt werden kann. Bei einer geringen Anzahl von Schaufelkanälen und kleinen Schaufelkanalquerschnitten sowie einem geeigneten Laufradeintrittsdurchmesser, ist ein Laufrad herstellbar, dessen Schaufelkanäle (5) sich im Eintrittsbereich nicht überschneiden. Das hier beispielhaft gezeigte Laufrad (1) weist bei gegebenem Außendurchmeser (4) eine Anzahl und Form von Schaufelkanälen (5) auf, die bei dem hier gezeigten Laufradeintritt (2) eine Überschneidung der Schaufelkanäle im Eintritt zur Folge hat.
  • Je mehr Kanäle über den Umfang verteilt angeordnet sind, auf desto größerem Durchmesser liegen dann die eigentlichen Eintrittskanten der jeweiligen Schaufelkanäle. Durch entsprechende Variation der den Laufradeintritt bildenden Saugöffnung (2) kann ebenfalls die Fördermenge beeinflußt werden.
  • Die Öffnungen (6) weisen hierbei eine weite (w) auf, welche kleiner als die maximale weite der Schaufelkanäle (5) ausgebildet ist. Durch entsprechende Neigung der Schaufelkanäle oder der Deckscheibe läßt sich die Größe der weite (w) beeinflussen.
  • Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, welches einem Schnitt von III-III von Fig. 2 entspricht, ist der Verlauf der geneigt angeordneten Schaufelkanäle (5) sowie die Neigung der Laufraddeckscheiben (3, 7) erkennbar. Die Schaufelkanäle sowie die Laufraddeckscheiben verlaufen in dem hier gewählten Beispiel geneigt gegenüber senkrecht auf der Drehachse (8) stehenden Ebenen (11, 12). Dabei ist im jeweiligen Wechsel der eine Schaufelkanal zur saugseitigen Deckscheibe (3) und der daneben verlaufende Schaufelkanal zur druckseitigen Deckscheibe (7) geneigt. Durch eine entsprechende Auswahl der Neigungswinkel der Schaufelkanäle und/oder der Deckscheibenneigungswinkel ergibt sich ein Anschnitt der Schaufelkanäle im Laufradaustrittsbereich. Somit ist in einfacher Weise eine Gestaltung der eigentlichen Schaufelkanalöffnung (6) möglich bzw. deren in Fig. 2 gezeigten Weite (w) möglich. In der rechten Bildhälfte ist weiterhin dargestellt, daß dem Laufrad auf der Saugseite die Gehäusewand (9) und auf der Druckseite die Gehäusewand (10) gegenüberliegen. Diese weisen hier zwar einen parallelen Verlauf zur jeweiligen Laufraddeckscheibe auf, dies ist jedoch keine zwingende Voraussetzung. Es sind auch unterschiedliche Neigungen denkbar.
  • Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß im Bereich der Öffnungen (6) zwischen Laufraddeckscheibe (3) und saugseitiger Gehäusewand (9) ein Abstand (s) besteht, der kleiner ist als die Differenz (d) der am Laufradaußendurchmeser (4) meßbaren Schaufelkanalbreite (b) und der ermittelbaren Schaufelkanalbreite (b*). Für eine zuverlässige Wirkung der Öffnungen (6) darf der Abstand (s) maximal der Differenz (d) entsprechen. Ein größerer Wert würde nicht den notwendigen Effekt hervorbringen. Der in dem Ausführungsbeispiel verwendete Abstand (s) ist hier kleiner als die gezeigte Differenz (d).
  • Entsprechend dem gewählten Abstand (s) ist in einfacher Weise eine Beeinflussung der Pumpenkennlinie möglich.
  • Der Wert (b*) ist ermittelbar, indem die mit der Öffnung (6) versehene und dem Gehäuse nächstgelegene Schaufelkanalwand nach außen in Richtung Laufradaußendurchmesser (4) verlängert wird. Ausgehend von dem Schnittpunkt (z) zwischen Verlängerung (x) und der zylindrischen Ebene (y) des Laufradaußendurchmessers wird in den Schaufelkanal hinein die Schaufelkanalbreite (b*) ermittelt. Dies kann sowohl für die Saug- als auch für die Druckseite des Laufrades gelten.
  • Hierbei wird der Abstand (s) immer für eine Laufradseite ermittelt, also saug- oder druckseitig. Entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten können die Abstände (s) zwischen saugseitiger Gehäusewand und Laufraddeckscheibe bzw. zwischen druckseitiger Gehäusewand und Laufraddeckscheibe gleiche oder unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Falls die geöffneten Schaufelkanäle nur auf einer Laufradseite angebracht sind, dann entspricht der Abstand (s) maximal der Differenz (d). Bei einer beidseitigen Anbringung der geöffneten Schaufelkanäle würde sich der Abstand (s) entsprechend den auf der jeweiligen Laufradseite vorherrschenden Abmessungen orientieren.

Claims (8)

  1. Kreiselpumpenlaufrad (1) radialer Bauart und kleiner spezifischer Drehzahl, dessen Schaufelkanäle (5) durch die Laufraddeckscheiben (3,7) durchdringende Schlitze zum Radseitnenraum hin offen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) jeweils zusammen mit den zum Radseitenraum orientierten Schlitzen (6) radial zum äußeren Bereich des Laufrads orientierte Öffnungen bilden, wobei die radiale Länge des axial zur Radseitenwand orientierten geschlitzten Teils der Öffnung gleich oder kleiner als eine halbe Schaufelkanallänge ist.
  2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) senkrecht zur Drehachse (8) verlaufen und die im Winkel dazu geneigt verlaufende Oberfläche der Laufraddeckscheibe (3, 7) die Schaufelkanäle (5) im Austrittsbereich des Laufrades (1) schräg schneidet.
  3. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) gegenüber einer radialen Laufradebene geneigt verlaufen und die Laufraddeckscheibenoberfläche die Schaufelkanäle (5) im Austrittsbereich des Laufrades (1) schräg schneidet.
  4. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkanäle (5) und die Oberfläche der Laufraddeckscheibe (3, 7) zueinander geneigt verlaufen.
  5. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Achsrichtung meßbare Abstand zwischen Laufraddeckscheibe (3, 7) und gegenüberliegender Gehäusewand (9, 10) maximal der Differenz (d) zwischen am Laufradaustritt in Achsrichtung meßbarer Schaufelkanalbreite (b) und einer durch nach außen erfolgender Verlängerung der Schaufelkanalwand am Laufradaußendurchmesser (4) ermittelbaren Schaufelkanalbreite (b*) entspricht.
  6. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Austrittsbereich des Laufrades (1) in den Laufraddeckscheiben (3, 7) angebrachten Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) eine sich zum Außendurchmesser hin erweiternde Form aufweisen.
  7. Kreiselpumpenlaufrad nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in radialer Richtung verbreiternden Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) eine größte Weite aufweisen, welche maximal der Schaufelkanalweite entspricht.
  8. Kreiselpumpenlaufrad nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen (6) der Schaufelkanäle (5) von ihrem Beginn an zum Laufradaußendurchmesser (4) hin stetig erweitern.
EP90900104A 1988-12-23 1989-12-12 Kreiselpumpenlaufrad geringer spezifischer drehzahl Expired - Lifetime EP0449861B1 (de)

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EP0449861A1 EP0449861A1 (de) 1991-10-09
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