EP0563231B1 - Verfahren zur vermeidung von grundwirbeln an pumpeneinläufen - Google Patents

Verfahren zur vermeidung von grundwirbeln an pumpeneinläufen Download PDF

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EP0563231B1
EP0563231B1 EP92902395A EP92902395A EP0563231B1 EP 0563231 B1 EP0563231 B1 EP 0563231B1 EP 92902395 A EP92902395 A EP 92902395A EP 92902395 A EP92902395 A EP 92902395A EP 0563231 B1 EP0563231 B1 EP 0563231B1
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EP
European Patent Office
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per
inlet chamber
pump
designed
walls
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EP92902395A
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Peter Bonn
Hans-Günther SCHMITZ
Eberhard Voigt
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A B S PUMP CENTER AG
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A B S Pump Center AG
S PUMP CENTER AKTIENGESELLSCHA
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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
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a method for avoiding basic eddies at the inlets of centrifugal pumps or suction lines.
  • Centrifugal pumps are used in particular to pump industrial water, pipe water, drinking water, waste water, rain water, cooling water, sea water etc.
  • Axial, semi-axial and radial pumps are used. It is possible to arrange the pumps as submersible or submersible pumps directly in the pumped medium. Alternatively, it is also possible to set up the pumps in a machine room and draw in the pumped medium via a suction line.
  • the part of the pump station in which the pump is arranged in the wet installation or the inlet of the suction line in the dry installation is designed as an inlet chamber.
  • two types of vortices can arise, on the one hand vortices to the surface of the medium and on the other hand basic vortices, which act as floor vortices or wall vortices between the suction port of the pump or the suction line and the floor or one Wall of the inlet chamber occur.
  • the object of the invention is to develop a method which largely eliminates the basic vortices in order to improve the characteristic curve and the efficiency of the pumps and to avoid damage to the pumps and the inlet chamber.
  • this object is achieved by a method for avoiding basic eddies at the inlets of centrifugal pumps or suction lines by introducing a cladding with defects and / or profiling on the walls of the inlet chamber adjacent to the respective pump or suction line inlet.
  • Attachment elements can be used as cladding of the inlet chamber, which bear against the bottom and the walls of the inlet chamber or at a short distance from these are arranged and which are permeable to the liquid.
  • the attachment elements are preferably designed such that they can be backwashed by the conveying liquid.
  • the attachment elements can be manufactured as gratings, profiled sheets or sieves, perforated sheets, bar gratings, mats made of fleece or fabric and the like.
  • profile foils can also be applied to the walls of the inlet chamber.
  • the walls of the inlet chamber are made of concrete, the concrete can also be directly profiled.
  • the profiling of the profiled foils or the concrete walls is preferably in the form of parallel ribs.
  • the profiling expediently has undercuts, as a result of which the positive effect of the boundary layer dissolution can be considerably improved.
  • a submersible pump 2 is arranged in the axial direction in the inlet chamber 1, the inlet connector 3 is directed downwards and ends at a distance above the bottom 4 of the inlet chamber 1.
  • the side walls 5 of the inlet chamber 1 also run in the vicinity of the inlet connector 3.
  • the submersible pump 6 is designed in a semi-axial construction.
  • a motor-driven radial pump is set up dry, the suction pipe 8 being inserted horizontally into the inlet chamber 1, where it is curved downward by 90 ° and is provided with an inlet nozzle 3, the arrangement of which is relative to the bottom 4 and the side walls 5 the inlet chamber 1 is selected as in the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2.
  • a base vortex 10 for example, runs approximately vertically or curved downward from the rotor blades 9 of the submersible pump 2 into the region of the bottom 4.
  • a base vortex 11 can run in an arc shape to the region of the side walls 5.
  • Such basic vortices 10 and 11 can damage both the blades 9 of the pump impellers and the walls 4 and 5 of the inlet chamber 1.
  • the bottom 4 and the side walls 5 of the inlet chamber 1 are provided with a cladding 12, by means of which the formation of basic vortexes is permanently prevented.
  • the cladding has the effect that the kinetic energy of the conveying medium and / or the negative pressure which is generated by the suction effect of the pump 2 or a lifting line produces a partial flow or partial flows of the conveying medium which emerge from the openings in the casing 12 .
  • the local boundary layer is completely or partially dissolved, so that no basic vortices can arise.
  • the cladding 12 is designed as a grating 13.
  • the gratings can be placed directly on the bottom 4 or the side walls 5 of the inlet chamber or can be arranged at a short distance from them.
  • the cladding is designed as a perforated sheet 14 or sieve.
  • the sheet 14 On its circumference, the sheet 14 has a flanged edge 15, so that the sheet can be easily arranged at a short distance from the bottom 4 or the side walls 5 of the inlet chamber 1. This ensures that the sheet 14 can be traversed by the conveying liquid, so that partial flows can form which emerge from the openings 16 of the sheet 14.
  • the cladding is designed as a perforated plate 17, which is provided with relatively large, spaced round holes 18.
  • the cladding 12 is designed as a grating 19 in which individual round bars 20 run between two lateral strips 21.
  • the panel 12 was formed as 22, which consists for example of a fleece.
  • the hat could also consist of any fabric material.
  • FIG. 11 shows a profile film 23 which is attached directly to the floor 4 or to the side walls 5 of the inlet chamber 1.
  • the profile film 23 can be glued on or secured with other fastening elements.
  • the profile of the film 23 consists of parallel strips 24 which are provided with undercuts 25.
  • FIG. 12 Another embodiment of a profile film 26 is shown in FIG. 12, in which the profile is formed by parallel ribs 27.
  • the surface of the bottom 4 or the side walls 5 of the inlet chamber 1 can be provided with a corresponding profile directly. This can be done, for example, in that when the floor or walls are poured, the casing is provided with a corresponding negative profile, so that the walls automatically receive their profile.
  • the linings and profiles shown in FIGS. 5 to 12 should protrude above the floor or side walls by at least a height of 1% of the distance between the inlet connector and the floor and can be 5 to 10%.
  • the cladding and profiling shown should have 500-15,000 imperfections (elevations / depressions) of the surface per m2 of area.
  • the linings and profiles shown in FIGS. 9, 11, 12 are arranged transversely to the direction of flow.
  • the number of defects per m should be 20-100.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Grundwirbeln an Einläufen von Kreiselpumpen bzw. Saugleitungen.
  • Zum Fördern von Brauchwasser, Rohrwasser, Trinkwasser, Abwasser, Regenwasser, Kühlwasser, Meerwasser usw. werden insbesondere Kreiselpumpen eingesetzt. Es kommen dabei Axial-, Halbaxial- und Radialpumpen zur Anwendung. Es besteht die Möglichkeit, die Pumpen als Tauch- oder Tauchmotorpumpen direkt in dem Fördermedium anzuordnen. Alternativ ist es auch möglich, die Pumpen in einem Maschinenraum aufzustellen und das Fördermedium über eine Saugleitung anzusaugen.
  • Derjenige Teil der Pumpstation, in welchem bei Naßaufstellung die Pumpe bzw. bei Trockenaufstellung der Einlauf der Saugleitung angeordnet ist, ist als Einlaufkammer ausgebildet.
  • In der Einlaufkammer können zwei Arten von Wirbeln entstehen, und zwar einerseits Wirbel zur Oberfläche des Fördermediums und andererseits Grundwirbel, die als Bodenwirbel oder Wandwirbel zwischen dem Saugstutzen der Pumpe bzw. der Saugleitung und dem Boden bzw. einer Wand der Einlaufkammer auftreten.
  • Wirbel zur Oberfläche lassen sich durch bekannte Maßnahmen weitestgehend vermeiden. Die Bekämpfung der Grundwirbel ist dagegen bisher ergebnislo verlaufen. Grundwirbel lassen sich durch Unterwasserfilmtechnik feststellen; sichtbare Merkmale an der Oberfläche des zu fördernden Mediums gibt es nicht.
  • Grundwirbel sind nicht nur lästig, indem sie zu starker Geräuschentwicklung führen, sondern sie haben auch eine negative Wirkung auf die Leistung und Lebensdauer der Pumpe. Die Grundwirbel können sehr starke Vibrationen an verschiedenen Pumpen- und Anlagenteilen erzeugen, die zur Zerstörung der Pumpe führen können. Auch tritt eine negative Beeinflussung der Förderkennlinie und des Wirkungsgrades der Pumpe ein. Darüber hinaus wird Materialabtrag am Pumpenlaufrad, an den Leitschaufeln sowie am Boden oder an den Wänden der Einlaufkammer beobachtet.
  • Bei einer bekannten Wirbelverhinderungsvorrichtung (JP-A-61155699) werden luftsaugende Wirbel, die an der Wasseroberfläche infolge eines aus einer asymmetrischen Anströmung der Pumpenkammer resultierenden Dralls entstehen, und asymmetrische Strömungsverteilungen in der Flüssigkeit der Pumpenkammer durch partielle Rotation der Flüssigkeit unterhalb der Oberfläche, die durch eine asymmetrische Anströmung der Pumpeneinlaufkammer induziert werden, mit einer Tauchwand, die bis unterhalb des Pumpensaugmundes gezogen wird, beseitigt. Diese Vorrichtung vermeidet Drallbildung um das Pumpenrohr und vom Laufrad angeregte Wirbel auf dem Boden der Ansaugkammer. Außerdem werden mit einer solchen Vorrichtung asymmetrische Strömungsprofile innerhalb der Einlaufkammer geglättet.
  • Desweiteren ist ein Drallbrecher bei schräger Anströmung einer Pumpenstation (JP-A-60045800) an freifließenden Gewässern bekannt. Dabei werden im einzelnen Löcher bzw. Öffnungsschlitze in der Vorrichtung zur Unterstromseite hin kleiner gewählt als zur Oberstromseite hin. Dadurch wird die in dem Pumpeneinlaufbehälter einströmende Flüssigkeit abgelenkt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches die Grundwirbel weitestgehend ausschaltet, um eine Verbesserung der Kennlinie und des Wirkungsgrades der Pumpen zu erreichen und Zerstörungen an den Pumpen sowie der Einlaufkammer zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Vermeidung von Grundwirbeln an Einläufen von Kreiselpumpen bzw. Saugleitungen durch Einbringen einer störstellenbehafteten Verkleidung und/oder Profilierung an den dem jeweiligen Pumpen- bzw. Saugleitungseinlauf benachbarten Wänden der Einlaufkammer.
  • Durch diese Maßnahme wird bewirkt, daß am Boden und an den Seitenwänden der Einlaufkammer die Strömungsgrenzschicht verändert bzw. zerstört wird. Es findet dadurch keine lokale Grenzschichtablösung statt, durch welche die Grundwirbel erzeugt werden.
  • Als Verkleidung der Einlaufkammer können Vorsatzelemente verwendet werden, die an dem Boden und den Wänden der Einlaufkammer anliegen bzw. in einem kurzen Abstand von diesen angeordnet sind und die für die Förderflüssigkeit durchlässig sind.
  • Vorzugsweise sind die Vorsatzelemente derart gestaltet, daß sie von der Förderflüssigkeit hinterspült werden können.
  • Die Vorsatzelemente können als Gitterroste, profilierte Bleche bzw. Siebe, Lochbleche, Stabroste, Matten aus Vlies oder Gewebe und dergleichen gefertigt sein.
  • Alternativ können auf die Wände der Einlaufkammer auch Profilfolien aufgebracht werden.
  • Wenn die Wände der Einlaufkammer aus Beton bestehen, kann auch der Beton unmittelbar mit einer Profilierung versehen werden.
  • Vorzugsweise ist die Profilierung der Profilfolien bzw. der Betonwände in Form von parallelen Rippen ausgebildet. Zweckmäßig weist dabei die Profilierung Hinterschneidungen auf, wodurch der positive Effekt der Grenzschichtauflösung noch erheblich verbessert werden kann.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Tauchmotorpumpe in Axialbauart, die in eine Einlaufkammer einer Pumpstation eingesetzt ist,
    Fig. 2
    eine Tauchmotorpumpe in Halbaxialbauart, die in eine Einlaufkammer einer Pumpstation eingesetzt ist,
    Fig. 3
    eine trocken aufgestellte Kreiselpumpe, deren Saugstutzen in die Einlaufkammer einer Pumpstation geführt ist,
    Fig. 4
    eine Tauchmotorpumpe ähnlich wie in Fig. 1, teilweise im Schnitt, bei der die entstehenden Grundwirbel veranschaulicht sind,
    Fig. 5
    eine Darstellung ähnlich wie in Fig. 4, wobei der Boden und die Seitenwände der Einlaufkammer mit einer Verkleidung versehen sind,
    Fig. 6
    in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus der in Fig. 5 dargestellten Verkleidung,
    Fig. 7
    eine andere Ausführungsform der Verkleidung in Form eines perforierten Blechs bzw. Siebs,
    Fig. 8
    eine andere Ausführungsform der Verkleidung in Form eines Lochblechs,
    Fig. 9
    eine andere Ausführungsform der Verkleidung in Form eines Stabrostes,
    Fig. 10
    eine andere Ausführungsform der Verkleidung in Form einer Matte aus Vlies oder Gewebe,
    Fig. 11
    eine auf den Boden und die Seitenwände der Einlaufkammer aufbringbare Profilfolie mit Hinterschneidungen und
    Fig. 12
    eine andere Ausführungsform einer Profilfolie mit parallelen Rippen.
  • In Fig. 1 bis 3 der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele für eine Pumpenanordnung zum Entleeren von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Behältern veranschaulicht. Von den Behältern ist lediglich ein Ausschnitt der Einlaufkammer 1 dargestellt.
  • In Fig. 1 ist in der Einlaufkammer 1 eine Tauchmotorpumpe 2 in Axialbauweise angeordnet, deren Einlaufstutzen 3 nach unten gerichtet ist und in einem Abstand über dem Boden 4 der Einlaufkammer 1 endet. In der Nähe des Einlaufstutzens 3 verlaufen auch die Seitenwände 5 der Einlaufkammer 1.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Tauchmotorpumpe 6 in Halbaxialbauweise ausgeführt.
  • In Fig. 3 ist eine motorgetriebene Radialpumpe trocken aufgestellt, wobei das Ansaugrohr 8 horizontal in die Einlaufkammer 1 eingeführt ist, dort um 90° nach unten gekrümmt ist und mit einem Einlaufstutzen 3 versehen ist, dessen Anordnung relativ zu dem Boden 4 und den Seitenwänden 5 der Einlaufkammer 1 so gewählt ist, wie bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2.
  • Bei derartigen üblichen Ausführungsbeispielen treten, wie bereits erwähnt und in Fig. 4 veranschaulicht, sogenannte Grundwirbel auf, die die beschriebenen Nachteile mit sich bringen. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 entspricht der aus Fig. 1 , so daß auch die gleichen Positionszahlen verwendet worden sind.
  • Von den Laufschaufeln 9 der Tauchmotorpumpe 2 verläuft beispielsweise ein Grundwirbel 10 etwa senkrecht oder auch gekrümmt nach unten bis in den Bereich des Bodens 4. Alternativ oder auch zusätzlich kann ein Grundwirbel 11 bogenförmig zum Bereich der Seitenwände 5 verlaufen.
  • Derartige Grundwirbel 10 und 11 können sowohl die Laufschaufeln 9 der Pumpenlaufräder als auch die Wände 4 und 5 der Einlaufkammer 1 beschädigen.
  • In Fig. 5 sind der Boden 4 und die Seitenwände 5 der Einlaufkammer 1 mit einer Verkleidung 12 versehen, durch die die Grundwirbelbildung nachhaltig unterbunden wird. Durch die Verkleidung wird bewirkt, daß durch die kinetische Energie des Fördermediums und/oder durch den Unterdruck, der durch die Saugwirkung der Pumpe 2 oder einer Heberleitung erzeugt wird, ein Teilstrom oder Teilströme des Fördermediums erzeugt werden, die aus den Öffnungen der Verkleidung 12 austreten. Dadurch wird die lokale Grenzschicht ganz oder teilweise aufgelöst, so daß keine Grundwirbel mehr entstehen können.
  • In Fig. 6 ist die Verkleidung 12 als Gitterrost 13 ausgebildet. Die Gitterroste können unmittelbar an den Boden 4 bzw. die Seitenwände 5 der Einlaufkammer angelegt oder in einem kurzen Abstand von diesen angeordnet werden.
  • In Fig. 7 ist die Verkleidung als perforiertes Blech 14 bzw. Sieb ausgebildet. An seinem Umfang weist das Blech 14 einen umgebördelten Rand 15 auf, so daß das Blech problemlos in einem geringen Abstand von dem Boden 4 bzw. den Seitenwänden 5 der Einlaufkammer 1 angeordnet werden kann. Dadurch ist gewährleistet, daß das Blech 14 von der Förderflüssigkeit hinterströmt werden kann, so daß sich Teilströme ausbilden können, die aus den Öffnungen 16 des Blechs 14 austreten.
  • Gemäß Fig. 8 ist die Verkleidung als Lochblech 17 ausgebildet, welches mit relativ großen, in Abständen angeordneten runden Löchern 18 versehen ist.
  • Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verkleidung 12 als Gitterrost 19 ausgebildet, bei dem einzelne Rundstäbe 20 zwischen zwei seitlichen Leisten 21 verlaufen.
  • Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verkleidung 12 als hatte 22 ausgebildet, die beispielsweise aus einem Vlies besteht. Alternativ kann die Hatte aber auch aus beliebigem Gewebematerial bestehen.
  • In Fig. 11 ist eine Profilfolie 23 dargestellt, die unmittelbar auf dem Boden 4 bzw. an den Seitenwänden 5 der Einlaufkammer 1 angebracht wird. Die Profilfolie 23 kann aufgeklebt oder mit anderen Befestigungselementen gesichert sein. Das Profil der Folie 23 besteht aus parallelen Leisten 24, die mit Hinterschneidungen 25 versehen sind.
  • In Fig. 12 ist eine andere Ausführungsform einer Profilfolie 26 dargestellt, bei der die Profilierung durch parallele Rippen 27 gebildet ist.
  • Andere Ausführungsformen der Verkleidungen bzw. Profilfolien sind möglich.
  • Es ist auch möglich, unmittelbar die Oberfläche des Bodens 4 bzw. der Seitenwände 5 der Einlaufkammer 1 mit einer entsprechenden Profilierung zu versehen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß beim Gießen des Bodens bzw. der Wände die Verschalung mit einem entsprechenden Negativprofil versehen ist, so daß die Wände automatisch ihre Profilierung erhalten.
  • Die in Fig. 5 bis 12 dargestellten Verkleidungen und Profilierungen sollen über Boden- oder Seitenwände um mindestens eine Höhe von 1% des Abstandes zwischen Einlaufstutzen und Boden herausragen und können 5 bis 10% betragen.
  • Bei den in Fig. 5, 6, 7, 8, 10 dargestellten Verkleidungen und Profilierungen sollen je m² Fläche 500 - 15 000 Störstellen (Erhebungen/Vertiefungen) der Oberfläche vorhanden sein.
  • Die in Fig. 9, 11, 12 dargestellten Verkleidungen und Profilierungen werden quer zur Strömungsrichtung angeordnet. Die Zahl der Störstellen je m soll 20 - 100 betragen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einlaufkammer
    2
    Tauchmotorpumpe
    3
    Einlaufstutzen
    4
    Boden
    5
    Seitenwände
    6
    Tauchmotorpumpe
    7
    Kreiselpumpe
    8
    Ansaugrohr
    9
    Laufschaufeln
    10
    Grundwirbel
    11
    Grundwirbel
    12
    Verkleidung
    13
    Gitterrost
    14
    perforiertes Blech
    15
    Rand
    16
    Öffnungen
    17
    Lochblech
    18
    Löcher
    19
    Stabrost
    20
    Rundstäbe
    21
    Leisten
    22
    Matte
    23
    Profilfolie
    24
    Leisten
    25
    Hinterschneidungen
    26
    Profilfolie
    27
    Rippen

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vermeidung von Grundwirbeln an Einläufen von Kreiselpumpen bzw. Saugleitungen durch Einbringen einer störstellenbehafteten Verkleidung (12) und/oder Profilierung an den dem jeweiligen Pumpen- bzw. Saugleitungseinlauf (3) benachbarten Wänden (4, 5) der Einlaufkammer (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Verkleidung (12) Vorsatzelemente verwendet werden, die an dem Boden (4) und an den Seitenwänden (5) der Einlaufkammer (1) anliegen bzw. in einem kurzen Abstand von diesen angeordnet sind und die für die Förderflüssigkeit durchlässig sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vorsatzelemente von der Förderflüssigkeit hinterspült werden können.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das jeweilige Vorsatzelement als Gitterrost (19) ausgebildet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das jeweilige Vorsatzelement als perforiertes Blech (14) oder Sieb ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das jeweilige Vorsatzelement als Lochblech (17) ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das jeweilige Vorsatzelement als Stabrost ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das jeweilige Vorsatzelement als Matte aus Vlies oder Gewebe ausgebildet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei auf die Wände (4, 5) der Einlaufkammer (1) Profilfolien (23; 26) aufgebracht werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wände (4, 5) der Einlaufkammer (1) aus Beton hergestellt und unmittelbar mit einer Profilierung versehen werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Profilierung in Form von parallelen Rippen (27) ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Profilierung Hinterschneidungen (25) aufweist.
EP92902395A 1990-12-22 1991-12-18 Verfahren zur vermeidung von grundwirbeln an pumpeneinläufen Revoked EP0563231B1 (de)

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DE4041551 1990-12-22
DE4041551A DE4041551A1 (de) 1990-12-22 1990-12-22 Verfahren zur vermeidung von grundwirbeln an pumpeneinlaeufen
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EP0563231A1 EP0563231A1 (de) 1993-10-06
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DE (2) DE4041551A1 (de)
WO (1) WO1992011460A1 (de)

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DE4041551A1 (de) 1992-06-25
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