EP0874161A1 - Centrifugal pump - Google Patents
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- F04D29/181—Axial flow rotors
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Definitions
- the invention relates to a centrifugal pump with an impeller that has a single. has a helical blade.
- Centrifugal pumps of this type include through DE 26 42 231 A1 and DE 28 55 385 B1 known. Housing and impeller of the known Centrifugal pumps are adapted to each other so that the blade edges with the Housing wall one over the entire blade length and over an entire Make the impeller revolution consistently narrow. About this one Pressure side from the suction side of the blade-separating gap flows at the conveying Centrifugal pump inevitably a leakage current depending on the gap width. At a new pump and if wear has not yet occurred on the The blade edge and the housing wall is the one generated by the leakage current Loss still small.
- centrifugal pumps of the type described here are primarily for the promotion of solid media is used, is a heavy wear in the area the long, all-round blade edge for many of the possible ones Use cases inevitable.
- the centrifugal pump comes on after a short time Wear on the original good efficiency of the pump considerably lowers.
- Such a danger exists among other things in promoting municipal Waste water, the admixtures of which are essentially uncontrollable. So For example, sand and similar abrasive components of the Sewage cannot be excluded.
- centrifugal pumps used, their pumping properties not after installation or only inadequately checked over a longer period of time work with a steadily decreasing efficiency. But that means that such pumps to fulfill the task assigned to them need unacceptably high energy expenditure.
- the invention has for its object a centrifugal pump of the beginning to create the type mentioned, with minimal effort for impeller and Housing largely insensitive to wear against abrasive Has components in the medium and at which the risk of Burning of the impeller in the pump housing is avoided.
- the impeller has a cover disk arranged on the suction side, which changes from an axial course given at the suction mouth of the impeller with a curvature into a radial course, that in the area that is subject to cavitation when the flow of shock occurs, the blade entry angle by at least 5 o is smaller than the inflow angle, so that the blade angle in the axial area of a meridian cut through the impeller increases at least to the size of the blade exit angle, and finally a blade angle exceeding the blade exit angle in the radial area of the meridian cut is reduced to the size of the blade exit angle.
- the cover plate used in the solution according to the invention forms with the Pump housing a radially flowed gap, which is relatively short and narrow can be executed. So it becomes the one with a conical annular gap given problems avoided.
- Curved cover plate according to the invention of one in use configured wheel side space can be surrounded, the wall of which is relative has a large distance from the cover plate.
- the invention carries with a specially designed axial entry area of the impeller bill. Namely, the blade entry angle in the Impact flow cavitation area designed much smaller than the flow angle of the liquid to be pumped, so there is cavitation avoided.
- the blade angle must necessarily be at the impeller inlet subsequent area increase significantly. Now the transition from To achieve axial in the radial impeller course, the blade angle in the mentioned cavitation area after one in the axial Impeller part took a steep rise in the radial part on the Blade exit angle supplied. With an increase in the axial part in addition to the dimension of the blade exit angle, this means that the Blade angle in the radial part to the dimension of the blade outlet angle is due.
- the impeller 1 shown in FIG. 1 has a helical one Blade 2, which is between a front, suction-side cover plate 3 and a rear, pressure-side cover plate 4 is arranged.
- the shovel loops around an essentially conical hub 5.
- the blade 2 has an entry edge 6 and a trailing edge 7.
- the blade 2 is in the front view without the limit Parts, front cover 3, rear cover 4 and hub 5, shown To
- the leading edge 6 and the trailing edge 7 can also be seen here by means of arrows the radius R and the wrap angle ⁇ are indicated, which refer to refer to the blade 2 and which change with its course.
- the radius R that starts from the axis Z of the impeller 1 is also FIG. 3 refer to.
- the coordinate s along the Shovel 2 meridian streamline shown.
- there are threads of electricity S1 to S5 in the meridian section of the between the leading edge 6 and the Trailing edge 7 extending blade 2 is shown.
- Fig. 4 it can be seen how the angle ⁇ of the current filaments S1 to S5 changes with the progress of x / L. Above all, it can be seen that the angle ⁇ the one located in the area at risk of cavitation when there is a surge Current filaments S3 to S5 initially rise from a small initial value, and then slightly after reaching a maximum value towards the end of the bucket fall off.
- the inflow angle ⁇ 0 of the liquid to be conveyed by the impeller is not shown in the drawing. It is at least 5 ° larger than the blade entry angle ⁇ 1 in the area at risk of cavitation when there is a surge flow.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad, das über eine einzige. schraubenförmig verlaufende Schaufel verfügt.The invention relates to a centrifugal pump with an impeller that has a single. has a helical blade.
Kreiselpumpen dieser Art sind u.a. durch die DE 26 42 231 A1 und die DE 28 55 385 B1 bekannt. Gehäuse und Laufrad der vorbekannten Kreiselpumpen sind so aneinander angepaßt, daß die Schaufelkanten mit der Gehäusewand einen auf der gesamten Schaufellänge und über eine gesamte Laufradumdrehung gleichbleibend engen Spalt bilden. Über diesen, die Druckseite von der Saugseite der Schaufel trennenden Spalt fließt bei fördernder Kreiselpumpe zwangsläufig ein von der Spaltweite abhängiger Leckstrom. Bei einer neuen Pumpe und bei noch nicht eingetretenem Verschleiß an der Schaufelkante und der Gehäusewand ist der durch den Leckstrom erzeugte Verlust noch gering.Centrifugal pumps of this type include through DE 26 42 231 A1 and DE 28 55 385 B1 known. Housing and impeller of the known Centrifugal pumps are adapted to each other so that the blade edges with the Housing wall one over the entire blade length and over an entire Make the impeller revolution consistently narrow. About this one Pressure side from the suction side of the blade-separating gap flows at the conveying Centrifugal pump inevitably a leakage current depending on the gap width. At a new pump and if wear has not yet occurred on the The blade edge and the housing wall is the one generated by the leakage current Loss still small.
Da aber Kreiselpumpen der hier geschilderten Art vor allem für die Förderung von feststoffhaltigen Medien verwendet werden, ist ein starker Verschleiß im Bereich der langen, umlaufenden Schaufelkante bei vielen der in Frage kommenden Einsatzfälle unvermeidlich. Befinden sich z. B. abrasiv wirkende Beimengungen im Fördermedium, so tritt bereits nach kurzer Laufzeit der Kreiselpumpe ein Verschleiß auf, der den ursprünglich guten Wirkungsgrad der Pumpe erheblich absenkt. Eine solche Gefahr besteht u.a. bei der Förderung kommunaler Abwässer, deren Beimengungen im wesentlichen unkontrollierbar sind. So können beispielsweise Sand und ähnliche reibend wirkende Bestandteile des Abwassers nicht ausgeschlossen werden. Folge hiervon ist, daß derartig eingesetzte Kreiselpumpen, deren Fördereigenschaften nach dem Einbau nicht oder nur in ungenügender Weise überprüft werden, über einen längeren Zeitraum mit einem stetig abnehmenden Wirkungsgrad arbeiten. Das heißt aber, daß solche Pumpen zur Erfüllung der ihnen übertragenen Förderaufgabe einen unvertretbar hohen Energieaufwand benötigen.However, since centrifugal pumps of the type described here are primarily for the promotion of solid media is used, is a heavy wear in the area the long, all-round blade edge for many of the possible ones Use cases inevitable. Are z. B. abrasive additives in the pumped medium, the centrifugal pump comes on after a short time Wear on the original good efficiency of the pump considerably lowers. Such a danger exists among other things in promoting municipal Waste water, the admixtures of which are essentially uncontrollable. So For example, sand and similar abrasive components of the Sewage cannot be excluded. The consequence of this is that centrifugal pumps used, their pumping properties not after installation or only inadequately checked over a longer period of time work with a steadily decreasing efficiency. But that means that such pumps to fulfill the task assigned to them need unacceptably high energy expenditure.
Eine Gefahr für die geschilderten vorbekannten Kreiselpumpen liegt in einer Festbrennung des Laufrades im Gehäuse, die durch Beimengungen verursacht wird, welche vor allem bei einem aufgrund von Verschleiß erweiterten Spalt zwischen die Schaufelkante und Gehäusewand geraten können.There is a danger to the previously known centrifugal pumps in one Burning of the impeller in the housing, caused by additives which, especially with a gap widened due to wear can get between the blade edge and the housing wall.
Nun können Laufräder der geschilderten bekannten Art zwar auch mit einer vorderen Deckscheibe versehen und so für Sandverschleiß unempfindlich gemacht werden. Allerdings wird dann der Aufwand, insbesondere für das Material, sehr hoch, da bei den hier gegebenen konischen Meridianschnitten jeweils ein Ringspalt zwischen der Deckscheibe und dem diese umgebenden Pumpengehäuse gebildet werden muß. Dieser Ringspalt ist aber relativ groß zu halten, damit es nicht auch dort zu Festbrennungen kommt.Now impellers of the known type described can also with front cover disc and so insensitive to sand wear be made. However, the effort, especially for that Material, very high, given the conical meridian cuts given here in each case an annular gap between the cover plate and the one surrounding it Pump housing must be formed. However, this annular gap is relatively large hold so that there are no burns there.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gering gehaltenem Aufwand für Laufrad und Gehäuse eine weitgehende Verschleißunempfindlichkeit gegenüber abrasiven Bestandteilen im Fördermedium besitzt und bei der die Gefahr von Festbrennungen des Laufrades im Pumpengehäuse vermieden wird.The invention has for its object a centrifugal pump of the beginning to create the type mentioned, with minimal effort for impeller and Housing largely insensitive to wear against abrasive Has components in the medium and at which the risk of Burning of the impeller in the pump housing is avoided.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Laufrad eine saugseitig angeordnete Deckscheibe besitzt, die von einem am Saugmund des Laufrades gegebenen axialen Verlauf mit einer Krümmung in einen radialen Verlauf übergeht, daß in dem bei Stoßanströmung kavitationsgefährdeten Bereich der Schaufeleintrittswinkel um mindestens 5 o kleiner ist als der Anströmwinkel, daß danach der Schaufelwinkel im axialen Bereich eines durch das Laufrad gelegten Meridianschnittes mindestens auf die Größe des Schaufelaustrittswinkels ansteigt, und schließlich ein den Schaufelaustrittswinkel übersteigender Schaufelwinkel im radialen Bereich des Meridianschnittes auf die Größe des Schaufelaustrittswinkels zurückgeführt wird.The stated object is achieved according to the invention in that the impeller has a cover disk arranged on the suction side, which changes from an axial course given at the suction mouth of the impeller with a curvature into a radial course, that in the area that is subject to cavitation when the flow of shock occurs, the blade entry angle by at least 5 o is smaller than the inflow angle, so that the blade angle in the axial area of a meridian cut through the impeller increases at least to the size of the blade exit angle, and finally a blade angle exceeding the blade exit angle in the radial area of the meridian cut is reduced to the size of the blade exit angle.
Die bei der erfindungsgemäßen Lösung verwendete Deckscheibe bildet mit dem Pumpengehäuse einen radial durchströmten Spalt, der relativ kurz und eng ausgeführt werden kann. Es wird also die bei einem konischen Ringspalt gegebene Problematik vermieden.The cover plate used in the solution according to the invention forms with the Pump housing a radially flowed gap, which is relatively short and narrow can be executed. So it becomes the one with a conical annular gap given problems avoided.
Es wird auch die Gefahr von Festbrennungen umgangen, da die sich erfindungsgemäß ergebende gekrümmte Deckscheibe von einem gebräuchlich konfigurierten Radseitenraum umgeben sein kann, dessen Wand einen relativ großen Abstand zur Deckscheibe besitzt.It also avoids the risk of burns as the Curved cover plate according to the invention of one in use configured wheel side space can be surrounded, the wall of which is relative has a large distance from the cover plate.
Material- und Herstellungsaufwand für das erfindungsgemäße Laufrad und das Pumpengehäuse bleiben gering.Material and manufacturing costs for the impeller according to the invention and that Pump housings remain small.
Dem Umstand, daß Einschaufelräder prinzipiell sehr empfindlich für Kavitation sind, trägt die Erfindung mit einem besonders gestalteten axialen Eintrittsbereich des Laufrades Rechnung. Wird nämlich der Schaufeleintrittswinkel in dem bei Stoßanströmung kavitationsgefährdeten Bereich wesentlich kleiner ausgeführt als der Anströmwinkel der zu fördernden Flüssigkeit, so wird eine Kavitation vermieden.The fact that paddle wheels are in principle very sensitive to cavitation the invention carries with a specially designed axial entry area of the impeller bill. Namely, the blade entry angle in the Impact flow cavitation area designed much smaller than the flow angle of the liquid to be pumped, so there is cavitation avoided.
Notwendigerweise muß der Schaufelwinkel in dem an den Laufradeintritt anschließenden Bereich erheblich ansteigen. Um nun die Überleitung vom axialen in den radialen Laufradverlauf zu bewerkstelligen, wird der Schaufelwinkel im angesprochenen kavitationsgefährdeten Bereich nach einem im axialen Laufradteil erfolgten steilen Anstieg im radialen Teil auf den Schaufelaustrittswinkel zugeführt. Bei einem im axialen Teil erfolgten Anstieg über das Maß des Schaufelaustrittswinkels hinaus bedeutet dies, daß der Schaufelwinkel im radialen Teil auf das Maß des Schaufelaustrittswinkel zurückzuführen ist.The blade angle must necessarily be at the impeller inlet subsequent area increase significantly. Now the transition from To achieve axial in the radial impeller course, the blade angle in the mentioned cavitation area after one in the axial Impeller part took a steep rise in the radial part on the Blade exit angle supplied. With an increase in the axial part in addition to the dimension of the blade exit angle, this means that the Blade angle in the radial part to the dimension of the blade outlet angle is due.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
- Fig. 1
- eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Laufrades mit einer teilweise entfernten vorderen Deckscheibe, in
- Fig. 2
- die Vorderansicht der Schaufel des Laufrades der Fig. 1, in
- Fig. 3
- einen Meridianschnitt durch die Schaufel des Laufrades der Fig. 1 mit dem Verlauf von fünf verschiedenen Stromfäden, in
- Fig. 4
- den Winkelverlauf der Schaufelskelettlinie entsprechend den Stromfäden der Fig. 3, und in
- Fig. 5
- ein konformes Abbild der Schaufel im Bereich eines Stromfadens der Fig. 3.
- Fig. 1
- a three-dimensional representation of an impeller according to the invention with a partially removed front cover, in
- Fig. 2
- the front view of the blade of the impeller of FIG. 1, in
- Fig. 3
- a meridian section through the blade of the impeller of FIG. 1 with the course of five different current threads, in
- Fig. 4
- the angular course of the blade skeleton line corresponding to the current threads of Fig. 3, and in
- Fig. 5
- 3 shows a conformal image of the blade in the area of a current filament of FIG. 3.
Das in der Fig. 1 dargestellte Laufrad 1 besitzt eine schraubenförmig verlaufende
Schaufel 2, die zwischen einer vorderen, saugseitigen Deckscheibe 3 und einer
hinteren, druckseitigen Deckscheibe 4 angeordnet ist. Die Schaufel schlingt sich
um eine im wesentlichen konisch verlaufende Nabe 5.The impeller 1 shown in FIG. 1 has a helical one
Um den Verlauf der Schaufel 2 besser erkennen zu können, wurde ein Teil der
vorderen Deckscheibe 3 weggelassen. Die Darstellung zeigt die Skelettflächen
der Schaufel 2 und der Deckscheiben 3, 4, d. h. die jeweilige Dicke der
genannten Teile bleibt unberücksichtigt. Die Schaufel 2 hat eine Eintrittskante 6
und eine Austrittskante 7.To better recognize the course of the
In der Fig. 2 ist die Schaufel 2 in der Vorderansicht ohne die sie begrenzenden
Teile, vordere Deckscheibe 3, hintere Deckscheibe 4 und Nabe 5, dargestellt Zu
erkennen sind hier auch die Eintrittskante 6 und die Austrittskante 7. Durch Pfeile
angedeutet sind der Radius R und der Umschlingungswinkel ϕ, welche sich auf
die Schaufel 2 beziehen und die sich mit deren Verlauf verändern.In FIG. 2, the
Der Radius R, der von der Achse Z des Laufrades 1 ausgeht, ist auch der Fig. 3
zu entnehmen. Außerdem wird in Fig. 3 die Koordinate s längs der
Meridianstromlinie der Schaufel 2 dargestellt. Schließlich sind noch Stromfäden
S1 bis S5 in den Meridianschnitt der zwischen der Eintrittskante 6 und der
Austrittskante 7 verlaufenden Schaufel 2 eingezeichnet.The radius R that starts from the axis Z of the impeller 1 is also FIG. 3
refer to. In addition, the coordinate s along the
Shovel 2 meridian streamline shown. Finally, there are threads of electricity
S1 to S5 in the meridian section of the between the leading
Aus der Fig. 4 ist entnehmbar, wie sich der Winkel β der Stromfäden S1 bis S5 mit fortschreitendem Verlauf x/L ändert. Vor allem ist zu sehen, daß die Winkel β der bei Stoßanströmung im kavitationsgefährdeten Bereich gelegenen Stromfäden S3 bis S5 von einem kleinen Ausgangswert her zunächst ansteigen, um dann nach einem erreichten Höchstwert zum Schaufelende hin leicht abzufallen.From Fig. 4 it can be seen how the angle β of the current filaments S1 to S5 changes with the progress of x / L. Above all, it can be seen that the angle β the one located in the area at risk of cavitation when there is a surge Current filaments S3 to S5 initially rise from a small initial value, and then slightly after reaching a maximum value towards the end of the bucket fall off.
Der Anströmwinkel β0 der vom Laufrad zu fördernden Flüssigkeit ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Er ist um mindestens 5° größer als der Schaufeleintrittswinkel β1 in dem bei Stoßanströmung kavitationsgefährdeten Bereich.The inflow angle β 0 of the liquid to be conveyed by the impeller is not shown in the drawing. It is at least 5 ° larger than the blade entry angle β 1 in the area at risk of cavitation when there is a surge flow.
Der Verlauf des Winkels β zwischen dem Schaufeleintrittswinkel β1 an der
Eintrittskante 6 und dem Schaufelaustrittswinkel β2 an der Austrittskante 7 ist der
Fig. 5 anhand eines konformen Abbildes der Schaufel 2 im Bereich des
Stromfadens S5 entnehmbar. Auch aus dieser Abbildung wird deutlich, daß der
Winkel β bis zu einem Höchstwert ansteigt (hier durch eine strichpunktierte Linie
markiert), und danach leicht abfällt.The course of the angle β between the blade entry angle β 1 at the leading
Claims (1)
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