NO126637B - - Google Patents

Description

Sentrifugalpumpe.

Den foreliggende oppfinnelse angår en sentrifugalpumpe med

et sentrifugalpumpehjul og et propellformet mateløpehjul (inducer) koaksialt med pumpehjulet. Denne inducer tjener til å forbedre pumpeytelsen ved driftstilstander som ligger tett opptil kavi tasjonsforhold (Hohlsogbildung). o

I pumper med mateløpehjul eller inducere er det fastslått

at der på sugesiden danner seg en omkretssone hvor væsken strømmer tilbake, og som strekker seg hovedsakelig i motsatt retning av hovedstrømmen og på denne måte setter en praktisk grense for den utnyttbare innstrøm-ningsmengde til induceren av den væske som skal pumpes. En slik be-grensning er vanligvis en fordel, da den'skaffer en økning av den abso-lutte hastighet av hovedstrømmen og dermed en endring av hastighets-trekantene og øker pumpens virkningsgrad, spesielt ved lav pumpeytelse og ved driftstilstander i nærheten av kavitasjonsdannelse.

Det forekommer imidlertid allikevel, noe som også har kunnet fastslås ved forsøk, at tilbakestrømningssonen ved redusert pumpemengde eller iallfall i nærheten av kavitasjonstilstand flytter seg til over suge-ledningen, nærmere bestemt på en slik måte at hovedstrømningen blir fri og legger beslag på hele innstrømningssiden til induceren, så

de av tilbakestrømningssonen skaffede fordeler ikke vil gjøre seg gjeldende. Derved vil pumpens drift bli ustabil .

En ytterligere ulempe som har uheldig innflytelse på pumpens stabile driftssone, spesielt ved sentrifugalpumper, og dessuten fremmer kavitasjon, kan tilskrives tilstedeværelsen av væskestråler som kommer ut fra opplagringen av skovlhjulet (pumpehjulet) og trer ut i nærheten av sugesiden. Skovlhjul i sentrifugalpumper er opplagret i minst to par sliteringer som er fast forbundet med henholdsvis skovlhjulet og huset, idet det ene ringpar ligger på sugesiden, mens det annet ligger på trykksiden. Den væske som siver gjennom sliteringparet på sugesiden, føres vanligvis inn i høyde med pumpehjulets innløpsåpning, og da aksialforskyvningen mellom skovlhjulet og pumpehuset i denne sone vanligvis er meget liten, fås der en omkretsstråle med høy hastighet som tilføres i umiddelbar nærhet av pumpehjulets kanter. Denne stråle for-årsaker en betydelig forstyrrelse, i særdeleshet fordi kavitasjonen alltid har sitt opphav i sonen for skovlendene, som er meget ømfintlige for forstyrrelser, spesielt av den art som forårsakes av de nevnte stråler.

Den væske som siver ut mellom sliteringene på trykksiden, fanges vanligvis opp av et spesielt kammer som betegnes som utligningskammer, og som ligger på den side av skovlhjulet som ligger aksialt motsatt sugesiden. Tømming av dette utligningskammer finner sted ved hjelp av hull som er uttatt i pumpehjulets skive nær kantene, og som munner ut på sugesiden av pumpehjulet. På denne måte får utligningskammeret i pumper uten inducer et trykk som er lik sugetrykket (idet pumpens trykkhøyde hovedsakelig bero<p> på det radiale parti av skovlene), slik at pumpehjulet er hydrostatisk avbalansert i aksialretningen. Man må dog regne med væskestråler som kommer ut av avlastningshullene, og som forstyrrer hovedstrømmen betydelig og samtidig kan fremme kavitasjon ved pumpehjulets skovler.

Ved en sehtrifugalpumpe av den nevnte art, men hvor der er anordnet en inducer, samtidig som pumpehjulet skaffer en viss pumpe-høyde, er det nødvendig at trykket i utligningskammeret er likt eller bare noe høyere enn sugetrykket for å tillate væske å strømme ut av avlastningshullene og tilbake i kretsløpet. Det følger av dette at den samlede oppbygning av sentrifugalpumpehjul og inducer ikke lenger er hydrostatisk avbalansert, noe som betyr en betydelig aksial belastning på kulelagrene.

Disse aksiale trykkrefter kan naturligvis utlignes hydrostatisk ved at ringene på trykksiden gis en større diameter enn ringene på sugesiden. Selv om en slik løsning torde tillate en fullstendig utligning av aksialtrykkreftene, gjelder dette bare innenfor et bestemt område. Utenfor dette område ville trykket i utligningskammeret va-riere merkbart, spesielt da pumpehøyden av en inducer vanligvis endrer seg sterkt med pumpeytelsen.

Det er også kjent til utligning av aksialkrefter ved pumper uten inducer å forbinde et på pumpehjulets trykkside anordnet utligningskammer dels med pumpens trykkside via spalter og dels med sugesiden via en kanal.

En utvidelse av stabilitetssonen ved de kjente pumper med inducere er begrenset på den ene side av forskyvningen oppad av den nevnte tilbakestrømningssone mot inducerens sugeside og på den annen side, ved sentrifugalpumpen, ved foreko<p>atr.r. av den beskrevne væske-strømning mot innløpskanten, resp. mot foten og enden av pumpehjuls-skovlene. En fullstendig utligning av aksialkreftene over hele ar-beidsområdet har hittil vært praktisk talt umulig i en sentrifugalpumpe med inducer.

En hovedhensikt med oppfinnelsen er å skaffe en med inducer forsynt sentrifugalpumpe som eliminerer de nevnte ulemper og begrens-ninger ved de hittil kjente ut føreises former og således tillater et utvidet stabilt driftsområde. Nærmere bestemt er det en hensikt med oppfinnelsen å skaffe en rotasjonspumpe med inducer, hvor den nevnte tilbakestrømningssone på sugesiden av induceren under- alle driftstilstander holder seg hovedsakelig stabil.

Videre skal de kavitasjonsfremmende forhold som følge av

de gjennom sliteringparene sivende væskestråler, elimineres, og en-heten av inducer og pumpehjul skal være avbalansert i hovedsakelig'

alle driftstilstander.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at der i området for mateløpehjulets innsugningssone i veggene av innløpskanalen er anordnet en ringformet spalte eller rundt omkretsen av kanalen fordelte åpninger til å forbinde innsugningssonen med et kammer som inneholder væske under høyere trykk enn i innløpskanalen, og som er forbundet med sentrifugalpumpehjulets innsugningssone via strømningskanaler og spalter mellom pumpehuset og pumpehjulet og/eller med sentrifugalpumpehjulets trykk-kammer via en ledning, et utligningskammer og

og spalter mellom pumpehuset og sentrifugalpumpehjulet.

Den væske som siver ut gjennom sliteringparet på sugesiden, kan ved hjelp av egnede organer som står under det samme sugetrykk,. også føres inn i det nevnte med innløpskanaler forbundne kammer, som kan betegnes som et samlekammer, slik at der ikke lenger foreligger noen væskestråler mot skovlene i overgangspartiet mellom inducer og pumpehjul, hvor der er klaring mellom pumpehjulet og pumpehuset, idet strålen rettes i motsatt, retning mot samlekammeret som følge av inducerens pumpehøyde eller -trykk.

På denne måte fås der en pumpe hvor driftstilstandene, spesielt med hensyn til hovedstrømmen, kan betegnes som ideelle, da ethvert forhold som kunne fremme kavitasjon, er avhjulpet. Derved kan området for driftsstabilitet utvides til tilstander med de laveste trykk og/ eller redusert pumpeytelse. De aksiale trykkrefter i den av inducer og pumpehjul bestående enhet er praktisk talt utlignet, selv ved høye sugetrykk, slik at belastningen på kulelagrene blir minst mulig.

Ytterligere trekk og egenskaper ved oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under henvisning til det i snitt på tegningen viste utførelses-eksempel på en sentrifugalpumpe som er spesielt egnet for høye pumpe-ytelser og for væsker av bestemte viskositeter. Pumpen består av et hus 10 som danner sugekanaler 11 og en trykksone 12. I det indre av huset er der opplagret et pumpehjul 13 av kjent utførelse som settes i rotasjon av en aksel 14 ved drift fra en ikke vist turbin. Akselen er opplagret i kulelagre ved 15 og 16. Tilførselen av væske til pumpehjulet 13 finner sted i aksialretningen, som antydet ved piler A, mens utstrømningen finner sted i retningen for pilene R, d.v.s. i radialretningen. Pumpehjulet 13 er montert i huset 10 ved hjelp av sliteringpar 17', 17'' og 18', 18'', idet en ring 17'» 18' i hvert par er forbundet med pumpehjulet 13» mens den annen ring 17''» 18'■' er forbundet med huset, samtidig som parene 17 og 18 er anordnet på henholdsvis suge- og trykksiden av pumpehjulet.

Den væske som siver gjennom sliteringparet 17 fra et trykk-kammer 19, kommer Ved enden av pumpehjulskovlene inn i et område 20

via en spalte 22 mellom pumpehjulet og huset. Den væske som siver fra kammeret 19 gjennom sliteringparet 18, kommer inn i et utlignings-eller samlekammer 23 som ligger på motsatt side av pumpehjulet i forhold til sugesiden 21.

Pumpehjulet 13 er koaksialt tilsluttet et mateløpehjul 24

som også er kjent under betegnelsen inducer.

Ved forsøk har man fastslått at der overfor sugesiden av induceren eller mateløpehjulet 24 dannes tilbakestrømningssoner som strekker seg i omkretsretningen, og som ville ha vært fordelaktige hvis deres beliggenhet hadde vært konstant og de ikke hadde vært til-bøyelige til å forskyve seg oppover i nærheten av kavitasjonssteder.

I nærheten av inducerens sugeside er imidlertid anordnet

en spalte 25 som står i forbindelse med et tilgrensende samlekammer 26, og som fører en del av den i dette kammer foreliggende væske inn på inducerens sugeside. Trykket i denne væske må vært. høyere enn det

statiske trykk som foreligger i en sone 27 like under induceren. Denne tilførsel skaffer en strømning som ikke gir noen vesentlig forstyrrelse av hovedstrømmen. Ved liten pumpeytelse hindrer den imidlertid på for-delaktig måte en utvidelse av tilbakestrømningssonen til ovenfor inn-løpskanten av inducerskovlene.

Væsken til å frembringe en stråle gjennom spalten 25 blir tatt ut gjennom sliteringparene 17 og 18. Den væske som siver inn i sonen 20 fra sliteringparet 17, blir ført inn i kammeret 26 gjennom minst en forbindelseskanal 28 som også sørger for at der i den nevnte sone 20 bare hersker det samme eller et svakt høyere trykk enn i samlekammeret 26. Por at den væske som siver inn i sonen 20, skal føres inn i kammeret 26, og for at der i sonen 21 ikke skal oppstå noen forstyr-rende stråler som følge av væskegjennomgang gjennom klaringen 22, er det nødvendig at det i kammeret 26 herskende trykk, som forøvrig må ligge over det statiske trykk i sonen 27, er lavere enn det i sonen 21 herskende trykk, som utgjør summen av trykket i sonen 27 og pumpehøyden som følge av induceren. Derved fås der en strøm fra sonen 21 til sonen 20 og videre til kammeret 26, noe som medfører at enhver forstyrrelse ved innløpskanten til pumpehjulskovlene elimineres. Strømningen fra 21 til 20 er desto kraftigere jo større trykkdifferansen mellom de to soner er, d.v.s. jo større den av induceren frembragte pumpehøyde er. Da inducerens pumpehøyde står i omvendt forhold til pumpeytelsen, vil det forstås at den væske som strømmer fra sonen 21 til kammeret 26, tiltar ved reduksjon av ytelsen, noe som er av_stor fordel for en eli-minasjon av tilbakestrømningssonene på pumpehjulets sugeside i betrakt-ning av de ugunstige virkninger ved kavitasjon.

Med fordel kan der ved hjelp av to hull eller kanaler 29 og 30 i samlekammeret 26 vedlikeholdes et trykk i dette kammer som er lik sugetrykket. På denne måte vil det statiske trykk i hovedstrømmen i sonen 27 være lavere enn trykket i kammeret 26, da det førstnevnte trykk er bestemt av forskjellen mellom sugetrykket og det dynamiske trykk av væskehastigheten ved 27, under forutsetning av at-man ser bort fra de beskjedne trykktap gjennom innsugningsspiralen. Den ønskede trykkdifferanse mellom kammeret 26 og sonen 27 må herunder stabiliseres slik at den nevnte hensiktsmessig orienterte strømning gjennom den ringformede spalte 25 stabiliseres. Som følge av den av induceren frembragte pumpehøyde er på den annen side trykket i kammeret 26 lavere enn trykket i sonen 21, slik at også den ønskede strømning fra sonen 21 til kammeret 26 stabiliserer seg.

Utligningskammeret 23 kan likeledes tilpasses sugetrykket, f. eks. trykket i kammeret 26 ved hjelp av en ledning 31 eller trykket i en tilgrensende beholder for de lette partikler av den behandlede væske. Eventuelt kan der til dette formål også anvendes andre inn-retninger som sliteringer 17, 18 med samme diameter. Disse gjør det mulig å oppnå en hydrostatisk likevekt i pumpen. Samtidig blir den årsak til forstyrrelse som skyldes væskestråler som trer ut gjennom avlastningshullene i de kjente pumper, eliminert, idet pumpehjulet

og induceren har en sideordnet avlastning via rørledningen 31. Flate-innholdet av de soner 27 og 20 som står under sugetrykk, tilsvarer den samlede flate som omsluttes av sliteringene på sugesiden, mens kammeret 23 svarer til den flate som omsluttes av ringene på trykksiden. Inducer og pumpehjul kan derfor betraktes som en separat avbalansert enhet uavhengig av driftstilstanden, diameteren av induceren eller diameteren av sliteringene, idet det dog forutsettes at disse har enhetlig diameter på begge sider av pumpehjulet. Da det kan være behov for i samme pumpehus å bygge inn inducere og pumpehjul med for-skjellige dimensjoner for med samme pumpe å dekke bredere ytelses- • områder, uten herunder å måtte endre diameteren av sliteringene 17,

18, er det mulig å endre dimensjonene av sonen 20 uten at den aksiale belastning på kulelagrene endres.

Den eneste ikke utlignbare aksialbelastning utgjøres av sugetrykket på akselkappen, men disse belastninger er så lave at de kan opptas av et hvilket som helst normalt kulelager. I det tilfelle at sugetrykket er betydelig høyere enn atmosfæretrykket , kan de aksialkrefter som skyldes trykket på akselkappen, bli for høye. For dette tilfelle blir der i ledningen 31 innbygd en reguleringsventil (ikke vist) som tillater utligning av de gjenværende aksialkrefter, idet der innvirkes på den flate som ligger under tetningsringen på trykksiden.

Sentrifugalpumpen ifølge oppfinnelsen har følgende fordeler i forhold til de kjente pumper: 1) Det stabile driftsområde av pumpen omfatter også lave pumneytelser, samtidig som den væske som kommer ut gjennom tetnings-ringene og spaltene eller klaringene mellom pumpehjul og pumpehus, utnyttes og påny føres inn under induceren, idet hastigheten og retningen av væsken styres.

2) Gjennom en bestemt geometrisk utformning av induceren

og pumpen fås der tilstander med et minimalt sugetrykk uten kavitasjon, idet årsakene til forstyrrelser i strømningen ved utløpet fra induceren og innløpet til pumpehjulet elimineres. 3) Aksialkreftene er utlignet selv ved høye sugetrykk, slik at aksialbelastningene pa kulelagrene er redusert til et minimum.

Claims (1)

1. Sentrifugalpumpe med et sentrifugalpumpehjul og et propellformet mateløpehjul (inducer) koaksialt med pumpehjulet, karakterisert ved at der i området for mateløpehjulets (24) innsugningssone i veggene av innløpskanalen er anordnet en ringformet spalte (25) eller rundt omkretsen av kanalen fordelte åpninger til å forbinde innsugningssonen med et kammer (26) som inneholder væske under høyere trykk enn i innløpskanalen, og som er forbundet med sentrifugalpumpehjulets (13) innsugningssone via strømningskanaler (28) og spalter (22) mellom pumpehuset og pumpehjulet (13) og/eller med sentrifugalpumpehjulets trykk-kamm.er (19) via en ledning (31)» et utligningskammer (23) og spalter (18) mellom pumpehuset og sentrifugalpumpe-hj ulet (13).