SE455526B - Pump med ett hus och tva inloppslophjul - Google Patents

Description

455 526 2 Ju större C-faktorn är, desto högre sugförmåga får pumpen.

Drivaxelns varvtal inverkar på pumpens ytterdimensioner och vikt, medan kapaciteten inverkar på erforderligt antal pumpar och sugtrycket inverkar på anläggningskostnaderna. Genom att exempel- vis dubbelt öka pumpens sugförmåga kan man vid ett konstant sug- tryck fördubbla drivaxelns rotationshastighet, varigenom pumpens ytterdimensioner och vikt kan göras 3-6 gånger mindre, vilket gör det möjligt att avsevärt minska tillverkningskostnaden för pumpar med lika verkningsgrad. Den existerande tendensen att öka den s.k. enhetseffekten hos energialstrande anläggningar kräver att man ås- tadkommer pumpar med ännu högre verkningsgrad, vilka erfordrar ett högt sugtryck. Höga sugtryck vid pumpar med hög kapacitet kan en- dast åstadkommas till mycket höga kostnader. Ifall pumpens sugför- måga kan göras exempelvis dubbel så stor, kan man klara sig med en enda pump med stor kapacitet i stället för fyra pumpar med den ekvi- valenta sammanlagda kapaciteten, varjämte investeringskostnaderna för ästadkommandet av sugtrycket kan göras minst tre gånger lägre.

Inom pumpbyggnadstekniken finns således ett utpräglat behov av att öka pumpars sugförmåga.

Om pumpens sugförmåga icke blir tillräckligt hög, uppkom- mer kavitation i pumpen, vilet leder till en minskning av trycket och verkningsgraden, till kavitationserodering av hjulets genom- strömningsdel och till uppkomst av pulsationer hos vätsketrycket och vätskeflödet i pumpens inlopps- och utloppsrörledningar.

Ett särdrag hos det aktuella problemet består i att då pumpens sugförmâga ökar, minskar vanligen pumpens verkningsgrad, vilket medför en avsevärd ökning av energiförbrukningen. Pumpar med hög sugförmåga har därför i regel låg verkningsgrad, under det att pumpar med hög verkningsgrad har låg sugförmåga.

Pumpar med hög sugförmåga är kända.

En känd pump av detta slag innefattar ett på en drivaxel anordnat axiallöphjul, som är försett med ett nav, på vilket skruv- linjeformade skovlar är fästa. Skovlarna är profilerade längs hju- lets radie enligt sambandet r.tg ß = konst, där r är hjulets momen- tanradie ochfß skovlarnas stigningsvinkel mellan ett plan, som går i rät vinkel mot pumpens drivaxel, och ett plan, som är tangenti- ellt mot hjulets skovlar.

Denna kända pumps sugförmåga är hög genom dels en ökning av tvärsnittsytan hos pumpens genomströmningsdel och dels en minsk- ning av skovlarnas stigningsvinkel genom en minskning av en s.k. flödeshastighetsfaktor via hjulets inloppstvärsnittsyta, vilken 455 526 3 faktor bestämmes som förhållandet mellan vätskans axiella ström- ningshastighet och hjulets periferihastighet vid hjulets ytterdia~ meter. Tvärsnittsytan i pumpens genomströmningsdel ökar genom dels en ökning av hjulets ytterdiameter och dels hållfasthetsmässigt största möjliga minskning av navets diameter. Detta bidrar till en minskning av vätskeströmningshastighetens axiella komponent och minsta möjliga statiska tryckfall i vätskeströmmen, vilket resulte- rar i en ökning av pumpens sugförmåga.

Nämnda kända pumpar har emellertid låg verkningsgrad (unge- fär 0,5), vilket härrör från en låg flödeshastighetsfaktor av högst 0,1 på grund av en stor tvärsnittsyta hos pumpens genomströmnings- del och en låg axiell vätskeströmningshastighet, samt på grund av att strömningen i hjulets genomströmningsdel är s.k. avlösnings- strömning.

Skovelpumpar med hög verkningsgrad är kända.

En sådan känd pump innefattar ett hus, i vilket på en driv- axel är anordnat ett löphjul, som är försett med ett nav, på vilket är fästa skovlar, vilka är profilerade längs hjulets radie enligt lagen för fri cirkulation. Skovlarna är anordnade att sett i ut- bredningen för s.k. cylindriska sektioner bilda ett s.k. galler för aerodynamiska profiler, vilka har förhållandevis stora stig- ningsvinklar, som bestämmas som en vinkel mellan profilens korda och gallrets front och motsvarar stora flödeshastighetsfaktorer överstigande 0,2.

Denna kända pump har emellertid låg sugförmåga (i det när- maste 1000), vilket är förknippat med förhållandevis höga vätske- strömningshastigheter på grund av en reducerad tvärsnittsyta hos hjulets genomströmningsdel.

Försök att lösa det motstridiga problemet med att kombine- ra pumpens höga sugförmåga med dess höga verkningsgrad har lett till åstadkommandet av en skovelpump, i vars hus är på en drivaxel, framför ett centrifugallöphjul, sett i vätskeströmningsriktningen, anordnat ett axiallöphjul, som är försett med ett nav med på det- samma fästa skovlar, vilka är anordnade att bilda divergerande (s.k. diffusörformade) kanaler mellan skovlarna.

Axiallöphjulets genomströmningsdel är uppbyggd av tvâ i serie efter varandra, sett i vätskeströmníngsriktningen, anordnade partier, nämligen ett kavitationsparti och ett tryckparti med i riktning från hjulets inloppsparti till dess utloppsparti jämnt ökande stigningsvinklar för skovlarna. För att säkerställa att hjulet får så kort axiell längd som möjligt har man beräknat teo- 455 526 N retiska samband, vilka bestämmer en ändring av skovlarnas stig- ningsvinkel över hjulets längd i strömningsriktningen och vilka härletts från det villkoret att vätskan strömmar avlösningsfritt över bredden av kanalerna mellan skovlarna. Genomströmningsdelens kavitationsparti bidrar till hög sugförmåga, medan dess tryckparti säkerställer ett högt tryck. En sådan utformning av axiallöphju- lets genomströmningsdel befrämjar att pumpan samtidigt får hög sug- förmåga och hög verkningsgrad.

En skovelpump är dessutom känd, vid vilken ett axiallöp- hjul med skruvlinjeformade skovlar är anordnat på en drivaxel fram? för ett axiallöphjul, sett i vätskeströmningsriktningen. Axiallöp- hjulet med skruvlinjeformade skovlar säkerställer att pumpen får hög sugförmåga och alstrar minsta möjliga tryck, som erfordras för att löphjulet, som är avsett att åstadkomma ett förutbestämt tryck, skall kunna arbeta utan kavitation.

Den så utformade, kända pumpen gör det möjligt att välja beräknade driftsförhållanden för löphjulet vid höga flödeshastig- hetsfaktorer (överstigande 0,2), varigenom pumpen får hög verk- ningsgrad.

Samtliga kända tekniska lösningar karakteriserar endast den uppnådda utvecklingsnivån för problemet med att kunna säkerställa att pumpen samtidigt har hög sugförmåga och hög verkningsgrad, vil- ken nivå givetvis icke är en gränsnivå. En ökning av pumpens sug- förmåga leder till en mindre intensiv kavitationserodering av pum- pens genomströmningsdel oph en minskning av pulsationer hos vätske- trycket och vätskeflödeshastigheten i pumpens inlopps- och utlopps- ledningar. ' Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstadkomma en pump, som får hög sugförmåga genom användning av ett speciellt axiellt sughjul, som uppvisar kavitationsegenskaper, vilka i det närmaste liknar gränskavitatíonsegenskaperna.

Detta uppnås medelst en pump av inledningsvis angivet slag, vilken huvudsakligen utmärkes av att ytterdiametern hos skovlarna i inloppslöphjulet är konstant och förhåller sig till den konstanta ytterdiametern hos skovlarna i axiallöphjulet som i det närmaste 0,64 till 1 och att stigningen vid spetsarna av skovlarna i inloppslöphjulet förhåller sig till stigningen vid spetsarna av skovlarna i axiallöphjulet som i det närmaste 0,64 till 1. 4s5's26 5 En sådan konstruktiv utformning av pumpen bidrar till en avsevärd ökning av pumpens sugförmåga genom att en större radiell spalt åstadkommes mellan sughjulets ytterdiameter och husets inner- diameter. Vätskeströmmen genom sughjulets inloppsparti uppdelas därför i två strömmar, av vilka den ena strömmar via spalten, me- dan den andra strömmen passerar via nämnda hjul. Det framgår av analysen av sambandet (1), att vid en minskning av volymhastighe- ten (flödet) hos den vätska, som skall pumpas, erfordras ett lägre s.k. rent positivt sugtryck för att det ytterligare sughjulet skall kunna arbeta ytan kavitationsavlösning, då drivaxelns varvtal och den s.k. kritiska snabbhetskavitationsfaktorn är kända och förut- bestämda. En minskning av det rena sugtrycket leder då flödet hos den vätska, som skall pumpas, och drivaxelns rotationshastighet är kända och förutbestämda, till en avsevärd ökning av pumpens sugför- måga. Genom enkel analys kan man visa att en ökning av pumpens sug- förmåga kan uppskattas genom sambandet (2) c' = c g, (2) där C' är den kritiska snabbhetskavitationsfaktorn för en pump med ett extra axiellt sughjul; C är den kritiska snabbhetskavitationsfaktorn för en pump utan ett extra axiellt sughjul; D' är det extra axiella sughjulets ytterdiameter; D är axiallöphjulets ytterdiameter.

Det är känt att för varje axiallöphjul finns en optimal stigning hos en skruvlinje för skovlarna längs ytterdiametern, vil- ken stigning säkerställer att pumpen får högsta möjliga sugförmåga.

Om man utgår från geometrisk likhet, måste därför stigning- en hos skruvlinjen för det extra axiella sughjulets skovlar längs dess ytterdiameter väljas i motsvarighet till det extra axiella sughjulets ytterdiameter.

Det extra axiella sughjulet bidrar dessutom till att alst- ra ett tryck, vid vilket axiallöphjulet arbetar utan kavitation, vilket gör kavitationserosionen av hjulets genomströmníngsdel mind- re intensiv, samtidigt som pulsationer i vätsketrycket och vätske- flödet i pumpen uppkommer i lägre grad.

Det är lämpligt att det extra axiella sughjulets ytterdia- 455 525 6 meter är konstant över dess längd i ett meridianplan och 10-50% mindre än axiallöphjulets ytterdiameter. Det är vidare lämpligt att stigningen hos skruvlinjen för det extra axiella sughjulets skovlar är 10-50% mindre än stigningen hos skruvlinjen för axial- löphjulets skovlar, sett i dess inloppsparti.

Dessa förhållanden har erhållits på empirisk väg och är op- timala, då det extra axiella sughjulets ytterdiameter är konstant.

Ifall det extra sughjulets ytterdiameter är högst 10% mindre än axiallöphjulets ytterdiameter, blir ökningseffekten för pumpens sugförmåga avsevärt lägre. Att med 50% begränsa minskningen av det extra sughjulets diameter är förknippat med att det extra sug- hjulet måste säkerställa en ökning av trycket framför axiallöphju- let, vilken tryckökning garanterar att axiallöphjulet fungerar utan kavitationsavlösning. Nämnda tryck minskar väsentligen, då det ext- ra sughjulets ytterdiameter göres minst 50% mindre.

Det är lämpligt att det extra axiella sughjulets ytterdia- meter och stigningen hos skruvlínjen för nämnda extra sughjules skovlar avtar över det extra sughjulets längd i meridianplanet mot vätskeströmmen. Pumpen har i detta fall, såsom framgår av samban- det (2), högsta möjliga sugförmåga, då det extra sughjulets ytter- diameter är så liten som möjligt.

Det extra sughjulet kan anses bestå av i serie efter varand- ra anordnade axiella elementarhjul, vilka vart och ett är utformade enligt uppfinningen. Varje föregående axiellt elementarhjul utgör, sett i vätskeströmningsriktningen, ett extra sughjul för efterföl- jande axiella elementarhjul. För att det första axiella elementär- sughjulet skall kunna arbeta utan kavitationsavlösning erfordras lägsta möjliga rena positiva sugtryck. För efterföljande axiella elementarhjul säkerställes det kavitationsavlösningsfria arbetet genom såväl det rena positiva sugtrycket som trycket från det förs- ta axiella elementarsughjulet etc.

Pumpens kavitationsavlösningsfria arbete säkerställes, i sin helhet, vid ett väsentligt lägre rent positivt sugtryok, som bestämmes genom driftsförhållandena för det första, sett i vätske- strömningsriktningen, axiella elementarsughjulet.

Det är önskvärt att stigningen hos skruvlinjen för det ext- ra axiella sughjulets skovlar är vald ur sambandet ' Då + då så = (0,75 till 1,25) ___-__ . s (3) D + d där Si, Di, Då är momentanvärdena för stigningen hos skruvlinjen 455 526 7 för skovlarna, ytterdiametern respektive diametern hos navet hos det extra axiella sughjulet; S, D, d är stigningen hos skruvlinjen för skovlarna, ytterdia- metern respektive diametern hos axiallöphjulets nav i axiallöphju- lets inloppsparti.

Sambandet (3) representerar ett matematiskt uttryck för geometrisk likhet mellan samtliga axiella elementarnjul, vilka i sin helhet utgör ett extra axiellt sughjul. Varje axiellt elemen- tarhjuls typiska längdstorlek anses vara dess medeldiameter. Grän- serna 0,75-1,25 för konstanten har bestämts genom försöksdata och säkerställer en ringa avvikelse från pumpens högsta möjliga sugför- måga, som motsvarar en konstant lika med 1.

I en rad fall användes det extra axiella sughjulet lämpli- gen vid ett s.k. boostersteg.

Om man utgår från pumpens anordnande och montering, kan det extra axiella sughjulet vara skilt ett bestämt avstånd från axial- löphjulet, i vilket fall det tryck, som skall alstras av det extra sughjulet, i önskad grad mäste överstiga strömningsförluster över övergângspartiet. I detta fall användes det axiella sughjulet lämpligen som ett löphjul i boostersteget. Pumpen kan exempelvis utformas på detta sätt, då existerande pumpar skall moderniseras för att öka deras sugförmåga. _ Det är önskvärt att axiallöphjulets genomströmningsdel in- nefattar tre, till varandra anpassade partier, nämligen ett kavi- tationsparti, ett tryckparti och ett utjämningsparti dels med ökan- de stigningsvinklar för skovlarna, vilka vinklar bildas av ett plan, som går i rät vinkel'mot pumpens axel, och ett plan, som är tangentiellt mot axiallöphjulets skovlar, och dels med en ökande navdiameter, vilka partier är utformade med en variabel gradient över hjulets längd i ett meridianplan. Denna gradient är så stor som möjligt över tryckpartiet och så låg som möjligt över utjäm- ningspartiet, varvid kanalerna mellan skovlarna är utformade så, att de utvidgar sig, varvid en s.k. öppningsvinkel för en ekviva- lent diffusör, vars ena sida är bildad av skovelns sugsida och vars andra sida utgöres av skovelns trycksida, är mellan ungefär 1° och 5°.

En dylik utformning av axiallöphjulets genomströmningsdel gör det möjligt att åstadkomma en pump med hög sugförmâga och hög verkningsgrad. Det är känt att strömningsförlusterna vid kavita- tionsströmning är väsentligen högre än förlusterna vid strömning utan kaviation. Kavitationspartiet i axiallöphjulets genomström- 455 526 8 ningsdel bidrar till att pumpen får förutbestämd hög sugförmåga vid en förhållandevis låg fraktion av det tryck, som skall alstras. Ge- nomströmningsdelens tryckparti bidrar till att åstadkomma ett förut- bestämt tryck vid lägsta möjliga strömningsförluster i detta parti.

Utjämningspartiet är avsett att eliminera den radiella och stegvisa olikformigheten i vätskeströmningen i axiallöphjulets utloppsparti vid ett i det närmaste konstant tryck över detsamma. Det framgår av det ovan sagda att trycket ökar längs axiallöphjulets centrum- axel, sett i vätskeströmningsriktningen, olikformigt med en varia- bel gradient, dvs. tryckökningen är maximal över tryckpartiet och minimal över utjämningspartiet. För att säkerställa att vätske- strömningen i genomströmningsdelen är avlösningsfri är det nödvän- digt att skovlarnas stigningsvinklar och navets diameter ändras över nämnda partier även med en variabel gradient i motsvarighet till nämnda tryckändringssamband. Ett kännetecknande särdrag hos genomströmningsdelen i axiallöphjulet, som är avsett att arbeta un- der nominella driftsförhållanden vid låga flödeshastighetsfaktorer (understigande 0,1) och som uppvisar ett förhållandevis tätt profil- galler vid ett lågt antal skovlar, är att kanalerna mellan skovlar- na har en stor längd, som karakteriseras av en väsentlig ökning av gränsskiktets tjocklek, gränsskiktets ökande benägenhet att avlö- sas och en med detsamma sammanhängande begränsning av gränsöppnings- vinklarna för den ekvivalenta diffusören hos kanalerna mellan skov- larna.

Skovlarna hos axiallöphjulets genomströmningsdel måste där- för profileras längs hjulets radie i varje tvärsnitt enligt samban- det ' ri.(tg ßi + a) = b (11) där ri är axiallöphjulets momentanradie; ßi är skovlarnas momentanstigningsvinkel; a, b är konstanter, som för kavitationspartiet av axiallöphju- lets genomströmningsdel är lika med: a= - (0,01 till 1,05) till +(0,01 till 0,15) b (0,1 till 0,5) . R och som för tryck- och utjämningspartierna av axiallöphjulets genom- strömningsdel är lika med a = - (o,o1 till 0,6) till + (o,o1 till 0,6) b (0,3 till 1) R, där R är axiallöphjulets ytterradie.

Skovlarna får i detta fall en linjeformad yta, varigenom 455 526 9 nämnda hjul är enklare att framställa. Nämnda koefficienter har erhållits genom beräkningar och teoretisk undersökning vad avser bestämningen av en optimal fördelning av strömningsparametrarna över löphjulets längd och radie. Att enligt sambandet (U) profi- lera skovlarna hos axiallöphjulets genomströmningsdel gör det möj- ligt att omfatta alla kända optimala lagbundenheter för fördelning av omkretskomponenterna av vätskeströmningshastigheten längs hju- lets radie, dvs. genom att börja med lagen för fri virvel och upp till lagen för fast kropp inklusive mellanliggande fördelningsla- gar, vilka bidrar till hög verkningsgrad hos en pump. Sambandet (N) gör det dessutom möjligt att framgångsrikt lösa en rad problem, vilka är förknippade med processtekniken för framställning av axial- hjul.

Axiallöphjul, vars genomströmningsdelar exempelvis är pro- filerade enligt det kända sambandet, framställes i regel genom gjut- ning, som är ett förhållandevis arbetskrävande förlopp, då nämnda hjul mäste framställas i små serier. De gjutna hjulen uppvisar dessutom förhållandevis låga hållfasthetsegenskaper, medan deras skovlar har mycket skrovlig yta och förhållandevis låg dimensions- noggrannhet.

Det enligt uppfinningen föreslagna sambandet (H) för profi- lering av axiallöphjulet gör det möjligt att för framställning av nämnda hjul använda moderna fräsmaskiner med hög verkningsgrad, bl.a. programstyrda NC-fräsmaskiner. En sådan processteknik för framställning av hjul bidrar till att de framställda hjulen fär hög noggrannhet, hållfasthet samt hög ytbearbetningskvalitet, dvs. skovlarna får hög ytkvalitet, samtidigt som hjul är förhållandevis enkla att framställa i små serier.

Hänsyn måste dessutom tagas till de hydrodynamiska egenska- perna hos pumpen enligt uppfinningen, vilka egenskaper karakterise- ras dels av att tjocka gränsskikt förekommer i kanalerna mellan skovlarna till följd av att skovlarna har avsevärd längd och dels av att avsevärda sekundärvätskeströmmar och skovlarnas tjocklek verkar på strömningen.

Samtliga hydrodynamiska egenskaper kräver att man profile- rar pumpens genomströmningsdel flexiblare, vilket säkerställes ge- nom lämpligt val av koefficienterna a och b i sambandet (U). Skill- naden mellan koefficienterna a och b för kavitations-, tryck- och utjämningspartierna dikteras av skillnaden mellan de optimala ström- ningsparametrarna över dessa partier. Man måste i synnerhet säker- ställa en optimal anfallsvinkelfördelning längs skovlarnas radie, 455 526 10 samt optimala öppningsvinklar för den ekvivalenta diffusören hos kanalerna mellan skovlarna, stigningsvinklar för skovlarna etc.

Att enligt uppfinningen profilera skovlarna hos pumpens genomström- ningsdel säkerställer exempelvis en utjämning av strömningsparamet- rarna längs hjulets radie i dess utloppsparti, vilken utjämning er- fordras för att minska strömningsförlusterna i en utloppsanordning.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 schematiskt visar ett längdsnitt ge- nom skovelpumpen enligt uppfinningen i kombination med ett centri- fugallöphjul, fig. 2 visar ett längdsnitt genom en utföringsform av det extra axiella sughjulet enligt uppfinningen, fig. 3 visar ett längdsnitt genom en pump med ett boostersugsteg i kombination med ett centrifugallöphjul, fig. U visar ett längdsnitt genom sko- velpumpen enligt uppfinningen med ett axelhjul och fig. 5 i försto- rad skala visar en utbredning av en cylindrisk sektion längs en krökt kantlinje V-V i fig. U.

Pumpen innefattar ett hus 1 (fig. 1) med en rörstuts 2 för vätsketillförsel och med ett snäckformat utloppsparti 3. I huset 1 är på lager Ä anordnad en drivaxel 5, på vilken ett axiallöphjul 6 och ett centrifugallöphjul 7 är anordnade i serie efter varandra, sett i vätskeströmningsriktningen. Axiallöphjulet 6 har ett nav 8, på vilket är fästa skovlar 9, vilka är anordnade att mellan sig av- gränsa kanaler 10 för vätskepassage. Axiallöphjulet 6 har en ytter- diameter D och en stigning S hos en skruvlinje för skovlarna i hju- lets 6 inloppstvärsnitt längs dess ytterdiameter D. Axiallöphjulet 6 är försett med ett på axeln 5, vid inloppssidan för vätskan anord- nat extra axiellt sughjul 11, som innefattar ett nav 12 och på det- samma fästa skruvskovlar 13, vilka är anordnade att mellan sig bil- da kanaler lä. Det extra sughjulet 11 har en ytterdiameter D', som understiger axiallöphjulets 6 ytterdiameter D, och en stigning S' hos en skruvlinje för skovlarna 13 understigande stigningen S hos skruvlinjen för skovlarna 9 hos axiallöphjulet. Ytterdiametern D' och D och stigningen S' och S hos skruvlinjen för det extra sughju- lets 11 och axíallöphjulets 6 skovlar är så valda, att pumpen får hög sugförmåga.

Den på ritningen visade pumpen har ett förhållande av D' : D lika med i det närmaste 0,6U : 1 och S' : S i det närmaste O,6H : 1 vid en konstant ytterdiameter hos det extra sughjulet 11.

Pumpar av denna typ har följande försöksegenskaper: 455 526 11 Tabell Parametrar D' : D C' C C : C' Pump nr 1 0,72 6200-7000 11700 0,76-0,675 Pumpmr 2 \ 0,611 7000-9000 5200 o,711-0,58 Pump nr- 3 0,63 6000-8500 11500-5000 0,75-0,59 Pump nr 11 0,73 5500-71100 11500-5000 0,82-0,68 Dessa resultat bekräftar sambandet (2). V Då drivaxeln 5 roterar, strömmar vätskan via rörstutsen 2 mot det roterande sughjulet 11. En del av vätskan strömmar via ka- nalerna lü mellan skovlarna, samtidigt som resten av vätskan ström- mar mot det roterande axiallöphjulet 6 via spalten mellan huset 1 och hjulets 11 skovlar 13. Genom att skovlarna 15 kraftmässigt samverkar med vätskan, ökar trycket för den vätska, som tillföras axiallöphjulet 6. I axiallöphjulet 6 strömmar vätskan via kanaler- na 18 mellan skovlarna. Genom att skovlarna 9 kraftmässigt växel- verkar med vätskan ökar trycket för den vätska, som därefter ström- mar in i centrifugalhjulet 7. Vätskan strömmar från axiallöphju- lets 6 kanaler 10 in i centrifugalhjulet 7, där vätsketrycket ökar till det önskade värdet. En sådan successiv vätsketrycksökning sä- kerställer att pumpens alla löphjul arbetar utan kavitationsavlös- ning. Ur hjulet 7 strömmar vätskan in i utloppspartiet 3 och vi- dare in i eniyckrörledning.

I fig. 2 visas en utföringsform av pumpen, vid vilken ytter- diametern Då och stigningen Si hos skruvlinjen för sughjulets 11 skovlar 15 är avtagande i riktning mot vätskeströmmen. Med hänsyn till geometrisk likhet är i detta fall stigningen Så hos skruvlin- jen för skovlarna 15, i beroende av momentanvärdena för ytterdiame- tern Då och diametern hos navet 12 hos det extra sughjulet 11, vald enligt sambandet (3).

Denna utföringsform av pumpen fungerar på samma sätt som pumpen enligt fig. 1 med undantag av att det önskade sugtrycket är lägre till följd av att det extra sughjulet 11 har liten diameter i sitt inloppsparti och vätsketrycket är högre till följd av att sughjulet 11 har stor diameter i sitt utloppsparti.

Det extra sughjulets 11 nämnda meridiansnittsform bidrar således till högre sugförmåga och högre funktionssäkerhet hos axial- löphjulet 6 och centrifugalhjulet 7 och följaktligen hos hela pum- 455 526 12 pen utan att kaviationsavlösning äger rum.

I fig. 3 visas en utföringsform av skovelpumpen, vid vilken det extra axiella sughjulet 11 användes i ett s.k. boostersteg.

Hjulet 11 är fribärande anordnat på den roterbara drivaxeln 5, som är lagrad i ett lager 15 i en s.k. upprätningsanordning 16 mellan sughjulet 11 och axiallöphjulet 6. Sughjulets 11 dimensioner är valda enligt sambandet (3) Di + Då Så = (0,75 till 1,25) ------ . S D + d Denna utföringsform av pumpen arbetar på samma sätt som pumpen en- ligt fig. 2 med undantag av att vätskeströmningshastigheten är läg- re genom en vätskeströmutbredning i kanalerna mellan skovlarna hos upprätningsanordningen 16, medan det statiska vätsketrycket är hög- re, vilket förbättrar hjulets 6 funktion utan kavitationsavlösning.

Boostersteget användes lämpligen, då man önskar modernisera existerande pumpar för att öka deras sugförmâga.

Den i fig. H visade skovelpumpen har ett hus 17 med en rör- stuts 18 för vätsketillförsel och med ett vätskeutloppsparti 19.

I huset 1? är medelst lager 20 lagrad en drivaxel 21, på vilken det extra axiella sughjulet 11 och ett axiallöphjul 22 är anordna- de i serie efter varandra, sett i vätskeströmningsriktningen.

Axiallöphjulet 22 har ett nav 23, vars diameter ökar med en varia- bel gradient över hjulets 22 längd i ett meridianplan. På navet 23 är fästa skruvlinjeformade skovlar 2H med ökande stigningsvink- lar p , vilka även har en variabel gradient över hjulets längd.

Skovlarnas 2H stigningsvinkel fiß mätes mellan ett plan, som är vinkelrätt mot pumpens axel 21, och ett mot skovlarna 24 tangen- tiellt plan.

Axiallöphjulets 22 genomströmningsdel har tre, till varand- ra anpassade partier, nämligen ett kavitationsparti 25, ett tryck- parti 26 och ett utjämningsparti 27. I kavitationspartiet 25 är vätskeströmningen axiell, varvid partiet 25 möjliggör att pumpen får den önskade sugförmågan. I tryckpartiet 26 av genomströmnings- delen är vätskeströmningen diagonal, varvid detta parti 26 säker- ställer att pumpen åstadkommer det önskade vätsketrycket. I utjäm- ningspartiet 27 har vätskeströmmen en axiell riktning, varvid det- ta parti 27 bidrar till att eliminera vätskeströmningens radiella och stegvisa olikformighet i axiallöphjulets 22 utloppstvärsnitt vid ett i det närmaste konstant tryck över partiet 27.

Gradienten för navets 23 diameterändring och arbetsskovlar- 455 526 13 nas stigningsvinkel /9 är så stor som möjligt över tryckpartiet 26 och så låg som möjligt över utjämningspartíet 27.

Skovlarna 2U är anordnade att mellan sig bilda kanaler 28 (fíg. 5), vilka är utformade utvidgande med öppningsvinklar 6 förf en s.k. ekvívalent diffusör, vars ena sida utgöres av arbetssko- velns 2N utsida 29 och vars andra sida utgöres av skovelns 24 tryck- sida 30. Vinkeln 6 är mellan ca 10 och SO och bestämmes genom sam- bandet C la _ a a c 1 Qflarctg _2_._~e____ <5) 2 1 där al och az är bredden av kanalen 28 mellan skovlarna, i riktning- en för normalen mot kanalens 28 medellinje vid inloppssídan respek- tive utloppssidang cla och cza är den axiella komposanten av absoluthastigheten i axiallöphjulets 22 inlopps- respektive utloppsparti; l är längden av kanalen 28 mellan skovlarna i riktningen för medellinjen från det tvärsnitt, där kanalens bredd är al, till det tvärsnitt, där kanalens bredd är az.

Vinkeln /5 utgöres av en vinkel, som är innesluten mellan en periferihastighetsvektor i vid skovelns 2U momentanpunkt och en tangeringslinje, som går mot denna punkt.

Skovlarna 2H (fig. Ä) hos axiallöphjulets 22 genomström- ningsdel är profilerade längs hjulets radie enligt sambandet ri.(tg /ji+a)=b (ll) där ri är axiallöphjulets 22 momentanradie; /ßi är momentanstigningsvinkeln för axiallöphjulets 22 skovlar 23; a, b är konstanter, vilka för genomströmningsdelens kavita- tionsparti 25 är lika med -(0,o1 till 0,15) till +(o,01 till 0,15) (0,1 till 0,5) R; O' Il och vilka för tryckpartiet 26 och utjämningspartiet 27 är lika med a = - (o,o1 till 0,6) till + <0,o1 till 0,6) b = (0,3 till 1) R, där R är axiallöphjulets ytterradie. 455 526 11» Nämnda profileringssamband för axiailöphjulets-22 skovlar 2H kan vid framställning av hjulet 22 åstadkommas medelst moderna, numeriskt programstyrda fräsmaskiner med hög verkningsgrad. Skov- larna 2Ä får i detta fall linjeformad yta, vilket bidrar till en högre hållfasthet hos skovlarna och en bättre reproducerbarhet av skovlarnas 2U geometriska dimensioner och form. Genom att använda sambandet (U) kan man utnyttja alla kända optimala fördelningslagar för omkretskomponenterna av den absoluta vätskeströmningshastighe- ten längs hjulets 22 radie, från en lag, som i det närmaste liknar fri virvels lag, till en lag, som i det närmaste liknar fast kropps lag, inklusive mellanliggande fördelningslagar, vilka bidrar till en hög verkningsgrad hos pumpen. Genom faktorerna a och b i profi- leringssambandet (U) tages hänsyn till inverkníngen av gränsskikten, vilka bildas i kanalerna mellan skovlarna, vid husets 17 vägg och axiallöphjulets 22 nav 23, samt till inverkan av skovlarnas 2B tjocklek. Dessa faktorer har bestämts genom beräkning och försök.

Då drivaxeln 21 (fig. U) och det extra sughjulet 11 samt axiallöp- hjulet 22 roterar, strömmar vätskan via rörstutsen 18 i riktning mot skovlarna 15, varvid den passerar via kanalerna lü mellan skov- larna och via spalten mellan pumphusets 17 vägg och hjulets 11 yt- terdiameter och därefter tillföres skovlarna 2U, passerar via ka- nalerna 28 mellan skovlarna och strömmar ut i pumpens utloppsparti 19. Genom att sughjulets 11 skovlar 13 kraftmässigt samverkar med vätskan ökar trycket för den vätska, som strömmar in i axiallöp- hjulet 22. Samtidigt som vätskan strömmar via kavitationspartiet 25 uppkommer vid skovlarpas 2U sugsida 29 (fig. 5) en avlösnings- Villig kavitationsblåsa, spm sprider sig från skovlarnas inlopps- kant över en längd, som i det närmaste motsvarar skovlarnas omkrets- stigning. Genom lämpligt val av stigningsvinkeln ß för skovlarna 2N efter sugsidan 29 ligger bläsans gräns omedelbart i närheten av sugytan utan att bringas till kontakt med densamma, vilket resul- terar i att blåsans höjd reduceras till ett minimum och strömnings- förlusterna över kavitationspartiet 25 (fig. U) göres lägre, samti- digt som hjulets 22 sugförmâga är hög. Då vätskan strömmar via tryckpartiet 26, blandas virvelströmningszonen efter blâsan med strömmens kärnzon, samtidigt som den senare vrider sig i doagonal riktning. Genom den speciellt utförda profileringen av kanalerna 28 mellan skovlarna och navet 23 strömmar vätskan i hjulets 22 tryckdel utan avlösning och utan kavitation.

Claims (1)

1. 455 526 15 I utjämningspartiet 27 får vätskeströmmen en axiell rikt- ning, samtidigt som vätskeströmmens stegvisa och radiella olikfor- mighet elimineras. P a t e n t k r a v Pump med ett hus (1), i vilket en drivaxel (5) uppbär dels ett axiallöphjul (6), som innefattar ett nav (8) med vid detsamma fästa skruvlinjeformade skovlar (9), och dels ett ytterligare axiellt inloppslöphjul (11), som är anordnat upp- ströms axiallöphjulet (6) och likaså försett med skruvlinje- formade skovlar (13), vars stigning är mindre än stigningen hos skovlarna (9) i axiallöphjulets (6) inloppsdel, k ä n n e - t e c k n a d a v att ytterdiametern (D') hos skovlarna (13) i inloppslöphjulet (11) är konstant och förhåller sig till den konstanta ytterdiametern (D) hos skovlarna (9) i axíallöphjulet (6) som i det närmaste O,6Ä till 1 och att stigningen (S') vid spetsarna av skovlarna (13) i inloppslöphjulet (11) förhåller sig till stigníngen (S) vid spetsarna av skovlarna (9) i axial- löphjulet (6) som i det närmaste 0,64 till

1.