DE3038735T1 - Vane pump - Google Patents
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Description
KREISELRADPUMPE
Technischer Bereich
Technischer Bereich
Die Erfindung betrifft den Pumpenbau, Insbesondere
Kreiselradpumpen.
Eine der wichtigsten Kenndaten der Pumpen 1st ihre Saugfähigkeit, die durch die kritische Saugzahl ausgedrückt
wird:
Ck « 5,62 . n-VQ (1)
hier ist
η - Drehzahl der Antriebswelle (U/min) Q - Durchflußvolumen der fortgepumpten Flüssigkeit,
d.h. Leistung (ur/s)
Ah- positive Nettoförderhöhe an r*er Saugseite (m).
Je größer, der C,-Wert, desto besser ist die Saugfähigkeit der Pumpe.
Die Drehzahl der Antriebswelle bestimmt (bedingt) die Außenabmessungen und die Masse der Pumpe, die Fördermenge die erforderliche Pumpenanzahl, die Förderhöhe an
der Saugseite- die Anlagekosten. Eine Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe, z.B. um das Zweifache ermöglicht, bei
konstanter Förderhöhe an der Saugseite die Drehzahl der Antriebswelle zu verdoppeln, was die Außenabmessungen und
die Masse der Pumpe um das Zwei-bis Dreifache vermindert, letzterer Umstand vermindert erheblioh die Herstellungskosten
von Pumpen egaler Leistung. Die bestehende Tendenz für die Erhöhung der Einzelleistung von Kraftanlagen erfordert
die Entwicklung von Pumpen mit Immer größerer
bei
Leistung,vdenen eine grössere Förderhöhe an der Saugseite
Leistung,vdenen eine grössere Förderhöhe an der Saugseite
Z0 erforderlich ist. Die Erzeugung einer vergrößerten Förderhöhe
an der Saugseite für Hochleistungspumpen ist durch die übermäßigen Kosten beschränkt. Eine Erhöhung der Saugfähigkeit
der Pumpe, z.B. um das Zweifache,ermöglicht es,
nur mit einer Hochleistungepumpe anstatt vier Pumpen mit equivalenter Gesamtleistung auszukommen und auch die An—
lagekosten zur Erzeugung einer Förderhöhe an der Saugseite um mindestens das Dreifache zu vermindern.
Somit ist zu ersehen, daß im Pumpenbau ein starkes
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Bedürfnis nach Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpen
existiert. In denjenigen Pellen wenn die Saugfähigkeit
der Pumpe nloht ausreichend ist, entsteht In der Pumpe eine Kavitation, die eine,,,Verminderung der Förderhöhe
und des Wirkungsgrades verursacht.
Die Besonderheit des Problems besteht darin, daß bei
einer Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe üblicherweise
der Wirkungsgrad vermindert wird was eine erhebliche Vergrößerung des Energieaufwandes verursacht. Deshalb weisen
O Pumpen mit hoher Saugfähigkeit in der Regal einen geringen Wirkungsgrad auf, die Pumpen aber mit hohem Wirkungsgrad
sind durch eine kleine Saugfähigkeit gekennzeichnet.
Es sind Pumpen bekannt, die eine hohe Saugfähigkeit (CV=^OOO) aufweisen (s. Stripling, "Kavitation in Kreiselradpumpen",
Tr.ASME, Ser DN3, 1962) .
Die bekannte Pumpe enthält ein auf der Antriebswelle
mpntiertes Axialrad, das eine Nabe aufweist, auf der schra ■:'.,
rcrmige ■
Laufschaufeln bef eat igt. sind'. Das Profil der Schaufeln
längs des Radhalbmessers ist nach dem Gesetz r.tg ß »·const
ausgeführt, wobei r = laufender Wert des Axialrad-Halbmessers, ß S- Schaufeleinstellwinkel, der zwischen der Ebene
gebildet ist, die unter einem rechten Winkel zur Pumpenantriebsachse
läuft, und der Ebene, die tangential zu den Laufschaufeln des Rades liegt.
Die Saugfähigkeit dieser Pumpe ist erhöht durch Vergrößerung der Quersohnittsflache ihres Durchströmkanals
und Verminderung des Einatellwinkels der Laufschaufeln; infolgedessen wird die Ausflußzahl *f im Eintrittsquersohnitt
des Rades vermindert, die als Verhältnis zwischen Axialgeschwindigkeit C^ des Flüssigkeitsstroms urd Umfangsgeschwindigkeit
Uj des Rades an seinem Aussand uichmesser
bestimmt wird. Dabei ist die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Durchströmkanals duroh Vergrößerung des Radaussendurchroessers
und eine maximale, hinsichtlich der Festigkeit,
Verminderung des Eebendurchmessers erreicht. Dieser
Umstand gewährleistet eine Verminderung der axialen
Komponente der Stromgeschwindigkeit und einen minimalen
Abfall des statischen Druoks im Flüssigkeitsstrom, was eine
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Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe verursacht.
Diese Pumpe hat jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad, gleich ( 1 -0,5), was durch den verminderten Wert der Ausflußzahl
f < 0,1 bedingt ist, u.zw. infolge vergrößerter
Querschnitt sf lache des Pumpend urchstromkanals, verkleinert-,
ten Wertes der Axialgeschwindigkeit Cj des Flüssigkeitastroms
und Ablösungserscheinungen In der Strömung des Flüssigkeit
Hstroms im Durchströmungsteil des Rades. Es sind
Kreiselradpumpen ,die hohe Werte des Wirkungsgrades, gleich 0 = 0,75...0,9, aufweisen,bekannt (s.A.I.Stepanow.
"Kreisel- und Axialpumpen" Verlag Maschgis, Moskau, I960.
Seite 141...164).
Die bekannte Pumpe weist ein Gehäuse auf, in dessen Innerem auf der Antriebswelle ein Laufrad montiert ist,
X5 das eine Nabe hat, auf der die Schaufeln befestigt sind.
Die erwähnten Schaufeln bilden in der Abwicklung zylindrischer
Querschnitte ein -/L aerodynamischer Profile, die
relativ große Einst eilwinke, 1 aufweisen, welche als Winkel
ντ1 υ CGi^
zwischen Prof 11sehne und cXront bestimmt werden, und
den erhöhten Ausflusszahlen Cf ■> 0,2) entsprechen.
Diese Pumpe ist jedoch durch geringe Saugfähigkeit,
C,=1000, gekennzeichnet, was verbunden ist mit den relativ
großen Axialgeschwindigkeiten Cj der Flüssigkeitsströmung
infolge verkleinerter Querschnittsfläche des Radd urchstromkanals.
Es sind Pumpen mit großer Saugfähigkeit bekannt, die
durch eine Saugzahl gekennzeichnet sind, deren Wert gleich
5200...4200 erreicht (s.z.B. B.I.Borowski, N.S.Erschow, B.W.Ow>£s;janikow, W.I.Petrow, W.F.Tschebajewski, A.S.Schapiro
"Schnellaufende Kreiselradpumpen" Moskau, Verlag
"Masohinostrojenie", 1975, Seite IJ1 Fig. 5, Seite 202)
und Pumpen mit einer relativen Sauggeschwindigkeit S ,
gleich 40000...60000, wobei S8 x 9,19 C^ ist (s.z.B.Barham
H, Lee Application of waterjet propulsion to high-performanoe
boats "Hover ,craft and Hydrofoil, 1976, 15, Nr.9, Seite 33··.43)· Bei dieaen Pumpen wird zur Sicherung einer
hohen Saugfähigkeit ein Axialrad benutzt, das auf einer
Antriebswelle mit dem Laufrad montiert ist. Das Axial-
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rad weist eine hohe Kavitationsstabilität auf und erzeugt eine Förderhöhe, die für einen kavltatiohslοsen
Betrieb des Laufrades ausreicht.
Für die Erhöhung der Saugfähigkeit wird bei den bekannten Pumpen folgendes angewandt:
'■■— Schnecke mit der Länge nach veränderlicher Schnekkensteigung
(s. 3U -Urheberschein Nr.154134 vom 9. Juli
1965, veröffentlicht im Informationsblatt "Entdeckungen
und Warenzeichen" Nr.8, April 1965, Seite 7D»
■■- kegelförmige Schnecke, die in einem Konfus or stutze η
angeordnet ist (s.Großbritanien-Patent Nr. 1218023» veröffentlicht
am 24, Juli I968, FirmaWEIfi Pumps L.T.D);
- Sohnecke mit kegelförmiger Nabe, veränderlichem
Durchmesser und Schaufeleinstellwinkel mit Abschrägung am Eintritt;
- vorgeschaltetes Konfusor-Axialrad mit kegelförmigem
Deckband [SU -Urheberschein Nr.158495 vom 1.9.Oktober
I963, veröffentlicht im Informationsblatt "Entdeckungen
und Warenzeichen", Nr."21, November 1963, Seite 76);
- Schnecke ausgeführt in Gestalt einer in Axialrichtung beweglichen (verschiebbaren) Spirale (SIMJrheberschein
Nr. 542022 vom 5.Januar 1977, veröffentlicht im
Informationsblatt "Entdeckungen, Erfindungen, Geschmacksmuster
und Warenzeichen" Nr. 1,1977, Seite I5I);
- vorgeschaltetes Kegelrad mit Schraubengewinde auf der Oberfläche (SU -Urheberschein Nr. 547554 vom 25 Februar
1977, veröffentlicht im Informationsblatt "Entdeckungen,
Erfindungen, Geschmacksmuster und Warenzeichen", Nr. 7, 1977, Seite 92);
- vor dem Kreiselrad montierte Einströmvorrichtung,
die einige gleichmäßig nach dem Durchmesser anwachsende
Schaufelreihen enthält;
- vorgeschaltetes Axialrad; dessen Bechnungsdurchlaß
das Dreifaohe des Kechnungsdurchlasses des Kreiselrades
übertrifft(rro-ps Nr.3384022, veröffentlicht am 21.MaI
I968. Japanische Firma Ebara Manufacturing Co LTD);
- die in ein Radialrad übergehende kegelförmige Nabe,
auf der einige ringförmige Reihen von Zapfen mit Rund-
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querschnitt und abwechselnden Neigungswinkel zur Drehachse
montiert sind (GB-PS Nr.1417Wt veröffentlicht am 10.
Dezember 1975. Firma Lucus Industries LTD);
- vorgeschaltete ein- oder mehrgängige Schnecke oder
kegelförmiger Aufsatz mit Rippen (DT-Anmeläung Nr.2545736,.;
veröffentlicht am 25.April 1977» Blum, Albert);
- vorgeschaltetes zweistufiges Axialrad, dessen Stufensohaufein verschiedene Durohmesser und Neigungswinkel
aufweisen (GB-Anmeldung Nr. I523893, veröffentlicht
am ö.September 1978. Japanische Firma NIKKISO Co LTD,
Japan); -
- vorgeschaltetes Axialrad mit Überströmeinrichtung zur Bückführung der Flüssigkeit in der Schneckenzone
(US-ES Nr.3725OI9, veröffentlicht am 27.März 1973. Firma
Worthington Corporation).
Die betrachteten Bauarten der Pumpen gewährleisten keine maximal mögliche Erhöhung der Saugfähigkeit, außerdem
werden gleichzeitig mit der Verbesserung einiger Kenndaten, z.B. der Kavitationsdaten,andere Kennwerte
verschlechtert, z.B. der Wirkungsgrad oder die Pumpenstabilität.
Es ist eine Kreiselradpumpe bekannt (s. US-PS-Nr. 3299821, 103-88, veröffentlicht am 24.Januar 1967, assignor
to Sundstrand Corporation and Corporation of Illinois),
2c die ein Gehäuse aufweist, in dem mit Radialspiel auf einer
gemeinsamen Antriebswelle axiale Räder -ein Saug- und Laufrad - nacheinander in Richtung des Flüssigkeitsstroms montiert
sind, wobei das Saugrad eine Nabe mit auf ihr befestigten Spiralschaufeln enthalt, die einen in Stromrichtung
anwachsende veränderliche Teilung aufweisen.
Am Saugrad wird die Schaufel te llung zwecks Sicherung
einer hohen Saugfähigkeit der Pumpe gewählt, ^ Laufrad
aber zwecks Sicherung der Sollförderhöhe und Erhöhung des Wirkungsgrades. Der Betrieb der Pumpe verläuft in
folgender Weise. Die Flüssigkeit wird zu Beginn dem axialen Saugrad zugeführt, beim Durchfließen der Sohaufeln
dieses Rades entsteht und entwickelt sich die Kavitation. Am Ende des Sauggrades hören die Kavitationsersoheinun-
130612/0(UO
gen auf.Naoh dem Saugrad strömt die Flüssigkeit, Indem
sie eine bestimmte Energie erhalten .!aat, in das axiale
Laufrad, d^s hauptsächlich die Sollförderhöhe erzeugt.
Eine solche Pumpe gewährleistet hohe Saugfähigkeit (Cj^
3000) und erhöhten Wirkungsgrad, Jedoch erscheint das dabei erreichte Niveau der Saugfähigkeit und des Wirkungsgrades
nicht als Maximalwert, da bei dieser Pumpe die Radlalluftgröße und ihr Zusammenhang mit den geometrischen
Kenndaten der Axialräder nicht festgelegt sind.
Die oben beschriebenen bekannten technischen Lösungen
ergeben nur den Entwicklungsstand des Problems der Erreichung zugleich hoher Saugfähigkeit und ebensolchen
Wirkungsgrades der Pumpe, der durchaus nicht als Grenzwert erscheint. ·
Offenbarung'der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion der Pumpe mit einer speziellen Profilierung des
Durchströmkanals am Eingang in die Pumpe nach dem jeweiligen Gesetz der Änderung des Innendurchmessers des Eingangsstutzens
in Übereinstimmung mit den geometrischen
Abmessungen des Axialrades zu entwickeln und somit gleichzeitig die Saugfähigkeit sowie die energetischen Kennzig·
fern der Pumpe verbessern.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an der Kreiselradpumpe, die ein Gehäuse enthält, in dem mit
Radialspiel auf einer gemeinsamen Antriebswelle axiale Räder - ein Saug- und Laufrad - nacheinander in Richtung
des Flussigkeitestroma montiert sind, wobei das Saugrad
eine Nabe mit auf ihr befestigten "^a' °cSchaufein ent-JO
hält, die eine veränderliche Teilung aufweisen, erfindungsgemäß gleichzeitig das Pumpengehäuse in der Zone des Saugrades
einen Innendurchmesser hat, der sich in Richtung des Flüssigkeitsstroms vermindert, die Schaufeln des Saugrades
aber einen veränderlichen Einstellwinkel am Umfang haben, der sich in Sichtung des Flüssigkeitsstroms
vergrößert, wobei der Innendurchmesser des Gehäuses am
Eintrittsquerschnitt des Saugrades nach der folgenden Gleichung abgenommen wird: D0=D1-K1(Cj1.. 10""^+2.I)2, (2)
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hier ist:.
D ..« Innendurchmesser des Gehäuses am Eintrittsquerschnitt
des Sauggrcd.es;
D1... Innendurohmesser des Gehäuses am Eintrittsquerscanitt
des Laufrades; "....· :...
Κ-,.... Dimensionsloser Koeffizient gleich 0,17...0,13;
Cj... Sollsaugzahl der Pumpe im Bereich 5000...11000,
der Einstellwinkel der Schaufel des Saugrades aber am Umfang in seinem Eintrittsquerschnitt ist aus folgender
Gleichung ermittelt:
ß = (IO - 33 Δ/D1)0 ± 1,5°, (3)
hier ist:
ρ .... Einstellwinkel der Schaufel des Saugrades am
Umfang an seinem Eintrittsquerschnitt;
Δ ... Größe des fiadialspiels am Eintrittsquerschnitt
des Saugrades;
Dj... Innendurchmesser des Gehäuses am Eintrittsquerschnitt des Laufrades.
Eine solche Bauart der Pumpe ergibt wesentliche Erhöhung ihrer Saugfähigkeit. Dies entsteht infolge Bildung
eines vergrößerten Radialspiels zwisohen dem Außendurohmesser
des axialen Saugrades und dem Innendurchmesser des Gehäuses. Deshalb teilt sich der Flüssigkeitsstrom am Eintrittsquerschnitt
des Saugrades in zwei Ströme, der eine läuft durch das Spiel, der andere aber durch das erwähnte
Rad. Aus der Analyse der Gleichung (I) folgt, daß bei
einer Verminderung des Durchflußνölumens der fortzupumpenden
Flüssigkeit für den Betrieb des axialen Saugrades ohne Kavitationsablösung eine kleinere positive Nettoförderhöhe
an der Saugsoite erforderlich^ bei bekannten
Sollwerten der Antriebswellen-Drehzahl und kritischer Saugzahl. Für die Pumpe als ganzes Aggregat aber führt eine
Verminderung der Größe der erforderlichen NettofÖrderhöhe
an der S augseite, bei bekannten Sollwerten der Durchflußmenge
der ίortzupumpenden Flüssigkeit und der Antriebswellen-Drehzahl,
zu einer wesentlichen Erhöhung der Pumpensaugfähigke
it.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung
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-3- :iü38735 .
eines Ausführungsbeiaplels und der beigelegten Zeichnungen
näher erläutert. Bs zeigt
Fig. 1 echematische Barstellung im Längschnitt der
Konstruktion der erflndungagemäßen Axialkreiselpumpe;
Flg. 2 echematische Darstellung im Längsschnitt der Konstruktion der erfindungsgemäßen Axialdiagonalpumpe;
Fig. 3 Abwicklung des zylindrischen Querschnlttea
des Axialsaugrades an der erfindungsgemäßen Pumpe;
Fig. 4 erfindungsgemäEe graphische Darstellung des
Verhältnisses zwischen der Änderung des Koeffizienten des
Gehäusedurohmessera am Eintrittsque^schnitt d6s Axialsaugrades
und der Saugzahl;
Fig. 5 erfindungsgeiaäße graphische Darstellung des .
Verhältnisses zwischen der Änderung der Pumpensaugzahl und der Binheltsdurohlaufmenge für zwei Werte des Sinatellwinkela
der Saugradschaufel bei der Erprobung der Pumpenbauart nach Fig. 1.
Die Kreiselradpumpe enthält ein Gehäuse j, das im erfindungsgemäßen
Ausführungsbelap.lel teilbar mit einem
Stutzen 2 zur Zuführung der Flüssigkeit und einem Austritt .
3 in Gestalt einer Schnecke ausgeführt ist. Im Gehäuse I
ist eine Antriebswelle 4 angeordnet, auf der in Bichtung des Flüssigkeitsstroms ein axiales Saugrad 5, axiales
Laufrad 6 und Kreiselrad 7 montiert sind. Das Laufrad hat eine Nabe 8, auf der ^laufschaufeln 9 befestigt
sind, die Schaufelkanäle IO zum Durohfluß der Flüssigkeit
bilden. Das Saugrad 5 hat eine Nabe II und auf dieser
befestigte Spiralschaufeln 12, die Schaufelkanäle 13
bilden. Die Schaufeln 12 des Saugrades 5 sind mit veränderlicher Teilung montiert, die sich in Eichtung des Flüssigkeitsatroma
vergrößert. In Fig.:I und 2 sind folgende Bezeichnungen
angenommen;
S.. ,Schraubenliniensteigung der ^chaufel ^-2 des Saugrades
5;
Dj... Innendurchmesser des Gehäuses I (in diesem Falle
des Stutzens 2) am Eintrittsquerschnitt des Laufrades 6; D0... Innendurchmessex des Gehäuses I am Bintrittsquer-
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schnitt . des Saugrades 5»
Δ... Größe des Radialspiels am Eintrittsquerschnitt
des Saugrades 5·
Für den Fall der Benutzung des axialen Saugrades kombiniert
mit einem Axialdiagonalrad 14 (Fig. 2)läuft die Antriebswelle im Gehäuse I in Lagern 15· Das Axialdiagonal?
14 ist aus drei Absohnitten ausgeführt: Axialkavitat
ions-Eintrittsteil 16, Diagonal-Druckteil 17 und
Axialausgleichs-Austrittsteil 18· Der axiale Eintrittsteil
des Axialdiagonalrades 14 wird als Axiallaufrad 6 (Pig.I) benutzt und der Eintrittsquerschnitt des Rades
14 dient als Eintrittsquerschnitt des Axiallaufrades 6. Der Innendurchmesser des Gehäuses ändert sich in Richtung
des Flüssigkeitsstroms vom maximalen Wert D am Eintrittsquerschnitt
des Saugrades 5 bis zum minimalen Wert Dy
am Eintrittsquerschnitt des axialdiagonalen Rades 14 und weiter bis zum Wert D2 am Querschnitt vor dem Austritt J.
Der Einstellstinkel ρ (Fig. 3) der Schaufeln 12
(Fig. I) des Saugrades 5 ist durch eine Ebene gebildet,
die unter einem rechten Winkel zur Drehachse des Rades läuft, und durch eine Ebene, die tangential zur Sohaufel
12 des Rades 5 läuft. Die Richtung der Axialgeschwindigkeit
des Flüsaigkeitsstroms ist durch den Pfeil Cj (Fig.3)
angegeben, die Richtung aber der Umfangsgeschwindigkeit des Rades 5 (Fig.I) durch Uj- (Fig. 3).
In Fig. 4 sind graphisch die durch Versuche ermittelten Verhältnisse für vier Pumpen zwischen dem Koeffizienten
Kjj des Gehäusedurchmessers am Eintrittsquerschnitt des
axialen Saugrades 5 (Fig.I) und der Saugzahl C, darge-
-^O stellt
ϋ (4)
hier ist:
DQ... Innendurchmesser des Gehäuses am Eintrittsquerschnitt
des Saugrades 5;
Q ... Durchflußmenge der PumpeI
η ... Drehzahl der Welle 4.
In Fig. 5 sind graphisch die Verhältnisse zwischen der
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Saugzahl C, der Pumpe und der reduzierten Durchflussmenge
Q dargestellt.
n Die Kurve 20 wurde bei Erprobung einer Pumpe erhalten, die in Pig. I dargestellt ist, wobei der Einstellwln-
kei y5o(Pig. 5) der Schaufein l2 (Fig.!) des Saugrades 5
gleich 5°, die Kurve 21 aber für einen Winkel ^o(Pig.5>
gleich 10°.
Der Betrieb der Kreiselradpumpe verläuft in folgender
Weise. .
Mit dem Lauf der Antriebswelle 4 (Fig.I) wird die
Flüssigkeit durch den Stutzen 2 des Gehäuses I dem rotierenden Saugrad 5 zugeführt. Bin Teil der Flüssigkeit lauft
durch die S chaufel kanal e IJ, gleichzeitig damit wird der
andere Teil der Flüssigkeit dem rotierenden Laufrad 6 durch den Spielraum Δ zwischen dem Gehäuse I und den
Schaufeln 12 des Saugrades 5 zugeführt. Die. Kraftwedrehwirkung der Lauf schaufeln 12 mit der Flüssigkeit verursacht
eine Druckerhöhung der Flüssigkeit, die dem Laufrad
6 zugeführt wird, in dem die Flüssigkeit durch die Schaufelkanäle
IO läuft. Die Kraftwecnselwirkung der Laufschaufeln
9 mit der Flüssigkeit verursacht eine noch größere Druckerhöhung der Flüssigkeit, die dann dem Kreiselrad
7 zugeführt wird. Die Flüssigkeit aus den Schaufelkanalen
IO des Laufrades 6 wird dem Kreiselrad 7 zugeführt, in
dem der Flüssigkeitsdruck bis zum erforderlichen Wert ansteigt. Eine solche nacheinanderfolgende Flüssigkeitsdruck-Erhöhung
gewährleistet einen Betrieb aller Pumpenräder 5f6,7 ohne Kavitat ionsablösung. Aus dem Kreiselrad
7 fließt die Flüssigkeit in dem Austritt 3 und weiter in die Druckrohrleitung (in der Zeichnung nicht gezeigt).
Der Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Pumpe ist ähnlich dem Betrieb der. in Flg. I dargestellten Pumpe.
Aus theoretischen und Vereuöhsergebnissen, die für
einige Pumpen der in Fig.I und 2 dargestellten Bauart erhalten
wurden, sind die Verhältnisse zwischen den geometrischen Abmessungen der Konstruktionsteile, die den Koeffizienten
KD (Fig. 4) des Durchmessers des Gehäuses I
(Fig. I) bestimmen, und der Saugzahl C^(FIg. 4), die Gie
130612/0(KG
erforderliche Saugfähigkeit der Pumpe angibt, festgelegt
worden.
Für Pumpen mit superhoher Saugfähigkeit ist. der Koeffizient
Kt, des Durchmessers des Gehäuses I (Pig. I) in
Dq
Übereinstimmung mit den auf dem Versuohsweg erhaltenen,
In Flg. 4 dargestellten Kurven anzunehmen. Diese graphisch
dargestellten Verhältnisse können annähernd in analytischer Form angegeben werden:
K1J0 = a (Ck . lCT4 + 2,1)2 (5)
hier ist: ..
a = 0,85... 1,15 in Übereinstimmung mit der Streuung
der Kurven in Fig. 4 angenommen.
Zur Sicherung einer superhohen Saugfähigkeit der Pumpe ist am Eintrittsquerschnitt des Saugrades 5 (Fig.I)
die Größe des Durchmessers D des Gehäuses I In diesem
Sohnitt aus folgender Gleichung zu ermitteln:
D0 = a(Ck . 10"^+2,I)2. 3Tq~ (6)
hier ist: * . Vn
a = 0,85...1,15.
Es ist bekannt, daß die Pumpen mit hoher Saugfähigkeit
einen relativ niedrigen Wirkungsgrad »j =0,5...0,65
aufweisen, was durch Verminderung der Ausflußzahl (^f ·£ 0,1)
infolge vergrößerter Fläohe des Durohflusskanal-Querschnittes,
verminderten Wertes der Axialgeschwindigkeit des Flüssigkeltsstroms
und der Ablösungsart des Stromlaufs im Durchflussteil des Rades bedingt ist.
Zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades einer Pumpe mit hoher Saugfähigkeit ist erfindungsgemäß der Innendurchmesser
des Gehäuses I von der nach Formel (6) berechneten Größe DQ in Stromrichtung bis auf Größe D1 zu verkleinern,
die nach folgender Formel ermittelt wird:
D
*
i = H1 '
hier ist: V n
hier ist: V n
K0 s 6·.·7 - Koeffizient des Durchmessers des Gehäuses
I am Eintrittsquerschnitt des Axiallaufrades 7,
der einen erhöhten Wirkungsgrad gewährleistet.
Aus den Formeln (6 und 7) wird die Gleichung des Verhältnisses der Änderung des Innendurchmessers des Gehäuses I
1 30612/OOAQ
erhalten, die eine maximale Saugfähigkeit des Saugrades
und einen maximalen Wirkungsgrad des Laufrades 6 gewährleistet:
V = Kx . (C^ . I0"4+2,I)2 (8)
hler ist:
K1 = 0,17...O,13
In diesem ^aIIe wird die Erhöhung der Saugfähigkeit
der Pumpe erklärt erstens, durch die Vergrößerung der Querschnittsfläche ihres Durchströmkanals und folglich
durch Verminderung der Ausflusszahl f am Eintrittsquer;=·
schnitt des Saugrades 5» die als Verhältnis zwischen der Axialgeschwindigkeit Cj des Flüssigkeitsstroms und Um-•
fallgeschwindigkeit ϋγ des Rades 5 auf seinem Außendurchmesser
bestimmt wird. Dieser Umstand gewährleistet eine Verminderung der axialen Komponente der Flussigkeitsstrom-Geschwindigkeit
und einen minimalen Abfall des statischen Drucks im Flüssigkeitsstrom, wodurch eine Erhöhung
der Saugfähigkeit der Pumpe erzeugt wird.
eine
Zweitens, ist Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe durch eine Vergrößerung des Radialspiels Δ zwischen dem
Außendurchmesser des axialen Saugrades 5 und Innendurchmesser des Gehäuses I bedingt. Infolge dessen wird der
Flüssigkeitsstrom am Eintrittsquerschnitt des axialen Saugrades 5 iQ zwei Ströme geteilt, der eine läuft durch
den Spielraum Δ , der cinders aber durch das erwähnte Rad
5. Aus der Analyse der Gleichung (I) folgt, daß bei einer
Verkleinerung des Durchflußνöl urnens der fortzupumpenden
Flüssigkeit für den Betrieb des axialen Saugrades 5
ohne Kavitationsablösung eine kleinere positive Nettoförderhöhe
an der Saugseite Λ h^ erforderlioh/^ir.zw. bei
bekannten Sollwerten der Drfahzahl der Antriebswelle 4
und bei bekanntem Saugzahlwert. Für die Pumpe als Gan^aggregat
aber führt eine Verminderung der Größe der erforderlichen JSe tt of or d erhöhe an der Saugseite, bei Sollwerten
des Durchflußvolumena und der Drehzahl der Welle 4 zu
einer Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe. Aus der Theorie der Anströmung eines Flachgitters aus unendlich dünnen
130612/00
-abplatten durch einen Idealflüssigkeitsstrom folgt, daß je
kleiner der Einstellwinkel β (Fig. 3) der Schaufel 12
ist, desto bessere Antikav it at ions eigenschaft en das Saugrad 6 (Fig.l) aufweisen muß:
CTT
τ * "τ *
τ * "τ *
1 I
hier 1st: Y
Cj... axiale Geschwindigkeit der Flüssigkeit am
Eintritt in das Rad 6;
Uj... Umfangsgeschwindigkeit des Rades 6;
ß0 ■·*· Einstellwinkel der Schaufel 12 am Eintritt;
h. . ·· positive Nettoförderhöhe an der Saugseite. Bekannte Versuche haben erwiesen, daß für Pumpen mit
hohen Antikavitationseigenschaften, bei denen die vorgeschalteten
Schnecken kleine Einstellwinkel ß0 (Fig.3)
der Schaufeln (J5O^S 20°) aufweisen, übt der Kennwert ^S <,
bei konstantem Durchmesser der Schnecke und des Gehäuses I (Fig. I) in der Praxis keinen Einfluß auf die Kavitationsdaten
der Pumpe aus (s.z.B. W.F.Tschebajevski,
W.I,Petrow "Kavitationskenndaten hoohtouriger Kreiselpumpen
ait Schnecken11,Moskau, Verlag "Maschinostrojenie11,
1972i Seite II7-II8). Diese Versuche wurden bei kleinem
Radialspiel A (Fig.l) zwischen Schnecke und Gehäuse durchgeführt.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe führen die Ausführung
des Saugrades 5 mit konstantem Durchmesser und die Vergrößerung
des Durchmessers des Gehäuses I zur Bildung eines relativ großen Radialspiels A zwischen Saugrad 5 und
Gehäuse I. In diesem Falle ermöglicht eine Verkleinerung von β ν (Fig.3) in Übereinstimmung mit den in Fig. 5 angegebenen
Versuchsdaten, die Saugzahl C, wesentlich zu erhöhen. Zum Vergleich mit den Anfangswerten C, gleich 4000
... 5000 wurden Werte C^ gleich 8000 erhalten. Durchgeführte
Versuche mit verschiedenen Größen des Einstellwinkels
ß* (Fig. 3) und des Radialspiels Δ (Fig. I) ermöglichten,
das optimale Verhältnis zwischen diesen Größen, die eine maximale Erhöhung der Saugfähigkeit der Pumpe gewährleisten,
festzulegen:
Ji0 =(10-35 -A/D,)0 i 1,5°
1 3 0 61 2/OCUG
. : : hier ist:: . . ■■ ■.>.■·■,- ■ / ' ■ ■■■*'■''■'■* ■'■■■■'■'■'■ '■ " . ■·■
JJ0 ..,Einstellwinkel der Schaufeln des Saugrades 5·
Δ ... Größe des Radialspiels zwischen dem Außendurchmesser
des Saugrades 5 und Innendurohmesser
des Gehäuses T;
Dj... Innendurchmesser des Gehäuses I am Eintrltts-
quersohnltt des Laufrades 6.
Die In Pig. 4 dargestellten Versuchskurven wurden an
Pumpen erhalten, bei denen gleichzeitig ein großes Badial-XO
spiel Λ (Pig. I) am Eintrittsquersobnitt des Saugrades
5 und ein kleiner Einst eil winkel fi><. (Pig. 3) der
Schaufeln 12 (Pig.l) in Übereinstimmung mit der Formel IO
angenommen waren.
Die Ausführung der geometrischen Abmessungen des Gehäuses
I und des Axialsaugrades 5 nach den Pormelr 8rI0 ■
sichert die Erzeugung einer Saugzahl gleich 6000...I00OO
bei hohem Wirkungsgrad i| gleich 0,6...0,8.
Die Erfindung kann in der chemischen und erdölverarbeitenden
Industrie, bei der Melioration u.a. benutzt nerden.
Am erfolgreichsten kann die Erfindung Im Kraftmaschinenbau,
Schiffbau, Weltraumfahrtechnik, nähmlich für Hochleistungspumpen
benutzt werden, die bei niedriger Förderhohe
an der Saugseite iribatriebstehen, oder für hochtourige
Pumpen.
1 30612/OOAO
Claims (1)
- ~ 4i·PATENTANSPRÜCHE/1./Kreiselradpumpe, die ein Gehäuse enthält, in dem mit Radialspiel auf einer gemeinsamen Antriebswelle axiale Räder - ein Saug- und Laufrad-montiert sind, wobei das Saugrad eine Nabe mit in ihr befestigtet c ^schaufeln enthält, die eine veränderliche Teilung aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß gleichzeitig das Pumpengehäuse (I) in der Zone des Saugrades (5) einen Innendurchmesser aufweist, der sich in Richtung des Flüssigkeitsstrons vermindert, die Schaufeln (12) aber des Saugrades (5) einen veränderlichen Einstellwinkel (ρ ) am Umfang haben, der sich in Richtung des Flüssigkeitsstroms vergrößert, wobei der Innendurchmesser des Gehäuses (I) am Eintrittsquerschnitt des Saugrades (5) nach der folgenden Gleichung angenommen wird:D0 = D1 . K . (Ck . 10"4 + 2,I)2, hier ist:D ... Innendurchmesser des Gehäuses I am.Eintrittsquerschnitt des Saugrades (5); Dj ... Innendurchmesser des Gehäuses (I) am Eintrittsquerschnitt des Laufrades (6)Kj ... dimensionsloser Koeffizient gleich 0,17..«0,13 Cj5. ... Sollsaugzahl der Pumpe im Bereich 5000... 11000; der Einstellwinkel ( βύ ) der Schaufel (12) des Saugrades (5) auf dem Umfang in seinem Eintrittsquerschnitt aus folgender Gleichung ermittelt wird:
Jb0 =(10-33 4/D1)0 + 1,5°, hier istβο ... Einstellwinkel der Schaufel (12) des Saugrades(5) auf dem Umfang an seinem Eintrittsquerschnitt;
Δ .·. Größe des Radialspiels am Eintrittsquerschnittdes Saugrades (5);Dj ... Innendurchmesser des Gehäuses (I) am Eintrittsquerschnitt des Laufrades (6).130612/0040
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