DE3038735T1 - Vane pump - Google Patents

Description

KREISELRADPUMPE
Technischer Bereich

Die Erfindung betrifft den Pumpenbau, Insbesondere Kreiselradpumpen.

Bisheriger· St end der Technik

Eine der wichtigsten Kenndaten der Pumpen 1st ihre Saugfähigkeit, die durch die kritische Saugzahl ausgedrückt wird:

C_k « 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

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 S_{8 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-

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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 S_augrades 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.

KurzbeSchreibung der Zeichnungen

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.

Paa beste Ausführungsbeispiel der Erfindung

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:

D_Q... 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 y5_o(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 K_D (Fig. 4) des Durchmessers des Gehäuses I (Fig. I) bestimmen, und der Saugzahl C^(FIg. 4), die Gie

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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 (C_k . 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:

D_{0 =} a(C_k . 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 D_Q in Stromrichtung bis auf Größe D₁ zu verkleinern, die nach folgender Formel ermittelt wird:

^D *

i = H₁ '
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

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erhalten, die eine maximale Saugfähigkeit des Saugrades und einen maximalen Wirkungsgrad des Laufrades 6 gewährleistet:

V = K_x . (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

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-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 *

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 (J5_O^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 8_rI0 ■ sichert die Erzeugung einer Saugzahl gleich 6000...I00OO bei hohem Wirkungsgrad i| gleich 0,6...0,8.

Industrielle Anwendbarkelt

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.

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Claims (1)

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 . (C_k . 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 ( β_ύ ) 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 ist

   β_ο ... Einstellwinkel der Schaufel (12) des Saugrades

   (5) auf dem Umfang an seinem Eintrittsquerschnitt;
   Δ .·. Größe des Radialspiels am Eintrittsquerschnitt

   des Saugrades (5);

   Dj ... Innendurchmesser des Gehäuses (I) am Eintrittsquerschnitt des Laufrades (6).

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