DE3104747A1

DE3104747A1 - Stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE3104747A1
Application number: DE19813104747
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hanagarth
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Hanagarth Wolfgang Dipl-Ing 6710 Frankenthal
Priority date: 1981-02-11
Filing date: 1981-02-11
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE3104747C2

Description

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Strömungsmaschine

Die Erfindung betrifft Strömungsmaschinen wie z.B. ein- oder mehrstufige Kreiselpumpen oder Wasser- bzw. Dampfturbinen.

Bei diesen Maschinen verursacht das auf der Welle angeordnete Laufrad mit seinen druck- und saugseitigen Radseiten sowie seinen druck- und saugseitigen Zylinderflächen durch die Relativdrehung im Medium einen druckseitigen und einen saugseitigen Wirbel, die von den druck- und saugseitigen Gehäusewänden gebremst werden. Dieser Vorgang ist praktisch unvermeidlich in einer Strömungsmaschine und verursacht, bezogen auf die Gesamtleistung derselben, einen beträchtlichen Leistungsverlust, der im Fall einer Kreiselpumpe zusätzlich aufgebracht werden muß oder im Falle einer Strömungsturbine als nicht nutzbare Energie verloren geht. Diese Verluste bewegen sich je nach Form des Laufrades (speziell Schnelläufigkeit) zwischen 3% bei schnelläufigen Halbaxialmaschinen und z.B. 30% und darüber bei langsamläufigen Radialpumpen. Letztlich ist dieser Verlust die Ursache für den notwendigen Übergang zu einem teureren Pumpenkonzept (Mehrstufigkeit).

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Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung dieser Nachteile, d.h. eine Energieeinsparung mit dem zusätzlichen Vorteil, die Grenze für den Bau von mehrstufigen Strömungsmaschinen, insbesondere Kreiselpumpen, zu kleineren spezifischen Schnellaufigkeiten verschieben zu können. Die Lösung der Aufgabe besteht bei Strömungsmaschinen der eingangs genannten Art in einer drucksei tig und/oder saugsei tig am Laufrad angeordneten, mit Regelbund nebst Regelbohrung und mit Abstandskragen versehenen Scheibe, welche auf der Laufradwelle und/oder dem Laufradhals oder wahlweise in beiden Fällen an einer Gehäusestelle axial verschiebbar und drehbar gelagert ist und den druckseitigen und/oder saugseitigen Radseitenraum in zwei Räume aufteilt, wobei der Regelbund mit der jeweils gegenüberliegenden Gehäusepartie einen Regelspalt und ein zusätzlicher Kragen in einer Nut des Gehäuses jeweils einen Drosselspalt bilden.

Am äußeren Durchmesser der Scheibe bzw. der Scheiben kann jeweils ein die Laufradzylinderfläche abdeckender Kragen vorgesehen sein.

Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen als Gegenüberstellung die herkömmliche Art einer Strömungsmaschine und diejenige nach der Erfindung, und zwar zeigt die Fig. 1 das auf der Welle 1 angeordnete Laufrad 2 mit der druckseitigen Radseite 3 und der saugseitigen Radseite 4 sowie der druck- und saugseitigen Zylinderflache 5. Durch die Relativdrehung des Laufrades 2 im Medium wird mittels dieser Radseiten und Zylinderflächen ein druck- und saugseitiger Seitenraumwirkbel erzeugt, auf die die druck- und saugseitigen Gehäusewände 10, 11 einen bremsenden Einfluß ausüben.

Die Fig. 2 dagegen zeigt die Einrichtung nach der Erfindung in Form der Scheiben 12, 12', die an der druckseitigen Radseite bzw. an der saugseitigen Radseite 3* des Laufrades 2 angeordnet sind, wobei die Scheibe 12, 12' auf der Welle 1 oder auf dem Laufradhals 28 jeweils drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Generell kann diese Lagerung auch an einer entsprechenden Gehäusestelle 14, 14* erfolgen. Die Scheiben 12, 12' teilen die Radseiten räume auf in die beiden Räume 15, 15' und 16, 16'. Die Scheiben sind zur selbsttätigen Anpassung an den Axialschub der auf diesen beidseitig wirkt, mit einem Regelbund 17, 17' ausgerüstet, der jeweils mit der entsprechend ausgebildeten

Gehäusepartie 18, 18* den Regelspalt 19, 19'bildet, der das je nach Scheibenstellung mehr oder weniger fließende Entlastungswasser durch die Bohrungen 20, 20' regelt. An ihrem äußeren Durchmesser sind die Scheiben 12, 12' jeweils mit einem die Laufradzylinderfläche 5 abdeckenden Kragen 21, 21' ausgerüstet, der mit der jeweiligen ZyI in der fläche 5 einen Drosselspalt 22, 22' bildet. Auf der Seite des Raumes 16, 16* tragen die Scheiben 12, 12' den Kragen 23, 23', der in eine Nut 24, 24' des Gehäuses eintaucht und zwei Drosselspalte 25, 26, 25', 26' bildet. In den Raum 15, 15' einragend besitzt die Scheibe 12, .12' z.B. innerhalb der Bohrungen 20, 20' einen Abstandskragen 27, 27' .

Während die Radseitenreibungsverlustleistung ohne Scheibe, entsprechend dem mit halber Winkelgeschwindigkeit kreisenden Seitenraumwirbel, einen gewissen Betrag ausmacht, z.B. bei einer Gesamtleistung von 100 kW bei einer Pumpe bestimmter Bauart 5 kW druckseitiger Radseitenreibungsverlust zwischen den Wänden und 10, senkt sich dieser Verlust bei Annahme einer mit halber

5kW Winkelgeschwindigkeit mitgeschleppten Scheibe auf 2 · —-— (zweimal wegen der nun zwei Räume 15, 16 und 1/8 wegen der Gleichung).

Γ /1 - ³

Radseitenverlustleistung L J ~ P P· >

da in den beiden Räumen ungefähr die halbe Winkelgeschwindigkeit herrscht. Somit senken sich die 5 kW auf — kW = 1,25 kW, was einer Ersparnis von 3,75 kW entspricht. Saugseitig für die Scheibe 12' die gleiche Ersparnis angesetzt, ergibt dies 7,5 kW Antriebsenergiesenkung. Wird nach Fig. 1 ein Wirkungsgrad von 0,8 angenommen, erhöht dies den Wirkungsgrad von

_, ., _o 80 kW Nutzleistung _ 80 kW Nutzleistung ___o/

U 100 kW Gesamtleistung 92,5 kW Gesamtleistung

Werden zusätzlich noch die Entlastungswasserströme berücksichtigt, kann mit einem Wirkungsgradanstieg auf 85% gerechnet werden.

Während die Scheibe 12 mit halber Winkelgeschwindigkeit rotiert, entsteht in Raum 15 eine größere Druckabsenkung als in Raum 16, beide eingespeist von dem statischen Druck am Laufradaustritt. Die Scheibe 12 würde in Richtung des Laufrades gedruckt werden. Nun öffnet sich der Spalt 19 und prägt die Bohrungen 20 dem Spalt 15 am Innendurchmesser einen höheren Druck auf als zuvor, der wegen der höheren Winkelgeschwindigkeit im Raum 15 zu starker Druckzunahme führt. Nun würde die Scheibe 12, den Spalt 19 verkleinernd, wieder nach rechts geführt werden, solange, bis der Regelstrom durch den Spalt 19 und die Bohrungen 20 zu einem Axialschubausgleich führt.

Der Kragen 23, 23' mit Nut 24, 24' kann in mehrfacher Anordnung erhöhte Wirkung haben.

Claims

Klein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft Patentansprüche

1. Strömungsmaschine wie Kreiselpumpe oder Turbine, gekennzeichnet durch eine druckseitig und/oder saugsei tig am Laufrad (2) angeordnete, mit Regelbund (17, 17') nebst Regelbohrung (20, 20') und mit Abstandskragen (27, 27') versehene Scheibe (12, 12')^ welche auf der Laufradwelle (1) und/oder dem Laufradhals (28) oder --wahlweise in beiden Fällen an einer Gehäusestelle (14, 14') axial verschiebbar und drehbar gelagert ist und den druckseitigen und/oder saugseitigen Radseiten raum (7, 7') in zwei Räume (15, 16; 15', 16*) aufteilt, wobei der Regelbund (17, 17') mit der jeweils gegenüberliegenden Gehäusepartie (18, 18') einen Regelspalt (19, 19*) und ein zusätzlicher Kragen (23, 23') in einer Nut (24, 24') des Gehäuses (14, 14') jeweils einen Drosselspalt (22, 22'j 25, 26; 25', 26') bilden.

2. Strömungsmaschine; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Durchmesser der Scheibe (i2, 12') jeweils ein die Laufradzylinderfläche (5) abdeckender Kragen (21, 21') vorgesehen ist.

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3. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kragen (23, 23') und der Abstandskragen (27, 27*) an der Scheibe (12, 12') und/oder

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am Laufrad (2) auf entsprechendem Durchmesser angeordnet

sind.

4. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (23, 23') am Gehäuse (14,14') angeordnet ist und in entsprechender Nut (24, 24') in der Scheibe (12, 12*) jeweils einen Drosselspalt bildend läuft.