DE3305790C2

DE3305790C2 -

Info

Publication number: DE3305790C2
Application number: DE19833305790
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 6710 Frankenthal De Metzinger
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 1983-02-19
Filing date: 1983-02-19
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE3305790A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Freistrompumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, feststoffbeladenen Flüssigkeiten und Gas-Flüssigkeits-Gemischen, wobei das außerhalb eines die Ansaug- und die Drucköffnung der Freistrompumpe miteinander verbindenden freien Strömungsraumes in einer Radkammer angeordnete Laufrad in Drehrichtung angestellte Schaufeln besitzt.

Freistrompumpen arbeiten nach dem Zirkulationsprinzip. In der Pumpe wird das Fördermedium durch den meist axial angeordneten Saugstutzen dem schaufelfreien Pumpenraum und dem Laufrad zugeführt. Im Bereich der Laufradnabe tritt das Fördermedium in das Laufrad ein und wird unter dem Einfluß der Zentrifugal wirkung des Laufrades nach außen geschleudert und am Laufradaustritt wieder in den schaufelfreien Pumpenraum zurückgeführt. Hierbei bildet sich eine Zirkulationsströmung aus, die der reinen Transportströmung überlagert ist. Die resultierende Strömung unmittelbar vor dem Laufrad ist eine komplexe Toruswirbelströmung.

Der Vorzug der Freistrompumpe, auch mit groben Verunreinigungen versehene Flüssigkeiten ohne Verstopfungs gefahr zu fördern, wird u. a. durch den Nachteil eines geringen Wirkungsgrades erkauft. Auch die Saugfähigkeit und die Kennliniencharakteristik solcher Pumpen sind ungünstig im Vergleich zu Kreiselpumpen anderer Bauart. Schließlich ist die hohe Geräuschemission solcher Pumpen als Nachteil zu nennen.

Durch die DD-PS 59 527 ist eine Kreiselpumpe bekannt, die innerhalb einer Reihe unterschiedlicher Laufradformen auch solche Laufräder zeigt, deren Schaufeln in gegenüber der Radachse geneigten Ebenen liegen. Hierdurch soll die angestrebte Wirkung der in der zitierten Schrift offenbarten Erfindung, eine möglichst wirksame hydraulische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Medium im Pumpenraum zu erreichen, noch unterstützt werden. In der Schrift werden die beiden möglichen Neigungsrichtungen als Alternativen dargestellt. Über Winkel und Verlauf der Neigungen wird nichts ausgesagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades, der Saugfähigkeit und der Kennliniencharakteristik bei einer Verringerung der Geräuschemission erbringt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Anstellwinkel (β₁) der Schaufeln zwischen der Front der hinteren Deckscheibe und der Schaufelskelettlinie kontinuierlich von innen nach außen vergrößert, wobei sich der Tangens des Winkels (β₁) aus dem Verhältnis der axialen Zulaufkomponente (c_ax) der Absolutgeschwindigkeit eines im Zirkulationswirbel befindlichen, senkrecht zur Gitterfront gerichteten Flüssigkeitsteilchen und dem Schlupf (Δu) ergibt und wobei sich der Schlupf (Δu) aus der Differenz der Umlaufgeschwindigkeit (u_L = ω×r) des Laufrades und der Geschwindigkeitskomponente (c_uz) des Zirkulationswirbels in Umfangsrichtung ergibt.

Durch die Erfindung wird der Tatsache Rechnung getragen, daß sich einerseits die axiale Komponente der Absolut geschwindigkeit am Laufradeintritt über den Radius von innen nach außen verändert, sich aber andererseits das Laufrad mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Diesem Umstand folgend, wird auch der Anstellwinkel der Schaufel von innen nach außen verändert, so daß der Schaufeleintritt und die Richtung der Strömung bei Eintritt in das Laufrad weitgehend übereinstimmen.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere, die Strömungs bedingungen innerhalb des Laufrades verbessernde Ausgestaltungen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine Kreiselpumpe mit einem erfindungsgemäßen Laufrad in Schnittdarstellung, in
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Laufrades der Fig. 1, in
Fig. 3 die Strombahnen am Eintritt in das Laufrad, und in den
Fig. 4 bis 6 das Laufrad in zwei Ansichten mit darunter angeordneten Teilausschnitten koaxialer Zylinderschnitte dieses Laufrades.

Das in einem Pumpengehäuse (1) angeordnete Laufrad (2) besitzt mehrere Schaufeln (3). Wie die abgewickelten koaxialen Zylinderschnitte in den Fig. 3 und 6 zeigen, sind die Schaufeln (3) in Drehrichtung angestellt. Der zwischen der Front der hinteren Deckscheibe (4) und der Schaufel skelettlinie gebildete Anstellwinkel (β₁) ändert sich mit zunehmendem Laufradradius dergestalt, daß im Nabenbereich der kleinste und am Außenradius der größte Winkel erreicht wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Festlegung des Winkelverlaufes als Funktion des Laufradradius wird ein nahezu stoßfreier Übergang der Relativströmung aus dem Zirkulationswirbel in die Schaufelkammer des Laufrades (2) hinein erzielt. Die Fig. 3 verdeutlicht dies anhand der am Eintritt in das Laufrad (2) vorhandenen Strombahnen.

Die paraboloidartig gestaltete Befestigungsschraube (5) hat die Aufgabe, das Medium im Nabenbereich geordnet und zentrisch dem Laufradeintritt zuzuführen und im Zusammenwirken mit den angestellten Schaufeln (3) für eine zusätzlich wirkungsgrad steigernde Energieumsetzung zu sorgen. Hiermit einhergehend ist eine Verbesserung der Saugeigenschaften und eine Verringerung des Schallpegels und der Geräuschemission.

Die Kennliniensteilheit, ein unter Umständen wichtiges Kriterium bei der Auswahl der geeigneten Pumpenart für bestimmte Anwendungsfälle, ist durch den Verlauf der Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) in Grenzen beeinflußbar. Der Winkel γ (Fig. 5), der gebildet wird durch die Tangente an die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) und durch die Tangente an die Laufradperipherie im Schaufelendpunkt, kann jeden beliebigen Wert bis maximal 90° annehmen. Im Falle γ=90° weist die Schaufel radial nach außen, im Falle γ < 90°, ist sie stetig nach rückwärts gekrümmt.

Claims

1. Laufrad für eine Freistrompumpe zur Förderung von Flüssigkeiten, feststoffbeladenen Flüssigkeiten und Gas-Flüssigkeits-Gemischen, wobei das außerhalb eines die Ansaug- und die Drucköffnung der Freistrompumpe miteinander verbindenden freien Strömungsraumes in einer Radkammer angeordnete Laufrad in Drehrichtung angestellte Schaufeln besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anstellwinkel (β₁) der Schaufeln (3) zwischen der Front der hinteren Deckscheibe (4) und der Schaufelskelettlinie kontinuierlich von innen nach außen vergrößert, wobei sich der Tangens des Winkels (β₁) aus dem Verhältnis der axialen Zulaufkomponente (c_ax) der Absolutgeschwindigkeit eines im Zirkulationswirbel befindlichen, senkrecht zur Gitterfront gerichteten Flüssigkeitsteilchen und dem Schlupf (Δu) ergibt und wobei sich der Schlupf (Δu) aus der Differenz der Umlaufgeschwindigkeit (u_L=ω×r) des Laufrades (2) und der Geschwindigkeitskomponente (c_uz) des Zirkulationswirbels in Umfangsrichtung ergibt.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsschraube (5) des Laufrades (2) als Rotationsparaboloid oder paraboloidähnlicher Rotationskörper ausgebildet ist.

3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) eine radial nach außen weisende Gerade erzeugt.

4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spur (6) der Durchstoßpunkte der Schaufel (3) auf der hinteren Deckscheibe (4) eine gegen die Drehrichtung nach rückwärts geneigte krumme Linie bildet.