EP0985098B1 - Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung - Google Patents

Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung Download PDF

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EP0985098B1
EP0985098B1 EP98925611A EP98925611A EP0985098B1 EP 0985098 B1 EP0985098 B1 EP 0985098B1 EP 98925611 A EP98925611 A EP 98925611A EP 98925611 A EP98925611 A EP 98925611A EP 0985098 B1 EP0985098 B1 EP 0985098B1
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guide
vane
centrifugal pump
swirl
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/448—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4273—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps suction eyes

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with an axial inlet and one Impeller upstream inlet guide device, which several rigid The guide vanes have one in each on their side facing the impeller or have an edge pointing against the direction of rotation of the impeller.
  • Centrifugal pumps with an axial inlet often have an inlet guiding device is connected upstream of the first impeller. Your job is a possible twist to take out of the liquid, so that after the inlet guide there is an axial flow.
  • the inlet guide device can consist of several evenly over the circumference of the Distributed guide vanes exist.
  • the guide vanes can be in the axis of the inlet are connected to each other and so a star or a cross form.
  • Inlet guidance devices are known from DE 471 149 and DE 649 668, whose blades are curved in or against the direction of rotation of the impeller to adapt to special inflow conditions or these bring about.
  • the curvature is arched and pulls with each constant axial extension over the entire radial course of the Shovel.
  • the curvature is only slight compared to the blade axial extension.
  • the angle of attack depends on the type of hydraulics is dependent. It can be determined on the basis of measurements, i. H. he can targeted to achieve different effects on the pump characteristic in all operating points.
  • the change achieved by the inlet guide device according to the invention Inflow leads to a performance-saving and the availability increasing operating point adjustment, since the rumor limit clearly to the left is moved. Due to the design of the invention, the Outflow on the impeller improved, so that secondary flows and Detachments behind the impeller blades can be reduced.
  • one or several of the guide vanes each on their side facing away from the impeller carry similar guide vanes in shape and size of the swirl vane. It shows that the flow guidance is still by such a guide vane is further improved.
  • the invention can be implemented with simple means if - as such known - the guide vanes arranged in the shape of a cross or a star are.
  • the centrifugal pump shown in FIG. 1 has a housing 1 with a upstream inlet nozzle 2.
  • An impeller 4 is arranged on a shaft 3.
  • a pressure connection 5 forms the end in the direction of flow.
  • the dimension S which is the distance from the center line of the guide vane 6 from the front edge of the impeller 4 indicates.
  • the dimension S which depends on the type of pump, especially the impeller geometry, is dependent - for example with the help of Try - to determine that the inlet guiding device an optimal Influences the flow and thus the pump characteristic.
  • the ratio of Guide vanes 6, the guide vanes 7 and the swirl vanes 8 to one another detect.
  • a possible angular range between + ⁇ and - ⁇ for is indicated here the direction of the twist scoops 8.
  • the positive angle + ⁇ points into the Direction of rotation of the impeller 4.
  • a negative angle - ⁇ leaves the guide vane 6 point against the direction of rotation of the impeller 4. Both directions can targeted use of the pump characteristics in the desired sense influence.
  • the number of guide vanes 6 depends on the geometry and the specific Characteristic of the pump determined. To determine this is in the range of Knowledge and skills of the relevant pump specialist.
  • FIGS. 3 and 4 For better recognition of the possible angular range for the employment of Swirl blade 8 on the guide blade 6, these are even further in FIGS. 3 and 4 shown clearly.
  • the blade thickness is also shown in these figures D.
  • the guide vane 6 has a height H L
  • the guide vane 7 has a height H V
  • the height of the swirl vane 8 is indicated by H D.
  • L L is the length of the guide vane 6.
  • L V indicates the length of the guide vane 7 and L D the length of the swirl vane 8.
  • the length and height of the guide vanes 6, the guide vanes 7 and the swirl vanes 8 are designed in such a way that they optimally influence the characteristic curve.
  • the swirl vane 8 develops its greatest influence in the area of the wall of the Inlet nozzle 2.
  • the Intensity reduced by the inlet guide When recirculation occurs in front of the impeller, the Intensity reduced by the inlet guide.
  • the Surface of the inlet guiding device as small as possible and hydraulically smooth should be carried out to reduce the friction loss.
  • the blades 6, 7 and 8 of the pre-guide device can also be profiled his.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem axialen Zulauf und einer dem Laufrad vorgeschalteten Einlaufleiteinrichtung, welche mehrere starre Leitschaufeln besitzt, die auf ihrer dem Laufrad zugekehrten Seite jeweils eine in oder gegen die Drehrichtung des Laufrades weisende Kante besitzen.
Kreiselpumpen mit axialem Zulauf haben vielfach eine Einlaufleiteinrichtung, die dem ersten Laufrad vorgeschaltet ist. Ihre Aufgabe ist es, einen eventuellen Drall aus der Förderflüssigkeit herauszunehmen, so daß nach der Einlaufleiteinrichtung eine axiale Strömung vorhanden ist.
Die Einlaufleiteinrichtung kann aus mehreren gleichmäßig über den Umfang des Zulaufs verteilten Leitschaufeln bestehen. Die Leitschaufeln können in der Achse des Zulaufs miteinander verbunden sein und so einen Stern oder ein Kreuz bilden.
Durch die DE 471 149 und die DE 649 668 sind Einlaufleiteinrichtungen bekannt, deren Schaufeln in oder gegen die Drehrichtung des Laufrades gekrümmt sein können, um sich besonderen Einströmungsbedingungen anzupassen oder diese herbeizuführen. Die Krümmung ist bogenförmig und zieht sich jeweils mit gleichbleibender axialer Erstreckung über den gesamten radialen Verlauf der Schaufel. Dabei hat die Krümmung im Vergleich zur Schaufel nur eine geringe axiale Erstreckung.
Im Gegensatz zu den vorstehend geschilderten Einlaufleiteinrichtungen, welche mit sieben Schaufeln ausgestattet und relativ aufwendig waren, werden heute Einlaufkreuze, also nur vier Schaufeln umfassende Einlaufleiteinrichtungen bevorzugt. Diese an sich wenig aufwendigen Einrichtungen konnten aber einen immanenten Nachteil der axial angeströmten Zentrifugalpumpen, die an der Pumpenkennlinie ablesbare Instabilität, kaum verringern. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Kreiselpumpe der eingangs genannten Art eine solche Verringerung zu erreichen und die Förderbedingungen insgesamt zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in oder gegen die Drehrichtung weisende Kante durch eine an die Leitschaufel angeformte, im Bereich der Wand des Zulaufs angeordnete Drallschaufel gebildet wird, welche eine kürzere radiale Erstreckung besitzt als die Leitschaufel.
Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung mit einer an die Leitschaufel angeformten Drallschaufel der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine in einem großen Betriebsbereich erhöht wird. Dies gilt vor allem, wenn der Anstellwinkel zwischen der Leitschaufel und der Drallschaufel negativ ist, wenn also die Drallschaufel gegen die Drehrichtung des Laufrades zeigt.
Generell läßt sich sagen, daß der Anstellwinkel von der Art der Hydraulik abhängig ist. Er läßt sich aufgrund von Messungen bestimmen, d. h. er kann gezielt zur Erreichung unterschiedlicher Auswirkungen auf die Pumpenkennlinie in allen Betriebspunkten festgelegt werden.
Die Wirkung der Drallschaufel nimmt in Richtung der Wand zu. Es ist daher empfehlenswert, die axiale Erstreckung der Drallschaufel in Richtung der Wand zu vergrößern. So ist es von Vorteil, wenn bei der Gestaltung der Drallschaufel von der Form eines rechtwinkligen Dreiecks ausgegangen wird, dessen Hypotenuse die zum Laufrad weisende Kante bildet.
Die nahezu eindimensionale Strömung im axialen Zulauf wird durch die Drallschaufel auf eine dreidimensionale drallbehaftete Strömung im Gebiet der Wand des Zulaufs bzw. der Einlaufdüse umgewandelt. Diese Umwandlung führt zu einem besseren Wirkungsgrad in allen Lastpunkten und verringert die Instabilität der Pumpe. Insbesondere wird die kinetische Energie der Spalt- und Rezirkulationsströmung der Zuströmung wieder zugeführt, es wird also Energie zurückgewonnen. Mit zunehmendem Förderstrom, z. B. bei Überlast, nimmt der Vordrall zu.
Durch die Drallschaufeln verschiebt sich außerdem der Beginn der Rezirkulation vor dem Laufrad zu relativ kleinen Förderströmen hin. Damit wird der für das Betriebsverhalten der Pumpe gefährliche Hysteresebereich auf der Pumpenkennlinie stark nach links verschoben, was die Einsatzgrenzen der Pumpe deutlich vergrößert.
Die durch die erfindungsgemäße Einlaufleiteinrichtung erzielte Änderung der Zuströmung führt zu einer leistungseinsparenden und die Verfügbarkeit erhöhenden Betriebspunktanpassung, da die Rumorgrenze deutlich nach links verschoben wird. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird im übrigen die Abströmung am Laufrad verbessert, so daß Sekundärströmungen und Ablösungen hinter den Laufradschaufeln verringert werden.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß eine oder mehrere der Leitschaufeln jeweils auf ihrer vom Laufrad abgewandten Seite eine in ihrer Gestalt und Größe der Drallschaufel ähnliche Vorleitschaufel tragen. Es zeigt sich, daß durch eine solche Vorleitschaufel die Strömungsführung noch weiter verbessert wird.
Die Erfindung läßt sich mit einfachen Mitteln verwirklichen, wenn - wie an sich bekannt - die Leitschaufeln in Form eines Kreuzes oder eines Sterns angeordnet sind.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1
einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe, in
Fig. 2
eine Einlaufleiteinrichtung der erfindungsgemäßen Art in perspektivischer Darstellung, in
Fig. 3
eine Ansicht einer Leitschaufel mit angeformter Drallschaufel, dargestellt mit zwei Anbringungsmöglichkeiten, in
Fig. 4
eine Draufsicht auf die Leitschaufel der Fig. 3, und in
Fig. 5
die Seitenansicht einer Leitschaufel mit angeformter Drallschaufel und Vorleitschaufel.
Die in der Fig. 1 dargestellte Kreiselpumpe besitzt ein Gehäuse 1 mit einer vorgeschalteten Einlaufdüse 2. Auf einer Welle 3 ist ein Laufrad 4 angeordnet. Den Abschluß in Strömungsrichtung bildet ein Druckstutzen 5.
Dem Laufrad 4 vorgeschaltet ist ein starr in der Einlaufdüse 2 befestigtes Drallkreuz, das im wesentlichen aus vier Leitschaufeln 6 besteht. An die Leitschaufeln 6 angeformt sind jeweils eine Vorleitschaufel 7 und eine Drallschaufel 8. Die Drehung der Welle 3 und des Laufrades 4 entsprechen der Drehrichtungsanzeige 9. Durch innerhalb des Gehäuses 1 und am Austritt des Druckstutzens 5 gezeichnete, mit Pfeilen versehene Linien 10 wird der Strömungsverlauf des Fördermediums angedeutet.
Zu beachten ist das Maß S, das den Abstand der Mittellinie der Leitschaufel 6 von der Vorderkante des Laufrades 4 angibt. Das Maß S, das von der Art der Pumpe, vor allem der Laufradgeometrie, abhängig ist, ist - beispielsweise mit Hilfe von Versuchen - so zu bestimmen, daß die Einlaufleiteinrichtung einen optimalen Einfluß auf die Strömung und damit auf die Pumpenkennlinie ausübt.
Anhand des in der Fig. 2 dargestellten Drallkreuzes läßt sich das Verhältnis der Leitschaufeln 6, der Vorleitschaufeln 7 und der Drallschaufeln 8 zueinander erkennen. Angedeutet ist hier ein möglicher Winkelbereich zwischen +γ und -γ für die Anstellrichtung der Drallschaufeln 8. Der positive Winkel +γ zeigt in die Drehrichtung des Laufrades 4. Ein negativer Winkel -γ läßt die Leitschaufel 6 gegen die Drehrichtung des Laufrades 4 zeigen. Beide Richtungen können bei gezielter Verwendung die Pumpencharakteristik im gewünschten Sinne beeinflussen.
Die Zahl der Leitschaufeln 6 wird von der Geometrie und der spezifischen Charakteristik der Pumpe bestimmt. Diese zu ermitteln, liegt im Bereich des Wissens und Könnens des einschlägigen Pumpenfachmanns.
Zur besseren Erkennung des möglichen Winkelbereiches für die Anstellung der Drallschaufel 8 an die Leitschaufel 6 sind diese in den Fig. 3 und 4 noch weiter verdeutlichend dargestellt. Aus diesen Abbildungen geht auch die Schaufeldicke D hervor.
Weitere Maße und deren Bezug zueinander sind der Fig. 5 zu entnehmen. So besitzt die Leitschaufel 6 eine Höhe HL, die Vorleitschaufel 7 hat eine Höhe HV, die Höhe der Drallschaufel 8 wird mit HD angegeben. LL ist die Länge der Leitschaufel 6. Durch LV wird die Länge der Vorleitschaufel 7 und durch LD die Länge der Drallschaufel 8 angegeben. Die Länge und die Höhe der Leitschaufeln 6, der Vorleitschaufeln 7 und der Drallschaufeln 8 sind so ausgelegt, daß sie eine optimale Beeinflussung der Kennlinie verursachen.
Die Vorleitschaufel 7 und die Leitschaufel 6, die beide parallel zur Achse der Einlaufdüse 2 und des Laufrades 4 verlaufen, üben eine Richtwirkung auf die Zuströmung aus. Die in einem Winkel γ angestellte Drallschaufel 8 verändert die Zuströmungsrichtung relativ zum Laufrad 4. Es entsteht ein gewollter Drall mit der oder gegen die Drehrichtung des Laufrades 4.
Ihren größten Einfluß entwickelt die Drallschaufel 8 im Gebiet der Wand der Einlaufdüse 2. Beim Auftreten einer Rezirkulation vor dem Laufrad wird die Intensität durch die Einlaufleiteinrichtung reduziert. Insgesamt gilt, daß die Oberfläche der Einlaufleiteinrichtung möglichst klein und hydraulisch glatt ausgeführt sein sollte, um den Reibungsverlust zu verringern. Grundsätzlich können die Schaufeln 6, 7 und 8 der Vorleiteinrichtung auch profiliert ausgeführt sein.

Claims (5)

  1. Kreiselpumpe mit einem axialen Zulauf und einer dem Laufrad (4) vorgeschalteten Einlaufleiteinrichtung, welche mehrere starre Leitschaufeln (6) besitzt, die auf ihrer dem Laufrad (4) zugekehrten Seite jeweils eine in oder gegen die Drehrichtung des Laufrades (4) weisende Kante besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die in oder gegen die Drehrichtung weisende Kante durch eine an die Leitschaufel (6) angeformte, im Bereich der Wand des Zulaufs (2) angeordnete Drallschaufel (8) gebildet wird, welche eine kürzere radiale Erstreckung besitzt als die Leitschaufel (6).
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallschaufel (8) die Ausgangsform eines rechtwinkligen Dreiecks hat, dessen Hypotenuse die zum Laufrad (4) weisende Kante bildet.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere der Leitschaufeln (6) jeweils auf ihrer vom Laufrad (4) abgewandten Seite eine in ihrer Gestalt und Größe der Drallschaufel (8) ähnliche Vorleitschaufel (7) tragen.
  4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Leitschaufeln (6), die in Form eines Kreuzes angeordnet sind.
  5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Leitschaufeln (6), die in Form eines Sterns angeordnet sind.
EP98925611A 1997-05-28 1998-05-18 Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung Expired - Lifetime EP0985098B1 (de)

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