WO1998054471A1 - Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung - Google Patents

Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with an axial inlet and an inlet guide device upstream of the impeller, which has a plurality of rigid guide vanes, which on their side facing the impeller each have an edge pointing in or against the direction of rotation of the impeller.
  • Centrifugal pumps with an axial inlet often have an inlet guide device, which is connected upstream of the first impeller. Your task is to remove any swirl from the liquid to be conveyed so that there is an axial flow after the inlet guide device.
  • the inlet guide device can consist of several guide vanes distributed uniformly over the circumference of the inlet.
  • the guide vanes can be connected to one another in the axis of the inlet and thus form a star or a cross.
  • inlet guiding devices From DE 471 149 and DE 649 668 inlet guiding devices are known, the blades of which can be curved in or against the direction of rotation of the impeller in order to adapt to particular inflow conditions or to bring them about.
  • the curvature is arc-shaped and extends with a constant axial extension over the entire radial course of the blade.
  • the curvature has only a small axial extent compared to the blade.
  • inlet guide devices which were equipped with seven blades and were relatively complex
  • inlet crosses ie inlet guide devices comprising only four blades, are preferred today.
  • These devices which are in themselves less complex, could, however, have an inherent disadvantage of the centrifugal pumps which flow axially Pump characteristic readable instability, hardly reduce.
  • the invention is therefore based on the object of achieving such a reduction in a centrifugal pump of the type mentioned at the beginning and improving the delivery conditions as a whole.
  • edge pointing in or against the direction of rotation is formed by a swirl vane which is formed on the guide vane and is arranged in the region of the wall of the inlet and which has a shorter radial extension than the vane.
  • the angle of attack depends on the type of hydraulics. It can be determined on the basis of measurements, i. H. it can be set specifically to achieve different effects on the pump characteristic in all operating points.
  • the swirl vane converts the almost one-dimensional flow in the axial inlet to a three-dimensional swirled flow in the region of the wall of the inlet or the inlet nozzle. This conversion leads to better efficiency at all load points and reduces the instability of the pump. In particular, the kinetic energy of the gap and recirculation flow is fed back to the inflow, so it becomes energy recovered. With increasing flow, e.g. B. with overload, the pre-twist increases.
  • the change in the inflow achieved by the inlet guiding device according to the invention leads to a power-saving and availability-increasing operating point adjustment, since the rumor limit is clearly shifted to the left.
  • the design according to the invention also improves the outflow on the impeller, so that secondary flows and separations behind the impeller blades are reduced.
  • one or more of the guide vanes each have on their side facing away from the impeller a Vorieitschaufel similar in shape and size of the swirl vane. It can be seen that the flow guidance is further improved by such a forward scoop.
  • the invention can be implemented with simple means if, as is known per se, the guide vanes are arranged in the form of a cross or a star.
  • Fig. 1 shows a partial section of a centrifugal pump according to the invention, in
  • Fig. 2 is an inlet guide device of the type according to the invention in a perspective view
  • Fig. 3 is a view of a guide vane with a swirl vane, shown with two attachment options, in
  • Fig. 4 is a plan view of the vane of Fig. 3, and in
  • Fig. 5 is a side view of a guide vane with a twisted vane and Vorieitschaufel.
  • the centrifugal pump shown in FIG. 1 has a housing 1 with an 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.
  • a swirl cross rigidly attached in the inlet nozzle 2, which essentially consists of four guide vanes 6.
  • a Vorieitschaufel 7 and one are each formed on the guide vanes 6
  • Swirl vane 8 The rotation of the shaft 3 and the impeller 4 correspond to the direction of rotation indicator 9.
  • the dimension S which indicates the distance of the center line of the guide vane 6 from the front edge of the impeller 4.
  • the dimension S which depends on the type of pump, especially the impeller geometry, is to be determined - for example with the help of tests - in such a way that the inlet guide device exerts an optimal influence on the flow and thus on the pump characteristic.
  • the ratio of the guide vanes 6, the guide vanes 7 and the swirl vanes 8 to one another can be seen from the swirl cross shown in FIG. 2.
  • a possible angle range between + ⁇ and - ⁇ for the direction of adjustment of the swirl blades 8 is indicated here.
  • the positive angle + ⁇ points in the direction of rotation of the impeller 4.
  • a negative angle ⁇ shows the guide blade 6 against the direction of rotation of the impeller 4.
  • FIGS. 3 and 4 For better recognition of the possible angular range for the adjustment of the swirl vane 8 to the guide vane 6, these are illustrated in FIGS. 3 and 4 even more clearly.
  • the blade thickness D can also be seen from these illustrations.
  • the guide vane 6 has a height H L
  • the Vorieitschaufel 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 forward vane 7 and L D the length of the swirl vane 8.
  • the length and the height of the guide vanes 6, the preliminary 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 is reduced by the inlet guide device.
  • the surface of the inlet guiding device should be as small and hydraulically smooth as possible in order to reduce the loss of friction.
  • the blades 6, 7 and 8 of the pre-guiding device can also be profiled.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist 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. Eine Steigerung des Wirkungsgrades sowie eine die Verfügbarkeit der Strömungsmaschine erhöhende Wirkung werden dadurch erreicht, 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).

Description

Kreiselpumpe mit einer Einlaufleiteinrichtung
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 Vorieitschaufel tragen. Es zeigt sich, daß durch eine solche Vorieitschaufel 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 Vorieitschaufel.
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 Vorieitschaufel 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 Vorieitschaufel 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 Vorieitschaufel 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 Vorieitschaufel 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

Patentansprüche
1. 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, 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. Leiteinrichtung 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. Leiteinrichtung 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 Vorieitschaufel (7) tragen.
4. Leiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Leitschaufeln (6), die in Form eines Kreuzes angeordnet sind.
5. Leiteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Leitschaufeln (6), die in Form eines Sterns angeordnet sind.
PCT/EP1998/002908 1997-05-28 1998-05-18 Kreiselpumpe mit einer einlaufleiteinrichtung Ceased WO1998054471A1 (de)

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