DE1653786B2 - Saugkruemmer fuer kreiselpumpen - Google Patents

Description

unterschiedlicher Stärke aufeinandertreffen, dann wird vorzugsweise der Grenzschichtzaun quer zu der stärkeren Strömung und innerhalb derselben kurz vor dem Bereich des Aufeinandertreffens angeordnet, Durch den Grenzschichtzaun werden die Sekunda'rströmungen so weit gedämpft und in die Hauptströmung umgelenkt, daß die Ausbildung freier Wirbel stark gehemmt wird oder sogar unterbleibt. Die Versuche, in weichen das Strömungsverhalten von Saugkrümmern mit nach der Erfindung ausgerüsteten Grenzschichtzäunen mit dem eines ohne einen solchen Zaun im übrigen jedoch völlig gleich gestalteten Saugkrümmers verglichen wurde, haben verblüffende Ergebnisse gezeigt. Die an den Krümmerwänden angebrachten und mit Hilfe eines Stäbchens in die für Versuchszwecke verwendete Luftströmung gehaltenen Fäden offenbarten bei den Krümmern mit Grenzschichtzäunen eine völlig stabile und wirbelarme bzw. wirbelfrde Strömung, im Gegensatz zu dem Krümmer ohne derartige Grenzschichtzäuae, in welchem sich eindeutig eine starke Wirbelbildung zeigte.

Derartige Grenzschichtzäune sind an sich aus dem Flugzeugbau bekannt, wo unter diesem Begriff auf der Flügeloberseite quer zur Flügelachse und beiderseits etwa je in der Mitte einer Flügelhälfte aufgesetzte Blechwände zu verstehen sind, die zur Verhinderung des seitlichen Abwandervs und des dadurch verursachten frühzeitigen Ablösens der Grenzschicht bei Pfeilflügeln für solche Flugzeuge dienen, die sich mit Geschwindigkeiten knapp unterhalb der Schallgeschwindigkeit bewegen (Technische Hydro- und Aeromechanik von W. Kaufmann, 2. Auflage, 1958, S. 271,3. Absatz).

Ferner sind derartige Grenzschichtzäune auf Laufrädern von Strömungsmaschinen bekannt, bei denen sie jedoch zar Verhinderung der Zentrifugierung des Grenzschichtbereiches nach außen vorgesehen sind, um so an der Nabe den Auftrieb zu vergrößern (USA.-Patentschriften 3 012 709. 3 014 640 und 3 193 185). Hierbei sollter die positiven Ergebnisse von Grenzschichtzäunen auf Tragflächen von Flugzeugen auf die in gewisser Hinsicht diesen äquivalenten Schaufeln von Strömungsmaschinen übertragen werden. Im Gegensatz zu ihrer Anwendung bei Flugzeugen führten die Grenzschichtzäune hier zu keinem Erfolg. Weiterhin sind auch in Saugrohren angeordnete Rippen bekannt, die jedoch entweder als Leitrippen zur Umwandlung einer rotierenden in eine gerade Strömung (deutsche Patentschriften 217 075 und 914 802) oder als Schutzmaßnahme gegen feste Bestandteile im Betriebswasser dienen (USA.-Pater ·.-schrift 1 608 547). Es handelt sich hierbei also nicht um Grenzschichtzäune im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Bei der vorliegenden Erfindung dient der Grenzschichtzaun jedoch weder zur Verhinderung des Wanderns bzw. Ablösens der Grenzschicht noch als Leitrippe od. dgl., sondern dazu, Sekundärströmungen innerhalb der Grenzschicht zu dämpfen und in die Hauptströmur.g umzulenken.

Lage und Form eines solchen Grenzschichtzaunes hängen weitgehend vors, der Bauart der Saugkrümmers ab, d. h. von der Krümmung seiner Wände, dem Flächerivcrlauf seiner Meridianschnitte, der Form eventuell Rippen, welche die Strömung im Saugkrümmer teilen, oder davon, ob eine durchgehende Welle vorhanden i3t oder nicht.

Eine sehr vorteilhafte Querschnittsform der als Grenzschichtzaun dienenden Rippe erhält man, wenn in weiterer Ausbildung der Erfindung die der stärkeren Sekundärströmung zugekehrte Rippenwand im S wesentlichen senkrecht auf der Krümmerwand steht und die der schwächeren Strömung zugekehrte Rippenwand auf der angeströmten Seite mit der Krümmerwand einen Winkel zwischen 120 und 150° bildet; somit wird durch die senkrecht stehende Rip-

ij penwand die stärkere Strömung stärker gebremst. Dabei sollte die maximale Rippenhöhe vorzugsweise etwa gleich der ermittelten örtlichen Grenzschichtdicke sein, jedoch nicht mehr als zwischen 5 bis 10°<Ί> des örtlichen lichten Abstandes bis zur gegenüberliegenden Krümmerwand.

Die sich im wesentlichen über den gesamten Bereich des Zusammentreffens beider Strömungen erstreckenden Rippen können ;:rade oder entsprechend der unterschiedlichen Richtung der Stromli-

ao nien gekrümmt sein. In einer bevorzugten Ausbildungsform gehen die Rippen an beiden Enden flacher werdend allmählich in die Saugkrümmerwand über.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Krümmers mit durchgehender Welle und Einlauftrichter näher erläutert. Darin ist

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht des Krümmers entgegen der Zuströmrichtung ins Laufrad.

Fig. 2 ein Schnitt, ebenfalls teilweise aufgebrochen, entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 und

Fig. 4 ein Schnitt durch einen Grenzschichtzaun entlang der Linie IV-IV der Fig. 1.

Der Krümmer besteht aus einem zur Laufradachsc 4 etwa um 90° geneigten Krümmerteil 5 und aus einem in diesen übergehenden zur Laufradachse 4 konzentrischen Krümmerteil 6 mit Flanschanschluß 6', der einen in den geneigten Krümmerteil 5 hineinragenden Trichter 7 aufweist. Die Mittelebene des Laufrades ist durch die strichpunktierte Linie 8 angedeutet. Die im Bereich des Trichters 7 liegenden seitlichen Wandungen 9 und 10 des Krümmerteils 5 treffen auf der dem Zulauf 11 abgewandten Seite des Trichters 7 unter Bildung eines Sporns 12 zusammen, der bis an den wulstförmig verstärkten Rand 13 des Trichters 7 reicht Uijd in Form einer rippenartigen Spornverlängerung 14 bis an die äußere Trichterwandung vorgezogen ist. während innerhalb de3 Trichters 7 ein bis nahe an die nur strichpunktiert angedeutete Wellenschutzhülse 15 und außerhalb des Trichters bis an die Krümmerrückwand 17 reichende Rippe 16 eine Fortsetzung des Sporns 12 bzw. der Rippe 14 bildet. Wie aus Fig. 3 zu erblicken, verdickt sich die Rippe 16 zur Krümmerrückwand 17 hin derart, daß sie einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt bildet. Zu jeder Seite dieser Rippe 16 erstreckt sich ein bogenförmig von der Krümmerrückwand 17 her bis auf die Rippelfi reichender Hppenförmiger Grenzschichtzaun 18. Die Grenzschichtzäune 18 sind jeweils kurz vor dem nur auf der rechten Seite in F i g. 1 punktiert angedeuteten Bereich 19, in welchem bei NichtVorhandensein dieses Grenzschichtzaunes zwei im wesentlichen entgegengesetzt gerichtete Sekundärströmungen 20 und 21 aufeinandertreffen wurden, und zwar innerhalb der stärkeren

Strömung 20 dieser beiden Strömungen angeordnet.

Wie aus dem in Fig. 4 dargestellten Schnitt durch den Grenzschichtzaun 18 zu erkennen ist, bildet die der stärkeren Sekundärströmung 20 zugekehrte Wand des Grenzschichtzaunes 18 mit der Krümmerrückwand 17 einen rechten Winkel, während die der schwächeren Strömung 21 zugekehrte Wand des Grenzschichtzaunes mit der Krümmerwand einen Winkel α von etwa 150° bildet.

Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Grenzschichtzäune auch bei Pumpenkrümmern ohne S Einlauftrichter vorgesehen werden, wo sie allerdings entsprechend den geänderten Strömungsverhältnissen eine etwas andere Lage als bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erhalten würden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

I 653 786 Saugkrümmern mit durchgehender Welle und insbe- Patentansprüche: sondere bei großen Anlagen, wo der axialen Erstrek- kung des Krümmers relativ enge Grenzen gesetzt

1. Saugkrümmer für Kreiselpumpen, da- sind, können diese Maßnahmen nicht immer angedurch ge kennzeich net, daß in dem durch 5 wendet werden. Die Situation kann hierbei so kri-Versuch oder Rechnung ermittelten Bereich (19) tisch werden, daß bei großen Pumpenanlagen mit des Aufeinandertreffens von im wesentlichen ent- stark begrenzter axialer Erstreckung des Krümmers gegengesetzt zueinander gerichteten Sekundär- keine Garantie für die Verhinderung von uurch derströmungen (20 und 21), die sich in den Grenz- artige freie Wirbel verursachter Kavitationserosion schichten an den Krümmerwänden (9, 10, 17) io und damit vorzeitiger Zerstörung des Laufrades geausbilden, wenigstens eine im wesentlichen quer leistet werden kann.

zu den Stromlinien (20, 21) von einer dieser Se- Es ist ferner bekannt, den geschilderten Nachteilen

kundärströmungen verlaufende Rippe als an sich dadurch zu begegnen, daß man den Querschnitt des bekannter Grenzschichtzaun (18) angeordnet Krümmers im mittleren Bereich ähnlich einer Ellipse ist. 15 mit der kleinen Achse in der Krümmermittelebene

2. Saugkrümmer nach Anspruch 1 mit aufein- ausbildet und die normalen Querschnittsflächen vom andertreffenden Sekundärströmungen unter- Eintritt bis zum Austritt stetig abnehmen läßt, und schiedlicher Stärke, dadurch gekennzeichnet, daß zwar etwa im ersten Drittel schwach, im mittleren der Grenzschichtzaun (18) quer zu der stärkeren Bereich stärker und zuletzt wieder schwächer. Hier-Strömung (2Cl) und innerhalb derselben kurz vor ao durch wird zwar schon die Bildung von freien Wirdem Bereich (19) des Aufeinandertreffens an- bein sehr gehemmt, aber doch noch nicht völlig ungeordnet ist. terbunden.

3. Saugkrümmer nach Anspruch 2, dadurch ge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wirksakennzeichnet, daß die der stärkeren Sekundär- mere Mittel aufzuzeigen, durch weiche auch bei groströmung (20) zugekehrte Rippenwand im we- 25 Ben Anlagen mit stark begrenzter axialer Erstreksentlichen senkrecht auf der Krümmerwand (17) kung des Krümmers eine Zuströmung zum Laufrad steht und die der schwächeren Strömung (21) zu- erzielt wird, in der sich keine derartigen freien Wirgekehrte Rippenwand auf der angeströmten Seite bei bilden können.

mit der Krikr.nerwand einen Winkel zwischen Bei der Lösung dieses Problems ging der Erfinder

120 und 150° bildet. 30 von der Erkenntnis aus, daß sich in den Wandgrenz-

4. Saugkniinmer nach einem der Ansprüche 1 schichten des Saugkrümmers quer zur Hauptströbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale mung verlaufende Sekundäi strömungen ausbilden, Rippenhöhe etwa gleich der ermittelten örtlichen die dadurch entstehen, daß Fliehkräfte auf Grund Grenzschichtdicke ist, jedoch nicht mehr als zwi- der starken Krümmung der Strömungslinien zwar in sehen 5 bis 10 ° 0 des örtlichen lichten Abstandes 35 der Hauptströmung auftreten und deren Druckfeld bis zur gegenüberliegenden Krümmerwand. im wesentlichen bedingen, aber kaum in den durch

5. Saugkrümmer nach einem der Ansprüche 1 die Reibung gebremsten Grenzschichten. Die Sekunbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe därströmungen in den Grenzschichten sind in dem je-(18) an beiden Enden flacher werdend allmählich weiligen Meridianschnitt des Krümmers von außen in die Saugkrümmerwand (17) übergeht. 40 nach innen gerichtet, d. h., sie strömen im wesentlichen von dem am Außenbogen gelegenen Wandteil zu dem am Innenbogen gelegenen, wo sie aus entge-

gengesetzten Richtungen kommend in einem bestimmten Bereich aufeinandertreffen, dessen Lage 45 und Größe von der jeweiligen Gestaltung des Krümmers abhängig ist. Im allgemeinen sind die örtlichen

Die Erfindung betrifft einen Saugkrümmer für Geschwindigkeiten dieser Sekundärströmungen nach Kreiselpumpen. Durch einen solchen Krümmer wird Größe und Richtung verschieden. Durch ihr Aufeindie unter einem Winkel zur Laufradachse, im allge- pndertrcffen bilden sich freie Wirbel, die dann den meinen von etwa 90", ankommende Saugleitung in 50 Stromlinien der Hauptströmung folgen und von dieeine zum Laufrad konzentrische Zuleitung umge- ser in das Laufrad gefördert werden, wo sie die belenkt. Außer der Bedingung, daß das Geschwindig- kannten sehr nachteiligen Kavitationserscheinungen keitsfeld der Strömung am Eintritt zum Laufrad verursachen können.

möglichst gleichförmig sein soll, was bekanntlich Basierend auf dieser Erkenntnis besteht die Erfin-

durch eine besondere Form der Saugkrümmerwände 55 dung nun darin, daß in dem durch Versuch oder und gegebenenfalls durch eine strömungsgünstige Rechnung ermittelten Bereich des Aufeinandertref-Profilierung von die Strömung im Saugkrümmer in fens von im wesentlichen entgegengesetzt zueinander zwei oder mehr Teilstrome teilenden Rippen erreicht gerichteten Sekundärströmungen, die sich in den wird — soll außerdem die Strömung vor dem Eintritt Grenzschichten an den Krümmerwänden ausbilden, in das Laufrad keine freien konzentrierten Wirbel 60 wenigstens eine im wesentlichen quer zu den \tromlienthalten, weil das Aufplatzen solcher Wirbel auf nien von einer dieser Sekundärströmungen verlaufenden Laufschaufeln sowohl die Laufruhe der Pumpe de Rippe als an sich bekannter Grenzschichtzaun anstört als auch eine mehr oder weniger starke Kavita* geordnet ist. Der Bereich des Aufeinandertreffens der tionserosion der Schaufeloberfläche verursacht. Sekundärströmungen kann in einfacher Weise, z. B.

Es ist bekannt, die Ausbildung derartiger Wirbel 65 in einem Modellkrümmer durch Messung sowie durch eine möglichst große Erstreckung des Krüm- Beobachtung mit Hilfe eines an einem Stäbchen in mers axial zum Laufrad und durch einen möglichst die Strömung gehaltenen Fadens, ermittelt werden, großen Krümmerradius zumindest zu verringern. Bei Wenn, wie es meist der Fall ist, Sekundärströmungen