DE60036336T2

DE60036336T2 - Turbomaschinen

Info

Publication number: DE60036336T2
Application number: DE60036336T
Authority: DE
Inventors: Junichi Yokohama-shi Kurokawa; Hitoharu Niihari-gun Kimura; Tomoyoshi Higashiibaraki-gun Okamura; Takahide Abiko-shi Nagahara; Sumio Niihari-gun Sudo
Original assignee: Kurokawa Junichi Yokohama; Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Kurokawa Junichi Yokohama; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: EP1069315A2; DE60036336D1; CN1221741C; EP1069315B1; EP1069315A3; ATE373175T1; CN1281953A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen, und insbesondere auf eine Turbomaschine, die in der Lage ist, eine Strömungsinstabilität durch Unterdrücken einer Verwirbelung infolge einer Rezirkulationsströmung am Einlass eines Laufrads und durch Unterdrücken von Drehströmungsabrissen des Laufrads unabhängig von dessen Bauweisen und dem Fluid zu verhindern.
Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen, wie eine Pumpe, einen Verdichter, ein Gebläse usw., die ein Laufrad mit einer Nicht-Volumen-Bauweise haben, und insbesondere auf die Turbomaschine, die die Strömungsinstabilität dadurch verhindern kann, dass eine Verwirbelung oder Vorverwirbelung unterdrückt wird, die aufgrund einer Hauptströmung oder einer Komponente der an einem Einlass eines Laufrads auftretenden Rezirkulation erzeugt wird, und dass Drehströmungsabrisse unterdrückt werden, so dass eine Eignung für eine Verwendung mit einer Halbaxialpumpe gegeben ist, die in weitem Umfang als Wasserumwälzpumpen in einem Wärmekraftwerk oder in einem Kernkraftwerk oder als Entwässerungspumpe verwendet wird, sowie auf eine Pumpstation, bei der die Turbomaschine nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Rotationsmaschinen mit der Bezeichnung "Turbomaschine" können abhängig von den Fluiden, mit denen sie betrieben werden, und nach ihren Bauweisen wie folgt klassifiziert werden:

1. Nach Fluiden, mit denen die Maschine betrieben wird, nämlich Flüssigkeit und Gas.
2. Nach Bauweisen, nämlich Axial-, Halbaxial- und Radialbauweise.

Die in 22 im Querschnitt gezeigte Halbaxialpumpe, die heutzutage aufgrund ihres einfachen Betriebs hauptsächlich oder in weitem Umfang verwendet wird, hat von stromauf nach stromab aufeinanderfolgend ein Ansauggehäuse 11, eine Pumpe 12 und einen Diffusor 13.
Eine Schaufel 122, die in einem Gehäuse 121 der Pumpe 12 umläuft, wird von einer Welle 123 drehangetrieben, wodurch der aus dem Ansauggehäuse 11 angesaugten Flüssigkeit Energie zugeführt wird. Der Diffusor 13 hat die Funktion, einen Teil der Geschwindigkeits-(oder kinetischen) Energie der Flüssigkeit in statischen Druck umzuwandeln.
23 zeigt eine typische Kennlinie zwischen Pumphöhe und Durchsatz der Turbomaschine für die in 22 gezeigte Halbaxialpumpe, wobei die Horizontalachse einen Parameter zeigt, der für den Durchsatz steht, während die vertikale Achse einen Parameter zeigt, der für die Druckhöhe steht.
Insbesondere fällt der Druck in einer entgegengesetzten Beziehung zur Zunahme des Durchsatzes in einem Bereich mit geringem Durchsatz ab, steigt jedoch nach der Zunahme des Durchsatzes während der Zeit, während der der Durchsatz in einem Bereich S liegt (d.h. in einem Abschnitt, der auf der rechten Seite der Kennlinie ansteigt oder hochspringt). Wenn der Durchsatz weiter zunimmt und über den ansteigenden Abschnitt der Kennlinie auf der rechten Seite hinausgeht, beginnt die Pumphöhe mit Zunahme des Durchsatzes wieder abzufallen.
In dem Fall, in welchem die Turbomaschine mit einem Durchsatz bei der rechtsseitigen ansteigenden Kennlinie arbeitet, schwingt die Flüssigkeitsmasse aus sich selbst, d.h. es wird ein Phänomen des Pumpens erzeugt.
Eine solche Kennlinie mit Anstieg auf der rechten Seite ergibt sich, weil die Rezirkulation an einem äußeren Rand des Einlasses des Laufrads auftritt, wenn der Durchsatz durch die Turbomaschine niedrig ist, und in diesem Fall wird der Strömungsdurchgang oder ein Kanal für die Flüssigkeit, die in der Turbomaschine strömt, verengt, wodurch in der Flüssigkeit ein Wirbel erzeugt wird (siehe 22).
Da das Pumpen nicht nur bei der Turbomaschine, sondern auch an den Leitungen oder Rohren, die mit ihrer Stromauf- und Stromabseite verbunden sind, Schäden erzeugt, darf es in einem Bereich mit geringem Durchsatz nicht eintreten. Anstelle einer Verbesserung in der Form (d.h. im Profil) der Schaufel, um den Betriebsbereich der Turbomaschine zu erweitern oder zu vergrößern, hat man bereits verschiedene Verfahren zum Unterdrücken des Pumpens vorgeschlagen, wie sie nachstehend ausgeführt sind.
1. Gehäusebearbeitung
In einem Gehäusebereich, in dem sich das Laufrad befindet, werden dünne oder schmale Nuten oder Abläufe mit 10% bis 20% der Sehnenlänge der Schaufel ausgebildet, um die Strömungsabrisstoleranz zu verbessern.
24(a) und (b) zeigen beispielsweise Ansichten der Gehäusebearbeitung, die bereits vorgeschlagen wurden. Insbesondere zeigt 24(a) eine Lagebeziehung zwischen der Gehäusebearbeitung und den Schaufeln, während 24(b) die Gehäusebearbeitung in Querschnitten zeigt.
Insbesondere werden bei der bereits vorgeschlagenen Gehäusebearbeitung die Nuten in einer Innenwand (d.h. der Strömungsoberfläche) des Gehäuses in dem Bereich, wo die Schaufeln liegen, in Axialrichtung, in Umfangsrichtung oder in einer schrägen Richtung, alternativ in Radialrichtung oder einer Schrägrichtung jeweils mit einer ausreichenden Tiefe ausgebildet.
Obwohl der Mechanismus, wie die Gehäusebearbeitung die Verbesserung der Strömungsabrisstoleranz ermöglicht, theoretisch noch nicht deutlich untersucht worden ist, kann man davon ausgehen, dass das Auftreten von sich ausbildenden Zellen dadurch unterbunden wird, dass das Fluid mit hohem Druck in einen Niedrigenergiebereich ausgesprüht oder injiziert wird.
2. Trenneinrichtung
Zum Teilen der Rezirkulationsströmung, die an dem Außenrand des Einlasses des Laufrads auftritt, in einen Rückwärtsströmungsabschnitt und einen Vorwärtsströmungsabschnitt (d.h. in einer Hauptströmungsrichtung) in dem Bereich mit niedrigem Durchsatz ist eine Trenneinrichtung vorgesehen, wodurch die Ausdehnung der Rezirkulation verhindert wird.
25(a) bis (c) sind beispielsweise Ansichten für Trenneinrichtungen, von denen jede bei einer Turbomaschine in Axialbauweise eingesetzt wird, insbesondere sind eine Bauweise mit Ansaugring (in 21(a)), eine Schaufeltrenneinrichtungsbauweise (in 25(b)) und eine Lufttrenneinrichtungsbauweise (in 25(c)) vorgeschlagen.
Bei der Bauweise mit dem Ansaugring (in 25(a)) ist der Rückstrom innerhalb einer Außenseite des Ansaugrings eingeschlossen, während bei der Bauweise mit Schaufeltrenneinrichtung (in 25(b)) eine Rippe zwischen dem Gehäuse und dem Ring vorgesehen ist. Bei der Bauweise mit Lufttrenneinrichtung (in 25(c)) ist ferner ein vorderes Ende oder eine Spitze des sich bewegenden Flügels (d.h. der Schaufel) so geöffnet, dass die Rückströme in die Außenseite des Gehäuses eingeführt werden, wodurch die Erzeugung eines Wirbels aufgrund der Rückströme mit Hilfe der Rippe verhindert werden. Verglichen mit den vorherigen erwähnten beiden Bauweisen ist diese effektiver, führt jedoch zu großräumigen Vorrichtungen.
3. Aktivsteuerung
Dabei soll die Wirbelerzeugung aufgrund von Rezirkulation durch Einspritzen oder Aussprühen von Hochdruckfluid von der Außenseite zu einer Stelle unterdrückt werden, an der die Rezirkulation auftritt.
Als Beispiel für herkömmliche Turbomaschinen wird nachstehend weiterhin eine Halbaxialpumpe beschrieben. Für eine Halbaxialpumpe muss eine Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie (nachfolgend "Druckkurve" genannt) gezeigt werden, die auf der rechten Seite kein Anstiegsverhalten aufweist, um in dem Fall einen stabilen Betrieb zu ermöglichen, in welchem die Pumpe über dem gesamten Durchsatzbereich arbeitet. Bei einer Pumpe ist es jedoch üblich, dass die Kennlinieneigenschaften, wie eine den Wirkungsgrad darstellende Leistung der Pumpe, die Stabilität der Druckkurve, das Gravitationsverhalten, die axiale Bewegungskraft zum Schließen usw. in entgegengesetzten Beziehungen zueinander stehen. Wenn man versucht, eine jener Eigenschaften zu verbessern, verschlechtert/verschlechtern sich die andere/n, so dass das Problem besteht, dass es schwierig ist, Verbesserungen bei wenigstens zwei oder mehr Eigenschaften gleichzeitig zu erhalten. Beispielsweise zeigt bei einer Pumpe, bei der hauptsächlich der Wirkungsgrad in Betracht gezogen wird, die Druckkurve ein beträchtliches Anstiegsverhalten auf der rechten Seite in einem Abschnitt von ihr, so dass eine Tendenz zur Instabilität besteht.
Um eine Druckkurve zu erhalten, die kontinuierlich auf der rechten Seite zur Ermöglichung eines stabilen Betriebs abfällt, ist es beim Stand der Technik, wie vorstehend erwähnt, bereist bekannt, dass eine Gehäusebehandlung erfolgt oder eine Trenneinrichtung vorgesehen ist. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise bereits in dem US-Patent 4,212,585 oder in dem US-Patent 5,466,118 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Obwohl es, wie vorstehend erwähnt, bei der Gehäusebehandlung und den Trenneinrichtungen nach dem Stand der Technik möglich ist, die Kennlinie zwischen Druckhöhe und Durchsatz einschließlich des ansteigenden rechtsseitigen Anstiegs zu der Seite hin mit niedrigerem Durchsatz zu verschieben, um den stabilen Betriebsbereich zu erweitern, ist es jedoch unmöglich, die Anstiegscharakteristik oder das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite zu entfernen oder auszuschließen. Außerdem nimmt der Wirkungsgrad der Turbomaschine um etwa 1% für einen Anstieg von jeweils 10% der Abrissströmungstoleranz bei der Gehäusebehandlung ab.
Ferner ist die spanende Herstellung tiefer Nuten in einer Innenwand des Gehäuses in der Axialrichtung schwierig. Darüber hinaus besteht das Problem, dass die Gehäusebearbeitung bei einem Laufrad in geschlossener Bauweise, das beispielsweise herumgehende Deckbänder hat, nicht zum Einsatz kommen kann.
Da die Notwendigkeit besteht, aus der Turbomaschine direkt oder an ihrer Außenseite ein Fluid mit hohem Druck zu erhalten, ist es weiterhin bei einer solchen Aktivsteuerung unmöglich, einer Wirkungsgradverringerung des Turbomaschinensystems als Ganzes zu entkommen.
Zur Beseitigung der Nachteile bei dem vorstehend erwähnten Stand der Technik ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Turbomaschine bereitzustellen, bei der nicht nur ein solches Anstiegsverhalten auf der rechten Seite der Kennlinie zwischen Druckhöhe und Durchsatz beseitigt wird, sondern die auch in der Lage ist, die Wirkungsgradverringerung zu unterdrücken, d.h. den Wirbel, der aufgrund der Rezirkulation erzeugt wird, die am Einlass des Laufrads auftritt, sowie den Drehströmungsabriss zu unterdrücken.
Insbesondere besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Turbomaschine bereitzustellen, die eine Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie ohne das Verhalten, dass sie auf der rechten Seite abfällt, hat und mit der auch ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.
Ferner besteht ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Turbomaschine bereitzustellen, mit der eine derartige Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie ohne das Verhalten des Abfalls auf der rechten Seite sowie eine einfache Herstellung erreicht werden kann.
Außerdem ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Turbomaschine, die ein Laufrad in geschlossener Bauweise aufweist, und mit der auch eine solche Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie ohne das Verhalten eines Abfalls auf der rechten Seite erzielt werden kann.
Zum Erreichen des/der vorstehend erwähnten Ziels/Ziele wird eine Turbomaschine

– mit einem Gehäuse, in welchem eine Strömungsfläche gebildet wird,
– mit einem Laufrad, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und
– mit einer Vielzahl von Nuten bereitgestellt, die in der Strömungsfläche des Gehäuses für eine Verbindung zwischen der Einlassseite des Laufrads und einem Bereich ausgebildet sind, in welchem die Schaufeln des Laufrads liegen,
– wobei jede der Nuten eine Breite von wenigstens gleich 5 mm oder mehr hat und die Nuten so ausgebildet sind, dass ihre Breite etwa 30% bis 50% bezüglich einer Gesamtumfangslänge des Gehäuses beträgt, an der die Nuten ausgebildet sind.

Bei der vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Turbomaschine sind die Nuten so ausgebildet, dass ihre Tiefe bezüglich des Durchmessers des Gehäuses etwa 0,5% bis 1,6% beträgt.
Bei der vorstehend definierten Turbomaschine nach der Erfindung sind außerdem die Nuten so ausgebildet, dass sie eine Tiefe von etwa 2 mm bis 4 mm haben.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine ist das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln, wobei die Bodenfläche jeder der Nuten so gebaut ist, dass sie in der Höhe zur Strömungsfläche zur angrenzenden Strömungsfläche des Gehäuses gleich oder höher als diese ist.
Bei der vorstehend erwähnten erfindungsgemäßen Turbomaschine ist das Laufrad ein Laufrad mit offener Bauweise und hat eine Vielzahl von Schaufeln, während die Strömungsfläche des Gehäuses, die mit einer geringeren Strömung angrenzt, an einem Abschlussende jeder der Nuten so ausgebildet ist, dass sie sich auf gleicher Höhe mit der Bodenfläche der Nut befindet oder in einer Richtung eines externen Durchmessers von ihr liegt, wobei der äußere Umfangsabschnitt des Laufrads auf der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet ist, dass die Höhen seiner Schaufeln dem Nutabschnitt entsprechend gering ist, während die Höhe jeder Schaufel des Laufrads stromab von den Nuten höher ist als die an dem Abschnitt, der dem Nutabschnitt gegenüberliegt.
Bei einer vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln ist, ist die Bodenfläche einer jeder der Nuten so ausgebildet, dass ihre Höhe gleich oder höher ist als die daran angrenzende Strömungsfläche des Gehäuses, während der Außenumfangsabschnitt des Laufrades an der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet ist, dass seine Höhe dem Nutabschnitt entsprechend an seinen Schaufeln gering ist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln ist, ist die Höhe jeder der Schaufeln auf einer Meridianebene in der Nähe eines Einlasses des Laufrads so ausgebildet, dass sie geringer ist als auf einer Meridianebene in der Nähe eines Auslasses des Laufrads, wobei diese Höhen der Schaufeln der Höhe eines Nutabschnitts entsprechend bestimmt sind.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln ist, ist außerdem eine Ausgestaltung von Strömungskanälen mit vorstehenden Abschnitten der Nuten so aufgebaut, dass sie größer ist als die, die in dem Gehäuse auf der Stromabseite der Nuten gebildet wird, und ist in die Stromaufseite, so wie sie ist, in einem Abstand in Radialrichtung von einem Drehmittelpunkt einer Pumpe verlängert, ist ein Spitzenabschnitt des Laufrads so ausgebildet, dass er einen annähernd konstanten Raum zwischen den Nuten und den Innenflächen des Gehäuses bildet, und ist die Höhe jeder der Schaufeln des Laufrads in der Nähe eines Abschlussendes der Nuten größer ausgebildet als die der Schaufeln auf der Stromabseite.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei der das Laufrad ein Laufrad in geschlossener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln und einem Deckband darum herum und das Laufrad in der Nähe eines Einlasses des Laufrads als Laufrad in offener Bauweise mit keinem Deckband darum herum ausgebildet ist, wird die Vielzahl von Nuten in Druckgradientenrichtung auf der Innenwand des Gehäuses, die dem Abschnitt in der Nähe des Einlasses des Laufrads gegenüberliegt, der kein Deckband darum herum hat, am Umfang ausgebildet und ist ein Anfangsende jeder der Nuten an einer Einlassseite stromauf von einer Spitzeneinlassseite des Laufrads angeordnet, während ein Abschlussende jeder Nut stromab von einer Spitzenauslassseite des Laufrads angeordnet ist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei welcher das Laufrad ein Laufrad in geschlossener Bauweise mit einer Vielzahl von Schaufeln und einem Deckband um sie herum ist und das Laufrad in offener Bauweise ohne Deckband darum herum in der Nähe eines Einlasses des Laufrads ausgebildet ist, ist die Vielzahl von Nuten eine große Anzahl von flachen Nuten, die in der Strömungsfläche des Gehäuses einem Außenumfangsabschnitt des Laufrades in einer Einlassseite seiner Schaufeln gegenüberliegend ausgebildet sind, um eine Verbindung zwischen einem Ort, an dem bei einem geringen Fluiddurchsatz an einer Einlassseite des Laufrades ein Wirbel erzeugt wird, und einem Bereich an der Strömungsfläche am Umfang des Gehäuses, an dem die Schaufeln des Laufrads in Richtung des Fluiddruckgradienten liegen, herzustellen; ist eine Endposition an einer Stromabseite jeder der Nuten so angeordnet, dass ein Fluid mit einem Druck erhalten werden kann, der erforderlich ist, um die Erzeugung des Wirbels in der Einlasshauptströmung an einer Endposition stromauf von jeder der Nuten zu unterdrücken, wodurch ein ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite einer Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine beseitigt wird; und ist eine Bodenfläche von jeder der Nuten so ausgebildet, dass ihre Höhe gleich oder höher ist als die daran angrenzende Strömungsfläche des Gehäuses, und ist der Außenumfangsabschnitt des Laufrads an der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet, dass die dem Nutabschnitt entsprechende Höhe der Schaufeln des Laufrades gering ist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine ist ferner ein Achsendichtungsabschnitt für eine Abdichtung zwischen einem minimalen radialen Abschnitt des Deckbandes des Laufrades und dem Gehäuse vorgesehen, wobei der Achsenabdichtabschnitt einen Mundringabschnitt und einen Gehäuseringabschnitt aufweist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine, bei welcher eine Endposition auf der Stromabseite von jeder der Nuten so angeordnet ist, dass ein Fluid mit einem Druck erhalten werden kann, der erforderlich ist, um den Wirbel an der Einlasshauptströmung an einer Endposition auf der Stromauseite jeder der Nuten zu unterdrücken und dadurch ein ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite einer Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine zu beseitigen, ist ein Abschnitt des Gehäuses, an dem die Nuten vorgesehen sind, getrennt von einem anderen Abschnitt des Gehäuses ausgebildet.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine ist das Gehäuse mit einer Vielzahl von Gehäusefuttern ausgebildet, die in seiner Axialrichtung unterteilt sind, und sind die Nuten auf der Innenfläche eines Gehäusefutters dem äußeren Umfangsabschnitt an der Einlassseite der Schaufeln des Laufrads gegenüberliegend ausgebildet.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine ist ein Abschnitt des Gehäuses, an dem die Nuten ausgebildet sind, geteilt aufgebaut und von einem anderen Abschnitt des Gehäuses aus montiert, der in seiner Radialrichtung unterteilt ist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine sind die Nuten an ihrem Anfangsende in einer Richtung ausgebildet, die von einer Richtung der Pumpenachse zu einer Drehrichtung des Laufrads geneigt ist.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine wird eine Richtzahl zur Bestimmung einer Form der Nuten durch folgende Gleichung erhalten: JE No. = WR × VR × WDR × DLDRwobei WR (ein Breitenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen eines Gesamtwertes der Nutbreiten W durch eine Länge des Gehäuseumfangs erhalten wird,
VR (ein Volumenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen eines Gesamtvolumens der Nuten durch ein Volumen des Laufrades erhalten wird,
WDR (Breite-Tiefenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen der Breite W der Nut durch eine Tiefe D erhalten wird, und
DLDR ein Verhältnis zwischen einer Länge der Nut stromab von dem Laufradeinlass und der Tiefe der Nut ist und die Nuten so ausgebildet sind, dass die Richtzahl JE No. in einem Bereich von 0,03 bis 0,5 liegt.
Bei der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine sind die Nuten so ausgebildet, dass die Richtzahl JE No. in einem Bereich von 0,15 bis 0,2 liegt.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß zum Erreichen des/der vorstehend erwähnten Ziels/Ziele eine Pumpstation zum Anheben einer Pumphöhe eines Fluids auf einer Saugseite auf die auf einer Förderseite vorgesehen, wobei die Pumpstation

– eine Pumpe mit einem Laufrad und einem Gehäuse, in dem das Laufrad zum Hochpumpen des Fluids in die Ansaugseite angeordnet ist;
– einen Kanal zum Leiten des von der Pumpe zu der Förderseite hochgepumpten Fluids;
– eine Antriebsvorrichtung für einen Drehantrieb des Pumplaufrads und
– eine Regeleinrichtung zum Regeln der Drehzahl des Laufrads der Pumpe aufweist, wobei die Pumpe die in Anspruch 1 definierte Pumpe ist.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Pumpstation bereitgestellt, wie sie vorstehend definiert ist, und bei welcher eine Nenndrehzahl Ns etwa 1000 bis 1500 bei der Annahme beträgt, dass die Drehzahl der in der Pumpstation verwendeten Pumpe N (U/min), die Gesamtpumphöhe H (m) und der Förderdurchsatz Q (m³/min) ist und dass die Nenndrehzahl als Richtzahl Ns zur Anzeige einer Pumpenkennlinie durch eine Gleichung N₃ = N × Q^0,5/H^0,75 erhalten wird, und bei welcher eine statische Pumphöhe, die durch ein saugseitiges Fluidniveau und ein förderseitiges Fluidniveau bestimmt wird, gleich oder größer als 50% der Pumphöhe an einem Nennpunkt ist.
Weiterhin wird erfindungsgemäß bei der vorstehend definierten Pumpstation die Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Regelbereich von 60% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl dann geregelt, wenn die Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Drehzahl-Untersetzungsgetriebe, eine Fluidkopplung und einen Dieselmotor aufweist.
Erfindungsgemäß wird weiterhin bei der vorstehend definierten Pumpstation die Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Steuerbereich von 60% bis 100% bezüglich einer Bezugsdrehzahl gesteuert, wenn die Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Drehzahl-Untersetzungsgetriebe, eine Fluidkupplung und eine Gasturbine aufweist.
Ferner wird erfindungsgemäß bei der vorstehend definierten Pumpstation die Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Steuerbereich von 0% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl ferngesteuert, wenn die Antriebsvorrichtung für die Pumpe einen Elektromotor zum Steuern der Drehzahl durch einen Inverter aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Halbaxialpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine beispielsweise Darstellung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung (Teil 1).
3 ist eine beispielsweise Darstellung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung (Teil 2).
4 ist eine beispielsweise Darstellung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung (Teil 3).
5 ist eine beispielsweise Darstellung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung (Teil 4).
6 ist eine Ansicht der Meridianebene einer Halbaxialpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von 6.
8 ist eine Ansicht der Meridianebene einer (d.h. ersten) der Halbaxialpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Ansicht der Meridianebene einer anderen (d.h. zweiten) Änderung einer Halbaxialpumpe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Flächenansicht eines Beispiels für die Nutenausbildung bei der vorstehenden zweiten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine Ansicht der Meridianebene einer weiteren (d.h. dritten) Änderung der Halbaxialpumpe nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Ansicht der Meridianebene einer Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise gemäß einer dritten Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt.
13 ist eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII von 12.
14 ist eine Ansicht der Meridianebene der Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise in Form einer (d.h. ersten) Abänderung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Ansicht einer Meridianebene der Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise gemäß einer weiteren (d.h. zweiten) Abänderung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Ansicht in einer Meridianebene zur Erläuterung der Richtzahl JE No. zur Bestimmung der Ausgestaltung der Nuten nach der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Schnittansicht längs der Linie XII-XII von 16.
18 ist ein Diagramm zur Erklärung der Beziehungen der Richtzahl JE No. zur Bestimmung der Ausgestaltung der Nuten bei den vorstehenden Ausführungsformen bezogen auf eine Pumphöheninstabilität und einem abnehmenden Betrag des maximalen Wirkungsgrads.
19 ist ein Diagramm, das eine Durchsatz-Pumphöhen-Kennlinie der Turbomaschine der vorstehenden Ausführungsformen nach der Erfindung der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 zeigt in einer Blockdarstellung das Schema einer Pumpstation, bei der die Turbomaschine nach der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
21 ist ein Diagramm, das eine Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie einer Halbaxialpumpe in der Pumpstation von 20 zur Erläuterung ihrer Wirkungen zeigt.
22 ist eine Schnittansicht einer Halbaxialpumpe nach dem Stand der Technik.
23 ist ein Diagramm, das eine typische Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie der Halbaxialpumpe nach dem Stand der Technik zeigt.
24(a) und (b) sind Ansichten zur Erläuterung von Gehäusebearbeitungen nach dem Stand der Technik.
25(a) bis (c) sind Ansichten zur Erläuterung von Trenneinrichtungen nach dem Stand der Technik.
INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, beispielsweise der in 22 gezeigten Halbaxialpumpe, und insbesondere eine vergrößerte Ansicht eines Teils, der in dieser Figur von einer strichpunktierten Linie umschlossen ist.
Insbesondere wird bei der Turbomaschine nach der vorliegenden Erfindung ein Wirbel aufgrund des Rückwärtsstroms am Schaufeleinlass dadurch unterdrückt, dass zusammen mit einer Neigung des Fluiddrucks (d.h. des Druckgradienten) flache Nuten 124 auf der Strömungsfläche des Gehäuses 121 ausgebildet sind, die sich von einem Mittelabschnitt "a" (d.h. einer Endposition der Nut auf der Stromabseite) der Schaufel 122 bis zu einer Position "b" (d.h. einer Endstellung der Nut auf der Stromaufseite) erstrecken, wo die Rezirkulation bei geringem Durchsatz auftritt.
Dann beginnt das Fluid, dessen Druck durch die Schaufeln erhöht wird, in die Gegenrichtung in den Nuten 124 gerichtet von der Endposition "a" auf der Stromabseite zu der Endposition "b" auf der Stromaufseite zu strömen und wird in die Stelle oder den Ort eingespritzt oder ausgesprüht, wo die Rezirkulation bei niedrigem Durchsatz auftritt, wodurch die Bildung des Wirbels aufgrund der Rezirkulation sowie der Drehströmungsabriss des Laufrads verhindert wird.
2 ist eine beispielsweise Darstellung, die die Wirkung der vorliegenden Erfindung (Teil 1) zeigt, insbesondere die Wirkung durch Ausbildung der Nuten. In 6 bis 9 zeigt die horizontale Achse den Fluiddurchsatz und die vertikale Achse die Pumphöhe, beide Größen dimensionslos.
Die weißen Kreise zeigen die Kennlinie von Pumphöhe/Durchsatz für den Fall, dass keine Nut in dem Gehäuse ausgebildet ist, wobei dort noch ein solches Verhalten mit einem Anstieg oder Sprung auf der rechten Seite nach der Steigerung des Durchsatzes in einem Bereich von 0,12 bis 0,14 des dimensionslosen Durchsatzes zu sehen ist.
Weiße Dreiecke bzw. weiße Quadrate zeigen die Kennlinien von Pumphöhe/Durchsatz, insbesondere für die Fälle, in denen die Nuten in dem Gehäuse ausgebildet sind, wobei die weißen Dreiecke für den Fall stehen, dass 28 Nuten (N = 28) beispielsweise mit einer Breite von 5 mm und einer Tiefe von 4 mm ausgebildet sind, während die weißen Quadrate den Fall zeigen, bei welchem ebenfalls 28 Nuten ausgebildet werden, jedoch mit einer Breite von 10 mm und einer Tiefe von 2 mm.
Aus 2 ergibt sich, dass das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite in dem Fall nicht gelöst oder ausgeschlossen werden kann, in welchem die Nuten mit einer Breite und Tiefe von 5 × 4 mm ausgebildet sind, jedoch vollständig in dem Fall gelöst ist, in welchem die Nuten mit einer Breite und Länge von 10 × 2 mm ausgebildet werden. Dies zeigt, dass flache und breite Nuten wirksamer als diejenigen sind, die bei ihrer Ausbildung eine größere Tiefe erhalten. 2 zeigt jedoch auch, dass, obwohl der Wirkungsgrad η aufgrund des Fluidrückstroms in den Kanälen theoretisch abnimmt, dies jedoch so gering ist, dass es praktisch nicht erkennbar ist.
3 ist eine beispielsweise Darstellung, die einen weiteren Effekt der vorliegenden Erfindung (Teil 2), insbesondere den Einfluss der Länge der Nuten, zeigt.
Insbesondere ist die Kennlinie Wirkungsgrad/Durchsatz gezeigt, wenn die Endposition "a" auf der Stromabseite geändert wird, während die Endposition "b" auf der Stromauseite unter der Bedingung fest bleibt, dass die Form oder Ausgestaltung der Nuten nahezu gleich bleibt, wobei die Kennlinie um so besser, d.h. das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite um so ge ringer ist, je niedriger die Endposition "a" auf der Stromabseite ist. Wenn sie jedoch auf der Stromabseite zu extrem wird, nimmt der Wirkungsgrad ab, da zu viel Hochdruckfluid, also mehr als nötig, abgezogen wird.
4 ist eine beispielsweise Darstellung, die einen anderen Effekt der vorliegenden Erfindung (Teil 3), insbesondere die Einflüsse der Tiefe und der Breite, zeigt.
Man sieht, dass, wenn die Nut bzw. die Anzahl der Nuten konstant gehalten wird, die Tiefe nicht viel Einfluss auf die Kennlinie von Pumphöhe/Durchsatz hat, jedoch je größer die Breite ist, desto besser die Kennlinie Pumphöhe/Durchsatz, d.h. das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite wird.
5 ist eine beispielsweise Darstellung, die einen weiteren anderen Effekt der vorliegenden Erfindung (Teil 4) zeigt, insbesondere die Einflüsse der Tiefe und der Breite der Nuten.
Man sieht, dass, wenn die Nuten in ihrer Ausgestaltung oder mit ihrem Profil gleich gehalten werden, die Kennlinie Druckhöhe/Durchsatz, d.h. das Anstiegsverhältnis auf der rechten Seite umso besser wird, je größer die Anzahl der Nuten ist.
Daraus lassen sich die folgenden Aspekte auflisten, die in Betracht kommen, wenn die Nuten ausgelegt werden.

1. Die Position "a" der Nut an der Endposition auf der Stromabseite sollte nicht auf eine spezielle Position beschränkt werden, insbesondere soweit sie in einer Position liegt, in der das Fluid daraus abgezogen werden kann, das unter einem solchen Druck steht, dass es die Erzeugung des Wirbels aufgrund der Rezirkulation unterdrücken kann, die an der Endposition "b" auf der Stromaufseite der Nuten durch Einspritzen auftritt, es muss jedoch eine geeignete Stelle ausgewählt werden, da der Wirkungsgrad der Turbomaschine abnimmt, wenn sie sich in einer Position befindet, in welcher der hohe Druck größer als erforderlich ist.
2. Es besteht keine Notwendigkeit, die Tiefe der Nut zu vergrößern, es ist jedoch sehr wirksam, eine große Anzahl von Nuten auszubilden, die eine Breite haben, die so groß wie möglich ist.

Durch verschiedene, von den Erfindern der vorliegenden Neuerung ausgeführten Versuche hat sich ergeben, dass die Breite (W) der vorstehend erwähnten Nuten und die Anzahl (N) von ihnen vorzugsweise in einem Bereich von etwa 30% bis 50% der gesamten Umfangslänge des Gehäuses ausgewählt werden, in welchem die vorstehenden Nuten ausgebildet sind (d.h. π × D; wenn D der Durchmesser in einem Teil des Gehäuses ist, wo die vorstehenden Nuten ausgebildet werden). Obwohl die Tiefe (d) von ihnen vorzugsweise etwa 2 mm bis 4 mm bei der vorstehenden Ausführungsform beträgt, wenn der Durchmesser (D) des Gehäuses etwa 250 mm beträgt, ergibt sich daraus, dass das Verhältnis der Tiefe (d) der Nuten bezüglich des Durchmessers des Gehäuses auf einen Bereich von etwa 0,5% bis 1,6% (d/D = 0,5% bis 1,6%) eingestellt werden sollte.
Als Nächstes wird eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Bei der Turbomaschine nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Durchflüsse oder Kanäle zur Verbindung zwischen einer Stelle an dem Einlass des Laufrads, wo die Rezirkulation stattfindet, wenn der Durchsatz niedrig ist, und einem Bereich auf der Strömungsfläche des Gehäuses vorgesehen, in welchem die Schaufeln des Laufrads in der Gradientenrichtung des Fluiddrucks liegen, um den Wirbel aufgrund der Rezirkulation am Einlass des Laufrads sowie den Drehströmungsabriss zu unterdrücken.
Bei einem solchen Aufbau strömt in den Strömungskanälen, die eine Verbindung zwischen einer stromabseitigen Endposition in dem Bereich, in welchem die Schaufeln auf der Strömungsfläche des Gehäuses liegen, und einer stromaufseitigen Endposition, in der die Rezirkulation auftritt, wenn der Durchsatz gering ist, Fluid in der entgegengesetzten Richtung aus der stromabseitigen Endposition zurück zu der stromaufseitigen Endposition, so dass es in die Stelle eingespritzt wird, wo die Rezirkulation stattfindet, wenn der Durchsatz gering ist. Demzufolge strömt ein Teil des Fluids, dessen Druck durch sich selbst angehoben wurde, in der Gegenrichtung in den Strömungskanälen, die an dem Gehäuse ausgebildet sind, um an der Stelle eingespritzt zu werden, wo die Rezirkulation auftritt, wodurch die Erzeugung des Wirbels aufgrund der Vorwärtskomponente (d.h. der Komponente parallel zur Haupteinlassströ mung) der Rezirkulation am Laufradeinlass unterdrückt wird. Deshalb ist es möglich, das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite bei der Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine auszuschließen.
Wenn sie jedoch wie vorstehend erwähnt gebaut ist, ist der spanende Prozess der Nuten schwierig, was nachstehend ausgeführt wird. Die Nuten sind nämlich in Richtung des Hauptgradienten des Fluiddrucks vorgesehen, und die einfachste Ausgestaltung oder Form ist eine geradlinige, wobei eine Mittellinie der Nut in Axialrichtung fluchtend ausgerichtet wird. Die Nuten sind jedoch an der Innenwand (d.h. der Strömungsfläche) des Gehäuses auf der dem Laufrad gegenüberliegenden Seite vorgesehen und so ausgebildet, dass sie von der Gehäusewand aus versenkt sind. Wenn man versucht, solche Nuten mit einem Werkzeug spanend zu bearbeiten, muss, da die Ränder der Nuten an beiden Enden (d.h. der Stromauf- und Stromabseite) in der Form Sackenden sind, das Werkzeug an den Enden angehalten werden, wenn das Einschneiden durch Verschieben des Werkzeugs längs der Mittellinie der Nut erfolgt. Deshalb kommen Nachteile in Betracht, dass der Wirkungsgrad der spanenden Bearbeitung extrem verringert wird, dass für die spanende Bearbeitung viel Zeit erforderlich ist und dass dies zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt.
Zur Verbesserung dieser Aspekte wird nach der vorliegenden Erfindung Folgendes vorgeschlagen:

(1) Die Bodenfläche der Nut wird an die Höhe der Fläche der Gehäuseinnenwand (d.h. die Strömungsfläche) so angepasst, dass auch dann kein Problem auftritt, wenn das Werkzeug über das Ende der Nut während des spanenden Bearbeitungsprozesses der Nut hinausgeht. Die Schaufel wird in einer Stufenform ausgeführt, bei der sich die Höhe der Schaufel, die den Höhen der Nuten von dem den Nuten gegenüberliegenden Teil entspricht, von denen des den Nuten nicht gegenüberliegenden Teils unterscheidet, so dass sie dem konvexen Abschnitt der Nuten entspricht.
(2) Der Gehäuseteil, in dem die Nuten ausgebildet werden, ist von dem anderen Teil/den anderen Teilen getrennt. Durch Vornahme des getrennten Aufbaus ist es möglich, die Nuten leicht spanend zu bearbeiten.

Um die Turbomaschine, die eine Pumphöhe-Durchsatz-Kennlinie ohne ein Anstiegsverhalten auf der rechten Seite hat, auch bei einer Turbomaschine zu erhalten, die ein Laufrad in geschlossener Bauweise mit einem Deckband darum herum erhält, wird Folgendes vorgeschlagen.
Das Deckband wird nur an dem Schaufelteil entfernt, an dem die Rezirkulation in dem Einlassabschnitt des Laufrads in geschlossener Bauweise auftritt, während sie stromabseitig beibehalten wird, um das Laufrad so zu haben, dass es das Deckband darum herum aufweist. An einem Teil der Gehäuseinnenwand wird in der Richtung des Druckgradienten gegenüber dem Teil des Laufrads ohne umlaufendes Deckband die Vielzahl von Nuten ausgebildet.
Nachstehend werden konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
6 zeigt ein Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 7 ist eine Schnittansicht II-II von 6 gezeigt.
An einer Innenwand 2a (d.h. der Strömungsfläche) sind, wenn der Strömungskanal des Gehäuses 2 ein Laufrad in offener Bauweise aufweist, insbesondere bei einer Halbaxialpumpe, die Nuten in Axialrichtung ausgebildet. Die Nut ist mit einem konvexen Teil 3a mit einer Höhe D, der von der Innenwand 2a des Gehäuses vorsteht, und mit einem konkaven Abschnitt 3b mit einer Höhe gebaut, die gleich der der Innenwand 2a ist. Die Breite (W) und die Anzahl (N) betragen beispielsweise etwa D/W = 0,05 bis 0,3 bzw. N = 25 bis 100. Bei der Pumpe mit einem Laufraddurchmesser von 300 mm bis 4500 mm beträgt beispielsweise die Breite (W) etwa 5 mm bis 150 mm, und besonders bevorzugt 8 mm bis 30 mm, während die Höhe (Tiefe) der Nuten etwa das 0,1- bis 0,3-fache der Breite der entsprechenden Nuten, beispielsweise etwa 0,5 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt etwa 1,5 mm bis 6 mm beträgt. Die Schaufel des Laufrads wird mit einer solchen Form in der Höhe hergestellt, dass eine Entfernung δ an der Schaufelspitze für das normale Laufrad in offener Bauweise beibehalten werden kann, insbesondere in der Form auf der Meridianebene, die den konvexen Abschnitt der Nuten auf einer stationären Seite enthält.
Wenn die Pumpe in dieser Bauweise in dem Bereich mit geringem Durchsatz betrieben wird, strömt das Fluid, dessen Druck durch die Schaufeln erhöht wurde, in der Nut 3 zurück, wobei es von der Endposition "a" auf der Stromabseite zur Endseite "b" auf der Stromauseite geleitet wird, und wird an der Stelle der Rezirkulation injiziert, die auftritt, wenn der Durchsatz niedrig ist, wodurch die Erzeugung des Wirbels aufgrund der Vorwärtskomponente der Rezirkulation an der Stelle, an der die Rezirkulation auftritt, verhindert wird. Als Folge ist die Pumphöhe/Förderleistungs-Kennlinie von dem auf der rechten Seite ansteigenden Abschnitt befreit, so dass sich eine stabile Kurve ohne das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite ergibt. Der vorstehend erwähnte Aufbau hat den Vorteil, dass die Herstellung der Nuten leicht ausgeführt werden kann. Der Grund dafür besteht darin, dass der konvexe Abschnitt 3a der Nuten sich von der Wandfläche 2a am Ende der Nut aus erstreckt und dass ferner der konkave Abschnitt 3b der Nuten sich auf der gleichen Höhe der Wandfläche an dem Ende befindet, wodurch das Werkzeug am Endrand der Nuten bei deren Bearbeitung anhaltend durchlaufen kann, insbesondere bei dem spanenden Prozess, so dass der Wirkungsgrad der spanenden Bearbeitung verbessert werden kann.
Eine (erste) Abänderung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist das Gehäuse 2 auf der stationären Seite mit einem die Nuten aufweisenden Gehäusefutter 2c und mit stationärseitigen Gehäusefuttern 2d und 2e ohne die Nuten versehen, wobei die stationärseitigen Gehäusefutter 2c, 2d und 2e als getrennte Elemente in Axialrichtung angeordnet sind. Bei diesem Aufbau muss die spanende Ausbildung der Nuten 3 nur an dem Gehäusefutter, das mit solchen Nuten zu versehen ist, als ein Teil ausgeführt werden, während der Endrandabschnitt der Nuten offen ist, wodurch der Wirkungsgrad der spanenden Bearbeitung weiter verbessert werden kann.
Eine weitere (zweite) Abänderung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist das Gehäuse 2 auf der stationären Seite ebenfalls mit einem die Nuten aufweisenden, stationärseitigen Gehäusefutter 2c gebaut, während die stationärseitigen Gehäusefutter 2d und 2f keine Nuten aufweisen, wobei das stationärseitige Gehäusefutter 2c mit den Nuten als getrenntes Element ausgeführt ist, das von dem stationärseitigen Gehäusefutter 2f ohne Nuten in Radialrichtung geteilt ist. Bei diesem Beispiel kann ebenfalls nur das Gehäuse mit den Nuten als ein Teil bei der spanenden Herstellung der Nuten 3 bearbeitet werden, und der Endrandabschnitt der Nuten ist offen, wodurch der Wirkungsgrad der spanenden Bearbeitung weiter verbessert werden kann.
Ein Beispiel der Ausgestaltung der Nuten nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 10 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist ein Anfangsende der Nut 3, das sich auf der Stromabseite des Laufrads 1 befindet, nur mit einem Winkel θ in der Drehrichtung des Laufrads von der Richtung der Pumpachse aus geneigt. Bei einem solchen Aufbau wird in dem Bereich mit niedrigem Durchsatz, wo die Instabilität in der Pumphöhe/Förderleistungs-Kennlinie auftritt, die Rezirkulation, d.h. der Rückstrom vom Laufrad an der Stromaufseite durch die Nuten 3, insbesondere eine zirkulierende Komponente davon, unterdrückt, wodurch die Wirbelkomponente in der Hauptströmung, die in das Laufrad strömt, verringert wird. Dementsprechend wird die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie, die das Laufrad theoretisch liefern kann, nicht abgesenkt, so dass eine stabile Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie erreicht werden kann. Beim Durchsatz in der Nähe des Schließpunktes jedoch erreicht der Rückstrom der Rezirkulation weiter zur Stromaufseite als der vorstehend erwähnte Rezirkulationsbereich. Die Richtung der Nuten verläuft an dieser Stelle jedoch nicht in Richtung der Pumpachse, sondern ist mit dem Winkel θ in Drehrichtung des Laufrads geneigt. Dadurch wird dem Rückstrom, der die Nähe des Ausgangsendes der Nuten erreicht, eine Wirbelkomponente in Richtung der Nuten erteilt, d.h. in Drehrichtung des Laufrades, und durch diesen Rückstrom wird die Wirbelkomponente auch in geringem Maße dem Fluid erteilt, das in das Laufrad strömt. Somit fällt die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie, die das Laufrad theoretisch liefern kann, verglichen mit dem Fall ab, in welchem die Nuten parallel zur Pumpachse ausgebildet sind, und demzufolge fällt auch eine axiale Bewegungsleistung, die für das Drehen des Laufrads verbraucht wird, ab, wodurch sich für das Schließen eine Reduzierung der axialen Bewegungsleistung ergibt. Auf diese Weise ist es mit der Ausgestaltung der in 10 gezeigten Nuten möglich, nicht nur die Stabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie, sondern auch eine Reduzierung der axialen Bewegungsleistung für das Schließen zu erreichen, wodurch man eine Halbaxialpumpe mit überlegenen Eigenschaften erhält.
Eine weitere (dritte) Abänderung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 11 gezeigt. Bei diesem Beispiel wird verglichen mit den vorstehend erwähnten Beispielen eine weitere Bearbeitung vorgenommen, was zu den folgenden Verbesse rungen führt. Insbesondere wird bei der Ausgestaltung auf der Meridianfläche der konvexe Abschnitt 3a der Nut 3 größer ausgeführt als die Ausgestaltung des Strömungskanals des stationärseitigen Gehäusefutters 2f, ohne dass sich die Nuten in die vorhandene Saugseite im Abstand in Radialrichtung von der Drehmitte der Pumpe erstrecken. Die Ausgestaltung der Spitze des Laufrads (d.h. die Form an der Deckbandseite), die dem Teil der Nuten gegenüberliegt, ist so festgelegt, dass geeignete Öffnungen oder Räume zwischen den Nuten 3 jeweils an dem stationärseitigen Gehäusefutter 2c und zwischen dem stationärseitigen Gehäusefutter 2f gebildet werden. Insbesondere ist in dem Strömungskanal auf der Meridianebene jede Schaufel des Laufrads so gebaut, dass ihre Höhe auf der Stromabseite in der Nähe des Endes "a" der Nut um δ2 kleiner als auf der Stromaufseite ist. Wenn die Turbomaschine mit diesem Aufbau in dem Bereich mit niedrigem Durchsatz betrieben wird, können die folgenden Vorteile erhalten werden. In dem Bereich mit niedrigem Durchsatz, wo die Instabilität bei der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie auftritt, wenn keine Nut ausgebildet ist, tritt die Rezirkulation 4 in der Strömung auf, wie es in 11 gezeigt ist. Wegen des Vorhandenseins des vorstehend erwähnten stufenförmigen Abschnitts δ2 wird in diesem Fall die Rezirkulation 4 durch den stufenförmigen Abschnitt an der Spitzenseite der Schaufel unterbrochen, wodurch ihr Eindringen in die Stromabseite verhindert wird. Da bei einer solchen vorstehend erwähnten Pumpe der Rückstrom von einem großen Durchsatz aus beginnt, wird somit der Abfall in dem instabilen Teil der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie im Ausmaß gering, wodurch die Stabilisierung der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie wesentlich stärker verwirklicht werden kann. Insbesondere kann die Instabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie auch in dem Fall verringert werden, in welchem keine Nuten 3 ausgebildet sind, sowie in dem Fall, in welchem die Nuten 3 vorgesehen sind, und die Instabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie (d.h. das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie) kann mit Sicherheit ausgeschlossen werden. Ferner wird der konvexe Abschnitt 3a, der das Ausgangsende 3b der Nut 3 bildet, in einer geneigten Richtung ausgeführt. Dieses Ausgangsende 2b ist in der Nähe des Abschnitts vorgesehen, an dem der Strömungskanal aus dem Abschnitt heraus parallel zur Achse des Gehäuses 2 in Richtung des Außendurchmessers geführt wird.
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform erläutert, bei der die vorliegende Erfindung bei einer Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise zur Anwendung gelangt.
12 zeigt ein Beispiel der vorliegenden Erfindung, während 13 den Schnitt VIII-VIII von 12 zeigt.
An dem geschlossen gebauten Laufrad 1 der Halbaxialpumpe ist ein um es herumgehendes Deckband 1a vorgesehen. Dieses Deckband 1a ist in der Nähe des Einlasses 1c des Laufrads nicht vorgesehen, für das das Laufrad ein Laufrad in halboffener Bauweise ist, das das Deckband teilweise aufweist. An dem ganz innen liegenden Durchmesser des Deckbands ist ein Mundringabschnitt 1b und an einer Innenfläche des Gehäuses auf der stationären Seite ein Gehäuseringabschnitt 5 vorgesehen. Zwischen dem Mündungsringabschnitt 1b und dem Gehäuseringabschnitt 5 ist ein Dichtungsabschnitt der Drehachse 3 ausgebildet. An der Innenwand (d.h. der Strömungsfläche) 2a des Gehäuses ist auf der stationären Seite gegenüberliegend zu den Schaufeln an dem Abschnitt, wo kein Deckband herum vorgesehen ist, wie in 13 gezeigt, eine Vielzahl der Nuten 3 ausgebildet, die mit gleichem Abstand in Axialrichtung ausgerichtet sind. Das Ende a auf der Stromabseite der Nut befindet sich ein bisschen an einer Eintrittsposition in die Stromabseite vom vorderen Rand der Schaufel aus (d.h. die Position angrenzend an den Mundringabschnitt in der Nähe des Einlasses 1c des Laufrads), während sich ihre Endposition b auf der Stromauseite weiter stromaufseitig als die Schaufeln des Laufrads befindet. Ein Abschnitt 2g des Gehäuses 2, der der einen Endfläche 1d des Deckbandes des Laufrads gegenüberliegt, ist in der Position vorgesehen, die die gleiche ist wie die stromabseitige Endposition a der Nut 3 in Axialrichtung. Die Oberfläche 2g des Gehäuses 2 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung und die Endfläche 1d des Deckbandes sind mit der Öffnung δ1 in Axialrichtung dazwischen angeordnet.
Wenn die Pumpe mit einem solchen Aufbau im Bereich mit niedrigem Durchsatz betrieben wird, tritt, wie in 12 gezeigt, die Rezirkulation, d.h. der Rückstrom, auf. Ein Teil des Stroms 6 strömt in Rückwärtsrichtung in den Nuten 4 von der stromabseitigen Endposition a zur stromaufseitigen Endposition b, da jedoch die Nuten in Axialrichtung der Pumpe ausgebildet sind, hat der in den Nuten strömende Rückstrom keine Komponente, die in der Drehrichtung des Laufrads dreht. Dadurch wird der in den Nuten strömende Rückstrom zur Stromaufseite hin in die Stelle injiziert, an der die Rezirkulation 6 bei niedrigem Durchsatz auftritt, wodurch die Erzeugung des Wirbels aufgrund der Vorwärtskomponente der Rezirkulation am Einlass des Laufrads sowie die Erzeugung eines Drehströmungsabrisses unterdrückt werden können. Es wird nämlich die Wirbelkomponente in dem Rezirkulationsfluid, das stromaufseitig rückwärts fließt, durch den aus den Nuten eingespritzten Strom geschwächt, so dass der Wirbel in dem in das Laufrad strömende Fluid klein wird. Deshalb ist die Verringerung der theoretischen Pumphöhe gering, wodurch die Stabilität bei der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie erreicht wird.
Da es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, den Wirbel in dem in das Laufrad strömenden Fluid mit Hilfe einer geringen Fluidmenge zu unterdrücken, die durch die Nut 3 strömt, wird die Pumphöhe, die sich theoretisch durch das Laufrad ableiten lässt, vergrößert, und die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie kann von dem instabilen Abschnitt befreit werden, wodurch ihre Stabilität erreicht wird. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist es auch mit dem geschlossen gebauten Laufrad mit dem Deckband darum herum möglich, die Stabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie durch Vorsehen der Nuten 3 in dem Gehäuse 2 zu erreichen, d.h. die Pumphöhen-Förderleistung-Kennlinie zeigt ein auf der rechten Seite kontinuierlich abfallendes Verhalten, so dass es möglich ist, eine Pumpkennlinie zu erhalten, die stabil ist.
14 zeigt eine (erste) Abänderung der dritten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 2 ist mit den Gehäusefuttern 2c, 2d und 2e gebaut, die in Axialrichtung unterteilt sind, und die Nuten 3 sind in dem Gehäusefutter 2c ausgebildet, das am Einlassabschnitt des Laufrads vorgesehen ist. Die Nuten 3 sind genauso gestaltet wie bei den vorstehend erwähnten jeweiligen Beispielen. Nach diesem Beispiel ist es auch möglich, die Nuten 3 mit Hilfe des Werkzeugs leicht spanend herzustellen, da die Nuten 3 an beiden Enden offen sind.
15 zeigt eine weitere (zweite) Abänderung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Gehäuse 2 ist mit den Gehäusefuttern 2c, 2d, 2e und 2f versehen, die in Axialrichtung geteilt sind. Ferner sind die Gehäusefutter 2c und 2f in Radialrichtung geteilt. Die Nuten 3 sind in dem Gehäusefutter 2f an der Innendurchmesserseite ausgebildet, die am Einlassabschnitt des Laufrads vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel werden die Nuten 3 ebenfalls in der gleichen Ausgestaltung wie bei den jeweiligen vorher erwähnten Beispielen ausgeführt. Da bei diesem Beispiel das Gehäusefutter 2f, in welchem die Nut 3 ausgebildet ist, kleiner als der in 14 gezeigte Teil 2c ausgeführt werden kann, ist es somit möglich, die Nuten 3 mit Hilfe des Werkzeugs leichter spanend herzustellen.
Obwohl die Erläuterung für eine Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen erfolgte, kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen zur Anwendung gelangen, beispielsweise einer Zentrifugalpumpe, einem Halbaxialluftgebläse, einem Halbaxialkompressor usw., wobei jede Maschine ein Laufrad in offener Bauweise oder geschlossener Bauweise haben kann.
Anhand von 16 bis 19 wird als Nächstes eine bevorzugte Ausgestaltung der Nuten 3 der jeweiligen Beispiele erläutert.
Anhand von verschiedenen Versuchsergebnissen hat man die Ausgestaltung der Nuten 3 untersucht, die dahingehend bevorzugt sind, dass das Anstiegsverhalten an der rechten Seite insbesondere in der Druckhöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine ausgeschlossen sowie der Abfall im Wirkungsgrad unterdrückt wird. Es findet sich die folgende Richtzahl (die nachstehend mit "JE No." bezeichnet ist), die sich auf eine geeignete Ausgestaltung dieser Nuten bezieht.
Die Richtzahl JE No. kann durch folgende Gleichung definiert werden: JE No. = WR × VR × WDR × DLDRwobei WR ein Breitenverhältnis in Form eines Wertes, der durch Teilen eines Gesamtwertes der Nutbreiten W durch eine Umfangslänge des Gehäuses erhalten wird. Deshalb WR = (Anzahl der Nuten N × Nutenbreite W)/(mittlere Umfangslänge des Gehäuses an dem Abschnitt, an dem die Nuten ausgebildet sind), wobei die mittlere Umfangslänge des Gehäuses beispielsweise durch Bezug auf 16 zu π × (Einlassdurchmesser des Gehäuses Dc1 + Auslassdurchmesser des Gehäuses Dc2/2) erhalten werden kann.
VR ist ein Volumenverhältnis in Form eines Wertes, der durch Teilen eines Gesamtvolumens der Nuten durch ein Volumen des Laufrads erhalten wird. So bedeutet VR = Gesamtvolumen der Nuten/Volumen des Laufrads. Das Gesamtvolumen der Nuten kann hier durch Anzahl der Nuten N × Nutenlänge L × Nutenbreite W × Nutentiefe D erhalten werden, während das Volumen des Laufrads sich aus Einlassfläche des Laufrads × Axialrichtungslänge der Spitze des Laufrads Li ergibt. Die Einlassfläche des Laufrads erhält man aus dem Einlassdurchmesser Dil des Laufrads. Die Nutenlänge L ist in 16 L1 + L2.
WDR ist ein Breite-Tiefe-Verhältnis und ergibt sich zu WDR = Nutenbreite W/Nutentiefe D.
DLDR ist ein Verhältnis zwischen einer Länge der Nut und ihrer Tiefe stromab vom Laufradeinlass und ergibt sich zu DLDR = Nutenlänge L1 stromab von der Laufradspitze/Nutentiefe D unter Bezug auf 17.
18 zeigt die Versuchsergebnisse unter Verwendung der vorstehenden JE No. In der Figur zeigt die horizontale Achse JE No. Die vertikale Achse zeigt links die Pumphöheninstabilität (%) und ist durch die folgende Gleichung definiert, die eine an dem instabilen Abschnitt der Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie verringerten Betrag anzeigt und durch ein Verhältnis zwischen dem abnehmenden Betrag ΔΨ₀, wenn keine Nut ausgebildet ist, und dem abnehmenden Betrag ΔΨ dargestellt wird, wenn die Nuten ausgebildet sind. Pumphöheninstabilität (%) = (ΔΨ/ΔΨ0) × 100
Jeden der abnehmenden Beträge ΔΨ und ΔΨ₀ erhält man, wie in 19 gezeigt, aus einer Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert in dem instabilen Abschnitt (dem Abschnitt, der das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite zeigt) der Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie. ΔΨ ist ein endlicher Wert, wenn die Instabilität in der Pumphöhe (d.h. wenn sie das ansteigende Verhalten auf der rechten Seite zeigt) vorhanden ist, andererseits ist es Null (0), wenn keine solche Instabilität in der Druckhöhe vorhanden ist (d.h. wenn sich kein solches ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite zeigt). Entsprechend bedeutet dies, dass der instabile Abschnitt der Pumphöhe-Durchsatz-Kennlinie aufgrund der Funktion der Nuten vollständig anders ist, wenn die Pumphöhen-Instabilität bei 0% liegt, während aus den Nuten keine Wirkung erhalten wird und dann keine Verbesserung der Instabilität erreicht werden kann, wenn die Pumphöhen-Instabilität bei 100% liegt. Wenn die Pumphöhen-Instabilität zwischen 0% und 100% liegt, bedeutet dies, dass die Instabilität der Pumphöhe nicht vollständig ausgelöscht ist, jedoch der instabile Abschnitt durch die Nuten in einem bestimmten Ausmaß verbessert wird.
Die vertikale Achse in 18 rechts zeigt den abnehmenden Betrag (%) des maximalen Wirkungsgrads und bedeutet die Differenz des maximalen Wirkungsgrads (%) zwischen den Zuständen, wenn in der Pumpe Nuten und wenn keine Nuten vorgesehen sind. Der Wert ist 0%, wenn keine Änderung beim maximalen Wirkungsgrad der Pumpe zwischen den Zuständen mit und ohne Nuten auftritt, er hat einen positiven Wert, wenn die Abnahme im Wirkungsgrad durch Vorsehen der Nuten eintritt, beispielsweise bedeutet 3%, dass die Abnahme von 3% im Wirkungsgrad bei Vorsehen von Nuten auftritt.
Gemäß 18 überschreitet basierend auf den vorstehenden Erläuterungen die Pumphöhen-Instabilität 80% bei der Kennlinie, wenn JE No. gleich oder kleiner als 0,03 ist, dann wird der Effekt der Nuten abrupt gering. Wenn JE No. in der Nähe von 0,03 liegt, wird die Pumphöheninstabilität auf etwa 30% verbessert, und wenn sie 0,03 überschreitet, wird die Pumphöheninstabilität weiter verbessert. Wenn JE No. mehr oder weniger 0,15 beträgt, liegt die Instabilität bei 0%, d.h. man kann sehen, dass die Instabilität aufhört. Wenn JE No. 0,15 überschreitet, ist die Pumphöhen-Instabilität stabil, da sie bei 0% liegt. Im Hinblick auf das Erreichen der Stabilität der Pumphöhen sollte deshalb JE No. vorzugsweise gleich oder größer als 0,03 sein. Vom Gesichtspunkt des Wirkungsgrads in 18 ist der abnehmende Betrag des maximalen Wirkungsgrads 0% oder kleiner, bis JE No. auf 0,15 mehr oder weniger kommt. Wenn er jedoch 0,15 überschreitet, wird der abnehmende Betrag des maximalen Wirkungsgrads groß im Verhältnis zu diesem JE No. Nimmt man an, dass ein akzeptabler Betrag der Abnahme im Wirkungsgrad aufgrund des Vorsehens der Nuten bis zu 1% beträgt, ist JE No. vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,5. Deshalb wird unter den Gesichtspunkten sowohl der Pumphöhenstabilität als auch des Wirkungsgrads bevorzugt, für JE No. einen geeigneten Bereich von 0,03 bis 0,5 einzustellen, und besonders zweckmäßig wird JE No. zwischen 0,15 und 0,2 als Zustand für die vollständige Auflösung der Instabilität, jedoch Abnahme im Wirkungsgrad, gewählt.
Die in 18 gezeigten Versuchsergebnisse gelten beispielsweise für die Pumpe bei einer Drehzahl von 830, ähnliche Ergebnisse sind jedoch auch in dem Fall erhältlich, in welchem gleiche Versuche an Halbaxialpumpen mit Drehzahlen von 1250 und 1400 ausgeführt werden. Deshalb lässt sich feststellen, dass die Ausgestaltung der Nuten durch Verwendung von JE No. in Form der vorstehenden Richtzahl wenigstens im Drehzahlbereich von 800 bis 1400 bestimmt werden kann. Es kommt auch in Betracht, dass die Ausgestaltung der Nuten auch unter Verwendung von JE No. für Drehzahlen von 300 bis 2000 bestimmt werden kann.
Nach der Erfindung strömt ein Teil des Fluids, dessen Druck erhöht worden ist, zurück in einen Strömungskanal, der in dem Gehäuse ausgebildet ist, um an der Stelle injiziert zu werden, wo die Rezirkulation auftritt, d.h. die Strömung ohne Verwirbelung aus den Nuten unterdrückt die Wirbelkomponente in dem Rückstrom, der von dem Laufrad zurückgeleitet wird und die Rezirkulation bildet, so dass in dem Fluid kein Wirbel erzeugt wird, das in das Laufrad strömt, wodurch die Erzeugung des Wirbels aufgrund der Rezirkulation am Einlass des Laufrads sowie ein Drehströmungsabriss unterdrückt werden, wodurch es möglich ist, das aufsteigende Verhalten auf der rechten Seite in der Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine auszuschließen.
Mit dem unterteilten Aufbau des Gehäuses und bei Vorsehen der Nuten an dem Gehäusefutter entsprechend dem Einlassabschnitt des Laufrads kann nach der Erfindung ein Effekt erreicht werden, dass die Turbomaschine so ausgeführt werden kann, dass die spanende Herstellung der Nuten leicht ausgeführt werden kann, dass sich fast keine Verringerung im Wirkungsgrad einstellt und dass die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie stabil ist.
Erfindungsgemäß ist es auch bei einer Turbomaschine möglich, die ein Laufrad geschlossener Bauweise mit herumgehendem Deckband hat, durch Ausführen des Laufrades als halboffener Aufbau ohne Deckband an dem Abschnitt in der Nähe des Einlasses und bei Vorsehen der Nuten an der Innenwandfläche (d.h. der Strömungsfläche) des Gehäuses in Richtung des Druckgradienten entsprechend dem Abschnitt des Laufrads die Turbomaschine leicht herzustellen, wobei ihre Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie stabil ist, auch wenn sie bei geringem Durchsatz arbeitet, wo die Rezirkulation auftritt, und bei der Turbomaschine nahezu kein Verlust im Wirkungsgrad auftritt.
Durch Bestimmen der Ausgestaltung der Nuten durch Verwendung der Richtzahl, d.h. JE No., lässt sich außerdem ein Effekt erreichen, dass die Ausgestaltung besonders zweckmäßig dahingehend ist, dass die Stabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie leicht erreicht werden kann.
In der beiliegenden 20 ist ein Blockschema einer Pumpstation gezeigt, bei der die Erfindung eingesetzt ist, beispielsweise als Entwässerungspumpe in einer Entwässerungspumpstation anstelle der Wasserumwälzpumpen in Wärmekraftwerken oder Kernkraftwerken, wie vorstehend erwähnt.
Die Pumpstation hat eine Pumpe 200, beispielsweise die Halbaxialpumpe, in der flache Nuten in dem dem Laufrad entsprechenden Gehäuse, insbesondere in dem Abschnitt an dem Einlass ausgebildet sind. Das Laufrad der Pumpe wird auf einer Drehachse mit Hilfe einer Antriebseinrichtung (oder Antrieb) 210 in Drehung versetzt, die beispielsweise einen Dieselmotor, eine Gasturbine, einen Elektromotor usw. aufweist.
Die Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl der Antriebsvorrichtung 210 wird von einer Pumpendrehzahl-Steuereinrichtung 220 gesteuert, die für diesen Zweck beispielsweise mit einer elektrischen Schaltungseinheit oder einer Mikrorechnereinheit versehen ist. Wie durch die gestrichelte Verbindung gezeigt ist, ist erforderlichenfalls weiterhin eine Schaufelwinkel-Steuereinrichtung 230 vorgesehen, um den Neigungswinkel der Schaufeln des Laufrades abhängig von der Durchsatzänderung des in das Laufrad strömenden Fluids einzustellen.
Die Pumpe 200 mit dem vorstehend erwähnten Aufbau hat einen Glockenmund 210, der in das Wasser in einem Ansaugsumpf oder Kanal 240 eintaucht, und ein Förderrohr oder eine Leitung 250, die mit einem Abgabesumpf oder einem Kanal 260 im Abstand von dem Ansaugsumpf oder Ansaugkanal verbunden ist. Durch den Betrieb der vorstehend erwähnten Pumpstation wird die Pumphöhe des Wassers, d.h. der Ansaugwasserpegel, auf den Förderwasserpegel in dem Abgabesumpf oder Kanal 260 erhöht oder angehoben, einschließlich des Strömungswiderstands in dem Fluiddurchflusskanal, d.h. in dem Förderrohr 250.
Bei der Pumpe, die hauptsächlich im Hinblick auf den Wirkungsgrad ausgelegt wird, besteht unter der Annahme, dass der Maximaldurchsatz bei 100% liegt, die Tendenz, dass das Anstiegsverhalten auf der rechten Seite in einem Teil der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie merklich in Erscheinung tritt, insbesondere von 50% bis 70% im Durchsatz, wodurch der Betrieb der Pumpe in einen instabilen Zustand gebracht wird, oder alternativ, dass, auch wenn kein solches Anstiegsverhalten auf der rechten Seite in merklichem Umfang entsteht, die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie aber ebenfalls in dem Bereich von 50% bis 70% des Durchsatzes in einem Teil flach wird.
Der Betriebsdurchsatz der Pumpe der Pumpstation wird an einer Stelle bestimmt, die einen Schnittpunkt zwischen einer statischen Pumphöhe, die als Differenz zwischen den Wasserdruckhöhen oder -pegeln auf der Ansaugseite und der Förderseite in der Pumpstation bestimmt wird, einer Widerstandskurve, die durch Aufsummieren des Widerstands in dem Strömungskanal oder in den Rohren in der Pumpstation bestimmt wird, und der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie der Pumpe bildet. Wenn ein auf der rechten Seite ansteigender Bereich bei der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie vorhanden ist, kann der Fall vorkommen, dass die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie die Widerstandskurve an mehreren Punkten schneidet. In diesem Fall ist es unmöglich, den Schnittpunkt an nur einer Stelle zu bestimmen, d.h. der Durchsatz kann nicht eindeutig bestimmt werden, weshalb der Durchsatz nicht festgelegt werden kann. Insbesondere ist dies von Bedeutung, wenn die stationäre Pumphöhe groß und der Rohrwiderstand klein ist.
Deshalb kann beim Stand der Technik dann, wenn der maximale Wirkungsgrad und die Stabilität der Pumphöhe in ein Gleichgewicht gebracht werden, um die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie ohne ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite zu erhalten, der Fall eintreten, dass der maximale Wirkungsgrad nur geringfügig abfällt. Alternativ wird in dem Fall, in welchem der instabile Bereich in der Pumpe vorhanden ist, die Pumpe so gesteuert, dass sie nur in dem Bereich betrieben wird, in welchem kein solcher instabiler Betrieb auftritt, indem eine Betriebsregel für die Pumpe aufgestellt wird. Dementsprechend ist in der Pumpstation, mit der der Betriebsbereich durch die Drehzahl der Pumpe gesteuert wird, die Drehzahl nur in dem Bereich steuerbar oder darauf beschränkt, dass sie in dem stabilen Bereich liegt, d.h. nicht in den instabilen Bereich eintritt. Wenn also ein Betrieb bezüglich der Drehzahl (d.h. der Drehgeschwindigkeit) in den instabilen Bereich für eine Einheit der Pumpen eintreten muss, wird eine Maßnahme dahingehend getroffen, dass die Pumpen in ihrer Anzahl erhöht werden, wodurch die Förderleistung für jede Pumpe gering wird und so der Betriebspunkt jeder Pumpe zu einem Punkt außerhalb des instabilen Bereichs verschoben wird.
Bei einem Verfahren zum Erreichen der Stabilität der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie, bei welchem in bestimmtem Maß beim Stand der Technik der maximale Wirkungsgrad geop fert wird, ergibt sich, da der Wirkungsgrad aufgrund des stabilen Pumpbereichs etwas verringert wird, ein Problem, dass dafür der Verbrauch an elektrischer Energie größer wird. Bei dem Verfahren, bei welchem die Betriebspunkte einer jeden der in der Anzahl erhöhten Pumpen so verschoben wird, dass sie dem instabilen Betriebsbereich ausweicht, ergeben sich auch Probleme, dass die Anlage und das Steuerverfahren komplex werden und die Kosten ansteigen.
Erfindungsgemäß wird deshalb eine Pumpstation bereitgestellt, bei der die Drehzahl in einem weiten Bereich geändert werden kann, indem die Halbaxialpumpe verwendet wird, die eine Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie ohne ein solches ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite hat und in der Lage ist, einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, wodurch sich eine Pumpstation ergibt, die in einem weiten Durchsatzbereich arbeiten kann.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in der Pumpstation, in welcher der Betriebsbereich der Pumpe durch ihre Drehzahl gesteuert wird, die in der Pumpstation eingesetzte Pumpe die Halbaxialpumpe ist, bei der irgendeines der Gehäuse verwendet wird, das die vorstehend erwähnten Nuten hat.
In der vorstehend erwähnten Pumpstation können Wirkungen erhalten werden, insbesondere wenn eine spezifische Drehzahl Ns so gewählt wird, dass sie etwa 1000 bis 1500 beträgt, wobei angenommen wird, dass die Drehzahl der Halbaxialpumpe, die in der Pumpstation verwendet wird, N (U/min), die Gesamtpumphöhe H (m) und der Förderdurchsatz Q (m³/min) ist, und dass die spezifische Drehzahl Ns als Richtgröße zur Anzeige der Pumpencharakteristik durch die Gleichung Ns = N × Q0,5/H0,75 erhalten wird, und wenn eine statische Pumphöhe, die durch einen Ansaugwasserpegel und einen Förderwasserpegel bestimmt wird, gleich oder größer als 50% der Pumphöhe an einem spezifischen Punkt ist.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt auch darin, dass die Drehzahl der Pumpe in einem Steuerbereich von 60% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl in einem Fall geregelt gesteuert werden kann, in welchem eine Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Drehzahl-Untersetzungsgetriebe, eine Fluidkupplung und einen Dieselmotor aufweist. Die Dreh zahl kann auch in dem Steuerbereich von 60% bis 100% bezüglich der Referenzdrehzahl in dem Fall gesteuert werden, in welchem die Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Untersetzungsgetriebe, eine Fluidkupplung und eine Gasturbine aufweist. Außerdem weist die Antriebsvorrichtung für die Pumpe einen Elektromotor auf, der die Drehzahl durch einen Inverter steuert. In diesem Fall kann die Drehzahl in dem Steuerbereich von 0% bis 100% bezüglich der Referenzdrehzahl gesteuert werden.
21 zeigt ein Beispiel der Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie der Pumpe der Pumpstation, welche eine der vorstehend erwähnten Halbaxialpumpen nach der vorliegenden Erfindung aufweist. In 21 zeigt die horizontale Achse den Durchsatz durch das Verhältnis von Durchsatzprozent %Q unter der Annahme, dass ein Auslegedurchsatz als Referenz bei 100% liegt, während die vertikale Achse ein Pumphöhenverhältnis %H unter der Annahme anzeigt, dass eine Auslege-Gesamtpumphöhe als Referenz bei 100% liegt. In 21 zeigt eine Pumphöhenkurve 10 eine Charakteristik eines Beispiels der Halbaxialpumpe nach der vorliegenden Erfindung, wenn die Referenzdrehzahl 100%N ist, und zeigt eine Tendenz des Abfalls auf der rechten Seite über dem gesamten Bereich, so dass kein instabiler Bereich vorhanden ist. Andererseits zeigt die Pumphöhenkurve 14 eine Charakteristik bei 100%N in einem Fall, in welchem die vorliegende Erfindung nicht zur Anwendung kommt und die Instabilität bei mehr oder weniger 50%Q liegt, also in diesem Fall der instabile Bereich in einem Bereich von 40%Q bis 70%Q liegt. Die Widerstandskurve 18 ist eine Kennlinie der vorliegenden Pumpstation. Wenn die Pumpe bei 100%N betrieben wird, liegt der Schnittpunkt zwischen der Pumphöhenkurve 10 und der Widerstandskurve 18 oder zwischen 14 und, was nur ein Punkt ist, d.h. dem Punkt A, so dass in jedem Fall die Pumpe im Punkt A stabil betrieben werden kann. Betrachtet man den Fall, dass die Drehzahl auf 90%N für den Betrieb mit reduziertem Durchsatz abgesenkt wird, wird nach dem Ähnlichkeitsgesetz, das nachstehend erörtert wird, die stabile Pumphöhenkurve 10 der Pumpe nach unten zu einer Pumphöhenkurve 11 verschoben, während die instabile Pumphöhenkurve 14 nach unten zu einer Pumphöhenkurve 15 verschoben wird.
Das Ähnlichkeitsgesetz lautet: Q2 = Q1 × (N2/N1) H2 = H1 × (N2/N1)2 wobei Q der Durchsatz, H die gesamte Pumphöhe, N die Drehzahl und der Zusatz 1 den Drehzahlzustand N1 und der Zusatz 2 einen Drehzahlzustand n2 anzeigt.
Der Betriebspunkt ist in diesem Fall der Punkt B, so dass die Pumpe stabil unabhängig von dem instabilen Bereich in der Pumphöhenkurve stabil arbeiten kann. Wenn die Drehzahl weiter auf 74%N verringert wird, wird nach dem vorstehend erwähnten Ähnlichkeitsgesetz die Pumphöhenkurve 10, die keine solche Instabilität nach der vorliegenden Erfindung aufweist, nach unten zu einer Pumphöhenkurve 12 verschoben, wobei der Schnittpunkt zwischen der Widerstandskurve 18 nur ein Punkt, nämlich der Punkt C ist, d.h. der Betriebspunkt liegt im Punkt C. Andererseits wird die Pumphöhenkurve 14, die die Instabilität aufweist, nach unten zu einer Pumphöhenkurve 16 bei 74%N verschoben, wobei sie nahezu parallel zur Widerstandskurve 18 in der Nähe von 30%Q bis 50%Q ist. Deshalb kann der Schnittpunkt der Pumphöhenkurve 16 mit der Widerstandskurve an keiner Stelle bestimmt werden, es kann jedoch eine Vielzahl von Schnittpunkten zwischen ihnen geben. Dementsprechend kann der Durchsatzpunkt nicht eindeutig bestimmt werden, so dass der Betrieb der Pumpe in dem Instabilitätsbereich von 30%Q bis 50%Q auf der Pumphöhenkurve schwankt und nicht steuerbar ist, so dass der Betrieb zwischen 30%Q und 50%Q nicht ausgeführt werden kann.
Wenn die Drehzahl weiter auf 60%N verringert wird, wird die Pumphöhenkurve 10, die nach der Erfindung keine Instabilität hat, nach unten zur Pumphöhenkurve 13 verschoben, während die Pumphöhenkurve 14 mit der Instabilität nach unten zur Pumphöhenkurve 17 verschoben wird. Bei der Verringerung bis dahin wird der Schnittpunkt zwischen der Widerstandskurve 18 in nur einem Punkt bestimmt, d.h. dem Punkt D, für jeden Fall der Pumphöhenkurven 13 und 17, so dass der Betrieb der Pumpe möglich ist.
Im Falle der Kennlinienkurve, die nach dem Stand der Technik die Instabilität aufweist, wie es vorher erwähnt ist, kann jedoch die Pumpe im Bereich von 30%Q bis 50%Q bei der Drehzahl 74%N nicht arbeiten. Der Bereich, in dem die Pumpe arbeiten kann, wird dann diskontinuierlich. Deshalb liegt die Pumpendrehzahl zwischen 74%N und 100%N in dem Bereich, und der Betriebsbereich der Pumpe liegt zwischen dem Punkt A und dem Punkt C.
Andererseits kann die Halbaxialpumpe nach der vorliegenden Erfindung stabil bei einer Drehzahl arbeiten, die gleich oder kleiner als die erwähnte ist, so dass der Betrieb über dem weiten Bereich des Durchsatzes vom Punkt A bis zum Punkt D ausgeführt werden kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Antriebsvorrichtung für die Pumpe das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe, die Fluidkupplung und den Dieselmotor, wobei der Betrieb vom Punkt A bis zum Punkt D, wie in 21 gezeigt ist, möglich ist, wenn der Steuerbereich für die Drehzahl 60% bis 100% bezogen auf die Referenzdrehzahl beträgt. Eine andere Antriebsvorrichtung für die Pumpe hat das Drehzahl-Untersetzungsgetriebe, die Fluidkupplung und die Gasturbine, wobei der Betrieb vom Punkt A bis zum Punkt D, wie in 21 gezeigt, möglich ist, wenn der Steuerbereich der Drehzahl 60% bis 100% bezogen auf die Bezugsdrehzahl beträgt. Eine weitere Antriebsvorrichtung hat den Elektromotor, der die Drehzahl durch den Inverter steuert, wobei der Betriebsbereich aufgeweitet ist, wenn der Steuerbereich der Drehzahl 0% bis 100% bezüglich der Referenzdrehzahl beträgt. Dies ist der Fall, weil die Drehzahl bis zu einem Punkt in der Nähe des Punktes E in 21 abgesenkt werden kann, so dass der Betrieb der Pumpe im Bereich von nahezu 0%Q bis zu 100%Q möglich ist.
Durch Verwenden der verbesserten Pumpe nach der vorliegenden Erfindung kann, da der Wirkungsgrad kaum abfällt, während die Pumphöhen-Förderleistungs-Kennlinie bei der Halbaxialpumpe stabil erhalten werden kann, die Pumpstation erhalten werden, bei der der Bereich der Drehzahl stark aufgeweitet ist und der Betrieb leicht in einem breiten Durchsatzbereich ausgeführt werden kann.

Claims

Turbomaschine mit einem Gehäuse (121), in dem eine Strömungsfläche gebildet ist, einem Laufrad, das eine Vielzahl von Schaufeln (122) aufweist und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, einer Vielzahl von Nuten (124), die in der Strömungsfläche des Gehäuses ausgebildet sind, um eine Verbindung zwischen einer Einlassseite des Laufrades und einem Bereich herzustellen, in dem die Schaufeln des Laufrades liegen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Nuten eine Breite von wenigstens gleich 5 mm oder größer hat, und die Nuten so ausgebildet sind, dass ihre Breite 30% bis 50% bezüglich einer Gesamtumfangslänge des Gehäuses beträgt, an der die Nuten ausgebildet sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten so ausgebildet sind, dass ihre Tiefe bezüglich des Durchmessers des Gehäuses ungefähr 0,5% bis 1,6% beträgt.
Turbomaschine nach Anspruch 2, bei der die Nuten so ausgebildet sind, dass ihre Tiefe ungefähr 2 mm bis 4 mm beträgt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, und eine Bodenfläche jeder der Nuten so ausgebildet ist, dass ihre Höhe gleich oder höher ist, als die daran angrenzende Strömungsfläche des Gehäuses.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, und die Strömungsfläche des Gehäuses stromab angrenzend an ein Abschlussende jeder der Nuten so ausgebildet ist, dass sie sich auf gleicher Höhe mit der Bodenfläche jeder Nut befindet oder diametral außer halb liegt, der Außenumfangsabschnitt des Laufrades an der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet ist, dass die Höhe seiner Schaufeln dem Nutabschnitt entsprechend gering ist, während die Höhe jeder Schaufel des Laufrades stromab von den Nuten höher ist, als die an dem Abschnitt, der dem Nutabschnitt gegenüber liegt.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, und bei der eine Bodenfläche jeder der Nuten so ausgebildet ist, dass ihre Höhe gleich oder höher ist, als die daran angrenzende Strömungsfläche des Gehäuses, und der Außenumfangsabschnitt des Laufrades an der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet ist, dass seine Höhe dem Nutabschnitt entsprechend an seinen Schaufeln gering ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, und bei der die Höhe jeder der Schaufeln auf einer Meridianebene in der Nähe eines Einlasses des Laufrades so gebildet ist, dass sie geringer ist als auf einer Meridianebene in der Nähe eines Auslasses des Laufrades, und diese Höhen der Schaufeln der Höhe eines Nutabschnitts entsprechend bestimmt sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in offener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, und bei welcher außerdem eine Konfiguration eines mit vorstehenden Abschnitten der Nuten gebildeten Strömungskanals so aufgebaut ist, dass sie größer ist als die, die in dem Gehäuse auf der Stromabseite der Nuten gebildet ist, und in die Stromauseite, so wie sie ist, in einem Abstand in Radialrichtung von einem Drehmittelpunkt einer Pumpe verlängert ist, ein Spitzenabschnitt des Laufrades so ausgebildet ist, dass er einen annähernd konstanten Raum zwischen den Nuten und den Innenflächen des Gehäuses bildet, und die Höhe jeder der Schaufeln des Laufrades in der Nähe eines Abschlussendes der Nuten größer ausgebildet ist, als die der Schaufel auf der Stromabseite.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in geschlossener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln und ein darum angeordnetes Deckband aufweist, und bei der das Laufrad in der Nähe eines Einlasses des Laufrads, um den kein Deckband angeordnet ist, in offener Bauweise ausgebildet ist, und außerdem die Vielzahl von Nuten in einer Richtung eines Druckgradienten auf der Innenwand des Gehäuses auf seinem Umfang dem Abschnitt in der Nähe des Einlasses des Laufrades, um den kein Deckband vorgesehen ist, gegenüberliegend ausgebildet ist, und ein Anfangsende jeder der Nuten an einer Einlassseite stromauf von einer Spitzeneinlassseite des Laufrades angeordnet ist, während ein Abschlussende jeder Nut stromab von einer Spitzenauslassseite des Laufrades angeordnet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der das Laufrad ein Laufrad in geschlossener Bauweise ist, das eine Vielzahl von Schaufeln und ein darum angeordnetes Deckband aufweist, und bei der das Laufrad in der Nähe eines Einlasses des Laufrads, um den keine Deckband angeordnet ist, in offener Bauweise ausgebildet ist und außerdem die Vielzahl von Nuten eine große Anzahl von flachen Nuten ist, die in der Strömungsfläche des Gehäuses einem Außenumfangsabschnitt des Laufrades an einer Einlassseite seiner Schaufeln gegenüberliegend ausgebildet sind, um eine Verbindung zwischen einem Ort, an dem bei einem geringen Fluiddurchsatz an einer Einlassseite des Laufrades ein Wirbel erzeugt wird, und einem Bereich an der Strömungsfläche am Umfang des Gehäuses, an dem die Schaufeln des Laufrades in Richtung des Druckgradienten des Fluids liegen, herzustellen, eine Endposition an einer Stromabseite jeder der Nuten so angeordnet ist, dass ein Fluid mit einem Druck erhalten werden kann, der notwendig ist, um die Erzeugung des Wirbels in der Einlasshauptströmung an einer Endposition stromauf von jeder der Nuten zu unterdrücken, wodurch ein ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite einer Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine beseitigt wird, und eine Bodenfläche von jeder der Nuten so ausgebildet ist, dass ihre Höhe gleich oder höher ist, als die daran angrenzende Strömungsfläche des Gehäuses, und der Außenumfangsabschnitt des Laufrades an der Einlassseite seiner Schaufeln einem Nutabschnitt gegenüberliegend so ausgebildet ist, dass die dem Nutabschnitt entsprechende Höhe der Schaufeln des Laufrades gering ist.
Turbomaschine nach Anspruch 9 oder 10, die außerdem einen Achsdichtabschnitt zur Dichtung zwischen einem minimalen radialen Abschnitt des Deckbandes des Laufrades und dem Gehäuse aufweist, wobei der Achsdichtabschnitt einen Mundringabschnitt und einen Gehäuseringabschnitt aufweist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der eine Endposition stromab von jeder der Nuten so angeordnet ist, dass ein Fluid mit einem Druck erhalten werden kann, der notwendig ist, um den Wirbel in der Einlasshauptströmung an einer Endposition stromauf von den Nuten zu unterdrücken, wodurch ein ansteigendes Verhalten auf der rechten Seite einer Pumphöhen-Durchsatz-Kennlinie der Turbomaschine beseitigt wird, und ein Abschnitt des Gehäuses, an dem die Nuten vorgesehen sind, getrennt von einem anderen Abschnitt des Gehäuses ausgebildet ist.
Turbomaschine nach Anspruch 12, bei der das Gehäuse mit einer Vielzahl von Gehäusefuttern ausgebildet ist, die in seiner Axialrichtung unterteilt sind, und die Nuten auf der Innenfläche eines Gehäusefutters dem äußeren Umfangsabschnitt an der Einlassseite der Schaufeln des Laufrades gegenüberliegend ausgebildet sind.
Turbomaschine nach Anspruch 12, bei der ein Abschnitt des Gehäuses, an dem die Nuten ausgebildet sind, geteilt aufgebaut ist und von einem anderen Abschnitt des Gehäuses aus montiert ist, der in seiner Radialrichtung unterteilt ist.
Turbomaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 14, bei dem die Nuten an ihrem Anfangsende in einer Richtung ausgebildet sind, die von einer Richtung der Pumpenachse zu einer Drehrichtung des Laufrads geneigt ist.
Turbomaschine nach Anspruch 1, bei der eine Richtzahl zur Bestimmung einer Form der Nuten durch folgende Gleichung erhalten wird: JE No. = WR × VR × WDR × DLDR wobei WR (ein Breitenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen eines Gesamtwertes der Nutbreiten W durch eine Länge des Gehäuseumfangs erhalten wird, VR (ein Volumenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen eines Gesamtvolumens der Nuten durch ein Volumen des Laufrades erhalten wird, WDR (Breiten-Tiefenverhältnis) ein Wert ist, der durch Teilen der Breite W der Nut durch eine Tiefe D erhalten wird, und DLDR ein Verhältnis zwischen einer Länge der Nut stromab von dem Laufradeinlass und der Tiefe der Nut ist, und wobei die Nuten so ausgebildet sind, dass die Richtzahl JE No. in einem Bereich von 0,03 bis 0,5 liegt.
Turbomaschine nach Anspruch 16, bei der die Nuten so ausgebildet sind, dass die Richtzahl JE No. in einem Bereich von 0,15 bis 0,2 liegt.
Pumpstation zur Anhebung einer Pumphöhe eines Fluids auf einer Saugseite auf die auf einer Förderseite, mit einer Pumpe, die ein Laufrad und ein Gehäuse aufweist, in dem das Laufrad angeordnet ist, um das Fluid in der Saugseite zu pumpen, einem Kanal zur Führung des von der Pumpe zu der Förderseite herauf gepumpten Fluids, einer Antriebsvorrichtung für einen drehbaren Antrieb des Laufrades der Pumpe, und einer Regeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Laufrades der Pumpe, wobei die Pumpe die in Anspruch 1 definierte Pumpe ist.
Pumpstation nach Anspruch 18, bei der eine Nenndrehzahl Ns ungefähr 1.000 bis 500 beträgt, wobei angenommen wird, dass die Drehzahl der in der Pumpstation verwendeten Pumpe N (U/min), eine Gesamtpumphöhe H (m), und ein Förderdurchsatz Q (m³/min) ist, und dass die Nenndrehzahl als Richtzahl zur Anzeige einer Pumpenkennlinie durch eine Gleichung N_s = N × Q⁰'⁵/H^0,75 erhalten wird, und bei der eine statische Pumphöhe, die durch ein saugseitiges Fluidniveau und ein förderseitiges Fluidniveau bestimmt wird, gleich oder größer als 50% der Pumphöhe an einem Nennpunkt ist.
Pumpstation nach Anspruch 18, bei der in einem Fall, in dem die Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Drehzahlreduktionsgetriebe, eine Fluidkupplung und einen Dieselmotor umfasst, eine Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Regelbereich von 60% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl geregelt wird.
Pumpstation nach Anspruch 18, bei der in einem Fall, in dem die Antriebsvorrichtung für die Pumpe ein Drehzahlreduktionsgetriebe, eine Fluidkupplung und eine Gasturbine umfasst, eine Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Regelbereich von 60% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl geregelt wird.
Pumpstation nach Anspruch 18, bei der Referenzdrehzahl in einem Fall wird, in dem die Antriebsvorrichtung für die Pumpe einen Elektromotor zur Regelung der Drehzahl durch einen Inverter umfasst, eine Drehzahl der Antriebsvorrichtung in einem Regelbereich von 0% bis 100% bezüglich einer Referenzdrehzahl geregelt wird.