DE60036336T2 - turbomachinery - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. GEBIET DER ERFINDUNG1. FIELD OF THE INVENTION
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.The The present invention relates to turbomachinery, and more particularly on a turbomachine, which is able to flow through instability Suppress a turbulence due to a recirculation flow on Inlet of an impeller and by suppressing rotational flow breaks of the impeller independently of its construction and the fluid to prevent.
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.More accurate said, the present invention relates to turbomachinery, such as a pump, a compressor, a blower, etc., which has an impeller a non-volume design, and in particular the turbomachinery, the flow instability thereby can prevent turbulence or Vorverwirbelung is suppressed due to a mainstream or a component of the occurring at an inlet of an impeller Recirculation is generated, and that rotational flow breaks are suppressed so that is suitable for a use with a Halbaxialpumpe is given, which in far Scope as water circulation pumps in a thermal power plant or used in a nuclear power plant or as a drainage pump, and to a pumping station where the turbo-machine according to the present Invention is used.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK2. DESCRIPTION OF THE STAND OF THE TECHNIQUE
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.
- 1. For fluids used to operate the machine, namely liquid and gas.
- 2. By construction, namely axial, Halbaxial- and radial construction.
Die
in
Eine
Schaufel
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.Especially he falls Pressure in an opposite relationship to the increase in throughput in a low throughput area, but increases after Increase in throughput during the time while the throughput is in an area S (i.e., in a section, which rises on the right side of the characteristic or jumps up). If the throughput continues to increase and over the rising section If the characteristic on the right goes out, the pump height starts to increase the throughput drop again.
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.In the case in which the turbomachine with a throughput in the right-hand rising characteristic works, the liquid mass oscillates from itself, i. it creates a phenomenon of pumping.
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
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.There pumping not only at the turbomachine, but also at the Lines or pipes with their upstream and downstream sides connected damage generated, it must not occur in a low-throughput area. Instead of an improvement in the shape (i.e., in profile) of the blade, to expand or enlarge the operating range of the turbomachine Various methods for suppressing pumping have already been proposed. as stated below.
1. Gehäusebearbeitung1. Housing processing
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.In a housing area, in which the impeller is, are thin or narrow grooves or procedures with 10% to 20% of the chord length the blade is designed to improve the stall tolerance.
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.Especially be in the already proposed housing machining the grooves in an inner wall (i.e., the flow surface) of the housing in the area where the blades lie, in the axial direction, in the circumferential direction or in an oblique Direction, alternatively in the radial direction or an oblique direction each formed with a sufficient depth.
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.Even though the mechanism, like the case processing the improvement of the stall tolerance allows theoretically not yet clearly examined, one can assume that the occurrence of developing cells thereby prevents the high pressure fluid from entering a low energy range sprayed out or is injected.
2. Trenneinrichtung2. Separator
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.To the Dividing the recirculation flow, the at the outer edge of the inlet of the impeller occurs in a reverse flow section and a forward flow section (i.e., in a main flow direction) in the low flow area is a separator provided, whereby the expansion of the recirculation prevented becomes.
Bei
der Bauweise mit dem Ansaugring (in
3. Aktivsteuerung3. Active control
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.there is said to generate vortex generation due to recirculation by injection or spraying of high pressure fluid from the outside suppressed to one place at which the recirculation occurs.
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.When example for conventional Turbomachinery will be further described below a Halbaxialpumpe. For one Semi-axial pump must have a pumping-height flow rate characteristic (hereinafter referred to as "pressure curve") which does not show a rising behavior on the right side, to allow in the case a stable operation in which the pump above the entire throughput area works. In a pump, however, it is common that the characteristics characteristics, such as efficiency Performance of the pump, the stability the pressure curve, the gravitational behavior, the axial motive power to close etc. are in opposite relationships. If trying to improve, worsen / worsen one of those properties the other one, so the problem is that it's difficult is improvements in at least two or more properties to receive at the same time. For example, in a pump, at the main the efficiency is considered, the pressure curve a considerable Rise behavior on the right side in a section of her, so there is a tendency for instability.
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
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
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.Even though it, as mentioned above, during the case treatment and the separation devices of the prior art is possible, the characteristic between pressure altitude and throughput including the rising right-hand slope to the side with lower To shift throughput to extend the stable operating range, but it is impossible the rising characteristic or the rising behavior on the right Remove or exclude page. In addition, the efficiency decreases the turbomachine by about 1% for an increase of 10% each of the demolition flow tolerance in the case treatment from.
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.Further is the machining deep grooves in an inner wall of the housing difficult in the axial direction. In addition, there is the problem that the case processing in an impeller in a closed design, for example passing shrouds has, can not be used.
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.Since there is a need to fluid from the turbomachine directly or on the outside In addition, with such active control, it is impossible to escape efficiency reduction of the turbomachine system as a whole.
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.to Elimination of the disadvantages of the above-mentioned prior art Therefore, an object of the present invention to provide a turbomachine, not just such a rising behavior on the right Side of the characteristic curve between pressure level and throughput eliminated but it is also capable of reducing the efficiency to suppress, i.e. the vortex generated due to recirculation, the occurs at the inlet of the impeller, as well as the rotational flow separation to suppress.
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.Especially It is an object of the present invention to provide a turbomachine provide a pressure altitude throughput characteristic without the behavior that it falls off to the right has and with which a high efficiency can be achieved.
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.Further It is a further object of the present invention to provide a Turbomachine provide, with such a pressure altitude-throughput characteristic without the behavior of the waste on the right as well as a easy production can be achieved.
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.Besides that is Another object of the present invention is to provide a turbomachine having a closed-type impeller, and with that also such a pressure altitude throughput characteristic without the behavior of a waste on the right side can be achieved can.
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.
- With a housing in which a flow area is formed,
- - With an impeller having a plurality of blades and is disposed within the housing and
- Provided with a plurality of grooves formed in the flow surface of the housing for communication between the inlet side of the impeller and a region where the impeller blades are located,
- - Each of the grooves has a width of at least equal to 5 mm or more and the grooves are formed so that their width is about 30% to 50% with respect to a total circumferential length of the housing on which the grooves are formed.
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.at the aforementioned Turbomachine according to the invention the grooves are formed so that their depth relative to the Diameter of the housing is about 0.5% to 1.6%.
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.at the above-defined turbomachine according to the invention Furthermore the grooves are formed so that they have a depth of about 2 mm 4 mm.
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.at The turbomachine according to the invention as defined above is the impeller an impeller in an open design with a variety of blades, wherein the floor area Each of the grooves is built so that it is level with the flow area adjacent to the flow surface of the flow housing equal or higher as this is.
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.at the aforementioned Turbomachine according to the invention the impeller is an open-plan impeller and has a variety of shovels while the flow area of the housing, those with a lower flow adjoins, so formed at a terminal end of each of the grooves is that they are at the same height with the bottom surface of the Groove is located or in a direction of an external diameter from it lies, with the outer peripheral portion of the impeller on the inlet side of its blades a groove portion opposite is designed so that the heights of his Blades the groove portion is correspondingly low, while the Height everyone Blade of the impeller downstream of the grooves is higher than that on the section which is opposite to the groove portion.
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.at a turbomachine according to the invention defined above, wherein the impeller is an impeller in an open design with a large number of blades is, is the floor area one of each of the grooves designed so that their height is equal or higher as the adjoining flow surface of the housing, during the Outer peripheral portion of Impeller on the inlet side of its blades a groove section opposite designed so that its height the groove portion corresponding to its blades is low.
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.at the turbomachine according to the invention as defined above, in which the impeller is an open-wheeled impeller with a variety of Shoveling is the height each of the blades on a meridian plane near one Inlet of the impeller is designed so that it is less than on a meridian plane nearby an outlet of the impeller, wherein these heights of the blades of the height of a Nutabschnitts are determined accordingly.
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.In the above-defined turbomachine according to the present invention, in which the impeller is an open-type impeller having a plurality of blades, there is also an arrangement of flow channels with protruding portions of the Nu is constructed to be larger than that formed in the housing on the downstream side of the grooves, and is extended to the upstream side as it is at a distance in the radial direction from a rotational center of a pump is a tip portion of the Impeller is formed so that it forms an approximately constant space between the grooves and the inner surfaces of the housing, and the height of each of the blades of the impeller in the vicinity of a terminal end of the grooves is formed larger than that of the blades on the downstream side.
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.at the turbomachine according to the invention as defined above, in which the impeller an impeller in a closed design with a variety of shovels and a shroud around it and the impeller in nearby an inlet of the impeller as an impeller in open design with no shroud is formed around it, the plurality of Grooves in pressure gradient direction on the inner wall of the housing, the near the section Opposite the inlet of the impeller, the no shroud around it, formed on the perimeter and is one Start end of each of the grooves on an inlet side upstream of a Peak inlet side of the impeller arranged while a terminal end of each Nut arranged downstream of a Spitzenauslassseite the impeller is.
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.at the above-defined turbomachine according to the invention, in which the impeller is an impeller in a closed design with a variety of Shovels and a shroud around them and the impeller in open construction without shroud around it near one Inlet of the impeller is formed, the plurality of grooves a big Number of shallow grooves, in the flow area of the housing an outer peripheral portion of the impeller in an inlet side of its blades opposite are designed to connect between a place where at a low fluid flow rate at an inlet side of the impeller a vortex is generated and an area on the flow surface at the periphery of the housing, at which the blades of the impeller in the direction of the fluid pressure gradient lie to produce; is an end position on a downstream side each of the grooves is arranged to receive a fluid at a pressure which is necessary to the generation of the vortex in the inlet mainstream an end position upstream of each of the grooves to suppress an increasing behavior on the right side of a pressure altitude-throughput characteristic the turbomachine is eliminated; and is a floor surface of each of the grooves is designed so that their height is equal or higher as the adjacent flow area of the Housing, and is the outer peripheral portion of the impeller on the inlet side of its blades a groove portion opposite formed so that the groove portion corresponding height of the blades of the impeller is low.
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.at the turbomachine according to the invention as defined above is further an axle seal section for a seal between a minimum radial portion of the Shroud of the impeller and the housing provided, wherein the Achsenabdichtabschnitt a mouth ring portion and a housing ring portion.
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.at the above-defined turbomachine according to the invention, in which an end position on the downstream side of each of the grooves so arranged is that a fluid can be obtained with a pressure required is to keep the vortex at the inlet main flow at an end position on the Current side to suppress each of the grooves, thereby increasing Behavior on the right side of a pressure altitude throughput characteristic of Eliminate turbomachine is a section of the housing, at the grooves are provided, separated from another section formed of the housing.
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.at The turbomachine according to the invention defined above is the housing with a variety of housing nuts formed, which are divided in its axial direction, and are the grooves on the inner surface a housing lining the outer peripheral portion on the inlet side of the blades of the impeller opposite educated.
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.at The turbomachine according to the invention as defined above is a section of the housing, on which the grooves are formed, divided and built by a other section of the housing out, which is divided in its radial direction.
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.at The above-defined turbomachinery according to the invention are the Grooves are formed at their beginning end in a direction of a direction of the pump axis to a direction of rotation of the impeller is inclined.
Bei
der vorstehend definierten erfindungsgemäßen Turbomaschine wird eine
Richtzahl zur Bestimmung einer Form der Nuten durch folgende Gleichung
erhalten:
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.In the above-defined turbomachine according to the present invention, a directivity number for determining a shape of the grooves is obtained by the following equation:
VR (a volume ratio) is a value obtained by dividing a total volume of the grooves by a volume of the impeller;
WDR (width-depth ratio) is a value obtained by dividing the width W of the groove by a depth D, and
DLDR is a ratio between a length of the groove downstream of the impeller inlet and the depth of the groove and the grooves are formed so that the guideline number JE no. in a range of 0.03 to 0.5.
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.at The above-defined turbomachinery according to the invention are the Grooves designed so that the guideline JE no. in one area from 0.15 to 0.2.
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.
- - A pump with an impeller and a housing in which the impeller is arranged for pumping the fluid into the suction side;
- A passage for guiding the fluid pumped up from the pump to the delivery side;
- - A drive device for a rotary drive of Pumplaufrads and
- - Has a control device for controlling the speed of the impeller of the pump, wherein the pump is defined in claim 1 pump.
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 × Q0,5/H0,75 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.According to the present invention there is further provided a pumping station as defined above and wherein a rated speed Ns is about 1000 to 1500 assuming that the speed of the pump used in the pumping station is N (rpm), the total pumping height H (m) and the delivery rate is Q (m 3 / min) and that the rated speed is obtained as a guideline number Ns for displaying a pump characteristic by an equation N 3 = N × Q 0.5 / H 0.75 , and in which a static Pumping height, which is determined by a suction-side fluid level and a delivery-side fluid level, equal to or greater than 50% of the pumping height at a nominal point.
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.Farther is inventively in the above defined pumping station, the speed of the drive device in a control range of 60% to 100% with respect to a reference speed then regulated when the drive device for the pump is a speed reducer, having a fluid coupling and a diesel engine.
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.According to the invention will continue in the pump station defined above, the speed of the drive device in a control range of 60% to 100% with respect to a reference speed controlled when the drive device for the pump is a speed reduction gear, comprising a fluid coupling and a gas turbine.
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.Further is inventively in the above defined pumping station, the speed of the drive device in a control range from 0% to 100% with respect to a reference speed remotely controlled when the drive device for the pump is an electric motor for controlling the speed through an inverter.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION PREFERRED EMBODIMENTS
Im Folgenden werden Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.in the Following are embodiments after of the present invention with reference to the accompanying drawings explained.
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
Dann
beginnt das Fluid, dessen Druck durch die Schaufeln erhöht wird,
in die Gegenrichtung in den Nuten
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.The white Circles show the characteristic of pump height / flow rate in case that no groove in the housing is formed, where there is still such a behavior with a Rise or jump on the right after the increase of the Throughput in a range of 0.12 to 0.14 of the dimensionless Throughput can be seen.
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.White triangles or white Squares show the characteristics of pump height / throughput, in particular for the Cases, in which the grooves in the housing are formed, with the white ones Triangles for the Case stand that 28 grooves (N = 28), for example, with a width 5 mm and a depth of 4 mm, while the white Squares show the case in which also 28 grooves formed but with a width of 10 mm and a depth of 2 mm.
Aus
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.Especially the efficiency / flow rate characteristic is shown when the end position "a" on the downstream side is changed, while the end position "b" on the power side on the condition that the form or design the grooves remain almost the same, the characteristic is better i.e. the rising behavior on the right side is the lower is, the lower the end position "a" is the downstream side is. However, if they are too extreme on the downstream side is the efficiency decreases, because too much high-pressure fluid, ie more than necessary, is deducted.
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.you sees that if the groove or the number of grooves kept constant The depth does not have much impact on the pump height / flow rate characteristic has, but the bigger the Width is the better the pump height / flow rate characteristic, i. the rise behavior on the right side will be.
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.you sees that when the grooves in their design or with their Profile are kept the same, the pressure head / throughput curve, i.e. the rise ratio on the right side, the better the larger the number of grooves.
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.
- 1. The position "a" of the groove at the end position on the downstream side should not be limited to a specific position, particularly so far as it is in a position in which the fluid can be withdrawn therefrom, which is under such a pressure that it however, the generation of the vortex due to the recirculation occurring at the end position "b" on the upstream side of the grooves by injection can be selected, but an appropriate place must be selected because the efficiency of the turbomachine decreases when it is in a position, in which the high pressure is greater than required.
- 2. There is no need to increase the depth of the groove, but it is very effective to form a large number of grooves having a width as large as possible.
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.By various experiments carried out by the inventors of the present invention has shown that the width (W) of the above-mentioned grooves and the number (N) of them preferably in a range of about 30% to 50% of the total circumferential length of the housing are selected, in which the protruding grooves are formed (i.e., π × D, if D is the diameter in a part of the case is where the protruding grooves are formed). Although the depth (d) of them preferably about 2 mm to 4 mm in the above embodiment is, if the diameter (D) of the housing about 250 mm, it follows that the ratio of the depth (d) of the grooves in terms of the diameter of the housing adjusted to a range of about 0.5% to 1.6% (d / D = 0.5% to 1.6%) should be.
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.When next a second embodiment of the present invention will be explained in more detail. at the turbomachine according to the second embodiment of the present invention Invention become flows or channels for connection between a location at the inlet of the impeller, where recirculation takes place when throughput is low, and an area on the flow area of the housing provided in which the blades of the impeller in the gradient direction the fluid pressure to the vortex due to the recirculation at the inlet of the impeller and to suppress the rotational stall.
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.In such a construction, in the flow channels communicating between a downstream end position in the area where the blades are located on the flow surface of the housing and an upstream end position where the recirculation occurs when the flow rate is low, fluid flows in the opposite direction from the downstream end position back to the upstream end position so that it is injected into the place where the recirculation takes place when the throughput is low. As a result, a part of the fluid, the pressure of which flows through was raised in the opposite direction in the flow channels formed on the housing to be injected at the point where the recirculation occurs, whereby the generation of the vortex due to the forward component (ie, the component parallel to the Haupteinlassströ tion) Recirculation is suppressed at the impeller inlet. Therefore, it is possible to exclude the rising behavior on the right side in the pump-height-throughput characteristic of the turbomachine.
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.If However, as mentioned above is built, the cutting process of the grooves is difficult, which is below accomplished becomes. The grooves are namely provided in the direction of the main gradient of the fluid pressure, and the simplest configuration or form is a straight line, being a center line of the groove is aligned in the axial direction in alignment. However, the grooves are on the inner wall (i.e., the flow surface) of the housing on the opposite side of the wheel Side provided and designed so that it from the housing wall sunk from. If you try such grooves with a tool Machining must, since the edges of the grooves at both ends (i.e., the upstream and downstream sides) in the form of sack ends, the tool can be stopped at the ends when cutting in by moving the tool along the center line of the groove he follows. Therefore, disadvantages come into consideration that the efficiency The machining is extremely reduced that for the cutting Processing a lot of time is required and that this will increase the Production costs leads.
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.
- (1) The bottom surface of the groove is adjusted to the height of the surface of the housing inner wall (ie, the flow surface) so that no problem occurs even if the tool goes beyond the end of the groove during the machining process of the groove. The bucket is carried out in a step shape in which the height of the bucket corresponding to the heights of the grooves from the part opposite to the grooves differs from that of the part not facing the grooves so as to correspond to the convex portion of the grooves.
- (2) The housing part in which the grooves are formed is separated from the other part (s). By performing the separate construction, it is possible to easily machine the grooves.
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.Around the turbomachine, which has a pumping height throughput characteristic without has a sleeper on the right, even one Turbomachine to obtain an impeller in a closed design with a shroud around it, the following is suggested.
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.The Shroud is removed only on the blade part at which the recirculation occurs in the inlet section of the impeller in a closed design, while it is maintained downstream so as to have the impeller so that it has the shroud around it. On a part of the housing inner wall is in the direction of the pressure gradient relative to the part of the impeller without circumferential shroud formed the plurality of grooves.
Nachstehend werden konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.below become concrete embodiments of the present invention with reference to the attached Drawings closer explained.
An
einer Innenwand
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
Eine
(erste) Abänderung
gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in
Eine
weitere (zweite) Abänderung
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in
Ein
Beispiel der Ausgestaltung der Nuten nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in
Eine
weitere (dritte) Abänderung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform erläutert, bei der die vorliegende Erfindung bei einer Halbaxialpumpe in geschlossener Bauweise zur Anwendung gelangt.When next becomes a third embodiment explains in which the present invention in a Halbaxialpumpe in closed Construction used.
An
dem geschlossen gebauten Laufrad
Wenn
die Pumpe mit einem solchen Aufbau im Bereich mit niedrigem Durchsatz
betrieben wird, tritt, wie in
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
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.Even though the explanation for one Semi-axial pump in a closed design in the above-mentioned embodiments The present invention can also be applied to other turbomachinery come to the application, such as a centrifugal pump, a Semi-axial fan, one Halbaxialkompressor etc., whereby each machine an impeller in open Construction or closed construction may have.
Anhand
von
Anhand
von verschiedenen Versuchsergebnissen hat man die Ausgestaltung
der Nuten
Die
Richtzahl JE No. kann durch folgende Gleichung definiert werden:
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
WDR ist ein Breite-Tiefe-Verhältnis und ergibt sich zu WDR = Nutenbreite W/Nutentiefe D.WDR is a width-depth ratio and results in WDR = groove width W / groove depth 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
Jeden
der abnehmenden Beträge ΔΨ und ΔΨ0 erhält
man, wie in
Die
vertikale Achse in
Gemäß
Die
in
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.To the invention flows a part of the fluid, the pressure of which has been increased, back into a flow channel, in the case is designed to be injected at the point where the recirculation occurs, i. the flow without turbulence from the grooves suppresses the vortex component in the Backflow, which is returned by the impeller and the recirculation forms so that no vortex is generated in the fluid which flows into the impeller the generation of the vortex due to recirculation at the inlet of the impeller and a rotational flow separation repressed which makes it possible is the ascending behavior on the right side in the pump-height-throughput characteristic to exclude the turbomachine.
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.With the subdivided structure of the housing and in providing the grooves on the housing lining according to Inlet portion of the impeller can according to the invention has an effect be achieved that the turbomachine are carried out so can make that the machining of the grooves are easily performed can, that sets almost no reduction in the efficiency and that the pumping height flow rate characteristic is stable.
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.It is according to the invention also possible with a turbomachine, the one impeller of closed construction with walking shroud has, by running the impeller as a semi-open structure without shroud on the section near of the inlet and providing the grooves on the inner wall surface (i.e. the flow area) of the housing in the direction of the pressure gradient corresponding to the section of the impeller to make the turbomachine easy, with its pumping height flow characteristic is stable, even if it works at low throughput, where the Recirculation occurs, and in the turbomachine almost no loss in the efficiency occurs.
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.By Determining the configuration of the grooves by using the guide number, i.e. JE No., lets yourself as well achieve an effect that the embodiment is particularly useful in that that stability the pumping height conveying capacity characteristic can be easily achieved.
In
der beiliegenden
Die
Pumpstation hat eine Pumpe
Die
Drehgeschwindigkeit oder Drehzahl der Antriebsvorrichtung
Die
Pumpe
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.at the pump, the main one is designed in terms of efficiency, consists of the Assuming that the maximum throughput is 100%, the tendency that the rising behavior on the right in part of the Pump head-capacity curve noticeable, in particular from 50% to 70% in throughput, whereby the operation of the pump brought into an unstable state will, or alternatively, that, even if no such rise behavior On the right side, to a considerable extent arises, the pumping height flow rate characteristic but also in the range of 50% to 70% of throughput a part becomes flat.
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.Of the Operating flow rate of the pump of the pumping station is in one place that determines an intersection between a static pumping height, the as the difference between the water pressure levels or levels on the suction side and the funding side in the pumping station is determined, a resistance curve through Sum up the resistance in the flow channel or in the tubes is determined in the pumping station, and the pumping height conveying capacity characteristic curve the pump forms. If a rising on the right side area at the pumping height conveying capacity characteristic is present, the case may occur that the pumping height flow characteristic the resistance curve intersects at several points. In this case is it impossible to determine the point of intersection in only one place, i. the throughput can not be uniquely determined, which is why the throughput is not can be determined. In particular, this is significant if the stationary one Pump height big and the Pipe resistance is small.
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.Therefore can in the prior art then when the maximum efficiency and the stability of pumping height be brought into equilibrium to the pumping height capacity curve without to get ascending behavior on the right side, the case occur that the maximum efficiency drops only slightly. alternative becomes in the case where the unstable area in the pump is present, the pump is controlled so that it is only in the range operated in which no such unstable operation occurs, by a rule of operation for the pump is set up. Accordingly, in the pumping station, with which the operating range is controlled by the speed of the pump The speed is controllable or restricted only within the range it is in the stable range, i. not in the unstable Area occurs. Thus, if operation is related to the speed (i.e. Turning speed) into the unstable area for one unit of the pumps must, becomes a measure to the effect that the number of pumps is increased, thereby reducing the delivery rate for every Pump is low and so the operating point of each pump to a Point outside of the unstable area is moved.
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.at a method for achieving the stability of the pumping height conveying performance curve, in which to a certain extent In the prior art, the maximum efficiency is geop fert, it follows, because the efficiency is slightly reduced due to the stable pumping range will, a problem for that the consumption of electrical energy increases. In the process, wherein the operating points of each of the number of pumps increased is moved so that it avoids the unstable operating area, There are also problems that the system and the control process are complex and the costs increase.
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.Therefore, according to the invention, a pump in which the rotational speed can be changed in a wide range by using the half-axial pump having a pump-high flow rate characteristic without such rising behavior on the right side and capable of achieving higher efficiency; resulting in a pumping station that can operate in a wide flow range.
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.The Essence of the present invention is that in the pumping station, in which the operating range of the pump is controlled by its speed the pump used in the pumping station is the half-axial pump is where any of the housings is used, which has the above-mentioned grooves.
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
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.The Essence of the present invention lies in the fact that the speed of the pump in a control range of 60% to 100% with respect to one Reference speed controlled in a case can be controlled in which a drive device for the pump is a speed reduction gear, having a fluid coupling and a diesel engine. The speed can also be in the tax range of 60% to 100% in terms of Reference speed can be controlled in the case in which the drive device for the Pump a reduction gear, a fluid coupling and a gas turbine having. Furthermore has the drive device for The pump has an electric motor that controls the speed through an inverter controls. In this case, the speed may be in the control range of 0% to 100% re the reference speed can be controlled.
Das Ähnlichkeitsgesetz
lautet:
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
Wenn
die Drehzahl weiter auf 60%N verringert wird, wird die Pumphöhenkurve
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.in the Case of the characteristic curve exhibiting instability in the prior art, as mentioned before However, the pump can range from 30% Q to 50% Q at the Speed 74% N do not work. The area where the pump is working can, then becomes discontinuous. Therefore, the pump speed is between 74% N and 100% N in the range, and the operating range the pump is between point A and point 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.on the other hand can the Halbaxialpumpe according to the present invention stable at operate at a speed equal to or less than that mentioned, so that the operation over the wide range of throughput from point A to point D. can.
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
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.By Using the improved pump of the present invention can, since the efficiency hardly drops, while the pumping height-conveying performance curve can be stably maintained at the Halbaxialpumpe, the pumping station be obtained, in which the range of speed greatly expanded and the operation is easily carried out in a wide range of throughput can.
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