Kreiselpumpen. Berechnung und Konstruktion. Adam T. Troskolaiiski und Stephan Lazarkiewicz. Geleitwort von Dr. Ing. h. c.

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1 Kreiselpumpen Berechnung und Konstruktion Adam T. Troskolaiiski und Stephan Lazarkiewicz Professor an der Technischen Vormals Leiter des Konstruktions- Universität Wroclaw büros der Pumpenfabrik Warszawa Geleitwort von Dr. Ing. h. c. Karl Rütschi 493 Abbildungen mit 8 Farbtafeln BIRKHÄUSER VERLAG, BASEL UND STUTTGART

2 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der wichtigsten Bezeichnungen XIII 1. Einleitung Grundlegende Begriffsbestimmungen Grundlagen der Klassifizierung von Pumpen und Pumpenanlagen Die Kreiselpumpen Vergleich der Eigenschaften von Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen Grundriss der Entwicklung von Kreiselpumpen Ausgewählte Probleme der Strömungslehre Physikalische Eigenschaften der Flüssigkeiten Hydrodynamische Gleichungen Energieumwandlungen in strömender Flüssigkeit Zirkulation der Geschwindigkeit Kreisströmung der Flüssigkeit Biot-Savartsches Gesetz Umströmung des Tragflügels Auftriebssatz von Kutta-Joukowsky Strömungsbild der ebenen Potentialbewegung der Flüssigkeit Axialsymmetrische Strömung im Kreiselrad Strömungen in geschlossenen Leitungen Spaltströmung Reibungsarbeit rotierender Scheiben Energieumwandlungen in der Pumpe und in der Pumpenanlage Einleitung Energiebilanz der Pumpe Energiebilanz der Pumpenanlage Pumpe in der Pumpenanlage Saug-, Druck- und Förderhöhen Förderstrom Leistungen Verluste und Wirkungsgrade Untersuchung von Energieverlusten in einer Kreiselpumpe Berechnung der Förderhöhe der Pumpe und der Leistung des Antriebsmotors Flüssigkeitsströmung, durch das Laufrad Strömungserscheinungen im Laufrad Eulersche Hauptgleichung Theoretische Förderhöhe bei unendlich grosser Anzahl von unendlich dünnen Schaufeln Eindimensionale Theorie der Kreiselpumpen mit endlicher Schaufelzahl Einfluss der Vordralls auf die Wirkung von Kreiselpumpen Angenäherte Beziehungen zwischen den theoretischen Förderhöhen bei unendlicher und endlicher Schaufelzahl Wahl der Schaufelzahl 121

3 X Inhaltsverzeichnis 4.08 Aktions- und Reaktionswirkung Wahl des Austrittswinkels der Schaufel Zusammenfassung Theorie der dynamischen Ähnlichkeit von Kreiselpumpen Einleitung Ähnlichkeitsbedingungen für Kreiselpumpen Beziehungen zwischen den physikalischen Grundgrössen, die die Strömungen in Lauf- und Leiträdern der Kreiselpumpen kennzeichnen Schnelläufigkeitskennzahlen Dimensionsanalyse der Strömung im Laufrad einer Kreiselpumpe Formgebung von Laufrädern Entwicklung der Laufradformen Anwendungsbereiche von Drallpumpen Laufräder mit einfach gekrümmten Schaufeln Einleitung Berechnung des Laufrades Formgebung von einfach gekrümmten Schaufeln Beispiel der Berechnung des Laufrades einer Zentrifugalpumpe Laufräder mit doppelt gekrümmten Schaufeln Einleitung Entwurfsmethoden von Laufrädern Profilierung der Schaufelfläche Zahlenbeispiel zum Entwurf einer Kesselspeise-Zentrifugalpumpe Zentrifugalpumpen Klassifikationsgrundsätze Einstufige horizontale Zentrifugalpumpen Mehrstufige horizontale Zentrifugalpumpen Ein- und mehrstufige vertikale Zentrifugalpumpen Helikoidal- und Diagonalpumpen Helikoidalpumpen Diagonalpumpen Propellerpumpen Einleitung Konstruktion und Wirkung Entwurfsmethoden von Propellerlaufrädern Zylindrische Schaufelgitter Konstruktionsparameter von Propellerpumpen Entwurf des Propellerlaufrades nach der aerodynamischen Methode Berechnung von Leiträdern Methode von I. N. Wozniesienski Kavitationserscheinung in Propellerpumpen Festigkeitsprobleme in Propellerpumpen Vergleich der Bauarten von Propellerpumpen Zahlenbeispiel zum Entwurf einer Propellerpumpe 283

4 Inhaltsverzeichnis XI 12. Zuflusselemente Arten von Zuflusselementen Anwendungsbereich einzelner Zuflusselemente Entwurf von spiralen Saugkammern Austrittselemente Schaufellose Leitvorrichtung Ringgehäuse mit konstantem Querschnitt Spiralgehäuse Zentrifugales Schaufelleitrad Einfluss der endlichen Schaufelzahl des Leitrades Rückführungs- oder Überstromkanäle Berechnungsbeispiel des zentrifugalen Schaufelleitrades und des Rückführungskanals einer Kesselspeisepumpe Bauelemente Laufräder Gehäuse Laufrad-Abdichtungen Stopfbüchsen Wellen Lager Axial- und Radialschub Axialschub Radialschub Kavitation Einleitung Methoden und Einrichtungen zur Kavitationsforschung Kavitation in Kreiselpumpen Thermodynamische Aspekte der Kavitation Kavitationsbeständige Baustoffe Kavitationsvorbeugung Kennlinien von Kreiselpumpen Grundbegriffe Änderung des Strömungsfeldes im Laufrad bei Abweichungen des Förderstromes vom Nennwert Rechnerische Ermittlung der Drosselkurven H = f(q) Affinität von Drosselkurven Muscheldiagramm einer Kreiselpumpe Einfluss hydraulischer Verluste auf den Verlauf von Drosselkurven Schaubilder des Anwendungsbereichs von Kreiselpumpen Entwurf einer Typenreihe von Kreiselpumpen Einfluss von Betriebsbedingungen auf das Verhalten der Pumpe Zusammenarbeit von Pumpen mit Druckrohrleitungen Kennlinien von Kreiselpumpen für dicke und zähe Flüssigkeiten Kennlinien der Kreiselpumpen zur Förderung von Feststoffen Pumpenwirkung bei anormalen Betriebsbedingungen 464

5 XII Inhaltsverzeichnis 18. Regelung des Förderstromes Einleitung Regelung bei unveränderlicher Drosselkurve Regelung durch Verstellen von Leitradschaufeln Regelung durch Verstellen von Laufradschaufeln Regelung durch Konstruktionsänderungen des Laufrades Regelung durch Drehzahländerung Kreiselpumpenantriebe Drehzahlkennlinien von Kreiselpumpen Elektrischer Antrieb Verbrennungsmotorantrieb Dampfturbinenantrieb Wahl der Antriebsart Pumpen für spezielle Zwecke Grundwasserpumpen Speicherpumpen Kesselspeisepumpen Umwälzpumpen Kondensatpumpen Pumpen für verunreinigte Flüssigkeiten Pumpen zur Förderung von chemisch aggressiven Flüssigkeiten Pumpen für die Zellstoff- und Papierindustrie Schiffspumpen Umwälzpumpen für Kernreaktoren Selbstansaugende Pumpen Zirkulationsströmungspumpen Pumpen mit exzentrischem Wasserring Selbstansaugende Zentrifugalpumpen Selbstansaugende ventillose Zentrifugalpumpen mit Saugejektoren Hydraulische Untersuchungen von Kreiselpumpen Einteilung von Versuchen Allgemeine Grundsätze zur Durchführung hydraulischer Versuche Messungen von physikalischen Kenngrössen Versuchseinrichtungen für Kreiselpumpen Beschreibung einiger Prüfstände zu Pumpenuntersuchungen Versuche an Pumpen am Einbauort Abnahmeversuche Modellversuche an Kreiselpumpen Einleitung Bedingungen zur hydrodynamischen Ähnlichkeit Umrechnung der Betriebsparameter beim Übergang von der Modellpumpe zur Pumpe in Grossausführung Umrechnung der Wirkungsgrade Untersuchungen von Kreiselpumpen mit Luft 675 Literatur 681 Hilfstabellen 682 Namenverzeichnis 687 Sachverzeichnis 691