Table Of ContentLEHR- UND HANDBÜCHER
DER INGENIEUR WISSENSCHAFTEN
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Kreiselpumpen
Berechnung und Konstruktion
Adam T. Troskolanski 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
Springer Basel AG
Originalausgabe: Pompy wirowe, 3. Auflage,
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa
Alle Rechte vorbehalten
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ISBN 978-3-0348-5908-0 ISBN 978-3-0348-5907-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-5907-3
©
Copyright 1976 by Springer Basel AG
Ursprünglich erschienen bei Birkhäuser Verlag, Basel und Stuttgart 1976.
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1976
Satz und Druck: DRP, Warszawa
Geleitwort
A. T. TROSKOLANSKI, Professor für Strömungslehre an der Technischen
Universität Wroclaw, Polen, ist der Verfasser einer Reihe von Lehrbüchern
über hydraulische Maschinen, Hydromechanik, Strahlapparate, etc. Das be
kannte Pumpenlehrbuch Impeller Pumps (1965), eine englische Übersetzung
der bereits in dritter Auflage (1973) erschienenen polnischen Originalausgabe
Pompy wirowe, wurde in Zu~ammenarbeit ntit Ing. S. LAZARKIEWICZ, einem
erfahrenen Pumpenkonstrukteur, verfasst.
Professor TROSKOLANSKT hat mich gebeten, die deutschsprachige Fassung
durchzusehen, was ich gerne übernommen habe. Schon bei der englischen
Ausgabe schrieb ich in einer Rezension, dass dieses Lehrbuch eine Lücke
zwischen dem führenden wissenschaftlichen Werk von Prof. PFLEIDERER
und dem mehr dem praktisch tätigen Ingenieur zugedachten Buch von A. J.
STEPANOFF ausfüllt, wobei übrigens diese beiden Autoren im Text häufig
herangezogen werden.
Ein beachtliches Niveau weist der theoretische Tei1 auf, wobei sich Trosko
lanski besonders bemüht, dem Studierenden und jungen Konstrukteur klare
und eindeutige Begriffsbestimmungen mitzugeben und nicht nur einfach
Endformeln, sondern auch deren Entwicklung vorzulegen.
Nach der einführenden Definition und Einteilung der Kreiselpumpen und
einem interessanten geschichtlichen Rückblick werden die hydraulischen
Grundlagen und anschliessend die verschiedenen Radformen' wie Radialrad,
Helikoidalrad, Diagonalrad und Axialrad ausführlich behandelt. Sämtliche
Belange des Kreiselpumpenbaues, wie Berechnung der Laufräder und Leit
vorrichtungen, Bauelemente, Festigkeits- und Werkstoffprobleme, Axial
und Radialschub, Kavitation, Regelung und Prüfung, Modell- und Umrech
nungsgesetze etc. werden durch praktische Rechnungsbeispiele ergänzt, wobei
die am Schluss des Buches beigegebenen ieichnungstafeln und Diagramme
wertvolle Hilfen für den Konstrukteur darstellen. Eine reiche Auswahl neuester
Pumpenkonstruktionen dürfte grösstem Interesse begegnen; neben normalen
ein- und mehrstufigen Pumpen finden sich solche für Spezialzwecke, Speicher
pumpen, moderne Umkehr-Pumpturbinen, Tauchmotorpumpen, Abwasser
pumpen, selbstansaugende Bauarten, Reaktorpumpen etc. Professor Trosko
lanski hat zu diesem Zwecke eine grosse Zahl von Pumpenfabriken aufgesucht
und sich aus den verschiedensten Ländern beachtenswertes Bildmaterial ver
schafft. Eine Neuerung sind die erstmals in einem Pumpenlehrbuch einge-
VI Geleitwort
fügten Farbtafeln interessanter Werkstücke und Pumpen bedeutender Firmen.
Das ausgezeichnete Werk kann wegen seinem reichen Bildmaterial und der
Fülle von neueren Versuchsergebnissen und Experimentalwerten nicht nur
für den Studierenden, sondern besonders auch für den praktisch tätigen
Ingenieur empfohlen werden und es stellt eine wertvolle Bereicherung der
Fachliteratur dar.
Brugg, im September 1975 Dr.-Ing. h.c. K.ARL RÜTSCHI
Vorwort
Die Kreiselpumpen bilden die umfangreichste Gruppe der verschiedenen
Pumpenarten. Dank ihrer hydraulischen Eigenschaften, ihrer Anpassungs
fähigkeit an veränderliche Betriebsbedingungen und ihrer Eignung zum
Fördern verschiedenartiger Flüssigkeiten und Gemische, sowie wegen derer
kleinen Abmessungen und niedrigen Betriebskosten, finden die Kreiselpumpen
eine breite Anwendung in allen Gebieten der Technik, sogar in solchen die
früher durch Verdrängerpumpen vertreten waren.
Obwohl die Konstruktion von Kreiselpumpen bereits ein ausserordentlich
hohes Niveau erreicht hat, werden diese weiterhin theoretischen und experi
mentellen Forschungen unterzogen, die zum Ziel haben, den Verlauf ihrer
Kennlinien zu verbessern und die Wirkungsgrade und die Betriebszuver
lässigkeit zu erhöhen. Es ist bemerkenswert, dass die Entwicklung im Pumpen
bau ein Ergebnis der gemeinsamen Anstrengung technischer Hochschulen,
der Forschungsinstitute und Pumpenhersteller bildet.
Zu den aktuellsten Problemen im Pumpenwesen gehören: der Bau von Pum
penturbinen, die sowohl im Turbinenbetrieb wie auch im Pumpenbetrieb
hohe Wirkungsgrade aufweisen; Pumpen für primäre Kreisläufe von Kern
reaktoren und die Beherrschung der Konstruktions- und Werkstoff-Schwie
rigkeiten bei der Herstellung von Pumpen, die im Kavitationsbereich arbeiten
sollen.
Die Lösung dieser Fragen bedingt die Schaffung besonderer, und vom nor
malen Produktionsgang unabhängigen Forschungsabteilungen oder For
schungsinstituten, deren Mitarbeiter mit hohen theoretischen, konstruktiven
und messtechnischen Fähigkeiten sich ausschliesslich dem Fortschritt im
Pumpen bau widmen können.
Der Inhalt des Buches umfasst die mit der Theorie, Berechnung, Konstruktion
und Prüfung von Kreiselpumpen verbundenen Probleme.
Mit Rücksicht auf den beschränkten Umfang des Buches wurden einige
spezielle Probleme, wie zum Beispiel die Berechnung der Schaufelgitter nach
dem Singularitätenverfahren, verschiedene Betriebsprobleme, wie zum Bei
spiel die durch periodisch-veränderliche Impulse der Laufradschaufeln her
vorgerufenen Schwingungen und die Analyse der Druckstosserscheinungen
in den Rohrleitungen beim Anfahren und Ausschalten von Pumpen, usw.
nicht behandelt.
Das Buch ist in erster Linie für Konstrukteure und Forschungsingenieure
VIII Vorwort
von Kreiselpumpen sowie für Studenten der technischen Hochschulen be
stimmt. Dank der Vertiefung der theoretischen Probleme und der Beschreibung
von neuzeitlichen Konstruktionsausführungen kann das Buch auch erfahrenen
Pumpenkonstrukteuren Dienste leisten.
Der Mitverfasser der ersten polnischen Ausgabe und der englischen Version
des Buches war der erfahrene Konstrukteur von Kreiselpumpen, Ingenieur
S. LAZARKIEWICZ, welcher das ganze Leben dem Fortschritt im Pumpenbau
geopfert hatte. Seit seinem Tode im Jahre 1966 sind die zweite (1968) und
die dritte (1973) polnische Ausgabe erschienen, wobei jedesmal der Text
ergänzt und neubearbeitet wurde.
Die vorliegende Ausgabe ist keine buchstäbliche Übersetzung der dritten
Auflage des Buches Pompy wirowe, sondern bildet eine überarbeitete unll den
aktuellen Problemen im Kreiselpumpenbau angepasste Version des Buches.
Einige ältere Pumpentypen wurden gegen besonders interessante neueste
Konstruktionen der führenden Pumpenfabriken ausgetauscht.
Herrn Dr.-Ing. h.c. KARL RÜTSCHI danke ich für seine Unterstützung und für
die Ratschläge, die er mir während der Vorbereitung der deutschsprachigen
Ausgabe des Buches erteilt hat.
Ebenso möchte ich dem Birkhäuser-Verlag meinen gebührenden Dank aus
sprechen.
Zu Dank verpflichtet bin ich auch Herrn Dipl.-Ing. WlTOLD PACZESNIOWSKI
für zahlreiche Verbesserungsvorschläge und für eine treue Übertragung der
Gedanken in die deutsche Sprache.
Warszawa, im September 1975 Professor ADAM T. TROSKOLANSKI
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der wichtigsten Bezeichnungen . XIII
1. Einleitung................
1.01 Grundlegende Begriffsbestimmungen . . . . I
1.02 Grundlagen der Klassifizierung von Pumpen und Pumpenanlagen . 2
1.03 Die Kreiselpumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.04 Vergleich der Eigenschaften von Kreiselpumpen und Verdrängerpumpen 10
1.05 Grundriss der Entwicklung von Kreiselpumpen 10
2. Ausgewählte Probleme der Strömungslehre. . 22
2.01 Physikalische Eigenschaften der Flüssigkeiten 22
2.02 Hydrodynamische Gleichungen ...... 24
2.03 Energieumwandlungen· in strömender Flüssigkeit 28
2.04 Zirkulation der Geschwindigkeit 35
2.05 Kreisströmung der Flüssigkeit 37
2.06 Biot-Savartsches Gesetz . . . . 41
2.07 Umströmung des Tragflügels 43
2.08 Auftriebssatz von Kutta-Joukowsky 48
2.09 Strömungs bild der ebenen Potentialbewegung der Flüssigkeit 52
2.10 Axialsymmetrische Strömung im Kreiselrad 53
2.11 Strömungen in geschlossenen Leitungen 57
2.12 Spaltströmung . . . . . . . . . . . . . 59
2.13 Reibungsarbeit rotierender Scheiben . . . 64
3. Energieumwandlungen in der Pumpe und in der PumpenanIage 70
3.01 Einleitung .......... 70
3.02 Energiebilanz der Pumpe . . . . 70
3.03 Energiebilanz der Pumpenanlage . 72
3.04 Pumpe in der Pumpenanlage . . 73
3.05 Saug-. Druck- und Förderhöhen . 74
3.06 Förderstrom . . . . . . . . 78
3.07 Leistungen .......... 79
3.08 Verluste und Wirkungsgrade 80
3.09 Untersuchung von Energieverlusten in einer Kreiselpumpe 83
3.10 Berechnung der Förderhöhe der Pumpe und der Leistung des Antriebsmotors 93
4. FIBssigkeitsströmung durch das Laufrad 96
4.01 Strömungserscheinungen im Laufrad . 96
4.02 Eulersche Hauptgleichung . . . . . . 98
4.03 Theoretische Förderhöhe bei unendlich grosser Anzahl von unendlich
dünnen Schaufeln ..................... 103
4.04 Eindimensionale Theorie der Kreiselpumpen mit endlicher Schaufelzahl 106
4.05 Einfluss der VordralIs auf die Wirkung von Kreiselpumpen . . . . . 116
4.06 Angenäherte Beziehungen zwischen den theoretischen Förderhöhen bei un-
endlicher und endlicher Schaufelzahl 119
4.07 Wahl der Schaufelzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 121
X Inhaltsverzeichnis
4.08 Aktions- und Reaktionswirkung . . . . 122
4.09 Wahl des Austrittswinkels der Schaufel 123
4.10 Zusammenfassung ......... . 126
5. Theorie der dynamischen Ähnlichkeit von Kreiselpumpen 127
5.01 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.02 Ähnlichkeitsbedingungen für Kreiselpumpen ..... 127
5.03 Beziehungen zwischen den physikalischen Grundgrössen, die die Strömungen
in Lauf- und Leiträdern der Kreiselpumpen kennzeichnen . . . . 128
5.04 Schnelläufigkeitskennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . t'38
5.05 Dimensionsanalyse der Strömung im Laufrad einer Kreiselpumpe . 135
6. Formgebung von Laufrädern . . . . . 142
6.01 Entwicklung der Laufradformen ... 142
6.02 Anwendungsbereiche von Drallpumpen 145
7. Laufräder mit einfach gekrümmten Schaufeln 148
7.01 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.02 Berechnung des Laufrades ....... . 149
7.03 Formgebung von einfach gekrümmten Schaufeln 157
7.04 Beispiel der Berechnung des Laufrades einer Zentrifugalpumpe 165
8. Laufräder mit doppelt gekrümmten Schaufeln 172
8.01 Einleitung . . . . . . . . . . . . 172
8.02 Entwurfsmethoden von Laufrädern 173
8.03 Profilierung der Schaufelfläche. . . 183
8.04 Zahlenbeispiel zum Entwurf einer Kesselspeise-Zentrifugalpumpe 191
9. Zentrifugalpumpen 199
9.01 Klassifikationsgrundsätze . . . . . . . 199
9.02 Einstufige horizontale Zentrifugalpumpen 200
9.03 Mehrstufige horizontale Zentrifugalpumpen 205
9.04 Ein- und mehrstufige vertikale Zentrifugalpumpen 208
10. Helikoidal- und Diagonalpumpen 211
10.01 Helikoidalpumpen 211
10.02 Diagonalpumpen 218
11. Propellerpumpen 232
11.01 Einleitung . . . 232
11.02 Konstruktion und Wirkung 233
11.03 Entwurfsmethoden von PropeIlerlaufrädern 233
11.04 Zylindrische Schaufelgitter ....... 236
11.05 Konstruktionsparameter von PropeIlerpumpen 248
11.06 Entwurf des Propellerlaufrades nach der aerodynamischen Methode . 258
11.07 Berechnung von Leiträdern . . . . . . . 261
11.08 Methode von I. N. Wozniesienski . . . . 265
11.09 Kavitationserscheinung in PropeIlerpumpen 273
11.10 Festigkeitsprobleme in PropeIlerpumpen 275
11.11 Vergleich der Bauarten von Propellerpumpen 280
11.12 Zahlenbeispiel zum Entwurf einer PropeIlerpumpe 283
