Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

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    RHEINHTTEP U M P E N

    KreiselpumpenTechnische Auslegung

    Centrifugal PumpsTechnical Design

    Dipl.-Ing. Stephan NckelLeiter Technik (E&K) / Technical Manager (R&D)

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    InhaltsverzeichnisContents

    A. Verwendete Formelzeichen und Indizes

    B. Anlagenbeispiele

    1 Physikalische Grundlagen1.1 Wirkprinzip1.2 Energiebertragung im Laufrad

    2 Grundbegriffe

    2.1 Frderstrom Q2.2 Frderhhe H2.2.1 Frderhhe der Pumpe2.2.2 Frderhhe der Anlage2.3 Drehzahl n2.4 Leistungsbedarf P2.5 Wirkungsgrad 2.6 Spezifische Drehzahl nq2.7 Pumpenkennlinie2.8 Anlagenkennlinie (Rohrleitungskennlinie)2.9 Betriebspunkt

    3 Saug- und Zulaufverhltnisse

    3.1 Kavitation3.2 NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR)3.3 NPSH-Wert der Anlage (NPSHA)

    3.4 Zulaufhhe - hydrodynamische Entlastung

    4 Druckhhenverlust

    4.1 Druckhhenverlust in geradenRohrleitungen

    4.2 Druckhhenverlust in Armaturen undFormstcken

    5 Auslegung und Regelung

    5.1 Auswahl der Pumpengre5.2 nderung der Drehzahl5.3 Abdrehen des Laufrades

    5.4 Parallelbetrieb5.5 Serienbetrieb5.6 Bypassregelung5.7 Frderung viskoser Flssigkeiten

    6 Hydraulische Krfte

    6.1 Radialkraft6.2 Axialkraft

    7 Gestaltung des Pumpenzulaufs

    7.1 Saug- und Zulaufleitungen7.2 Zulauf- oder Speisebehlter7.3 Saug- und Zulaufbecken7.4 Behlter fr vertikale Pumpen

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    A. Symbols and indices used

    B. Examples of pump installations

    1 Physical principles

    1.1 Working principle1.2 Energy transfer in the impeller

    2 Basic terms

    2.1 Delivery Q2.2 Delivery head H2.2.1 Delivery head of the pump2.2.2 Delivery head of the installation2.3 Speed of rotation n2.4 Power requirement P2.5 Efficiency 2.6 Specific speed of rotation nq2.7 Pump characteristic curve2.8 Installation (pipeline) characteristic curve2.9 Operating point

    3 Suction and inflow conditions

    3.1 Cavitation3.2 NPSH value for the pump (NPSHR)3.3 NPSH value for the installation (NPSHA)

    3.4 Inflow head - hydrodynamic relief

    4 Pressure head loss

    4.1 Pressure head loss in straight pipe runs

    4.2 Pressure head loss in valves andmoulded fittings

    5 Design and regulation

    5.1 Selection of the pump size5.2 Changing the speed of rotation5.3 Turning down the impeller

    5.4 Parallel operation5.5 Series operation5.6 Bypass regulation5.7 Pumping viscous fluids

    6 Hydraulic forces

    6.1 Radial force6.2 Axial force

    7 Design of the pump inflow

    7.1 Suction and inflow pipes7.2 Inflow or feeder tank7.3 Suction and inflow reservoir

    7.4 Tank for vertical pumps

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    A. Verwendete Formelzeichen und IndizesA. Symbols and Indices used

    Formel-zeichen

    Symbol

    Einheit

    Unit

    Benennung Designation

    b2 m Laufradaustrittsbreite Impeller outlet widthc m/s Absolutgeschwindigkeit Absolute velocityD m Laufraddurchmesser, Rohrdurchmesser Impeller diameter, pipe diameterF N Kraft Forceg m/s2 Fallbeschleunigung = 9,81 m/s2 Gravitational acceleration = 9.81 m/s2H m Frderhhe Delivery headHA m Frderhhe der Anlage Delivery head of the installationHgeo m geodtische Frderhhe Geodetic delivery head

    K - Radialkraftkoeffizient Radial force coefficientL m Rohrleitungslnge Piping lengthm kg Masse Massn 1/min Drehzahl Rotation speedNPSHA m NPSH-Wert der Anlage NPSH value for the installationNPSHR m NPSH-Wert der Pumpe NPSH value for the pumpnq 1/min spezifische Drehzahl Specific rotation speedp bar (Pa) manometrischer Druck (relativ) Manometric pressure (relative)P kW Leistung Powerpamb bar (Pa) Atmosphrendruck (absolut) Atmospheric pressure (absolute)Pu kW Frderleistung der Pumpe Delivery power of the pumppv bar (Pa) Verdampfungsdruck (absolut) Vapour pressure (absolute)

    q - Frdergrad (Q/Qopt) Delivery coefficient (Q/Qopt)Q m3/h Frderstrom Delivery flowr m Radius RadiusRe - Reynolds-Zahl Reynolds-numberu m/s Umfangsgeschwindigkeit Circumferential velocityv m/s Strmungsgeschwindigkeit Velocity of floww m/s Relativgeschwindigkeit Relative velocityz m Hhenunterschied Difference in headZ m Zulaufaufnahme Inflow heads2 Schaufelwinkel am Laufradaustritt Vane angle at impeller outlet

    - Wirkungsgrad Efficiency

    - Rohrreibungsbeiwert Piping coefficient of friction

    m2/s kinematische Viskositt Kinematic viscosity kg/m

    3 Dichte Density

    - Verlustbeiwert Loss coefficient

    Verwendete Indizes Indices used

    ax axial Axial

    B im Betriebspunkt At the operating pointBy Bypass Bypass

    dyn dynamisch Dynamic

    h hydraulisch HydraulicJ Verlust Lossmin Minimum Minimum

    opt im Punkt des besten Wirkungsgrades at the point of best efficiencyrad radial Radialstat statisch Staticth theoretisch Theoretical1,2 Pumpenein- und -austritt, Positionen, Zhlziffern Pump inlet and outlet, Items, Sequential numbersI, II am Ein- bzw. Austrittsquerschnitt der Anlage At the inlet or outlet cross section of the installation

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    B. AnlagenbeispieleB. Examples of Pumps Installations

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    1.1 WirkprinzipKreiselpumpen sind Arbeitsmaschinen, deren technischeAufgabe es ist, pro Zeiteinheit einen bestimmten Flssig-keitsstrom zu frdern und hierbei den Druckabfall in derangeschlossenen Anlage zu berwinden.Die Frderung und Drucksteigerung erfolgt durch dasZentrifugalfeld eines rotierenden, mit Schaufelnbesetzten Laufrades, das die von der Welle zugefhrtemechanische Energie an die stetig durch das Laufradstrmende Frderflssigkeit bertrgt.

    Rotiert das Laufrad in einem mit Flssigkeit vollstndiggeflltem Gehuse, so werden die innerhalb des Lauf-

    rades befindlichen Flssigkeitsteilchen ebenfalls mit deram jeweiligen Durchmesser vorhandenen Umfangs-geschwindigkeit u (m/s) rotieren.Die Umfangsgeschwindigkeit wird dabei von u1 amLaufradinnendurchmesser aufu2 am Laufradauen-

    1.1 Working principleCentrifugal pumps are machines whose function is todeliver a specific flow of fluid per unit of time, therebyovercoming the pressure drop in the connectedinstallation.The delivery and pressure increase is brought about bythe centrifugal effect of a rotating impeller, fitted withvanes, which transfers the mechanical energy fed in bythe shaft to the fluid continuously flowing through theimpeller.

    When the impeller rotates in a casing completely filledwith fluid, the particles of fluid within the impeller will also

    rotate at the circumferential speed u (m/s), which appliesat the diameter in question.

    The circumferential speed will here be increased from u1at the inner diameter to u2 at the outer diameter. The

    durchmesser gesteigert. Die darauserzeugte Zentrifugalkraft von der Gre

    trgt die Flssigkeitsteilchen weiternach auen.

    centrifugal force generated by this, with amagnitude of

    will carry the fluid particles further outwards.r

    umF

    2

    (1-1)

    Das davor befindliche Volumen wird somit auch nachauen geschoben und der uere Umgebungsdruckdrckt weitere Flssigkeit in das Radinnere hinein, wo-

    durch eine kontinuierliche Strmung durch die Pumpeerfolgt.

    1.2 Energiebertragung im Laufrad

    Die Energiebertragung in Kreiselpumpen beruht aufhydrodynamischen Strmungsvorgngen im Laufrad. Siefindet nur zwischen dem Schaufelkanaleintritt und demSchaufelkanalaustritt des Laufrades statt (vgl.Kapitel1.1). Betrachtet man sich die komplizierten Strmungs-vorgnge im Laufrad zur Veranschaulichung idealisierteindimensional, so kann man sich die Energiebertra-

    gung mit Hilfe von Geschwindigkeitsdreiecken wie folgterklren.

    The initial volume will be pushed outwards and theexternal ambient pressure will push further fluid into theinterior of the impeller, causing a continuous flow though

    the pump.

    1.2 Transfer of energy in the impeller

    The transfer of energy in centrifugal pumps is based onthe hydrodynamic flow processes in the impeller. It onlytakes place between the vane channel inlet and the vanechannel outlet of the impeller (see section 1.1).If, in an idealised one-dimensional illustration, weconsider the complicated flow processes in the impeller,the transfer of energy can be explained with the aid of

    velocity triangles as follows.

    Abb. / Fig 1.a

    1. Physikalische Grundlagen1. Physical Principles

    1.2 Energiebertragung im Laufrad

    Die Energiebertragung in Kreiselpumpen beruht aufhydrodynamischen Strmungsvorgngen im Laufrad. Siefindet nur zwischen dem Schaufelkanaleintritt und demSchaufelkanalaustritt des Laufrades statt (vgl.Kap. 1.1).Betrachtet man sich die komplizierten Strmungsvor-gnge im Laufrad, zur Veranschaulichung idealisierteindimensional, so kann man sich die Energiebertra-

    gung mit Hilfe von Geschwindigkeitsdreiecken wie folgterklren.

    Abb. / Fig. 1.a

    (1-1)

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    Die Druckzunahme im Laufrad erfolgt durch die Flieh-

    krfte und bei Radialrdern zustzlich durch Verzge-

    The increase in pressure in the impeller is brought aboutby the centrifugal forces and, with radial impellers, alsorung der Relativgeschwindig-keit w in den Laufradkanlen(vgl. Abb. 1.a und 1.b) mit:

    Eine weitere Energieerhhung trittdurch den Anstieg der Absolut-

    by the deceleration of the relativespeed w in the impeller channels(see Figure 1.a and 1.b) with:

    g2

    )ww(

    g2

    )uu(H

    22

    21

    21

    22

    pot

    (1-2) A further increase in energyoccurs due to the increase in the.

    geschwindigkeit c des Mediums imLaufrad ein.

    Somit lt sich die Gesamtenergiezufuhrdurch das Laufrad aus Druck- und Ge-schwindigkeitsenergie als theoretische

    Frderhhe Hth, wie sie bei verlustfreier

    absolute speed c of the medium in theimpeller.

    g

    ccH

    dyn

    2

    )(2

    1

    2

    2

    1-3

    Thus the total energy feed through theimpeller from pressure and velocityenergy can be shown as follows as the

    theoretical delivery head Hth, as it wouldStrmung erzielt werdenknnte, wie folgt darstellen:

    Aufgrund der trigonome-trischen Beziehungen derGeschwindigkeitsdreiecke

    be achieved in loss free flow :

    g2

    )cc(

    g2

    )ww(

    g2

    )uu(H

    2

    1

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    2th

    (1-4) Using the trigonometricalrelationships of the velocitytriangles and the

    und mit Hilfe des Kosinus-Satzeslt sich diese Gleichung zur sog.Eulerschen Hauptgleichung frStrmungsmaschinen umformen.

    Die nun auf das Frdermediumbertragene, nutzbare Energie ist um

    cosine law, this equation can beconverted into what is known as theEuler's Fundamental Equation forturbo machines.

    1u12u2th cucug1

    H (1-5)

    The useful energy now transferred tothe pumped medium is

    die Strmungsverluste im Laufrad (Stoverluste,Reibungs- und Verzgerungsverluste) und Spirale(Mischungsverluste) kleiner als die vom Laufrad theore-tisch geleistete. Dies wird durch den hydraulischenWirkungsgrad h erfat.

    Desweiteren kann die reale Laufradstrmung amAustritt der Schaufelkontur nicht exakt folgen (keineschaufelkongruente Strmung), so da die Umfangs-komponente cu2 reduziert wird. Der reale Strmungs-winkel 2weicht vom Schaufelwinkel s2 zu kleinerenWerten hin ab.

    Dies wird durch den sog. Minderleistungsbeiwert pbeschrieben. Er ist von der Geometrie des Laufrades(Schaufelzahl, Schaufelwinkel s2, DurchmesserD2 etc.)und der Leiteinrichtung (Spirale, Leitrad etc.) abhngigund wird empirisch bestimmt.

    lower than that theoretically generated by the impellerbecause of the flow losses in the impeller (surge losses,frictional and deceleration losses) and in the volute(mixing losses). This is covered by the hydraulicefficiency h.

    Furthermore the "real" impeller flow at the outlet cannotexactly follow the vane contour (not a vane congruentflow), so the circumferential component cu2 is reduced.The "real" angle of flow 2 differs from the vane angle s2at lower values.

    This is described by the so-called reduced output

    coefficient p. It is dependent on the geometry of theimpeller (number of vanes, vane angle s2, diameterD2etc.) and the guiding arrangement (volute, stator etc.)and is determined empirically..

    Somit ergibt sich die an dieFrderflssigkeit im Laufradbertragene, nutzbare Energiein Form der Eulergleichung zu:

    Thus the useful energy transferredto the pumped fluid in the impellerin the form of the Euler equation isgiven as:

    1u12u2h cucu

    p1

    1

    gH

    (1-6)

    mit: cu2 = u2 - cm2 cots2, cm2 = Q/(2r2b2)u2 = 2r2n (analog cu1, cm1 und u1)

    Die spezifische Frderarbeit hngt somit nur von derUmfangsgeschwindigkeit u2 (bzw. Laufradauen-durchmesserD2), dem Frderstrom und demSchaufelwinkel s2am Laufradaustritt ab.

    Sie ist unabhngig vom Frdermedium. Eine gegebeneKreiselpumpe bertrgt also die gleiche Energie an vlligunterschiedliche Stoffe.

    cu2 = u2 - cm2 cots2, cm2 = Q/(2r2b2)u2 = 2r2n (analogous to cu1, cm1 and u1)

    The specific pumping work thus depends only on thecircumferential speed u2 ( or the impeller outsidediameterD2), the delivery flow and the vane angle s2 atthe impeller outlet.

    It is independent of the medium being pumped. A givencentrifugal pump will thus transfer the same energy tocompletely different materials..

    Die statische Druckzunahme Hpot im Laufrad erfolgt

    durch die Fliehkrfte und bei Radialrdern zustzlichdurch Verzgerung der Relativgeschwindigkeit w in

    The static increase in pressure Hpot in the impeller is

    brought about by the centrifugal forces and, with radialimpellers, also by the deceleration of the relative speed wden Laufradkanlen (vgl. Abb. 1.aund 1.b) gem (1-2):

    Eine weitere Energieerhhung trittdurch den Anstieg der Absolut-geschwindigkeit c des Mediums imLaufrad ein. (1-3)

    in the impeller channels (seeFigure 1.a and 1.b) acc. to (1-2):

    A further increase in energy occursdue to the increase in the.

    mabsolute speed c of the medium in theimpeller. (1-3)

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    Zur Umwandlung eines Teiles der hohen Geschwindig-

    keitsenergie c2 bzw. cu2 am Laufradaustritt in Druck-energie werden dem Laufrad ruhende Kanle (Leitrad,Spirale, Diffusor) nachgeordnet.

    Dabei haben die Gehuse bei Kreiselpumpen zustzlichdie Aufgabe, das aus dem Laufrad austretende Frder-medium zu sammlen und dem Druckstutzen zuzufhren.

    To convert a part of the high velocity energy c2 orcu2 at

    the impeller outlet into pressure energy, calmingchannels (stator, volute, diffuser) are arranged after theimpeller.

    Here the housings on centrifugal pumps also have thetask of collecting the pumped medium coming from theimpeller and taking it to the discharge nozzle.

    Abb. 1.bNummerisch berechneteDruck- undGeschwindigkeits-verteilung in einemRadialrad.

    Figure 1.bCaculated pressure andvelocity distribution in aradial impeller.

    .

    Abb. 1.b

    Figure 1.b

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    2.2.2 Frderhhe der AnlageDie Frderhhe der Anlage HA kann verstanden werdenals die auf die Gewichtskraft bezogene nutzbare mecha-nische Arbeit, die von der Pumpe auf die Frderflssig-

    2.2.2 Delivery head for the installationThe delivery head for the installation HA can be taken asthe useful mechanical work related to the weight, whichhas to be transferred from the pump to the pumped fluid

    keit bertragen werdenmu, um den FrderstromQ aufrecht zu erhalten.

    Sie setzt sich aus folgendenAnteilen zusammen:

    in order to maintain the

    J

    2

    I

    2

    IIIIIgeoA H

    g2

    )vv(

    g

    )pp(HH

    (2-4)

    delivery flow Q.

    It is made up of theflowing components:

    Hgeo = zII - zI Hhenunterschied zwischen Austritts-und Eintrittsquerschnitt der Anlage.

    (pII-pI)/g Manometrische Druckhhendifferenzzwischen saug- und druckseitigemFlssigkeitsspiegel der Anlage.

    (vII2-vI

    2)/2g Differenz der Geschwindigkeitshhein den Behltern (meist gegen 0).

    HJ = HJI,1 + HJ2,II Summe aller Druckverlust-hhen in der Saug- und Druckleitung. (Rohrreibungs-verluste, Verluste in Armaturen, Formstcken usw.)

    2.3 Drehzahl n

    Fr den Antrieb von Kreiselpumpen werden Drehstrom-motoren eingesetzt. Somit sind die Drehzahlen weitest-gehend durch die folgenden Synchrondrehzahlen derMotoren bei gegebener Netzfrequenz festgelegt.

    Hgeo = zII - zI Difference in head between outlet andinlet cross section of the installation.

    (pII-pI)/g Manometric difference in head betweensuction and delivery side liquid level forthe installation.

    (vII2-vI

    2)/2g Difference in the velocity head in thetanks (mostly around 0).

    HJ = HJI,1 + HJ2,II Total of all pressure loss headsin the suction and delivery lines. (Pipe friction losses,losses in valves, moulded fittings etc.)

    2.3 Speed of rotation n

    Three-phase electric motors are used to drive centrifugalpumps. With these the speeds are largely determined bythe following synchronous speeds of the motors for agiven mains frequency.

    Polzahl / No. of poles

    2-polig / 2 pole 4-polig / 4 pole 6-polig / 6 pole 8-polig / 8 poleFrequenzFrequency min-1

    50 Hz 3.000 1.500 1.000 750

    60 Hz 3.600 1.800 1.200 900

    Da die Motoren mit geringfgigem Schlupf arbeiten,weichen die tatschlichen Drehzahlen etwas von denSynchrondrehzahlen zu kleineren Werten hin ab.

    Mit Hilfe von Frequenzumformern, Getrieben oderRiementrieben sind auch andere Drehzahlen mglich.

    2.4 Leistungsbedarf P

    Der LeistungsbedarfP der Pumpe ist die an derPumpenkupplung oder an der Pumpenwelleaufgenommene mechanische Leistung in kW.

    As the motors operate with a small amount of slippage,the actual rotation speeds will differ a little from thesynchronous rotation speeds at lower values.

    With the aid of frequency converters, gearboxes or beltdrives, other rotation speeds are also possible.

    2.4 Power requirement P

    The power requirement P for the pump is the mechanicalpower in kW taken at the pump coupling or at the pumpshaft.

    Die Frderleistung Pu ist die von derPumpe auf den Frderstrom bertragenenutzbare Leistung. Dabei ist die Dichteder Frderflssigkeit.

    The delivery powerPu is the useful powertransferred from the pump to the deliveryflow. Here is the density of the pumpedfluid.

    HQgPu (2-5)

    Polzahl / No. of poles

    2-polig / 2 pole 4-polig / 4 pole 6-polig / 6 pole 8-polig / 8 poleFrequenz

    Frequency min-1

    50 Hz 3.000 1.500 1.000 750

    60 Hz 3.600 1.800 1.200 900

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    2.5 Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhltnis von Frder-leistung zu aufgewandter Leistung, dem Leistungsbedarf.

    2.5 Efficiency The efficiency describes the ratio of delivery power topower expended, the power requirement

    mit: in kg/dm3 Q in m3/hH in m P in kW in %.

    67,3P

    HQ

    with: in kg/dm3 Q in m3/hH in m P in kW in %.

    (2-6)

    Die erreichbaren Wirkungsgrade von Kreiselpumpensind stark von folgenden Faktoren abhngig:

    spezifische Drehzahl nq

    Pumpengre Frdermedium

    Pumpentyp (z.B. Vertikal- oder Horizontal-bauweise etc.)

    2.6 Spezifische Drehzahl nqDie nach der hnlichkeitsmechanik ableitbare spezifi-sche Drehzahl nq ist die Drehzahl einer geometrischhnlichen, einstufigen Kreiselpumpe mit demFrderstrom Qq = 1 m

    3/h und der Frderhhe Hq = 1 m.

    The achievable efficiency of centrifugal pumpsdepends heavily on the following factors:

    the specific rotation speed nq

    the pump size the pumped medium

    the pump type (e.g. vertical or horizontal build, etc.)

    2.6 Specific speed of rotation nq

    The specific speed of rotation nqwhich can be derived inaccordance with the law of similarity, is the speed ofrotation of a geometrically similar single stage centrifugalpump with a delivery Qq= 1 m

    3/s and a delivery headHq = 1 m

    mit: n = Drehzahl in 1/ minQopt = Frderstrom in m

    3/sHopt = Frderhhe in m

    Sie wird nur fr den Punkt des bestenWirkungsgrades berechnet.

    where n = Rotation speed in r.p.m.

    4/3opt

    opt

    qH

    Qnn

    (2-7)

    Qopt = Delivery in m3/s

    Hopt = Delivery head in mIt is only calculated for the point of thebest efficiency.

    Kreiselpumpen werden nach ihrer spezifischen Drehzahlin Gruppen eingeteilt. Man unterscheidet zwischen:

    Langsamlufer nq = 11 38 1/min (Radialrad)

    Mittellufer nq = 38 82 1/min (Francisrad)

    Schnellufer nq = 82 160 1/min (Halbaxialrad) Schnellstlufer nq = 160 500 1/min (Propellerrad)

    Centrifugal pumps are divided into groups according totheir specific speed of rotation. A distinction is madebetween Low speed pump nq = 11 - 38 r.p.m. (Radial impeller) Medium speed pump nq = 38 - 82 r.p.m.(Francis imp.)

    High speed pump nq = 82 - 160 r.p.m.(Semi-axial imp.) Ultra-high speed pump nq = 160 - 500 r.p.m.(Propeller)

    Abb. 2.a Fig 2.a

    nq

    nq

    nqnq

    nq

    nq

    nqnq

    Abb. 2.a Fig. 2.a

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    Deshalb wird die spezifische Drehzahl auch Radform-Kennzahl genannt, d.h. man kann fr jeden Einsatzfall(Q, H) unter Wahl der Drehzahl n eine bestmglicheHydraulik bzgl. Bauform und Wirkungsgrad einsetzen.

    Mit der spezifischen Drehzahl lassen sich nicht nur be-stimmte Laufradformen (Geometrien) zuordnen, sondernauch verschiedene Betriebseigenschaften wie Kenn-linienverlauf, Wirkungsgrad, Spaltverluste, Saugver-halten, hydraulische Krfte etc. ableiten.

    Mit sinkender spezifischer Drehzahl nqsteigen vor allemdie inneren Verluste (Radreibungs- und Spaltverluste).Beste Wirkungsgrade kann man deshalb nur zwischen

    nq = 40...60 1/min erreichen.

    For this reason the specific speed of rotation is alsocalled the impeller form index i.e. for each application (Q,H) it is possible to use the best possible hydraulics orbuild form by selecting the speed of rotation n.

    The specific speed of rotation not only allows specificbuild forms (geometries) to be assigned, but alsodifferent operating properties such as characteristiccurve shape, efficiency, tip clearance losses, suctioncharacteristics and hydraulic forces etc.

    As the specific speed of rotation nq falls, the internallosses (impeller friction losses and tip clearance losses)especially will rise. The best efficiencies can thus only be

    achieved between nq = 40 and 60 r.p.m.

    Fig 2.bAbb. 2.b

    Entsprechend der spezifischen Drehzahl ndert sichauch die Form der Pumpenkennlinie, d.h. der QH-Verlaufgeht von flachen Kennlinien (kleines nq = Radialrder) insehr steile QH-Verlufe (groes nq = Propeller) ber.

    2.7 Pumpenkennlinie

    Eine Kreiselpumpe liefert bei konstanter Drehzahl einenvernderlichen, mit abnehmender Frderhhe H zuneh-

    menden Frderstrom Q.Desweiteren hngen vom Frderstrom Q der Leistungs-bedarfP, der Wirkungsgrad und derNPSHR-Wert ab.Dies wird in der sog. Pumpenkennlinie dargestellt.

    Hierbei ist festzuhalten, da eine Kreiselpumpe vorzugs-weise bei Qopt betrieben werden sollte. Die Grnde hier-fr liegen beim Wirkungsgradverlauf, dem Anstieg desNPSHR-Wertes bei Teil- und berlast (q < 1 bzw. q > 1),dem Anstieg der Radialkrfte (vgl. Kapitel 6.1) und denungnstigen Stmungsverhltnissen im Laufrad bei Teil-lastbetrieb (Stichwort: Teillastrezirkulation). Deshalbsollte ein Mindestfrderstrom von Qmin > 0,5 Qoptgrundstzlich eingehalten werden.

    Stetig steigende QH-Kurven (Scheitel der Kurve beiQ = 0) bezeichnet man als stabil, d.h. zu jeder Frder-hhe H gehrt nur ein Frderstrom Q.In der Regel beziehen sich die Pumpenkennlinien immerauf die Dichte und die kinematische Viskositt vonWasser bei 20C, wenn nichts anderes angegeben wird.

    The shape of the pump characteristic curve will alsochange in line with the specific speed of rotation, i.e. theQH slope will change from a flat curve (small nq = radialimpellers) to a very steep QH slope (large nq =propellers).

    2.7 Pump characteristic curve

    At a constant speed of rotation a centrifugal pump willdeliver a variable delivery flow Q, which increases as the

    delivery head H decreases.Furthermore the power requirement P, the efficiency and the NPSHR value also depend on the deliveryflow Q.This is shown in the so-called pump characteristic curve.Here it must be noted that a centrifugal pump should pre-ferably be run at Qopt. The reasons for this lie in the efficien-cy slope, the rise in the NPSHR value with partial loadingand overloading (q < 1 or q > 1), the rise in the radial forces(see section 6.1) and the unfavourable flow characteristics inthe impeller when operating under par-tial loading (Keyword:partial load recirculation.). For this reason a minimumdelivery flow of Q min > 0.5 Qopt should be maintained in

    principle.Constantly rising QH curves (peak of the curve at Q = 0)are described as stable, i.e. for each delivery head Hthere is only one delivery flow Q.

    As a rule the pump characteristic curves always refer tothe density and the kinematic viscosity of water at20 C, if nothing else is stated.

    Abb. 2.b Fig 2.b

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    Leistungsdaten bezogen auf / Performance data refer to / Courbes valables pour de :

    Angebots-Nr./ Offer.No./ Offre-No.: Positions-N. / Item-No./ Ref.-No.:

    Lagertrger:

    Bearing bracket:

    Corps de palier:

    Drehzahl / Speed / Vitesse de rotation

    n =

    Laufrad:

    Impeller:

    Turbine:

    Drehrichtung:

    Rotation:Sens de rotation:

    Austrittsbreite:

    Vane tip width:

    Largeur canaux:

    Max.

    Min.

    265 mm

    200 mm

    1450 1/min

    Saugstutzen:

    Suction nozzle:Aspiration:

    Druckstutzen:

    Disch. nozzle:

    Refulement:

    Max. Antriebsleistung Welle:

    Max. power shaft:

    Puiss. max. arbre:

    Frderhhe

    Wellenleistung P2

    NPSH-Werte

    Wirkungsgrad

    Zulaufaufnahme

    235

    64,9%

    200

    57,9%

    265

    70,1%Hydr.Wirk.

    50%

    50%

    68%

    59%65%

    200

    265

    200 265

    200265

    200265

    3456789

    101112131415

    16171819202122232425

    [m]

    5

    10

    15

    [kW]

    3

    4

    5

    [m]

    20

    40

    60

    [%]

    8

    [m]

    0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 [m/h]

    3.26.3292-1186

    3

    Unknown

    32 mm

    RNSi 125/250 B

    DN 150geschlossen / closed cw

    Q min.-Abweichung/deviation/dviation:

    Wasser, rein [100%]; 20C; 0,998kg/dm; 1mm/s

    kW

    Erstellt:

    Geprft:

    Datum:

    Datum:

    22.08.2007

    Laufrad-Zeichnung:

    Impeller drawing:

    Turbine dessin:

    65,5

    1.078024; 78151

    Kunde / Customer / Client:

    Feststoffe bis max.:Dim. of solids max.:Dim. de solides max.:

    Schaufelanzahl:

    No. of blades:No. d'aubes:

    29 mm

    Fderwert- und Wirkungsgradgarantie nach ISO 9906, Klasse 2.Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to ISO 9906, grade 2.Garantie du dbit et rendement suivant ISO 9906, classe 2.

    DN 125

    Kennlinien / Characteristic Curves / CourbesTyp / Type :

    Bemerkungen/remarks/remarques: Q :

    H :

    0 m/h

    0 m

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    2.8 Anlagenkennlinie (Rohrleitungskennlinie)Die Anlagenfrderhhe HA wird durch einen statischenAnteil, bestehend aus Hgeo und der Druckhhendifferenzund einem dynamischen Anteil, bestehend aus denGeschwindigkeitshhen und den Verlusten HJ gebildet(vgl. Gleichung (2-4).

    2.8 Installation characteristic curve(piping characteristic curve)The installation delivery head HA is made up of a staticcomponent, consisting ofHgeo and the pressure headdifferential, and a dynamic component, consisting of thevelocity heads and the losses HJ, (see equation (4-1)

    Da sich die Verlust-hhe HJ im Quadratmit der Durchflu-geschwindigkeit vund damit demFrderstrom Q in

    der Rohrleitungndert (vgl. Glei-chung (4-1) und(4-5), ergibt sicheine parabelfrmigeAnlagenkennlinie.

    As the head loss HJchanges quadrati-cally with the velocityof flow v and thusthe delivery flow Q inthe piping (see

    equation (4-1) and(4-5) this gives aparaboliccharacteristic curvefor the installation..

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 50 100 150 200 250Q (m3/h)

    H(m)

    Anlagenkennlinie

    Hd n = HJ + (vII2-vI

    2)/2g

    Hstat = Hgeo + (pII-pI)/g Fig 2.cAbb. 2.c

    2.9 BetriebspunktDer Betriebspunkt der Kreiselpumpe stellt sichselbstndig als Schnittpunkt der Pumpenkennliniemit der Anlagenkennlinie ein.

    Eine nderung dieses Betriebspunktes ist nur durchnderung der Drehzahl n oder des Laufraddurch-messers (vgl. Kapitel 5.2 + 5.3) oder durch Verndern

    2.9 Operating point

    The operating point of a centrifugal pump willautomatically be at the point of intersection of the pumpcurve and the installation curve.

    It is only possible to change this operating point byaltering the speed of rotation n or the diameter of theimpeller (see section 5. 2 + 5.3) or by changing the

    der Anlagenkenn-linie mglich (z.B.Erhhung derDruckverlustedurch druckseitigeDrosselung miteinem Schieber).

    characteristiccurve for theinstallation (e.g.increasing thepressure lossesby throttling with agate valve on thedelivery side).

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 50 100 150 200 250Q (m 3/h)

    H(m)

    Anlagenkennlinie

    Pumpenkennlinie

    Pumpennderung

    Anlagen-

    nderung

    Abb. 2.d Fig 2.d

    Abb. 2.c Fig 2.c

    Fig 2.dAbb. 2.d

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    3. Saug- und Zulaufverhltnisse3. Suction and Inflow Characteristics

    3.1 KavitationUnter Kavitation versteht man allgemein die Ausbildungrtlicher dampfgefllter Hohlrume (Dampfblasen) imInnern einer strmenden Flssigkeit, wenn der statischeAbsolutdruck den temperatur- und flssigkeitsabhn-gigen Dampfdruck gerade erreicht oder unterschreitet.

    Dieser kritische Ort niederen Druckes stellt bei einerKreiselpumpe der saugseitige Pumpeneintritt dar. Diedort entstandenen Dampfblasen werden von der Str-mung mitgerissen und fallen an Orten hheren Druckes(grer als der Dampfdruck) im Innern der Pumpewieder schlagartig zusammen (Blasenimplosion).

    Der dadurch entstehende Micro-Flssigkeitsstrahl richtetsich mit sehr hoher Geschwindigkeit und hohem Druck(bis zu 20.000 bar) auf die umgebenden Bauteilober-flchen.Deshalb mu fr einen strungsfreien Betrieb die Druck-hhe am Laufradeintritt mindestens ber der Dampf-druckhhe der Frderflssigkeit liegen (Nettoenergie-hhe). Dies wird durch den NPSH-Wert ausgedrckt.

    Welche Schden knnen durch Kavitation auftreten ?An Kreiselpumpen sind vor allem folgende schdlicheWirkungen und Ausmae der Kavitation zu beobachten,die sich aber auch stark auf die Anlage auswirken

    knnen: Vernderung der Pumpenkennlinie und damit desBetriebspunktes (bis zur vlligen Unterbrechung desFrderstromes).

    starke Zunahme von Schwingungen (Krperschall)und Geruschen.

    Zerstrung der Bauteile (insbesondere Laufrder) derPumpe infolge der Blasenimplosion.

    Die Wirkung und Folgen von Kavitation hngen alsostark von der Pumpe selbst (Pumpengeometrie), aberauch von den Eigenschaften des Fluids (Temperatur,Dampfdruck), sowie von den saugseitigen Anlagen-bedingungen (Saug- oder Zulaufhhe, Behltervolumenund -innendruck, Gestaltung der Saugleitung) ab.

    Letztere knnen sich entscheidend auf die Strmungs-verhltnisse am Pumpeneintritt positiv (z.B. hherer sta-tischer Druck durch Zulauf) oder negativ (z.B. hoherDruckverlust in der Saugleitung durch zu enge Leitungs-querschnitte) auswirken und damit das Kavitationsver-halten der Pumpe stark beeinflussen.

    3.2 NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR)

    Ein strungsfreier Betrieb von Kreiselpumpen ist nurohne Kavitation (Dampfbildung) innerhalb der Pumpemglich.

    NPSHR ist der von der Pumpe bentigte Wert in m, umKavitation auf ein unschdliches Minimum zu reduzieren.

    3.1 CavitationBy cavitation we generally mean the formation of localvapour filled cavities (vapour bubbles) in the flowingpumped medium when the static absolute pressuredrops to or below the vapour pressure applicable to thetemperature and the fluid.

    The place most prone to low pressure in a centrifugalpump is the suction side entry to the pump. The vapourbubbles occurring there are taken along by the flow andsuddenly collapse again (bubble implosion) at points ofhigher pressure (higher than the vapour pressure) insidethe pump.

    The micro jet of liquid caused by this is directed at a veryhigh velocity and a high pressure (up to 20,000 bar) ontothe surface of adjacent components

    Thus for trouble-free operation the pressure head at theinlet to the impeller must at least be higher than thevapour pressure for the fluid (net energy head). This isexpressed by the NPSH value.

    What damage can occur due to cavitation ?The following harmful effects and extent of cavitation aremainly to be observed on centrifugal pumps but they canalso have a very severe effect on the installation:

    Change to the pump characteristic curve and thus tothe operating point (right up to complete breakdown ofthe delivery flow).

    A great increase in vibrations (structure-borne sound)and noises.

    Destruction of the components (particularly impellers)of the pump as a result of a bubble implosion.

    The effect and consequences of cavitation are thus veryheavily dependent on the pump itself (pump geometry)but also on the properties of the fluid (temperature,vapour pressure), and also on the suction side conditions

    in the installation (suction or inflow head, tank volumeand internal tank pressure, design of the suction line).

    The latter can have a decisive effect on the flowcharacteristics at the pump inlet either positively (e.g.higher static pressure due to inflow) or negatively (e.g.higher pressure loss in the suction line due to narrowpiping cross-sections), and thus heavily influence thecavitation characteristics of the pump.

    3.2 NPSH value for the pump (NPSHR)

    Trouble-free operation of centrifugal pumps is onlypossible when there is no cavitation (formation of vapour)within the pump.

    NPSHR is the value in m required by the pump in orderto reduce cavitation to a harmless minimum.

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    Der NPSHR ist hauptschlich abhngig von: Laufradform, speziell der Eintrittsbereich.

    Volumenstrom.

    Drehzahl.

    Der NPSHR-Wert kann im Berechnungs- bzw. Konstruk-tionsstadium nur berschlgig abgeschtzt und erstspter auf dem Prfstand als Funktion NPSHR = f(Q)ermittelt werden (meist mit 3%-Frderhhenabfall alsKriterium).

    The NPSHR is mainly dependent on: Impeller shape, especially the inlet area

    Volumetric flow

    Speed of rotation.

    The NPSHR value can only be roughly estimated at thecalculation or design stage and only later determined onthe test rig as the function, NPSHR = f(Q), (usually with a3% drop in the delivery head as the criterion).

    Der NPSHR wird dann bei defi-niertem Q durch Messen von p1und berechnen der Geschwindig-

    keitshhe im Saugstutzen derPumpe wie folgt ermittelt:

    The NPSHR is then determinedfor a defined Q by measuring p1and calculating the velocity head

    in the suction nozzle of the pumpas follows:g2

    v

    g

    )ppp(NPSHR

    2

    1vamb1

    (3-1)

    Fr spezielle Flle ist es mglich, durch den Einbaueines Inducers vor das Laufrad den erforderlichenNPSHR-Wert der Pumpe zu reduzieren.Der Inducer arbeitet whrend des Betriebes im Prinzipwie eine Vorpumpe und erhht den Druck am Laufrad-eintritt. Er wird auf der Pumpenwelle direkt vor demLaufrad montiert.

    Inducerpumpen knnen den NPSHR-Wert um ca.25-50% des Ursprungwertes reduzieren und sind in derLage, Medien mit gelsten Gasanteilen zu frdern.

    Der Inducer verbessert den NPSHR ber einen sehrweiten Kennlinienbereich, der von 20-90% von Qoptreicht.Inducer sind nur sinnvoll einsetzbar bei Radialpumpen,d.h. bei einer spezifischen Drehzahl von nq 38 1/min.

    For special cases it is possible to reduce the NPSHRvalue required for the pump by installing an inducer infront of the impeller.During operation the inducer works in principle as abacking pump and increases the pressure at the impellerinlet. It is mounted on the pump shaft directly in front ofthe impeller.

    Inducer pumps can reduce the NPSHR value by around20 - 50% of the original figure and are able to pumpmedia with dissolved gas components.

    The inducer improves the NPSHR across a very widearea of the characteristic curve, which stretches from 20to 90% ofQopt.Inducers are only sensible for use on radial pumps i.e. ata specific speed of nq < 38 r.p.m..

    3.3 NPSH-Wert der Anlage (NPSHA)

    Bei der rechnerischen Ermittlung des NPSHA-Wertes ist

    das Bezugsniveau die Mitte des Saugstutzens derPumpe (vgl. Abb. B.1, B.2, B.3).

    3.3 NPSH value for the installation (NPSHA)

    When determining the NPSHA value by calculation the

    reference level is the centre of the suction nozzle on thepump (see fig. B.1, B.2, B.3)..Er wird berechnet nachder Gleichung:

    It is calculated in accor-dance with the equation:

    1,

    2

    2

    )(JII

    IvambI Hzg

    v

    g

    pppNPSHA

    (3-2)

    Abb. 3.aFig. 3.a

    Abb. 3.bFig. 3.bAbb. 3.bFig. 3.b

    Abb. 3.aFig. 3.a

    (3-2)

    (3-1)

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

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    In der Praxis kann die Geschwindigkeit im Saugbehlter

    vI meist vernachlssigt werden. Fr den Saugbetrieb,d.h. Pumpe steht ber dem Flssigkeitsspiegel, ist zInegativ, also mit Minuszeichen in obige Gleichungeinzusetzen.

    Als Bedingung fr kavitationsfreien Betrieb gilt:

    NPSHA > NPSHR.

    Aus Sicherheitsgrnden sollte immer ein Abstand von0,5 m kalkuliert werden, d.h.

    NPSHA NPSHR + 0,5 m.Bei der folgenden Abbildung sind nochmals die

    verschiedenen Werte von pIund zIgegenbergestellt.

    In practice the velocity in the suction containerv1 canusually be neglected. For suction operation, i.e. thepump is above the fluid level, z1 is negative and shouldthus be used with a negative sign in the equation above.

    The condition for cavitation-free operation is:

    NPSHA > NPSHR.

    On grounds of safety a distance of 0.5 m should alwaysbe calculated in i.e.

    NPSHA NPSHR + 0,5 m.The different values ofp1 and z1 are once againcompared in the following illustrations.

    Pumpe frdert aus offenem Saugbehlter

    Pump delivering from an open suction container

    Pumpe frdert aus offenem Zulaufbehlter

    Pump delivering from an open inflow container

    Pumpe frdert aus geschlossenem Saugbehlter

    Pump delivering from a closed suction container

    Pumpe frdert aus geschlossenem Zulaufbehlter

    Pump delivering from a closed inflow container

    Abbb.3.3Berechnung vonNPSHA

    Beispiel:Daten der Anlage

    Figure 3.3Calculation ofNPSHA

    Example:

    data for theinstallation.

    pamb = 1,0 bar= 105 Pa

    pI = 0,3 bar= 0,3105 Pa

    pv = 0,21 bar= 0,21105 Pa

    = 1,4 kg/dm3

    = 1400 kg/m3zI = -4,0 mvI = 0

    HJI,1 = 0,5 m

    Die Pumpe frdert auseinem geschlossenenSaugbehlter (Abb. 3.3c). Daraus ergibt sichmit Gleichung (3-2):

    The pump is deliveringfrom a closed suctioncontainer (see Figure3.3c). From this withequation (3 - 2) we get:

    Aus der Formel fr NPSHA kann man auch mit der Min-destbedingung fr kavitationsfreien Betrieb, also

    NPSHA = NPSHR

    From the formula for NPSHA, with the minimumcondition for cavitation free operation, i.e.

    NPSHA = NPSHR

    .m44,35,00,4081,91400

    10)21,013,0(NPSHA

    5

    pI = 0 , zI < 0 pI = 0 , zI > 0

    pI 0 , zI < 0 pI 0 , zI > 0

    Abb. 3.c Abb. 3.d

    Abb. 3.fAbb. 3.e

    Berechnungsbeispielvon NPSHA gem.Abb. 3.e

    Daten der Anlage:

    Example for calculationof NPSHA acc.to Fig. 3.e

    Data for the

    installation:

    NPSHA NPSHR + 0,5 m.Bei den folgenden Abbildungen sind nochmals die ver-schiedenen Werte von pI und zI gegenbergestellt.

    Mit den angenomme-nen Werten ergibt sichmit Gleichung (3-2)folgender NPSHA-Wert:

    durch Umformen eine Glei-chung fr die maximaleSaughhe zI beim Saug-betrieb (vgl. Bild B.1) wiefolgt aufstellen:

    it is also possible, by con-verting, to set up an equationfor the maximum suction he-ad zI for suction operation(see picture B.1), as follows:

    Assuming the upstairsstanding installationvalues the result of theNPSHA-value will be(equation (3 - 2)):

    -NPSHR - HJl,1+(pl + pamb -pv)

    gvl2

    2 gzl = (3-3)

    pamb = 1,0 bar= 105 Pa

    pI = 0,3 bar= 0,3 105 Pa

    pv = 0,21 bar= 0,21 105 Pa

    = 1,4 kg/dm3

    = 1400 kg/m3

    zI = -4,0 mvI = 0HJI,1 = 0,5 m

    Abb. 3.e

    Abb. 3.c Abb. 3.d

    Abb. 3.f

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    Fr das vorherige Beispiel wrde sich eine maximale

    Saughhe zI der Pumpe mit einem NPSHR = 2 m von

    zI = 7,94 + 0 - 2 - 0,5 m = 5,44 m ergeben.

    For the previous example a maximum suction head zI for

    the pump with an NPSHR = 2 m would come from

    zI = 7.94 + 0 - 2 0.5 m = 5.44 m.

    Dementsprechend kannebenfalls durch Umformeneine Gleichung fr die not-wendige Zulaufhhe zI(vgl.Bild B. 2) aufgestellt werden

    Correspondingly it is alsopossible by converting toset up an equation for therequired inflow head z1g2g

    HNPSHRz 1,JII

    v)ppp(

    2

    IvambI

    (3-4)

    (see picture page B.2).

    3.4 Zulaufhhe - hydrodynamischeEntlastung

    Bei der rechnerischen Ermittlung der Zulaufhhe Z amLaufradeintritt ist das Bezugsniveau ebenfalls die Mitte

    3.4 Inflow head - hydrodynamic relief

    When determining the inflow head Z by calculation thereference level is again the centre of the suction nozzle

    des Saugstutzens der Pumpe. Siewird berechnet nach der Gleichung:

    Die Zulaufhhe Z wird im Betrieb vonder hydrodynamischen Entlastung(Entlastungsrad) aufgenommen, soda die Pumpe dicht ist.

    on the pump. It is calculated inaccordance with the equation:

    1,

    2

    2JI

    II

    I Hg

    vz

    g

    pZ

    In operation the inflow head Z istaken by the hydrodynamic relief(auxiliary impeller) so that the pumpis sealed..

    (3-5)

    Das Entlastungsrad bildet hierbei einen stehenden Fls-sigkeitsring aus, der ein Lufteindringen atmosphren-seitig und eine Leckage pumpenseitig verhindert.

    To do this the auxiliary impeller forms a stationary fluidring, which prevents the ingress of air from theatmosphere and leakage from the pump.

    Der Flssigkeitsring

    wandert je nach Zu-laufhhe zwischenden Durchmesserndes Entlastungsrades.

    Ein Betrieb mit hydro-dynamischer Wellen-abdichtung ist bei Ra-dialpumpen nur mitLaufrdern mitRckenschaufelnmglich.

    Die Rckenschaufeln

    bauen in etwa dendurch das Laufraderzeugten Druck ab,so da lediglich die

    Depending on the in-

    flow head the fluidring will fluctuate bet-ween the diameters ofthe auxiliary impeller.

    Operation withhydrodynamic shaftsealing is only pos-sible on radial pumpshaving impellers withback vanes.

    The back vanes re-duce the pressure

    generated by the im-peller a little so thatonly the inflow head ispresent at the.

    Zulaufhhe am Entlastungsrad ansteht. auxiliary impeller.

    Beispiel: Daten der Anlage (Abb.B2)

    pI = 0,3 bar = 0,3 105

    Pa

    = 1,4 kg/dm3

    zI = +4,0 mvI = 0 HJI,1 = 0,5 m

    Mit Gleichung (3-5) wird Z zu:

    Example: data for the installation.

    .7,55,00,481,91400

    103,05

    mZ

    pI = 0.3 bar = 0.3 10

    5Pa

    = 1.4 kg/dm3

    zI = +4.0 mvI = 0 HJI,1 = 0.5 m

    With equation (3 - 5) Zwill be:Bei der Festlegung des Wellendurchtritts ist eine Zulauf-hhe von Z = 5,7 m zu bercksichtigen, die das Entlas-tungsrad der hydrodynamischen Wellenabdichtungaufnehmen mu.Die aufnehmbare Zulaufhhe ist fr Pumpen mit hydro-dynamischer Wellenabdichtung in den Kennlinien alsFunktion Z = f(Q) aufgetragen (siehe KennlinieKapitel 2.7).

    When specifying the shaft gland, an inflow head of Z =5.7 m must be allowed for, which the auxiliary impeller ofthe hydrodynamic shaft sealing must take up.

    The inflow head which can be taken is entered in thecharacteristic curves for pumps with hydrodynamic shaftsealing as Function Z = f (Q). (see characteristic curvesection 2.7).

    19

    Abb. 3.gFig. 3.g

    (3-4)

    (3-5)

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    20/3620

    4. Druckhhenverlust4. Pressure Head Loss

    4.1 Druckhhenverlust in geradenRohrleitungen

    Der Druckhhenverlust HJ ensteht durch die innereReibung in Rohrleitungen, wenn Flssigkeit mit einembestimmten Frderstrom Q durch das Rohr fliet.

    4.1 Pressure head loss in straight piping

    The pressure head loss HJ occurs due to the internalfriction in piping when fluid flows through the pipe at aspecific delivery flow Q.

    Fr gerade Rohrleitungen mit Kreis-querschnitt gilt die Beziehung (4-1):Hierbei ist v die Strmungsgeschwin-digkeit der Flssigkeit in der Rohr-leitung bei dem Frderstrom Q.L und D sind Rohrlnge und

    Rohrdurchmesser.

    For straight pipes with a circular crosssection the following relationship applies(4-1): where v is the velocity of flow inthe pipe at delivery flow rate Q.g2

    v

    D

    LH

    2

    J

    (4-1)L and D are the pipe length anddiameter.

    ist der sog. Rohrreibungsbeiwert, der inAbhngigkeit von der dimensionslosenReynolds-Zahl Re berechnet wird (4-2).

    ist die kinematische Viskositt desFrdermediums in m2/s bei gegebenerTemperatur.

    Fr neue, glatte Stahlrohre kann rechnerisch wie folgt ermittelt werden:

    Fr laminare Rohrstrmung(Re < 2320) gilt (4-3):

    Dv

    Re(4-2)

    is the coefficient of friction for the pipe,which is calculated using the dimensionlessReynolds NumberRe. (4-2)

    is the kinematic viscosity of the pumpedmedium in m2/s at a given temperature..

    Re

    64

    (4-3)

    For new smooth walled steel pipes can bedetermined by calculation as follows:

    For laminar flow in pipes (Re < 2320) thefollowing applies:

    Bei turbulenter Rohrstrmung(Re > 2320) kannder Rohrreibungs-beiwert nherungsweise mit der empiri-schen Gleichung nach Eck (4-4)bestimmt werden.

    In technischen Anlagen mit Kreisel-pumpen ist die turbulente Rohrstrmungder Regelfall (Re > 104).

    For turbulent flow in pipes (Re > 2320)an approximation of the coefficient offriction for the pipe can be determinedwith the empirical equation by Eck (4-4).

    2

    7

    Relog

    309,0

    (4-4)

    In technical installations with centrifugalpumps turbulent flow in pipes is the norm(Re > 104).

    4.2 Druckhhenverlust in Armaturen undFormstcken

    4.2 Pressure head loss in valves andmoulded fittings

    Fr den Druckhhenverlust HJ in Form-stcken und Armaturen gilt der allgemeineAnsatz: ist der sog. Verlustbeiwert, der inAbhngigkeit der jeweiligen Armatur oderdes Formstckes berechnet wird.

    For the pressure head loss in valves andmoulded fittings the general statementbelow applies:

    g2

    vH

    2

    J

    (4-5) is the so-called coefficient of loss, whichis calculated as a function of the particularvalve or moulded fitting.

    Fr die Bestimmung der Verlustbeiwerte gibt es zahl-reiche Tabellen und Spezialliteratur.Auf den Seiten 21 und 22 sind einige Beispiele gngigerArmaturen und Formstcke mit jeweiligen -Wertenaufgelistet.

    There are numerous tables and specialist literature fordetermining the coefficient of loss Page 21 and 22 list several examples of popular valvesand moulded fittings with the applicable values.

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    21/3621

    Widerstandswerte von Formstcken Resistance coefficients of moulded fittings

    D (mm) = 50 100 200 300 500

    0,26 0,23 0,21 0,19 0,18

    Krmmer / Bends

    90 -Krmmer R = 2 bis 4 x D90 bend R = 2 to 4 x D:

    Betrgt der Ablenkungswinkel nur: / If the angle of deflection is only 60 45 30 15

    multipliziert man diese -Werte mit: / this value is multiplied by 0,85 0,7 0,45 0,3

    Der -Wert des einfachen 90-Krmmers wird durch diesen Zusam-menbau verdoppelt, verdreifacht oder vervierfacht (gilt fr beideKrmmer zusammen):

    The value for a single bend is doubled, trepled or quadrupled whenput together like this (applies to the two elbows together)

    verdoppeltdoubled

    verdreifachttrebled

    vervierfachtquadrupled

    Kniestcke / ElbowsAblenkungswinkel / Angle of deflection = 90 60 45 30 15

    1,3 0,7 0,35 0,2 0,1

    Dehnungsausgleicher / Expansion compensators

    Wellrohrausgleicherohne / mit Leitrohr

    Corrugated tube compensatorwithout / with conduit tube

    0,3 / 2,0

    Glattrohr-Lyrabogen

    Smooth walled tube

    hoseshoe bend

    0,6 0,8

    Faltenrohr-Lyrabogen

    Flexible tubehoseshoe bend

    1,3 1,6

    Wellrohr-Lyrabogen

    Corrugated tubehoseshoe bend

    3,2 4,0

    Einlaufstcke / Intake pieces

    -Werte sindbezogen auf dieGeschwindigkeit imanschlieenden Rohr

    values are relatedto the velocity in theconnecting pipe

    Einlaufkante fr = 75 60 45 Intake edge

    scharf 0,5 0,6 0,7 0,8 3 - - sharp

    gebrochen 0,25 0,4 0,5 0,6 0,55 0,20 0,05 broken

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    22/3622

    Widerstandswerte von Formstcken Resistance coefficients of moulded fittings

    Abzweigstcke (Abzweig mit gleicher Lichtweite)Die Widerstands beiwerte a fr den Abzweigstrom Qa bzw.Qd fr den durchflieenden Strom Q - Qa beziehen sich aufdie Stutzengeschwindigkeit des Gesamtstromes Q

    Branches (Branch with the same bore)The resistance coefficients a for the branch flow Qa orQdfor the through-flow Q - Qa refer to the nozzle speed of thewhole flow Q

    Querschnittsbergnge - Werte sind bezogen auf die Geschwindigkeit v1

    Changes of cross section values are related to the velocity v1

    Qa / Q = 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 d / D = 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

    ad

    - 0,400,17

    0,080,30

    0,470,41

    0,720,51

    0,91- 0,56 0,40 0,26 0,14 0,04

    ad

    0,88- 0,08

    0,89- 0,05

    0,950,07

    1,100,21

    1,28-

    fr = 8 fr = 15 fr = 20

    0,080,160,23

    0,050,110,16

    0,030,080,11

    0,020,040,07

    0,010,020,03

    ad

    - 0,380,17

    0,000,19

    0,220,09

    0,37- 0,17

    0,37-

    5,8 2,6 1,0 0,4 0,2

    ad

    0,68- 0,06

    0,50- 0,04

    0,380,07

    0,350,20

    0,48-

    fr = 8 fr = 20

    0,540,21

    0,230,10

    0,120,04

    0,050,02

    0,010,01

    Widerstandsbeiwerte von Armaturen Resistance coefficients of valves

    SenkrechtspindelventilVertical spindle valve = 3,8 4,0

    EckventilCorner valve = 2,8 3,0

    SchrgspindelventilInclined spindle valve = 1,3 1,6

    Schieber ohne Einschnrung(voll geffnet)Gate valve with no constriction(fully opened) = 0,2

    RckschlagventilNon-return valve = 2,5 3,0

    Saugkrbe mit Fuventil(ohne Abbildung)Suction cages with foot valve(no picture) = 2,2 2,5

    Abzweigstcke (Abzweig mit gleicher Lichtweite)

    Die Widerstandsbeiwerte a fr den Abzweigstrom Qa bzw.Qd fr den durchflieenden Strom Q - Qa beziehen sich aufdie Stutzengeschwindigkeit des Gesamtstromes Q

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    23/3623

    Beispiel:

    Es soll der gesamte Druckhhenverlust HJ der folgen-den Anlage bei der Frderung einer Magnesiumhydroxid-

    suspension Mg(OH)2 bei T = 60C berechnet werden.

    Daten der Anlage

    Rohrleitungen DN 100Frderstrom Q = 80 m3/hDichte Frdermedium = 1,2 kg/dm3

    kinematische Viskositt = 25 10-6 m2/s

    Example

    The total pressure head loss HJ is to be calculated forthe following installation pumping a magnesium

    hydroxide suspension Mg(OH)2 at T = 60C.

    Data for the installation

    Piping DN 100Delivery Q = 80 m3/hDensity of pumped medium = 1.2 kg/dm3

    Kinematic viscosity = 25 10-6 m2/sGate valve fully opened

    Abb. 4.aFig. 4.a

    Die Strmungsgeschwindigkeit v in der Rohrleitung unddie dazugehrige Geschwindigkeitshhe wird zu:

    v = Q/A = 0,022/0,00785 m/s = 2,83 m/s.

    v

    2

    /2 g = 0,41 m.Bestimmung der -Werte:Einlauf im Saugbehlter (Tafel 1) = 0,55Schieber ohne Einschnrung (Tafel 2) = 0,2Auslauf in Druckbehlter = 1(Carnot-Verlust Strmungslehre)2 Einfachkrmmer DN 100 (Tafel 1) = 2 0,23 = 0,461 Doppelkrmmer DN 100 (Tafel 1) = 4 0,23 = 0,921 Rohrerweiterung (Tafel 1) = 0,1(DN 65 auf DN 100 mit 15)

    Verluste in der Rohrleitung:Rohrgesamtlnge: L = 4 + 3 + 2 1,5 + 1 m = 11 m.

    Reynolds-Zahl: Re = 2,83 0,1/25 10-6 = 11320 > 2320Rohrreibungsbeiwert: = 0,03 (turbulent) L/D = 3,3.

    The velocity of flow v in the piping and the applicablevelocity head becomes:

    v = Q/A = 0,022/0,00785 m/s = 2,83 m/s.

    v

    2

    /2 g = 0,41 m.Determination of the values:Intake in the suction container (Diagram 1) = 0.55Gate valve with no constriction (Diagram 2) = 0.2Outlet into pressure tank = 1(Carnot Loss Fluid Mechanics)2 single bends DN 100 (Diagram 1) = 2 0,23 = 0,461 double bend DN 100 (Diagram 1) = 4 0,23 = 0,921 pipe enlargement (Diagram 1) = 0,1(DN 65 to DN 100 at 15)

    Losses in the piping:Overall pipe length: = 11 m.

    Reynolds Number:Pipe coefficient of friction: = 0,03 (turbulent flow).

    Damit ergeben sichdie Druckhhenver-luste in der Anlage beiQ = 80 m3/h zu:

    This gives pressurehead losses in theinstallation for

    HJ = (0,55+0,2+1+0,46+0,92+0,1+3,3)0,41 m = 2,7 m.

    Q = 80 m3/h of:

    Die Strmungsgeschwindigkeit v in der Rohrleitung unddie dazugehrige Geschwindigkeitshhe wird zu:

    v = Q/A = 0,022/0,00785 m/s = 2,83 m/s.v2/2 g = 0,41 m.

    Bestimmung der-Werte:Einlauf im Saugbehlter = 0,55Schieber ohne Einschnrung = 0,2Auslauf in Druckbehlter = 1(Carnot-Verlust Strmungslehre)2 Einfachkrmmer DN 100 = 2 0,23 = 0,461 Doppelkrmmer DN 100 = 4 0,23 = 0,921 Rohrerweiterung = 0,1(DN 65 auf DN 100 mit 15)

    Verluste in der Rohrleitung:Rohrgesamtlnge: L = 4 + 3 + 2 1,5 + 1 m = 11 m.Reynolds-Zahl: Re = 2,83 0,1/25 10-6 = 11320 > 2320Rohrreibungsbeiwert: = 0,03 (turbulent)

    L/D = 3,3.

    The velocity of flow v in the piping and the applicablevelocity head becomes:

    v = Q/A = 0.022/0.00785 m/s = 2.83 m/s.v2/2 g = 0.41 m.

    Determination of the z values:Intake in the suction container = 0.55Gate valve with no constriction = 0.2Outlet into pressure tank = 1(Carnot Loss Fluid Mechanics)2 single bends DN 100 = 2 0.23 = 0.461 double bend DN 100 = 4 0.23 = 0.921 pipe enlargement = 0.1(DN 65 to DN 100 at 15)

    Losses in the piping:Overall pipe length: L = 4 + 3 + 2 1.5 + 1 m = 11 m.Reynolds Number: Re = 2.83 0.1/25 10-6 = 11320 > 2320Pipe coefficient of friction: = 0.03 (turbulent)

    L/D = 3.3.

    Abb. 4.aFig. 4.a

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    24/3624

    5. Auslegung und Regelung5. Hydraulic Layout and Regulation

    5.1 Auswahl der PumpengreGrundstzlich ist bei der Auswahl darauf zu achten, dader Betriebspunkt, in dem die Pumpe betrieben wird, inder Nhe von Qopt liegen sollte (vgl. Kapitel 2.7).Fr die in Kapitel 4 gezeigte Anlage soll nun eineChemienormpumpe vom Typ RN ausgelegt werden.

    Die Anlagenfrderhhe ergibt sich aufgrund der Verluste,der Druckhhendifferenz und der geodtischen Hhen-differenz nach Gleichung (2-4) zu HA= 45 m.

    Somit wrde sichaus Grndender Wirtschaftlichkeitdie Baugre RN 65/200 mit einer Drehzahl vonn = 2900 1/min fr diesen Einsatzfall eignen.

    RHD

    II 2900geschlossen weitclosed wide 100ferme large

    65

    1.121897.01

    Kennlinien/Characteristic Curves/Courbes

    Typ / Type:

    RN 65/200

    A ngebots-N r. / O ffer.No. / Offre-N o. : Positions-Nr. / Item -N o. / Ref.-No. : Lagertrger/B earing Drehzahl / Speed/ Vitesse de rotation

    bracket/Corp de paliern = m n

    -

    Laufrad: Austrittsbreite: Spaltbreite: Saugstutzen:

    Impeller: Vane tip w idth: 16 mm Hub clearance: Suction noz zl DNs =Turbine: Largeur canaux: Entranglement: Aspiration:

    Drehric htung: Maximal betragbare Antriebs- normal verstrkt Druckstutzen:

    Rotation: leistung der Welle/Max. pow er standard reinf orc ed Disch. noz zle: DNd =Sens de rotation: transmitted by shaf t/Puiss. max . s tandard renf orc Ref ulement:

    transmissible par larbre: 64 kW Laufradzeichnung:

    Leistungsdaten bezogen auf W asser / Perform ance data refer to water / Courbes valables pour de lau: T = 20C ; * = 1,0 kg/dm 3 ; * = 1,01 *10-6 m 2/s

    Frderwert- und W irkungsgradgarantie nach DIN 1944 , Genauigkeitsstufe III. Gezeichnet: Nam e:Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to DIN 1944 , accuracy deg. III.

    Garantie du dbit et rendem ent suivant DIN 1944, degr III. Gepr t: Nam e:

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Frderhh

    eH(m)

    Differentialh

    eadHinm

    D = 210 mm

    0

    10

    20

    30

    40

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Leis

    tungP(kW)

    Powerco

    nsumptioninkW

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Frdermenge Q (m3/h)Quantity Q in m 3/h

    Wirkungsgradeta(%)

    Efficiencyetain%

    Da der Betriebspunkt sich jedoch beigrerem Frderstrom mit Q = 115m3/h auf H = 48 m einstellen wrde(vgl. Kapitel 2.9), gibt es nun grund-stzlich mehrere Mglichkeiten, den

    gewnschten Betriebspunkt von

    Q = 80 m3/hH = 45 m zu erreichen.

    5.1 Selection of the pumpsize

    In principle, when making theselection, care must be taken toensure that the operating point atwhich the pump is run should lie in the

    vicinity of Qopt (see section 2. 7).

    For the installation shown in Chapter4 the specification for a Type Rnstandardized chemical pump is now tobe determined.Based on the losses, the differentialpressure head and the differentialgeodetic head, the delivery head forthe installation comes out fromequation (2 - 4) as HA = 45 m.

    Thus for reasons of economy size Rn

    65/200 with a rotation speed of n =2900 rpm would be suitable for thisapplication.

    As however for a greater delivery ofQ = 150 m3/h the operating pointwould come out at H = 48 m, thereare now basically several possibilitiesfor achieving the desired operatingpoint of

    Q = 80 m3/hH = 45 m

    Leistungsdaten bezogen auf / Performance data refer to / Courbes valables pour de :

    Angebots-Nr./ Offer.No./ Offre-No.: Positions-N. / Item-No./ Ref.-No.:

    Lagertrger:Bearing bracket:Corps de palier:

    Drehzahl / Speed / Vitesse de rotation

    n =Laufrad:Impeller:Turbine:

    Drehrichtung:Rotation:Sens de rotation:

    Austrittsbreite:Vane tip width:Largeur canaux:

    Max.

    Min.

    210 mm

    160 mm

    2900 1/minSaugstutzen:Suction nozzle:Aspiration:

    Druckstutzen:Disch. nozzle:Refulement:

    Max. Antriebsleistung Welle:

    Max. power shaft:Puiss. max. arbre:

    Frderhhe

    Wellenleistung P2

    NPSH-Werte

    Wirkungsgrad

    185

    60,7%

    160

    52,8%

    210

    65,7%Hydr.Wirk.

    30%50%

    50%

    40%

    60%

    160

    210

    160 210

    160

    210

    12

    16

    20

    24

    28

    32

    36

    40

    44

    48

    52

    56

    60

    64

    [m]

    5

    10

    15

    20

    25

    [kW]

    1,52

    2,53

    3,54

    [m]

    102030405060

    [%]

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 [m/h]

    1

    3.26.3413-1187

    2

    Unknown

    16 mm

    RN 65/200 C (weit)

    DN 100geschlossen / closed cw

    Q min.-Abweichung/deviation/dviation:

    Mg(OH)2 [100%]; 60C; 1,2kg/dm; 25mm/s

    kW

    Erstellt:

    Geprft:

    Datum:

    Datum:

    22.08.2007

    Laufrad-Zeichnung:

    Impeller drawing:Turbine dessin:

    64

    1.121897...

    rho > 1,6 a.A.

    Kunde / Customer / Client:

    Feststoffe bis max.:Dim. of solids max.:Dim. de solides max.:

    Schaufelanzahl:No. of blades:No. d'aubes:

    13 mm

    Fderwert- und Wirkungsgradgarantie nach ISO 9906, Klasse 2.Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to ISO 9906, grade 2.Garantie du dbit et rendement suivant ISO 9906, classe 2.

    DN 65

    Kennlinien / Characteristic Curves / CourbesTyp / Type :

    Bemerkungen/remarks/remarques: Q :

    H :

    80 m/h45 m

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    25/3625

    5.2 nderung der DrehzahlDie Drehzahlregelung stellt eine einfache, aber auchrelativ teuere Art der Kennlinienanpassung dar.

    Zur nderung der Drehzahl mssen entwederFrequenzumformer oder Riementrieb zustzlicheingesetzt werden.

    Bei der Drehzahlnderung von n1 aufn2 folgt diePumpenkennlinie den Affinittsgesetzen, d.h. mit denFormeln (5-1) kann zu jedem Frderstrom Q die neueFrderhhe H und der LeistungsbedarfP ermitteltwerden.Die Drehzahlregelung wird meist nur verwendet, wennverschiedene Betriebspunkte gefahren werden sollen

    3

    1

    2

    1

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    n

    n

    P

    P

    n

    n

    H

    H

    n

    n

    Q

    Q

    (5-1)

    Kennlinien/Characteristic Curves/Courbes

    Typ / Type:

    RN 65/200

    A ngebots-Nr. / Offer.No. / Offre-No. : Positions-Nr. / Item -No. / Ref.-No. : Lagertrger/Bearing Drehzahl / Speed/ Vitesse de rotation

    bracket/Co rp de paliern = m n

    -

    Laufrad: Austrittsbreite: Spaltbreite: Saugstutzen:

    Impeller: Vane tip w idth: 16 mm Hub clearance: Suction noz zl DNs =Turbine: Largeur canaux: Entranglement: Aspiration:

    Drehrichtung: Max imal betragbare Antriebs- normal verstrkt Druckstutzen:

    Rotation: leis tung der Welle/Max. pow er standard reinf orced Disc h. nozz le: DNd =Sens de rotation: transmitted by shaf t/Puiss. max . s tandard renf orc Ref ulement:

    transmissible par larbre: 64 kW Laufradzeichnung:Leistungsdaten bezogen auf W asser / Performance data refer to water / Courbes valables pour de lau: T = 20C ; * = 1,0 kg/dm 3 ; * = 1,01 *10-6 m 2/s

    Frderwert- und W irkungsgradgarantie nach DIN 1944, Genauigkeitsstufe III. Gezeichnet: Nam e:Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to D IN 1944 , accuracy deg. III.

    Garantie du dbit et rendem ent suivant DIN 1944 , degr III. Gepr t: Nam e:

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    FrderhheH(m)

    Differentialh

    eadHinm

    D = 210 mm

    n = 2900

    n = 2620

    0

    10

    20

    30

    40

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Leis

    tungP(kW)

    PowerconsumptioninkW

    n = 2620

    n = 2900

    P fr rho = 1,2 kg/dm3

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    Frderme nge Q (m3/h)Quantity Q in m 3/h

    Wirkungsgradeta(%)

    Efficiencyetain%

    n = 2620

    5.2 Changing the speed ofrotation

    Regulating the speed of rotationrepresents a simple but also arelatively expensive method of

    adjusting the characteristic curve.

    To change the speed of rotation eithera frequency converter or belt drivemust additionally be used.

    In changing the speed of rotation fromn1 to n2 the pump characteristic curvewill follow the affinity laws, i.e. withthe new delivery head H and thepower requirement P can bedetermined at any delivery flow Q.

    Regulation of the speed of rotation ismostly used only if it is intended to runat different operating points.

    RHD

    II --geschlossen weitclosed wide 100ferme large

    65

    1.121897.01(5-1)

    Leistungsdaten bezogen auf / Performance data refer to / Courbes valables pour de :

    Angebots-Nr./ Offer.No./ Offre-No.: Positions-N. / Item-No./ Ref.-No.:

    Lagertrger:

    Bearing bracket:Corps de palier:

    Drehzahl / Speed / Vitesse de rotation

    n =Laufrad:

    Impeller:Turbine:

    Drehrichtung:

    Rotation:Sens de rotation:

    Austrittsbreite:

    Vane tip width:Largeur canaux:

    Max.

    Min.

    210 mm

    160 mm

    2900 1/minSaugstutzen:Suction nozzle:Aspiration:

    Druckstutzen:

    Disch. nozzle:Refulement:

    Max. Antriebsleistung Welle:Max. power shaft:Puiss. max. arbre:

    Frderhhe

    Wellenleistung P2

    NPSH-Werte

    Wirkungsgrad

    210

    65,7%Hydr.Wirk.

    2624

    65,7%

    30%50%40%

    60%

    60%

    210

    2624

    210

    2624

    2102624

    4

    8

    12

    16

    20

    24

    28

    32

    36

    4044

    48

    52

    56

    60

    64

    [m]

    5

    10

    15

    20

    25

    [kW]

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    [m]

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    [%]

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 [m/h]

    1

    3.26.3413-1187

    2

    Unknown

    16 mm

    RN 65/200 C (weit)

    DN 100geschlossen / closed cw

    Q min.-Abweichung/deviation/dviation:

    Mg(OH)2 [100%]; 60C; 1,2kg/dm; 25mm/s

    kW

    Erstellt:

    Geprft:

    Datum:

    Datum:

    22.08.2007

    Laufrad-Zeichnung:Impeller drawing:Turbine dessin:

    64

    1.121897...

    rho > 1,6 a.A.

    Kunde / Customer / Client:

    Feststoffe bis max.:Dim. of solids max.:Dim. de solides max.:

    Schaufelanzahl:No. of blades:No. d'aubes:

    13 mm

    Fderwert- und Wirkungsgradgarantie nach ISO 9906, Klasse 2.Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to ISO 9906, grade 2.

    Garantie du dbit et rendement suivant ISO 9906, classe 2.

    DN 65

    Kennlinien / Characteristic Curves / CourbesTyp / Type :

    Bemerkungen/remarks/remarques: Q :H :

    80 m/h

    45 m

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    26/3626

    5.3 Abdrehen des LaufradesDas Abdrehen von Laufrdern (speziell Radialrder)stellt die einfachste Mglichkeit zur Anpassung derKennlinie dar.Beim Abdrehen des Auendurchmessers von D1 auf D2folgt die Pumpenkennlinie annhernd den Gesetzenentsprechend (5-2):Somit kann ebenfalls zu jedem Frderstrom Q die neue

    Frderhhe H und der LeistungsbedarfP mit hinrei-chender Genauigkeit ermittelt werden.Das Abdrehen ist auch in der Praxis das am meistenverwendete Verfahren zur Anpassung der Pumpen-kennlinie an die geforderten Betriebsdaten.

    Kennlinien/Characteristic Curves/Courbes

    Typ / Type:

    RN 65/200 CN2

    A ngebots-Nr. / O ffer.No. / Offre-No. : Positions-Nr. / Item -No. / Ref.-No. : Lagertrger/Bearing Drehzahl / Speed/ Vitesse de rotation

    bracket/Co rp de palier n = min-Laufrad: Austrittsbreite: Spaltbreite: Saugstutzen:

    Impeller: Vane tip w idth: 16 mm Hub c learance: Suction nozzl DNs =Turbine: Largeur canaux: Entranglement: Aspiration:

    Drehrichtung: Maximal betragbare Antriebs - normal verstrkt Druckstutzen:

    Rotation: leistung der Welle/Max. pow er standard reinf orced Disc h. nozz le: DNd =Sens de rotation: transmitted by shaf t/Puiss. max . s tandard renf orc Ref ulement:

    transmissible par larbre: 64 kW Laufradzeichnung:

    Leistungsdaten bezogen auf W asser / Performance data refer to water / Courbes valables pour de lau: T = 20C ; * = 1,0 kg/dm 3 ; * = 1,01 *10-6 m 2/s

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    FrderhheH(m

    )

    DifferentialheadHinm

    D = 210

    D = 193

    0

    10

    20

    30

    40

    0 20 40 60 80 100 120 140 160

    LeistungP

    (kW)

    Powerconsump

    tioninkW

    D = 193

    D = 210

    P fr rho= 1,2 kg/dm 3

    50

    60

    70

    80

    eta(%)

    tain%

    3

    1

    2

    1

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    2

    D

    D

    P

    P

    D

    D

    Q

    Q

    H

    H

    (5-2)

    5.3 Turning down theimpeller.

    Turning down impellers (especiallyradial impellers) represents the

    simplest option for adjusting thecharacteristic curve.When the outside diameter is turneddown from D1 to D2 the pumpcharacteristic curve will approximatelyfollow the laws below. (equation (5-2)

    Thus for each delivery Q the newdelivery head H and powerrequirement P can likewise bedetermined with adequate accuracy.In practice too, turning down is theprocess most used to adjust pump

    characteristic curves to the requiredoperating data.

    RHD

    II 2900geschlossen weitclosed wide 100ferme large

    65

    1.121897.01

    (5-2)

    Leistungsdaten bezogen auf / Performance data refer to / Courbes valables pour de :

    Angebots-Nr./ Offer.No./ Offre-No.: Positions-N. / Item-No./ Ref.-No.:

    Lagertrger:

    Bearing bracket:Corps de palier:

    Drehzahl / Speed / Vitesse de rotation

    n =

    Laufrad:

    Impeller:Turbine:

    Drehrichtung:

    Rotation:Sens de rotation:

    Austrittsbreite:

    Vane tip width:Largeur canaux:

    Max.

    Min.

    210 mm

    160 mm

    2900 1/min

    Saugstutzen:

    Suction nozzle:Aspiration:

    Druckstutzen:

    Disch. nozzle:Refulement:

    Max. Antriebsleistung Welle:

    Max. power shaft:Puiss. max. arbre:

    Frderhhe

    Wellenleistung P2

    NPSH-Werte

    Wirkungsgrad

    210

    65,7%Hydr.Wirk.

    160

    52,8%194

    62,1%

    30%50%

    50%

    40%

    60%

    210

    194

    210194

    210194

    12

    16

    20

    24

    28

    32

    36

    40

    44

    48

    5256

    60

    64

    [m]

    5

    10

    15

    20

    25

    [kW]

    1,52

    2,53

    3,54

    [m]

    102030405060

    [%]

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 [m/h]

    1

    3.26.3413-1187

    2

    Unknown

    16 mm

    RN 65/200 C (weit)

    DN 100geschlossen / closed cw

    Q min.-Abweichung/deviation/dviation:

    Mg(OH)2 [100%]; 60C; 1,2kg/dm; 25mm/s

    kW

    Erstellt:

    Geprft:

    Datum:

    Datum:

    22.08.2007

    Laufrad-Zeichnung:

    Impeller drawing:Turbine dessin:

    64

    1.121897...

    rho > 1,6 a.A.

    Kunde / Customer / Client:

    Feststoffe bis max.:Dim. of solids max.:Dim. de solides max.:

    Schaufelanzahl:

    No. of blades:No. d'aubes:

    13 mm

    Fderwert- und Wirkungsgradgarantie nach ISO 9906, Klasse 2.Delivery capacity and efficiency guaranteed acc. to ISO 9906, grade 2.Garantie du dbit et rendement suivant ISO 9906, classe 2.

    DN 65

    Kennlinien / Characteristic Curves / CourbesTyp / Type :

    Bemerkungen/remarks/remarques: Q :

    H :

    80 m/h45 m

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    27/3627

    Bei der Drehzahlnderung ergibt sich eine einzustellendeDrehzahl von n = 2624 1/min (vgl. Gleichung (5-1)). DerLeistungsbedarf betrgt aufgrund der Dichte und derViskositt P = 18,4 kW.

    Fr die Durchmessernderung wrde sich ein Austritts-durchmesser von D2 = 194 mm bei einem Leistungs-bedarf von P = 20,2 kW ergeben (vgl. Gleichung (5-2)).

    Die anzusetzende Motorleistung ist abhngig vomLeistungsbedarf der Pumpe nach DIN ISO 5199 aus-zulegen. Somit wre fr beide Arten der Kennlinien-anpassung folgende Motore zu whlen:

    PMotor = 1,1718,4 kW = 21,5 kW.PMotor = 1,1720,2 kW = 23,6 kW.Es wird daher ein 2-poliger Norm-Motor mit 30 kWNennleistung bei n = 2950 1/min gewhlt.

    Bei der Drehzahlnderung ist noch zu bercksichtigen,da sich die Nennleistung des Motors in etwa linear mitder Frequenz ndert, d.h. bei diesem Beispiel wrde sichdie Motornennleistung bein = 2624 1/min mit 5 % Umrichterverluste auf

    P = 2624/295030 kW0,95 = 25,3 kWreduzieren.

    5.4 ParallelbetriebWenn der gewnschte Betriebspunkt mit einemFrderstrom QB von einer Pumpe nicht gefahren werdenkann, hat man die Mglichkeit zwei Pumpen imParallelbetrieb zu fahren.

    Bei paralleler Fahrweise addieren sich die Frderstrmeder einzelnen Pumpen bei gleicher Frderhhe

    If changing the speed of rotation, the rotation speed to beset will be n = 2624 r.p.m. (See equation (5 - 1)). Thepower requirement will be P = 18.4 kW due to the densityand viscosity.

    If changing the diameter, a discharge diameter ofD2 = 194 mm would come from a power requirement ofP = 20.2 kW (See equation (5 - 2)).

    The motor rating to be used is specified in relation to thepower requirement of the pump, in accordance with DINISO 5199. Thus for both methods of characteristic curveadjustment the following motors would be chosen:

    PMotor = 1.1718.4 kW = 21.5 kW.PMotor = 1,1720.2 kW = 23.6 kW.Thus a 2 pole standardized motor with a rating of 30 kWat n = 2950 r.p.m. is selected.

    If changing the speed of rotation it also has to be takeninto account that the rating of the motor will changeapprox.linearly with the frequency i.e. in this example themotor rating at n = 2624 r.p.m. with the losses of a fre-quency converter amount up to 5 % would be reduced to

    P = 2624/295030 kW0.95 = 25.3 kW.

    5.4 Parallel operationIf it is not possible to run at the desired operating pointwith a delivery QB from one pump, there is the option ofrunning two pumps in parallel.

    When running in parallel the deliveries of the individualpumps are added together with the same delivery head.

    Beim Parallelbetriebgleicher Pumpenbau-gren (Pumpe 1+2)verdoppelt sich z.B. derFrderstrom Q1 auf den

    Betriebsfrderstrom QBbei der Betriebsfrder-hhe HB.Wenn nun eine Pumpeausfllt oder abgeschaltetwird, stellt sich der neueBetriebspunkt bei Q1* aufH1* ein, d.h. die einzelnePumpe (Pumpe 1) fhrtimmer bei einem grerenFrderstrom (Q1* > Q1) alsbeim Parallelbetrieb.

    With parallel operation ofpumps of the same size(Pump 1 + 2) the deliveryQ1 for instance willdoubled to the operational

    delivery QB with the opera-tional delivery head HB.

    If only one pump fails or isswitched off the newoperating point for Q1* willcome out at H1* i.e. theindividual pump (Pump 1)will always run at a greaterdelivery (Q1* > Q1) than inparallel operation.

    5.5 Serienbetrieb

    Wenn der gewnschte Betriebspunkt mit einer Frder-hhe HB von einer Pumpe nicht gefahren werden kann,hat man die Mglichkeit zwei Pumpen im Serienbetrieb(hintereinander) zu fahren.

    5.5 Series operation

    If it is not possible to run at the desired operating pointwith a delivery head HB from one pump, there is theoption of running two pumps in series.

    Abb. 5.aFig. 5.a

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    28/3628

    Bei serieller Fahrweise addieren sich die Frder-hhen der einzelnen Pumpen bei gleichem Frderstrom. When running in series the delivery heads of the indi-vidual pumps are added together with the same deliveryflow...

    Beim Serienbetrieb glei-cher Pumpenbaugren(Pumpe 1+2) verdoppeltsich z.B. die FrderhheH1 auf die Betriebsfrder-hhe HB bei dem Betriebs-frderstrom QB.Wenn nun eine Pumpeausfllt oder abgeschaltetwird, stellt sich der neue

    Betriebspunkt bei Q1*

    aufH1* ein, d.h. die einzelne

    Pumpe (Pumpe 1) fhrtimmer bei einem kleinerenFrderstrom (Q1

    * < Q1) alsbeim Serienbetrieb.

    With series operation ofpumps of the same size(Pump 1 + 2) the deliveryhead HBfor instance willbe doubled to theoperational delivery headHB at the operationaldelivery flow QB.If only one pump fails or isswitched off the new

    operating point forQ1* willcome out at H1* i.e. theindividual pump (Pump 1)will always run at a lowerdelivery (Q1* < Q1) than inseries operation.

    5.6 Bypassregelung

    Bei der Bypassregelung wird ein Teil des FrderstromesQB der Pumpe durch einen der Druckleitung parallelge-schalteten Bypass (Nebenausla) wieder der Saugseiteder Pumpe oder der Anlage zugefhrt.

    Abb. / Fig. 5.b

    5.6 Bypass regulation

    In bypass regulation a part of the delivery flow QB fromthe pump is taken back to the suction side of the pump orthe installation through a bypass (secondary outlet)running parallel to the pressure line.

    Dadurch wird der Betriebs-punkt der Pumpe zu gr-eren Frderstrmen hinverschoben oder es wirdein Mindestfrderstrom(ohne Anlage) einge-halten.Durch die Parallelschal-tung von Bypass undAnlage erhlt man diegemeinsame Anlagen-kennlinie (Anlage+Bypass)

    durch Addition der Frder-strme bei gleicherFrderhhe.

    Due to this the operatingpoint of the pump is dis-placed towards a greaterdelivery flow, or a mini-mum delivery flow (withoutthe installation) ismaintained.By connecting the bypassand the installation inparallel we get thecommon characteristiccurve for the installation

    (installation + bypass) byadding the delivery flowsat the same delivery head.

    Abb. / Fig. 5.c

    Diese kann durch eine Drosselarmatur im Bypass (z.B.Blende) verndert und angepat werden.

    Im Betriebspunkt fliet der Frderstrom QB = Q1 + QBydurch die Pumpe, der Nutzfrderstrom Q1 durch dieAnlage und der Bypass-Strom QBydurch dieBypassleitung zurck zur Saugseite.

    This can be changed and adjusted by a throttle valve(e.g. an orifice) in the bypass..

    At the operating point the delivery flow QB = Q1 + QByflows through the pump, the effective the delivery flow Q1through the installation and the bypass flow QBy throughthe bypass line back to the suction side. .

    Hierbei ist zu beachten, da derFrderstrom QBy einen Energie-verlust erzeugt, (5-3) der nahezu

    BByBy HQgP (5-3)

    Here it should be noted that thedelivery flow QBy creates anenergy loss (5-3)

    vollstndig als Wrme an die Frderflssigkeitbertragen wird.Die Bypassregelung ist vorallem bei einem mit demFrderstrom abfallenden Leistungsbedarf (Propeller-pumpen) oder zur Gewhrleistung eines minimalenFrderstroms Qminzu whlen.

    which is virtually all transferred to the pumped fluid asheat.Bypass regulation is mainly to be selected for a powerrequirement that reduces with the delivery flow (propellerpumps) or to guarantee a minimum delivery flow Qmin..

    Bypass

    Bei der Bypassregelung wird ein Teil des FrderstromesQB der Pumpe durch einen der Druckleitung parallelge-schalteten Bypass (Nebenausla) wieder der Saugseiteder Pumpe oder der Anlage zugefhrt.

    Dadurch wird der Betriebs-punkt der Pumpe zugreren Frderstrmenhin verschoben oder eswird ein Mindestfrder-strom (ohne Anlage) ein-gehalten.Durch die Parallelschal-tung von Bypass und Anla-ge erhlt man die gemein-same Anlagenkennlinie(Anlage + Bypass) durch

    Addition der Frderstrmebei gleicher Frderhhe.

    Rohrleitungs-kennlinie / Pipingcharacterisitc+Bypass

    QBy Q1 Q1 + QBy = QB

    QB

    Q

    Abb. / Fig. 5.b

    (5-3)

    Abb. / Fig. 5.c

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    29/3629

    5.7 Frderung viskoser FlssigkeitenBei der Frderung viskoser (zher) Flssigkeiten (Indexv) sinken der Frderstrom Q, die Frderhhe H und der

    Wirkungsgrad bei konstanter Drehzahl n und gleich-zeitig steigt der Leistungsbedarf P im Vergleich zurWasserkennlinie (Index w).

    5.7 Pumping viscous fluidsWhen pumping viscous fluids (Index v), the delivery flow

    Q, the delivery head H and the efficiency at constantspeed of rotation n, will fall and at the same time thepower requirement P will rise, in comparison to thecharacteristic curve for water (Index w).

    Zur Berechnung der vis-kosen Kennlinie wird vomFrdermedium die kine-

    matische Viskositt bentigt.

    Der fr Wasser bekannteBetriebspunkt wird mitsog. Korrekturfaktoren cQ,

    cH und c auf den gesuch-ten viskosen Betriebs-punkt umgerechnet.Die Korrekturfaktorenknnen z.B. nach denRichtlinien Standards ofHydraulic Institute inAbhngigkeit der kine-matischen Viskositt unddes Frderstroms ermitteltwerden und sind nur fr

    To calculate the viscouscharacteristic curve, the

    kinematic viscosity of thepumped medium isrequired.

    The known operating pointfor water is converted tothe required operatingpoint using the so-calledcorrection factors cQ, cH

    and c. The correctionfactors can, for example,be determined inaccordance with theguidelines "Standards ofHydraulic Institute" as afunction of the kinematicviscosity and the deliveryflow and are only valid for

    Newtonsche Flssigkeiten

    ausreichendes NPSHA

    Radialkreiselpumpengltig.

    Kreiselpumpen sind bis ca. = 500 mm2/s einsetzbar.Kanal- und Freistrompumpen lassen Werte von 800 -1000 mm

    2/s zu. Hhere Viskositten sind nur mit

    Verdrngerpumpen zu bewltigen.

    Der Einflu von Werten unterhalb = 45 mm2/s bleibtbzgl. der Frderhhe in der Praxis meistensunbercksichtigt, muss jedoch beim Leistungsbedarf

    immer geprft werden.Je hher die Viskositt der Flssigkeit gegenber der-

    jenigen von Wasser ist, umso mehr verschiebt sich derBestpunkt der Pumpe zu kleineren Frderstrmen beiabsinkendem Wirkungsgrad. Die Nullfrderhhe bleibt inder Regel erhalten.

    Newtonian fluids

    Adequate NPSHA

    Radial centrifugal pumps.

    Centrifugal pumps are useable up to around

    = 500 mm2/s.Wide channel pumps and none clogging pumps permitvalues of 800 - 1000 mm

    2/s. Higher viscosities can only

    be overcome with positive displacement pumps.

    In practice the effect of values below = 45 mm2/s isusually ignored with regard to the delivery head, but must

    always be checked for the power requirement.The higher the viscosity of the fluid compared with thatfor water, the more the best point of the pump will bedisplaced towards lower delivery flows at reducingefficiency. The zero delivery head is retained as a rule..

    Abb. / Fig. 5.dAbb. / Fig. 5.d

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    30/36

    6.1 RadialkraftDie Radialkraft Fradensteht durch die Wechselwirkungvon Strmungskrften zwischen Laufrad und Pumpen-gehuse (bzw. Leitrad) in der Laufradebene und ist dieHauptursache fr die Wellendurchbiegung.Sie verndert sich in Gre und Richtung mit demFrderstrom und beansprucht Welle und Lagerung.

    Die Berechnung der Radialkraft erfolgt mit:

    6.1 Radial forceThe radial force Frad arises due to the interaction of flowforces between impeller and pump casing (or diffuser) atthe impeller level and is the main cause of shaftdeflection.It changes in magnitude and direction with the deliveryflow and puts stress on the shaft and bearings.

    Calculation of the radial force is undertaken with:K ist ein Berechnungsbeiwert, derabhngig von der Gehuseform undder spezifischen Drehzahl derPumpe ist.

    K is a calculation coefficient, which isdependent on the casing shape andthe specific speed of rotation of thepump.

    22rad bDHgKF (6-1)

    Somit kann man mit der Wahl der Gehuseform denRadialkraftverlauf beeinflussen.

    Radialkraft fr verschiedene Gehuseausfhrungen

    Thus the radial force curve can be influenced by theselection of casing shape .

    Radial force for different casing types

    EinfachspiraleSingle volute

    DoppelspiraleDouble volute

    RinggehuseAnnular casing

    LeitradDiffuser

    Somit ist erkennbar, dabei Spiralgehusepumpenmit Einfachspirale ein Be-trieb unterhalb Qopt (q < 1)und berQopt (q > 1)

    einen starken Anstieg derRadialkraft bedeutet unddadurch die Wellendurch-biegung und Lagerbelas-tung erheblich zunehmen.

    Aus Grnden der Betriebs-sicherheit sollte deshalbein Einsatz der Pumpe beistarker Teillast (q < 0,5)und im berlastbereich(q > 1) vermieden werden.

    Doppelspiralen mit ge-

    meinsamem Druckstutzenreduzieren deutlich dieRadialbelastung gegen-ber Einfachspiralen.

    Thus it can be seen thatfor volute casing pumpswith a single volute, ope-rating below Qopt (q < 1)and above Qopt (q > 1)

    means a severe rise in theradial force and due to thisthe shaft deflection andbearing loading willincrease considerably.

    For operational safetyreasons therefore usingthe pump with a heavypartial load (q < 0.5) andin the overload range(q > 1) should be avoided.

    Double volutes with a

    common delivery nozzleconsiderably reduce theradial loading compared tosingle volutes.

    Ein nahezu konstanter, niedriger Verlauf der Radialkraftwird mit dem Einsatz eines Leitrades erzielt.

    A virtually constant, low progression of the radial force isachieved by use of a diffuser.

    30

    6. Hydraulische Krfte6. Hydraulic Forces

    (6-1)

  • 8/8/2019 Kreiselp Tech Auslegung Centrif Pumps Tech Design 0807

    31/3631

    6.2 AxialkraftDie Berechnung der Axialkraft Faxist sehr schwierig, dasie als Summe aller statischen und dynamischen Axial-krfte aus vielen Komponenten zusammengesetzt ist, diewiederum unterschiedliche Abhngigkeiten von dengeometrischen Abmessungen der Laufrder und denRadseitenrumen und dem jeweiligen Betriebspunkt derPumpe haben.

    Neben Strmungskrften knnen auch Axialkrfte z.B.durch Gewichtskrfte bei vertikalen Maschinen auftreten.

    Bei Radialrdern kann die resultierende Axialkraft wie

    6.2 Axial forceCalculation of the axial force Fax - is very difficult since,as the sum of all static and dynamic axial forces, it ismade up of many components which in turn havedifferent relationships with the geometrical dimensions ofthe impellers and the impeller side spaces and theappropriate operating point for the pump.

    Along with flow forces, axial forces can also occur in ver-tical machines, for example, due to gravitational forces.

    With radial impellers the resulting axial force could bemade up as follows:

    folgt angesetzt werden:mit:Fd =Druckkraft auf TragscheibeFs =Druckkraft auf Deckscheibe

    with:

    sonstWdIsdax FFFFFF (6-2)

    Fd = compr. force on the thrust discFs = compr. force on the cover discFI = impulse force due to flow

    FI =Impulskraft durch StrmungsumlenkungFWd =Kraft durch Druckunterschied vor und hinter der

    WellenabdichtungFsonst =Rotor- und Wellengewicht bei Vertikalpumpen etc.

    revrsalFWd = force due to pressure differential in front of and

    behind the shaft sealFsonst = weight of rotor and shaft on vertical pumps etc.

    Fr die Berechnung der Druckkrfte inden Radseitenrumen Fd und Fs mudie Druckverteilung p(r) bekannt sein.Die Krfte werden vom Radius r2 bis

    zum Endradius r mit folgendemAnsatz berechnet:

    To be able to calculate the pressureforces in the impeller side spaces Fdand FS the pressure distribution p (r)must be known. The forces are

    calculated from radius r2 up to finalradius r with the following statement.

    2

    )(2,

    r

    r

    sd drrrpF

    (6-3)

    Wenn die durch Druck-unterschiede und Str-mungskrfte erzeugteAxialkraft nicht ausge-

    glichen wird