Advertisement

Hydraulic Forces

  • Johann Friedrich GülichEmail author
Chapter
First Online:

Abstract

The pressure rise in the impeller generates hydraulic forces and moments which act on the rotor. In particular forces in axial and radial direction are significant for appropriate sizing of shaft and bearings. While the radial force is determined by the pressure distribution around the impeller circumference, the axial force is governed by the flow through the impeller sidewall gaps and the resulting pressure distributions on the shrouds.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

References

  1. 1.
    Agostinelli, A., et al.: An experimental investigation of radial thrust in centrifugal pumps. ASME. J. Eng. Power 82, 120–126 (1960)CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Bachmann, P.: Fortschritte im Erfassen und Auswerten von Kräften und Momenten an Rotoren hydraulischer Modell-Turbomaschinen. Escher. Wyss. Mitt. 69–81 (1980)Google Scholar
  3. 3.
    Benra, F.K., Sommer, M.: Comparison of calculated and measured hydrodynamic forces of a centrifugal sewage water pump. 1. In: Conference on Experiments/Process/System Modelling IC-EpsMsO Athens (2005)Google Scholar
  4. 4.
    Benra, F.K., et al.: Experimental investigation hydrodynamic forces for different configurations of single-blade centrifugal pump. In: ISROMAC, pp. 2006–2011 (2011)Google Scholar
  5. 5.
    Bolleter, U., et al.: Measurement of hydrodynamic interaction matrices of boiler feedpump impellers. ASME. J. Vib. 109, 144–151 (1987)CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Bolleter, U., et al.: Rotordynamic modeling and testing of boiler feedpumps. EPRI Report TR-100980 (September 1992)Google Scholar
  7. 7.
    Böke, J.: Experimentelle und theoretische Untersuchungen der hydraulischen Kräfte an einschaufeligen Laufrädern von Abwasserpumpen unter Berücksichtigung der Änderung geometrischer Parameter. Diss TU Kaiserslautern, Schaker Aachen (2001)Google Scholar
  8. 8.
    Dahl, T.: Centrifugal pump hydraulics for low specific speed application. In: 6th International on Pump Users Symposium, Houston (1989)Google Scholar
  9. 9.
    Dupont, P., et al.: CFD analysis of sump flow and its impact on the hydraulic forces acting on the impeller of a vertical pump. In: International Rotating Equipment Conference 2008, Düsseldorf (2008)Google Scholar
  10. 10.
    Faschallegg, E.: Radialkräfte und Rückenschaufeln in Spiralgehäusepumpen. Europa. Ind. Rev. 1 (1969)Google Scholar
  11. 11.
    Geis, H.: Experimentelle Untersuchungen der Radseitenverluste von Hochdruck-Wasserturbinen radialer Bauart. Diss. TH Darmstadt (1985)Google Scholar
  12. 12.
    Gikadi, T., et al.: Untersuchung der hydraulischen Kräfte bei Abwasserpumpen. 3Rinternational 34(8), 420–425 (1995)Google Scholar
  13. 13.
    Guinzburg, A., Buse, F.: Magnetic bearings as an impeller force measurement technique. In: 12th International Pump Users Symposium, Houston (March 1995)Google Scholar
  14. 14.
    Gülich, J.F.: Influence of interaction of different components on hydraulic pump performance and cavitation. In: Proceedings of Symposium Power Plant Pumps, New Orleans, 1987, EPRI CS-5857, pp. 2.75–2.96 (1988)Google Scholar
  15. 15.
    Gülich, J.F.: Disk friction losses of closed turbomachine impellers. Forsch. Ing. Wes. 68, 87–97 (2003)CrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Gülich, J.F.: Effect of Reynolds-number and surface roughness on the efficiency of centrifugal pumps. ASME. J. Fluids Eng. 125(4), 670–679 (2003)CrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Gülich, J.F., et al.: Review of parameters influencing hydraulic forces on centrifugal impellers. Proc. IMechE. 201(A3), 163–174 (1987)CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    Gülich, J.F., et al.: Influence of flow between impeller and casing on partload performance of centrifugal pumps. ASME. FED. 81, 227–235 (1989)Google Scholar
  19. 19.
    Hamkins, C.P.: The surface flow angle in rotating flow: Application to the centrifugal impeller side gap. Diss. TU Kaiserslautern, Shaker, Aachen (2000)Google Scholar
  20. 20.
    Hergt, P.: Hydraulic design of rotodynamic pumps. In: Rada Krishna, H. C. (ed.) Hydraulic Design of Hydraulic Machinery. Avebury, Aldershot (1997)Google Scholar
  21. 21.
    Hergt, P., Krieger, P.: Radialkräfte in Leitradpumpen. KSB. Techn. Ber. 32–39 (1973)Google Scholar
  22. 22.
    Iversen, H., et al.: Volute pressure distribution and radial force on the impeller. ASME. J. Eng. Power 82, 136–144 (1960)CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Jensen, R.: Experimentelle Untersuchungen an Einfach- und Doppelspiralen für Kreiselpumpen. Diss. TU Braunschweig (1984)Google Scholar
  24. 24.
    Kaupert, K.A.: Unsteady flow fields in a high specific speed centrifugal impeller. Diss. ETH Zürich (1997)Google Scholar
  25. 25.
    Kleinert, H.J.: Beitrag zur verbesserten Berechnung hydraulischer Ausgleichsvorrichtungen. Diss TU Dresden (1971)Google Scholar
  26. 26.
    Kosyna, G.: Untersuchungen an radial durchströmten Spaltdichtungen unter Berücksichtigung von Parallelitätsfehlern. Diss. TU Braunschweig (1976)Google Scholar
  27. 27.
    Lingelbach, T., Wiederuh, E.: Die Axialschubberechnung radialer Turbomaschinen. Fortschrittber VDI Reihe 7, 154 (1989)Google Scholar
  28. 28.
    Liess, C.: Die Ermittlung dynamischer Radialkräfte in hydraulischen Maschinen. Voith. Forsch. Konstruktion. 3.1–3.9 (1982)Google Scholar
  29. 29.
    Lauer, J.: Einfluß der Eintrittsbedingung und der Geometrie auf die Strömung in Radseitenräumen von Kreiselpumpen. Diss. TU Darmstadt (1999)Google Scholar
  30. 30.
    Lees, A.W.: The performance of balance disk in boiler feed pumps. I Mech. E, C 56(79), 29–36 (1979)Google Scholar
  31. 31.
    Makay, E., Barret, J.A.: Changes in hydraulic component geometries greatly increased power plant availability and reduced maintenance cost: Case histories. In: 1st International Pump Symposium, Houston (1984)Google Scholar
  32. 32.
    Makay, E., Szamody, O.: Survey of feedpump outages. EPRI FP-754, Final report RP 641 (1978)Google Scholar
  33. 33.
    Meier-Grotian, J.: Untersuchungen der Radialkrft auf das Laufrad einer Kreiselpumpe bei verschiedenen Spiralgehäuseformen. Diss. TU Braunschweig (1972)Google Scholar
  34. 34.
    Meschkat, S.: Experimentelle Untersuchung der Auswirkung instationärer Rotor-Stator-Wechselwirkungen auf das Betriebsverhalten einer Spiralgehäusepumpe. Diss. TU Darmstadt (2004)Google Scholar
  35. 35.
    Meschkat, S., Stoffel, B.: The local impeller head at different circumferential positions in a volute casing of a centrifugal pump in comparison to the characteristic of the impeller alone. In: 21st IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems, Lausanne (2002)Google Scholar
  36. 36.
    Möhring, U.K.: Untersuchung des radialen Druckverlaufes und des Drehmomentes im Radseitenraum von Kreiselpumpen bei glatter, ebener Radseitenwand und bei Anwendung von Rückenschaufeln. Diss. TU Braunschweig (1976)Google Scholar
  37. 37.
    Ni, L.: Modellierung der Spaltverluste bei halboffenen Pumpenlaufrädern. Fortschrittber VDI Reihe 7, 269 (1995)Google Scholar
  38. 38.
    Nishi, Y., et al.: Radial thrust of single-blade centrifugal pump. ASME-JSME-KSME AJK 2011-06011 (2011)Google Scholar
  39. 39.
    Nishi, Y., et al.: Effect of blade outlet angle on radial thrust of single-blade centrifugal pump. In: 26th IAHR Symposium Hydraulic Machinery and Systems (2012)Google Scholar
  40. 40.
    Okamura, T.: Radial thrust in centrifugal pumps with a single-vane impeller. JSME 23(180), 895–901 (1980)CrossRefGoogle Scholar
  41. 41.
    Petermann, H., Kosyna, G.: Spaltstrom und Kräfte radial durchströmter Dichtspalte in Kreiselpumpen. Pumpentagung Karlsruhe. K6 (1978)Google Scholar
  42. 42.
    Rebernik, B.: Radialkräfte von Kreiselpumpen mit unterschiedlichen Gehäuseformen. „25 Jahre ASTRÖ“, Aströ, Graz, pp. 55–60 (1979)Google Scholar
  43. 43.
    Schenkel, S.: Modellierung und numerische Simulation der Strömungsvorgänge am Laufradeintritt von Turbomaschinen. Diss. TU Darmstadt (1999)Google Scholar
  44. 44.
    Schubert, F.: Untersuchungen der Druck- und Geschwindigkeitsverteilung in Radseitenräumen radialer Strömungsmaschinen. Diss. TU Braunschweig (1988)Google Scholar
  45. 45.
    Stark, M.: Auslegungskriterien für radiale Abwasserpumpenlaufräder mit einer Schaufel und unterschiedlichem Energieverlauf. VDI Forschungsheft. 57(664) (1991)CrossRefGoogle Scholar
  46. 46.
    Tamm, A., Stoffel, B.: The influence of gap clearance and surface roughness on leakage loss and disk friction of centrifugal pumps. ASME. Fluids Engng. Meeting Montreal, FEDSM 2002-31324 (2002)Google Scholar
  47. 47.
    Thamsen, P.U., et al.: Cavitation in single-vane sewage pumps. ISROMAC 12-2008–20196Google Scholar
  48. 48.
    Thomae, H., Stucki, R.: Axialschub bei mehrstufigen Pumpen. Techn Rundschau Sulzer 3, 185–190 (1970)Google Scholar
  49. 49.
    Ulbrich, C.: Experimentelle Untersuchungen der Pumpencharakteristiken und Geschwindigkeitsfelder einer Einschaufel-Kreiselpumpe. Diss. TU Berlin (1997)Google Scholar
  50. 50.
    Zilling, H.: Untersuchung des Axialschubes und der Strömungsvorgänge im Radseitenraum einer einstufigen Radialpumpe. Strömungsmech Strömungsmasch. 15 (1973)Google Scholar
  51. 51.
    Hergt, P., Prager, S.: Influence of different parameters on the disc friction losses of a centrifugal pump. In: Conference on Hydraulic Machinery, Budapest, pp. 172–179 (1991)Google Scholar
  52. 52.
    Van Esch, B.P.M.: Performance and radial loading of a mixed-flow pump under non-uniform approach flow. In: ASME JFE, vol. 131 (May 2009)Google Scholar
  53. 53.
    Will, B.C., Benra, F.K., Dohmen, H.J.: Investigation of the flow in the impeller side clearances of a centrifugal pump with volute casing. J. Therm. Sci. 21(3), 197–208 (2012)CrossRefGoogle Scholar
  54. 54.
    Roclawski, H.: Numerische und experimentelle Untersuchungen an einer radialen Kreiselpumpenstufe mit minimalem Stufendurchmesser. Diss. TU Kaiserslautern (2008)Google Scholar
  55. 55.
    Nemdili, A.: Einzelverluste von Kreiselpumpen mit spezifischen Drehzahlen von nq = 15 bis 35 rpm. Diss. Uni Kaiserslautern, SAM Forschungsberichte, Bd 1 (2000)Google Scholar

Copyright information

© Springer Nature Switzerland AG 2020

Authors and Affiliations

  1. 1.VilleneuveSwitzerland

Personalised recommendations

Cite chapter

Buy options