DE2523213B2 - Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe mit Zwischenentnahme und Wiedereinspeisung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Kreiselpumpe.

Aus der Zeitschrift »Technische Rundschau« Nr. 42, 1972, S. 13 Bild6 ist eine solche Kreiselpumpe bestehend aus folgenden Teilen bekannt:

Ein topfartiges Sauggehäuse als doppelflutige Vorstufe mit mittigem Einlauf, zwei Einzellaufrädern, zwei Leiträdern und einem Überströmkanal für das untere Laufrad, aus einem ringartigen nach beiden Seiten offenem durch ptine ebene diagonale Trennwand geteiltem langbauenden Zwischengehäuse mit Flanschen, das einen Stutzen für die Zwischenentnahme und einen Stutzen für die Wiedereinspeisung für die Hauptpumpe besitzt sowie einem topfartig ausgebildeten Gehäuse für die Hauptpumpe mit einem Druckstutzen und einem zum Zwischengehäuse zu angeordneten Flansch.

Sauggehäuse, Zwischengehäuse und Gehäuse der Hajptpumpe werden durch kurze Schrauben an den Flanschverbindungen zusammengehalten. Diese bekannte Kreiselpumpe baut entsprechend ihren konstruktiven Merkmalen lang und besitzt nach ihrer Konstruktion strömungstechnisch sehr ungünstig gestaltete Strömungskanäle für das Fördermed.um. In der bekannten Kreiselpumpe geht deshalb ein erheblicher Teil der Förderenergie durch Strömungswiderstand des Fördermediums verloren. Außerdem werden im Betrieb erhebliche Geräusche hervorgerufen, erzeugt durch die ungünstigen Strömungsverhältnisse.

Wegen ihrer langgestreckten Bauweise besitzt die bekannte Kreiselpumpe auch eine lange Pumpenwelle, welche im Betrieb Anlaß zur Ausbildung unerwünschter Schwingungen gibt. Hierdurch wird die Lebensdauer der Pumpe stark beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte mehrstufige Kreiselpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart mit kurzer Welle

bereitzustellen, die neben guten Saugeigenschafien eine große Laufruhe aufweist, deshalb lange Laufzeiten erreicht und als Kreiselpumpe in Kernkraftwerken einsetzbar ist

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gitnäß der im ■> kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die im Zwischengehäuse angeordnete Drosselbuchse dort flüssigkeitsdicht gehaltert und ist im ι ο Zwischengehäuse eine Ringkammer vorgesehen, die mit einer Druckwassereinrichtung, z. B. auch mit der ersten Stufe des Hochdruckteils und einer Rohrleitung verbunden ist und sind in der Drosselbuchse selbst radiale Bohrungen angebracht, die in die keilartigen r-Taschen der Drosseibuchse münden und sind innerhalb der Buchse, also zu beiden Seiten der Taschen Drosselspalte mit Gewinderillendichtungen vorgesehen, deren Förderrichtungen in Richtung Taschen gehen, so daß sich innerhalb der Tasdnn verstärkte Staufelder höheren Druckes bilden, deren Kräfte eine zentrierende und damit stabilisierende, jedoch vergrößerte Wirkung auf die Pumpenwelle ausüben.

/Is erfindungsgemäße Variante können in der vorerwähnten Drosselbuchse beidseitig der keilartigen Taschen als Drosselstrecken auch gekammerte Schwimmringe, die durch elastische O-Ringe vorzentriert sind, angeordnet sein, wobei die Schwimmringe axial gegenüber ihren L-förmigen Gehäusen, die kammerartig die Schwimmringe umschließen, ein jo kleines Spiel aufweisen und wo zusätzlich noch auf ihrer Hochdruckstirnseite mehrere radialvtrlaufende Nuten eingearbeitet sind. In eine dieser Nuten greift ein Stift ein, der in einer Kammerstirnseite befestigt ist und als Verdrehsicherung für den Schwimmring dient. π

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt die

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kreiselpumpe, die

F i g. 2 einen Schnitt gemäß A-A von F i g. 1 (vereinfacht dargestellt), die

F i g. 3 einen Schnitt gemäß B-B von F i g. 1, die

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Drosselbuchse mit Schwimmringdichtungen (oberer Teil) und einen Längsschnitt durch eine Drosselbuchse mit Gewinderillendichtungen (unterer Teil) und die

F i g. 5 einen Schnitt gemäß C-Cvon F i g. 4.

Es bedeuten 1 die Pumpenwelle, 35 und 37 ihre Querlagcr, die im Sauggehäuse 2, bzw. im Druckgehäuse 30 befestigt sind. Das gesamte Gehäuse der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe setzt sich zusammen aus dem Sauggehäuse 2 mit Saugstutzen 3, dem Zwischengehäuse 20 mit Entnahmestutzen 19 und Zulaufstutzen 21, den Stufengehäusen 44 (in F i g. 1 nicht dargesteH') und dem Druckgehäuse 30 mit Druckstutzen 31, wobei alle Teile durch mehrere Gehäuseschrauben 42 bzw. 41 druck- und flüssigkeitsdicht verbunden sind.

Im Sauggehäuse 2, das zum Zwischengehäuse hin vollkommen offen ist, ist ein doppelflutiges Laufrad 10 mit einem Leitrad 15 angeordnet. Beiderseits des «> Laufrades sind Schikanen 32 und 33 angeordnet, die die sonst größeren Radseitenräume 13 und 14 abdecken.

Weiter sind im Sauggehäuse 2 vom Saugstutzen 3 ausgehend zwei Zulaufkanäle 4 und 5 angeordnet. Durch diese fließt das Fördermedium dem doppelfluti- b5 gen Laufrad 10 gleichmäßig zu. Beide Kanäle sind in ihren geometrischen Abmessungen gleich gestaltet, jedoch innerhalb der Pumpe spiegelbildlich angeordnet.

Beispielsweise ist der Zulaufkanal 4 räumlich gekrümmt, weist eine Fühmngsrippe 6 auf und endet in einer Trennrippe 7. Beide Rippen enden nahe der Pumpenwelle und teilen damit räumlich den Saugmund 11.

Der Zulaufkanal 4 ist im Querschnitt so gestaltet, daß das Fördermedium kontinuierlich und stetig beschleunigt wi d, wobei es durch die Form und Lage der Führungsrippc 6 bzw. der Trennrippe 7 so gerichtet wird, daß das Medium vorwiegend radial in den Saugmund 11 des Laufrades 10 eintritt Weiter wird noch eine verbesserte Strömung in Kanal 4 erreicht, wenn die Führungsrippe 6 den Kanal unsymmetrisch, etwa im Verhältnis 2:1 trennt und die Trennrippe 7 nicht gegenüber dem Führungsrippenauslauf angeordnet wird, sondern wenn diese Rippe in Richtung zum verengten Teilkanal verschoben wird.

Analog dem vorbeschriebenen sind auch die weiteren Zulaufkanäle 5 und 22 ausgebildet die im Zwischengehäuse 20 angeordnet sind. Sie haben, wie bei Kanal 4 beschrieben, Führungsrippen 8 bzw. 23 und Trennrippen 9 bzw. 24 und gleiche für Kanal 5, bzw. ähnliche für Kanal 22, Querschnittsverhaltnisse bzw. -verlaufe.

Außerdem befindet sich im Zwischengehäuse 20 der an das Leitrad 15 anschließende Sammelraum 16 für den Förderstrom der Vorpumpe mit Oberleitung in die Erweiterung 17 und den Überströmkanal 18 zum Entnahmestutzen 19, wobei die größte radiale Erstrekkung oder Erweiterung des Kanals 18 etwa auf Höhe der Trennrippen 9 und 24 liegt.

Vom Entnahmestutzen 19 führt eine Leitung zu nicht dargestellten Aggregaten oder Anlagen, in denen das Fördermedium beispielsweise gereinigt und thermisch oder chemisch behandelt wird. Nach dem Durchfluß durch vorerwähnte Anlagen fließt es der Pumpe wieder zu und tritt durch den Zulaufstutzen 2i und den Zulaufkanal 22 in die Hauptpumpe zur weiteren Druckerhöhung ein.

Der Hochdruckteil ist in der Regel mehrstufig ausgebildet. Er wurde aber in Fig. 1 nur einstufig dargestellt, weil die Stufengehäuse 44, dertn Laufräder 45 und Leiträder 46 und Schleißwände 47 keine Besonderheiten aufweisen. Die Laufräder entsprechen dem dargestellten Laufrad 25, die Leiträder dem Leitrad 29 und die Schieißwände der Schleißwand 34. Weiter haben alle Laufräder des Hochdruckteils zum Schubausgleich an sich bekannte saug- und druckseitige Spaltdichtungen 48 und 49 und sogenannte Druckausgleichslöcher oder -öffnungen 50, wobei die Spaltdichtungen auch als Labyrinth-Ausführung gefertigt sein können.

Außerdem sind alle Radseitenräume 27 und 28 im Hochdruckteil so ausgebildet, daß sie sich zum Radaußendurchmesser hin stetig und konstant verengen, wobei der saugseitige Radseitenraum 27 der ersten Hochdruckstufe mit einer Schleißwand 34, die das Zwischengehäuse 20 abschließt, begrenzt wird.

Im Druckgehäuse 30 befindet sich etwa auf der Höhe des Druckstutzens 31 ein fördermediumgeschmiertes Querlager 37, dem, in Durchflußrichtung gesehen, noch eine Gewinderillendichtung 38 vorgeschaltet ist.

Das Druckgehäuse 30 wird durch das Wellenalxliehtungsgehäuse 54 abgeschlossen, das beispielsweise eine an sich bekannte Gleitringdichtung 40 aufnimmt Außerdem ist an diesem Gehäuse 54 eine Kohrleiiuui: 39 als Schmiermittelabführung angeschlossen. ilie il.is Schmiermittel beispielsweise in den Zulaufka11.il 4 ile> Sauggehäuses 2 zurückführt. Das andere Querl.iger IS ist im Sauggehäuse 2 neben dem Laufrad 10 angeordnet

und erhält sein Schmiermittel über die Zuführungsleitung 36, die vom ringartigen Sammelraum der Vorstufe abgeht. In diese Leitung 36 kann ein nicht dargestelltes Filter zur Reinigung des Schmiermittels eingeschaltet sein. Man kann die Leitung 36 auch am ersten Stufengehäuse 44 anschließen, dort gereinigtes Fördermedium als Schmiermittel abziehen, muß dann aber für eine Reduzierung des Druckes sorgen. Dem Quenager 35 ist in Durchflußrichtung gesehen noch eine kurze Spaltdrossel 51 nachgeschaltet. Beide Querlager 35 und 37 sind vorwiegend als sogenannte Mehrflächenlager ausgebildet.

Im Zwischengehäuse 20 befindet sich zwischen dem Zulauf zur Vorpumpe und dem Zulauf zur Hauptpumpe eine längere Drosselstrecke 43, in deren Drosselbuchse 52, zur Seiie höheren Druckes hin verschoben, mehrere Keilflächen 53 oder keilartig ausgebildete Taschen eingearbeitet sind. Durch diese Einrichtungen wird eine Zwischenlagerung und Schwingungsdämpfung der rotierenden Pumpenwelle erreicht.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Zwischenlagerung der Pumpenwelle aus folgenden Elementen aufgebaut: Eine innen zylindrisch ausgedrehte Drosselbuchse 56 paßt in entsprechende Aussparungen im Zwischengehäuse 20 und wird an ihrer Außenfläche durch in Ringnuten 57 eingelegte O-Ringe 58 gegen einen Ringraum 59 im Zwischengehäuse abgedichtet. Zwischen Drosselbuchse 56 und einer Wellenschutzhülse 60 sind ein Einsatz 61 mit keilartigen Taschen 62 und dahinter und davor mehrere L-förmige Schwimmringgehäuse 63 eingelegt. Die Schwimmringgehäuse 63 werden auf ihrer Außenfläche durch in Nuten eingelegte Dichtungsringe 64 abgedichtet. In den Aussparungen der L-förmigen Schwimmringgehäuse 63 sind Schwimmringe 65 eingelegt, welche durch in Ringnuten 66 eingelegte elastische O-Ringe 67 vorzentriert werden und axial in den Kammern ihrer L-förmigen Schwimmringgehäuse 63 ein kleines Spiel 74 besitzen. An der Stirnseite der Schwimmringe 65 befinden sich mehrere radialverlaufende Nuten 68, in eine dieser Nuten 68 greift als Verdrehsicherung ein Stift 69 ein. Die Drosselbuchse 56 erhält in Richtung Ringraum 59 im Zwischengehäuse 20 Bohrungen 70, der Einsatz 61 mit keilartigen Taschen 62 etwa in Höhe dieser Bohrungen 71, welche innen in den kcilartigen Taschen 62 münden.

Im Betrieb wird in den Ringraum 59 des Zwischengehäuses 20 Fördermedium mit erhöhtem Druck z. B. von der ersten Hochdruckstufe eingeleitet, welches durch die Bohrungen 70 und 71 in die keilartigen Taschen 62 gelangt und von dort durch die S'.hwimmringdichtungen nach beiden Seiten in den Saugmund der ersten Hochdruckstufe 26 bzw. in den Saugmund 12 der Vorstufe.

Anstelle der Schwimmringdichtungen können zu beiden Seiten des Einsatzes 61 auch Gewinderillendichtungen vorgesehen werden, deren Gewinde so geschnitten sind, daß das Fördermedium zu den Taschen hin gefördert wird.

Bei ei'.er Vertikal-Ausführung der Kreiselpumpe ist zwischen der Pumpenwelle und dem Motoruntersatz eine in Längsrichtung starre Kupplung angeordnet und im Motoruntersatz noch ein Längslager vorgesehen, das der Pumpenwelle im Betrieb eine gewisse freie Längsbewegung gestattet und im Stand das Rotoreigengewicht aufnimmt. Die kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach der Erfindung besitzt gegenüber bekannten Ausführungsformen zahlreiche Vorteile.

So ist die axiale Länge des Zwischengehäuses in Wirklichkeit noch geringer als aus Fig. 1 ersichtlich, weil darin aus Gründen der übersichtlicheren Darstellung alle Stutzen zeichnerisch in eine Ebene gedreht wurden, während sie tatsächlich gegeneinander versetzt und damit noch kompakter angeordnet sind. Daraus resultiert ein kurzer Abstand der Hauptlager, der in Verbindung mit den nachfolgenden Merkmalen einen langen ruhigen störungsfreien Lauf der Pumpe zur Folge hat. Vorteilhaft sind ferner aufgrund der ineinandergeschachtelten Kanäle und Sammel- bzw. Überströmräume für das Fördermedium kurze und strömungstechnisch optimal gestaltete Strömungswege ohne schädliche Toträume oder Erweiterungen. Durch die Konstruktion nach der Erfindung ergeben sich neben einer bemerkenswerten Laufruhe insbesondere auch optimale Strömungsverhältnisse für die Zulaufkanäle und für die Umlenkzonen vor den Laufrädern, wo das Fördermedium kontinuierlich und stetig beschleunigt wird. Die erfindungsgemäßen Mehrflächen-Querlager ergeben in Verbindung mit der Drosselbuchse im Zwischengehäuse mit Keilflächen eine große Laufruhe der Kreiselpumpe. Diese Einrichtungen wirken bei vertikaler Aufstellung der Pumpe selbstzentrierend und damit stabilisierend auf die Welle ein.

Die neue Gestaltung der Radseitenräume, deren Weiten zum Laufraddurchmesser hin stetig abnehmen, wirken sich ebenfalls günstig auf die Laufruhe der Pumpe aus, da hierdurch Ablösungen des strömenden Mediums von den Wänden und Wirbel vermieden werden. Außerdem hat diese Maßnahme eine stabilisierende Wirkung auf den internen Axialschubausgleich, weil kleinste Läuferbewegungen in Längsrichtung darin erhebliche Druckänderungen erzeugen. Dies wiederum schafft andere Kräfteverhältnisse, was sich vorwiegend im Raum nahe des Radaußendurchmessers abspielt.

Besonders wichtig ist auch die leichte Zugänglichkeit der vom Fördermedium durchströmten Räume im Zwischengehäuse. Nach dem Gießen kann die Oberfläche dieser Räume leicht von der Gußhaut befreit und geglättet werden. Ferner kann die Oberfläche nach einfachem Auseinanderschrauben der Pumpe jederzeit von Ablagerungen gereinigt oder nachpoliert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion wird eine optimale Führung des strömenden Fördermediums in der Pumpe erreicht, werden alle störenden Toträume und Taschen in der Leitungsführung vermieden. Dies wirkt der Ablagerung von Schmutzteilen und der Korrosion entgegen und verhindert die förderleistungsbeeinträchtigende und geräuscherzeugende Bildung von Wirbeln.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kompakte, mehrstufige Kreiselpumpe mit Zwischenentnahme und Wiedereinspeisung bestehend aus einer doppelflutigen Vorstufe mit Saugstutzen, einem ringartig zwischen Vorstufe und Hauptpumpe angeordneten Zwischengehäuse mit einem Überströmkanal und Entnahmestutzen für die Zwischenentnahme, einem Zulaufstutzen und Zulaufkanal für die Wiedereinspeisung in die Hauptpumpe und einer gegebenenfalls mehrstufigen Hauptpumpe mit Druckstutzen, deren Querlager vom Fördermedium geschmiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptteile wie Sauggehäuse (2), Zwischengehäuse (20), Stufengehäuse (44) und Druckgehäuse (30) durch Gehäuseschrauben (41 und 42) druckdicht verspannt sind und das zwischen Saug- (2) und Di uckgehäuse (30) oder erstem Stufengehäuse (44) eingespannte Zwischengehäuse (20) einen der Zulaufkanäle (5) der doppelflutigen Vorstufe (10), den Sammelraum (16) nach der Vorstufe (10) mit Überströmkanal (18) und den Zulaufkanal (22) zur Hauptpumpe für die Wiedereinspeisung enthält, wobei die im Zwischengehäuse (20) enthaltenen Kanäle und Räume so ineinandergefügt sind, daß sie das Volumen des Zwischengehäuses im wesentlichen ausfüllen und deren Trennwände so gestaltet sind, daß sich optimale Strömungsverhältnisse für das Fördermedium im Zwischengehäuse ergeben und in seiner m Längsachse eine Einrichtung zur Zwischenlagerung und Schwingungsdämpfung der Pumpenwt !e vorgesehen ist, die aus einer die Räume (S) und (22) verbindenden Drosselbuchse (52) besteht und die gegen ihr mit höherem Druck beaufschlagtes Ende J5 innen mehrere Keilflächen (53) oder keilartig ausgebildete Taschen aufweist, die Radseitenräume (13, 14) der zweiflutigen Vorstufe mit zwischen Sauggehäuse (2) und Zwischengehäuse (20) eingelegten Schleißwänden (32, 33) und der Radseiten- to raum (27) der Hauptpumpe mit einer zwischen Zwischengehäuse (20) und Druckgehäuse (30) eingelegten Schleißwand (34) abgedeckt sind, welche die Radseitenraumweiten zum Radaußendurchmesser hin stetig verengen, daß die Querlager « (35, 37) der Pumpenwelle vorwiegend als Mehrflächengleitlager ausgebildet und vom Fördermedium geschmiert sind, dem antriebseitigen Querlager (37) eine Gewinderillendichtung (38) vorgeschaltet ist, die zum Laufrad hin fördert und als Wellenabdichtung auf der Druckseite eine doppeltwirkende Gleitringdichtung (40) vorgesehen ist, deren Mittelteil mit der Wellenhülse (55) verbunden ist und die auf der Pumpenwelle (1) flüssigkeitsdicht und längsverschiebbar so festgeklemmt ist, daß beide Gleitringe die gleiche Vorspannung erhalten.

2. Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zwischengehäuse (20) angeordnete Drosselbuchse (52) aus einem oder mehreren Teilen besteht, beidseitig im Zwischengehäuse flüssigkeitsdicht (57, 58) gehaltert ist und in ihrem Innern etwa bei ein Drittel ihrer Länge verschoben nach dem Ende höheren Druckes keilartig eingearbeitete Taschen (62) aufweist, in welche radialverlaufende Bohrun- ^ gen (71) münden, auf beiden Seiten an die Taschen Drosselspalte mit Gewinderillendichtungen (72, 73) anschließen, die in Richtung Taschen (62) fördern und das Zwischengehäuse (20) auf Höhe der radialverlaufenden Bohrungen (72 und/oder 70) einen abgeschlossenen ringartigen Raum (59) bildet, der mit Fördermedium höheren Druckes aus der ersten Hochdruckstufe beaufschlagt ist

3. Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Drosselbuchseneinsatzes (56) ein Einsatz (61) mit keilartigen Taschen (62) sowie zu beiden Seiten dieses Einsatzes Schwimmringe (65) in L-förmigen Schwimmringgehäusen (63) eingelegt sind, wobei die Schwimmringe (65) durch elastische O-Ringe (67) vorzentriert sind, axial gegenüber ihren Schwimmringgehäusen (63) ein kleines Spiel (74) aufweisen und stirnseitig mehrere radialverlaufende Nuten (68) besitzen, wobei in eine dieser Nuten ein Stift (69) als Verdrehsicherung eingreift, der in der Kammerstirnseite befestigt ist und in der Drosselbuchse (56) sowie in dem Einsatz (61) Bohrungen (71, 70) vorgesehen sind, welche innen in den keilartigen Taschen (62) enden, der Drosselbuchseneinsatz (56) beidseitig im Zwischengehäuse (20) flüssigkeitsdicht (57, 58) gehaltert ist und das Zwischengehäuse auf Höhe der radialverlaufenden Bohrungen (70) einen abgeschlossenen ringartigen Raum (59) bildet, der mit Fördermedium höheren Druckes beaufschlagt ist.