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Abdichtung der Welle einer Kreiselpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf Wellenspaltabdichtungen von Kreiselpumpen, insbesondere zum Fördern von Laugen, Säuren, heissen Flüssigkeiten und solchen, die schleissend wirkende Bestandteile mitführen.
Sie bezweckt besonders die weitere Ausbildung von Pumpen, bei denen die Wellen nach aussen durch Stopfbüchsen oder sogenannte Schleifringdichtungen abgedichtet wird.
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dichtungen zu erhöhen bzw. zu erhalten, zwischen der Stopfbüchse und dem Pumpenraum eine neutrale Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, einzuleiten, damit die Wellenspaltabdichtung mit der Förderflüssigkeit nicht in Berührung kommt. Es ist gleichfalls vorgeschlagen worden, die Spülflüssigkeit durch ein Hilfsför- derrad in Umlauf zu versetzen und z. B. durch einen Kühler zu pumpen, wodurch die Reibungswärme der Wellenspaltabdichtung ohne Zufuhr frischer Spülflüssigkeit abgeführt wird und beim Fördern von heissen Flüssigkeiten eine Wärmeübertragung vom Pumpenraum über die Welle zur Wellenspaltabdichtung verhindert wird.
Bei diesen bekannten Ausführungen muss die Menge Spülflüssigkeit, die zugeführt wird, so gross bemessen werden, dass auch bei starker Undichtigkeit der Wellenspaltabdichtung noch eine Überschussmenge in den Pumpenraum fliesst, um ein Fliessen der Förderflüssigkeit vom Pumpenraum zur Wellenspaltabdichtung zu verhindern. Bei geringen Undichtigkeiten der Wellendichtung fliessen dann aber verhältnismässig grosse Mengen Sperrflüssigkeit in den Pumpenraum und vermischen sich mit der Förderflüssigkeit.
Besonders dieser Nachteil soll durch die vorliegende Erfindung behoben werden.
Sie beruht im wesentlichen darauf, dass zwischen dem Pumpenraum und dem Hilfsförderrad, welches die Zirkulation der Spülflüssigkeit bewirkt, Sperrgas, z. B. Stickstoff, Pressluft oder Dampf, eingeleitet wird. Sie beruht weiter darauf, dass die Spülflüssigkeit mit gleichem oder geringem Überdruck gegenüber dem am Saugstutzen auftretenden Druck eingeleitet wird und dass zwischen der Gaseinführung und dem Pumpenraum ein weiteres Hilfsförderrad angeordnet ist.
Die im Nachfolgenden beschriebenen und auf den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung erläutern.
Fig. 1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einer Stopfbüchse b und einem in einer vom Pumpenraum getrennen Kammer c angeordnetem Hilfsförderrad d. An der Rückseite des Laufrades ist ein weiteres Hilfsförderrad a angeordnet. In der den Pumpenraum und die Kammer c trennenden Zwischenwand ist ein Kanal e bis in die Nähe der Laufradnabe durchgeführt.
Wenn durch den Kanal e Gas eingeleitet wird, dessen Druck etwa gleich oder grösser als der Zulaufdruck am Saugstutzen der Pumpe ist, bildet sich im Hilfsförderrad a innen ein Gaspolster und aussen ein Flübsigkeitsring (Förderflüssigkeit), wodurch verhindert wird, dass Förderflüssigkeit über den Spalt h in die Kammer c eindringen kann. Der Flüssigkeitsring passt sich in seiner Breite selbsttätig den an der Pumpe auftretenden Druckschwankungen an, indem sich das Gaspolster ausdehnt oder zusammengedrückt wird. Bei stark wechselnden Zulaufdrücken der Pumpe, wenn die Anpassung durch den Flüssigkeitsring nicht mehr ausreicht, kann der Gasdruck durch ein nicht gezeichnetes Regelventil dem Zulaufdruck angepasst werden.
Die. Kammer c, in der das Hilfsförderrad d arbeitet, ist mit einem ausserhalb der Pumpe angeordneten
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Kühler g, der mit neutraler Flüssigkeit gefüllt ist, verbunden. Das Hilfsförderrad bewirkt eine Zirkulation der neutralen Flüssigkeit durch den Kühler zum Wellenspalt i vor der Stopfbuchse, wodurch eine gute Ableitung der Reibungswärme der Wellenspaltdichtung erreicht wird, aber auch verhindert wird, dass eine Wärmeübertragung vom Pumpenraum über die Welle zur Stopfbüchse erfolgt. Das Hilfsförderrad d besitzt auf der der Pumpenkammer zugekehrten Seite gleichfalls Förderschaufeln, so dass sich auf dieser Seite aussen ein Flüssigkeitsring (Spülflüssigkeit) und innen ein Gaspolster bildet, wodurch verhindert wird, dass Spülflüssigkeit über den Spalt h in den Pumpenraum gelangen kann.
Der Druckausgleich zwischen dem Zulaufdruck, der Spülflüssigkeit und dem Gasdruck wird in einfacher Weise durch Verbinden der Gasleitung 1 mit dem oberen Teil des Kühlers erreicht, wodurch sich im Kühler und am Spalt i der gleiche Druck bzw. Differenzdruck einstellt wie am Spalt h. Diese Verbindung hat noch den Vorzug, dass die Leckverluste der Wellendichtung selbsttätig ausgeglichen werden, indem der durch austretende Leckmenge im Behälter g frei werdende Raum durch das nachfliessende Gas ausgefüllt wird.
Beim Fördern von heissen Flüssigkeiten mit Temperaturen, die über dem Siedepunkt der Spülflüssigkeit liegen, kann an Stelle von Gas Dampf der Spülflüsoigkeit Pingeleitet werden. Die Einleitung vor Dampf ist besonders dann zweckmässig, wenn als Spülflüssigkeit beispielsweise Wasser verwendet wird und die Förderflüssigkeit mit Pressluft od. dgl. 11Îcht in Berührung kommen soll oder wenn Druckgas nicht verfügbar ist. Beim Einleiten von Wasserdampf, der bei Temperaturen über 1000 C gasförmig ist, übernimmt der Dampf die gleiche Wirkung wie das sonst eingeleitete Gas.
Beim Einleiten von Dampf ergibt sich überdies noch der Vorteil, dass der Dampf im Hilfsförderrad d kondensiert und selbsttätig die Leckverluste der Wellenspaltabdichtung ausgleicht, so dass die Umlaufmenge im Kühler immer gleich bleibt und ein Nachfüllen der Spülflüssigkeit überflüssig wird.
Um eine Wärmeübertragung vom Pumpenraum zur Kammer c weitgehend zu vermeiden, ist in der Zwischenwand eine Isolierschicht f vorgesehen.
Die Anwendung von Dampf ist besonders auch beim Fördern von Flüssigkeiten, die bei niedrigen Temperaturen erstarren, zweckmässig, weil hiebei eine Abkühlung der Fbrderflüssigkeit vermieden wird.
Ein etwa auftretender Wärmeverlust wird durch nachfliessenden Dampf ausgeglichen.
Besonders zweckmässig ist die Anwendung der Erfindung, wenn die Förderflüssigkeit den Pumpen aus Behältern zufliesst, die unter hohem Gas-bzw. Dampfdruck stehen. In diesem Fall kann das Gas oder der Dampf direkt aus dem Gasraum des Behälters in den Kanal c ohne VerwendLng von Reduzier-oder Regelventilen eingeleitet werden.
Wird beispielsweise bei Zellsroffkochern die Kocherlauge durch einen Erhitzer im Kreislauf umgepumpt, so bildet sich oben im Kocher ein Dampfdruck in Abhängigkeit von der Temperatur der Kocherlauge. Dieser Dampfdruck bestimmt zusammen mit der statischen Zulaufhöhe den Zulaufdruck am Saugstutzen der Pumpe. Durch Verbinden des Dampfraumes mit der Einfuhröffnung e wird der Druck im Hilfsförderrad a selbsttätig dem durch den schwankenden Dampfdruck veranderlichen Zulaufdruck angepasst.
Das Hilfsförderrad a braucht daher um so gross bestimmt zu werden, dass es den statischen Zulaufdruck + Förderdruck überwindet.
Eine Vorrichtung entsprechend der Erfindung hat aber auch den Vorteil, dass sie gute Notlaufeigenschaften hat, wenn längere Zeit kein Gas bzw. Dampf zugeführt wird. In diesem Fall wird die gleiche
Menge Förderflüssigkeit in die Kammer c fliessen wie Spülflüssigkeit aus der Wellendichtung austritt. Bei ausreichender Bemessung des Kühlers, der dann zweckmässig ausserhalb der Pumpe angeordnet und mit neutraler Flüssigkeit gefüllt ist, wird dann die Förderflüssigkeit mit der Spülflüssigkeit vermischt und weitgehend neutralisiert und gekühlt, o dass auch in diesem Fall die Wellendichtung vor, der heissen oder oder aggressiven Flüssigkeit entlastet ist.
Fig. 2 zeigt eine konstruktiv vereinfachte Ausführung der Erfindung, die besonders den Vorzug hat, dass die beiden Hilfsfürderräder a und d mit dem Förderrad in einem Werkstück zusammengefasst sind. Der Ringspalt h zwischen Hilfsförderrad d und dem Pumpenraum ist am äusseren Umfang des Hilfsförderrades d gebildet. An Stelle der beim Ausführungsbeispiel nach Fig. l der Pumpenkammer zugekehrten Schaufeln
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Sealing the shaft of a centrifugal pump
The invention relates to shaft gap seals of centrifugal pumps, in particular for pumping lyes, acids, hot liquids and those that carry abrasive constituents.
It is particularly intended for the further development of pumps in which the shafts are sealed off from the outside by stuffing boxes or so-called slip ring seals.
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to increase or maintain seals, to introduce a neutral liquid, preferably water, between the stuffing box and the pump chamber so that the shaft gap seal does not come into contact with the pumped liquid. It has also been proposed to set the rinsing liquid in circulation by means of an auxiliary conveying wheel and, e.g. B. to pump through a cooler, whereby the frictional heat of the shaft gap seal is dissipated without supplying fresh flushing liquid and when pumping hot liquids, a heat transfer from the pump chamber via the shaft to the shaft gap seal is prevented.
In these known designs, the amount of flushing liquid that is supplied must be so large that even if the shaft gap seal is severely leaky, an excess amount still flows into the pump chamber in order to prevent the delivery liquid from flowing from the pump chamber to the shaft gap seal. In the event of minor leaks in the shaft seal, however, relatively large quantities of barrier fluid flow into the pump chamber and mix with the pumped fluid.
This disadvantage in particular is intended to be eliminated by the present invention.
It is based essentially on the fact that between the pump chamber and the auxiliary impeller, which causes the flushing liquid to circulate, sealing gas, e.g. B. nitrogen, compressed air or steam is introduced. It is also based on the fact that the flushing liquid is introduced with the same or a slight excess pressure compared to the pressure occurring at the suction nozzle and that a further auxiliary impeller is arranged between the gas inlet and the pump chamber.
The exemplary embodiments described below and shown in the drawings are intended to explain the invention.
1 shows a centrifugal pump with a stuffing box b and an auxiliary feed wheel d arranged in a chamber c separated from the pump chamber. Another auxiliary feed wheel a is arranged on the back of the impeller. In the intermediate wall separating the pump space and the chamber c, a channel e is passed through to the vicinity of the impeller hub.
If gas is introduced through channel e, the pressure of which is approximately equal to or greater than the inlet pressure at the suction port of the pump, a gas cushion forms inside the auxiliary impeller a and a liquid ring (pumped liquid) on the outside, which prevents the pumped liquid from flowing through the gap h can penetrate into the chamber c. The width of the liquid ring automatically adapts to the pressure fluctuations that occur at the pump, as the gas cushion expands or is compressed. If the inlet pressures of the pump fluctuate significantly, if the adjustment by the liquid ring is no longer sufficient, the gas pressure can be adjusted to the inlet pressure by a control valve (not shown).
The. Chamber c, in which the auxiliary feed wheel d works, is arranged with an outside of the pump
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Cooler g, which is filled with neutral liquid, connected. The auxiliary impeller causes the neutral liquid to circulate through the cooler to the shaft gap i in front of the stuffing box, which ensures that the frictional heat of the shaft gap seal is dissipated well, but also prevents heat from being transferred from the pump chamber via the shaft to the stuffing box. The auxiliary impeller d also has delivery blades on the side facing the pump chamber, so that a liquid ring (flushing liquid) is formed on the outside and a gas cushion on the inside, which prevents flushing liquid from entering the pump chamber through the gap h.
The pressure equalization between the inlet pressure, the flushing liquid and the gas pressure is achieved in a simple manner by connecting the gas line 1 to the upper part of the cooler, whereby the same pressure or differential pressure is established in the cooler and at gap i as at gap h. This connection also has the advantage that the leakage losses of the shaft seal are automatically compensated for, in that the space freed up by the amount of leakage in the container g is filled by the gas flowing in.
When pumping hot liquids at temperatures above the boiling point of the rinsing liquid, steam from the rinsing liquid P can be conducted instead of gas. The introduction before steam is particularly useful when, for example, water is used as the rinsing liquid and the conveying liquid is not to come into contact with compressed air or the like or when compressed gas is not available. When water vapor is introduced, which is gaseous at temperatures above 1000 C, the steam takes on the same effect as the otherwise introduced gas.
When steam is introduced, there is also the advantage that the steam condenses in the auxiliary impeller d and automatically compensates for the leakage losses in the shaft gap seal, so that the amount circulating in the cooler always remains the same and there is no need to refill the flushing liquid.
In order to largely avoid heat transfer from the pump space to the chamber c, an insulating layer f is provided in the intermediate wall.
The use of steam is particularly useful when pumping liquids that solidify at low temperatures, because this avoids cooling of the conveying liquid.
Any heat loss that occurs is compensated for by the steam flowing in.
The application of the invention is particularly expedient when the pumped liquid flows into the pumps from containers which are filled with high gas or water levels. Stand vapor pressure. In this case, the gas or the steam can be introduced directly from the gas space of the container into the channel c without the use of reducing or regulating valves.
For example, if the cooking liquor is circulated through a heater in the case of cell boilers, a vapor pressure is built up in the cooker depending on the temperature of the cooking liquor. This vapor pressure, together with the static inlet height, determines the inlet pressure at the suction nozzle of the pump. By connecting the steam space to the inlet opening e, the pressure in the auxiliary feed wheel a is automatically adapted to the inlet pressure that changes due to the fluctuating steam pressure.
The auxiliary feed wheel a therefore needs to be determined so large that it overcomes the static inlet pressure + delivery pressure.
A device according to the invention, however, also has the advantage that it has good emergency running properties if no gas or steam is supplied for a long time. In this case it will be the same
The amount of liquid to be pumped flows into chamber c as flushing liquid emerges from the shaft seal. If the cooler is adequately dimensioned, which is then expediently arranged outside the pump and filled with neutral liquid, the delivery liquid is then mixed with the rinsing liquid and largely neutralized and cooled, o that in this case too the shaft seal is in front of the hot or aggressive liquid is relieved.
2 shows a structurally simplified embodiment of the invention, which has the particular advantage that the two auxiliary feed wheels a and d are combined with the feed wheel in one workpiece. The annular gap h between the auxiliary feed wheel d and the pump chamber is formed on the outer circumference of the auxiliary feed wheel d. Instead of the blades facing the pump chamber in the embodiment according to FIG
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