Die Erfindung betrifft eine Turbopumpe zur Förderung heisser Medien, wobei eine Teilmenge des Fördermediums in einem geschlossenen Kühlkreislauf zur Kühlung der Wellendichtung und 'oder eines Wellenlagers umgewälzt wird.
Bei Turbopumpen der genannten Art, z.B. bei Heisswas- serpumpen. in denen Temperaturen von 300"C und mehr erreicht werden können, ist es erforderlich, die Wellenabdichtung und gegebenenfalls das Laufradseitige Wellenlager mit Hilfe eines Kühlkreislaufes zu kühlen. Zu diesem Zweck sind Konstruktionen bekannt, bei denen aus dem Hauptstrom heissen Fördermittels eine Teilmenge abgezweigt in einem Zyklonabscheider oder einer Filterkombination gereinigt.
durch einen Kühler geführt und den zu kühlenden Bereichen der Pumpe zugeführt wird. Da die als Kühlmittel benutzte Fördermittelteilmenge nach einmaligem Durchlaufen durch das Kühlsystem - abgesehen von der Leckage - wieder in den Hauptstrom eingespeist wird, erfordern diese Konstruktionen eine Abfuhr erheblicher Wärmemengen in entsprechend grossen Kühlern.
Bei anderen bekannten Pumpen sind im wesentlichen in sich geschlossene Kühlkreisläufe vorgesehen, in denen überwiegend immer das gleiche Medium mit Hilfe von Umwälzeinrichtungen - z.B. mit einem zusätzlichen Umwälzlaufrad auf der Welle oder einer separaten Umwälzpumpe - oder aufgrund der Wirkung eines thermischen Siphons über einen Kühler umgewälzt wird. Diese bekannten Anordnungen sind dabei unter Umständen ebenfalls mit Filtern oder Zyklonabscheidern ausgerüstet, um zusätzliches Fördermittel zu reinigen, das dem Kühlsystem aus dem Hauptstrom ständig als Ersatzt für die Leckage zufliessen muss. Bei diesen Konstruktionen besteht die Gefahr, dass die Filter sehr rasch verstopfen, daraufhin umgangen werden müssen und unwirksam werden; mit Zyklonabscheider versehene Kühlsysteme dieser Art müssen dagegen eine relativ hohe Förderhöhe für die Umwälzung des Arbeitsmittels aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem zu schaffen, bei dem dem im wesentlichen in sich geschlossenen Kühlsystem aus dem Hauptkreislauf nur gereinigtes Fördermittel zufliesst, ohne dass im Kühlsystem selbst Reinigungsmittel vorhanden sind, wegen denen die für den Kühlmittelumlauf benötigte Förderhöhe beträchtlich erhöht werden müsste.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, dass laufradseitig dem Kühlkreislauf ein aus der Druckseite mit heissem Fördermedium gespeister Sperrkreislauf vorgelagert ist, in dem ein Zyklonabscheider vorhanden ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen schematisch je eine Pumpe mit einem Kühlkreislauf und einem vorgeschalteten Sperrkreislauf, wobei Fig. 2 - im Gegensatz zu Fig. 1 - zusätzlich ein von Fördermittel geschmiertes Lager aufweist, das in den Kühlkreislauf einbezogen ist.
Die vertikal angeordnete, einstufige Radialpumpe, deren fliegend gelagertes Laufrad 1 über eine Welle 2 angetrieben ist, fördert heisses Medium, beispielweise Heisswasser von etwa 300"C, aus einer Saugleitung 5 über eine Druckspirale 3 in eine Druckleitung 4. Über eine auf die Welle 2 aufgekeilte Kupplung 7 ist die Pumpe, unter Umständen unter Zwischenschaltung eines Getriebes, an einen nicht dargestellten Antriebsmotor angeschlossen.
Der Laufradraum ist nach oben durch einen Hauptdeckel 8 abgeschlossen. der in einen die Welle 2 umschliessenden Gehäusekörper 9 übergeht, der seinerseits an seinem oberen Ende einen Dichtungseinsatz 10 trägt. Dieser Einsatz 10 enthält die zu kühlende Wellendichtung 11, die beispielsweise als Weichstopfbüchse oder als ein- bzw. mehrstufige Gleitringdichtung ausgebildet sein kann. Durch einen Deckel 12 wird die Dichtung 11 in dem Einsatz 10 gehalten.
Oberhalb des Einsatzes 10 sind im Beispiel 1 ein Lagerbock 14 und ein ölgeschmiertes Lager 13 angeordnet.
Der Gehäusekörper 9 umschliesst einen Hohlraum 15, in dem sich als Umwälzeinrichtung für das Kühlmittel ein auf der Antriebswelle 2 sitzendes zusätzliches Hilfspumpenrad 16 befindet. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, in Leitungen 17 und 18, die den Hohlraum 15 durch den Körper 9 bzw. den Einsatz 10 hindurch mit einem Kühler 19 verbinden, eine getrennt angetriebene Umwälzpumpe vorzusehen, oder die Kühlmittelzirkulation aufgrund des natürlichen Umlaufes infolge einer Thermosiphonwirkung aufrecht zu erhalten.
Erfindungsgemäss ist im Kühlsystem ein Sperrkreislauf laufradseitig vorgelagert; in diesem wird aus der Druckleitung 4 über eine Leitung 20 heisses Wasser in einen Zyklonabscheider 21 eingespeist und dort von im Hauptstrom mitgeführten Verunreinigungen befreit, wobei gleichzeitig eine Entspannung auf einen Druck stattfindet, der nur geringfügig über dem Saugdruck des Laufrades 1 liegt. Das gereinigte Wasser fliesst aus dem Zyklon 21 über eine Leitung 22 einem die Welle 2 ringförmig umgebenden Sperraum 23 zu, während die ausgeschiedenen Verunreinigungen mittels einer Leitung 24 in den Saugkanal 5 zurückgeführt werden.
Vom Sperraum 23 aus sind entlang der Welle 2 spaltartige Öffnungen 25 und 26 vorhanden. die einerseits in den Hohlraum 15 des Kühlsystems und andererseits in einen Raum 27 hinter dem Laufrad 1 führen, von dem aus durch Bohrungen 28 im Laufrad 1 eine Verbindung auf die Saugseite der Pumpe besteht. Das Wasser aus dem Sperraum 23, in dem sich ein, um das für seinen Abfluss notwendigen Druckgefälle gegen über dem Saugseitendruck der Pumpe erhöhter Druck einstellt, fliesst entweder durch den Spalt 26 und die Bohrungen 28 auf die Saugseite der Pumpe zurück oder wird durch den Spalt 25 in den Kühlkreislauf eingespeist, um dort an den Dichtungen 11 auftretende Leckverluste zu ersetzen.
Im Beispiel nach Fig. 2 ist das Lager 13 lediglich durch ein wassergeschmiertes Lager 29 ersetzt, das in das Kühlsystem einbezogen ist. Der Gehäusekörper 9 und der Hohlraum 15 sind deshalb gegenüber dem ersten Beispiel vergrössert.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Sperrkreislaufes ist gewährleistet, dass dem Kühlsystem nur sauberes Wasser zufliessen kann. so dass die erwähnten Schwierigkeiten bekannter Konstruktionen vermieden sind.
Die im Sperrkreislauf zirkulierende Wassermenge und die im Kühlkreislauf umgewälzte Menge betragen im allgemeinen je etwa bis zu 1% der Fördermenge des Hauptstromes. In welchem Masse die Menge des Sperrkreislaufes sich auf die Spalte 25 und 26 aufteilt, ist in weiten Grenzen unterschiedlich und hängt von der durch die Dichtungen 11 abströmenden Leckagemenge ab. Als Anhaltspunkt sei erwähnt, dass die dem Kühlkreislauf zufliessende Menge bei einer einzigen Dichtung unter 1 ovo und bei Dichtungen mit mehreren Druckstufen bis zu 50% der im Sperrkreislauf zirkulierenden Mengen betragen kann.
PATENTANSPRUCH
Turbopumpe zur Förderung heisser Medien, wobei eine Teilmenge des Fördermediums in einem geschlossenen Kühlkreislauf zur Kühlung der Wellendichtung und/oder eines Wellenlagers umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass laufradseitig dem Kühlkreislauf (16 - 19) ein aus der Druckseite (4) mit heissem Fördermedium gespeister Sperrkreislauf (20 - 28) vorgelagert ist, in dem ein Zyklonabscheider (21) vorhanden ist.
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The invention relates to a turbo pump for conveying hot media, a portion of the conveying medium being circulated in a closed cooling circuit for cooling the shaft seal and / or a shaft bearing.
In turbo pumps of the type mentioned, e.g. with hot water pumps. in which temperatures of 300 "C and more can be reached, it is necessary to cool the shaft seal and, if necessary, the impeller-side shaft bearing with the aid of a cooling circuit. For this purpose, designs are known in which a subset of the main flow of hot conveying means is branched off in one Cyclone separator or a filter combination cleaned.
is passed through a cooler and fed to the areas to be cooled of the pump. Since the partial amount of conveying medium used as coolant is fed back into the main flow after passing through the cooling system once - apart from the leakage - these designs require a considerable amount of heat to be dissipated in correspondingly large coolers.
In other known pumps, essentially self-contained cooling circuits are provided in which the same medium is predominantly always the same with the help of circulating devices - e.g. with an additional circulation impeller on the shaft or a separate circulation pump - or due to the effect of a thermal siphon is circulated via a cooler. These known arrangements may also be equipped with filters or cyclone separators in order to clean additional conveying means that must constantly flow into the cooling system from the main flow as a replacement for the leakage. With these constructions there is the risk that the filters become clogged very quickly, then have to be bypassed and become ineffective; On the other hand, cooling systems of this type provided with cyclone separators must have a relatively high delivery head for the circulation of the working medium.
The invention is based on the object of creating a cooling system in which the essentially self-contained cooling system flows from the main circuit only cleaned conveying agent, without cleaning agents being present in the cooling system itself, because of which the conveying height required for the coolant circulation would have to be increased considerably .
The solution to this problem according to the invention is characterized in that on the impeller side the cooling circuit is preceded by a barrier circuit, which is fed with hot conveying medium from the pressure side and in which a cyclone separator is present.
The invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments in connection with the drawing.
1 and 2 each schematically show a pump with a cooling circuit and an upstream blocking circuit, with FIG. 2 - in contrast to FIG. 1 - additionally having a bearing lubricated by conveying means which is included in the cooling circuit.
The vertically arranged, single-stage radial pump, the cantilevered impeller 1 of which is driven via a shaft 2, conveys hot medium, for example hot water at around 300 ° C, from a suction line 5 via a pressure spiral 3 into a pressure line 4 wedged coupling 7, the pump is connected to a drive motor, not shown, possibly with the interposition of a gear.
The impeller space is closed off at the top by a main cover 8. which merges into a housing body 9 which surrounds the shaft 2 and which in turn carries a sealing insert 10 at its upper end. This insert 10 contains the shaft seal 11 to be cooled, which can be designed, for example, as a soft stuffing box or as a single or multi-stage mechanical seal. The seal 11 is held in the insert 10 by a cover 12.
In example 1, a bearing block 14 and an oil-lubricated bearing 13 are arranged above the insert 10.
The housing body 9 encloses a cavity 15 in which there is an additional auxiliary pump wheel 16 seated on the drive shaft 2 as a circulation device for the coolant. However, it is of course also possible to provide a separately driven circulating pump in lines 17 and 18 which connect the cavity 15 through the body 9 or the insert 10 to a cooler 19, or to maintain the coolant circulation due to the natural circulation as a result of a thermosiphon effect to obtain.
According to the invention, a blocking circuit is upstream of the impeller in the cooling system; In this, hot water is fed from the pressure line 4 via a line 20 into a cyclone separator 21, where it is freed of impurities carried along in the main flow, while at the same time expansion to a pressure which is only slightly above the suction pressure of the impeller 1. The purified water flows out of the cyclone 21 via a line 22 to a barrier space 23 surrounding the shaft 2 in an annular manner, while the separated impurities are returned to the suction channel 5 by means of a line 24.
From the blocking space 23, gap-like openings 25 and 26 are provided along the shaft 2. which lead on the one hand into the cavity 15 of the cooling system and on the other hand into a space 27 behind the impeller 1, from which there is a connection to the suction side of the pump through holes 28 in the impeller 1. The water from the barrier space 23, in which the pressure gradient necessary for its drainage is set higher than the suction side pressure of the pump, either flows through the gap 26 and the bores 28 back to the suction side of the pump or is through the gap 25 fed into the cooling circuit in order to replace leakage losses occurring there at the seals 11.
In the example according to FIG. 2, the bearing 13 is merely replaced by a water-lubricated bearing 29 which is included in the cooling system. The housing body 9 and the cavity 15 are therefore enlarged compared to the first example.
With the aid of the barrier circuit according to the invention it is ensured that only clean water can flow into the cooling system. so that the mentioned difficulties of known constructions are avoided.
The amount of water circulating in the barrier circuit and the amount circulated in the cooling circuit are each generally up to about 1% of the flow rate of the main flow. The extent to which the amount of the barrier circuit is divided between the gaps 25 and 26 differs within wide limits and depends on the amount of leakage flowing through the seals 11. As a reference point, it should be mentioned that the amount flowing into the cooling circuit can be less than 1 ovo for a single seal and up to 50% of the amount circulating in the barrier circuit for seals with several pressure levels.
PATENT CLAIM
Turbopump for conveying hot media, a partial amount of the conveying medium being circulated in a closed cooling circuit for cooling the shaft seal and / or a shaft bearing, characterized in that on the impeller side the cooling circuit (16-19) is fed with hot conveying medium from the pressure side (4) Lock circuit (20-28) is upstream, in which a cyclone separator (21) is present.
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