CH654078A5

CH654078A5 - Kreiselpumpenlaufrad mit spaltdichtung.

Info

Publication number: CH654078A5
Application number: CH857/82A
Authority: CH
Inventors: Kurt Dr Holzenberger
Original assignee: Klein Schanzlin & Becker Ag
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1986-01-31
Also published as: DE3107685C2; DE3107685A1; NL8200345A; FR2500891A1; IT8219335A0; IT1149499B

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad mit im Radseitenraum angeordneten, den Saug- und Druckbereich trennenden Spaltdichtungen gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei der mit Kreiselpumpen bewirkten hydraulischen Förderung von Feststoffen, wie Erz, Kohle u.ä., erfolgen die höchsten Verschleissbeanspruchungen in den Spaltdichtungen der einzelnen Kreiselpumpenlaufräder. Ein Teil der vom Förderstrom mitgeführten kleinsten Feststoffpartikel strömt aufgrund des Druckunterschiedes vom Druckraum zum Saugraum, passiert die Spaltdichtung und verursacht dort einen permanenten Verschleiss. Dieser vergrössert im Laufe der Zeit die wirksame Querschnittsfläche der Spaltdichtung, wodurch die Förderleistung des Pumpenaggregates erheblich reduziert wird. Bekannte Lösungen sehen zusätzliche elastische Dichtungen an den Spaltdichtungen vor, jedoch ist deren Lebensdauer unter diesen Betriebsbedingungen auch nur beschränkt.

Auch ist es aus der DE-PS 592 528 bekannt, Wasser in den abzudichtenden Spalt einzuspeisen und die Spaltquerschnitte mit klarem Wasser zu sperren. Dies erfordert aber wiederum den Einsatz einer zusätzlichen Druckerzeugungseinrichtung für das Sperrwasser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Feststoffen fördernden Kreiselpumpen den durch die Feststoffpartikel bedingten Verschleiss an der Laufraddichtung zu reduzieren. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäss dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Bei der Lösung der Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass der Verschleiss innerhalb der Spaltdichtung als Reibverschleiss etwa mit der dritten Potenz der Feststoffgeschwindigkeit anwächst. Durch die erfindungsge-mässe Hintereinanderschaltung von mehreren zu durchströmenden Spaltdichtungen und der im Radseitenraum sowie den Kammern erfolgenden Unterteilung des gesamten Lauf-raddruckgefälles in etwa gleich grosse Druckdifferenzen wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Spalten so weit vermindert, dass sich der Verschleiss an allen Dichtungsstellen auf die Hälfte bis zwei Drittel des Verschleisses einer einzigen Dichtung reduzieren lässt. Dabei bestimmen die Druckaus-gleichsbohrungen in der Laufraddeckscheibe die Höhe der

Drücke in den Kammern des Radseitenraumes und somit die gewünschte Gleichheit der Druckdifferenzen zwischen den Kammern und dem vom Druckraum frei zugänglichen Teil des Radseitenraumes.

In der DE-PS 1 264 957 sind zwar auch in den Laufraddeckscheiben befindliche Öffnungen dargestellt, jedoch ist deren Funktion eine gänzlich andere. Bei Teillastbetrieb strömt das zu fördernde Medium, hier Brennstoffe, aus der Ansaugleitung durch besondere Kanäle kommend durch diese Öffnungen in das Laufrad ein. Es werden durch diese Art der Regelung nur die äusseren Schaufelabschnitte des Laufrades zur Förderung einer geringen Brennstoffmenge benutzt und die inneren Schaufelabschnitte gewissermassen stillgelegt.

Ausgehend von der Annahme, dass ein Feststoffpartikel zwischen dem rotierenden und dem stillstehenden Ring einer Spaltdichtung etwa die halbe Umfangsgeschwindigkeit annimmt, so weist das Feststoffpartikel die Relativgeschwindigkeit w = Vc2 + (u/2)2

auf. Darin bedeutet c diejenige Geschwindigkeit in der Spaltdichtung, die sich aufgrund des Druckgefälles zwischen Anfang und Ende des Spaltes einstellt und u die Umfangsgeschwindigkeit des Spaltringes. Somit ist also die Relativgeschwindigkeit w sowohl von der Grösse des Druckgefälles als auch vom Durchmesser der Spaltdichtung abhängig.

Wird nur eine Spaltdichtung verwendet, so kann ihr Durchmesser zwar verhältnismässig klein ausgeführt werden, doch ist die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des vollen Laufraddruckgefälles, das abzubauen ist, im allgemeinen wesentlich grösser; der daraus resultierende Verschleiss ist dann ungefähr proportional zur dritten Potenz der Relativgeschwindigkeit ß und wird zum Vergleich mit den Verhältnissen an der erfindungsgemässen Ausführung hier gleich 100% gesetzt.

Die Anordnung einer zweiten, in Reihe geschalteten Spaltdichtung hat nun zunächst zur Folge, dass dieser zweite Spalt einen grösseren Durchmesser und damit eine grössere Umfangsgeschwindigkeit u besitzt; durch die Aufteilung des abzubauenden Laufraddruckgefälles in zwei bestimmte etwa gleich grosse Anteile, indem ein bestimmter innerhalb des Laufrades vorherrschender Druck durch in der Laufraddeckscheibe angebrachte Druckausgleichsöffnungen den Druck in der Kammerzwischen beiden Spaltdichtungen bestimmt, werden aber die Strömungsgeschwindigkeiten c in beiden Spaltdichtungen erheblich vermindert. Nach der obigen Formel ergeben sich dann Relativgeschwindigkeiten und daraus wiederum Verschleissraten, die im Vergleich zur ersten Lösung mit nur einer Spaltdichtung jetzt in der Grös-senordnung zwischen 50 und 65% liegen. Für den praktischen Betrieb bedeutet dies nahezu eine Verdoppelung der Betriebsdauer, was auch durch Erfahrungen bestätigt wird.

Danach gibt es also einen genau bestimmbaren Durchmesser zur Anbringung der Druckausgleichsöffnungen in der Laufraddeckscheibe und zur Anordnung einer zweiten in Reihe geschalteten Spaltdichtung, die eine Minimierung des Verschleisses erlaubt.

Durch Anordnung einer weiteren in Reihe geschalteten Spaltdichtung und Aufteilung des im Radseitenraum abzubauenden gesamten Laufraddruckgefälles in drei etwa gleich grosse Teile kann eine weitere Absenkung der Verschleissrate erreicht werden, doch wächst zugleich auch der Bauaufwand. Es ist im Einzelfall zu prüfen, welche Anzahl von Spaltdichtungen am vorteilhaftesten ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich2

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nungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 eine Spaltdichtung in bekannter, einfacher Art, die

Fig. 2 die neue Ausführung von zwei in Reihe geschalteten Spaltdichtungen mit axial durchflossenen Dichtungsspalten und die

Fig. 3 eine neue Ausführung mit drei in Reihe geschalteten radial durchflossenen Dichtungsspalten.

In Fig. 1 wird ein Laufrad 1 innerhalb eines Gehäuses 2 vom Saugraum 3 zum Druckraum 4 durchströmt. Die saug-seitige Laufradabdeckscheibe 5 bildet gemeinsam mit dem Gehäuse 2 eine axial durchströmte Spaltdichtung 6, die den Druckraum 4 vom Saugraum 3 abtrennt. Das gesamte Laufraddruckgefälle wird in der Spaltdichtung 6 entspannt und daraus ergibt sich hierin eine verhältnismässig grosse axiale Geschwindigkeit, während die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades an der Spaltdichtung verhältnismässig gering bleibt.

In Fig. 2 ist zusätzlich zu den Bauelementen der Fig. 1 eine zweite Spaltdichtung 7 mit ähnlichem Funktionsprinzip wie die Spaltdichtung 6 dargestellt. Die zwischen den beiden Spaltdichtungen 6,7 gebildete Kammer 8 ist mit einer Anzahl von Druckausgleichsöffnungen 9 mit dem Strömungsraum 10 des Laufrades 1 derart verbunden, dass dessen Innendruck auch in der Kammer 8 besteht. Damit wird das gesamte im saugseitigen Radseitenraum zwischen Druckraum 4 und Saugraum 3 bestehende Laufraddruckgefälle in zwei Bereiche unterteilt. Dies führt in der Spaltdichtung 6 und 7 zu bestimmten Axialgeschwindigkeiten. Gemeinsam mit den jeweiligen dort herrschenden Umfangsgeschwindigkeiten ergeben sich somit geringere Relativgeschwindigkeiten w, die jetzt verschleissbestimmend sind. Wenn der Druck in der

Kammer 8 etwa dem halben vom Laufrad erzeugten Druck entspricht, lässt sich somit der Verschleiss innerhalb der Spaltdichtung je nach spezifischer Drehzahl des Laufrades auf 50 bis 65% des Verschleisses des Laufrades nach Fig. 1 s begrenzen. Die Druckausgleichsöffnungen 9 sind also hier an derjenigen Stelle der Deckscheibe 5 anzubringen, an der innerhalb des Strömungsraumes 10 der halbe vom Laufrad 1 zu erzeugende Druck vorherrscht.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von der io der Fig. 2 zum einen dadurch, dass drei Spaltdichtungen 6,7, 11 mit den zugehörigen Druckausgleichsöffnungen 9,12 sowie den dazwischen liegenden Kammern 8,13 vorgesehen sind und zum andern auch dadurch, dass die Spaltdichtungen 6,7,11 nicht axial, sondern radial durchströmt werden. Beide 15 Veränderungen gegenüber der Darstellung in Fig. 2 sind unabhängig voneinander wählbar. Es können also auch drei hintereinander geschaltete Spaltdichtungen mit axialem Durchfluss oder in einem anderen Beispiel zwei radial durchströmte Spaltdichtungen vorgesehen sein.

Werden beispielsweise drei hintereinander geschaltete Spaltdichtungen vorgesehen, müssen die Stellen für die Druckausgleichsöffnungen 9,12 zur Druckübertragung auf die Kammern 8,13 so gewählt werden, dass das gesamte Laufraddruckgefälle zwischen Druckraum 4 und Saugraum 3 in 25 drei ungefähr gleich grosse Druckdifferenzen aufgeteilt wird. Ungefähr insofern, als die höheren Umfangsgeschwindigkeiten der Spaltdichtungen 7,11 durch entsprechend geringere Druckgefälle in deren Spalten ausgeglichen werden müssen, damit die Relativgeschwindigkeiten w in allen drei 30 Spalten gleich gross werden und den Verschleiss minimieren. Die Druckdifferenzen bestehen zwischen den vom Druckraum 4 frei zugänglichen Teil 14 des Radseitenraumes und der Kammer 13, zwischen Kammer 13 und Kammer 8 sowie zwischen Kammer 8 und Saugraum 3.

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3 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Kreiselpumpenlaufrad mit im Radseitenraum angeordneten, den Saug- und Druckbereich trennenden Spaltdichtungen, wobei die Dichtungen unter Zwischenschaltung je einer Kammer hintereinander angeordnet sind, insbesondere bei Feststoff fördernden Kreiselpumpen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kammer (8) bzw. mehrere Kammern (8, 13) und der Strömungsraum (10) des Laufrades (1) mittels einer oder mehrerer in der Laufraddeckscheibe (5) befindlichen Druckausgleichsöffnungen (9,12) miteinander verbunden sind, derart, dass zwischen der Kammer (8) oder den Kammern (8,13) und dem vom Druckraum (4) frei zugänglichen Teil des Radseitenraums (14) etwa gleich grosse Druckdifferenzen vorhanden sind und dass die Druckausgleichsöffnungen (9,12) auf den Radien der Laufraddeckscheibe (5) angebracht sind, an denen innerhalb des Strömungsraumes ( 10) der der jeweiligen Kammer entsprechende Druck herrscht.
2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltdichtungen (6,7,11) jeder Stufe derart angeordnet sind, dass sie radial und/oder axial nacheinander oder in beiden Richtungen zugleich durchströmt werden.