CH669241A5

CH669241A5 - Axialschub-ausgleichsvorrichtung fuer fluessigkeitspumpe.

Info

Publication number: CH669241A5
Application number: CH5066/85A
Authority: CH
Inventors: Johann Guelich
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1989-02-28
Also published as: DE3663165D1; US4892459A; EP0224764A1; FI864381A0; EP0224764B1; FI864381A7; FI93259C; FI93259B

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialschub-Aus-gleichsvorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe, welche im wesentlichen aus einer feststehenden Büchse und einem in dieser Büchse drehenden, mit der Pumpenradwelle fest verbundenen Entlastungskolben besteht.

Derartige Vorrichtungen werden in Flüssigkeitspumpen, insbesondere in mehrstufigen Hochleistungs-Radialpumpen eingesetzt und haben den Zweck und die Aufgabe, grosse axiale Schubkräfte zu neutralisieren oder zu mindern. Eine derartige Vorrichtung besteht aus einem mit dem Pumpenlaufrad fest verbundenen, mitdrehenden Druckausgleichsoder Entlastungskolben, der in einer feststehenden Büchse berührungsfrei läuft. Die Büchse kann als eigener, fest mit dem Gehäuse verbundener Teil aber auch als direkt dem Pumpengehäuse angearbeiteter Teil, ausgebildet sein. Der Entlastungskolben selbst kann als Teil der Pumpenrotorwelle ausgebildet oder als separater Teil mit der Rotorwelle starr verbunden sein. Die Axialschub-Ausgleichsvorrichtung ist in Richtung der sich folgenden Pumpenstufen der letzten Stufe nachgeordnet.

Die Druckverhältnisse im Bereich der Axialschub-Aus-gleichsvorrichtung sind in der Flüssigkeit derart, dass im Betriebszustand ständig Arbeitsflüssigkeit vom Pumpenrad-Seitenraum zum und durch den Spalt zwischen Büchse und Entlastungskolben fliesst. Diese Flüssigkeit wird im Pumpenrad-Seitenraum in Rotation versetzt, deren Intensität mit der Durchflussmenge durch den Spalt steigt. Das Arbeitsmedium tritt demnach mit einer Umfangskomponente in den Spalt ein. Diese Rotation des Arbeitsmittels kann die maximale Leistung der Pumpe störend beeinflussen, indem die Neigung des Rotors zu Eigenschwingungen zunimmt.

Bisher bekannte Lösungen versuchen die Rotationsbewegung des Arbeitsmittels im Pumpenrad-Seitenraum durch Schikanen wie Rippen, Nuten und ähnliches zu vermindern. Die pumpenradseitig in den Spalt eindringende Flüssigkeit hat aber immer eine, wenn auch verminderte Rotationskomponente, eine sogenannte Vorrotation.

Aufgabe der Erfindung ist es, das pumpenradseitige Eindringen von Flüssigkeit mit Vorrotation in den Spalt vollständig zu unterbinden und dem Spalt vorrotationsfreie Flüssigkeit ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen zuzuführen. Erfindungsgemäss ist eine derartige Axialschub-Ausgleichsvorrichtung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet. Da dem Spalt über die Kanäle nur noch vorrotationsfreie Flüssigkeit zugeführt wird, ist die Rotationsbewegung der Flüssigkeit durch den Spalt in den vom Pumpenrad abgewendete Spaltraum herabgesetzt, was wiederum die Neigung des Pumpenrotors zu Eigenschwingungen im Grenzlastbereich verringert und damit bei gleichen Dimensionen der Pumpenrotorwelle höhere Pumpenleistungen zulässt.

Besondere Vorteile bringt eine Vorrichtung nach der Erfindung für mehrstufige, schnellaufende Hochdruck-Radialpumpen wie z.B. Kesselspeisepumpen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch im Schnitt einen Teil der letzten zwei Stufen einer Radialpumpe mit einer Axialschub-Ausgleichsvorrichtung.

Der schematische Schnitt durch Gehäuse und Rotor der letzten zwei Stufen einer Radialpumpe zeigt das ein- oder mehrteilige, feststehende Pumpengehäuse 1 sowie die beiden Pumpenräder 2,3, welche starr mit der Pumpenradwelle 4 verbunden sind. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den Kanälen 22,23 der Pumpenräder 2,3, in den Pum-penrad-Nebenräumen 12,21,31 sowie in den Hauptstromkanälen 11 ist mit Pfeilen angezeigt. Die Axialschub-Aus-gleichsvorrichtung besteht aus der fest mit dem Gehäuse verbundenen Büchse 5 und dem mit der Rotorwelle 4 starr verbundenen Entlastungskolben 6, der in der Büchse 5 dreht.

Die Büchse 5 weist Bohrungen 51 auf, von denen nur eine gezeigt ist, welche in eine Innennute 52 münden, die ihrerseits in den Spalt 56 zwischen Büchse 5 und Entlastungskolben 6 mündet. Auf der Aussenseite der Büchse 5 sind die Bohrungen in unserem Beispiel in der Ausnehmung 15 mit dem Radseitenraum 31 verbunden. Bei entsprechender Dimensionierung und Anordnung der Bohrungen 51 und Nute 52, der Aussen- und Innendurchmesser (D2, Di) der Büchse 5 sowie des Aussendurchmessers (D3) des Entlastungskolbens 6 sind die Strömungsverhältnisse in diesem Bereich wie mit den Pfeilen eingezeichnet. Die für einen

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bestimmten Pumpentyp geeignete Ausführung der Erfindung kann von einem Pumpenfachmann problemlos bestimmt werden.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Anordnung der Kanäle 51 und 52 in der Büchse 5 ist die folgende:

Im Betrieb fliesst die Arbeitsflüssigkeit in einem Nebenstrom vom Pumpenrad 32 in den Radseitenraum 31. Beim Fehlen der in unserem Beispiel gezeigten Ausnehmung 15, Kanäle 51 und Nute 52 fliesst die Arbeitsflüssigkeit im Pum-penrad-Seitenraum 31 radial zur pumpenradseitigen Öffnung des Spalts 56 zwischen Büchse 5 und Entlastungskolben 6 der Axialschub-Ausgleichsvorrichtung 5,6. Die Arbeitsflüssigkeit erfährt dabei im Radseitenraum 31 eine Rotationsbewegung in Drehrichtung des Pumpenrads 3, eine sogenannte Vorrotation. Die Vorrotation wird um so kräftiger, je grösser die Flüssigkeitsmenge, die zum Spalt 56 fliesst, ist.

Im gezeigten Beispiel wird nun das Zufliessen von Arbeitsflüssigkeit mit Vorrotation zum pumpenradseitigen Ende des Spaltes 56 dadurch vollständig eliminiert, dass über die Radialbohrungen 51 und Nute 52 vorrotationsfreie Arbeitsflüssigkeit dem Spalt 56 zwischen den beiden Spaltenden zugeführt wird. Ein Teil der durch Bohrungen 51 und Nute 52 strömenden Flüssigkeit (Qi) fliesst über den Spalt 56 in den Pumpenrad-Seitenraum zurück und bewirkt damit eine vollständige Sperrwirkung, so dass keine Flüssigkeit mit Vorrotation in den Spalt 56 eindringen kann. Da es Ziel der Erfindung ist, die Rotation der Flüssigkeit im Spalt 56 zu reduzieren, ist es auch denkbar, dass die Bohrungen 51 nicht Radialbohrungen, sondern gegen die Drehrichtung der Pumpe gerichtet angeordnet sind, womit zusätzlich die im Spalt 56 erfolgende Rotation der Arbeitsflüssigkeit vermindert wird.

Die Nute 52 hat die Aufgabe, die Arbeitsflüssigkeit über den Umfang des Ausgleichskolbens 6 dem Spalt 56 gleichmässig zuzuführen und damit über den Umfang gesehen,

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möglichst ausgeglichene Druckverhältnisse zu schaffen. Es ist aber auch denkbar, dass die Nute 52 vollständig fehlt und die Bohrungen 51 direkt in den Spalt 56 münden.

Im Beispiel wird die Arbeitsflüssigkeit den Bohrungen 51 s über die Ausnehmung 15 zugeführt. Es ist aber auch denkbar, dass die Ausnehmung 15 fehlt und die Bohrungen 51 direkt durch hier nicht gezeichnete seitliche Bohrung in der Büchse 5 oder Schrägbohrungen im Gehäuse 1 mit dem Pumpenrad-Seitenraum 31 verbunden sind.

io Die Strömung über Ausnehmung 15, Bohrungen 51 und Nute 52 zum Spalt 56 und teilweise wieder zurück zum pumpenradseitigen Spaltende in den Pumpenrad-Nebenraum 31 kommt wie folgt zustande:

Die Rotation des Pumpenrades 3 erzeugt im Radseiten-15 räum 31 eine Rotationsströmung der Arbeitsflüssigkeit und damit einen nach aussen gerichteten radialen Druckgradienten. Die Verhältnisse müssen nun so gewählt werden, dass im Betriebszustand der radiale Druckunterschied im Seitenraum 31 zwischen Büchsenaussen- und Innendurch-20 messer (D2, Di) grösser ist, als der Druckverlust in den Bohrungen 51 und Nute 52 bei einer Durchflussmenge (Qi)

allein, d.h. jenem Teil der Strömung (Q), der im Spalt 56 zum dem Pumpenrad abgekehrten Ende des Spalts 56 fliesst. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, fliesst von der Mündung 25 zum pumpenradseitigen Spaltende in den Radseitenraum 31 ein Staustrom (Q2), der gleichzeitg das Eindringen von Arbeitsflüssigkeit mit Vorrotation in den Spalt 56 vollständig verhindert.

Günstige Verhältnisse in einer schnellaufenden, mehrstu-30 figen Hochdruckradialpumpe erreicht man beispielsweise, wenn das Verhältnis von Aussen- zu Innendurchmesser der Büchse (D2/D1) grösser oder gleich 1,25 ist, und die Summe der Querschnitte der Radialbohrungen 51 mindestens dreimal grösser als der Querschnitt des Spaltes 56 ist, und 35 wenn die Radialbohrungen 51 im Abstand von nur einigen Millimetern, nahe der Stirnfläche 50 angebracht sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

669241 PATENTANSPRÜCHE

1. Axialschub-Ausgleichsvorrichtung für eine Flüssigkeitspumpe, welche im wesentlichen aus einer feststehenden Büchse und einem in dieser Büchse drehenden, mit der Pum-penradwelle fest verbundenen Entlastungskolben besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) Kanäle (51,52) zur Führung einer in Richtung Entlastungskolben (6) gerichteten Strömung (Q) von Arbeitsflüssigkeit aus dem an die Axialschub-Ausgleichsvorrichtung grenzenden Radseitenraum (31) aufweist, welche sich in der Mündung (53) der Kanäle in den Spalt (56) zwischen Büchse (5) und Entlastungskolben (6) in zu den beiden Spaltenden gerichtete Strömungen (Qi, Q2) teilt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle in der Büchse Bohrungen (51) im Büchsenmantel sind, welche gleichmässig über den Umfang der Büchse (5) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (51) in der Büchse gleichmässig angeordnete Bohrungen im Büchsenmantel (5) und eine Nute (52) sind, wobei die Bohrungen (51) in die Nute (52) münden, die ihrerseits in den Spaltraum (56) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (51) im Mantel der Büchse (5) Radialbohrungen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche, 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (51) in einem Winkel gegen den Drehsinn der Pumpenradwelle (4) gerichtet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachsen der Bohrungen (51) in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Achse der Pumpenradwelle (4) steht und die Nute einer Umfangsnute (52) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient von äusserem und innerem Durchmesser der Büchse (D1/D2) grösser oder gleich 1,25 und das Verhältnis der Summe der Bohrungsquerschnitte zum Spaltquerschnitt grösser oder gleich 3 ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) 24 gleichmässig über den Büchsenumfang im Radialwinkelabstand von 15° angeordnete Radialbohrungen (51) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (51,52) in der Nähe der pumpenradseitigen Stirnfläche (50) der Büchse (5) angeordnet sind.

10. Mehrstufige, schnellaufende Flüssigkeits-Hochdruck-radialpumpe mit einer Axialschub-Ausgleichsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.