CN103080556A - 双流离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双流离心泵，特别涉及一种船用柴油发动机的冷却水泵或压舱水输送泵，所述泵具有泵壳（2）并具有可旋转地固定配置在可旋转驱动的轴（3）上的双流叶轮（7），其中使用所述叶轮，流体可自两个轴向侧从负压区域（10）吸入并且在径向方向上输送至正压区域（11）中，其中所述负压区域（10）通过至少两个密封间隙（19、20）而相对于所述正压区域（11）密封，所述至少两个密封间隙（19、20）轴向彼此分隔开并且形成于所述叶轮（11）与至少一个固定泵组件（23），特别是所述泵壳（2）和/或插入件（24）之间。根据本发明，所述密封间隙（19、20）形成为轴向配置在所述叶轮（7）与所述泵组件（23）之间并且在圆周方向上以及在径向方向上延伸的轴向间隙，其中所述轴向间隙的间隙宽度（s）小于所述叶轮（7）与配置为与所述叶轮（7）相距径向间距的所有组件的径向间距（a）。

Description

双流离心泵

本发明涉及优选单级、双流离心泵，特别涉及一种船上的船用柴油发动机的冷却水泵或压舱水输送泵，所述泵具有泵壳和可旋转地固定配置在可旋转驱动的轴上的双流叶轮，使用所述叶轮，流体可自两个轴向侧从负压区域（吸入侧）吸入并且在径向方向上输送至正压区域（压力侧）中，借此负压区域通过（经由正压区域）轴向分隔开并且形成在叶轮与至少一个固定泵组件（特别是泵壳）之间的至少两个密封间隙而相对于正压区域密封。

在已知双流离心泵中，形成为环形间隙的密封间隙在轴向方向上延伸并且形成在叶轮与泵壳之间。在已知离心泵运行期间，产生作用在支撑于一侧上的轴上的所得径向力分量（特别是在离心泵未在其最佳作业点上运行的情况下），使得具有可旋转地固定于其上的叶轮的轴在径向方向上偏转。为了防止叶轮在这种偏转移动期间接触泵壳，形成为轴向间隙的密封间隙必须定尺寸为适当宽度。但是，这导致泵的性能损失，因为来自径向正压区域的持续输送介质在轴向方向上流动穿过密封盖进入负压区域（吸入区域）。因此，已知离心泵的效率极大受损。如果轴支撑在一侧上，那么上述离心泵仅适用于其中将输送相对较低体积流量的应用。在用于大体积流量应用的双流离心泵的情况下，例如在用于船上的船用柴油发动机的冷却水泵或压舱水输送泵的情况下，携载叶轮的轴通常支撑在叶轮的两个轴向侧上以使运行期间的径向偏转移动最小化。在针对这些应用的轴仅单侧支撑的情况下，轴需与适当大的直径和/或复合支架一起使用。

从上述现有技术开始，本发明具有注明双流离心泵，特别是针对至少500m³/h的大体积流量的基本问题，使用所述泵高效可行而无需复杂的构造措施。携载叶轮的离心泵轴优选地应仅支撑在一侧上且具有最小可能直径。应可靠避免叶轮碰撞在泵壳上。

这个问题通过一般的双流离心泵解决，因为密封间隙形成为在圆周方向以及径向方向上延伸的轴向间隙且轴向配置在泵组件与叶轮之间，优选地在轴向方向上测量的所述间隙的间隙宽度大于叶轮至以径向间距径向配置于叶轮外部的所有组件的径向距离。换句话说，形成为轴向间隙的密封间隙的间隙宽度大于由叶轮限制在一侧上的所有其它间隙（径向间隙）的间隙宽度。以另外一种方式表述，这意味着在径向方向上测量的叶轮与泵的任意组件之间的距离大于形成为轴向间隙的密封间隙的间隙宽度。

本发明有利的进一步发展注明于权利要求子项中。本发明的范围包括本说明书、权利要求和/或附图中所公开的至少两个特征的所有组合。为避免重复，公开为装置的部件应视作根据方法公开并且可进行权利要求。同样地，根据方法公开的部件被视作根据装置公开并且可进行权利要求。

本发明基于叶轮与至少一个泵零件之间的密封间隙（离心泵吸入侧使用所述密封间隙相对于压力侧密封）将构造为在径向方向上相对于其纵向范围延伸，即作为轴向间隙。换句话说，根据本发明的叶轮在轴向方向上通过密封间隙与至少一个（优选仅一个）泵组件相隔。密封间隙的宽度（所述宽度至少大致在轴向方向上延伸）在至少一个位置上（优选地在其纵向范围内）小于叶轮与配置为与叶轮相距径向距离的所有其它泵组件之间的距离。换句话说，密封间隙的间隙宽度小于叶轮至径向位于叶轮外部的所有泵组件的径向距离。密封间隙的区别在于其轴向范围（大大）小于其径向范围。在轴向方向上测量的轴向间隙（密封间隙）的间隙宽度大于在径向方向上测量的配置在叶轮与限制轴向间隙的泵组件之间的径向间隙的间隙宽度。

密封间隙的间隙宽度优选为叶轮7至限制轴向间隙的泵组件，特别至泵壳和/或至优选形成壳区段的插入件的径向距离的至少20%，优选至少12%以及更优选6%。

当然，可在叶轮的径向排水区的两个轴向侧上提供数个形成为轴向间隙的密封间隙。但是，优选仅提供一个形成为轴向间隙的密封间隙，借此具有最小间隙宽度的间隙被视作密封间隙。

实施方案的一个变型尤为优选，其中优选仅两个密封间隙配置在圆周闭合的径向间隙内的径向区域中，经由所述密封间隙，叶轮与至少一个（优选仅一个）泵组件相隔。尤为优选的是轴向间隙从径向间隙开始在径向方向上向内延伸。所以，实施方案的一个变型尤为优选，其中与径向间隙相比，轴向间隙至少在径向内区域中与轴相距较小距离。密封间隙有利地位于虚圆柱的内部，其所生成表面接收径向间隙。由于实施方案的这样一种变型，密封作用得以改进。

尤为明确的是叶轮具有圆柱形外壳轮廓，借此更优选的是密封间隙（轴向间隙）形成在包括圆柱形外壳轮廓的叶轮的前侧与至少一个（优选仅一个）泵组件之间。

或者，还可提供一种外壳轮廓，其中叶轮的排水区域在径向方向上进一步延伸至外部。但是，如下文所述，在这样一种几何形状的情况下同样优选的是轴向密封间隙配置在具有比配置在泵喷嘴与叶轮之间的可能径向间隙小的半径的区域中。

基于密封间隙形成为轴向间隙，可将密封间隙的间隙宽度定尺寸为大大小于当前技术中的间隙宽度，而无叶轮在径向偏转时碰撞限制密封间隙的泵组件的危险。所以可通过根据本发明的密封间隙的设计实现高效离心泵，因为从压力区流动至吸入区（负压区域）的液体量通过密封间隙的小间隙宽度而最小化。叶轮与泵组件和/或泵的其它组件之间的距离可以即使在运行期间发生叶轮的最大可能偏转的情况下也不存在碰撞危险的这样一种方式在径向方向上定尺寸。所以即使对于具有大体积流量的应用，特别是海上应用可实现叶轮轴的唯一单侧支撑，因为与目前技术相比可接受叶轮的更大径向偏转。此外，轴本身的定尺寸可最小化。

实施方案具有特别简单的构造且因此是优选的，其中密封间隙（在公差框架中）完全在径向方向上相对于其纵向范围延伸。但是，通过限制密封间隙的至少一个结构组件（叶轮和/或泵组件，特别是泵壳）适当成形的密封间隙的稍微弯曲或稍微倾斜设计是可行的，特别是以叶轮的弯曲偏转移动的间隙几何形状特别以单侧轴支撑发生使得间隙宽度在运行期间至少独立于叶轮的偏转程度而保持独立不变的方式。曲率半径以尤为优选的方式至少大致对应于叶轮至携载叶轮的轴的支架的距离。

有利地在本发明的进一步发展中提供形成为轴向间隙的密封间隙的间隙宽度选自介于200μm与2000μm之间，尤为优选地介于200μm与400μm之间的值范围。

尤为有利的是（叶轮静止的情况下）叶轮至离心泵的泵组件的最小（即最短）径向距离（所述泵组件限制形成为轴向间隙的密封间隙）选自介于2mm至10mm之间的值范围。换句话说，叶轮与上述泵组件之间的距离优选地大于所注明的值范围的距离。上述最小径向距离尤为优选地不仅是叶轮至限制密封间隙的至少一个（优选仅一个）泵组件的最小径向距离，而是叶轮至泵的所有结构组件的最小径向距离以在径向偏转时可靠地防止碰撞。

双流离心泵的一个实施方案具有尤为优选的构造，其中密封间隙配置在叶轮的前侧（所述前侧面向轴向方向）与至少一个泵组件之间。换句话说，优选的是密封间隙彼此间具有最大可能的轴向距离。这可实现为（例如）叶轮具有至少大致圆柱形的外壳轮廓。虚的所生成的离心圆筒表面（所述表面接收径向间隙）尤为优选地在外侧上径向围绕轴向间隙。

如开头所述，短语轴向间隙（密封间隙）在径向方向上延伸不仅表示密封间隙完全在公差框架内在径向方向上相对于纵向范围延伸的实施方案，即其构造为（例如）环形碟的形状。还可以构想一个实施方案，其中密封间隙具有微小的上升角或稍微弯曲，即具有大曲率半径，其特别在轴支撑在一侧上的情况下至少优选地大致对应于特定密封间隙与轴支架的距离。特定密封间隙因此以间隙宽度在离心泵运行期间即在叶轮的可能径向偏转时因间隙几何形状遵循偏转移动而不改变或仅尽可能小地改变的这样一种方式设计。密封间隙的曲率或倾斜可通过叶轮和/或在相对于叶轮的轴向侧上限制密封间隙的至少一个（优选仅一个）泵组件的适当几何成形而实现。特定密封间隙至配置为正交于轴的纵向延伸的虚径向平面的角度（倾斜角）尤为优选地选自介于0.01°与2.0°之间的值范围。可能的曲率半径优选地选自介于200mm与1000mm之间，优选地300mm与700mm之间的值范围。

特别是在一个（泵轴）支撑在一侧上的情况下，特定密封间隙的曲率半径，更确切地说，限制密封间隙的（叶轮和/或泵组件的）至少一个表面优选地至少大致对应于特定密封间隙至轴支架的距离（特别在密封间隙的径向最内部区域上）。相应地，本说明书中所述的间隙的倾斜角指的是限制密封间隙的（叶轮和/或泵组件的）至少一个表面相对于上述径向平面的角度。

如上所述，离心泵的实施方案的极节约成本变型是携载叶轮的轴仅支撑在一侧上，优选支撑在上侧上。

尤为明确的是根据本发明的离心泵设计用于大体积流量应用，尤其是海上应用。离心泵优选地设计用于优选在介于大约20m与大约50m之间，优选的是大约30m的值范围的最大输送高度下输送介于大约500m³/h与大约4000m³/h之间，优选地介于大约800m³/h与大约1500m³/h之间（例如，在非常小的冷却水泵的情况下）或介于大约1500m³/h与大约2300m³/h之间（例如，在平均大小的冷却水泵的情况下）或介于2300m³/h与3500m³/h之间（例如，在非常大的冷却水泵的情况下）的值范围的体积流。出于对空间的考虑，特别针对海上应用，尤为优选的是双流离心泵实现为垂直构造，即以轴垂直延伸至离心泵的直立表面的这样一种方式。

尤为优选的是离心泵是单级离心泵，即仅包括一个叶轮的离心泵。

尤为明确的是泵壳是所谓的蜗壳，其将吸入侧上的流径设置至叶轮的两个轴向侧并且将优选地以螺旋方式将两个出口管组合在压力侧上。

本发明还包括将根据本发明的概念设计的双流离心泵用作船用柴油发动机的冷却水泵或轮船上的压舱水输送泵。

本发明的其它优点、特征和细节源自下列优选示例性实施方案的说明书以及附图。

在附图中：

图1示出根据本发明的概念构造的双流离心泵的示例性实施方案的截面图，

图2示出用于展示间隙情况的基本图，

图3至图7示出密封间隙的实施方案的不同可能性。

在附图中，相同元件和具有相同功能的元件用相同附图标记标注。

图1示出垂直构造的双流离心泵1的截面图。所示的示例性实施方案是专用于在30m的最大输送高度下输送2300m³/h的体积流量的船用柴油发动机的冷却水泵。

离心泵1包括设计为蜗壳且具有吸入侧入口3以及压力侧出口4的泵壳2。支撑在一侧上的轴5在垂直方向上从上向下延伸至泵壳2中并且由构造为球轴承的轴承6支撑。轴5在其内部携载具有大致圆柱形外壳轮廓的双流叶轮7。叶轮7以旋转固定方式座落在轴5上。轴封8位于支架6与叶轮7之间的轴向区域中。如从图1中可见，轴5在轴封8上方的区域中延伸穿过通过旋紧在泵壳2上而固定的盖子9。

叶轮7将负压区域10（吸入侧）与正压区域11（压力侧）分开。

轴5可通过发动机（未示出），特别是通过电动机而以已知方式旋转，借此随轴5旋转的叶轮7从两个轴向侧将流体（此处为冷却水）吸出负压区域10并且在径向方向上将其向外输送至正压区域11中，借此正压区域11被细分为通过分隔壁14彼此分开的两个螺旋配置的流动导管12、13。两个流动导管12、13和流体流在出口4区域中再次被带到一起。

在离心泵1运行期间，尤其当离心泵1未在最佳作业点下作业时，叶轮7区域中发生轴5对径向力的负载，所述负载具有在径向方向上偏转具有叶轮7的轴5的趋势。为了防止叶轮7在径向方向上碰撞泵壳2（泵组件），在轴向方向上延伸的两个轴向间隔径向间隙15、16定尺寸为足够宽使得即使是运行期间可最大地构想的轴5偏转也不会导致叶轮7与泵壳2碰撞。径向间隙15、16未设计为密封间隙且因其在所示的示例性实施方案中大约5mm的相对较大间隙宽度（在最窄位置上测量）而无法充分完成密封功能。径向间隙具有圆柱形生成表面的形式。如果径向间隙15、16是唯一的密封间隙，那么离心泵1会因相对较大的间隙宽度而具有极差的效率，因为液体（此处为冷却水）会不断大量地从正压区域11流动穿过径向间隙15、16进入负压区域10且因此会直接在回路中输送。

为了在避免叶轮7与泵壳2（泵组件）之间的碰撞的危险的同时实现所要的密封作用，泵壳2（泵组件）以构造为轴向间隙并且相对于其纵向范围在径向方向上延伸的密封间隙19、20形成在叶轮7的每个前侧17、18与泵壳2（泵组件）之间的这样一种方式在两个轴向侧上在叶轮7上方延伸，即在向内径向方向上的上方和下方延伸。关键的是在其最窄位置上测量的这些密封间隙19、20具有比径向间隙15、16小的间隙宽度。

密封间隙19、20径向位于径向间隙15、16内侧，借此径向间隙15、16合并为密封间隙19、20且密封间隙19、20直接接界径向间隙15、15。在所示的示例性实施方案中，密封间隙19、20的宽度对应于大约400μm。

如所述，密封间隙19、20一方面限制由叶轮7（在所示的示例性实施方案中由叶轮7的前侧17、18）在轴向方向上限制且在相对侧上由泵壳2的壁表面21、22限制，所述壁表面在此对准为平行于特定前侧17、18。

如果在运行期间叶轮7在径向方向上发生偏转，那么前侧17、18大致平行于泵壳2的壁表面21、22偏移，使得碰撞不会在此发生。如所述，径向间隙15、16定尺寸为足够宽使得即使在此即使在最大容许偏转下也可排除与叶轮7的碰撞。

图2示意示出间隙情况。

示意示出的叶轮2可识别为以可旋转固定方式（即配置）在可旋转支撑的轴5上。

叶轮7由泵组件23（在此为泵壳2，更确切地说,是形成泵壳2的组件的插入部24）围绕。或者，插入部也可以不构造和配置成形成外壳的组件，因此不在泵壳内部以及与外壳外侧相距一定距离。在叶轮7旋转时，液体在箭头方向上从吸入侧（负压区域）10流动至压力侧（正压区域）11。

两个密封间隙19、20形成在泵组件23（其可设计为单向或双向）与叶轮7之间，更确切地说，在包括圆柱形外壳轮廓的叶轮7的前侧17与18之间。这些密封间隙19、20是轴向形成在泵组件23与叶轮7之间的轴向间隙。密封间隙19、20的间隙宽度s在所示的示例性实施方案中为400μm。平坦环形碟形式的两个密封间隙19、20在轴向方向上彼此相隔且尤其通过叶轮7的径向出口区域或多个径向出口区域彼此分开。

在所示的示例性实施方案中，除叶轮7与泵组件23之间的密封间隙19、20外，提供具有大于密封间隙的间隙宽度s的间隙宽度a的两个径向间隙15、16。在所示的示例性实施方案中，当叶轮7静止时，间隙宽度a为大约5mm。密封间隙19、20径向位于径向间隙15、16内部且因此与径向间隙15、16相比，与轴5相距较近。径向间隙具有圆柱形护套的形式。密封间隙19、20大致具有圆环碟的形式。提供（窄）径向间隙15、16也可在泵组件23的修改构造设计中免除。也可以构想提供存在于平行平面中的数个密封间隙19、20，其为两个轴向侧的至少一个上、优选地叶轮7的两个轴向侧上的轴向间隙。随后，两个轴向邻近的密封间隙优选地经由具有大于叶轮7的至少一个轴向侧上的密封间隙的间隙宽度的间隙宽度的径向间隙而彼此连接。所以，会导致阶状间隙形成，借此轴向间隙区段可代表密封间隙。所以，阶状间隙设计形成。

可构想的替代密封间隙几何形状示于图3至图7中，借此角度或曲率半径为简明起见以放大方式示出。在现实中，涉及最小上升及大曲率半径。

所有示例性实施方案都具有的共同情况是密封间隙是大致在径向方向上相对于其纵向范围延伸的轴向间隙且其轴向延伸（大致）小于其径向延伸。

在根据图3的示例性实施方案中，密封间隙19形成在叶轮7与泵组件23之间。叶轮7限制密封间隙19的区段相对于轴的纵向延伸完全在径向方向上延伸，而相反地，限制密封间隙19的泵组件23的表面区段相对于径向平面稍微倾斜，在此以小于1°的角度α倾斜。这导致密封间隙相对于虚径向平面倾斜大约这个角度α，其中在所示的示例性实施方案中，所表示的叶轮7的表面区段位于所述虚径向平面中。

在根据图4的示例性实施方案中，叶轮7限制密封间隙19的表面区段以及相对的并且限制密封间隙19的泵组件23的表面区段相对于径向平面倾斜，在所示的示例性实施方案中，两者皆在此处以小于10°的相同角度α倾斜。不同但是类似倾斜角的实现也是可行的。

在根据图5的示例性实施方案中，叶轮7限制密封间隙19的表面区域相对于轴的纵向延伸位于径向平面中，与其相比泵组件23限制密封间隙19的表面区域弯曲，其曲度优选地具有一个半径，所述半径具有与轴5的支架（未示出）的密封间隙19。

在根据图6的示例性实施方案中，限制密封间隙19的两个表面以及叶轮7的表面和泵组件23的表面设计为稍微弯曲。

在根据图7的示例性实施方案中，叶轮7限制密封间隙19的表面设计为水平但是相对于径向平面以小于10°的角度α倾斜，与其相比泵组件（23）限制密封间隙19的表面稍微弯曲且优选地具有500mm的曲率半径。

参考符号清单

1    双流离心泵

2    泵壳

3    入口（入口连接件）

4    出口（出口连接件）

5    轴

6    支架

7    叶轮

8    轴封

9    盖子

10   负压区域

11   正压区域

12   流动导管

13   流动导管

14   分隔壁

15   径向间隙

16   径向间隙

17   前侧

18   前侧

19   密封间隙

20   密封间隙

21   壁表面

22   壁表面

23   泵组件

24   插入件

s    间隙宽度，密封间隙

a    间隙宽度，径向间隙

Claims (10)

1.一种双流离心泵，特别是一种船用柴油发动机的冷却水泵或压舱水输送泵，所述泵具有泵壳（2）和可旋转地固定配置在可旋转驱动的轴（3）上的双流叶轮（7），使用所述叶轮（7），流体可自两个轴向侧从负压区域（10）吸入并且在径向方向上输送至正压区域（11）中，借此所述负压区域（10）通过至少两个密封间隙（19、20）而相对于所述正压区域（11）密封，所述至少两个密封间隙（19、20）轴向分隔开并且形成在所述叶轮（11）与至少一个固定泵组件（23），特别是所述泵壳（2）和/或插入件（24）之间，

其特征为

所述密封间隙（19、20）形成为在圆周方向上以及在径向方向上延伸并且轴向配置在所述叶轮（7）与所述泵组件（23）之间的轴向间隙，其间隙宽度（s）小于所述叶轮（7）至配置为与所述叶轮（7）相距径向距离的所有组件的径向距离（a）。

2.根据权利要求1所述的离心泵，

其特征为

所述密封间隙（19、20）的所述间隙宽度（s）选自介于200μm与2000μm之间的值范围。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的离心泵，

其特征为

在所述叶轮（7）静止的情况下，所述叶轮（7）至所述离心泵的所述泵组件（23）的最小径向距离（a）选自介于2mm至10mm之间的值范围。

4.根据权利要求1或3中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述密封间隙（19、20）配置在所述叶轮（7）的所述前侧（17、18）与所述泵组件（23）之间。

5.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述密封间隙（19、20）被设计为完全在径向方向上延伸或与径向平面围成介于大约0°与1°之间，优选地介于0.5°与5°之间的值范围的角度和/或所述密封间隙（19、20）具有介于200mm与1000mm之间，优选300mm与700mm之间的值范围的曲率半径。

6.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述轴（3）仅支撑在一侧上。

7.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述离心泵被设计用于优选在介于大约20m与大约50m之间，优选的是大约30m的值范围的最大输送高度下输送介于大约500m³/h与大约4000m³/h之间，优选介于大约800m³/h与大约1500m³/h之间或介于大约1500m³/h与大约2300m³/h之间或介于2300m³/h与3500m³/h之间的值范围的体积流。

8.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述离心泵实现为垂直构造。

9.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

优选仅两个密封间隙（19、20）与所述叶轮（7）与形成为泵组件的所述径向间隙（15、16）之间相比具有至所述轴（5）的较小径向距离。

10.根据先前权利要求中的一项所述的离心泵，

其特征为

所述叶轮（7）具有圆柱形外壳轮廓。

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