-
Die
Erfindung betrifft eine mehrstufige Kreiselpumpe, mit einer Axialschubentlastungseinrichtung
in Form von an den Laufrädern angeordneten Spaltdichtungen
und in den Laufraddeckscheiben angeordneten Entlastungsöffnungen.
-
Im KSB
Kreiselpumpenlexikon, 3. Auflage, Juli 1989, Seite 32–37,
sind unter dem Stichwort Axialschub die verschiedenen Möglichkeiten
zum Ausgleich eines Axialschubes beschrieben. Für mehrstufige
Kreiselpumpen, bei deren Verwendung das Saugverhalten von primärer
Bedeutung ist, wird zur Verbesserung des Ansaugverhaltens der Pumpe
die erste Stufe mit einem so genannten Sauglaufrad versehen. Diese
weist eine von den Laufrädern der nachfolgenden Stufen
abweichende Laufradform auf. Unter dem Stichwort Sauglaufrad, Seite
267, wird auf die Schiffspumpen, Seiten 272–274 verwiesen,
insbesondere auf eine Schiffskondensatpumpe, die bei sehr geringen
Zulaufhöhen arbeitet. Auf Seite 274 ist in Bild 4 eine
zweistufige Kondensatpumpe mit vertikaler Welle gezeigt, deren am
tiefsten Punkt angeordnetes erstes Laufrad als ein Sauglaufrad ausgebildet
ist. Es wird von unten angeströmt und weist damit die geringsten
NPSH-Verluste auf. In der linken Bildhälfte von Bild 4
ist die zusätzliche Verwendung eines Vorsatzläufers
gezeigt, auch als Inducer bekannt, um das NPSH-Verhalten dieser
Pumpe zu verbessern.
-
Das
Sauglaufrad ist gegenüber dem Laufrad der nachfolgenden
zweiten Pumpenstufe mit größerem Laufradeintritts-
und größerem Laufraddurchmesser ausgestattet.
Der Axialschubausgleich des Sauglaufrades erfolgt mit daran angebrachten
Rückenschaufeln, einer Lösung gemäß Bild
9 von Seite 35 des KSB-Kreiselpumpenlexikons. Die Pumpenlaufräder
weisen im Bereich des saugseitigen Laufradeintrittes eine Spaltdichtung
auf, um den Leistungsverlust innerhalb der Pumpenstufen zu vermindern.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieeffizienz und das
NPSH-Verhalten von mehrstufigen Kreiselpumpen in einfacher Weise
zu verbessern und eine Reduzierung der Teilevielfalt zu erreichen.
-
Die
Lösung dieses Problems sieht für mehrstufige Kreiselpumpen
vor, dass das Sauglaufrad in seiner hydraulischen Gestaltung den
nachgeordneten Stufenlaufrädern entspricht, dass das Sauglaufrad
ohne ein Axialschubentlastungsmittel ausgebildet ist und dass eine
nachgeordnete zweite oder weitere Pumpenstufe den Axialschub des
Sauglaufrades kompensiert.
-
Das
Sauglaufrad ist nur mit einer saugseitigen Spaltdichtung und ohne
Axialschubentlastung an und/oder in einer druckseitigen Deckscheibe
versehen. Diese bekannte Spaltdichtung ist hierbei eine Dichtung
zwischen rotierenden und stillstehenden Pumpenbauteilen, wobei die
Spaltgeometrie so bemessen ist, dass möglichst geringe
Leckverluste innerhalb der Kreiselpumpe erreichbar sind. Durch den Verzicht
auf die Entlastungsöffnungen wird eine Störung
der Laufradanströmung vermieden. Das NPSH-Verhalten eines
Sauglaufrades ist maßgeblich von der bestmöglichen
Anströmung der Laufradeintrittskanten durch das zu fördernde
Fluid abhängig. Ein vom druckseitigen Radseitenraum durch
die Entlastungsöffnungen in den Eintrittsbereich des Sauglaufrades
austretender oder zurückströmender Entlastungsstrom
verläuft aber zu einer Laufradanströmung entgegengesetzt.
Infolgedessen treffen im Eintrittsbereich zwei Strömungen
aufeinander und bilden nachteilige Verwirbelungen aus. Dadurch entstehen örtlich
nachteilige Druckabsenkungen an den Laufradeintrittskanten, wodurch
das Kavitationsverhalten nachteilig beeinflusst wird.
-
Durch
den Verzicht auf die Verwendung von Entlastungsöffnungen
wird das NPSH-Verhalten in einfachster Weise verbessert. Dadurch
ist in vielen Fällen eine Einsparung für als Sonderausführung
zu bevorratende Sauglaufräder möglich. Diese verfügen über
einen vergrößerten Laufradeintrittsquerschnitt, größere
Schaufelkanalquerschnitte, eine dementsprechend angepasste Geometrie
der Laufradschaufeln und häufig über einen größeren
Laufraddurchmesser. Stattdessen können gleiche Laufräder
einer mehrstufigen Kreiselpumpe ohne Entlastungsöffnungen
als Sauglaufräder erfolgreich eingesetzt werden.
-
Weiter
ist vorgesehen, dass am Sauglaufrad eine saugseitige Spaltdichtung
angeordnet und eine druckseitige Deckscheibe ohne Entlastungsöffnungen
ausgebildet ist. Ebenso können in einer druckseitigen Deckscheibe
angeordnete Entlastungsöffnungen durch Verschlussmittel
verschlossen sein. Zum Ausgleich eines dadurch bedingten Axialschubes
am Sauglaufrad in der Saugstufe weist eine nachgeordnete zweite
oder weisen nachgeordnete weitere Pumpenstufen einen druckseitigen
Entlastungsraum oder Entlastungsräume auf. Somit wird in
einer oder mehreren nachfolgenden Pumpenstufen der summierte Axialschub
von mindestens zwei Pumpenstufen ausgeglichen.
-
Am
Laufrad von einer zweiten oder von weiteren Pumpenstufen ist der
Durchmesser des druckseitigen Dichtungsspaltes der Spaltdichtung
größer ausgebildet als der Durchmesser des saugseitigen Dichtungsspaltes
am Sauglaufrad. Die Querschnitte der Entlastungsöffnungen
im zweiten oder weiteren Laufrad sind einen jeweils auszugleichenden
Axialschub entsprechend angepasst. In der zweiten oder weiteren
Pumpenstufe wirkt sich der Entlastungswasserstrom nicht mehr so
nachteilig auf die Laufradanströmung aus, da hier bereits
eine Laufradanströmung mit einem höheren Druckniveau
erfolgt. Die Gefahr der Entstehung von Kavitationsblasen und dadurch
bedingte Pumpenstörungen besteht nicht mehr.
-
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
die
-
1 eine
mehrstufige Kreiselpumpe nach dem Stand der Technik und die
-
2 eine
verbesserte Ausführung der ersten Kreiselpumpenstufe.
-
In
der 1 ist eine bekannte zweistufige Kreiselpumpe 1 in
horizontaler Aufstellung und mit durch einen Pumpeneinlauf 2 hindurchgeführter
Welle 3 dargestellt. Eine vertikale oder schräge
Aufstellung ist ebenfalls möglich. Eine Förderflüssigkeit,
beispielsweise ein leicht ausgasendes oder brennbares Fluid mit
niedrigem Siedepunkt, strömt in Richtung der eingezeichneten
Strömungspfeile einer ersten Pumpenstufe 4 mit
einem ersten Laufrad radialer Bauart zu. Dieses als Sauglaufrad 5 wirkende
erste Laufrad fördert in ein Leitrad 6, in dem
die vom Sauglaufrad 5 erzeugte Geschwindigkeitsenergie
des Fluid in Druckenergie umgewandelt wird. Dem Leitrad 6 ist
eine Rückführbeschaufelung 7 nachgeordnet,
mit dem das Fluid einer zweiten Pumpenstufe 8 mit einem
zweiten Laufrad 9 zugeleitet wird.
-
Das
Sauglaufrad 5 und das zweite Laufrad 9 sind mit
saug- und druckseitigen Spaltdichtungen 10, 11 versehen.
Diese reduzieren eine Rückströmung von gefördertem
Fluid und begrenzen saug- und druckseitige Radseitenräume 12, 13.
Die hier zwei druckseitigen Radseitenräume 13 hüllen
druckseitige Entlastungsräume 14 ein, aus denen
ein Entlastungsstrom eines geförderten Fluids zwecks Axialschubentlastung
durch die Entlastungsöffnungen 15 zurück
in den Eintrittsbereich 16 der Laufräder 5, 9 strömt.
Bei kritischen Betriebsbedingungen mit niedrigen NPSH-Bedingungen
wird das hier gezeigte Sauglaufrad 5 durch ein Sauglaufrad
mit größeren Abmessungen ersetzt werden. Dies
erfordert eine aufwändige Gehäuseveränderung
und weiteren Aufwand für eine zweite Laufradausführung,
einen zusätzlichen Herstellungsaufwand sowie eine größere Teilevielfalt,
um ein solch größeres Sauglaufrad in eine Kreiselpumpe
einbauen zu können.
-
In
der 2 besitzt das als Sauglaufrad 5 wirkende
erste Kreiselpumpenlaufrad nur im saugseitigen Laufradseitenraum 12 eine
saugseitige Spaltdichtung 10. Es sind hier in der ersten
Pumpenstufe 4 zwei verschiedene Darstellungen vom Sauglaufrad 5 gezeigt.
Bei der oberhalb der Welle 3 gezeigten Laufraddarstellung
ist die den druckseitigen Radseitenraum begrenzende druckseitige
Laufraddeckscheibe 17 glattflächig und ohne Axialschubausgleichsmittel
versehen. Als Sauglaufrad 5 kann ein normales radiales
Laufrad aus einem Pumpenbaukasten verwendet werden. Im Gegensatz
zur Darstellung in 1 wurde die dort vorgesehene
Halterung für die Aufnahme des rotierenden Teiles der druckseitigen
Spaltdichtung 11 bei der Herstellung des Laufrades 5 einfach
abgedreht und die Entlastungslöcher wurden nicht gebohrt.
In dem Leitrad 6 ist die entsprechende Halterung zur Aufnahme
des stationären Teiles einer Spaltdichtung, z. B. für
die Aufnahme eines separat erstellten Spaltringes bei Pumpen mit weiteren
Stufen, stehen geblieben. Infolge der in dieser Darstellung fehlenden
druckseitigen Abdichtung wirkt ein im druckseitigen Radseitenraum 13 vorherrschender
Druck der ersten Pumpenstufe 4 auf die gesamte druckseitige
Axialfläche des Sauglaufrades 5.
-
Dagegen
zeigt die in 2 dargestellte untere Hälfte
des Sauglaufrades 5 eine Laufradform, die dem in der zweiten
Pumpenstufe 8 verwendeten zweiten Laufrad 9.1 entspricht.
Dessen standardmäßig angebrachte Entlastungsöffnungen 15 sind
aber im Sauglaufrad 5 durch Verschlussmittel 18 verriegelt oder
abgesperrt. Ein Rückströmen eines Förderfluids aus
dem druckseitigen Radseitenraum 13 in den Laufradeintritt 16 wird
damit unterbunden. Solche Entlastungsöffnungen 15 werden
bei einer Laufradfertigung entweder nicht angebracht, nicht vollständig
durchgebohrt oder durch nachträglich darin anzuordnende
Verschlussmittel 18 vollständig versperrt. Dies
können darin angeordnete Einsätze, form- oder stoffschlüssige
Mittel oder andere bekannte Verschluss- oder Absperrmittel sein.
Die am Leitrad oder am Laufrad angebrachten Halterungen zur Aufnahme
von separaten Spaltringen können bestehen bleiben. Infolge
der darin nicht angeordneten Spaltringe erfolgt auch keine Abdichtung
und der Druck im druckseitigen Radseitenraum wirkt auf die gesamte druckseitige
Laufradfläche.
-
Der
Verzicht auf die Anordnung der Entlastungsöffnungen 15 im
Sauglaufrad 5 oder deren Versperrung durch Verschlussmittel 18 bedingt
am Laufradeintritt 16 eine ungestörte Anströmung
auf die Laufradeintrittskanten 19 und somit ein sehr gutes NPSH-Verhalten
für das solchermaßen gebildete Sauglaufrad 5.
Gerade bei kritischen NPSH-Verhältnissen in einer Fluid
führenden Anlage wird dadurch im Laufradeintrittsbereich 16 eine
optimale Schaufelanströmung erreicht. Die Vermeidung einer
Rückströmung aus dem druckseitigen Radseitenraum 13 durch
solche Entlastungsöffnungen verhindert eine Störung
der Schaufelanströmung.
-
Der
sich im Bereich des Sauglaufrades 5 ausbildende Axialschub
wird durch die Welle 3 auf das nachfolgende Laufrad 9.1 der
zweiten Pumpensstufe 8 übertragen. Das nachfolgende
zweite Laufrad 9.1 besitzt zwei Spaltdichtungen 10, 11.1 zwischen Laufrad
und Gehäuse. Die druckseitige Spaltdichtung 11.1 weist
hier einen größeren Spaltdurchmesser auf als der
Spaltdurchmesser der saugseitigen Spaltdichtung. Diese Durchmesserwahl
mit der daraus resultierenden Axialschubfläche gewährleistet
im Zusammenwirken mit den im 2. Laufrad 9.1 angeordneten
Flächenquerschnitten der Entlastungsöffnungen 15 einen
Ausgleich des Axialschubes von der ersten und zweiten Pumpenstufe 4, 8.
-
Der
letzten, hier zweiten Pumpenstufe 8, nachgeordnet ist ein
Dichtungsraum 20 mit darin angeordneten, doppeltwirkenden
Gleitringdichtung 21 und einer Lagerung 22 für
die Welle 3.
-
Erfindungsgemäß wurde
erkannt, das ein von der Laufradrückseite des Sauglaufrad 5 durch die
Entlastungsöffnungen austretender Entlastungsstrom des
Fluids eine nachteilige Störung im Eintrittsbereich des
Sauglaufrades 5 bedingt und dadurch dessen NPSH-Verhalten
verschlechtert. Denn eine durch einen Entlastungsstrom bedingte
Störung- und örtliche Geschwindigkeitssteigerung
im Bereich der Schaufeleintrittskanten stellt gleichzeitig eine
zusätzliche Druckabsenkung für die Schaufelkanten
des Laufrades dar. Infolgedessen gelangt ein solches Laufrad mit
Entlastungsöffnungen leichter in einen Kavitationszustand,
der eine Förderleistung benachteiligt oder unmöglich
macht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - KSB Kreiselpumpenlexikon,
3. Auflage, Juli 1989, Seite 32–37 [0002]