DE102010023931A1

DE102010023931A1 - Doppelflutige Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE102010023931A1
Application number: DE102010023931A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Britsch Manfred
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: Allweiler GmbH
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-22
Also published as: JP2013532252A; US20130156545A1; EP2582983A1; JP5857042B2; DK2582983T3; KR20130131213A; ES2569878T3; CN103080556A; CN103080556B; KR101737665B1; EP2582983B1; WO2011157485A1

Abstract

Doppelflutige Kreiselpumpe, insbesondere Kühlwasserpumpe für einen Schiffdieselmotor oder Balastwasserförderpumpe, mit einem Pumpengehäuse (2) und mit einem an einer rotatorisch antreibbaren Welle (3) drehfest angeordneten, doppelflutigen Flügelrad (7), mit welchem ein Fluid von zwei Axialseiten aus einem Unterdruckbereich (10) ansaugbar und in radialer Richtung in einen Überdruckbereich (11) förderbar ist, wobei der Unterdruckbereich (10) gegenüber dem Überdruckbereich (11) mittels mindestens zweier axial beabstandeter Dichtspalte (19, 20) abgedichtet ist, die zwischen dem Flügelrad (7) und mindestens einem stationären Pumpenbauteil (23), insbesondere dem Pumpengehäuse (2) und/oder einem Einsatzteil (24), ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Dichtspalte (19, 20) als sich in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung erstreckende axial zwischen dem Flügelrad (7) und dem Pumpenbauteil (23) angeordnete Axialspalte ausgebildet sind, deren Spaltbreite (s) geringer ist als der Radialabstand (a) des Flügelrades (7) zu sämtlichen mit Radialabstand zu dem Flügelrad (7) angeordneten Bauteilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine, vorzugsweise einstufige, doppelflutige Kreiselpumpe, insbesondere eine Kühlwasserpumpe für einen Schiffsdieselmotor oder eine Balastwasserförderpumpe auf einem Schiff, mit einem Pumpengehäuse und mit einem an einer rotatorisch antreibbaren Welle drehfest angeordneten, doppelflutigen Flügelrad, mit welchem ein Fluid von zwei Axialseiten aus einem Unterdruckbereich (Saugseite) ansaugbar und in radialer Richtung in einen Überdruckbereich (Druckseite) förderbar ist, wobei der Unterdruckbereich gegenüber dem Überdruckbereich mittels mindestens zweier axial (über den Überdruckbereich) beabstandeter Dichtspalte abgedichtet ist, die zwischen dem Flügelrad und mindestens einem stationären Pumpenbauteil, insbesondere dem Pumpengehäuse ausgebildet sind.
Bei bekannten doppelflutigen Kreiselpumpen verlaufen die als Ringspalte ausgebildeten Dichtspalte in axialer Richtung und sind ausgebildet zwischen dem Flügelrad und dem Pumpengehäuse. Im Betrieb der bekannten Kreiselpumpen kommt es, insbesondere dann, wenn die Kreiselpumpen nicht an ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden zu einer resultierenden, auf die einseitig gelagerte Welle wirkenden Radialkraftkomponente, so dass die Welle mit dem drehfest daran festgelegten Flügelrad in radialer Richtung ausgelenkt wird. Um zu verhindern, dass das Flügelrad bei dieser Auslenkbewegung das Pumpengehäuse berührt, müssen die als Axialspalte ausgebildeten Dichtspalte entsprechend breit dimensioniert werden. Dies wiederum führt jedoch zu einem Leistungsverlust der Pumpe, da ständig gefördertes Medium aus dem radialen Überdruckbereich in axialer Richtung durch die Dichtspalte in den Unterdruckbereich (Ansaugbereich) strömt. Hierdurch verschlechtert sich der Wirkungsgrad der bekannten Kreiselpumpen erheblich. Vorgenannte Kreiselpumpen eignen sich, dann, wenn die Welle einseitig gelagert ist, nur für Applikationen, in denen vergleichsweise geringe Volumenströme gefördert werden müssen. Bei doppelflutigen Kreiselpumpen für großvolumenströmige Applikationen, beispielsweise bei Kühlwasserpumpen für einen Schiffsdieselmotor oder bei Balastwasserförderpumpen auf einem Schiff ist die das Flügelrad tragende Welle in der Regel auf beiden Axialseiten des Flügelrades gelagert, um die radiale Auslenkbewegung im Betrieb zu minimieren. Bei einer nur einseitigen Lagerung der Welle für diese Anwendungen müsste eine Welle mit entsprechend großem Durchmesser und/oder aufwändiger Lagerung eingesetzt werden.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine doppelflutige Kreiselpumpe, insbesondere für große Volumenströme von mindestens 500 m³/h anzugeben, mit der ein hoher Wirkungsgrad ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen möglich ist. Bevorzugt soll die das Flügelrad tragende Welle der Kreiselpumpe dabei ausschließlich einseitig gelagert sein und einen möglichst geringen Durchmesser aufweisen. Ein Anschlagen des Flügelrades am Pumpengehäuse soll sicher vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen doppelflutigen Kreiselpumpe dadurch gelöst, dass die Dichtspalte als sich in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung erstreckende axial zwischen dem Pumpenbauteil und dem Flügelrad angeordnete Axialspalte ausgebildet sind, deren, vorzugsweise in axialer Richtung gemessene, Spaltbreite größer ist als die Radialabstände des Flügelrades zu sämtlichen Bauteilen, die mit Radialabstand radial außerhalb des Flügelrades angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist die Spaltbreite der als Axialspalte ausgebildeten Dichtspalte größer als die Spaltbreiten sämtlicher anderen Spalte (Radialspalte), die auf einer Seite von dem Flügelrad begrenzt sind. Noch anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die in radialer Richtung gemessenen Abstände zwischen dem Flügelrad und beliebigen Bauteilen der Pumpe größer sind als die Spaltbreite der als Axialspalt ausgebildeten Dichtspalte.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Dichtspalte zwischen dem Flügelrad und mindestens einem Pumpenteil, mit denen die Saugseite der Kreiselpumpe gegenüber der Druckseite abgedichtet ist, bezüglich ihrer Längserstreckung in radialer Richtung verlaufend, d. h. als Axialspalt auszubilden. Anders ausgedrückt ist das Flügelrad gemäß der Erfindung mittels der Dichtspalte in axialer Richtung beabstandet von dem mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen Pumpenbauteil. Dabei ist die, sich zumindest näherungsweise in axialer Richtung erstreckende, Breite des Dichtspaltes, zumindest an einer Stelle, vorzugsweise über seine Längserstreckung geringer als der Abstand zwischen dem Flügelrad und sämtlichen anderen mit Radialabstand zu dem Flügelrad angeordneten Bauteilen der Pumpe. Anders ausgedrückt ist die Spaltbreite des Dichtspaltes kleiner als der Radialabstand des Flügelrades zu sämtlichen radial außerhalb des Flügelrades befindlichen Bauteilen der Pumpen. Die Dichtspalte zeichnen sich dadurch aus, dass deren Axialerstreckung (wesentlich) geringer ist als deren Radialerstreckung. Bevorzugt ist die in axialer Richtung gemessene Spaltbreite des Axialspaltes (Dichtspalt) größer als die in radialer Richtung gemessene Spaltbreite eines zwischen dem Flügelrad und dem den Axialspalt begrenzenden Pumpenbauteil angeordneten Radialspaltes.
Vorzugsweise beträgt die Spaltbreite der Dichtspalte mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 12%, noch weiter bevorzugt 6% des Radialabstandes des Flügelrades 7 zu dem den Axialspalt begrenzenden Pumpenbauteil, insbesondere dem Pumpengehäuse und/oder zu einem, vorzugsweise einen Gehäuseabschnitt bildenden, Einsatzteil.
Selbstverständlich ist es möglich, auf beiden Axialseiten des radialen Austrittsbereichs des Flügelrades mehrere, jeweils als Axialspalt ausgebildete Dichtspalte vorzusehen. Bevorzugt ist es jedoch, jeweils nur einen als Axialspalt ausgebildeten Dichtspalt vorzusehen, wobei als Dichtspalte jeweils die Spalte mit geringster Spaltbreite verstanden werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsvariante, bei der die, vorzugsweise ausschließlich, zwei Dichtspalte in einem Bereich radial innerhalb von umfangsgeschlossenen Radialspalten angeordnet sind, über die das Flügelrad von dem mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Pumpenbauteil beabstandet ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sich die Axialspalte, ausgehend von den Radialspalten in radialer Richtung nach innen erstrecken. Besonders bevorzugt ist also eine Ausführungsvariante, bei der die Axialspalte, zumindest in einem radial inneren Bereich, einen geringeren Abstand zur Welle aufweisen als die Radialspalte. Mit Vorteil befinden sich die Dichtspalte innerhalb eines gedachten Kreiszylinders, dessen Mantelfläche die Radialspalte in sich aufnimmt. Aufgrund einer derartigen Ausführungsvariante wird die Dichtwirkung verbessert.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Flügelrad eine kreiszylindrische Hüllkontur aufweist, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn die Dichtspalte (Axialspalte) zwischen jeweils einer Stirnseite des eine zylindrisch Hüllkontur aufweisenden Flügelrades und dem mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, Pumpenbauteil ausgebildet sind.
Alternativ kann auch eine Hüllkontur vorgesehen werden, bei der das Flügelrad sich mit seinem Auslassbereich weiter nach außen in radialer Richtung erstreckt. Wie später noch erläutert werden wird ist es jedoch auch bei einer solchen Geometrie bevorzugt, wenn der axiale Dichtspalt in einem Bereich angeordnet ist, der einen geringeren Radius aufweist als ein möglicher Radialspalt, der zwischen dem Pumpenstrahl und dem Flügelrad angeordnet ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Dichtspalte als Axialspalte ist es möglich, die Spaltbreite der Dichtspalte wesentlich geringer zu bemessen als im Stand der Technik, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Flügelrad bei einer radialen Auslenkung an dem die Dichtspalte begrenzenden Pumpenbauteil anschlägt. Es ist also möglich, durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtspalte einen hohen Wirkungsgrad der Kreiselpumpe zu erzielen, da die Flüssigkeitsmenge, die aus dem Druckbereich in den Saugbereich (Unterdruckbereich) strömt, durch die geringe Spaltbreite der Dichtspalte minimiert wird. In radialer Richtung kann der Abstand zwischen dem Flügelrad und dem Pumpenbauteil und/oder anderen Bauteilen der Pumpe so bemessen werden, dass selbst bei der größtmöglichen im Betrieb auftretenden Auslenkung des Flügelrades keine Kollisionsgefahr besteht. Es ist also möglich, auch vor großvolumenströmigen Anwendungen, insbesondere für Marineapplikationen eine nur einseitige Lagerung der Flügelradwelle zu realisieren, da größere Radialauslenkungen des Flügelrades als bisher akzeptiert werden können. Darüber hinaus kann die Dimensionierung der Welle als solches minimiert werden.
Konstruktiv besonders einfach und damit bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Dichtspalte – im Rahmen der Toleranzen – exakt in Bezug auf ihre Längserstreckung in radialer Richtung verlaufen. Es ist jedoch auch eine leicht gekrümmte oder leicht schräge Ausgestaltung der Dichtspalte durch eine entsprechende Ausformung zumindest eines die Dichtspalte begrenzenden Bauteils (Flügelrad und/oder Pumpenbauteil, insbesondere Pumpengehäuse) möglich, insbesondere derart, dass die Spaltgeometrie der gekrümmten Auslenkbewegung des Flügelrades, insbesondere bei einseitiger Wellenlagerung folgt, so dass die Spaltbreite, unabhängig vom Grad der Auslenkung des Flügelrades im Betrieb, zumindest unabhängig konstant bleibt. Besonders bevorzugt entspricht der Krümmungsradius zumindest näherungsweise dem Abstand des Flügelrades zu dem Lager der das Flügelrad tragenden Welle.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Spaltbreite der als Axialspalte ausgebildeten Dichtspalte aus einem Wertebereich zwischen 200 μm und 2000 μm, ganz besonders bevorzugt zwischen 200 μm und 400 μm gewählt ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der minimale, d. h. der geringste Radialabstand des Flügelrades zu dem die als Axialspalte ausgebildeten Dichtspalte begrenzenden Pumpenbauteil der Kreiselpumpe (bei stillstehendem Flügelrad) aus einem Wertebereich zwischen 2 mm bis 10 mm gewählt ist. Anders ausgedrückt ist der Abstand zwischen dem Flügelrad und dem vorgenannten Pumpenbauteil vorzugsweise größer als die Abstände des angegebenen Wertebereichs. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem vorgenannten minimalen Radialabstand nicht nur um den minimalen Radialabstand des Flügelrades zu dem mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen die Dichtspalte begrenzenden Pumpenbauteil, sondern um den minimalen Radialabstand des Flügelrades zu sämtlichen Bauteilen der Pumpe, um eine Kollision bei radialer Auslenkung sicher zu verhindern.
Konstruktiv besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der doppelflutigen Kreiselpumpe, bei der die Dichtspalte zwischen den in axialer Richtung weisenden Stirnseiten des Flügelrades und dem mindestens einen Pumpenbauteil angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist es bevorzugt, wenn die Dichtspalte zueinander den größtmöglichen Axialabstand aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das Flügelrad eine, zumindest näherungsweise kreiszylindrische Hüllkontur aufweist. Besonders bevorzugt umschließt eine gedachte, die Radialspalte aufnehmende Kreiszylindermantelfläche die Axialspalte radial außen.
Wie eingangs erläutert wird unter einem sich in radialer Richtung erstreckenden Axialspalt (Dichtspalt) nicht nur eine Ausführungsform verstanden, bei der die Dichtspalte in Bezug auf ihre Längserstreckung – im Rahmen der Toleranzen – exakt in radialer Richtung verlaufen, also beispielsweise ringscheibenförmig ausgebildet sind. Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei der die Dichtspalte einen geringen Steigungswinkel aufweisen oder leicht gekrümmt sind, d. h. einen großen Krümmungsradius aufweisen, wobei dieser bevorzugt, zumindest näherungsweise, insbesondere bei einseitig gelagerter Welle, dem Abstand des jeweiligen Dichtspaltes von dem Wellenlager entspricht. Der jeweilige Dichtspalt ist also dann derart ausgebildet, dass sich die Spaltbreite im Betrieb der Kreiselpumpe, also bei einer möglichen radialen Auslenkung des Flügelrades nicht, oder nur möglichst geringfügig ändert, da die Spaltgeometrie der Auslenkbewegung folgt. Die Krümmung bzw. Abschrägung der Dichtspalte kann durch eine entsprechend geometrische Ausformung des Flügelrades und/oder des mindestens einen, vorzugsweise ausschließlich einen, die Dichtspalte auf der dem Flügelrad gegenüberliegenden Axialseite begrenzenden Pumpenbauteil realisiert werden. Ganz besonders bevorzugt ist der Winkel (Neigungswinkel) des jeweiligen Dichtspaltes zu einer gedachten, orthogonal zur Längserstreckung der Welle angeordneten Radialebene aus einem Wertebereich zwischen 0,01° und 2,0° gewählt. Bevorzugt ist ein möglicher Krümmungsradius aus einem Wertebereich zwischen 200 mm und 1000 mm, vorzugsweise 300 mm und 700 mm gewählt.
Der Krümmungsradius des jeweiligen Dichtspaltes, genauer zumindest einer den Dichtspalt begrenzenden Fläche (des Flügelrades und/oder des Pumpenbauteils) entspricht bevorzugt, zumindest näherungsweise, dem Abstand des jeweiligen Dichtspaltes (insbesondere an einem radial innersten Bereich des Dichtspaltes) zu dem Wellenlager, insbesondere bei einseitig gelagerter (Pumpen-Welle). Entsprechend bezieht sich der in der Beschreibung erläuterter Neigungswinkel des Spaltes auf die Neigung zumindest einer den Dichtspalt begrenzenden Fläche (des Flügelrades und/oder des Pumpenbauteils) relativ zur vorerwähnten Radialebene.
Wie bereits angedeutet ist es im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Ausführungsvariante der Kreiselpumpe, wenn die das Flügelrad tragende Welle ausschließlich auf einer Seite, vorzugsweise auf einer oberen Seite gelagert ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die erfindungsgemäße Kreiselpumpe für großvolumenströmige, insbesondere Marineanwendungen ausgelegt ist. Bevorzugt ist die Kreiselpumpe zum Fördern eines Volumenstroms aus einem Wertebreich zwischen etwa 500 m³/h und etwa 4000 m³/h, vorzugsweise zwischen etwa 800 m³/h und etwa 1500 m³/h (beispielsweise bei kleineren Kühlwasserpumpen) oder zwischen etwa 1500 m³/h und etwa 2300 m³/h (beispielsweise bei mittelgroßen Kühlwasserpumpen) oder zwischen 2300 m³/h und 3500 m³/h (beispielsweise bei größeren Kühlwasserpumpen) ausgelegt ist, vorzugsweise bei einer maximalen Förderhöhe aus einem Wertebereich zwischen etwa 20 m und etwa 50 m, bevorzugt von etwa 30 m. Insbesondere für Marineanwendungen ist es aus Platzgründen besonders bevorzugt, wenn die doppelflutige Kreiselpumpe in vertikaler Bauart realisiert ist, also derart, dass die Welle senkrecht zu einer Standfläche der Kreiselpumpe verläuft.
Besonders bevorzugt ist es, wenn es sich bei der Kreiselpumpe um eine einstufige, also ausschließlich ein Flügelrad aufweisende Kreiselpumpe handelt.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn es sich bei dem Pumpengehäuse um ein sogenanntes Spiralgehäuse handelt, welches den Strömungsweg auf der Saugseite zu den beiden Axialseiten des Flügelrades vorgibt und auf der Druckseite vorzugsweise zwei Auslasskanäle spiralartig zusammenführt.
Die Erfindung führt auch auf die Verwendung einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten doppelflutigen Kreiselpumpe als Kühlwasserpumpe für einen Schiffsdieselmotor oder als Ballastwasserförderpumpe auf einem Schiff.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1: eine geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten doppelflutigen Kreiselpumpe,
2: eine Prinzipzeichnung zur Darstellung der Spaltverhältnisse,
3 bis 7: unterschiedliche Ausgestaltungsmöglichkeiten der Dichtspalte.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist in einer Schnittansicht eine doppelflutige Kreiselpumpe 1 in vertikaler Bauart gezeigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kühlwasserpumpe für einen Schiffsdieselmotor, die ausgelegt ist, um einen Volumenstrom von 2300 m³/h bei einer maximalen Förderhöhe von 30 m zu fördern.
Die Kreiselpumpe 1 umfasst ein als Spiralgehäuse ausgebildetes Pumpengehäuse 2 mit einem saugseitigen Einlass 3 sowie einem druckseitigen Auslass 4. In das Pumpengehäuse 2 ragt von oben in vertikaler Richtung nach unten eine einseitig gelagerte Welle 5 hinein, die mittels eines als Kugellager ausgebildeten Lagers 6 gelagert ist. Endseitig trägt die Welle 5 ein doppelflutiges Flügelrad 7 mit einer im Wesentlichen kreiszylindrischen Hüllkontur. Das Flügelrad 7 sitzt drehfest auf der Welle 5. In einem Bereich axial zwischen dem Lager 6 und dem Flügelrad 7 befindet sich eine Wellendichtung 8. Wie sich aus 1 ergibt, durchsetzt die Welle 5 in einem Bereich oberhalb der Wellendichtung 8 einen am Pumpengehäuse 2 durch Verschrauben festgelegten Deckel 9.
Das Flügelrad 7 trennt einen Unterdruckbereich 10 (Saugseite) von einem Überdruckbereich 11 (Druckseite).
Die Welle 5 ist mittels eines nicht dargestellten Motors, insbesondere eines Elektromotors in an sich bekannter Weise rotierbar, wobei das mit der Welle 5 rotierende Flügelrad 7 aus beiden Axialseiten aus dem Unterdruckbereich 10 Fluid, hier Kühlwasser ansaugt und in radialer Richtung nach außen in den Überdruckbereich 11 fördert, wobei der Überdruckbereich 11 unterteilt ist in zwei spiralförmig angeordnete Strömungskanäle 12, 13, die über eine Scheidewand 14 voneinander getrennt sind. Im Bereich des Auslasses 4 werden die beiden Strömungskanäle 12, 13 bzw. die Fluidströme wieder zusammengeführt.
In Betrieb der Kreiselpumpe 1 kommt es, insbesondere dann, wenn die Kreiselpumpe 1 nicht an einem optimalen Arbeitspunkt arbeitet zu einer Radialkraftbelastung der Welle 5 im Bereich des Flügelrades 7, die bestrebt ist, die Welle 5 mit Flügelrad 7 in radialer Richtung auszulenken. Um zu verhindern, dass das Flügelrad 7 mit dem Pumpengehäuse 2 (Pumpenbauteil) in radialer Richtung kollidiert, sind zwei axial beabstandete, sich in axialer Richtung erstreckende Radialspalte 15, 16 so breit bemessen, dass selbst eine maximal denkbare Auslenkung der Welle 5 im Betrieb nicht zu einer Kollision des Flügelrades 7 mit dem Pumpengehäuse 2 führen kann. Die Radialspalte 15, 16 sind aufgrund ihrer vergleichsweise großen Spaltbreite (gemessen an der engsten Stelle) von dem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 5 mm nicht als Dichtspalte ausgelegt bzw. erfüllen keine ausreichende Dichtfunktion. Die Radialspalte haben die Form von Kreiszylindermantelflächen. Würde es sich bei den Radialspalten 15, 16 um die einzigen Dichtspalte handeln, hätte die Kreiselpumpe 1 aufgrund der vergleichsweise großen Spaltbreite einen äußerst schlechten Wirkungsgrad, da Flüssigkeit, hier Kühlwasser ständig in großer Menge durch die Radialspalte 15, 16 aus dem Überdruckbereich 11 in den Unterdruckbereich 10 strömen und somit unmittelbar im Kreis gefördert werden würde.
Zur Erzielung der gewünschten Dichtwirkung bei vermiedener Kollisionsgefahr zwischen Flügelrad 7 und Pumpengehäuse 2 (Pumpenbauteil) übergreift das Pumpengehäuse 2 (Pumpenbauteil) das Flügelrad 7 an beiden Axialseiten, d. h. oben und unten in radialer Richtung nach innen, derart, dass zwischen jeder Stirnseite 17, 18 des Flügelrades 7 und dem Pumpengehäuse 2 (Pumpenbauteil) ein als Axialspalt ausgebildeter, sich hinsichtlich seiner Längserstreckung in radialer Richtung erstreckender Dichtspalt 19, 20 gebildet ist. Wesentlich ist nun, dass diese Dichtspalte 19, 20, gemessen an ihrer engsten Stelle eine geringere Spaltbreite aufweisen als die Radialspalte 15, 16.
Die Dichtspalte 19, 20 befinden sich radial innerhalb der Radialspalte 15, 16, wobei die Radialspalte 15, 16 in die Dichtspalte 19, 20 übergehen bzw. die Dichtspalte 19, 20 grenzen unmittelbar an die Radialspalte 15, 15 an. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Spaltbreite der Dichtspalte 19, 20 etwa 400 μm.
Die Dichtspalte 19, 20 sind, wie erläutert einerseits in axialer Richtung begrenzt von dem Flügelrad 7, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von jeweils einer Stirnseite 17, 18 des Flügelrads 7 und gegenüberliegend von einer hier parallel zur jeweiligen Stirnseite 17, 18 ausgerichteten Wandfläche 21, 22 des Pumpengehäuses 2.
Kommt es zu einer Auslenkung des Flügelrades 7 im Betrieb in radialer Richtung werden die Stirnseiten 17, 18 im Wesentlichen parallel verschoben zu den Wandflächen 21, 22 des Pumpengehäuses 2, so dass es hier nicht zu einer Kollision kommen kann. Die Radialspalte 15, 16 sind, wie erläutert, so breit bemessen, dass auch hier eine Kollision mit dem Flügelrad 7, auch bei einer maximal zulässigen Auslenkung ausscheidet.
In 2 sind die Spaltverhältnisse schematisch dargestellt.
Zu erkennen ist das schematisch dargestellte Flügelrad 2, das drehfest an einer drehbar gelagerten Welle 5 angeordnet ist.
Das Flügelrad 7 ist umgeben von einem Pumpenbauteil 23, hier dem Pumpengehäuse 2, genauer einem Einsatzteil 24, welches einen Bestandteil des Pumpengehäuses 2 bildet. Alternativ kann das Einsatzteil auch nicht einen Bestandteil des Gehäuses bildend ausgebildet und angeordnet werden, also innerhalb des Pumpengehäuses und zwar mit Abstand zu einer Gehäuseaußenseite. Bei einer Rotation des Flügelrades 7 strömt die Flüssigkeit in Pfeilrichtungen von der Saugseite (Unterdruckbereich) 10 zur Druckseite (Überdruckbereich) 11.
Zwischen dem Pumpenbauteil 23, welches ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann und dem Flügelrad 7, genauer zwischen den Stirnseiten 17, 18 des eine kreiszylindrische Hüllkontur aufweisenden Flügelrades 7 sind, hier zwei Dichtspalte 19, 20 ausgebildet. Bei diesen Dichtspalten 19, 20 handelt es sich um Axialspalte, die axial zwischen dem Pumpenbauteil 23 und dem Flügelrad 7 ausgebildet sind. Die Spaltbreite s der Dichtspalte 19, 20 beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 400 μm. Die beiden flachringscheibenförmigen Dichtspalte 19, 20 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet und u. a. getrennt voneinander von dem bzw. den radialen Austrittsbereichen des Flügelrades 7.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zusätzlich zu den Dichtspalten 19, 20 zwischen dem Flügelrad 7 und dem Pumpenbauteil 23 zwei Radialspalte 15, 16 vorgesehen, deren Spaltbreite a größer ist als die Spaltbreite s der Dichtspalte. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Spaltbreite a bei stillstehendem Flügelrad 7 etwa 5 mm. Die Dichtspalte 19, 20 befinden sich radial innerhalb der Radialspalten 15, 16, sind also weniger weit von der Welle 5 beabstandet als die Radialspalte 15, 16. Die Radialspalte sind kreiszylindermantelförmig. Die Dichtspalte 19, 20 haben in etwa die Form einer Kreisringscheibe. Auf das Vorsehen der (engen) Radialspalte 15, 16 kann bei geänderter konstruktiver Auslegung des Pumpenbauteils 23 auch verzichtet werden. Auch ist es denkbar auf zumindest einer der beiden Axialseiten, vorzugsweise auf beiden Axialseiten, des Flügelrades 7 mehrere, vorzugsweise in Parallelebenen befindliche Dichtspalte 19, 20, bei denen es sich dann jeweils um Axialspalte handelt vorzusehen. Bevorzugt sind dann auf mindestens einer Axialseite des Flügelrades 7 zwei axial benachbarte Dichtspalte über einen Radialspalt mit einer größeren Spaltbreite als die Spaltbreite der Dichtspalte miteinander verbunden. Es würde sich also eine gestufte Spaltausbildung ergeben, wobei die Axialspaltabschnitte die Dichtspalte darstellen würden. Es ergibt sich also eine gestufte Spaltausführung.
Anhand der 3 bis 7 werden denkbare alternative Dichtspaltgeometrien gezeigt, wobei die Winkel bzw. Krümmungsradien aus Veranschaulichungsgründen übertrieben dargestellt sind. In der Realität handelt es sich um minimale Steigungen bzw. große Krümmungsradien.
Gemeinsam ist in allen Ausführungsbeispielen, dass es sich bei den Dichtspalten um Axialspalte handelt, die hinsichtlich ihrer Längenerstreckung im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen und deren Axialerstreckung (wesentlich) geringer ist als deren Radialerstreckung.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ein Dichtspalt 19 zwischen dem Flügelrad 7 und einem Pumpenbauteil 23 ausgebildet. Der den Dichtspalt 19 begrenzende Abschnitt des Flügelrades 7 verläuft in Bezug auf die Längserstreckung der Welle exakt in radialer Richtung, wohingegen der Flächenabschnitt des Pumpenbauteils 23, welcher den Dichtspalt 19 begrenzt leicht geneigt ist in Bezug auf eine Radialebene, hier unter einem Winkel α von < 1°. Hieraus ergibt sich eine Dichtspaltneigung um diesen Winkel α in Bezug auf eine gedachte Radialebene, in der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der dargestellte Flächenabschnitt des Flügelrades 7 liegt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind sowohl der den Dichtspalt 19 begrenzende Flächenabschnitt des Flügelrades 7 als auch der den Dichtspalt 19 gegenüberliegend begrenzende Flächenabschnitt des Pumpenbauteils 23 geneigt in Bezug auf eine Radialebene, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel beide unter dem gleichen Winkel α von hier < 10°. Es ist auch die Realisierung unterschiedlicher, jedoch ähnlicher Neigungswinkel realisierbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 liegt der den Dichtspalt 19 begrenzende Flächenabschnitt des Flügelrades 7 in einer Radialebene bezogen auf die Längserstreckung der Welle, wohingegen der den Dichtspalt 19 begrenzende Flächenabschnitt des Pumpenbauteils 23 gekrümmt ist, vorzugsweise weist die Krümmung einen Radius auf, der den Dichtspalt 19 vom nicht dargestellten Lager der Welle 5 hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind beide den Dichtspalt 19 begrenzende Flächen als sowohl die des Flügelrades 7 als auch die des Pumpenbauteils 23 leicht gekrümmt ausgebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die den Dichtspalt 19 begrenzende Fläche des Flügelrades 7 eben, jedoch unter einem Winkel α von < 10° geneigt zur Radialebene ausgebildet, wohingegen die den Dichtspalt 19 begrenzende Fläche des Pumpenbauteils 23 leicht gekrümmt ist und vorzugsweise ein Krümmungsradius von 500 mm aufweist.
Bezugszeichenliste

1: doppelflutige Kreiselpumpe
2: Pumpengehäuse
3: Einlass (Einlassstutzen)
4: Auslass (Auslassstutzen)
5: Welle
6: Lager
7: Flügelrad
8: Wellendichtung
9: Deckel
10: Unterdruckbereich
11: Überdruckbereich
12: Strömungskanal
13: Strömungskanal
14: Scheidewand
15: Radialspalt
16: Radialspalt
17: Stirnseite
18: Stirnseite
19: Dichtspalt
20: Dichtspalt
21: Wandfläche
22: Wandfläche
23: Pumpenbauteil
24: Einsatzteil
s: Spaltbreite, Dichtspalt
a: Spaltbreite, Radialspalt

Claims

Doppelflutige Kreiselpumpe, insbesondere Kühlwasserpumpe für einen Schiffdieselmotor oder Balastwasserförderpumpe, mit einem Pumpengehäuse (2) und mit einem an einer rotatorisch antreibbaren Welle (3) drehfest angeordneten, doppelflutigen Flügelrad (7), mit welchem ein Fluid von zwei Axialseiten aus einem Unterdruckbereich (10) ansaugbar und in radialer Richtung in einen Überdruckbereich (11) förderbar ist, wobei der Unterdruckbereich (10) gegenüber dem Überdruckbereich (11) mittels mindestens zweier axial beabstandeter Dichtspalte (19, 20) abgedichtet ist, die zwischen dem Flügelrad (7) und mindestens einem stationären Pumpenbauteil (23), insbesondere dem Pumpengehäuse (2) und/oder einem Einsatzteil (24), ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtspalte (19, 20) als sich in Umfangsrichtung sowie in radialer Richtung erstreckende axial zwischen dem Flügelrad (7) und dem Pumpenbauteil (23) angeordnete Axialspalte ausgebildet sind, deren Spaltbreite (s) geringer ist als der Radialabstand (a) des Flügelrades (7) zu sämtlichen mit Radialabstand zu dem Flügelrad (7) angeordneten Bauteilen.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltbreite (s) des Dichtspaltes (19, 20) aus einem Wertebereich zwischen 200 μm und 2000 μm aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Radialabstand (a) des Flügelrades (7) zu dem Pumpenbauteil (23) der Kreiselpumpe bei stillstehendem Flügelrad (7) aus einem Wertebereich zwischen 2 mm und 10 mm gewählt ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtspalte (19, 20) zwischen dem Stirnseiten (17, 18) des Flügelrades (7) und dem Pumpenbauteil (23) angeordnet sind.
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtspalte (19, 20) exakt in radialer Richtung verlaufend ausgebildet sind, oder mit einer Radialebene einen Winkel aus einem Winkel aus einem Wertebereich zwischen etwa 0° und 1° einschließen, vorzugsweise zwischen 0,5° und 5° und/oder dass der Dichtspalt (19, 20) einen Krümmungsradius aus einem Wertebereich zwischen 200 mm und 1000 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 700 mm aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) ausschließlich einseitig gelagert ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kreiselpumpe zum Fördern eines Volumenstromes aus einem Wertebereich zwischen etwa 500 m³/h und etwa 4000 m³/h, vorzugsweise zwischen etwa 800 m³/h und etwa 1500 m³/h oder zwischen etwa 1500 m³/h und etwa 2300 m³/h oder zwischen 2300 m³/h und 3500 m³/h ausgelegt ist, vorzugsweise bei einer maximalen Förderhöhe aus einem Wertebereich zwischen etwa 20 m und etwa 50 m, bevorzugt von etwa 30 m.
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe in vertikaler Bauart realisiert ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, vorzugsweise ausschließlich, zwei Dichtspalte (19, 20) einen geringeren Radialabstand zur Welle (5) aufweisen als zwischen dem Flügelrad (7) und dem als Pumpenbauteil ausgebildete Radialspalte (15, 16).
Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (7) eine kreiszylindrische Hüllkontur aufweist.