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Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige auch als Doppelgehäuse- bzw. Mantelgehäusepumpe bekannte Kreiselpumpenanordnung zeigt beispielsweise die
DE 199 27 135 A1 .
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Bei dieser Kreiselpumpenart ist die Kreiselpumpe von einem mantelartigen Gehäuse umgeben. Das mit Saug- und Druckstutzen und optional mit Zwischenentnahmestellen versehene Mantelgehäuse wird in einer senkrecht zur Welle liegenden Ebene mit einem Deckel verschlossen. Gewöhnlich handelt es sich hierbei um mehrstufige Pumpen zur Verwendung als Hoch- und Höchstdruckpumpen, insbesondere auch als Kesselspeisepumpen. Innerhalb des Mantelgehäuses sind mehrere Druckstufengehäuse seriell in Axialrichtung hintereinander angeordnet. Jede Druckstufe umfasst ein Pumpenlaufrad sowie optional ein stationäres Leitrad.
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Die einzelnen Druckstufengehäuse jeder Druckstufe sind üblicherweise zusammen mit der Pumpenwelle als ein zusammenhängender Pumpeneinschub ausgebildet. Der Strömungsübergang vom letzten Leitrad bzw. dem letzten Druckstufengehäuse in den Druckstutzen erfolgt in der Regel über einen ausgebildeten Strömungsraum im Mantelgehäuse oder über einen gesonderten Einsatz für eine Endspirale im Übergangsbereich.
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Speisepumpen haben oft mehrere Druckbereiche innerhalb des von außen erkennbaren Mantelgehäuses, welches die Druckhülle darstellt. Sofern die Druckbereiche aneinander angrenzen, müssen sie bei allen möglichen Betriebsweisen d.h. unter allen auftretenden Belastungen gegeneinander abgedichtet werden. Dies geschieht meist mit Hilfe von speziellen statischen Dichtungen. Während des Betriebs, also unter Last, unterliegt der für diese Dichtungen vorgesehene Einbauraum jedoch Verformungen bzw. Verschiebungen gegenüber dem lastfreien Zustand, was zu einer starken Belastung der Dichtung führt und dadurch die Zuverlässigkeit ihrer Dichtfunktion reduzieren kann.
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Aus der
WO 2013 120549 A1 ist eine Dichtungsanordnung für einen Hochdruckraum bekannt, die ein Begrenzungselement mit einer äusseren Dichtfläche und ein Abschlusselement mit einer inneren Dichtfläche aufweist. Das Begrenzungselement ist im Bereich der äusseren Dichtfläche so weit flexibel ausgeführt, dass es eine Bewegung der inneren Dichtfläche des Abschlusselements ausgleichen kann.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Pumpenanordnung bereitzustellen, die die Ursache dieses Dichtungsproblems, die zu große Differenzverformung der die Dichtung umgebenden Bauteile, behebt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kreiselpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des ringscheibenartigen Teils und der Innendurchmesser des ersten Bereichs des hülsenartigen Teils an ihren sich übergreifenden Bereichen derart ausgebildet sind, dass der erste Bereich mit sehr geringem Spiel von dem zweiten Abschnitt beabstandet ist oder an diesem zur Anlage kommt, verhindert bzw. begrenzt eine Verformung des ersten Bereichs des hülsenartigen Teils nach innen bzw. in Richtung Drehachse.
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Zweckmäßigerweise weist der zweite Abschnitt des ringscheibenartigen Teils Mittel zum Verbinden des Ringraums mit dem zweiten Druckraum auf.
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Der Erfindung folgend wird vorgeschlagen, dass dass der zweite Abschnitt des zweiten Teils eine Mantelfläche aufweist, in der wenigstens eine Nut vorgesehen ist, die mit dem Ringraum verbunden ist bzw, direkt an den Ringraum angeschlossen ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der ringscheibenartige Teil einen sich an den zweiten Abschnitt des zweiten Teils anschließenden dritten Abschnitt auf, wobei wenigstens eine sich in der Außenmantelfäche des dritten Abschnitts parallel zur Drehachse erstreckende Axialnut, die mit dem Mantelgehäuse einen Kanal bildet, oder wenigstens eine sich parallel zur Drehachse erstreckende Axialbohrung nahe der Außenmantelfäche ausgebildet ist, wobei die Axialnut bzw. die Axialbohrung in den zweiten Druckraum mündet.
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Zweckmäßigerweise ist am Übergang vom zweiten Abschnitt zum dritten Abschnitt ein radial umlaufender Spalt vorgesehen ist, der einerseits mit der wenigstens einen Nut und andererseits mit der wenigstens einen sich in der Außenmantelfäche des dritten Abschnitts erstreckenden Axialnut oder der wenigstens einen Axialbohrung in Verbindung steht.
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Bei einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform weist der zweite Teil wenigstens eine sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse erstreckende Axialbohrung auf, die den Ringraum direkt mit dem zweiten Druckraum verbindet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die
- 1 die Teilansicht einer Pumpenanordnung im Schnitt mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckstufengehäuses,
- 2 einen vergrößerten Ausschitt aus der 1 und
- 3 die Teilansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Stufengehäusess in der Ausführungsform gemäß 1 und 2.
- 4 die Teilansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufengehäuses im Schnitt im eingebauten Zustand
- 5 die Teilansicht des Stufengehäuses gemäß 4 im Schnitt
- 6 die Teilansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufengehäuses im Schnitt im eingebauten Zustand
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1 zeigt eine als Kreiselpumpe ausgebildete Pumpenanordnung mit einem Mantelgehäuse 1. Ein Einschub 2 ist zumindest teilweise in dem Mantelgehäuse 1 angeordnet. Der Einschub 2 umfasst eine von einem nicht dargestellten Antrieb, z.B. ein Elektromotor, um eine Drehachse A drehbar angeordnete Welle 3. Auf der Welle 3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere Laufräder 4 hintereinander angeordnet. Bei den Laufrädern 4 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Radialräder.
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Der Einschub 2 umfasst ferner mehrere sogenannte Druckstufengehäuse 5, wobei das erfindungsgemäße Druckstufengehäuse mit 5' gekennzeichnet ist. Jedes Laufrad 4 ist von einem Druckstufengehäuse 5 bzw. 5' umgeben. Benachbarte Druckstufengehäuse 5, 5` grenzen aneinander an. Die Trennfuge zwischen den Druckstufengehäusen 5, 5' ist im Ausführungsbeispiel metallisch dichtend.
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In jedem Druckstufengehäuse 5, 5' ist ein in Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums hinter dem jeweiligen Laufrad 4 angeordnetes Leitrad 6 vorgesehen. Mittels Presspassung oder anderen geeigneten Mitteln ist das Leitrad 6 drehfest mit dem Druckstufengehäuse 5, 5' verbunden. Am Mantelgehäuse 1 ist ein Saugstutzen 7 angeformt, durch den das Betriebsmedium in die Kreiselpumpe eintritt. Über einen Druckstutzen 8 verlässt das Betriebsmedium die Pumpenanordnung. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Mantelgehäuse 1 eine Zwischenentnahme 9 auf. Über wenigstens eine radiale Öffnung 10 in einem der mittleren Druckstufengehäuse 5 kann ein bestimmter Anteil des geförderten Mediums in einen ersten Druckraum 11, der zwischen den Druckstufengehäusen 5, 5' und dem Mantelgehäuse 1 angeordnet ist, gefördert werden und über die Zwischenntnahme 9 abgeführt werden. Der Druckraum 11 ist über eine Dichtung 12 von einem zweiten Druckraum 13 nahe des Druckstutzens 8, insbesondere unterhalb in einem Zuströmbereich zum Druckstutzen 8, oder im Inneren des Druckstutzens 8, getrennt. Der Druck im zweiten Druckraum 13 ist dabei mindestens um den Druck einer Stufe höher als der im Druckraum 11 anstehende Druck bis hin zum n-1-fachen Stufendruck, wobei n für die Stufenanzahl steht.
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In der 1 ist eine mehrstufige Pumpenanordnung mit sechs Druckstufen und fünf Druckstufengehäusen 5, 5' abgebildet. Es versteht sich, dass die Anzahl der Druckstufen mindestens zwei betragen muss, ansonsten beliebig variieren kann. Ferner ist es vorstellbar, dass alle Druckstufen mittels erfindungsgemäßer Druckstufengehäuse 5` gebildet sein können.
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Wie aus der 2 ersichtlich, die einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1 zeigt, trennt die Dichtung 12 den Druckraum 11, der sich in Richtung Dichtung 12 zu einem relativ schmalen ersten Ringspalt 14 verjüngt, von einem Kanal 15, der mit dem zweiten Druckraum 13 im Bereich des Druckstutzens 8 kommuniziert. Die 2 zeigt ferner, wie die Dichtung 12 mit dem Mantelgehäuse 1 und dem erfindungsgemäßen Druckstufengehäuse 5' zusammenwirkt sowie die Anordnung des Leitrades 6 und die Anordnung des auf der sich um die Drehachse A rotierenden Welle 3 platzierten Laufrades 4 innerhalb des Druckstufengehäuses 5`.
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Die 3 zeigt separat das becher- oder topfförmig ausgebildete Druckstufengehäuse 5` gemäß der 2. Das Druckstufengehäuse 5' umfasst einen hülsenartigen ersten Teil 16 und einen ringscheibenartigen zweiten Teil 17. Der hülsenartige erste Teil 16 weist einen ersten Bereich 18 mit vergrößertem Innendurchmesser und einen zweiten Bereich 19 mit verringertem Innendurchmesser auf.
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Am Übergang von dem ersten Bereich 18 zum zweiten Bereich 19 des hülsenartigen ersten Teils 16 ist der hülsenartige Teil 16 mit dem ringscheibenartigen zweiten Teil 17 verbunden. Beide Teile 16 und 17 können miteinander verschweist sein oder einteilig, z.B. mittels 3D-Druck, hergestellt sein. Bei einer weiteren Alternative können die Teile 16 und 17 miteinander verschraubt sein.
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Der ringscheibenartige Teil 17 weist einen ersten Abschnitt 20 und einen zweiten Abschnitt 21 mit einer Mantelfläche 22 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mantelfläche 22 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, weist jedoch auch noch einen konischen Abschnitt auf. In der Mantelfläche 22 ist wenigstens eine Nut 23 vorgesehen, wodurch der Abschnitt 21 Vertiefungen und Erhebungen 24 mit der Mantelfäche 22 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die wenigstens eine Nut 23 im Wesentlichen parallel zur Drehachse A.
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Der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16, umgibt sowohl den ersten Abschnitt 20 und teilweise auch den zweiten Abschnitt 21 des ringscheibenartigen zweiten Teils 17. Der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 20 ist geringer als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21. Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21 des ringscheibenartigen Teils 17 und der Innendurchmesser des ersten Bereichs 18 des hülsenartigen Teils 16 sind an ihren sich übergreifenden Bereichen derart ausgebildet, dass der erste Bereich 18 mit sehr geringem Spiel von dem zweiten Abschnitt 21 beabstandet ist oder an diesem zur Anlage kommt.
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Dadurch, dass der erste Abschnitt 20 des ringscheibenartigen zweiten Teils 17 gegenüber dem zweiten Abschnitt 21 einen verringertem Außendurchmesser aufweist, entsteht dort zwischen dem hülsenartigen ersten Teil 16 und dem ringscheibenartigen Teil 17 ein Ringraum 25. Der Ringraum 25 ist mit der wenigstens einen Nut 23 verbunden bzw. fluidtechnisch direkt an die Nut 23 angeschlossen. Durch den Ringraum 25 ist der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16 in bestimmten Grenzen elastisch ausgebildet.
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Die Mantelfläche 22 der Erhebungen 24 verhindert bzw. begrenzt eine Verformung des elastischen Bereichs 18 des hülsenartigen Teils 16 nach innen bzw. in Richtung Drehachse A.
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Der Teil 17 weist an der dem Ringraum 25 abgewandten Seite ferner einen sich an den zweiten Abschnitt 21 anschließenden dritten Abschnitt 26 auf.
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Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21 ist geringer als der Außendurchmesser des dritten Abschnitts 26. Bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsform weist der dritte Abschnitt 26 eine Stufe auf, die ggf. zur Befestigung des Druckstufengehäuses 5' am Mantelgehäuse vorgesehen sein kann.
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Der in 2 gezeigte Kanal 15 wird durch jeweils wenigstens eine nicht dargestellte, sich in der Außenmantelfäche 27 des dritten Abschnitts 26 in axialer Richtung erstreckenden Axialnut, die mit dem Mantelgehäuse 1 zusammenwirkt, gebildet, wobei im Bereich der Stufe eine nicht dargestellte radiale Verbindungsnut vorgesehen ist, welche die beiden Axialnutabschnitte in der Außenmantelfäche 27 miteinander verbindet. Alternativ können die Axialnuten und die Verbindungsnut auch im Mantelgehäuse 1 ausgebildet sein.
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Da der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16 den zweiten Abschnitt 21 nicht vollständig umgibt, entsteht am Übergang vom zweiten Abschnitt 21 zum dritten Abschnitt 26 ein radial umlaufender Spalt 28, der mit der wenigstens einen Nut 23 in Verbindung steht. Der Spalt 28 kommuniziert ferner mit der in der Außenmantelfäche 27 des dritten Abschnitts 26 in axialer Richtung erstreckenden Axialnut und somit mit dem in der 2 dargestellten Kanal 15 sowie dem Druckraum 13.
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Am Übergang vom ersten Bereich 18 zum zweiten Bereich 19 des hülsenartigen ersten Teils 16 ist eine Fase vorgesehen, d. h. der Außendurchmesser des hüsenartigen Teils 18 ist größer als der Außendurchmesser des Bereichs 19, damit die Montage der Dichtung 12 problemfrei möglich ist.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckstufenehäuses 5' im eingebauten Zustand.
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Die 5 zeigt das in der 4 dargestellte Druckstufengehäuse 5' im Detail. Der erste hülsenartige Teil 16 entspricht im Wesentlichen der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5' und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Auch der zweite Abschnitt 21 des zweiten Teils 17 mit der wenigstens einen Nut 23 und der wenigstens einen Erhebung 24 und der Mantelfläche 22 sowie der Ringraum 25 entsprechen im Wesentlichen den zu den 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen.
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Bei dem in der 4 und 5 dargestellten Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5` ist im dritten Abschnitt 26 wenigstens eine im Wesentlichen parallel zur Drehachse A ausgebildete Axialbohrung 29 vorgesehen, die mit dem Spalt 28 kommuniziert und im Bereich des Druckstutzens 8 in den zweiten Druckraum 13 mündet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist im Abschnitt 26 keine Stufe vorgesehen, kann jedoch mit einer Stufe, wie in den 2 und 3 gezeigt, versehen sein.
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Wie in der 6 gezeigt, kann bei einer weiteren Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5` die wenigstens eine Axialbohrung 29 mit dem Ringraum 25 verbunden sein bzw. direkt an diesen angeschlossen sein und sich durch den zweiten Abschnitt 21 sowie den dritten Abschnitt 26 erstrecken und in den zweiten Druckraum 13 münden. Die Axialbohrung 29 verbindet den Ringraum 25 somit direkt mit dem zweiten Druckraum 13 im Bereich des Druckstutzens 8. Auf Nuten in der Mantelfläche 22 kann dabei verzichtet werden.
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Bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsform weist der dritte Abschnitt 26 eine Stufe auf, auf die aber bei einer Befestigungsart des Druckstufengehäuses 5`, wie sie in den 4 und 5 gezeigt wird, nicht benötigt wird.
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Bei der Inbetriebnahme der Pumpenanordnung wird Medium über den Saugstutzen 7 Medium in die Pumpe gesaugt und strömt zu dem Druckstufengehäuse 5, das dem Saugstutzen strömungstechnisch als erstes nachgeschaltet ist. Das Medium wird mittels des Laufrads 4 über das strömungstechnisch nachgeschaltete oder stromabwärts angeordnete Leitrad 6 zum nächsten Druckstufengehäuse 5 geführt. Über die wenigstens eine Öffnung 10 im Stufengehäuse 5, das der Zwischenentnahme 9 am nächsten liegt, wird ein Teil des Mediums in den Druckraum 11 gefördert, von dort kann es über die Zwischenentnahme 9 aus der Pumpe gefördert werden. Der überwiegende Teil des Mediums wird den nächsten Druckstufengehäusen 5 auf entsprechende Weise zugeführt.
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Das strömungstechnisch gesehen letzte Leitrad 6 fördert das Medium in den Druckraum 13. Von dort gelangt ein Teil des Mediums gemäß den 1 bis 3 über den wenigstens einen Kanal 15 und den radial umlaufenden Spalt 28 in die wenigstens eine Nut 23 im zweiten Abschnitt 21 und anschließend in den Ringraum 25 oder gemäß den 4 und 5 über die wenigstens eine Axialbohrung 29 und den radial umlaufenden Spalt 28 in die wenigstens eine Nut 23 und anschließend in den Ringraum 25 oder gemäß der 6 direkt über die wenigstens eine Axialbohrung 29 vom Druckraum 13 in den Ringraum 25. Der Druckraum 13 bildet mit dem wenigstens einen Kanal 15 bzw. der wenigstens einen Axialbohrung 29, den radial umlaufenden Spalt 28, die wenigstens eine Nut 26 und dem anschließenden Ringraum 25 ein medium gefülltes System kommunizierender Räume.
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Im Ringraum 25 stellt sich Überdruck bezogen auf den Raum 11 ein, der den Bereich 18 aufweitet und dadurch an das Mantelgehäuse radial anlegt. Dadurch bleibt die radiale Erstreckung des Dichtungsraums unter allen Betriebszuständen nahezu konstant.
