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Die Erfindung betrifft einen Pumpstand
mit einer ein- oder mehrstufigen Kreiselpumpe, deren zumindest eines
Pumpenlaufrad auf einer Antriebswelle eines Pumpenantriebs fliegend
gelagert ist, wobei zum Axialschubausgleich an der Antriebswelle eine
Ausgleichsvorrichtung vorgesehen ist.
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Bei einer Spaltrohrmotorpumpe sind
beispielsweise Pumpe und Antriebsmotor zu einer Einheit integriert.
Das Pumpenteil kann sowohl in ein- als auch mehrstufiger Bauweise
ausgeführt
werden. Das Laufrad beziehungsweise die Laufräder sind dabei auf einer gemeinsamen
Antriebswelle fliegend angeordnet.
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Insbesondere mehrstufige Pumpen können jedoch
zum Teil beachtliche Axialschubkräfte entwickeln, die mit herkömmlichen
Axiallagerbunden nicht mehr zu beherrschen sind.
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Man hat daher auch bereits eine Spaltrohrmotorpumpe
geschaffen, die an dem dem Laufradsatz abgewandten und im Motorgehäuse befindlichen
Wellenende der Antriebswelle eine Entlastungsvorrichtung zum Axialschubausgleich
hat. Die Entlastungsvorrich tung weist eine mit der Antriebswelle
drehfest verbundene Entlastungsscheibe auf. Ein radialer Stirnrandbereich
dieser Entlastungsscheibe bildet einen quer zur Wellenlängsrichtung der
Antriebswelle orientierten Ausgleichskanal, dem eine aus axial orientierten
Umfangswandungen begrenzte Vordrossel vorgeschaltet ist.
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Während
die Vordrossel eine starre Flüssigkeitsdrossel
bildet, stellt der Ausgleichskanal eine vom axialen Wellenstand
abhängige
variable Drossel dar. Durch die Vordrossel und den Ausgleichskanal wird
ein Flüssigkeits-Teilstrom
der Förderflüssigkeit von
der Druckseite zur Saugseite dieser vorbekannten Kreiselpumpe geführt. Ein
weiterer Teilstrom des Förderstromes
wird als Kühlstrom
abgezweigt und an der inneren Umfangswandung des Spaltrohrtopfes vorbei
durch eine Längsbohrung
der hohlgebohrten Antriebswelle zurück zur Saugseite der Pumpe
geführt.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass
der Motorkühlstrom
aus wärmetechnischen
Gründen
möglichst
groß,
der Entlastungsstrom aus Wirkungsgradgründen dagegen möglichst
klein sein sollte. Dies lässt
sich jedoch mit einer gemeinsamen Rückführungsleitung nicht immer verwirklichen.
Man hat daher auch bereits eine Spaltrohrmotorpumpe geschaffen,
bei welcher der Entlastungs- und Motorkühlstrom über getrennte Rückführungswege
geführt sind.
Während
der Motorkühlstrom über die
hohlgebohrte Welle zurückgeleitet
wird, ist der Entlastungsstrom demgegenüber über eine äußere Umführungsleitung geführt. Aus
Sicherheitsgründen
sind beim Einsatz solcher Kreiselpumpen in der chemischen Industrie
externe Umführungsleitungen
jedoch nicht erwünscht.
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Es besteht daher die Aufgabe, einen
Pumpstand der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, der die oben erwähnten Nachteile des Standes
der Technik weitestgehend vermeidet.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht
bei dem Pumpstand der eingangs erwähnten Art insbesondere darin,
dass die Ausgleichsvorrichtung zwischen dem zumindest einen Pumpenlaufrad
und dem Pumpenantrieb angeordnet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Pumpstand
ist die Ausgleichsvorrichtung nicht auf der den Pumpenlaufrädern abgewandten
Seite des Pumpenantriebs angeordnet, – vielmehr ist die Ausgleichsvorrichtung zwischen
dem zumindest einen Pumpenlaufrad und dem Pumpenantrieb platziert.
Durch diese Anordnung der Ausgleichsvorrichtung können lange
und insbesondere externe Rückführungsleitungen
für den Entlastungsstrom
vermieden werden und eine vom Motorkühlstrom separate Führung des
Entlastungsstroms wird begünstigt.
Da die Ausgleichsvorrichtung insbesondere in der Nähe der Pumpenlaufräder und somit
in dem Bereich platziert werden kann, in welchem die Axialschubkräfte hauptsächlich entstehen, wird
eine unabhängige
Ausgestaltung von Pumpe und Pumpenantrieb oder gar ein modularer
Aufbau des erfindungsgemäßen Pumpenstands
begünstigt.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Ausgleichsvorrichtung auf der Antriebswelle angeordnet
ist und/oder an das zumindest eine Laufrad oder den Laufradsatz
unmittelbar angrenzt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Ausgleichsvorrichtung
in einem vom Pumpenantrieb getrennten oder trennbaren Pumpengehäuse angeordnet
ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
sieht vor, dass die Ausgleichsvorrichtung als hydraulische Entlastungsvorrichtung
ausgestaltet ist und dass die Ausgleichsvorrichtung insbesondere
eine in Abhängigkeit
vom axialen Wellenstand variable Entlastungsvorrichtung bildet.
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Dabei kann die Ausgleichsvorrichtung zweckmäßigerweise
so gestaltet sein, dass diese einen Ausgleichskanal hat, der einerseits
von einer Radialfläche
eines mit der Antriebswelle in Wellenlängsrichtung unverrückbar verbundenen
Entlastungskörpers
und andererseits von einem gehäusefesten Wandungsabschnitt
begrenzt ist und dass durch den Ausgleichskanal ein insbesondere
von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe geführter Teilstrom des Förderstroms
geführt
ist.
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Um dem durch die Pumpe erzeugten
Axialschub eine etwa gleichgroße
Gegenkraft entgegensetzten zu können,
ist es vorteilhaft, wenn dem Ausgleichskanal eine Vordrossel vorgeschaltet
ist. Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung
vor, dass die Vordrossel durch einen in Wellenlängsrichtung der Antriebswelle
orientierten und vom Teilstrom durchströmten Drosselkanal gebildet
ist, und dass der Drosselkanal vorzugsweise einerseits durch die
Umfangswandung des Entlastungskörpers
und andererseits durch einen die Umfangswandung des Entlastungskörpers umgreifenden
Wandungsabschnitt begrenzt.
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Eine besonders kompakte und platzsparende
Ausführungsform
gemäß der Erfindung
sieht vor, dass der Entlastungskörper
druckseitig an dem Pumpenlaufrad der in Förderrichtung letzten Pumpstufe der
Kreiselpumpe gehalten ist.
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Eine externe Rückführungsleitung kann beispielsweise
vermieden werden, wenn der von der Entlastungsvorrichtung kommende
Teilstrom über
einen Rückführungskanal
zur Saugseite der Kreiselpumpe oder einer ihrer in Förderrichtung
vorzugsweise vorderen Pumpstufen geführt ist und wenn der Rückführungskanal
zwischen der Pumpenlaufradnabe zumindest einer Pumpstufe und der
An triebswelle vorgesehen ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
gemäß der Erfindung
sieht vor, dass die Kreiselpumpe als Spaltrohrmotorpumpe ausgestaltet
ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei
einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
verwirklicht sein.
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Es zeigt:
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1 eine
mehrstufige Spaltrohrmotorpumpe in einem Längsschnitt, und
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2 die
Spaltrohrmotorpumpe aus 1 in
einem Teil-Querschnitt
durch ihre Antriebswelle im Bereich eines Pumpenlaufrades.
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In 1 ist
ein Pumpstand 1 mit einer Spaltrohrmotor-Kreiselpumpe 2 dargestellt,
die insbesondere als Flüssigkeitspumpe
dient. Bei dem hier dargestellten Pumpstand 1 sind die
Kreiselpumpe 2 einerseits und der Pumpenantrieb 3 mit
dem elektrischen Antriebsmotor andererseits zu einer Einheit integriert.
Die Kreiselpumpe 2, die auch einstufig ausgestaltet sein
kann, ist hier mehrstufig ausgebildet und weist einen Laufradsatz
mit drei Pumpenlaufrädern 4, 5, 6 auf.
Diese Pumpenlaufräder 4, 5, 6 sind einander
benachbart auf einer gemeinsamen Antriebswelle 7 fliegend
gelagert.
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Die Kreiselpumpe 2 und der
Pumpenantrieb 3 sind in separaten, lösbar miteinander verbundenen Gehäuseteilen
untergebracht. Da bei ist der auf der Antriebswelle 7 drehfest
gehaltene Läufer 8 des Pumpenantriebs 2 von
dem äußeren Stator 9 umgriffen
und durch einen Spaltrohrtopf 10 hermetisch dicht getrennt.
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Zur Kühlung des Pumpenantriebs 3 ist
ein Motorkühlstrom
vorgesehen, dessen Strömungsführung hier
durch eine gestrichelte Linie M angedeutet ist. Dieser Motorkühlstrom
M wird als Teilstrom des Förderstromes
von der Druckseite des Pumpenlaufradsatzes aus an der Wandungsinnenseite
des Spaltrohrtopfes 10 vorbei bis zu dem dem Laufradsatz
abgewandten Wellenende der Antriebswelle 7 geführt, um
von dort durch die hohlgebohrte Antriebswelle 7 hindurch
zur Saugseite der Kreiselpumpe 2 oder zwischen zwei Laufrädern zurückgeleitet
zu werden.
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Die hier dargestellte Spaltrohrmotorpumpe 2 weist
zum Ausgleich des insbesondere durch die Pumpenlaufräder 4, 5, 6 erzeugten
Axialschubes eine Ausgleichsvorrichtung 11 auf. Diese Ausgleichsvorrichtung 11 ist
zwischen dem Pumpenlaufradsatz und dem Pumpenantrieb 3 in
dem mit dem Pumpenantrieb 3 lösbar verbundenen Pumpen-Gehäuseteil angeordnet.
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Die Ausgleichsvorrichtung 11 ist
hier als hydraulische Entlastungsvorrichtung ausgestaltet, durch
die ebenfalls ein, hier durch eine strich-punktierte Linie angedeuteter
Teilstrom E des Förderstromes
von der Saugseite zur Druckseite der Spaltrohrmotorpumpe 2 geführt wird.
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Die Ausgleichsvorrichtung 11 hat
dazu einen ringförmig
umlaufenden Entlastungskörper 12,
der im Querschnitt etwa L-förmig
ausgestaltet ist und einen axialen Teilbereich 13 sowie
einen radialen Teilbereich 14 hat. Dieser Entlastungskörper 12 ist
rückseitig
auf der Druckseite des in Förderrichtung
letzten Pumpenlaufrades 6 vorgesehen.
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Die Ausgleichsvorrichtung 11 weist
einen hier radial orientierten Ausgleichskanal 15 auf,
der einerseits von einer Radialfläche 16 am Entlastungskörper 12 und
andererseits von einem gehäusefesten
Wandungsabschnitt 7 begrenzt ist. Dieser Ausgleichskanal 15 bildet
eine flexible Drossel, die eine vom axialen Wellenstand variable
Entlastung entgegen dem Axialschub bewirkt.
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Dem Ausgleichskanal 15 ist
eine starre Vordrossel 18 vorgeschaltet, die durch einen
in Wellen-Längsrichtung
der Antriebswelle 7 orientierten und vom Teilstrom E durchströmten Drosselkanal
gebildet ist. Dieser Drosselkanal wird durch eine axiale Umfangswandung 19 des
Entlastungskörpers 12 einerseits
und durch einen die Umfangswandung 19 des Entlastungskörpers 12 umgreifenden
Wandungsabschnitt 20 begrenzt.
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Der von der Ausgleichsvorrichtung 11 kommende
Teilstrom E wird durch einen Rückführungskanal
zur Saugseite der Kreiselpumpe 2 oder einer ihrer in Förderrichtung
vorzugsweise vorderen Pumpstufen geführt. Während in 1 erkennbar ist, dass dieser Rückführungskanal
zwischen der Pumpenlaufradnabe der Pumpenlaufräder 5, 6 und
der Antriebswelle 7 vorgesehen ist, ist in 2 gut zu erkennen, dass dieser dem Teilstrom
E zugeordnete Rückführungskanal
durch drei, über
den Wellenumfang der Antriebswelle 7 verteilt angeordnete
Längsnuten 21 in
der Antriebswelle 7 und/oder in den Laufradnaben der Pumpenlaufräder 4, 5, 6 gebildet
sein kann. In 1 ist
zu erkennen, dass die Ausgleichsvorrichtung 11 hinter dem
in Förderrichtung
letzten Pumpenlaufrad 6 angeordnet ist. Der zum Axialschubausgleich
erforderliche Entlastungsstrom E wird vom Förderstrom hinter dem in Förderrichtung
letzten Pumpenlaufrad 6 abgezweigt, durch die Vordrossel 18 dem
variablen Drosselspalt der Ausgleichsvorrichtung 11 zugeführt, wo
ein von der axialen Wellenstellung abhängiger Steuerspalt gebildet
ist. Von dort wird der Entlastungsstrom E über eine Einlass-Querbohrung 22 in
den durch die Nuten 21 gebildeten Rückführungskanal zwischen Laufradnaben
und Antriebswelle 7 geführt
und über
eine weitere Auslass-Querbohrung 23 zum Beispiel hinter
das in Förderrichtung
erste, saugseitige Pumpenlaufrad 4 geführt. Der zur Rückführung des
Entlastungsstromes E erforderliche Rückführungskanal wird durch zumindest
eine, vorzugsweise mehrere Längsnuten 21 in den
Laufradnaben der Pumpenlaufräder 5, 6 gebildet,
wobei die Nuten 21 so angeordnet sind, dass sie in axialer
Richtung fluchten. Durch Querbohrungen in den Laufradnaben kann
die Rückführstelle
an jeden beliebigen Ort zwischen zwei Pumpenlaufrädern verlegt
werden.
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Der durch Nuten 21 der Pumpenlaufräder gebildete
Rückführungskanal
für den
Entlastungsstrom E ist einfach herzustellen und baut äußerst kompakt.
Dadurch ist es möglich,
eine kompakte platzsparende Ausgleichsvorrichtung 11 für eine mehrstufige
Spaltrohrmotorpumpe zu schaffen. Durch den zwischen den Laufradnaben
einerseits und der Antriebswelle 7 andererseits vorgesehenen Rückführungskanal
des Entlastungsstromes 11 entfallen äußere Umführungsleitungen und eventuell
erforderliche Schweißverbindungen.
Die separate Führung
von Entlastungsstrom E und Motorkühlstrom M hat den Vorteil,
dass beide Teilströme
entkoppelt sind, d.h. sich nicht gegenseitig beeinflussen. Außerdem kann
die Rückführung beider
Teilströme
an verschiedenen Stellen im Pumpenteil erfolgen, wenn dies aus wärmetechnischen
Gründen
oder aufgrund der tatsächlich
auftretenden Axialkräfte
erforderlich sein sollte. Letzteres ist von Bedeutung bei der Förderung
von siedenden Flüssigkeiten,
wo mit einer Verdampfung des Fördermittels
gerechnet werden muß.
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Das axiale Spiel der Antriebswelle 7 in
Richtung zur Kreisel pumpe 2 wird begrenzt durch die Spaltbreite „Null"
an dem Steuerspalt der Entlastungsvorrichtung 11, – in die
der Kreiselpumpe 2 entgegengesetzte Richtung durch die
Spaltbreite „Null" am
axialen Lagerband des pumpenseitigen Lagers. Dadurch lässt sich
das axiale Wellenspiel der Antriebswelle 7 sehr genau einstellen.
Für den
Fall, dass das Wellenspiel durch die Axiallagerbunde des pumpen-
beziehungsweise motorseitigen Lagers bestimmt wird, ist dies nur
mit größeren Toleranzen möglich, da
sich die Toleranzen von allen Dichtungen und Bauteilen zwischen
pumpen- und motorseitigem Axiallager aufsummieren.
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Die Ausgleichsvorrichtung 11 im
Pumpenteil des hier dargestellten Pumpstands 1 zeichnet
sich durch eine besonders kompakte Bauform aus. Da der durch die
Ausgleichsvorrichtung 11 hindurchgeführte Entlastungsstrom E durch
einen durch Längsnuten 21 in
den Laufradnaben gebildeten und von der Antriebswelle 7 begrenzten
Rückführungskanal
separat rückgeführt wird,
kann auf externe Umführungsleitungen
verzichtet werden. Das Axialspiel der Antriebswelle 7 ist
unabhängig
von Bauteil- und Dichtungstoleranzen. Da der Motorkühlstrom
M unabhängig
vom Entlastungsstrom E durch die hohlgebohrte Antriebswelle 7 geführt wird,
kann die Motorkühlung
unabhängig
von der Ausgleichsvorrichtung 11 konzipiert werden.