DE1528717A1 - Vorrichtung zum Ausgleich des Axialschubes bei mehrstufigen Kreiselpumpen - Google Patents

Description

Axialsohubes bei mehrstufigen

Kreiselpumpen

Die Erfindung bealohb sich auf eine 7or.?ichtung zum Ausgleich dee Axialschubas bsi mehrstuf Igen Kreioolpumpen, bei der nach der letzten Stufe, zwischen einem mit dem Ro bor verbundenen EntLastungskolbtm und dem Stator axiale und radiale Droaselstrecken vorgesehen sind.

Sie Erfindung besteht dabei darin» daß der Bntlastunga ko.lben mindestens zwei verschiedene Durchmesser aufweist, die, beginnend von der letzten Stufe, kleiner werden, wobei die Flächen mit den jeweiligen Zwischendrücken TeilsnhUbe nach der Saugseite der Pumpe ergeben. Dadurch wird erreicht, daß diese Teilschübe mit

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dem PumpansiJiiub gleichgerichtet sind und dio Haupbausgl:>i0ii3kraft, welche dem Pumpenschab entgegenwirkt, unabhängig von der Entlass tungöuiuriontung in der leb-'.bon Stufe entsteht.

Eine weitere srfindungsgamäöe Bauform 3ieht vor, daS die Neigung der Stirnflächen des Kolbens von Durchmesser zu Durchmesser, kleiner, gleich ode/' größer als 90° sind, Dadurch kann man, je nach den jeweiligen BodUrfnissen, eine Änderung dar U^ilenkverluota herbeiführen,

ßriindungsgamäß kann man den EntlastungokoLben Kuli Einhalten von radialen Spalten zwischen dem Kolben, also lern Rotor, und der Kolbenbilcr so, also rieüi iJbafcor, nach.Erreichen den Maximal spa''tos, in an β Loh bekanntar Weisu durch ein AxIalLigsr für den Ho to ι* festlegen.

Eine flsitere erfindungogemäße Bauform baateht darin, dai. -,5./IiIOhOn Entlastungekolben und Kclbonblluh3e eiw/j, ggi', mehrere hintereinaiidergaschaltete Dr-oaijelBteHaiii (Flg. 5 odar 6) angebracht sind.

Na 5h einem weiteren erf indungsgemäSen Vjr_ksohlug kenn man no vorgehen, daß mindestens eine dor radialen Drosselstelleu mit anderen Räumen, In denen sin konstanter, ggf. einstellbarer Drunk b irrsoht, verbunden sind. Erfindungagemäß können mindestens eine der radialen Drosnelatellen mit eLnsi' i umpenzwlnohenatufs verbunden eein. Durch diö3i3 unter

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einen oder mehreren DurchmesserSprüngen angeordneten Verbindungen kann man erreichen, daß Versclilaißerscheimmgen entgegengewirkt rird, denn diese veränderen die einzelnen Druckniveaus am Kolben und/oder der I.olbenbüohse und damit natürlich auch die Ausgieicliökräfte..

Bei Kreiselpumpen üblicher Bauart, also Hintereinanderaworönung der Laufräder, wird der durch die Laufräder entstehende Axialechub durch eine hydraulische Entlastungseinrichtung, allein oder in Verbindung mit einem Querlager, aufgenommen.

Man ist bestrebt, die Betriebssicherheit von Pumpen in allen Betriebsphasen zu erhöhen* Eine Maßnahme hierzu ist, den Rotor in einem Axiallager zu fixieren, also eine Entlastungseinrichtung mit einer Rotorfestlegung gemeinsam einzusetzen, aber nur so, daß möglichst keine gegenseitige Beeinflussung stattfinden kann, was am Beispiel einer normalen Scheibenentlastung mit Querlager erläutert werden soll. Die am häufigsten angewandte Entlastungseinrichtung besteht aus Entlastungsscheibe mit Gegenscheine, wie Figur 1 der Zeichnung schematisch zeigt. Zu ihrer Punktion wird ein Teilstrom, das Entlastungswasser, in der Regel nach der letsten Stufe, abgenommen und zwischen Scheibe und Oegenscheibe hindurchgeführt. Meist ist noch eine Drosselstrecke vorgeschaltet, Da der Durchmesser dieser Drosselstrecke nahe beim Laufradnabendurchmesser liegt, geht der Pumpenschub in jedem Mengenpunkt zur Saugseite hin. Z.B. beim

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Anfahren und tin·· axial freibewegliahen toter kleinert ·1ο1ι infolge deo Pwienootaatee dt* radiale »palt evleohen tntlaetungeaeheibo und Oegonoeheibe und Infolge dieser Tergrulerten Drooeelwlrkung (engerer Spalt) wird dtr Druok τογ der foneite to langt angehoben, öl· die Auogleiohakraft (^ρ _ο·*,) dos Pumptneohut) entiprioht, »lio (Htlohftwioii

Slo epaltwolto btträft otvft olnlft t/100 Mi.

Wollt· «mn bei einer Pump· «it dlooor latlaotunf don Rotor fixieren, oo oohoitort die· an dos tu kleinen Spiel und an don i« roraue eohloeht fat* baren theraiechen und eeohanieohen Bef oreatioaoa tob Wolle und aehluee* In Jodoa fall oled dlooo Deforeationen in ihrer folieerecheinun*, wenn «an oie auf tan Spalt iwloohon Scheibe und tfefeneoheioe koaleht, rlol grÖSeri eio preeeen alao die Ooheibe auf dia tfcfoa« echeibe, und auBor einer aetallieohen Bertömmf ontotoht hierbei ein Zueateeohub infolge der Druokanhobung Tor der 8cheibe.

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Eine weitere Bntlaetungoart lot die Entlaetunge-

koibonolnrlohtuag, wie olo In figur 2 dargestellt lit· Hierbei aal der Rotor in eine« Querlager gehalten «orden, da nan «It eine« lolbendurohnoeoer In dar logol nmr Wr einen Laetpunkt το^Ιβη Sehubauegleioh ornalton kann·;. Sol l«aotMndorung''aiii dann daa Axialligar tm '' Teil erhebliche Kräfte amfaehae». i#i Teroonlal·· ereoheinungen Torechiebt oieh orfahi^gagoMi dor Bohubauogleiehepunkt.

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Bs ist auch eine Verbindung beider Entlastungsarten bekannt, Sie bestellt aus einer Kolbon~8ohoibenausführuiig, vergleiche Figur 3, wobei der vorgeschaltete Broesolatreckendurchmeesar, von der normalen Entlastunga« scheibenausführung ausgehend, so weit \r3rgrb*J3ert ist, da0 or awisqhen dem Laufradnaben- und dem saugseitigen Lauiraddichtungsdui'ohmesser liegt. Man Irann diesen Teil der Einrichtung als Vorkolben (D»j) auffaanan, auf don ein Sprung auf D^ folgt, Die Fläche zwischen D_R und Β«· erzeugt mit dem dortigen Druck zusammen elin* Aus-

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gleiohsfcraft zur Druckseite hin, also funktionomäßlg wie bei der kormalen Sehalbenentlastung.

Alle diese bekÄnnteh Ehtlastungsarten erzeugen als Summe 6ine^;'^itlaeibuhgskraft_y welche entgegen dem Radeinlauf, aliBö zur Druckseite der Pumpe hin, gerichtet ist,· ' ■ ■'■■ '""^Ί>:;"^} " '■ ■■■■■■'^: ' '' ■'■■ " ' ' ■■■

Es ist weiter bekannt, daS nach längerer Betriebszeit in einer Pumpe Verschleißerscheinungen auftreten, und armr hauptsächlich in den Dichtungsspalten der Laufräder° Als Folge davon werden die Undichtigkeitaströme größer und damit auch der Radechub_t und zwangsläufig müßte οich die Entlaatungskraft ebenfalls vergrößern, was eine SoheibenÄÜsführung mit freiem Rotor, die als Automatik wirkt, auch macht.

Woittsre fterlaiale der Erfindung ergeben sl<?h ami der folgenden Barsehreibung von Attsführungebeifjpielen Ln VtH-btndimlE^iftlt.vdbn^eieobeaUglichoh-' Zelchnungön und" ' ilen AN;]pt*fiohen.

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'■m 6 —

, in schematiachim Skizzen,

4 eliion Entlastungskolben gemäß dem Voraohlag der /orU .egenden Erfl

u"«^¹) die Ausbildung ssu:j«'Uisilftliei· radiator 6 Drosseln tollen uh<1

ffigur 7 «ln> Au»i'fih-rUi)i'isfor-rti_$ bfc-JL der eine

radial» DroH.iQla'iüile an oinen zuaUtssiicium Raum angeuchloea&ii iafc»

Nach der Ie te ton !.5ImJCe I einer· Kreiselpumpe ist gleichaobfji·; <3!n Entlaijtmigokolben 2 angeordniii;, der stufenförmig In Hichtuug der üruckaelfee verminderte Durchmoudor aiii'¹/οla*;, In dem'dargestellten Deiaplel sind </Lqi.¹ derartige Dui'ohmeooernbstufungen vorgesehen. '/iwUsohan dem Kutlantiingokolben 2 und ier feststehenden Kolbenbüohfie 3 oünl ongts Spalte A belassen. Der Eni;·- lttstiUigiikolben 2 iub durch ein 'iuerlagor 3 festgelegt, Tu Figur I int eine radial» Dro.'iaelateile durch einen uroii; 6 ^okjiiuzeicluiet und sind verschiedene, bei uliiiv uoUilmn radialen Draoseljteile mögliche Ausblldungon Im vorgrößertüii Maßutab in den Figuren 5, und 7 herauagtfisoiohnet·. -

liöL dorn orriiidiingngmBUfitm Entlae fcungnkoiben wird der Druük im«}! dor let;«ten Bfcufe duroh Hir'fcereinandornoliii 1 tu.«i{ von uxialoti Uüd radialen Drciu.ι La trocken, ulno (Um 'Justin iipalJjfUi siwiuuhen dom Kolben und dar ICo 1 bsmbUuh:it> tibftunant, DiiBii olnl mlndeiitona zwoi

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wenn voller Schubausgleich entstehen soll. A_diff, wird mit größer werdender Fördermenge kleiner« steht aleo in einem bestimmten Verhältnis zu P_6n^· Da nun der

Druck naoh der leteten Stufe ebenfalls alt P_end geht,

wird der Differenzdruck über dem Kolben ebenfalls kleiner und mit diesem selbstverständlich auch die Zwischendecke V^t P_BW2 ^U8W* ¹^^{4 eoa}** Auch die Ausgleichakräfte A_ft1, A_&2 ubw.

Man kann mit einer Anzahl von Durchmeseersprüngea am Entlastungskolben erreichen, daS in jedem Fördermengenpunkt der Restsohub gleich wird also

Ar · ^Ap - ^AaH⁺ V ^s ° ^kp

Die Anzahl der F_K, hängt hauptsächlich von der Kennlinie und den verwendeten Einbauten ab.

Ein Torteil dieser Entlastungsart ist noch, daß ihre Funktion nahem unabhängig von der radialen Spaltweite ist. Stellt man z.B. den Läufer so ein, dafi ein radialer Spalt zwischen Kolben und Büchse von 2 mm entsteht, also gegenüber dem einzuhaltenden Spiel bei der Scheibenentlastung das 30 bis 40faohe beträgt, so ergibt sich, wenn man das axiale Spiel um 0,5 (also s ■ 1,5 - 2,5 mm) ändert, bei einer Tersuchsauaführung lediglich nur 8 bis 10 kp Rest-Schubänderung· Dies erklärt sich daraus, dafi »ich die wirksame axiale Drosselapaltlänge nicht ändert, wenn

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die Bttobee entsprechend ausgeführt ist, die avelflbben Umlenkverluete an den Ihrrchaeeeereprüngen bleiben ffhalten und die radialen Drosselverluste eind bei den groien Spielen eowieao nicht nennenswert bsv» bleiben konstant, sie treten erst bei wesentlich kleineren Spielen stärker in Erscheinung und so bleiben die eineeinen Zwischendecke (ρ__,₍) annähernd erhalten and somit auch die Ausgleiohskräfte (A_al).

Von großem Vorteil ist dabei, daß die Menge des Entlastungswassers kleiner wird, denn da die Spaltqpierschnitte von Durchmessersprung zu Durchmeseersprung kleiner werden, gibt dies bereits eine Entlastung, abgesehen davon, daß gewisse Umlenkverluste auoh nooh eine zusätsliche Wirkung ausüben.

Diese üislenkverluste kann man noch dadurch verändern, daß man die Übergänge von Surohmesser su Durchmesser nicht nur unter einem rechten Winkel, wie in Figur 4 dargestellt, ausführt, sondern größer oder kleiner ale ein "rechter Winkel ausgestaltet.

Zur Erklärung der Funktion der vorliegenden Erfindung soll die normale Entlastungskolbeneinrichtung nach figur 2 dienen. Bei dieser Ausführung verläuft der Restschub Ag nach Figur 8. Durch Änderung Ton D_x kann man den Sohubwendepunkt (A₈ « 0 kp) jedem Mengen· punkt ««Ordnen, Also bei einem Dg_x verläuft der Beatsohub naoh A_8x, bei Dj- nach A- und bei Bg, nach

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40 Droeeelepalt 9 (figur 2), wird der Druck am Bptlttlntvltt 9» Im wesentlichen durch den Pumpenefiddruok und aa Spaltauetritt 9b duroh den GegendvuQk (Atmosphäre, Zulaufbehälter uaw.) bestimmt. 8km let bekannt« daß bei Speisepumpen mit entnehmender leet der Enddruok H fällt, also die Druckdifferenz tfter dem 8palt kleiner wird ο Bohrt man diesen Spalt B.B, bei 16 und 17 an, so erhält man Zwischendecke, wobei der Druck bei 16 größer als bei 17 ist»

PUhrt man an beiden MeBsteilen je einen Kolbendurohmeeeereprung w» einem kleineren Durchmesser duroh und sieht die Kblbenbüchee nach, wie in Pigur 4 dargestellt, so ergeben diese Zwisohendrüoke mal den entsprechenden radialen Flächen Biisätslioh leileohübe 8ur Saugseite hin. Da nun, wie bereite erwähnt, die Druckdifferens über dem Spalt vom Rastpunkt der Pumpe abhängig let, werden auoh diese neuen Teilschübe vom Laetpunkt beelnf3.uÖt, d.h. mit größer werdender "jast werden diese kleiner, oder ungekthrt, größer.

* überlagert man eliem Reateohubrerlauf 8.B. A^

(Figur 8); wobei jetat D_R1 etws D^_x entspricht, eo entsteht die neue Restsofaubkurve ^_neu mit eines sehr flachen Verlauf unter der lest. Gemäfl der Irflndong ist eine Entlastung (siehe Pigur 4) mit SBtlaetungekolben, erreicht, die

a) den Druck nach der letzten Stufe dtiroh Hintereinendtr-

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echalten von axialen 10, 12« 14 und 16 und radialen (bis halbaxialen) 11, 13 und 15 Drosseletreoken (enge Spalte zwischen Kolben und Kblbenbttohee) abbaut und

b) der Kolben mit «wei oder «ehr Durchmessern vtr-

^ ^{D uew> vaA}

sehen ist, z.B. D^₁, 3g₂t \Dg« Dgj, diese, von der letzten Stui*· beginnend, so auegeführt sind, daB D_R1> D_x^ D_x-J uew. und die

Fl&oheh, z.B. Fy₀ * Il (D_¥1 ⁸ - D*«²), F~-, F_rl usw.

zusammen mit den dortigen Zwischendrücken, z.B.ι Ρ—ι» Ρ—ο» Ρ«»« usw., Teilscheibe (Autgleichskräfte),

- EWI SWC BWJ/ ■ .

z.B.: A_a1 = F,_K2 .Pj₅₁₇₁₉ A^, A_ftj usw. nach der Saugseite der Pumpt erzeugen.

Man hat aber auch noch die Möglichkeit, wit dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, bei den radialen Drosselstellen eint Änderung der Spaltquersohnitte herbeizuführen. In Figur 5 ist gezeigt, daß beim Übergang von dem axialen Spalt 4 zu dem radialen Spalt ein kurzes Stück eine Verengung 17 folgt. In Figur ist eine Bauform gezeigt, bei der, anschließend an den axialen Spall; 14 tin enger Spalt 18 in radialer Richtung vorgesehen ist.

Wenn man Oesti&artt Drücke, also z.B. konstante Drücke, hinter einem oder mehreren Durohmessersprüngen einhalten will, dann kann man, wie In Figur 7 gezeigt, den radialen Spalt 11 über einen Spalt 19 mit anderen Räumen verbinden. Diese Verbindung kann nun mit Bäumen

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konstanten Druckes hergestellt werden« wobei der Druck in diesen Räumen einstellbar sein kann· Man kann auoh eine oder mehrere der radialen Droeeelsttllen sit einer Pumpenswieehenstufe verbinden. Auf dies· Art sind auoh bestimmte Druckverläufe hinter eines oder mehreren Durchmessersprüngen einhaltbar.

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Claims (1)

1.) Tcwnriffiitvu* mm Autfltiofc dte Aofca^altchmb·· bii Mto^t*tfi$« JCreiitljtMpen, b«i dtr naoh dtr !·*·*<?* Stuft «wieohtn «ines alt dt* lotor YtrfrtÄdenta iatlattUBealiOlbtn und da« Stator, axialt uad rMialt BroMtlitrtoktn rorftethtn •i»d, dadurch gekenmtitlm·*, d*a dt»

kolb#B igalfttte· iwtl rtreoliitdtn· Durch»«Bitr »ufwti··!, .di·, U*finnwid iron der letettn Stuft, kltint/W'jrdtn, wot ti dit »läohtn »it dtn Jt-3witohendrüoktn, Ttileohübt nmch dtr dtr Pu»f« trgtbtn.

8.) ToaryiolitlPif nÄoh ÄÄtprucli 1, daduroh gtktnni iM dit irtituB^ dtr Stirnflichta dta

«!•icJii od^e fiiilo ail« W⁰ «lad.

3,) BntUetaÄ5»fi4WPi9fctttaf sieh Aatpruoh 1 und 8»

iua Biahmlttn yem i*di*Xta Splitt» «rttthta Kolbtn (lotöj?) tmd lolbtiiWlohet (OUtor) mv& «rrtiohtn |tt H»iMl»p«lttt toproh Vtftltf«» dtt EotijTe |g ** fiofe btkwuittr Wtitt sltttlt Axiallager btfottift itt.

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4.) Bntlaetungeeinrichtung naoh Anspruch 1 odtr 8, dadurch gekennaeichaet, daft ftwiaohtn Bntlaatungekolben and lolbenbüohee tin·, ggf· aehrtrt hlnttrtin*adtrgttoix»lt#tt Dro«»tlittlltn (Fig· 9 oder 6)

5«) Vorrichtung nach Anepruch 1 bie 4_t dadurch gtktnnitiohnffc, daB mln4«tt«n« tin· dtr radial·» DroeitlettlXtn al« a»dtr«n Raunen, in dtntn. tin . kon*t*nt#r ggf. tinetellbartr Druek herrscht, verbunden eind.

6.) Torrichtung nach Anapraoh 1 bie 4, dadurch gekennieiohnet, daB »indeeteae eine der radialen Droeeelatellen ait einer PuMpenstrieohenetufe verbunden iet. .,. . . ., ·

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