DE19631824A1

DE19631824A1 - Single stage centrifugal pump for fluids

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Publication number: DE19631824A1
Application number: DE19631824A
Authority: DE
Inventors: Karl Gaffal
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG; KSB SE and Co KGaA
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG; KSB SE and Co KGaA
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-12

Abstract

The pump has a casing containing a rotor with an adjuster for axial thrust compensation. At the suction side of the rotor is a first radial through flow regulating gap (13.1), between the rotor discharge and inlet side bearing (6). At the pressure side of the rotor is a reduced diameter second radial through flow regulating gap (9) opposed to the first. The pressure of the pump peaks in the volume (15) between the first gap and the suction side radial bearing. The second regulating gap downstream volume is connected with the inlet area of the rotor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, deren Laufrad in einem Pumpengehäuse gelagert ist und mit einer Einrichtung zum Axialschubausgleich versehen ist, insbesondere für einstufige Pumpen.The invention relates to a centrifugal pump, the impeller in a pump housing is mounted and with a device for Axial thrust compensation is provided, especially for single-stage Pump.

Bei einstufigen Kreiselpumpen wird die Pumpenwelle gewöhnlich außerhalb des Pumpengehäuses bzw. außerhalb der sogenannten Druckhülle gelagert. Im Bereich einer Wellendurchführung sorgt dann eine Dichtung für konstante Druckverhältnisse innerhalb des Pumpengehäuses. Das Laufrad ist dabei auf einem Wellenende innerhalb des Gehäuses fliegend angeordnet, während die Welle außerhalb des Gehäuses mittels verschiedener Möglichkeiten gelagert werden kann. Ein vom Laufrad erzeugter Axialschub wird durch die Welle auf die außerhalb des Gehäuses befindliche Lagerung übertragen. Dabei kann es sich um einen die Kräfte aufnehmenden Lagerträger handeln, der zwischen Pumpengehäuse und Motor angeordnet ist.With single-stage centrifugal pumps, the pump shaft becomes common outside the pump housing or outside the so-called Pressure sleeve stored. In the area of a shaft bushing then a seal for constant pressure within of the pump housing. The impeller is on one end of the shaft arranged flying inside the housing while the shaft outside the housing using various options can be stored. An axial thrust generated by the impeller is through the shaft to the outside of the housing Transfer storage. It can be a matter of strength acting bearing bracket act between the pump housing and motor is arranged.

Bei Blockaggregaten ist es auch bekannt, die auftretenden Wellenkräfte direkt von der Motorlagerung aufnehmen zu lassen. Entsprechend dem Einsatzgebiet der Pumpe kann dabei sowohl ein trockener als auch ein flüssigkeitsgefüllter Motor Anwendung finden. Nachteilig bei dieser Art der Lagerung ist die Tatsache, daß verstärkte und damit teurere Motorlager eingesetzt werden müssen. In the case of block aggregates, it is also known which ones occur Have shaft forces absorbed directly by the engine mount. Depending on the area of application of the pump, both drier as well as a liquid-filled motor application Find. The disadvantage of this type of storage is The fact that reinforced and therefore more expensive engine mounts must be used.

Die US-A 13 23 412 zeigt eine in das Laufrad integrierte Axialschubausgleichseinrichtung, die auf jeweils gleichen Durchmessern angeordnete horizontale und vertikale Regelspalte benutzt. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß sie eine bestimmte Mindestförderhöhe benötigt, um überhaupt funktionieren zu können. Beim Anfahren der Pumpe ist daher mit verschleißenden Berührungen zu rechnen.The US-A 13 23 412 shows an integrated in the impeller Axial thrust compensation device, the same on each Horizontal and vertical control gaps arranged in diameters used. However, this solution has the disadvantage that it is a certain minimum head required to at all to be able to work. When starting the pump is therefore with weary touches.

Die EP-B 0 544 693 zeigt eine Einrichtung zum vollständigen Axialschubausgleich bei Kreiselpumpen, die aus zwei Einrichtungen besteht. Die erste Einrichtung bewirkt einen hydraulischen Axialschubausgleich mit Hilfe der vom Laufrad erzeugten Druckdifferenz. Die zweite Einrichtung ist eine ebenfalls hydraulisch wirkende Ausgleichseinrichtung mit Mitteln zur Druckerhöhung im druckseitigen Radseitenraum. Diese Lösung erfordert einen zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand bei der Erstellung der drucksteigernden Mittel.EP-B 0 544 693 shows a device for complete Axial thrust compensation for centrifugal pumps consisting of two Facilities exists. The first setup does one hydraulic axial thrust compensation with the help of the impeller generated pressure difference. The second facility is one also hydraulically acting compensation device Means for increasing the pressure in the pressure side wheel side space. This Solution requires an additional manufacturing Effort in creating the pressure-increasing means.

Eine andere Lösung zeigt die DE-A 44 21 888, wobei mit Hilfe von Gehäuserippen, Entlastungsbohrungen, veränderlichen Dichtspalten und Axialspalten bei Laufrädern mit kleiner spezifischer Drehzahl ein Axialschubausgleich angestrebt wird. Die zusammenwirkenden Spalte sind dabei als Winkel- oder Diagonalspalte ausgebildet.Another solution is shown in DE-A 44 21 888, with the help of housing ribs, relief holes, changeable Sealing gaps and axial gaps for small wheels specific thrust an axial thrust compensation is sought. The interacting columns are angular or Diagonal column formed.

Eine dem Gattungsbegriff entsprechende Lösung ist durch die GB-A 805 825 bekannt. Sie zeigt eine Kreiselpumpe, bei der das Laufrad auf der Saug- und Druckseite mit zylindrischen Ringflächen versehen ist, mit denen es direkt innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Für den Axialschubausgleich ist in einem abgetrennten und dem Pumpengehäuse nachgeschalteten Raum eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen, die mit einem Hilfslaufrad zusammenwirkt. A solution corresponding to the generic term is through GB-A 805 825 known. It shows a centrifugal pump in which the Impeller on the suction and pressure side with cylindrical Ring surfaces is provided with which it is directly inside the Housing is stored. For axial thrust compensation is in one separated and downstream of the pump housing a Compensating device provided with an auxiliary impeller cooperates.

Auch die GB-A 909 550 zeigt eine Lösung, bei der die Laufradlager im druckbelasteten Teil des Pumpengehäuses angeordnet und mediumgeschmiert sind. Das Laufrad bildet hier gleichzeitig den Rotor eines Elektromotors, dessen Stator sich ebenfalls innerhalb des Pumpengehäuses befindet. Eine aus dem Pumpengehäuse herauszuführende und abzudichtende Pumpenwelle ist nicht mehr erforderlich. Ein auftretender Axialschub wird von Axiallagern aufgenommen.GB-A 909 550 also shows a solution in which the Impeller bearing in the pressure-loaded part of the pump housing arranged and lubricated with medium. The impeller forms here at the same time the rotor of an electric motor, the stator of which is also located inside the pump housing. One from the Pump housing to be led out and sealed pump shaft is no longer required. An axial thrust occurs taken up by thrust bearings.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Ausgleichs einrichtung zu entwickeln, wobei mit einem geringen Bauaufwand ein Ausgleich der von der Pumpe erzeugten Kräfte erfolgt und die Motorlager nicht zusätzlich belastet werden. Die Lösung dieses Problems erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.The invention is based on the problem of compensation to develop facility, with a small amount of construction the forces generated by the pump are balanced and the motor bearings are not subjected to additional loads. The solution this problem occurs according to the characteristic part of the Main claim.

Durch die an sich bekannte Lageranordnung innerhalb des druckbelasteten Gehäuses ergibt sich für das Laufrad eine sehr schwingungsarme Lagerung aufgrund des kurzen Lagerabstandes. Die Anordnung der beiden Regelspalte direkt am Laufrad und auf unterschiedlichen Durchmessern ermöglicht ein schnelles Reagieren auf die Belastungszustände des Laufrades im Pumpengehäuse. Durch die unterschiedlichen Durchmesser der saug- und druckseitig angeordneten Regelspalte ergeben sich in bezug auf die saugseitige Radiallagerfläche Kraftwirkungs flächen, die entsprechend der jeweiligen axialen Position des Laufrades mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden. Und zwar unabhängig davon, ob im druckseitigen Laufradbereich das Laufrad in einem druckseitigen Spaltring oder die Welle in unmittelbarer Nähe des Laufrades direkt gelagert wird. Damit ist ein vollständiger Ausgleich des vom Laufrad erzeugten hydraulischen Axialschubes und in axialer Richtung ein berührungsfreier Betrieb des Laufrades möglich. Zusätzliche drucksteigernde Mittel in Form von rotierenden Zusatzschaufeln oder Gehäuserippen sind nicht erforderlich. Ein zusätzliches Axiallager ist für den normalen Betrieb auch nicht mehr erforderlich. Allenfalls für besondere Betriebszustände während einer Anfahr- bzw. Auslaufphase einer Pumpe können nach einer Ausgestaltung der Erfindung sicherheitshalber diejenigen Laufradflächen, die die axialen Regelspalte begrenzen, als Axiallagerflächen ausgebildet sein. Ihre Wirkung kommt nur in Ausnahmesituationen zum Tragen, beispielsweise beim Anfahren oder beim Auslaufen der Pumpe, unter ungünstigen System bedingungen sowie bei vom Rohrleitungssystem verursachten Zuständen, wodurch eine unplanmäßige Laufradverschiebung eintreten kann.Due to the known bearing arrangement within the pressure-loaded housing results in a very high for the impeller Low vibration storage due to the short distance between the bearings. The arrangement of the two control columns directly on the impeller and on different diameters enables fast React to the load conditions of the impeller in the Pump housing. Due to the different diameters of the Control gaps arranged on the suction and pressure side result in with respect to the radial bearing surface on the suction side surfaces that correspond to the respective axial position of the Impeller with different pressures. And regardless of whether in the pressure side impeller area the impeller in a pressure ring or the shaft in is stored in the immediate vicinity of the impeller. In order to is a complete balance of the generated by the impeller hydraulic axial thrust and in the axial direction contact-free operation of the impeller possible. Additional pressure-increasing agents in the form of rotating additional blades or housing ribs are not required. An additional Axial bearing is also no longer for normal operation required. At most for special operating conditions during A start-up or run-down phase of a pump can occur after a Embodiment of the invention for safety's sake Impeller surfaces that limit the axial control gaps as Axial bearing surfaces can be formed. Their effect only comes in Exceptional situations to wear, for example when starting off or when the pump runs out, under an unfavorable system conditions as well as those caused by the piping system Conditions, causing an unscheduled impeller displacement can occur.

Nach einer weiteren Lösung der Erfindung ist im druckseitigen Laufradbereich ein erster radial durchströmter Regelspalt am Laufradaustritt angeordnet, im druckseitigen Laufradbereich ist ein gegenüber dem ersten Regelspalt auf kleinerem Durchmesser befindlicher zweiter radial durchströmter Regelspalt angeordnet, ein dem zweiten Regelspalt nachgeordneter Raum steht mit dem Eintrittsbereich des Laufrades in Verbindung und die Spaltweiten ändern sich entgegengesetzt zueinander. Bei dieser Lösung wird ebenfalls in Abhängigkeit von den innerhalb des Pumpengehäuses bestehenden Drücken und Laufradabmessungen der zweite Regelspalt auf einem Durchmesser angeordnet, welcher einen sicheren Axialschubausgleich gewährleistende Kraft-/Flächenverhältnisse erzeugt. Eine solche Anordnung findet bevorzugt Verwendung bei Pumpen, bei denen ein Rotorteil eines elektrischen Antriebsmotors am Laufrad angeordnet ist. Der zugehörige Stator befindet sich ebenfalls im druckbelasteten Pumpengehäuse. Aufgrund der stabilisierend wirkenden magnetischen Kräfte des Elektromotors kann auf eine zusätzliche Druckhaltung im saugseitigen Radseitenraum verzichtet werden. Das reziproke Verhalten der Regelspalte bewirkt in diesem Fall eine schnelle und zuverlässige Regelwirkung. According to a further solution of the invention is in the print side Impeller area a first radially flowed control gap on Impeller outlet arranged, is in the impeller area on the pressure side one compared to the first control gap on a smaller diameter located second radially flowed control gap arranged, a room downstream of the second control gap is connected to the entry area of the impeller and the gap widths change in opposite directions. At this solution will also depend on the inside of the pump housing existing pressures and impeller dimensions the second control gap is arranged on a diameter, which ensuring a safe axial thrust compensation Force / area ratios generated. Such an arrangement is preferably used in pumps in which a rotor part an electric drive motor is arranged on the impeller. The associated stator is also under pressure Pump housing. Because of the stabilizing effect magnetic forces of the electric motor can be added Pressure maintenance in the wheel side space on the suction side can be dispensed with. In this case, the reciprocal behavior of the control column causes a quick and reliable control effect.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Gehäuse und einer saugseitigen Stirnseite des Laufrades mindestens ein axialer durchströmter Drosselspalt angeordnet. Der Drosselspalt wird durch die Stirnseite des Saugmundes vom Laufrad und der gegenüberliegenden Gehäusefläche gebildet. Unabhängig davon, ob eine einfache oder doppelte Laufradspaltringdichtung am saugseitigen Laufradeintrittsbereich vorgesehen ist, mündet der in axialer Richtung durchströmte Drosselspalt vor dem Laufradeintrittsquerschnitt. Durch diesen Drosselspalt wird einerseits der Leckstrom durch den saugseitigen Radseitenraum und das Radiallager verringert, wodurch eine Wirkungsgrad verbesserung eintritt. Andererseits erfolgt ein Druckanstieg im Radiallager, wodurch eine eventuelle Kavitationsgefahr vom saugseitigen Lager ferngehalten wird.According to one embodiment of the invention is between the housing and a suction side end of the impeller at least one arranged axial throttle gap. The throttle gap is through the front of the suction mouth of the impeller and opposite housing surface formed. Independent of a single or double impeller ring seal on is provided on the suction-side impeller inlet area, the Throttle gap in the axial direction before Impeller inlet cross section. Through this throttle gap on the one hand the leakage current through the suction side wheel side space and the radial bearing is reduced, increasing efficiency improvement occurs. On the other hand, there is an increase in pressure in the Radial bearing, whereby a possible risk of cavitation from suction-side bearing is kept away.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Regelspalte begrenzenden Flächen als Axiallagerflächen ausgebildet sind. Prinzipiell übernehmen diese Flächen während des Betriebes keine Lagerfunktion. Äußere Einwirkungen können destabilisierend auf das Laufrad einwirken und dadurch im Bereich der Regelspalte eine Berührung stattfinden. Um in einem solchen außerplanmäßigen Betriebszustand eine Beschädigung der die Regelspalte begrenzenden Flächen zu verhindern, sind sie wie Axiallagerflächen gestaltet. Ein versehentliches Anlaufen bleibt somit ohne Auswirkungen.Another embodiment of the invention provides that the Surfaces delimiting control gaps as axial bearing surfaces are trained. In principle, these areas take over during the company has no warehouse function. External influences can have a destabilizing effect on the impeller and thereby Area of the control column. To in one such unscheduled operating condition damage the they are to prevent the areas delimiting the standard column designed like axial bearing surfaces. An accidental start therefore has no effect.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind saugseitig des Laufrades mehrere radial durchströmte Regelspalte angeordnet. Diese können von einem Lagerkörper oder von einem für Drosselzwecke gestalteten Teil gebildet werden. Mit Hilfe von Verbindungsleitungen wirkt im saugseitigen Laufradraum der Pumpenenddruck unterstützend zum Ausgleich des Axialschubes. According to another advantageous embodiment, the suction side of the impeller several radially flowed control gaps arranged. These can be from a bearing body or from one part designed for throttling purposes. With help of connecting lines acts in the suction side of the impeller chamber Final pump pressure to compensate for the axial thrust.

Beiderseits des Laufrades angeordnete Drosselspalte beeinflussen die Druckverhältnisse derart, daß die Größe der Flächenverhältnisse und die darauf einwirkenden Druckkräfte einen Gleichgewichtszustand des Laufrades ermöglichen.Throttle gaps arranged on both sides of the impeller influence the pressure conditions such that the size of the Area ratios and the compressive forces acting on them allow a balance state of the impeller.

Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß Verbindungen eine Druckübertragung aus einem Bereich hohen Druckes nach dem Laufrad auf eine Ringfläche zwischen den saugseitigen radial durchströmten Regelspalten ermöglichen.Another embodiment provides that connections a Pressure transmission from an area of high pressure after the Impeller on an annular surface between the suction side radially allow flow through control columns.

Die Vorteile dieser Maßnahmen bestehen in dem kompletten Wegfall externer Lager und der dadurch bedingten vereinfachten Wartung. Durch den Einsatz von mediumgeschmierten Lagern innerhalb des Pumpengehäuses entfallen übliche Schmiersysteme sowie deren Kontrolle und auch die zugehörigen Kühleinrichtungen. Die dadurch bedingte Platzeinsparung ermöglicht eine verbesserte Nutzung des umbauten Raumes. Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Pumpe kann als autarke Pumpe angesehen werden, in dem die Pumpe, außer von der Energieversorgung, von zusätzlichen Hilfssystemen unabhängig ist. Beim Einsatz als Blockaggregate wird deren Lebensdauer erheblich verbessert, da die Zusatzbelastung der Motorlager entfällt. Ganz allgemein entfallen auch die bisher üblichen Überwachungsinstrumente bei extern verwendeten Lagereinrichtungen.The advantages of these measures are that they are complete Elimination of external bearings and the resulting simplified Maintenance. Through the use of medium-lubricated bearings usual lubrication systems are not required inside the pump housing as well as their control and also the associated ones Cooling devices. The resulting space savings enables an improved use of the enclosed space. A Pump constructed according to the invention can be used as a self-sufficient pump in which the pump, except from the Energy supply, independent of additional auxiliary systems is. When used as block aggregates, their lifespan significantly improved because of the additional load on the engine mount not applicable. In general, the usual ones are no longer required Monitoring instruments for externally used Storage facilities.

Die am Laufrad stattfindende Integration von Axialschub ausgleich und Rotor eines Elektromotors erlaubt den Verzicht auf eine Welle und zugehöriger Wellenabdichtung. Die Statorwicklung mit dem Statorpaket ist dann ebenfalls innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet. Die Laufrad-Motorkombination kann als Scheiben- oder Zylindermotor, je nach Platz- und Abmessungsverhältnissen ausgeführt sein. Es steht damit ein absolut autarkes und peripheriefreies Pumpenaggregat zur Verfügung.The integration of axial thrust taking place on the impeller compensation and rotor of an electric motor allows the waiver on a shaft and associated shaft seal. The The stator winding with the stator package is then also inside of the pump housing arranged. The impeller-motor combination can be used as a disc or cylinder motor, depending on space and Dimensional relationships must be executed. It stands there absolutely self-sufficient and peripheral-free pump unit for Available.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen dieAn embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below. Show it the

Fig. 1 eine einstufige Kreiselpumpe mit doppelter saugseitiger Spaltringdichtung und beidseitiger Laufradlagerung, die Fig. 1 is a single-stage centrifugal pump with double suction ring seal and bilateral impeller bearing, the

Fig. 2 eine einstufige Kreiselpumpe mit einfacher saugseitiger Spaltringdichtung und einer druckseitiger Wellenlagerung, die Fig. 2 is a single-stage centrifugal pump with a simple suction-side split ring seal and a pressure-side shaft bearing, the

Fig. 3 bis 5 verschiedene Belastungszustände der Axialschubentlastungseinrichtung, die FIGS. 3 to 5 different load states of the Axialschubentlastungseinrichtung that

Fig. 6 ein Laufrad mit Scheibenmotoranordnung und die Fig. 6 is an impeller with a disc motor assembly and

Fig. 7 ein Laufrad mit Zylindermotoranordnung. Fig. 7 is an impeller with a cylinder engine assembly.

Die Fig. 1 zeigt ein Pumpengehäuses 1 mit darin angeordnetem Laufrad 2 und einer Welle 3. Eine Wellenabdichtung 4, wobei es sich hierbei um eine Gleitringdichtung oder auch eine Stopfbuchspackung handeln kann, dichtet das Gehäuseinnere gegenüber der äußeren Atmosphäre ab. Das Laufrad 2 verfügt über einen saugseitigen Laufradhals 5, der in einem gehäusefesten, vom Fördermedium durchströmten Radiallager 6 gelagert ist. Auf der Druckseite des Laufrades 2 befindet sich ein zweites Radiallager 7, welches ebenfalls gehäusefest angeordnet ist und in dem das Laufrad 2 mit einem druckseitigen Laufradhals 8 gelagert ist. Ein im Bereich dieses Lagers befindlicher zweiter Regelspalt 9, der radial durchströmt und in Strömungsrichtung gesehen dem druckseitigen Radiallager 7 nachgeordnet ist, kann ohne weiteres auch dem Lagerspalt 10 vorangestellt sein. Fig. 1 shows a pump housing 1 having arranged therein rotor 2 and a shaft 3. A shaft seal 4 , which can be a mechanical seal or a stuffing box packing, seals the interior of the housing from the outside atmosphere. The impeller 2 has an impeller neck 5 on the suction side, which is mounted in a radial bearing 6 fixed to the housing and through which the pumped medium flows. On the pressure side of the impeller 2 there is a second radial bearing 7 , which is also arranged fixed to the housing and in which the impeller 2 is mounted with an impeller neck 8 on the pressure side. A second control gap 9 located in the area of this bearing, which flows radially and is arranged downstream of the radial bearing 7 on the pressure side, viewed in the direction of flow, can also easily precede the bearing gap 10 .

Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Stirnseite des druckseitigen Laufradhalses 8 die eine Fläche des axial veränderbaren zweiten Regelspaltes 9 und eine Stirnseite des Radiallagers 7 die andere Fläche des axial veränderbaren zweiten Regelspaltes 9. Bei einem dem Radiallagerspalt 10 vorangestellten Regelspalt 9 würde eine Fläche der druckseitigen Laufraddeckscheibe 11 eine Fläche des Regelspaltes bilden. Für diejenigen Anwendungsfälle, bei denen aufgrund abweichender Betriebsbedingungen oder beim An- und Abfahren der Pumpe ein Anlaufen der den Regelspalt begrenzenden Wandflächen nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen ist, kann die laufradseitige Fläche des zweiten Regelspaltes 9 als separates Bauteil 12 am Laufradhals 8 bzw. am Laufrad 2 befestigt sein. In einem solchen Fall würde dieses Bauteil aus einem besonders verschleißbeständigen, gute Lagereigenschaften aufweisenden Teil bestehen. Mit entsprechenden Materialpaarungen, Beschichtungen und Flächengestaltungen ist es zulässig, die Wandflächen der Regelspalte anlaufen zu lassen, bzw. eine Wandfläche eines Regelspaltes direkt an einer Gegenfläche eines Lagers 7 oder anderen Bauteiles anlaufen zu lassen.In the exemplary embodiment shown, the end face of the pressure-side impeller neck 8 forms one surface of the axially changeable second control gap 9 and one end face of the radial bearing 7 forms the other surface of the axially changeable second control gap 9 . In the case of a control gap 9 preceding the radial bearing gap 10 , a surface of the pressure-side impeller cover plate 11 would form a surface of the control gap. For those applications in which, due to different operating conditions or when starting and stopping the pump, the wall surfaces delimiting the control gap cannot be ruled out with absolute certainty, the impeller-side surface of the second control gap 9 can be a separate component 12 on the impeller neck 8 or on the impeller 2 be attached. In such a case, this component would consist of a particularly wear-resistant part with good storage properties. With appropriate material pairings, coatings and surface designs, it is permissible to let the wall surfaces of the control gap run up, or to have a wall surface of a control gap run up directly against a counter surface of a bearing 7 or other component.

Im saugseitigen Bereich des Laufrades 2 ist, in Strömungsrichtung gesehen, ebenfalls ein radial durchströmter, axial veränderbarer erster Regelspalt 13 dem saugseitigen Radiallager 6 mit seinem Radiallagerspalt 14 vorangestellt. Ein Raum 15 mit Verbindungen 15.1, 15.2 oder 15.3 gewährleistet, daß ein im Pumpengehäuse 1 vorherrschender Enddruck auch in demjenigen saugseitigen Laufradbereich ansteht, der sich zwischen dem ersten Regelspalt 13 und vor dem Radiallagerspalt 14 befindet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel taucht der saugseitige Laufradhals 5 in einen Einsatz 16 ein, so daß sich in Verbindung mit dem Radiallagerspalt 14 eine doppelte Spaltringdichtung ergibt. Im Übergang von dieser doppelten Spaltringdichtung zum Saugraum des Laufrades befindet sich ein axial veränderbarer Drosselspalt 17, durch dessen Spaltweitenveränderung das Regelverhalten der Ausgleichseinrichtung zusätzlich verbessert wird. Die Drosselwirkung der Spaltringdichtung bzw. des Lagerspaltes 14 unterstützt das Regelverhalten der Einrichtung.In the suction-side area of the impeller 2 , as seen in the flow direction, a radially flowed, axially variable first control gap 13 is also placed in front of the suction-side radial bearing 6 with its radial bearing gap 14 . A space 15 with connections 15.1 , 15.2 or 15.3 ensures that a final pressure prevailing in the pump housing 1 is also present in the suction-side impeller region which is located between the first control gap 13 and in front of the radial bearing gap 14 . In the exemplary embodiment shown here, the suction-side impeller neck 5 is immersed in an insert 16 , so that a double split ring seal results in connection with the radial bearing gap 14 . In the transition from this double split ring seal to the suction space of the impeller there is an axially variable throttle gap 17 , by changing the gap width the control behavior of the compensating device is additionally improved. The throttling effect of the split ring seal or the bearing gap 14 supports the control behavior of the device.

Im druckseitigen Laufradbereich strömt das Fördermedium durch den druckseitigen Radiallagerspalt 10, den Regelspalt 9 und durch ein oder mehrere sogenannte Entlastungsöffnungen 18 in der druckseitigen Laufraddeckscheibe 11 zum Saugbereich des Laufrades 2 zurück.In the pressure-side impeller area, the pumped medium flows back through the pressure-side radial bearing gap 10 , the control gap 9 and through one or more so-called relief openings 18 in the pressure-side impeller cover plate 11 to the suction area of the impeller 2 .

Die Fig. 2 unterscheidet sich zur in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß im Eintrittsbereich des Laufrades am saugseitigen Laufradhals 5 nur eine einfache Spaltringdichtung Verwendung findet, die hier gleichzeitig den Radiallagerspalt 14 bildet. Die Stirnseite des saugseitigen Laufradhalses 5 bildet zusammen mit der gegenüberliegenden Gehäusewandfläche den axial veränderbaren Drosselspalt 17. Der Radiallagerspalt 14 übt ebenfalls eine drosselnde Wirkung aus. Diese Ausführungsform zeigt auch, daß das saugseitige Radiallager 6 mit einer auf größerem Durchmesser befindlichen Wandfläche für den saugseitigen zweiten Regelspalt 13 einstückig herstellbar ist. Eine an die Druckverhältnisse anpaßbare und damit auch als Drossel einsetzbare Öffnung 15.3 und innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses verlaufende Verbindungen 15.1, 15.2 übertragen den Druck aus dem Druckraum des Gehäuses 1 in den Raum 15 zwischen dem saugseitigen ersten Regelspalt 13 und dem saugseitigen Radiallagerspalt 14.The Fig. 2 embodiment 1, and differs for the in Fig. Characterized in that in the inlet region of the impeller on the suction side impeller neck 5, only a simple split ring seal is used that simultaneously forms the radial bearing gap 14 here. The end face of the suction-side impeller neck 5 forms, together with the opposite housing wall surface, the axially variable throttle gap 17 . The radial bearing gap 14 also exerts a throttling effect. This embodiment also shows that the suction-side radial bearing 6 can be produced in one piece with a wall surface located on a larger diameter for the suction-side second control gap 13 . An opening 15.3, which can be adapted to the pressure conditions and can therefore also be used as a throttle, and connections 15.1 , 15.2 running inside and / or outside the housing transmit the pressure from the pressure space of the housing 1 into the space 15 between the suction-side first control gap 13 and the suction-side radial bearing gap 14 .

Im druckseitigen Bereich des Laufrades ist hinter dem Laufrad 2 im Gehäuse 1 ein druckseitiges Radiallager 7 angeordnet, in dem die Welle 3 gelagert ist. Nach Passieren des druckseitigen zweiten Regelspaltes 9 strömt das Medium über die Axialschubausgleichsöffnungen 18 zurück in den Saugbereich des Laufrades 2. Die mit einer stirnseitigen Fläche des druckseitigen Radiallagers 7 zusammenwirkende Gegenfläche des Laufrades 2, zwischen denen der zweite Regelspalt 9 ausgebildet ist, kann integraler Bestandteil des Laufrades 2 oder Bestandteil eines separaten Bauteiles 12 sein. Entscheidend in diesem Zusammenhang ist auch hier, daß die Regelspalte 9, 13 auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind. Damit sind in Abhängigkeit von den vorherrschenden Druckverhältnissen entsprechende Flächenverhältnisse erreichbar, mit denen ein Ausgleich des Axialschubes erreicht wird.In the pressure-side area of the impeller, a pressure-side radial bearing 7 , in which the shaft 3 is mounted, is arranged behind the impeller 2 in the housing 1 . After passing the second regulating gap 9 on the pressure side, the medium flows back through the axial thrust compensation openings 18 into the suction area of the impeller 2 . The counter surface of the impeller 2 cooperating with an end face of the pressure-side radial bearing 7 , between which the second control gap 9 is formed, can be an integral part of the impeller 2 or part of a separate component 12 . It is also decisive in this context that the control gaps 9 , 13 are arranged on different diameters. Depending on the prevailing pressure conditions, corresponding area ratios can thus be achieved, with which an equalization of the axial thrust is achieved.

In den Fig. 3 bis 5 ist das Regelverhalten der Ausgleichs einrichtung im einzelnen ausgeführt.In FIGS. 3 to 5, the control behavior is the compensation means in each run.

In der Fig. 3 ist der Zustand vor einer Inbetriebnahme der Pumpe gezeigt, d. h. die Drehzahl n = 0 U/min. Innerhalb der Pumpe herrscht vor dem Laufrad 2 ein Saugdruck p_s, der größer als der Druck außerhalb der Pumpe p_atm ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Pumpe innerhalb eines geschlossenen Rohrleitungssystems installiert ist, dessen Druck über dem Atmosphärendruck liegt. Auf der Wellenabdichtungsfläche A_D lastet der größere Saugdruck p_s, der das Laufrad zur Dichtung 4 hin bewegt; so lange, bis die Flächen des zweiten Regelspaltes 9 zur Anlage gelangen. Der Regelspalt 9 ist damit geschlossen. Der erste Regelspalt 13 und der Drosselspalt 17 sind dadurch voll geöffnet und verfügen somit nur über eine geringe Drosselwirkung.In the Fig. 3 shows the state prior to operating the pump, that is, the rotational speed n = 0 U / min. Inside the pump there is a suction pressure p _{s in} front of the impeller 2 which is greater than the pressure outside the pump p _atm . It is assumed that the pump is installed within a closed piping system, the pressure of which is above atmospheric pressure. The larger suction pressure p _s , which moves the impeller towards the seal 4 , bears on the shaft sealing surface A _D ; until the surfaces of the second control gap 9 come to rest. The control gap 9 is thus closed. The first control gap 13 and the throttle gap 17 are thus fully open and thus have only a low throttling effect.

Beim Anfahren der Pumpe erzeugt das Laufrad 2 einen zunehmenden Förderdruck, der im saug- und druckseitigen Radseitenraum 20, 19, also im Raum nach dem Laufradaustritt und vor den Regelspalten 9, 13, mit p₃′ gleich groß ist. Im Bereich einer Fläche A₁, zwischen saugseitigem Regelspalt 13 und dem Radiallagerspalt 14, entwickelt sich ein Druck p₁. Dieser Druck wird durch die Verbindungen 15-15.3 vom Pumpenenddruckbereich übertragen. Dadurch lastet auf der saugseitigen Fläche A₁ die Druckdifferenz p₁-p₃′. Als Ausgleich lastet auf der druckseitigen Fläche A₂ die Druckdifferenz von p₃′-p_s.When starting the pump, the impeller 2 generates an increasing delivery pressure, which is the same size in the suction and pressure-side wheel side space 20 , 19 , that is in the space after the impeller outlet and before the control columns 9 , 13 , with p₃ '. In the area of a surface A 1 , between the suction-side control gap 13 and the radial bearing gap 14 , a pressure p 1 develops. This pressure is transmitted through connections 15-15.3 from the pump end pressure range. As a result, the pressure difference p₁-p₃ 'weighs on the suction-side surface A₁. As compensation, the pressure difference of p₃'-p _s on the pressure side surface A₂.

Nach einem Pumpenstart, d. h. für den Anfahrvorgang der Pumpe mit einem geschlossenen zweiten Regelspalt 9 = 0 muß daher die Bedingung gelten:After a pump start, ie for the start-up process of the pump with a closed second control gap 9 = 0, the condition must therefore apply:

A₂ _* (p₃′ - p₅) < A₁ _* (p₁ - p₃′) + A_D _* (p_s - p_atm)A₂ _* (p₃ ′ - p₅) <A₁ _* (p₁ - p₃ ′) + A _D _* (p _s - p _atm )

Daraus ergibt sich eine Kraftwirkung, die das Laufrad 2 in Richtung Zulaufseite bewegt, den zweiten Regelspalt 9 öffnet und den ersten Regelspalt 13 sowie den Drosselspalt 17 verkleinert.This results in a force effect which moves the impeller 2 in the direction of the inlet side, opens the second control gap 9 and reduces the first control gap 13 and the throttle gap 17 .

In Fig. 4 ist die Alternative zu Fig. 3 dargestellt, nämlich ein Anfahrvorgang einer Pumpe, bei der der Saugdruck p_s kleiner dem Atmosphärendruck p_atm ist. Eine auf die Wellenabdichtungs fläche A_D wirkende Druckdifferenz p_atm-p_s bewegt das Laufrad 2 zur Pumpen-Zulaufseite hin, wobei die den ersten Regelspalt 13 begrenzenden Flächen den Regelspalt verkleinern. Die Abmessungen innerhalb der Pumpe sind dabei so gewählt, daß der Drosselspalt 17 nur noch minimal geöffnet ist. Ein Zustand, bei dem der Drosselspalt 17 geschlossen, aber der Regelspalt 13 noch minimal geöffnet ist, ist zu vermeiden. Die Spaltverkleinerung bewirkt einen Druckanstieg im saugseitigen Radseitenraum und wirkt der Laufradbewegung entgegen.In FIG. 4, the alternative to Fig. 3 is shown, namely a starting operation of a pump in which the suction pressure p _s less than the atmospheric pressure p _atm. A pressure difference p _atm -p _s acting on the shaft sealing surface A _D moves the impeller 2 towards the pump inlet side, the surfaces delimiting the first control gap 13 reducing the control gap. The dimensions within the pump are chosen so that the throttle gap 17 is only minimally opened. A state in which the throttle gap 17 is closed but the control gap 13 is still minimally open is to be avoided. The gap reduction causes an increase in pressure in the suction-side wheel side space and counteracts the impeller movement.

Beim Anfahren der Pumpe stellt sich aufgrund der Verbindungen 15.1-15.3 im Raum 15 ein Druck p₁ ein. Wegen der großen Drosselwirkung von Regelspalt 13 und Drosselspalt 17 ist der Druck p₁ annähernd so groß, wie der Pumpenenddruck. Für den Regelspalt 13 gilt daher die Bedingungen:When starting the pump, a pressure p 1 is established in room 15 due to the connections 15.1-15.3 . Because of the large throttling effect of regulating gap 13 and throttling gap 17 , the pressure p 1 is approximately as large as the final pump pressure. The following applies to control gap 13 :

A₁ _* (p₁ - p₃′) < A₃ _* (p₃′ - p₅) + A_D _* (p_atm - p_s)A₁ _* (p₁ - p₃ ′) <A₃ _* (p₃ ′ - p₅) + A _D _* (p _atm - p _s )

Daraus ergibt sich eine Kraftwirkung, die das Laufrad zur Wellendichtung 4 hin bewegt und den ersten Regelspalt 13 sowie den Drosselspalt 17 öffnet und den zweiten Regelspalt 9 verkleinert bzw. schließt.This results in a force effect that moves the impeller toward the shaft seal 4 and opens the first control gap 13 and the throttle gap 17 and reduces or closes the second control gap 9 .

Für solche Betriebszustände, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind, ist es vorteilhaft, die die Regelspalte begrenzenden Flächen als Axiallagerflächen zu gestalten. Dies sowohl hinsichtlich der Form und/oder der Materialien. Denn damit wird eine Beschädigung der Regelspalte bei einer während des Anlaufvorganges erfolgenden Berührung verhindert. Beim Abschalten der Pumpe ergeben sich Auslaufvorgänge, die sich analog zu den Anfahrvorgängen verhalten.For such operating states, as shown in FIGS. 3 and 4, it is advantageous to design the surfaces delimiting the control gaps as axial bearing surfaces. Both in terms of shape and / or materials. This prevents damage to the control column when touching during the start-up process. When the pump is switched off there are stopping processes that behave in the same way as the start-up processes.

In Fig. 5 ist ein normaler Betriebszustand dargestellt. Bei sich ändernden Betriebszuständen bewirkt eine Veränderung der axialen Laufradposition sofort eine Veränderung in der Weite der Regelspalte 9 und 13. Die Weite der Regelspalte 9, 13 ändert sich zueinander in entgegengesetzter oder reziproker Weise. Die Veränderung von deren Drosselwirkung hat unmittelbaren Einfluß auf die Kraftwirkung der Flächen A_D-A₃, so daß sich ein Regeleffekt einstellt. Dieser unterliegt der Bedingung:In Fig. 5 a normal operating condition is shown. When the operating conditions change, a change in the axial impeller position immediately causes a change in the width of the control gaps 9 and 13 . The width of the control column 9 , 13 changes in opposite or reciprocal manner. The change in their throttling effect has a direct influence on the force of the surfaces A _D -A₃, so that a control effect occurs. This is subject to the condition:

A₁ _* (p₁ - p₃′) + A_D _* (p_s - p_atm) = A₂ _* (p₃ - p_s) + (A₃ - A₂) _* (p₂ - p_s)A₁ _* (p₁ - p₃ ′) + A _D _* (p _s - p _atm ) = A₂ _* (p₃ - p _s ) + (A₃ - A₂) _* (p₂ - p _s )

Aufgrund dieser Bedingung ergibt sich für das Laufrad ein Kräftegleichgewicht und es läuft berührungsfrei. Jede Veränderung auf der einen Seite hat eine ausgleichende Gegenreaktion auf der anderen Seite zur Folge. Because of this condition, there is a for the impeller Balance of forces and it runs without contact. Each Change on the one hand has a balancing effect Backlash on the other side.

Für die Spalte 9, 13 wurde der Begriff "Regelspalte" verwendet, weil damit eine Druckregelung bewirkt wird. Diese Druckregelung bewirkt eine Wegsteuerung des rotierende Teiles. In Abhängigkeit vom Betrachtungsstandpunkt wäre auch der Begriff "Steuerspalt" verwendbar.The term "control column" was used for columns 9 , 13 , because this causes pressure control. This pressure control causes the rotating part to be displaced. Depending on the point of view, the term "tax gap" could also be used.

Die Fig. 6 zeigt die Verwendung der Einrichtung an einem Pumpenlaufrad 2 mit in das Pumpengehäuse 1 integriertem Scheibenmotor. Dessen scheibenförmiger Rotor 21 ist an der druckseitigen Laufraddeckscheibe 11 angeordnet. Gegenüber liegt ein im Pumpengehäuse befindlicher scheibenförmiger Stator 22. Am Laufrad 2 ist im Bereich des Austrittsdurchmessers 24 auf der Druckseite ein Ansatz 23 angeordnet, der mit dem Gehäuse 1 einen radial durchströmten ersten Regelspalt 13.2 bildet. Je nach konstruktivem Aufbau kann die Durchströmrichtung radial nach außen oder radial nach innen zur Drehachse hin erfolgen. Ein hier im Gehäuse 1 befestigter Einsatz 25 läßt aufgrund seiner Materialwahl in Ausnahmefällen ein Anlaufen der den Spalt 13.2 begrenzenden Flächen zu, ohne daß damit ein Schaden eintritt. Das Medium strömt durch den Spalt zwischen scheibenförmigem Stator 22 und Rotor 21 des Elektromotors und fließt durch den zweiten Regelspalt 9 und die Axialschub ausgleichsöffnungen 18 zurück zum Eintrittsbereich des Laufrades. Ein druckseitiges Lager 7 für das Laufrad 2 ist hier dem zweiten Regelspalt 9 vorangestellt. Die saugseitige Laufradlagerung entspricht im Prinzip der Lagerung von Fig. 2. Fig. 6 illustrates the use of the device to a pump impeller 2 with integrated into the pump housing 1 disc motor. Its disk-shaped rotor 21 is arranged on the pressure-side impeller cover disk 11 . Opposite is a disk-shaped stator 22 located in the pump housing. On the impeller 2 in the area of the outlet diameter 24 on the pressure side there is an extension 23 which forms a radially flowed first control gap 13.2 with the housing 1 . Depending on the design, the flow direction can be radially outwards or radially inwards towards the axis of rotation. An insert 25 fastened here in the housing 1 allows the surfaces delimiting the gap 13.2 to tarnish in exceptional cases due to its choice of material, without causing damage. The medium flows through the gap between the disc-shaped stator 22 and rotor 21 of the electric motor and flows through the second control gap 9 and the axial thrust compensation openings 18 back to the entry region of the impeller. A pressure-side bearing 7 for the impeller 2 is preceded by the second control gap 9 . The impeller bearing on the suction side corresponds in principle to the bearing of FIG. 2.

Die Ausführungsform der Fig. 7 zeigt einen innerhalb des Pumpengehäuses 1 angeordneten Elektromotor mit zylinderförmigem Stator 26 und Rotor 27, der auf einem verlängerten saugseitigen Laufradhals 5 angeordnet ist. Das Laufrad 2 ist hier als halbaxiales Laufrad ausgebildet. Die Lagerung des Laufrades erfolgt im druckseitigen Lager 7 und dem saugseitigen Lager 14. Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren ist hier das Laufrad 2 mit Hilfe eines Wellenzapfens 28 im Lager 7 gelagert. The embodiment of FIG. 7 shows an electric motor with a cylindrical stator 26 and rotor 27 arranged inside the pump housing 1, which is arranged on an elongated impeller neck 5 on the suction side. The impeller 2 is designed here as a semi-axial impeller. The impeller is mounted in the pressure-side bearing 7 and the suction-side bearing 14 . In contrast to the previous figures, the impeller 2 is supported in the bearing 7 by means of a shaft journal 28 .

Ein im Gehäuse 1 angeordneter Leitradeinsatz 29 enthält die druckseitige Lagerung sowie Einsätze für die druckseitig angeordneten Regelspalte 13.2 und 9. Die in den Fig. 6 und 7 verwendeten Regelspalte weisen eine Anordnung auf, wonach ein Öffnen des einen Regelspaltes ein Schließen des anderen Regelspaltes zur Folge hat. Dieses reziproke Spaltverhalten ermöglicht einen zuverlässigen Ausgleich des Axialschubes.A stator wheel insert 29 arranged in the housing 1 contains the pressure-side mounting and inserts for the control gaps 13.2 and 9 arranged on the pressure side. The control gaps used in FIGS . 6 and 7 have an arrangement according to which opening one control gap results in closing the other control gap. This reciprocal gap behavior enables a reliable compensation of the axial thrust.

BezugszeichenlisteReference list

p₁ annähernder Pumpenenddruck
p₂ annähernder Saugdruck
p₃ druckseitiger Radseitenraumdruck vor dem Regelspalt
p₃′ druckseitiger Radseitenraumdruck
p_s Saugdruck
A₁ Ausgleichsfläche zwischen Laufrad-Saugmundlager und saugseitigem Regelspalt
A₂ Ausgleichsfläche zwischen saugseitigem Radiallager und druckseitigem Regelspalt
A₃ Ausgleichsfläche zwischen saugseitigem Radiallager und Wellendichtdurchmesser
A_D Wellenabdichtungsflächep₁ approximate pump end pressure
p₂ approximate suction pressure
p₃ pressure-side wheel side space pressure before the control gap
p₃ ′ pressure side wheel side space pressure
p _s suction pressure
A₁ compensation area between the impeller suction mouth bearing and the suction-side control gap
A₂ compensation area between the suction-side radial bearing and the pressure-side control gap
A₃ compensation surface between the suction-side radial bearing and shaft seal diameter
A _D shaft sealing surface

Claims

l. Centrifugal pump, the impeller of which is mounted in a pump housing and is provided with a device for axial thrust compensation, characterized in that a first radially flowed control gap ( 13.1 ) is arranged in the suction-side impeller area between the impeller outlet and the suction-side radial bearing ( 6 ), that in the pressure-side impeller area an opposite the second regulating gap ( 13.1 ) with a smaller diameter and a second radially flowed regulating gap ( 9 ) is arranged in such a way that the final pressure of the pump is present in the space ( 15 ) between the first regulating gap ( 13 ) and the suction-side radial bearing ( 6 ) and that a second regulating gap ( 9 ) downstream space is connected to the entry area of the impeller ( 2 ).

2. Centrifugal pump, the impeller of which is mounted in a pump housing at least in the area of a suction-side impeller gap and is provided with a device for axial thrust compensation, characterized in that a first radially flowed control gap ( 13.2 ) is arranged in the impeller area at the impeller outlet, that in the pressure-side Impeller area is arranged a second radially flowed control gap ( 9 ) with a smaller diameter than the first control gap ( 13.2 ) and that a space downstream of the second control gap ( 9 ) is connected to the entry area of the impeller ( 2 ) ( 2 ), and that the width of the control column ( 9 , 13.2 ) can be changed opposite to each other.

3. Centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that at least one axially flowed throttle gap ( 17 ) is arranged between the housing ( 1 ) and a suction side end of the impeller ( 2 ).

4. Centrifugal pump according to claim 1 or 2, characterized in that the control gaps ( 9 , 13 , 13.2 ) delimiting surfaces are designed as axial bearing surfaces.

5. Centrifugal pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of radially flowed control gaps ( 9 , 13 , 13.2 ) are arranged on the suction side of the impeller ( 2 ).

6. Centrifugal pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that throttle gaps are arranged on both sides of the impeller ( 2 ).

7. Centrifugal pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that connections ( 15.1-15.3 ) transmit the pump end pressure to an annular surface A₁ between the suction-side control gap ( 13 ) and the suction-side radial bearing gap ( 14 ).

8. Centrifugal pump according to claim 7, characterized in that a rotor part ( 21 , 27 ) of an electric drive motor is arranged on the impeller ( 2 ), the stator part ( 22 , 26 ) being arranged within the centrifugal pump housing.

9. Centrifugal pump according to claim 8, characterized in that the drive motor is arranged on the suction or pressure side of the impeller ( 2 ).