DE202006007672U1

DE202006007672U1 - Kreiselpumpe, insbesondere Spiralgehäuse-Kreiselpumpe mit Dichtsystem

Info

Publication number: DE202006007672U1
Application number: DE202006007672U
Authority: DE
Original assignee: Allweiler AG
Current assignee: Allweiler GmbH
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-05-13
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2016-05-14

Abstract

Kreiselpumpe (11, 11'), insbesondere Spiral-Gehäuse-Kreiselpumpe, mit einem eine Saugseite (15) und eine Druckseite (17) sowie einen Förderweg (19) und ein im Gehäuse (13) drehbares mit Spiel gehaltenes Laufrad (14) aufweisendem Gehäuse (13), zur Förderung eines flüssigen Mediums von der Saugseite (15) zur Druckseite (17) über den Förderweg (19), wobei das Spiel mittels eines Dichtspalts (18) zwischen Laufrad (14) und Gehäuse (13) zur Verfügung gestellt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich des Dichtspalts (18) ein System (21, 21') angeordnet ist, das eine fest am Laufrad (14) angeordnete Anlaufscheibe (23, 23', 23'') und einen an der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') anliegenden Gleitring (25, 25', 25'', 25''') aufweist, wobei der Gleitring (25, 25', 25'', 25''') im Betriebszustand gegen die Anlaufscheibe (23, 23', 23'') gedrückt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, insbesondere eine Spiralgehäuse-Kreiselpumpe, mit einem eine Saugseite und eine Druckseite sowie einen Förderweg und ein im Gehäuse drehbares und mit Spiel gehaltenes Laufrad aufweisendem Gehäuse, zur Förderung eines flüssigen Mediums von der Saugseite zur Druckseite über den Förderweg, wobei das Spiel mittels eines Dichtspalts zwischen Laufrad und Gehäuse zur Verfügung gestellt ist.
Eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art ist beispielsweise in DE 202 00 857 U1 beschrieben.
Im Pumpenbau ist üblicherweise ein enger Spalt – ein sogenannter Dichtspalt – zwischen Laufrad und stationärem Gehäuseelement vorgesehen, um den Rückfluss eines flüssigen Mediums vom Laufradaustritt – also der Druckseite – zum Laufradeintritt – also der Saugseite – zu begrenzen. Dennoch verbleibt ein Leckagestrom durch den Dichtspalt, welcher den Wirkungsgrad der Pumpe in der Regel um den prozentualen Anteil des Leckagestroms zum Förderstrom reduziert. Infolge der Druckdifferenz zwischen Druckseite und Saugseite des Gehäuses stellt sich über den Dichtspalt ein axialer Durchfluss mit bestimmter Geschwindigkeit ein, der vorgenannt als Leckagestrom bezeichnet ist. Weitere nachteilige Konsequenzen eines Leckagestroms bestehen darin, dass die Zuströmung zum Laufrad nachteilig beeinflusst wird bzw, gestört wird.
Deshalb haben sich je nach Art des zu fördernden flüssigen Mediums und in Abhängigkeit vom abzudichtenden Druckunterschied zwischen Druckseite und Saugseite sowie maximaler zulässiger Leckage und konstruktiven Gegebenheiten verschiedene Dichtspaltformen etabliert. Einen Überblick liefert das Buch von J. F. Gülich "Kreiselpumpen – Ein Handbuch für Entwicklung, Anlagenplanung und Betrieb" im Kapitel 3.6.2. auf Seiten 73 bis 78, erschienen im Springer Verlag.
Es hat sich gezeigt, dass ein Dichtspalt zur Reduzierung eines Leckagestromes nicht beliebig eng gemacht werden kann. Beispielsweise können auf das Laufrad erhebliche Kräfte in radialer Richtung wirken, die es erforderlich machen, dass zwischen Laufrad und Gehäuse einer Kreiselpumpe ein ausreichendes Spiel besteht. Dies können beispielsweise hydraulische Kräfte sein oder vor allem Kräfte im Teillast- oder Überlastbetrieb, gegebenenfalls auch in einem transienten Betriebsbereich. Würde in solchen Fällen ein Dichtspalt zu eng sein, könnte dies zur Beschädigung des Gehäuses bzw. des Laufrades durch Abrieb führen. Umgekehrt ist davon auszugehen, dass aufgrund hydraulischer oder anderer Kräfte sich im Verlaufe einer Betriebszeit ein ursprünglich engerer Dichtspalt vergrößert und nach gewisser Zeit der Wirkungsgrad einer Pumpe durch einen inakzeptabel hohen Leckagestrom so weit herabgesetzt ist, dass eine Reparatur bzw. ein Austausch des Laufrades oder eines Gehäuseteils notwendig wird.
Wünschenswert wäre eine Kreiselpumpe mit einem auch über eine längere Betriebszeit hinaus gleichmäßig hohen Wirkungsgrad.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Kreiselpumpe anzugeben, bei welcher ein Laufrad mit ausreichendem Spiel gegenüber dem Gehäuse gehalten ist und dennoch ein Dichtspalt, insbesondere auch bei längerer Betriebszeit der Pumpe, einen ausreichend reduzierten Leckagestrom aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sowie beanspruchbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe der eingangs genannten Art gelöst, bei der im Bereich des Dichtspalts ein System angeordnet ist, das eine fest am Laufrad angeordnete Anlaufscheibe und einen an der Anlaufscheibe anliegenden Gleitring aufweist, der derart angeordnet ist, dass er im Betriebszustand gegen die Anlaufscheibe gedrückt ist.
Ganz allgemein wird ein Dichtspalt aus einem äußeren, stationären Ring – vorliegend als Gehäuse bezeichnet – und einem rotierenden Innenzylinder – vorliegend als Laufrad bezeichnet – gebildet, wobei die Spaltweite des Dichtspalts klein gegen den Radius des Rotationskörpers – also vorliegend dem Laufraddurchmesser – ist. Der Gleitring liegt vorzugsweise lose an der Anlaufscheibe an und wird bei Betrieb der Pumpe infolge einer Druckbeaufschlagung gegen die Anlaufscheibe gedrückt.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass durch das genannte System ein dem Dichtspalt üblicherweise zuzuordnender Leckagestrom praktisch unterbunden werden kann, so dass die gemäß dem vorliegenden Konzept zur Verfügung gestellte Kreiselpumpe sich als praktisch leckagefrei betreffend den Dichtspalt erweist. Die Erfindung hat erkannt, dass eine fest am Laufrad angeordnete Anlaufscheibe das Laufrad zunächst gegen Abrieb schützen kann. Die Anlaufscheibe kann dazu aus entsprechend widerstandsfähigem Material gefertigt sein. Der lose an der Anlaufscheibe anliegende Gleitring vervollständigt das genannte System auf hinreichend flexible Weise, so dass selbst bei auftretenden großen hydraulischen Kräften ein ausreichendes Spiel zwischen Gehäuse und Laufrad vorhanden ist. Andererseits ist der Gleitring derart angeordnet, dass er durch den zwischen Druckseite und Saugseite bestehenden Druckunter schied gegen die Anlaufscheibe gedrückt wird. Der ursprüngliche Dichtspalt wird somit durch den unter Druck an der Anlaufscheibe lose anliegenden Gleitring praktisch geschlossen, so dass allenfalls ein zu vernachlässigender Leckagestrom verbleibt.
Die gemäß dem folgenden Konzept zur Verfügung gestellte Kreiselpumpe ist somit praktisch leckagefrei betreffend den Dichtspalt.
Das beschriebene System ist abzugrenzen gegen eine übliche Dichtung, da der Gleitring – wenn auch unter Druck – lediglich lose an der Anlaufscheibe anliegt. Des weiteren ist das vorliegende System auch abzugrenzen gegen eine Lagerung, da bei einer Verschiebung des Systems, beispielsweise infolge von hydraulischen Kräften, keine bedeutende, auf das Laufrad wirkende Rückstellkraft ausgeübt wird. Die Erfindung hat erkannt, dass bei einer geeigneten Anordnung des Systems im Bereich des Dichtspalts, der Gleitring durch den zwischen Druckseite und Saugseite bestehenden Druckunterschied an die Anlaufscheibe gedrückt wird. Ein Leckagestrom über den Dichtspalt wird selbst bei geänderten Betriebsbedingungen bis auf eine praktisch zu vernachlässigende Restleckage eingeschränkt, da das Anliege- und Andruckverhalten sich den geänderten Betriebsbedingungen anpasst. So steigt beispielsweise mit steigendem Druckunterschied zwischen Druckseite und Saugseite auch die Andruckkraft, welche den Gleitring gegen die Anlaufscheibe drückt. Im Unterschied zu dem Verhalten von Leckageströmen bei üblichen Kreiselpumpen wird gemäß dem vorliegenden Konzept dem Ansteigen eines Leckagestromes bei einem höheren Druckunterschied entgegengewirkt.
Unter anderem ergeben sich die folgenden Vorteile des vorliegenden Konzeptes.
Aufgrund des praktisch zu vernachlässigenden Leckagestromes treten so gut wie keine Wirkungsgradeinbußen durch volumetrische Verluste über den Dichtspalt auf. Die vorliegende Kreiselpumpe weist auch bei längerer Laufzeit einen gleichmäßig hohen Gesamtwirkungsgrad auf, da das System weitgehend resistent gegen Abrieb gefertigt werden kann. Aufgrund eines zu vernachlässigenden Restleckagestroms tritt des weiteren so gut wie keine Störung der Zuströmung vor dem Laufrad auf. Aufgrund des flexibel sich selbst justierenden Systems gemäß dem vorliegenden Konzept sind relativ niedrige Anforderungen an eine axiale und/oder radiale Fertigungstoleranz für die Kreiselpumpe gestellt. Das System stellt sich, wie erläutert, je nach Druckverhältnissen radial und axial im Wesentlichen selbst nach. Selbst in dem Falle, dass sich eine Welle des Laufrades infolge hoher Radialkräfte durchbiegen würde, würde im Unterschied zu herkömmlichen Axialspalten das Laufrad durch die Anlaufscheibe geschützt werden. Im übrigen können sogar stärkere Wellendurchbiegungen zugelassen werden, was mitunter zu dünneren und damit kostengünstigeren Wellen führt. Dies hat sich vor allem im Bereich von verhältnismäßig weit über die Lagerung hinaus überhängenden Wellen als vorteilhaft erwiesen, beispielsweise im Falle von doppelflutigen Pumpen. Diese haben auf Grund von ungünstigen Hebelverhältnissen eine vergleichsweise große Durchbiegung am Laufrad. Gemäß dem oben erläuterten Konzept kann dennoch ein vergleichsweise geringer Restleckagestrom erreicht werden.
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, die im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten angeben, die das erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile realisieren.
Vorzugsweise ist der Dichtspalt zwischen einer Deckscheibe des Laufrades und einer Innenseite des Gehäuses gebildet. Je nach Bedarf lassen sich durch die relative Anordnung von Deckscheibe und Innenseite des Gehäuses unterschiedliche Ausbildungen eines Dichtspaltes zur Verfügung stellen, die sich je nach Pumpenart als vorteilhaft erweisen können.
Vorzugsweise ist der Dichtspalt in Form eines ringförmigen Radial- oder Axialspaltes gebildet. Im Prinzip sind auch andere Spaltformen möglich. Ähnlich wie der Radialspalt hat auch der Schrägspalt aufgrund einer Pumpwirkung eine bessere Abdichtung von außen nach innen, allerdings wird die Spaltweite aufgrund von Wärmeausdehnungen und axialem Spiel stärker von Fertigungstoleranzen beeinflusst als bei einem axialen Spalt. Darüber hinaus sind gestufte, gerillte, Zförmige und Mehrfachspalte mit einer besseren Dichtwirkung, jedoch höheren fertigungstechnischen Aufwänden, möglich. Der axiale Spalt erfordert einen vergleichsweise geringen Fertigungsaufwand. Außerdem erlaubt ein Axialspalt ein geringfügiges axiales Spiel und setzt keine hohen Anforderungen an axiale Toleranzen. Unabhängig von der Form des Dichtspaltes lässt sich durch die Anordnung des Systems gemäß dem oben erläuterten Konzept ein Leckagestrom praktisch bis auf eine zu vernachlässigende Restleckage begrenzen.
Hinsichtlich der Konstruktion hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Dichtspalt in einen druckseitigen Ringraum mündet. Das System lässt sich insbesondere im Bereich der Mündung zwischen Dichtspalt und Ringraum vorteilhaft anordnen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Ringraum mittels einer Hinterschneidung des Gehäuses gebildet, insbesondere mittels einer Hinterschneidung eines saugseitigen Gehäusestutzens. Dies hat den Vorteil, dass das System gemäß dem erläuterten Konzept auch durch Nachbesserungen und im Rahmen von Reparaturmaßnahmen an vorhandenen Pumpen mit relativ geringem Aufwand angebracht werden kann.
Bevorzugt kann der Ringraum in Form einer Nut in einer innenliegenden Stirnseite des Gehäusestutzens gebildet sein. Alternativ kann der Ringraum auch zwischen einem saugseiti gen Gehäusestutzen und einer Gehäusezarge gebildet sein. Je nach Konstruktionsvorgabe lässt sich ein Ringraum auch auf andere Weise zur Verfügung stellen.
Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, dass der Ringraum mit einem Laufradseitenraum verbunden ist und insbesondere ist der aus Ring- und Laufradseitenraum gebildete Gesamtraum im Wesentlichen zur Saugseite hin orientiert. Mit anderen Worten, an den Ringraum schließt sich ein bevorzugt länglicher an der Laufradaußenseite verlaufender Raum an. Auf diese Weise lassen sich besonders günstig definierte Druckverhältnisse im Ringraum zur Verfügung stellen – zum anderen ist der Ringraum vergleichsweise gut geschützt gegen Außenwirkungen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Gleitring ein Dichtmittel aufweist, insbesondere ein Dichtmittel in Form einer Ringdichtung – beispielsweise einen O-Ring. Zweckmäßigerweise ist das Dichtmittel zwischen dem Gleitring und einer Innenfläche des Ringraums am Gehäuse, z.B. an einer Hinterschneidung des Gehäuses, angeordnet. Desweiteren wird das Dichtmittel zweckmäßigerweise so angeordnet, dass dieses ein Verkanten des Gleitrings im Ringraum 29 verhindert. Das Dichtmittel erhöht die Dichtwirkung des Gleitrings zwischen Gehäuse und dem Gleitring.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung weist der Gleitring einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Ein solcher Gleitring lässt sich besonders einfach herstellen.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung weist der Gleitring einen im Wesentlichen L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt auf. Insbesondere ein L-förmiger Querschnitt hat sich für die Anordnung in einem Radialspalt als vorteilhaft erwiesen. Zweckmäßigerweise ist ein Schenkel des L-förmigen oder U-förmigen Querschnitts flächig der Anlaufscheibe zugewandt. Ein anderer Schenkel des L-förmigen Querschnitts ist vorteilhaft flächig einer Innenseite des Gehäuses zugewandt. Vorzugsweise trägt der andere Schenkel des L-förmigen Querschnitts das Dichtmittel. Der U-förmige Querschnitt entsteht im Prinzip durch Einbringen einer Nut in einen rechteckigen Querschnitt zur Aufnahme des Dichtmittels. D. h., das Dichtmittel ist bei einem U-förmigen Querschnitt zwischen den Schenkeln angeordnet. Der U-förmige Querschnitt ist vorteilhaft mit seinem offenen Ende/Dichtmittel der Innenseite des Gehäuses zugewandt. Ein der Anlaufscheibe zugewandter Schenkel des L-förmigen oder U-förmigen Querschnitts kann als Reibfläche im Hinblick auf die Anlaufscheibe besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Vorzugsweise ist die einer Reibfläche der Anlaufscheibe zugewandte Fläche des Gleitringes gleich der Reibfläche oder größer als diese. Durch eine vergrößerte Fläche am Gleitring ist eine Andruckkraft infolge des Druckunterschieds zwischen Druckseite und Saugseite selbst bei hohen Druckdifferenzen derart reduziert, dass bei normalem Pumpenbetrieb ein hydrodynamisches Gleiten zwischen Anlaufscheibe und Gleitring stets gewährleistet ist – mit anderen Worten, die an der Reibfläche der Anlaufscheibe anliegende Fläche des Gleitringes lässt sich je nach Kennlinie der Kreiselpumpe zweckmäßig auslegen. Dadurch wird der Verschleiß und die an den Reib- bzw. Gleitflächen zwischen der Anlaufscheibe und dem Gleitring entstehenden Reibungsverluste reduziert. Vorzugsweise weist der Gleitring dazu einen unsymmetrischen U-förmigen Querschnitt auf. Der längere Schenkel des unsymmetrischen U-förmigen Querschnitts ist zur Anlage an der Anlaufscheibe vorgesehen. Die Fläche kann vorteilhaft in Form einer einen Schenkel des U-förmigen Profils fortsetzenden Lippe gebildet sein.
Zum Erreichen höherer Andruckkräfte oder um einen Gleitring möglichst einfach auszugestalten, ist es auch möglich, die einer Reibfläche der Anlaufscheibe zugewandte Fläche des Gleitringes kleiner oder gleich der Reibfläche auszubilden, beispielsweise indem der Gleitring einen symmetrischen Uförmigen Querschnitt aufweist.
Um dennoch auftretende Reibung zwischen Gleitring und Anlaufscheibe möglichst gering zu halten, kann das System einen Durchlass oder mehrere Durchlässe im Gleitring oder der Anlaufscheibe aufweisen, um Schmiermittel, insbesondere das zu fördernde flüssige Fluid als Schmiermittel zwischen die Reibflächen der Anlaufscheibe und des Gleitringes zu führen.
Vorzugsweise weist der Gleitring im Querschnitt einen oder mehrere axial verlaufenden Durchlass auf, beispielsweise jeweils in Form einer Bohrung. Ein axial verlaufender Durchlass kann auch in der Anlaufscheibe vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich weist die Anlaufscheibe eine Nut oder mehrere Nuten auf. Insbesondere hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine schräg zur Radialrichtung verlaufende Nut vorzusehen. Vorteilhaft kann sich eine Nuttiefe von einer inneren Kante der Anlaufscheibe in Richtung der äußeren Kante der Anlaufscheibe verringern. Gegebenenfalls kann eine solche Nut auch im Gleitring vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend, im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung wo zu Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
1: einen Teillängsschnitt durch eine Kreiselpumpe entlang einer Laufradachse gemäß dem Stand der Technik;
2: einen der 1 in etwa entsprechenden Teillängsschnitt einer Kreiselpumpe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3: einen das System aus Anlaufscheibe und Gleitring zeigenden vergrößerten Ausschnitt der 2;
4: eine schematische Darstellung des vergrößerten Ausschnitts einer Kreiselpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Variante des Systems;
5: eine schematische Darstellung des vergrößerten Ausschnitts einer Kreiselpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer zweiten Variante des Systems;
6: eine Querschnittsdarstellung der Anlaufscheibe (Ansicht A), eine erste Variante eines Gleitringes mit unsymmetrischem U-förmigem Querschnitt (Ansicht B) und eine zweite Variante (Ansicht C) eines Gleitringes mit symmetrischem U-förmigem Querschnitt gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung;
7: eine Aufsicht auf eine Reibfläche einer Anlaufscheibe mit schräg zur Radialrichtung verlaufenden Nuten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8: eine perspektivische Darstellung einer Anlaufscheibe und zweier Varianten eines Gleitringes gemäß den Ansichten A, B, C der 6.
1 zeigt eine Spiralgehäuse-Kreiselpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Diese hat ein Gehäuse 3 mit einer Saugseite 5 und einer Druckseite 7 zur Förderung einer Flüssigkeit über einen Förderweg 9 von der Saugseite 5 zur Druckseite 7. Dabei wird ein auf einer Welle 2 angeordnetes Laufrad 4 mit Spiel im Gehäuse 3 gehalten. Problematisch dabei ist, dass im Bereich 6 das Spiel mittels eines Dichtspaltes 8 zwischen dem Laufrad 4 und dem Gehäuse 3 zur Verfügung gestellt ist. Der Dichtspalt 8 kann einerseits nicht beliebig eng gemacht werden, da sonst aufgrund zu geringen Spiels das Laufrad 4 oder das Gehäuse 3 beschädigt würde. Das Spiel bzw. die Größe des Dichtspaltes 8 hat den das Spiel verursachenden hydraulischen Kräften und anderen Kräften Rechnung zu tragen. Das Spiel bzw. die Dichtspalthöhe ist wie vorliegend in der Regel so zu wählen, dass ein Anstreifen des Laufrades 4 infolge einer Durchbiegung der Welle oder anderer Teile oder infolge von Fertigungstoleranzen vermieden wird. Andererseits reduziert ein durch den Dichtspalt 8 hindurchtretender Leckagestrom – also ein Leckagestrom, der gegenläufig zum Förderweg 9 ist – den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe 1 und beeinflusst in nachteiliger Weise die Zuströmung der zu fördernden Flüssigkeit im saugseitigen Bereich 5 vor dem Laufrad 4. Weil die gesamte an dem Leckagestrom im Laufrad 4 übertragene mechanische Energie – d.h. die Erhöhung des statischen Druckes und die kinetische Energie – im Dichtspalt 8 abgedrosselt und somit in Wärme umgewandelt wird, bedeutet ein auf den Förderstrom bezogener prozentualer Anteil eines Leckagestroms eine Reduzierung des Wirkungsgrades um den gleichen Betrag.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Kreiselpumpe 11 gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung. Diese weist ein Gehäuse 13 mit einer Saugseite 15 und einer Druckseite 17 sowie mit einem Förderweg 19 auf. Das Laufrad 14 ist auf einer Welle 12 drehbar im Gehäuse 13 und im Bereich 16 mit Spiel gehalten. Dabei ist das Spiel in einer im Vergleich zum Stand der Technik überlegenen Weise mittels eines Dichtspaltes 18 zwischen dem Laufrad 14 und dem Gehäuse 13 zur Verfügung gestellt. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist nämlich im Bereich 16 des Dichtspaltes 18 ein System 21 angeordnet, das eine fest am Laufrad angebrachte, in 3 näher gezeigte Anlaufscheibe 23 und ein an der Anlaufscheibe lose, aber bei Betrieb der Pumpe 11 unter Druck anliegender Gleitring 25 aufweist, der ebenfalls in 3 näher erläutert ist. Dabei wird der Gleitring 25 bei Betrieb der Pumpe 11 aufgrund der Druckdifferenz ΔP = P_D – P_S zwischen Druckseite und Saugseite gegen die Anlaufscheibe 23 gedrückt.
3 zeigt den Bereich 16 in einer vergrößerten Abbildung. Das System 21 ist durch die fest am Laufrad 14 angeordnete Anlaufscheibe 23 sowie den an der Anlaufscheibe 23 lose anliegenden aber gegen die Anlaufscheibe 23 gedrückten Gleitring 25 gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Dichtspalt 18 zwischen einer Deckscheibe 27 des Laufrades 14 und einer Innenseite 29 des Gehäuses 13 gebildet. Der Dichtspalt 18 ist vorliegend in Form eines ringförmigen Radialspaltes gebildet. Insbesondere mündet der Dichtspalt 18 in einen druckseitigen Ringraum 29, wobei das System 21 in der Mündung zwischen Dichtspalt 18 und Ringraum 29 angeordnet ist. Auf den Gleitring 25 wirkt eine Druckdifferenz P, die im wesentlichen von oben genannter Druckdifferenz ΔP hervorgerufen ist.
Wie aus 4 noch deutlicher ersichtlich ist, ist der Ringraum 29 mittels einer Hinterschneidung 31 eines saugseitigen Gehäusestutzens 33 gebildet. Der Ringraum 29 ist als Nut in einer innenliegenden Stirnseite 35 des Gehäuse stutzens 33 ausgebildet. Der Dicht- oder Ringspalt 18 wird vorliegend zwischen der Stirnseite 35 und der Deckscheibe 27 in Form eines Radialspaltes gebildet. In 4 ist des weiteren näher gezeigt, dass der Ringraum 29 mit einem Laufradseitenraum 37 verbunden und zur Saugseite 15 hin orientiert ist.
Es wird eine zwischen dem Druck P_RR im Ringraum 29 und dem mittleren Druck P_DS im Dichtspalt 18 bestehende Druckdifferenz P = P_RR – PDS wirksam, und drückt den an der Anlaufscheibe 23 lose anliegenden Gleitring 25 gegen diese Anlaufscheibe 23. Mit anderen Worten, die Druckdifferenz ΔP drückt den Gleitring 25 und die Anlaufscheibe 23 im Bereich der Mündung zwischen Ringspalt 18 und Ringraum 29 derart aneinander, dass ein Leckagestrom praktisch unterbunden ist. Von erheblichem Vorteil ist dabei, dass unabhängig vom Verhalten der Drücke P_S und P_D bei steigender Druckdifferenz ΔP auch die Andruckkraft steigt, so dass einem potentiell steigenden Leckagestrom durch eine Erhöhung der Andruckkraft auf den Gleitring stärker entgegengetreten wird.
Das vorliegende Konzept verringert den bei üblichen Kreiselpumpen 1 nach 1 über einen Dichtspalt 8 vorhandenen Leckagestrom. Unabhängig vom Betriebszustand der Kreiselpumpe 11 erfolgt die Verringerung auf ein praktisch zu vernachlässigendes Maß. Dabei berücksichtigt das Konzept der Erfindung, dass dennoch ein ausreichendes Spiel, d.h. ein ausreichend großer Dichtspalt 18, zur Verfügung gestellt wird. Das Konzept hat sich deshalb auch als besonders erfolgreich bei doppelflutigen Kreiselpumpen erwiesen. Dort, wie auch zum Teil bei anderen Pumpen, ist der Abstand zwischen einer Laufradlagerung und einer Laufradspitze 41 bei einseitiger Lagerung der Welle 12 vergleichsweise groß. Erhebliche Hebelkräfte können auftreten, und wegen dieser ungünstigen Hebelverhältnisse können relativ große Wellendurchbiegungen auftreten. Ein dementsprechend ausreichend großes Spiel durch einen ausreichend großen Dichtspalt 18 sollte zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist vor liegend die Spalthöhe so groß gewählt, dass ein Anstreifen von Laufrad 14 und Gehäuse 13 weitestgehend vermieden ist. Gemäß dem vorliegenden Konzept kann selbst ein vergleichsweise großer Dichtspalt 18 durch das System 21 unabhängig von den Druckzuständen P_D, P_S bei einer Kreiselpumpe 11 zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist auch wegen des radialen Spalts gemäß dem vorliegenden Konzept die beschriebene Pumpe hinsichtlich ihrer Dichtspaltwirkung unempfindlich gegen radiale und axiale Auslenkungen des Laufrades 14.
Um die Dichtwirkung des Systems 21 gegenüber dem Gehäuse 13, vorliegend den Gehäusestutzen 33, zu erhöhen, ist in den Gleitring 25 auf seiner der Hinterschneidung 31 zugewandten Seite ein O-Ring 39 als Dichtmittel eingelegt. Zudem wird durch entsprechende Vorspannung des Dichtmittels 39 ein Mitdrehen des Gleitringes 25 verhindert. Darüber hinaus kann die der Anlaufscheibe 23 zugewandte Fläche des Gleitrings 25, ebenfalls zur Erhöhung der Dichtwirkung, vorteilhaft behandelt bzw. mit einem geeigneten Material überzogen sein. Der gemäß 2 bis 4 im Querschnitt rechteckförmig ausgebildete Gleitring 25 kann zweckmäßigerweise unterschiedliche in geeigneter Weise behandelte Oberflächen zur Erreichung einer verbesserten Dichtwirkung gegenüber der Hinterschneidung 31 einerseits und dem Anlaufring 23 andererseits aufweisen.
Des weiteren wird durch die Anordnung des Dichtmittels in Form eines O-Rings 39 gemäß 5 erreicht, dass dieser stets zentriert ist und so ein Verkanten des Gleitrings 25' im Ringraum verhindert; in 5 ist schematisch als Abwandlung ein System 21' bei einer nicht näher dargestellten weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Kreiselpumpe 11' gezeigt. Die Kreiselpumpe 11' kann analog zu 2 gebildet sein. Das System 21' weist eine Anlaufscheibe 23' sowie einen im Querschnitt im Wesentlichen L-förmigen Gleitring 25' auf. Im übrigen werden hier die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden 2 bis 4 verwendet.
Der L-förmige Querschnitt des Gleitringes 25' ermöglicht einerseits eine verbesserte Dichtwirkung, beispielsweise durch Anbringung des O-Ringes 39 an einem ersten Schenkel des L-förmigen Querschnitts und andererseits kann eine Dichtfläche 44 zwischen Gleitring 25' und Anlaufscheibe 23' zweckmäßig ausgebildet werden. Die Dichtfläche 44 soll dabei eine ausreichende Dichtwirkung entfalten, andererseits aber auch günstige Gleiteigenschaften haben, um Reibungsverluste gering zu halten. Weitere Beispiele für eine bevorzugte Ausbildung eines Gleitringes 25'', 25''' bzw. einer Anlaufscheibe 23'' sind in den weiteren 6 bis 8 erläutert und können analog wie die Ausführungsbeispiele des Systems 21, 21' bei einer Kreiselpumpe 11 der 2 oder 11' gemäß 5 oder ähnlichen Kreiselpumpen verwendet werden.
6 zeigt in Ansicht A eine Anlaufscheibe 23'' im Querschnitt, welche in perspektivischer Darstellung ebenfalls in Ansicht A in 8 dargestellt ist. Zur Bildung eines Systems aus der Anlaufscheibe 23'' und einem Gleitring haben sich insbesondere die in Ansicht B und C gezeigten Ausführungsformen eines Gleitringes 25'' und 25''' als vorteilhaft erwiesen. Die Gleitringe 25'' und 25''' sind in den Ansichten B und C in 8 perspektivisch dargestellt.
In einer ersten Abwandlung eines Gleitringes 25'' ist ein unsymmetrischer U-förmiger Querschnitt 43 des Gleitringes 25'' vorgesehen. Der Querschnitt 43 stellt eine Nut 45 zur Aufnahme eines Dichtmittels, z.B. des vorerwähnten O-Ringes 39, zur Verfügung. Des weiteren ist der der Anlaufscheibe 23'' zugewandte Schenkel des U-förmigen Querschnitts 43 gegenüber der Reibfläche 48 der Anlaufscheibe 23'' verlängert. Mit anderen Worten, die der Reibfläche 48 der Anlaufscheibe 23'' zugewandte Reibfläche 47 des Gleitringes 25'' ist größer als die Reibfläche 48. Die einander zugewandten Reibflächen 47, 48 bilden die in 5 bezeichnete Dichtfläche 44 zwischen Gleitring 25" und Auslaufscheibe 23''.
Der Gleitring 25'' hat sich insbesondere für solche Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, bei denen relativ hohe Druckdifferenzen bestehen. Dadurch kann eine Andruckkraft zwischen Reibfläche 48 der Anlaufscheibe 23'' sowie der dem Gleitring 25'' zugeordneten Reibfläche 47 dennoch vergleichsweise gering gehalten werden.
Demgegenüber ist in der Ausführungsform eines Gleitringes 25''' die entsprechende Reibfläche 47' vergleichsweise klein gehalten. Mit anderen Worten, der Gleitring 25''' weist einen weitgehend symmetrischen U-förmigen Querschnitt 43' auf. Die der Reibfläche 48 zugewandte Reibfläche 47' des symmetrischen U-förmigen Querschnitts 43' ist kleiner oder gleich der Reibfläche 48 der Anlaufscheibe 23''. Der Gleitring 25''' erweist sich insbesondere für solche Anwendungen als vorteilhaft, bei denen vergleichsweise geringe Druckunterschiede ΔP bestehen.
Beide Ausführungsformen eines Gleitringes 25'', 25''' weisen im Querschnitt 43, 43' Bohrungen 51 auf, die über den Umfang des Gleitringes 25'', 25''' verteilt den Zugang von flüssigem Fluid zwischen in die Dichtfläche 44, d.h. zwischen die Reibfläche 48 und die entsprechende Reibfläche 47, 47' des Gleitringes 25' erlauben. Auf diese Weise wird die Reibung zwischen Anlaufscheibe 23'' sowie Gleitring 25'', 25''' vorteilhaft vermindert, da die entsprechenden Flächen 48, 47, 47' nicht direkt aufeinanderreiben, sondern durch flüssiges Fluid geschmiert werden.
Eine weitere Maßnahme zur Verminderung der Reibung zwischen einer Anlaufscheibe 23, 23', 23'' sowie einem Gleitring 25, 25', 25'', 25''' ist anhand des in 7 in einer Stirnansicht gezeigten Anlaufscheibe 23'' erläutert. Die Anlaufscheibe 23'' weist schräg zur Radialrichtung 53 verlaufende Nuten 55 auf. Diese sind auf einen inneren Umfangsbereich 57 der Anlaufscheibe 23'' begrenzt. Die Nuten 55 können – müssen aber nicht – entlang ihrer Erstreckung eine unterschiedliche Nuttiefe haben. Insbesondere kann die Nuttiefe zur inneren Kante 58 der Anlaufscheibe 23'' hin zunehmen und zur äußeren Kante 59 der Anlaufscheibe 23'' hin abnehmen. Diese Ausbildung von Nuten 55 in einer Anlaufscheibe 23'' führt dazu, dass Fluid, insbesondere Förderfluid, in die Nuten 55 eingetragen wird und somit zwischen der Reibfläche 48 der Anlaufscheibe 23" und der dieser entsprechend gegenüberliegenden Reibfläche 47, 47' eines Gleitringes 25, 25', 25'', 25''' zu liegen kommt. Das Fluid kann je nach sich einstellender Hydrodynamik durch die anhand von 6 erläuterten Durchlässe 51 bei einem Gleitring 25'', 25''' ein- bzw. ausgetragen werden.
Zusammenfassend geht die Erfindung aus von einer Kreiselpumpe, insbesondere einer Spiralgehäuse-Kreiselpumpe 11, 11', aufweisend ein Gehäuse 13 mit einer Saugseite 15 und einer Druckseite 17 sowie einem Förderweg 19 sowie ein im Gehäuse 13 drehbares und mit Spiel gehaltenes Laufrad 14, zur Förderung eines flüssigen Mediums von der Saugseite 15 zur Druckseite 17 über den Förderweg 19, wobei das Spiel mittels eines Dichtspaltes 18 zwischen dem Laufrad 14 und dem Gehäuse 13 zur Verfügung gestellt ist. Solche Dichtspalte 18 begrenzen den Rückfluss vom Laufradaustritt 17 zum Laufradeintritt 15, und gleichzeitig reduziert die Leckage durch den Dichtspalt 18 den Wirkungsgrad der Pumpe 11'. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist vorgesehen, im Bereich des Dichtspalts 18 ein System 21 anzuordnen, das eine fest am Laufrad 14 angeordnete Anlaufscheibe 23, 23', 23'' und ein an der Anlaufscheibe 23, 23', 23'' lose anliegenden Gleitring 25, 25', 25'', 25''' aufweist, wobei bei Betrieb der Pumpe 11' der Gleitring 25, 25', 25'', 25''' gegen die Anlaufscheibe 23, 23', 23'' gedrückt ist.

Claims

Kreiselpumpe (11, 11'), insbesondere Spiral-Gehäuse-Kreiselpumpe, mit einem eine Saugseite (15) und eine Druckseite (17) sowie einen Förderweg (19) und ein im Gehäuse (13) drehbares mit Spiel gehaltenes Laufrad (14) aufweisendem Gehäuse (13), zur Förderung eines flüssigen Mediums von der Saugseite (15) zur Druckseite (17) über den Förderweg (19), wobei das Spiel mittels eines Dichtspalts (18) zwischen Laufrad (14) und Gehäuse (13) zur Verfügung gestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Dichtspalts (18) ein System (21, 21') angeordnet ist, das eine fest am Laufrad (14) angeordnete Anlaufscheibe (23, 23', 23'') und einen an der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') anliegenden Gleitring (25, 25', 25'', 25''') aufweist, wobei der Gleitring (25, 25', 25'', 25''') im Betriebszustand gegen die Anlaufscheibe (23, 23', 23'') gedrückt ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (18) zwischen einer Deckscheibe (27) des Laufrads (14) und einer Innenseite des Gehäuses (13) gebildet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (18) in Form eines ringförmigen Radial- oder Axialspalts gebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (18) in einen druckseitigen Ringraum (29) mündet.
Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das System (21, 21') im Bereich der Mündung zwischen dem Dichtspalt (18) und dem Ringraum (29) angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (29) mittels einer Hinterschneidung (31) des Gehäuses (13), insbesondere eines saugseitigen Gehäusestutzens (33), gebildet ist (4)
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (29) in Form einer Nut (45) in einer innenliegenden Stirnseite (35) des Gehäusestutzens (33) gebildet ist (5).
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (29) zwischen einem saugseitigen Gehäusestutzen (33) und einer Gehäusezarge (34) gebildet ist (3).
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (29) mit einem Laufradseitenraum (37) verbunden und insbesondere der aus Ringraum (29) und Laufradseitenraum (37) gebildete Gesamtraum im Wesentlichen zur Saugseite (15) hin orientiert ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25, 25', 25'', 25'') ein Dichtmittel (39), insbesondere eine Ringdichtung aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (39) zwischen dem Gleitring (25, 25', 25'', 25''') und einer Innenfläche des Ringraums (29) am Gehäuse (13) angeordnet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25) einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25') einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25'', 25''') einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schenkel des L-förmigen oder U-förmigen Querschnitts flächig der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') zugewandt ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Reibfläche (49) der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') zugewandte Fläche (47) des Gleitrings (25") größer oder gleich der Reibfläche (49) ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Reibfläche (49) der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') zugewandte Fläche (47') des Gleitrings (25, 25', 25''') gleich der Reibfläche (49) oder kleiner als diese ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25'') einen unsymmtetrischen U-förmigen Querschnitt (43) aufweist, wobei die der Anlaufscheibe (23, 23', 23'') zugewandte Fläche (47) in Form einer den einen Schenkel des Uförmigen Profils fortsetzenden Lippe gebildet ist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25''') einen symmetrischen U-förmigen Querschnitt (43') aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitring (25'', 25''') im Querschnitt (43, 43') einen axial verlaufenden Durchlass (51) aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Gleitring (25', 25'', 25''') zumindest eine Nut (55) vorgesehen ist, insbesondere eine schräg zur Radialrichtung (53) verlaufende Nut.
Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufscheibe (23'') zumindest eine Nut (55) aufweist, insbesondere eine schräg zur Radialrichtung (53) verlaufende Nut.
Kreiselpumpe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (55) eine sich von einer inneren Kante (58) der Anlaufscheibe (23'') in Richtung der äußeren Kante (59) der Anlaufscheibe (23'') verringernde Nuttiefe aufweist.