DE202013003630U1

DE202013003630U1 - Magnetgekuppelte Pumpenvorrichtung mit hoher Beständigkeit

Info

Publication number: DE202013003630U1
Application number: DE202013003630U
Authority: DE
Original assignee: Klaus Union GmbH and Co KG
Current assignee: Siccast Mineralguss & Co Kg De GmbH; Klaus Union GmbH and Co KG
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-06-06
Anticipated expiration: 2023-04-19

Abstract

Pumpenvorrichtung (1) zur Förderung von korrosiven und/oder abrasiven Medien, mit einem Pumpengehäuse (11) und einer darin angeordneten in einem Lager (3) gelagerten Pumpenwelle (2) und mit einem Pumpenlaufrad (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenvorrichtung (1) mit einer Magnetkupplung (5) ausgebildet ist und dabei das Pumpengehäuse (11) zumindest teilweise aus Mineralguss ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Strömungsmaschinen zur Förderung von Medien, z. B. von Feststoffpartikel enthaltenden Medien, welche abrasiv auf die Strömungsmaschinen wirken. Insbesondere betrifft die Erfindung Kreiselpumpen mit axialem Einlass und radialem Auslass, auch solche Pumpen, welche speziell zur Förderung abrasiver und korrosiver Medien vorgesehen sind.
Auf dem Gebiet der Pumpen zur Förderung von feststoffbeladenen und damit meist auch abrasiven Medien und/oder korrosiver Medien geht es vor allem bei Dauerbetrieb der Pumpen darum, robuste wartungsfreundliche Pumpen mit einer hohen Lebensdauer bereitzustellen. Dabei muss der antriebsseitige Bereich der Pumpe gegenüber dem mit dem zu fördernden Medium in Kontakt stehenden abtriebsseitigen Bereich abgedichtet werden, was z. B. mittels Gleitringdichtungen erfolgen kann. Meist werden für die Komponenten der Pumpen, welche mit den zu fördernden Medien in Kontakt gelangen, metallische Werkstoffe vorgesehen. Diese können durch verschiedenste Verfahren hergestellt und vorgeformt werden, haben sich seit Jahrzehnten bewährt und weisen in vielerlei Hinsicht zufriedenstellende Materialeigenschaften auf. Auch kann durch die Vielzahl unterschiedlicher metallischer Werkstoffe für jeden Spezialfall ein besonders geeigneter Werkstoff gefunden werden. In manchen Fällen hat sich jedoch gezeigt, dass es vorteilhafter ist, die metallischen Werkstoffe durch Mineralguss zu ersetzen. Mineralguss ist eine üblicherweise aus zwei Bestandteilen zusammengesetzte ausgehärtete Materialmischung, deren Eigenschaften durch die Wahl der Bestandteile bzw. deren Gewichtsanteil im Hinblick auf bestimmte Einsatzgebiete definiert werden können. Mineralguss liefert z. B. gute Dämpfungseigenschaften. Mineralguss wird auch Polymerbeton genannt. Es sind z. B. Pumpen zur Förderung korrosiver oder abrasiver Medien bekannt, welche ein Pumpenbauteil aus Mineralguss aufweisen, und bei welchen eine Abdichtung des abtriebsseitigen Bereichs gegenüber dem antriebsseitigen Bereich über eine Gleitringdichtung erfolgt.
Die EP 0 735 948 B1 zeigt die Verwendung von Mineralguss für die Herstellung von Pumpengehäusen oder Pumpenbauteilen, wobei der Mineralguss als aushärtbare Mischung aus einem Bindemittel und einem Füllstoff ausgeführt ist, welche bei einem Unterdruck von 20 bis 80 mbar gemischt und dann in einem ersten Schritt bei mehr als 60°Celsius und in einem zweiten Schritt bei mehr als 120°Celsius ausgehärtet wird.
Auch die DE 10 2010 026 449 A1 zeigt die Verwendung von Mineralguss bei Strömungsmaschinen, speziell bei im Meerwasser angeordneten Turbinengehäusen, insbesondere in Form einer das Turbinengehäuse überziehenden Schicht. Dadurch kann neben einer guten Korrosionsbeständigkeit auch eine Aussteifung des Turbinengehäuses erzielt werden.
Ferner zeigt die DE 20 2005 007 351 U1 ein konisch ausgebildetes Pumpenübergangsstück zur Anordnung zwischen einer Kreiselpumpe und einer Rohrleitung, welches auf einer Innenmantelfläche mit einer Mineralgussschicht zur Verminderung von Abrasion an der Innenmantelfläche vorgesehen ist, wobei das Pumpenübergangsstück eine beträchtliche Größe aufweisen kann, insbesondere eine Höhe im Bereich von zwei Metern und einen Durchmesser im Bereich von 90 bis 140 Zentimetern, und die Mineralgussschicht weist eine Stärke im Bereich von 4 bis 5 cm auf, und wobei die Außenmantelfläche durch eine wesentlich dünnere Schale bzw. einen wesentlich dünneren Mantel aus Stahl gebildet ist.
Aufgabe ist, eine Pumpenvorrichtung bereitzustellen, mit welcher ohne Bedenken besonders abrasive und/oder korrosive Medien gefördert werden können, ohne dass ein antriebsseitiger Bereich der Pumpenvorrichtung auf aufwendige Weise vor Abrasion und/oder Korrosion geschützt werden muss. Auch eine Aufgabe ist, eine Pumpenvorrichtung so auszuführen, dass sie durch besonders einfache Maßnahmen vor zu fördernden Medien, welche abrasiv und/oder korrosiv auf Pumpenbauteile einwirken würden, geschützt werden kann. Ferner besteht eine Aufgabe darin, eine Pumpenvorrichtung so auszuführen, dass deren Lebenszykluskosten minimiert werden können, insbesondere dass der Wartungsaufwand reduziert werden kann. Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe, eine Pumpenvorrichtung so auszuführen, dass ein abrasiver und/oder korrosiver Einfluss auf antriebsseitige Pumpenbauteile mit guter Sicherheit verhindert werden kann, selbst für den Fall dass die Pumpenvorrichtung bei einem hohen Förderdruck, insbesondere von bis zu 15 bar, eingesetzt wird.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine Pumpenvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander in Verbindung gebracht werden und zusammen verwirklicht sein, sofern dies nicht explizit verneint ist.
Eine Pumpenvorrichtung zur Förderung von korrosiven und/oder abrasiven Medien weist ein Pumpengehäuse und eine darin angeordnete in einem Lager gelagerte Pumpenwelle und ein Pumpenlaufrad auf. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Pumpenvorrichtung mit einer Magnetkupplung auszubilden und dabei das Pumpengehäuse zumindest teilweise aus Mineralguss auszuführen. Bei einer magnetgekuppelten Pumpenvorrichtung kann ein antriebsseitiger Bereich gut gegenüber einem abtriebsseitigen, mit dem zu fördernden Medium in Kontakt gelangenden Bereich abgedichtet werden. Dabei ist es zweckdienlich, zumindest diejenigen Teile des Pumpengehäuses aus Mineralguss auszuführen, die unmittelbar mit dem zu fördernden Medium in Kontakt gelangen, d. h. vor allem das Spiralgehäuse. Dadurch können Medien im pH-Bereich von 0 bis 10 und mit hoher Konzentration feinster, abrasiver Feststoffe gefördert werden, insbesondere auch bei Temperaturen bis 135°C, ohne dass ein antriebsseitiger Bereich von dem Medium angegriffen wird. Diejenigen Teile der Pumpe, die dem Antrieb bzw. der Anbindung an den Antrieb dienen können gemäß der Erfindung weiterhin aus Metall ausgeführt sein.
Als ein weiterer positiver Effekt des Pumpengehäuses aus Mineralguss kann eine gute Dämpfung von Schwingungen, insbesondere auch von akustischen Schwingungen genannt werden. Ferner können metallische, möglicherweise magnetische Materialien weiter entfernt von der Magnetkupplung angeordnet werden. Mineralguss ist nicht auf einfache Weise magnetisierbar, insbesondere wenn die Bestandteile von Mineralguss allenfalls paramagnetisch oder diamagnetisch sind. Insbesondere bei Pumpentypen mit nahe am Pumpengehäuse vorgesehener Magnetkupplung, also Treiber bzw. Läufer kann dadurch auch die Effizienz des Antriebs verbessert und Antriebsverluste minimiert werden. Bevorzugt ist die Magnetkupplung zwischen einem antriebsseitigen Treiber und einem abtriebsseitigen Läufer vorgesehen und insbesondere durch jeweils ringförmig ausgebildete und gegenüberliegend zueinander angeordnete Permanentmagnete gebildet.
Als Mineralguss ist dabei bevorzugt eine Mischung aus einem Hartstoff und einem aushärtbaren Kunstharz zu verstehen, bei welcher der Hartstoff bevorzugt einen höheren Anteil ausmacht als das Kunstharz. Üblicherweise wird zusätzlich zu diesen beiden Hauptbestandteilen ein Härter zum Aushärten des Kunstharzes hinzugegeben. Als Hartstoff kann z. B. Quarz oder Siliziumkarbid zum Einsatz kommen, oder auch Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumdioxid, Quarzsand oder andere keramische Materialien, bevorzugt jedoch Siliziumkarbid aufgrund dessen besonders hoher Härte. Als Kunstharz kann z. B. Epoxidharz oder Vinylesterharz zum Einsatz kommen, oder auch Polymethylmethacrylat (PMMA). Mineralguss zeichnet sich durch eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit aus, höher als die meisten Stähle, und übertrifft dabei in der Verschleißbeständigkeit hochlegierte Stähle bei Weitem, insbesondere die Stähle 1.4464, 1.4515 oder 1.4517. Eine erfindungsgemäße Pumpenvorrichtung weist somit eine gute Korrosionsbeständigkeit auf und ist mit einer besonders widerstandsfähigen Oberfläche ausgeführt, so dass sie sich auch zum Fördern besonders korrosiver und/oder abrasiver Fluide oder Substanzen eignet oder in einer unwirtlichen Umgebung eingesetzt werden kann. Insbesondere ist die Pumpenvorrichtung dazu geeignet, Medien mit einem pH-Wert im Bereich von 0 bis 8 zu fördern, in speziellen Fällen auch 8 bis 10.
Die Herstellung des Pumpengehäuses und wahlweise auch weiterer Pumpenkomponenten aus Mineralguss kann durch Gießen erfolgen, insbesondere auch durch das in der EP 0 735 948 B1 gezeigte Verfahren. Der Hartstoff kann insbesondere in einem Bereich von 70 bis 95 Gewichtsprozent, bevorzugt 75 bis 90 Gewichtsprozent, weiter bevorzugt 80 bis 90 Gewichtsprozent vorgesehen sein. Das Kunstharz kann insbesondere in einem Bereich von 5 bis 30 Gewichtsprozent, bevorzugt 10 bis 25 Gewichtsprozent, weiter bevorzugt 10 bis 20 Gewichtsprozent vorgesehen sein.
Als ein zumindest teilweise aus Mineralguss ausgeführtes Pumpengehäuse ist dabei bevorzugt ein Pumpengehäuse zu verstehen, welches eine Mineralguss-Schicht und/oder abschnittsweise aus Mineralguss oder auch vollständig aus Mineralguss ausgeführt sein kann. Als weitere Werkstoffe neben Mineralguss können dabei z. B. Edelstahl (insbesondere auch derjenige mit der Werkstoffnummer 1.4571 mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit) oder allgemein kohlenstofflegierter Stahl zum Einsatz kommen. Die weiteren Werkstoffe können z. B. als äußere oder innere Schale um den Mineralguss vorgesehen sein, oder auch mit dem Mineralguss verankert bzw. in den Mineralguss eingearbeitet sein.
Das Gehäuse kann z. B. aus fünf wesentlichen Pumpengehäuseteilen zusammengesetzt sein, insbesondere einem Hauptgehäuse zur radialen Umgrenzung, dann einem Zwischenflansch, einem vorderseitigen Gehäusedeckel und einem rückseitigen Gehäuseflansch jeweils zum stirnseitigen Abschluss des Gehäuses, sowie einem Anschlussteil zum Koppeln an das Laufrad. Bevorzugt ist dabei zumindest der rückseitige Gehäuseflansch und/oder der bzw. das Anschlussteil aus Mineralguss ausgeführt, insbesondere weil dieser üblicherweise am meisten mit dem zu fördernden Medium in Kontakt gelangt.
Die Abmessungen einer erfindungsgemäßen Pumpenvorrichtung können z. B. bei einer Länge im Bereich von 500 bis 1000 mm, einer Breite im Bereich von 350 bis 750 mm und einer Höhe im Bereich von 350 bis 750 mm liegen. Das Gewicht kann z. B. Im Bereich von 150 bis 250 kg liegen. Als eine realisierbare Fördermenge können z. B. 1000 bis 1500 m³ pro Stunde angesehen werden. Die Förderhöhe liegt z. B. im Bereich von 70 bis 150 Metern, ein Druck z. B. im Bereich von 7 bis 12 bar. Als eine Ausführungsform kann z. B. eine Kreiselpumpe genannt werden. Dies ist jedoch nur ein spezielles Beispiel. Mit Mineralguss können auch deutlich kleinere Strukturen oder weitaus größere Pumpengehäuse realisiert werden: Gussgewichte im Tonnenbereich sind möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Pumpenvorrichtung einen im Pumpengehäuse vorgesehenen feststehenden Spalttopf auf, welcher in einem Spalt zwischen einem antriebsseitigen Treiber und einem magnetisch angetriebenen abtriebsseitigen Läufer angeordnet ist. Hierdurch kann eine gute Abschottung des antriebsseitigen Bereichs der Pumpenvorrichtung von dem abtriebsseitigen Bereich erfolgen.
Das Lager ist in einem Lagerbereich vorgesehen, welcher von einem Lagerbock und der (abtriebsseitigen) Pumpenwelle selbst begrenzt ist, und welcher eine oder mehrere Kavitäten zwischen verschiedenen Komponenten des Lagers umfasst. Bevorzugt handelt es sich um ein Gleitlager. Seitlich kann das Lager durch Gleitringe abgedichtet sein. Der Spalttopf umgrenzt einen Spalttopfbereich, welcher im Wesentlichen mit dem Innenvolumen des Spalttopfes übereinstimmt bzw. eine oder mehrere Kavitäten zwischen verschiedenen innerhalb des Spalttopfes angeordneten Pumpenbauteilen umfasst, und welcher auch den schmalen Spalt zwischen dem abtriebsseitigen rotierenden Läufer und der inneren Mantelfläche des Spalttopfes umfasst. Der Spalt kann z. B. eine Breite im Bereich von 1 mm oder auch darunter aufweisen. Bei magnetgekuppelten Pumpenvorrichtungen mit einem Spalttopf können die Vorteile des Werkstoffs Mineralguss mit den Vorteilen von statischen Dichtungen kombiniert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist auch das Pumpenlaufrad zumindest teilweise aus Mineralguss ausgeführt. Mit anderen Worten können neben dem Pumpengehäuse optional weitere Pumpenkomponenten aus Mineralguss ausgeführt sein. Bevorzugt ist sowohl das Pumpengehäuse als auch das Pumpenlaufrad aus Mineralguss ausgeführt, wobei das Pumpenlaufrad bevorzugt vollständig aus Mineralguss ausgeführt ist. Denn es hat sich gezeigt, dass selbst ein Pumpenbauteil, welches strömungstechnisch optimiert sein muss und an welchem hohe Scherkräfte oder Strömungsgeschwindigkeiten oder Zentrifugalkräfte auftreten bzw. wirken, auch aus Mineralguss ausgeführt sein kann. Ein Pumpenlaufrad aus Mineralguss unterliegt auch bei abrasiven Medien nicht so stark dem Problem von Auswaschungen, Kantenverschleiß oder Lochfraß wie herkömmliche metallische Werkstoffe, z. B. 1.4464 (karbidreicher Duplexstahl, nämlich ferritisch-austenitischer Stahlgusswerkstoff GX40CrNiMo27-5, SEW 410) oder 1.4515 (GX2CrNiMoCuN26-6-3, SEW 410). Es hat sich gezeigt, dass bei Mineralguss allenfalls ein Abtrag des Harzes erfolgt, vorteilhafterweise jedoch weitgehend ohne Beeinträchtigung der Oberflächenstruktur. Es hat sich gezeigt, dass ein Pumpenlaufrad aus Mineralguss eine Lebensdauer von 24.000 Betriebsstunden und mehr aufweisen kann, ohne dass ein spürbarer Verschleiß auftritt, selbst bei abrasiven und/oder korrosiven Medien.
Bei einem Pumpenlaufrad aus Mineralguss können die Lebenszykluskosten auf besonders effizente Weise gesenkt werden. Durch ein Pumpenlaufrad aus Mineralguss können insbesondere die Wartungskosten gesenkt werden. Es hat sich gezeigt, dass die Kosten für Wartung und Instandhaltung gegenüber herkömmlichen metallischen Laufrädern mehr als halbiert werden können. Auf den gesamten Lebenszyklus bezogen kann sich in vielen Fällen ein Kostenvorteil im Bereich von 30 Prozent ergeben.
Besonders vorteilhaft bei einem Pumpenlaufrad aus Mineralguss ist ferner, dass Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit bei dem üblicherweise am meisten beanspruchten Pumpenbauteil in nur einem Werkstoff vereint werden können. Denn hochlegierte harte Stähle sind zwar meist gegen Abrasion beständig, dann aber umso weniger gegen Korrosion, und umgekehrt sind die weicheren Stähle empfindlich gegenüber Abrieb. Stähle können also beide Anforderungen nicht gleichzeitig auf hohem Niveau erfüllen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist an einer Rückseite des Pumpengehäuses, insbesondere an einem Anschlussteil des Pumpengehäuses, ein Anschluss für eine Fluidleitung vorgesehen. Über diesen Anschluss kann unter einem geeigneten Druck, welcher in Abhängigkeit eines Drucks in dem zu fördernden Medium zu bestimmen ist, ein Spülfluid zugeführt werden. Bevorzugt ist der Anschluss an einem ersten Teil der Fluidleitung vorgesehen, welcher sich radial und axial in einem Pumpengehäuseteil, insbesondere in einem an das Laufrad gekoppelten Anschlussteil erstreckt, so dass der Anschluss gut zugänglich ist. Als Spülfluid wird aufgrund der chemischen Verträglichkeit zweckmäßig das zu fördernde Fluid selbst verwendet, das hierzu von korrosiven oder abrasiven Bestandteilen (z. B. durch Filtern) befreit ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Fluidleitung für ein Spülfluid vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse, insbesondere einer Rückseite des Pumpengehäuses, und einer Saugseite der Pumpenvorrichtung herstellt. Bevorzugt erstreckt sich die Fluidleitung in den Bereich des Lagers der Pumpenwelle. Weiter bevorzugt erstreckt sich die Fluidleitung auch in den Bereich des Spalttopfes.
Über die Fluidleitung kann unter einem geeigneten Druck, welcher in Abhängigkeit des Drucks des zu fördernden Mediums zu bestimmen ist, insbesondere des an der Saugseite der Pumpenvorrichtung herrschenden Drucks, dem abtriebsseitigen Bereich der Pumpenvorrichtung ein Spülfluid zugeführt werden, welches den Lagerbereich und/oder den Spalttopfbereich von dem mit korrosiven und abrasiven Bestandteilen belasteten Fördermedium freihält.
Durch das Spülfluid kann auf besonders effektive Weise vermieden werden, dass feinste abrasive Feststoffe in den Spalt zwischen feststehendem Spalttopf und rotierendem Läufer gelangen. In diesen Spalt sollen nach Möglichkeit überhaupt keine Feststoffpartikel gelangen, und dies kann mittels des Spülfluids gut sichergestellt werden. Das Spülfluid kann einen höheren Druck aufweisen als das zu fördernde Medium, so dass es ausgeschlossen ist, dass das zu fördernde Medium mit möglicherweise darin enthaltenen Feststoffpartikeln in diesen Spalt gelangt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel verläuft die Fluidleitung durch einen rückseitigen Gehäuseflansch, einen Lagerbock und einen Lagerring des Lagers, durch die Pumpenwelle sowie durch das Pumpenlaufrad. Hierdurch kann das Spülfluid auf einfache Weise dem abtriebsseitigen Bereich der Pumpenvorrichtung zugeführt und aus diesem Bereich wieder weggeführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Fluidleitung in einen Lagerbereich. Indem sich die Fluidleitung direkt in einen Lagerbereich der Pumpe erstreckt, kann das Lager auf vordefinierte Weise geschmiert bzw. gekühlt werden. Das Spülfluid sollte das Lager der Pumpenwelle vollständig durchströmen, um zu vermeiden, dass abrasive Stoffe in das Lager und zwischen die Lagerhälften gelangen und so einen vorzeitigen Verschleiß des Lagers bewirken. Die Durchströmung der Gleitlagerung mit dem Spülfluid bewirkt das Freihalten des Lagers von abrasiven Stoffen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Fluidleitung in den Spalttopfbereich. Indem sich die Fluidleitung direkt in den Spalttopfbereich erstreckt, kann die Magnetkupplung auf vordefinierte Weise gekühlt und von abrasiven Partikeln freigehalten werden, insbesondere in Abhängigkeit des Drucks des Spülfluids.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verläuft die Fluidleitung durch einen Lagerbock des Lagers für die Pumpenwelle. Hierdurch kann das Spülfluid über einen Gehäuseteil direkt dem Lager zugeführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel verläuft die Fluidleitung durch einen Lagerring des Lagers für die Pumpenwelle. Hierdurch kann über das Spülfluid ein Druck innerhalb des Lagers aufgebaut werden, welcher dazu führt, dass die Reibung in dem Lager minimiert wird, insbesondere indem die Gleitringe weniger stark aufeinander reiben.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Fluidleitung zuführseitig radial in einem vierten Pumpengehäuseteil, insbesondere in einem rückseitigen Gehäuseflansch des Pumpengehäuses vorgesehen. Dies stellt eine gut zugängliche und einfach bzw. kostengünstig zu realisierende Anordnung dar.
Als zuführseitig ist dabei ein Abschnitt der Fluidleitung zu verstehen, welcher zum Zuführen von Spülfluid zu dem Spalttopfbereich und/oder dem Lagerbereich dient, und als abführseitig entsprechend ein Abschnitt der Fluidleitung, welcher zum Wegführen des Spülfluids von dem Spalttopfbereich und/oder dem Lagerbereich dient.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Fluidleitung zuführseitig einen Auslass auf, insbesondere einen axialen Auslass an einem zweiten Teil der Fluidleitung, welcher sich axial in den Spalttopfbereich erstreckt. Der Auslass kann z. B. als Sacklochbohrung ausgeführt sein. Hierdurch kann eine kostengünstig herstellbare Zuführung zu dem Spalttopfbereich bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die Fluidleitung abführseitig durch die Pumpenwelle eine Fluidverbindung zwischen dem Spalttopfbereich und der Saugseite her, insbesondere durch eine Bohrung innerhalb der Pumpenwelle, welche sich axial innerhalb der Pumpenwelle erstreckt und im Bereich des Pumpenlaufrads radial zu einer Nabe des Pumpenlaufrads führt. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Verbindung zur Saugseite hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Fluidleitung abführseitig axial in dem Laufrad vorgesehen und axial in der Fluidleitung in dem Laufrad ist ein Einsatz vorgesehen. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Verbindung zu einer Saugseite in einem Bereich hergestellt werden, in welchem ein vorteilhaft niedriger Druck vorliegt. Insbesondere ist ein Teil der Fluidleitung als axialer Abschnitt in dem Laufrad ausgebildet, und ein Abstand einer Mittenlängsachse zu einer Mittenachse des Teils kann z. B. im Bereich von 50 Prozent des Radius des Pumpenlaufrades liegen, so dass die Fluidleitung noch in einem Bereich des Einlasses des Anschlussteils mündet.
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Pumpenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 eine Detailansicht eines Lager- und Spalttopfbereiches der Schnittansicht des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.
In der 1 ist eine Pumpenvorrichtung 1 mit einer abtriebsseitigen in einem Lager 3 gelagerten Pumpenwelle 2 gezeigt, welche einen Spalttopf 4 aufweist, der zwischen einem antriebsseitigen Treiber 5.1 und einem abtriebsseitigen Läufer 5.2 einer Magnetkupplung 5 vorgesehen ist. Die Pumpenvorrichtung 1 ist als eine Kreiselpumpe mit einem axialen Einlass und einem radialen Auslass und einem in einem für den entsprechenden Strömungsverlauf ausgelegten Anschlussteil 11.5 angeordneten Laufrad 10 ausgeführt. Die Pumpenwelle 2 und das Laufrad 10 sind fluchtend in einer Mittenlängsachse X angeordnet, welche sich in x-Richtung erstreckt. Das Anschlussteil 11.5 ist Teil eines Pumpengehäuses 11 und kann als Schnittstelle bzw. Kupplung zwischen einer Leitung und der Pumpenvorrichtung 1 betrachtet werden. Es definiert eine Saugseite S im Bereich des Einlasses und eine Druckseite D im Bereich des Auslasses. Bei der Pumpenvorrichtung 1 kann antriebsseitig eine Vorderseite V des Pumpengehäuses 11 definiert werden und abtriebsseitig eine Rückseite R.
Das Pumpengehäuse 11 besteht im Wesentlichen aus fünf Pumpengehäuseteilen, von denen gemäß der Erfindung wenigstens eines aus Mineralguss ausgeführt ist, nämlich einem ersten Pumpengehäuseteil 11.1, welcher bzw. welches die Pumpenvorrichtung 1 radial umgrenzt und das Hauptgehäuse (Spiralgehäuse) darstellt, einem zweiten Pumpengehäuseteil 11.2, welcher als eine Art Zwischenflansch an das Hauptgehäuse gekoppelt ist, einem dritten Pumpengehäuseteil 11.3, welcher eine Art vorderseitigen Gehäusedeckel darstellt, der über den Zwischenflansch mit dem Hauptgehäuse verbunden ist, einem vierten Pumpengehäuseteil 11.4, welcher eine Art rückseitigen Gehäuseflansch darstellt, sowie dem bereits erwähnten Anschlussteil 11.5 als fünftem Pumpengehäuseteil. Die Pumpengehäuseteile können z. B. miteinander verschraubt sein. Der Spalttopf 4 ist an den rückseitigen Gehäuseflansch 11.4 gekoppelt, und eine Dichtung 13 stellt eine Abdichtung des abtriebsseitigen mit dem zu fördernden Medium M in Kontakt befindlichen Bereich von dem antriebsseitigen Bereich sicher. Das Laufrad 10 grenzt an den rückseitigen Gehäuseflansch 11.4 an, so dass ein Zwischenelement 11.4a außen auf dem rückseitigen Gehäuseflansch 11.4 vorgesehen sein kann, insbesondere eine Scheibe. Auch das Laufrad 10 kann aus Mineralguss gefertigt sein. Als Mineralgussmaterial für Teile des Pumpengehäuses 11 und ggf. das Laufrad 10 eignet sich gut eine aushärtbare Mischung aus Siliziumkarbid und Kunstharz (z. B. Epoxid oder Vinylesterharz). Das kommerziell verfügbare Material SICcast (erhältlich über SICcast Mineralguss GmbH & Co. KG, Wilhelm-Düchting-Str. 22, 58453 Witten) hat sich als besonders geeignet für den erfindungsgemäßen Einsatz erwiesen.
An der Pumpenvorrichtung 1 ist eine Fluidleitung 12 vorgesehen. Die Fluidleitung 12 verläuft durch entsprechende Aussparungen im Pumpengehäuse. 11. Durch die Fluidleitung 12 kann ein Spülfluid Fs in einen Lagerbereich Kl und/oder einen Spalttopfbereich Ks gebracht werden, insbesondere um den Lagerbereich Kl und/oder den Spalttopfbereich Ks von zu förderndem Medium M freizuhalten, und auch um das Lager 3 und/oder die Magnetkupplung 5 zu kühlen. Hierzu weist die Fluidleitung 12 einen Anschluss 12a auf, welcher an den fünften Pumpengehäuseteil 11.5 gekoppelt ist. Um Spülfluid Fs sowohl dem Lagerbereich Kl als auch dem Spalttopfbereich Ks zuführen zu können, weist die Fluidleitung 12 bevorzugt einen ersten Teil 12.1 auf, insbesondere in Form einer sich zunächst axial und dann radial erstreckenden Gehäuseanschlussleitung, und einen zweiten Teil 12.2, insbesondere in Form einer radial in den Gehäuseflansch 11.4 eingebrachten Sacklochbohrung, und einen axialen Auslass 12.2a am zweiten Teil 12.2 der Fluidleitung sowie einen axialen Durchlass 12.2b am zweiten 12.2 Teil der Fluidleitung. Über den axialen Auslass 12.2a kann Spülfluid Fs in den Spalttopfbereich Ks gebracht werden, und über den axialen Durchlass 12.2b kann Spülfluid Fs in den Lagerbereich Kl geleitet werden, wobei der Durchlass 12.2b an einen dritten Teil 12.3 der Fluidleitung gekoppelt ist, welcher sich insbesondere in Form einer Durchgangsbohrung schräg in einem Lagerbock 3.1 erstreckt. An den dritten Teil 12.3 schließt ein vierter Teil 12.4 an, insbesondere in Form einer radialen Durchgangsbohrung in einem Lagerring 3.2. Lagerbock 3.1 und Lagerring 3.2 sind der Übersicht halber allein in 2 mit Bezugszeichen versehen.
Die Fluidleitung 12 ist auch dazu vorgesehen, das Spülfluid Fs wieder aus dem Lagerbereich Kl und/oder dem Spalttopfbereich Ks wegzuführen, so dass das Spülfluid Fs diese Bereiche kontinuierlich um- bzw. durchströmen kann. Dies kann bevorzugt über einen fünften Teil 12.5 der Fluidleitung 12 erfolgen, insbesondere in Form einer Bohrung in der Pumpenwelle 2, welche an an einen sechsten Teil 12.6 der Fluidleitung 12 gekoppelt ist, insbesondere in Form eines radial in das Laufrad 10 eingebrachten Leitungsabschnitts. Um das Spülfluid Fs auf effiziente Weise ableiten zu können, ist ferner ein siebter Teil 12.7 der Fluidleitung 12 vorgesehen, welcher axial in das Laufrad 10 eingebracht ist und unmittelbar zur Saugseite der Pumpenvorrichtung 1 führt. In dem siebten Teil 12.7 ist ein Einsatz 10.1 vorgesehen.
In der 2 ist deutlicher hervorgehoben, auf welche Weise das Spülfluid Fs dem Lagerbereich Kl und dem Spalttopfbereich Ks zugeführt werden kann, und auf welche Weise das Spülfluid Fs aus diesen Bereichen Kl, Ks weggeführt werden kann. Diejenigen Abschnitte der Pumpenvorrichtung, in welchen eine Fluidleitung vorgesehen ist, sind durch schematische Hinterlegung mit einem Muster hervorgehoben. Beim Zuführen des Spülfluids Fs über die Fluidleitungsabschnitte 12.2a und 12.2b kann sichergestellt werden, dass zu förderndes Medium M nicht in den Lagerbereich Kl oder den Spalttopfbereich Ks gelangt, insbesondere indem das Spülfluid Fs mit einem höheren Druck bereitgestellt wird als der Druck, mit welchem das Medium M in diese Bereiche eintreten würde. Der Spalttopfbereich Ks umfasst dabei auch den Spalt zwischen dem rotierenden Läufer 5.2 der Magnetkupplung 5 und dem feststehenden Spalttopf 4. Abrasion in diesem Bereich wäre sehr nachteilig, da zum einen der meist sehr dünnwandig ausgeführte Spalttopf 4 geschwächt wurde, zum anderen die Oberfläche von Permanentmagneten des Läufers 5.2 beschädigt würde und der Wirkungsgrad der Magnetkupplung 5 sinken würde.
Das Spülfluid Fs kann den Lagerbereich Kl und den Spalttopfbereich Ks mit einer bestimmten Austauschrate durchströmen, oder lediglich überwiegend statisch darin vorgehalten werden, also allein in der Art und Weise, dass ein bestimmter Druck aufrecht erhalten werden, kann ohne eine bestimmte Durchflussrate einzuhalten. Hierbei kann je nach Drehzahl und Lastbereich der Pumpenvorrichtung 1 eine Regelung erfolgen.
Zum Ableiten des Spülfluids Fs ist in der Pumpenwelle 2 eine zentrische Bohrung 12.5 vorgesehen, welche im Bereich der Nabe des Laufrads 10 mit einer radialen Bohrung 12.5 kreuzt. Axiale und radiale Bohrung bilden zusammen den fünften Teil 12.5 der Fluidleitung. An dem Laufrad 10 ist ein radialer Fluidleitungsabschnitt 12.6 vorgesehen, welcher in eine Aussparung 10a an der zum Pumpengehäuse 11.4 weisenden Seite des Laufrads 10 mündet, und an die Aussparung 10a schließt der siebte Teil 12.7 der Fluidleitung mit dem Einsatz 10.1 an.
Dabei kann durch einfache Maßnahmen eine Fluidleitung zum Ableiten von Spülfluid Fs in die Pumpenbauteile eingebracht werden, ohne dass weitere konstruktive Änderungen an der Pumpenvorrichtung vorgenommen werden müssen. Mit anderen Worten kann eine bestimmte Durchflussrate wahlweise allein über die Druckdifferenz zwischen der Saugseite und dem Lager- und Spalttopfbereich eingestellt werden.
Der siebte Teil 12.7 der Fluidleitung 12 ist in einem bestimmten Abstand y1 zu der Mittenlängsachse X vorgesehen, insbesondere auch um an einer Stelle der Saugseite S in den Einlass der Pumpenvorrichtung 1 zu münden, an welcher bestimmte (Unter-)Druckverhältnisse herrschen.
Bezugszeichenliste

1: Pumpenvorrichtung
2: Pumpenwelle, insbesondere abtriebsseitige Pumpenwelle
3: Lager der Pumpenwelle
3.1: Lagerbock
3.2: Lagerring
4: Spalttopf
5: Magnetkupplung
5.1: Treiber
5.2: Läufer
10: Laufrad
10a: Aussparung am Laufrad
10.1: Einsatz im Laufrad
11: Pumpengehäuse
11.1: erster Pumpengehäuseteil, insbesondere Hauptgehäuse
11.2: zweiter Pumpengehäuseteil, insbesondere Zwischenflansch
11.3: dritter Pumpengehäuseteil, insbesondere vorderseitiger Gehäusedeckel
11.4: vierter Pumpengehäuseteil, insbesondere rückseitiger Gehäuseflansch
11.4a: Zwischenelement am vierten Pumpengehäuseteil, insbesondere Scheibe
11.5: fünfter Pumpengehäuseteil, insbesondere Anschlussteil an Laufrad zum Zuleiten und Ableiten des zu fördernden Mediums
12: Fluidleitung
12a: Anschluss Fluidleitung
12.1: erster Teil der Fluidleitung, insbesondere Gehäuseanschlussleitung
12.2: zweiter Teil der Fluidleitung, insbesondere radial im Gehäuseflansch eingebrachte Sacklochbohrung
12.2a: axialer Auslass am zweiten Teil der Fluidleitung
12.2b: axialer Durchlass am zweiten Teil der Fluidleitung
12.3: dritter Teil der Fluidleitung, insbesondere schräger Teil in Lagerbock
12.4: vierter Teil der Fluidleitung, insbesondere radialer Teil in Lagerring
12.5: fünfter Teil der Fluidleitung, insbesondere Bohrung in Pumpenwelle
12.6: sechster Teil der Fluidleitung, insbesondere radialer Teil in Laufrad
12.7: siebter Teil der Fluidleitung, insbesondere axialer Teil in Laufrad
13: Dichtung zwischen Spalttopf und rückseitigem Gehäuseflansch
Fs: Spülfluid
Kl: Lagerbereich
Ks: Spalttopfbereich
M: zu förderndes Medium
D: Druckseite
R: Rückseite des Pumpengehäuses
S: Saugseite
V: Vorderseite des Pumpengehäuses
X: Mittenlängsachse
y1: Abstand der Mittenlängsachse zu einer Mittenachse des siebten Teils der Fluidleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0735948 B1 [0003, 0011]
DE 102010026449 A1 [0004]
DE 202005007351 U1 [0005]

Claims

Pumpenvorrichtung (1) zur Förderung von korrosiven und/oder abrasiven Medien, mit einem Pumpengehäuse (11) und einer darin angeordneten in einem Lager (3) gelagerten Pumpenwelle (2) und mit einem Pumpenlaufrad (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenvorrichtung (1) mit einer Magnetkupplung (5) ausgebildet ist und dabei das Pumpengehäuse (11) zumindest teilweise aus Mineralguss ausgeführt ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen im Pumpengehäuse (11) vorgesehenen feststehenden Spalttopf (4) aufweist, welcher in einem Spalt zwischen einem antriebsseitigen Treiber (5.1) und einem magnetisch angetriebenen abtriebsseitigen Läufer (5.2) angeordnet ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (10) zumindest teilweise aus Mineralguss ausgeführt ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Rückseite (R) des Pumpengehäuses (11), insbesondere an einem Anschlussteil (11.5) des Pumpengehäuses, ein Anschluss (12.1) für eine Fluidleitung (12) für ein Spülfluid vorgesehen ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidleitung (12) für ein Spülfluid vorgesehen ist, welche eine Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse (11), insbesondere einer Rückseite (R) des Pumpengehäuses (11), und einer Saugseite (S) der Pumpenvorrichtung (1) herstellt.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) durch einen rückseitigen Gehäuseflansch (11.4), einen Lagerbock (3.1) und einen Lagerring (3.2) des Lagers (3), durch die Pumpenwelle (2) sowie durch das Pumpenlaufrad (10) verläuft.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fluidleitung (12) in einen Lagerbereich (Kl) erstreckt.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fluidleitung (12) in einen Spalttopfbereich (Ks) erstreckt.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) durch einen Lagerbock (3.1) des Lagers (3) für die Pumpenwelle (2) verläuft.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) durch einen Lagerring (3.2) des Lagers (3) für die Pumpenwelle (2) verläuft.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) zuführseitig radial in einem vierten Pumpengehäuseteil (11.4), insbesondere in einem rückseitigen Gehäuseflansch (11.4) des Pumpengehäuses (11) vorgesehen ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) zuführseitig einen Auslass (12.2a) aufweist, insbesondere einen axialen Auslass an einem zweiten Teil (12.2) der Fluidleitung, welcher sich axial in einen bzw. den Spalttopfbereich (Ks) erstreckt.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) abführseitig durch die Pumpenwelle (2) eine Fluidverbindung zwischen einem bzw. dem Spalttopfbereich (Ks) und der Saugseite (S) herstellt, insbesondere durch eine Bohrung innerhalb der Pumpenwelle (2), welche sich axial innerhalb der Pumpenwelle (2) erstreckt und im Bereich des Pumpenlaufrads (10) radial zu einer Nabe des Pumpenlaufrads (10) führt.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) abführseitig axial und/oder radial in dem Laufrad (10) vorgesehen ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (12) abführseitig axial in dem Laufrad (10) vorgesehen ist und axial in der Fluidleitung (12) in dem Laufrad (10) ein Einsatz (10.1) vorgesehen ist.
Pumpenvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Laufrad (10) eine Aussparung (10a) vorgesehen ist.