DE2061568A1

DE2061568A1 - Device for sealing and cooling the drive shaft of centrifugal pumps for conveying hot media

Info

Publication number: DE2061568A1
Application number: DE19702061568
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. Dr. 6704 Mutterstadt Wunderlich
Original assignee: HALBERGERHUETTE GmbH
Current assignee: HALBERGERHUETTE GmbH
Priority date: 1970-12-15
Filing date: 1970-12-15
Publication date: 1972-06-29

Description

Einrichtung zum Abdichten und Kühlen der Antriebswelle von Kreiselpumpen zur Förderung heißer MedienDevice for sealing and cooling the drive shaft of centrifugal pumps for conveying hot media

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abdichten und Kühlen der Antriebswelle von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Medien wie Heißwasser, heißes öl und dergleichen.The invention relates to a device for sealing and cooling the drive shaft of centrifugal pumps for pumping hot media such as hot water, hot oil and the like.

Der störungsfreie Betrieb von Kreiselpumpen zur Förderung heisser Medien erfordert eine wirksame Kühlung der Antriebswelle an ihrem Durchtritt durch das Pumpengehäuse, damit ein unkontrolliertes Ansteigen der Temperatur zwischen Pumpenraum und Atmosphäre, in den Wellenlagern usw., hervorgerufen durch Wärmeleitung längs der Antriebswelle, vermieden wird.The trouble-free operation of centrifugal pumps for conveying hot media requires effective cooling of the drive shaft their passage through the pump housing, thus an uncontrolled Rise in temperature between the pump chamber and the atmosphere, in the shaft bearings, etc., caused by heat conduction along the drive shaft is avoided.

Bekannte Einrichtungen, wie sie beispielsweise in der deutschen Gebrauchsmusterschrift 1 988 062 beschrieben werden, bestehen aus einem Kühlgehäuse, welches die Welle ringartig umgibt, wobei zwischen diesem Gehäuse und der Welle eine Stopfbuchspakkung angeordnet ist. Dieses Kühlgehäuse ersetzt außerdem dieWell-known institutions, such as those in the German Utility model specification 1 988 062 are described, consist of a cooling housing which surrounds the shaft in a ring-like manner, with a stuffing box packing is arranged between this housing and the shaft. This cooling case also replaces the

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druckseitige Wand des Pumpengehäuses.wall of the pump housing on the pressure side.

Die Kühlwirkung einer solchen Einrichtung auf die Welle ist sehr gering, da die Stopfbuchspackung, ein äußerst schlechter Wärmeleiter, zwischen der Kühlfläche und der Pumpenwelle angeordnet ist. Der Hauptkühleffekt wird durch die große, gekühlte, druckseitige Gehäusewand bewirkt. Wie Versuche gezeigt haben, ist dies Jedoch wenig zweckmäßig, da hierbei im Förderstrom bis zu 15 % Wärmeverluste auftreten. Durch eine solche Einrichtung müssen also starke Wärmeverluste in der Anlage in Kauf genommen werden.The cooling effect of such a device on the shaft is very small, since the stuffing box packing, an extremely poor heat conductor, is arranged between the cooling surface and the pump shaft. The main cooling effect is caused by the large, cooled, pressure-side housing wall. As tests have shown, however, this is not very useful, since up to 15 % heat losses occur in the delivery flow. With such a device, therefore, strong heat losses in the system must be accepted.

Weitere bekannte.Einrichtungen vermeiden bereits die vorerwähnten Nachteile, vergleiche die deutschen Patentschriften 877 und 884 736. Aus diesen Patentschriften sind Hochdruckkreiselpumpen bekannt, bei denen die an sich vorhandene Wellenschutzhülse mehrwandig ausgeführt ist, so daß im Inneren Ringspalte oder -kanüle entstehen, durch welche Kühlwasser geleitet wird. Hierbei ist die KUhlwasserzu- und -abführung äußerst problematisch, weil die Wellenschutzhülse auf der Pumpenwelle angebracht ist, also mit dieser umläuft und man nur über das stationäre Pumpenteil das Kühlwasser zu- bzw. wieder abführen kann. Außerdem ist die Fertigung solcher Wellenschutzhülsen recht schwierig und kostenspielig. Schließlich ist das Dichthalten der WeI-lenschutzhülsen während des Betriebes nicht immer gewährleistet, da örtlich eine starke Erwärmung der Außenwand durch Packungsreibung auftreten kann, welche man durch Einführen bzw. Einbringen von Schmier- und Gleitmitteln zwischen die äußere WeI-Other known facilities already avoid the aforementioned Disadvantages, compare German patents 877 and 884 736. These patents show high pressure centrifugal pumps known, in which the existing shaft protection sleeve Is multi-walled, so that inside annular gaps or cannula arise through which cooling water is passed. Here the cooling water supply and discharge is extremely problematic, because the protective shaft sleeve is attached to the pump shaft, so it rotates with it and you can only use the stationary one Pump part that can supply or drain the cooling water. In addition, the production of such shaft sleeves is very difficult and costly. Finally, it is the sealing of the shaft protection sleeves not always guaranteed during operation, because locally strong heating of the outer wall can occur due to packing friction, which can be caused by inserting or bringing in of lubricants and lubricants between the outer

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lenschutzhülsenwand und die Stopfbuchspackung zu verhindern trachtet. tends to prevent the protective sleeve wall and the stuffing box packing.

Eine weitere bekannte Ausführung ist in der deutschen Patentschrift 475 253 beschrieben. Sie betrifft eine Kühlvorrichtung für umlaufende Wellen und besteht darin, daß die Welle an der zu kühlenden Stelle eingeschnürt und mit einer Hülse überzogen ist. Die dadurch entstehenden Hohlräume werden von Kühlmittel durchflossen, wobei radiale Bohrungen in der Hülse für den Zu- und Abfluß sorgen. Nachteilig ist bei dieser Ausführung, daß | ein Vermischen von Kühlmittel und Fördermedium stattfindet.Another known embodiment is described in German patent specification 475,253. It relates to a cooling device for rotating shafts and consists in that the shaft is constricted at the point to be cooled and covered with a sleeve. The resulting cavities are traversed by coolant, with radial bores in the sleeve providing for the inflow and outflow. The disadvantage of this design is that | mixing of coolant and pumped medium takes place.

Ähnlich verhält es sich mit einer anderen, in der deutschen Patentschrift 528 898 beschriebenen Einrichtung. Dort ist die Antriebswelle koaxial zu einer Hohlwelle durchbohrt und wieder am Wellenende verschlossen. Radiale Bohrungen in der Welle sorgen für den KUhlwasserzu- bzw. -abfluß. Als Kühlmedium wird ein Teilstrom des Pumpenfördermediums verwendet, der vorher über einen Wärmetauscher abgekühlt wurde.The situation is similar with another one, in the German patent specification 528 898 described device. There the drive shaft is drilled through coaxially to a hollow shaft and again on Shaft end closed. Radial bores in the shaft ensure the cooling water inflow and outflow. A Partial flow of the pump delivery medium used, which was previously cooled by a heat exchanger.

Eine andere Einrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 496 363* insbesondere Abbildung 1, bekannt. Hier ist die Pumpenwelle zwischen der Wellenabdichtung (Stopfbuchse) und dem Pumpenraum mit größerem Durchmesser als Förderschnecke (Schraubenpumpe) ausgebildet, deren Förderrichtung zum Pumpenraum geht. An beiden Enden dieser Förderschnecke sind im stationären Pumpenteil (Gehäuse) Sammelräume angeordnet, welche über Leitungen mit einem Wärmetauscher verbunden sind.' Bei laufender PumpeAnother device is known from German patent specification 496 363 *, in particular Figure 1. Here is the pump shaft between the shaft seal (stuffing box) and the pump chamber with a larger diameter than a screw conveyor (screw pump) formed whose conveying direction goes to the pump chamber. At both ends of this screw conveyor are in the stationary pump part (Housing) arranged collecting spaces, which are connected to a heat exchanger via lines. ' With the pump running

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wird also ein Teil des Fördermediums über den Wärmetauscher geleitet, dort heruntergekühlt und vor der Packung wieder eingeführt. Mit dieser Einrichtung wird die Temperatur des Mediums vor der Stopfbuchspackung herabgesetzt und der Wärmefluß in der Welle, z. B. zu den Lagern hin, gut reduziert. Weiter vermeidet diese Einrichtung einen unnötigen Wärmeabzug aus dem Fördermedium. Nachteilig ist allerdings der Wärmetauscher, der einen relativ großen Platz beansprucht, zusätzlich Kühlmedium benötigt und somit erhebliche Zusatzkosten verursacht. Die Technik strebt nach Kreiselpumpen, welche einfach, billig und trotzdem betriebssicher sind, einen möglichst kleinen Platz beanspruchen, also äußerst kompakt ausgeführt bzw. aufgebaut sind und gegebenenfalls in einfacher Weise für andere Einsatzzwecke umgerüstet werden können. Außerdem sollen sie ohne zusätzliche Baugruppen wie beispielsweise separate Wärmetauscher usw. einsatzbereit sein.So part of the fluid is passed through the heat exchanger, Chilled there and reintroduced before packing. With this facility, the temperature of the medium reduced in front of the gland packing and the heat flow in the shaft, e.g. B. to the camps, well reduced. Further avoids this facility eliminates unnecessary heat extraction from the pumped medium. However, the disadvantage is the heat exchanger, which is a relative takes up a lot of space, requires additional cooling medium and thus causes considerable additional costs. Technology strives for centrifugal pumps that are simple, cheap and yet safe to operate, in the smallest possible space claim, so are designed or constructed extremely compact and possibly in a simple manner for other purposes can be converted. In addition, they should be without additional assemblies such as separate heat exchangers etc. be ready for use.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Einrichtung zum Abdichten und Kühlen der Antriebswelle von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Medien bereitzustellen, welche äußerst wirksam und betriebssicher ist, mit relativ kleinem Kühlmittelbedarf auskommt, einen hohen Anlagenwirkungsgrad garantiert und ein Vermischen des Kühlmittels, z. B. des Kühlwassers, mit dem Fördermedium sicher vermeidet.[Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung P 20 ^4 586.2) ist eine Einrichtung zum Abdichten und Kühlen der Antriebswelle von Kreiselpumpen zur Förderung heißer Medien wie Heißwasser oder heißes öl, die dadurch gekennzeichnet ist,The invention is based on the object of using simple means to provide a device for sealing and cooling the drive shaft Provide centrifugal pumps for pumping hot media, which is extremely effective and reliable, with relatively small Coolant requirement, a high system efficiency guaranteed and a mixing of the coolant, z. B. the cooling water, safely avoids with the conveying medium. [The subject of the main patent (patent application P 20 ^ 4 586.2) is a Device for sealing and cooling the drive shaft of centrifugal pumps for conveying hot media such as hot water or hot oil, which is characterized by

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daß an der Wellendurchtrittsstelle im stationären Pumpengehäuse, z. B. im Pumpendeckel, vor der Stopfbuchspackung eine die Welle mit einem engen Ringspalt umgebende, vom Kühlmedium durchflossene, zur Welle hin dünnwandig ausgeführte, längere Kühlbuchse eingeschoben und flüssigkeitsdicht gehaltert ist, das Pumpengehäuse an dieser Stelle Kühlmittelzu- und -abflUsse aufweist und die nach außen (zur Atmosphäre) gelegene Stirnseite der Kühlbuchse mit entsprechender Formgebung den ersten Packungsring der Stopfbuchspackung aufnimmt.that at the shaft passage point in the stationary pump housing, z. B. in the pump cover, in front of the stuffing box packing a shaft with a narrow annular gap surrounding the shaft, through which the cooling medium flows, towards the shaft, thin-walled, longer cooling bushing is inserted and held in a liquid-tight manner, the pump housing at this point has coolant inflow and outflow and the face of the cooling sleeve facing outwards (to the atmosphere) with the appropriate shape accommodates the first packing ring of the stuffing box packing.

Es wurde nun gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Kühlbuchse in sich geschlossen und doppelwandig ausgeführt ist, in ihrem Außenteil ringartige Kühlmittelein- und -austrittsräume, sowie eine Kühlmittelführung zwischen den beiden KUhlmittelein- und -austrittsräumen besitzt, das Innenteil als rohrartiges, dünnwandiges Teil in den Außenteil eingeschoben und an den Enden dichtend mit diesem verbunden ist, die Außenwände der KUhlmittelein- und -austrittsräume zur dichtenden Halterung der KUhlmittelein- und -austrittsrohre dienen, wobei diese beispiels-It has now been found that it is particularly advantageous if the cooling sleeve is self-contained and double-walled is, in its outer part, ring-like coolant inlet and outlet spaces, as well as a coolant duct between the two coolant inlet and outlet spaces, the inner part as a tube-like, thin-walled part is pushed into the outer part and sealingly connected to it at the ends, the outer walls of the Coolant inlet and outlet spaces for securing the Coolant inlet and outlet pipes are used, these being exemplary

weise verstärkt und mit selbstdichtenden Gewinden zum Einschrau- ^ ben der Rohre versehen sind und die Rohre durch vergrößerte Gehäusebohrungen geführt sind, die an ihren Gehäuseaustrittsstellen zusätzlich mittels an sich bekannter Stopfbuchsen abgedichtet sein können.wise reinforced and with self-sealing threads for screwing ^ ben the tubes are provided and the tubes are guided through enlarged housing bores at their housing exit points can additionally be sealed by means of glands known per se.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Sie zeigt einen Längsschnitt einer Kreiselpumpe mit der Anordnung der Kühlbuchse; wobei 1 die Pumpenwelle und 3 dasAn embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows a longitudinal section of a centrifugal pump with the arrangement of the cooling sleeve; where 1 is the pump shaft and 3 is the

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stationäre Pumpengehäuse, hier ζ. Β. einen Pumpendeckel zeigt.stationary pump housing, here ζ. Β. shows a pump cover.

Die Kühlbuchse k 1st entsprechend der Hauptpatentanmeldung P 20 3^ 586.2 in das Pumpengehäuse 3 eingeschoben und an diesem dichtend gehaltert. Sie besteht aus dem Außenteil 25 mit den ringartigen Kühlmittelein- und -austrittsräumen 6 bzw. 7» einer KühlmittelfUhrung zwischen den beiden Räumen, die beispielsweise eine schraubenartig gewundene Rippenverbindung 8 sein kann und dem rohrartig ausgeführten, dünnwandigen Innenteil 26, welches in das Außenteil 25 eingeschoben und an den Enden dichtend, z. B. durch Verschweißung 27* mit diesem verbunden ist. Weiter sind die Außenwände der ringartigen Kühlmittelein- bzw. -austrittsräume 6 und 7 verstärkt und beispielsweise mit selbstdichtenden Gewinden 21 versehen, in welche die Kühlmittelzu- bzw. -abführungsrohre 20 eingeschraubt sind. Letztere werden durch im Pumpengehäuse 3 angebrachte Bohrungen 28 oder Ausschnitte eingeführt. Außerdem können die Rohre 20 an ihren Gehäuseaustrittsstellen stopfbuchsartig, beispielsweise mit Packungen 2} und Brille 24 abgedichtet sein.The cooling bushing k is pushed into the pump housing 3 in accordance with the main patent application P 20 3 ^ 586.2 and is held in a sealing manner on it. It consists of the outer part 25 with the ring-like coolant inlet and outlet spaces 6 and 7, respectively, a coolant duct between the two spaces, which can be, for example, a helically wound rib connection 8, and the tubular, thin-walled inner part 26, which is pushed into the outer part 25 and sealing at the ends, e.g. B. is connected to this by welding 27 *. Furthermore, the outer walls of the ring-like coolant inlet and outlet spaces 6 and 7 are reinforced and, for example, provided with self-sealing threads 21 into which the coolant supply and discharge pipes 20 are screwed. The latter are introduced through holes 28 or cutouts made in the pump housing 3. In addition, the tubes 20 can be sealed like a stuffing box at their housing exit points, for example with packings 2} and glasses 24.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Wellenabdichtungsund -kühleinrichtung besteht in ihrer starken Kühlwirkung auf die Welle und darin, daß man mit einer vergleichsweise relativ kleinen KUhlmittelmenge auskommt. Erreicht wird diese Wirkung dadurch, daß die Kühlbuchse sehr dünnwandig ausgeführt und an der zweckmäßigsten Stelle der Pumpe angeordnet ist, so daß eine gute Dämmung eintritt und dem Hauptförderstrom der Pumpe keine Wärme entzogen wird. Der dünnwandige Innenteil der KUhlbuchseThe particular advantage of the shaft sealing and cooling device according to the invention is its strong cooling effect the wave and the fact that you can get by with a comparatively relatively small amount of coolant. This effect is achieved in that the cooling sleeve is made very thin-walled and is arranged at the most convenient point of the pump, so that a good insulation occurs and no heat is extracted from the main flow of the pump. The thin-walled inner part of the cooling socket

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bildet zusammen mit der Pumpenwelle bzw. der Wellenschutzhülse einen längeren, engen Ringspalt, in welchem das Fördermedium vor der Stopfbuchspackung mit etwa der halben Winkelgeschwindigkeit der Pumpenwelle rotiert und hier als vorgekühlter Teil des Fördermediums erhalten bleibt, wenn man von dem kleinen Leckstrom, welcher durch die Packung abwandert, absieht. Dadurch werden besonders günstige Wärmetibergangsverhältnisse geschaffen. Außerdem besitzt dieser Leckstrom eine wesentlich tiefere Temperatur, so daß innerhalb der Packung kein Verdampfen eintreten kann und damit der Stopfbuchspackung gute Gleit- und Schmiereigenschaften | erhalten bleiben und lange Standzeiten für die Packung und die Wellenschutzhülse erreicht werden.forms together with the pump shaft or the shaft protective sleeve a longer, narrow annular gap in which the pumped medium in front of the stuffing box packing moves at about half the angular velocity the pump shaft rotates and here as a pre-cooled part of the pumped medium is retained if one disregards the small leakage current that migrates through the packing. This will make them special favorable heat transfer conditions created. aside from that if this leakage current has a much lower temperature, see above that no evaporation can occur within the packing and thus the stuffing box packing has good sliding and lubricating properties | are preserved and long service lives can be achieved for the packing and the shaft protecting sleeve.

Da gegenüber dem Hauptpatent keine elastischen Rundringe zum Abdichten verwendet werden, ergibt sich der Vorteil, daß diese Einrichtung für noch höhere Temperaturen einsetzbar ist.Since, compared to the main patent, there are no elastic O-rings for sealing are used, there is the advantage that this device can be used for even higher temperatures.

Auch sind die Bauteile der erfindungsgemäßen Einrichtung von einfacher Gestaltung und damit fertigungsgünstig. Weiter kann beispielsweise auch eine einfache Kreiselpumpe, welche mit ei- " ner normalen Packungsstopfbuchse geliefert wurde, nachträglich, z. B. auch beim Betreiber, mit der erfindungsgemäßen Einrichtung nachgerüstet werden, ohne daß wesentliche Nacharbeiten und entsprechende Zusatzkosten entstehen.The components of the device according to the invention are also of a simple design and thus inexpensive to manufacture. Can continue for example, a simple centrifugal pump, which was supplied with a normal packing gland, retrofitted, z. B. also at the operator, with the device according to the invention can be retrofitted without significant reworking and corresponding additional costs arise.

Außerdem bietet die erfindungsgemäße Ausführung für den Hersteller große Vorteile bezüglich der Lagerhaltung, weil jede normale Serienpumpe bereits entsprechend hergestellt werden kann und diese durch die Ergänzung der wenigen Zusatzteile bei der End-In addition, the embodiment according to the invention offers the manufacturer great advantages in terms of storage, because every normal series pump can already be manufactured accordingly and this by adding the few additional parts to the end

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montage auch als Heißwasser- oder -ölpumpe geliefert werden kann.assembly can also be supplied as a hot water or oil pump.

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Claims

Claim

Device for sealing and cooling the drive shaft of centrifugal pumps for pumping hot media such as hot water or hot oil, according to patent (patent application P 20 J54-586.2),

characterized,

that the cooling bushing is closed in itself and of double-walled, in its outer part annular coolant inlet and -off- * enters space, and has a cooling medium line between the two coolant inlet and -austrittsräumen, the inner part is inserted as a tubular thin-walled part in the outer part and to the ends are sealingly connected to this, the outer walls of the coolant inlet and outlet spaces serve to hold the coolant inlet and outlet pipes in a sealed manner, these being reinforced, for example, and provided with self-sealing threads for screwing in the pipes and the pipes being guided through enlarged housing bores, g which may be seaustrittsstellen additionally by means of known per se glands sealed at their Gehäu-.

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