DE2138836A1

DE2138836A1 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE2138836A1
Application number: DE19712138836
Authority: DE
Inventors: Tjako Aaldrik Dipl.-Ing. Vianen Wolters (Niederlande). P
Original assignee: Ballast Nedam Groep NV
Current assignee: Ballast Nedam NV
Priority date: 1970-08-04
Filing date: 1971-08-03
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3754834A; NL159759B; NL7804357A; DE2138836B2; BE770836A; NL157081B; JPS5427561B1; NL7011545A; GB1361987A; FR2101970A5

Description

Patentanwälte

Dipl.Ing.C.Wallach " ! 17? ßi

Dipl. Ing. G. Koch ^J °

Dr. T. Haibach . 91^ft8^R -q λ._ιλ

Fall 87 8 München 2 Zl J ö ö J b 3. /lug,

Kaufingerair. 8, Tel. 24 02 75

Bailast-Nedam Groep 17.7., Amsterdam, die Niederlande

"Zentrifugalpumpe¹¹

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe, umfassend ein Gehäuse, mindestens ein rotierbar im Gehäuse angeordnetes Flügelrad und mindestens eine Abdichtung zum Abdichten eines Spaltes zwischen Flügelrad und Gehäuse, welche Abdichtung Abdichtungsmittel mit mindestens zwei, mittels eines Raumes voneinander getrennten, Laufflächen besitzt, nämlich eine erste an einer Hochdrückseite und eine zweite an einer Niederdrückseite der Abdichtungsmittel liegende Lauffläche, wobei die zwei Laufflächen einen Teil eines quer zu den Laufflächen beweglichen Abdichtungsringes bilden und wobei die von den Laufflächen abgekehrte Seite des Abdichtungsringes eine unter dem Einfluss des Hochdrucks stehende zweite Andrückfläche umfasst.

Sine Zentrifugalpumpe dieser Art ist aus der britischen Patentschrift 803.871 bekannt. Bei derselben steht der Raum, der die Laufflächen voneinander trennt, mit der Hochdruckseite der Pumpe in Verbindung. Die Dimensionierung des Abdichtungsringes ist derart, dass die Spaltweite eines Spaltes zwischen den Laufflächen des Ringes einerseits und der Gegenlauffläche andererseits auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.

Bei dieser Abdichtung ist es Bedingung, dass ein Spalt zwischen den übereinander gleitenden Flächen vorhanden ist, damit das Abnutzen dieser Flächen gering ist. Dabei wird dann wohl der Nachteil akzeptiert, dass diese Abdichtung

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wegen des erforderlichen Spaltes undicht ist.

Ss ist die Aufgabe der Erfindung eine Zentrifugalpumpe zu schaffen, bei der sowohl die Abnutzung wie die Undichtigkeit der Abdichtung gering sind.

Dies wird dadurch erreicht, dass der Raum mit der Niederdruckseite der Abdichtungsmittel kommuniziert. Bei dieser Pumpe wird der Hochdruck über nur eine Fraktion der gesaramten Anlagefläche des Abdichtungsringes abgebaut. Die drohende Kraft die der Abdichtungsring von der Gegenlauffläche abzudrängen droht, ist demzufolge klein. Daher darf die resultierende Andrückkraft, die die drohende Kraft übertreffen soll und die aus dem Hochdruck auf die erste Andrüokflache und dem Niederdruck auf die zweite Andrückfläche, klein sein. Diese kleine Andrückkraft wird über die gesamte Lauffläche de3 Abdichtungsringes aifgefangen, so dass die spezifische Flächendruck gering ist. Durch die Tatsache, dass der Abdichtungsring mit einem geringen spezifischen Flächendruck anliegt, sind sowohl die Undichtigkeit wie die Abnutzung gering.

Vorzugsv/eise ist die erfindungsgemässe Zentrifugalpumpe insbesondere, um dieselbe als Druckpumpe mit hohen Einlass- und Auslassdrücken geeignet zu machen, derart ausgeführt, dass die zweite Lauffläche mit einer von dem Einlass getrennten Regelkammer kommuniziert, die hinwieder über Drosselraittel mit einer Regeldruckquelle in Verbindung steht und dass die von den Laufflächen abgekehrte Seite des Abdichtungsringes noch eine dritte Andruckfläche umfasst, die unter dem Einfluss des Regeldruckes der Regelkammer steht.

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Sogar bei hohen Betriebsdrücken kann der Flächendruck auf die Laufflächen, abgesehen von kurzen Perioden von Drückstösser) doch gering sein, während trotz diesen geringen Andrückkräften die Anlage des Abdichtungsringes während des Betriebes, sogar während Druckstössen, wie Kavitation der Pumpe, selbsteinstellend geregelt wird.

Die Erfindung wird in nachstehender Beschreibung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemässen Zentrifugalpumpe,

Figuren 2a und 2b,. je die Einzelheit II der Figur 1 mit verschiedenen Stellungen der Abdichtung in einem grösseren Masstab,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Einzelheit einer weiteren erfindungsgemässen Zentrifugalpumpe, die eine Abdichtung mit zylindrischen Laufflächen zeigt,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie.. V-Y der Figur 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Einzelheit einer bekannten Zentrifugalpumpe die eine herkömmliche Abdichtung mit einer zylindrischen Lauffläche trägt,

Figuren 7a und 7b, ein Schema des Kräftengleichgewichtes der Abdichtung der Figur 6 in zwei verschiedenen Stellungen,

Figuren 8a und 8b, je ein Schema einer Abdichtung für eine

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erfindungsgemässe Zentrifugalpumpe mit dem Kräftengleichgewicht des Abdichtungsringes der Einzelheit III in zwei verschiedene Stellungen,

Pig. 9 ein der Figur 8b entsprechendes Schema "bezüglich eine Variante einer Abdichtung einer erfindungsgemäsaen Zentrifugalpumpe,

Figuren 10a und 10b, je ein Schema des Kräftengleichgewichtes des Abdichtungsringes, gehörend zu den Stellungen der Figur 2a bezw. Figur 2b, und

Fig. 11 ein der Figur 10b entsprechendes Schema bezüglich einer Variante einer Abdichtung einer' erfindunggemässen Zentrifugalpumpe.

Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemässe Zentrifugalpumpe, die insbesondere zur Förderung einer Suspension von Sand und Wasser geeignet ist, umfasst ein Flügelradgehäüse und ein durch eine Antriebswelle 3 angetriebenes Flügelrad Ein mit Bolzen 50 am Flügelradgehäuse 1 befestigter Vorderdeckel 5, ein mit Bolzen 60 am Flugelradgehäüse 1 befestigter Hinterdeckel 4-, .ein mit Bolzen 8 am Vorderdeckel befestigter Vorderflansch 7 und ein mit Bolzen ,8 am Hinterdeckel befestigter Hihterflansch 11, der die Antriebswelle 3 durchlässt, bilden einen Teil des Flügelradgehäuses 1. Am Vorderflansch kann eine Einlassleitung 6 befestigt werden.

In Fig. 3 sind in grösserem Masstab die besonderen Abdichtungemittel III der Abdichtung zwischen Flügelrad 2 und Hinterdeckel 4 dargestellt. Diese Abdichtungsmittel umfassen einen einen Teil des Hinterflansches 11 bildenden Führungsrand 13 und einen Abdichtungsring 12, von dem ein Kragen 51

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axial verschieblich und mittels eines O-Ringes 52 abgedichtet den Führungsrand 13 umgreift. Der Abdichtungsring 12 besitzt zwei mittels eines Raumes "voneinander getrennten Laufflächen, nämlich eine erste lauffläche 32, die an der Auslassdruckseite der Pumpe und somit an einer Hochdruckseite .der Abdichtungsmittel und eine zweite lauffläche 34, die an der atmosphärischen Druckseite der Pumpe und somit an einer lTiederdruckseite der Abdichtungsmittel liegen. Die Laufflächen 32 und 34 wirken mit der Gegenlauffläche 53 zusammen und werden an dieselbe gemeinsam als ein Ganzes durch die Summe der auf eine erste Andruckfläche 54 und eine zweite Andruckfläche 55 einwirkenden Andrückkräfte. angedruckt. Die erste Andruckfläche 54 steht unter dem Einfluss der Hochdrückseite 56 und die zweite Andrückfläche 55 steht unter dem Einfluss der Niederdruckseite 57.

Die Hochdruckseite 56 ist durch eine Kammer gebildet, die über einen Einlass 14 mit einer Spülwasserquelle in Verbindung steht, deren Druck so hoch ist, dass verhindert wird, dass die Suspension von Sand und Wasser über den Spalt 5Θ zwischen Flügelrad 2 und Hinterdeckel 4 die Abdichtungsmittel erreichen kann.

Der Raum 33 kommuniziert mit der lTiederdruckseite 57 über einen Kanal 59.

Die Laufflächen 32 und 34 werden mittels einer Fettzufuhr 35 und Verbindungskanälen 30 mit Fett geschmiert.

Um einen deutlichen Vergleich zwischen einer herkömmlichen Abdichtung und der Abdichtung bei einer erfindungsgemässen Zentrifugalpumpe machen zu können, wird auf Figur 6, mit den dazugehörigen Schemas in den Figuren 7a und 7b, hingewiesen. Das Flügelrad 62 ist in Figur 6 mit eines Nasenring

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63 versehen, der mittels Bolzen 65 mit dem Flügelrad 62 verbunden ist. Der mit einer Schulter 61 versehene Plansch 67 trägt mittels Bolzen 60 einen Abdichtungsring 69 von L-förmigem Längsschnitt. Im Raum ausserhalb des Abdichtungsringes 69 herrscht der Sinlaasdruck Pu (siehe Schemas 7a ' und 7b). Wenn der Abdichtungsring 69 sich durch Bewegungen des Flügelrads 62 von dem Nasenring 63 löst, wird der Druck Pu ausserhalb des Abdichtungsringes 69 bis auf den Sinlassdruck Pi, der in diesem Beispiel 0 gewählt ist, abgebaut (7a). Nach dem Anliegen des Abdichtungsringes 69 an seiner Gegenlauffläche 64 am Nasenring 63 wird der Abdichtungsring 69 durch den Ablassdruok Pu angedruckt, so dass der Flächendruck Pv in diesem Fall ebenso gross wie der Ablassdrück.Pu ist.

Bei den Abdichtungsringen 12 der erfindungsgemässen Zentrifugalpumpe wird wie Figuren 8a und 8b zeigen, einen viel niedrigen Flachendruck Pv erreicht.

Wenn die laufflächen 32 und 34 des Abdichtungsringes 12 noch nicht an der Gegenlauffläche 53. am Flügelrad 2 anliegen, wird,Jnd3m Raum 33 zwischen der ersten lauffläche 32 und der zweiten Lauffläche 34 mit der Hochdruckseite Pu in Verbindung steht, auf dieser ersten Lauffläche 32 der Druckunterschied Pu - Pi abgebaut werden. Auf dieser ersten Lauffläche 32

Pu — Pi

steht somit ein Druck von -— und auf der zweiten Lauffläche 34 ein Druck Pi, während auf dem Abdichtungsring 12 an der Ruckseite auf der '.ersten Andruckfläche 54 der Druck Pu und auf der zweiten Andruckfläche 55 der Druck Pi steht. Der Abdichtungaring 12 wird nun dadurch, dass die Summe der Drucke an seiner Rückseite etwas grosser ist,mit den Laufflächen 32 und, 34 an das Flügelrad 2 angedruckt (Fig. 8a). Sobald die Laufflächen 32 und 34 an dtm Flügelrad 2 anliegen,

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entsteht der Zustand in Figur 8b. Die| an der Rückseite an-· greifenden Drucke Pu und Pi führen die auf die Laufflächen 32 und 34 einwirkenden Flächendrücke Pv herbei. Eine Vergiheichung mit Figur 7b zeigt sofort sphon den Unterschied des Flächendruckes Pv, somit auch der¹ Abnutzung.

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Die Variante in Figur 9 zeigt eine. Möglichkeit, die Flächendrucke Pv noch weiter zu refiuzieren. Bei der Variante der Figur 9 ist die erste Andruckfläche 70 kleiner gewählt als die erste Andruckfläche 54 der Figuren 8a und 8b. Mit anderen Worten, die Oberfläche der ersten Andruckfläche wird gerade so gross gewählt, dass die gesamte Andruckkraft auf die erste und die zweite Andruckfläche die Summe der in Figur 8a dargestellten Kräfte auf die erste Lauffläche 32 und die zweite Lauffläche 34 übertrifft.

Bei vorstehenden Beispielen ist von einer Pumpe mit einem niedrigen Einlassdruck ausgegangen. Die Vorteile der Erfindung sind jedoch bei Pumpen, die einen hohen Einlassdruck besitzen, schlagender. Dies wird anhand der Figuren 2a und 2b bezw. 10a und 10b näher erläutert. Die Abdichtungsmittel der Abdichtung II der Zentrifugalpumpe der Figur 1 umfassen einen Teil des Vorderflansches 7 bildenden Führungsrand 9 und einen Abdichtungsring 10, dessen Kragen 16 und 49 axial verschieblich und mittels 0-Ringen 39 abgedichtet den Führungsrand 9 umgreifen. Der Abdichtungsring 10 besitzt zwei mittels eines Raumes 18 voneinander getrennten Laufflächen, nämlich eine erste Lauffläche 17, die an der Aislassdruckseite der Zentrifugalpumpe und somit an einer Hochdruckseite der Abdichtungsmittel und eine zweite Lauffläche 19, die an der Einlassdruckseite der Zentrifugalpumpe und somit an einer Niederdruckseite der Abdichtungsmittel liegt. Die Laufflächen 17 und I9 wirken mit der Gegen-

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lauffläche 45 zusammen und werden gemeinsam als ein Ganzes durch die Summe der auf eine erste Andruckfläche 27, eine zweite Andruckfläche und auf eine dritte Andruckfläche 2'8 einwirkenden Andruckkräfte, welche Flächen unter dem Einfluss der Hochdruckseite Pu, der Niederdrucksei.te Pu bezw. eines Regeldruckes Pr einer Regelkammer 24 stehen, an die Gegenlauffläche 45 angedruckt. Die zweite lauffläche 19 ist mittels Kanälen 23 mit der Hegelkammer 24 verbunden, die hinwieder mittels Drosselmitteln 25 und Leitung 26 mit einer Regeldruckquelle, z.B. der Atmosphäre 79, verbunden ist._ Die

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Kragen 16 und 49 tragen die ersten und zweiten Andruckflächen 27 und 29, während die Wand 28 der Regelkammer 24 als dritte

Andruckfläche 28 dient. Der Raum 18 kommuniziert über Kanäle 22 mit der Einlassdruckseite.

Bei der in Figuren 2a und 10 dargestellten Stellung des Abdichtungsringes 10 ist derselbe frei von dem Flügelrad 2. Dadurch, dass in Kammer 18 der Druck Pi herrscht, wird der Druckunterschied Pu - Pi auf die lauffläche 17.abgebaut. Durch Kanäle 23 wird auch in der Regelkammer 24 der Drück Pi herrschen, weil die Drosselmittel 25 die grosse Zufuhr aus den Kanälen 23 nicht abführen kann. Auf der Andruckfläche steht der Druck Pu aus dem Raum 72, wahrend auf den Andruckflächen 28 und 29 der Druck Pi herrschen wird.

j ' ■ Das Kräftengleichgewicht des Abdichturigsringes 10 ist in Figur 10a durch χ Ob 17 + Pi x Ob (18+19) in bezug auf Pu χ Ob 27 + Pi x Ob (28+29) bestimmt, so dass der Abdichtungsring 10 mit den lauf flächen 1'7 und 19 in Richtung des Flügelrads 2 bewegt wird. Sobald die laufflächen 17 und

19 das Flügelrad 2 berühren, werden die Kanäle 23 verschlossen und es kann der Druck Pi aus der Regelkammer weglaufen, so dass dort wieder der Regeldruck Pr stehen wird und der Zustand, in den Figuren 2b und 10b eintritt. Die nun auftretenden

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Andruckkräfte werden über die ganze lauffläche verteilt, so dass ein Flächendruck Pv auftritt, der sogar erheblich niedriger sein kann als der Einlassdruck Pi.

Die Variante in Figur 11 zeigt, dass durch das gunstig Wählen der verschiedenen Oberflächen ein noch niedriger Flächendruck Pv erzielt werden kann.

Die laufflächen 17, 19, 32 und 34 bestehen aus Beschichtung-sauflagen 21, 20, 73 bezw. 74 aus verschleissfestem gummiartigen Material. · " '

Die Hochdruckseite des Abdichtungsringes 10 steht über Einlass 15 mit genannter Spülflüssigkeitsquelle in Verbindung.

In den Figuren 4 und 5 ist eine radiale Abdichtung für eine erfindungsgemässe Zentrifugalpumpe dargestellt. Am Flügelrad 2 ist mit Hilfe von Bolzen 45 ein nasenring 76 angeordnet. Der Vorderflansch 7 .trägt mittels Dichtungen 46 und 47 abdichtend miteinander verbundene Ringe 37 und 48 der Abdichtungsführungen. Mit 26 ist wieder die Verbindung mittels Drossel 25 einer Regelkammer 24 mit der Regeldruckquelle bezeichnet. Ein Raum 42 der über Kanäle 41 mit dem Einlass kommuniziert, trennt die erste Lauffläche 43 von der zweiten Lauffläche 44, welche Laufflächen je aus verschleissfestera gummiartigen aufvulkanisierten Material bestehen, das zusammen mit den Abdichtungselementen 77 einen zylindrischen Abdichtungsring 78 mit zylindrischen Laufflächen 43 und 44 bildet. Die-Lauffläche 44 ist mittels Kanälen 40 mit der Regelkammer 24 verbunden. Durch diesen Aufbau des Abdichtungsringes kann derselbe expandieren, wodurch Unregelmässigkeiten während des Betriebes aufgefangen werden können, während doch eine Anlage der Laufflächen 43 und 44 mit dem erfindungagemäss angestrebten geringen Flächendrück Pv gewährleistet wird.

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Claims

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Ansprüche

1J Zentrifugalpumpe, umfassend ein Gehäuse, mindestens ein rotierbares im Gehäuse angeordnetes Flügelrad und mindestens eine Abdichtung zum Abdichten eines Spaltes zwischen Flügelrad und Gehäuse, weiche Abdichtung Abdichtungsmittel mit mindestens zwei mittels eines Raumes voneinander getrennten Laufflächen besitzt, nämlich eine erste an einer Hochdriickseite und eine zweite an einer Kiederdrifckseite der Abdichtungsmittel liegende Lauffläche, wobei die zwei Laufflächen einen Teil eines quer zu den Laufflächen beweglichen Abdichtungsringes bilden und wobei die von den Laufflächen abgekehrte Seite des Abdichtungsringes eine unter dem Einfluss des Hochdrucks stehende erste Andrückfläche und eine unter dem Einfluss des ITiederdrücks stehende zweite Andruckf'lache umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum mit der Niederdrückaeite der Abdichtungsmittel ' kommuniziert.
2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lauffläche mit einer, von dem Einlass getrennten Regelkammer kommunizert, die hinwieder über Drosselmittel mit einer Regeldrückquelle in Verbindung steht und dass die von den Laufflächen abgekehrte Seite des Abdichtungsringes noch eine dritte Andrückfläche umfasst, die unter dem Einfluss des Regeldrückes der Regelkammer steht.

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