DE2156955C3 - Vorrichtung zum Ausgleichen des axialen Schubes an der Pumpenwelle einer Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleichen des axialen Schubes an der Pumpenwelle einer Kreiselpumpe mit einem Gehäuse, das eine Hochdruckkammer bildet und wenigstens einem Pumpenrad, das in der Kammer angeordnet und auf der Pumpenwelle befestigt ist, wobei sich die Ausgleichsvorrichtung zusammensetzt aus einem Gehäuse, das axial neben der Hochdruckkammer ausgebildet ist und in seinem Innern eine Niederdruckkammer begrenzt, die mit der Saugseite der Pumpe kommuniziert einer axial verschiebbaren Drucktrommel, die um die Pumpenwelle zwischen der HochdrucMcammer und der Niederdruckkammer angeordnet isi und diese Kammern trennt, einer Ausgleichsplatte, die um die Pumpenwelle innerhalb des Gehäuses angeordnet und deren Querschnittsfläche größer ist als diejenige der Drucktrommel und die mit derselben starr verbunden und mit dieser axial verschiebbar ist, sowie einer Druckplatte, die auf der

ίο Pumpenwelle an der Seite fest angebracht ist die in bezug auf die Ausgleichsplatte von der Drucktrommel abgelegen und stirnseitig in bezug auf die Ausgleichsplatte angeordnet ist, wobei die Ausgleichsplatte und die Druckplatte zwischen sich eine Ausgleichskammer begrenzen und die Ausgleichskammer durch einen radialen Spalt an ihrem Außenumfang mit der Niederdruckkammer und mit der Hochdruckkammer über einen ringförmigen Spielraum in Kommunikation steht der zwischen der Außen-Umfangsfläche der Pumpenwelle und einer axialen Bohrung ausgebildet ist, die sich durch die Drucktrommel und die Ausgleichsplatte hindurcherstreckt

Aus der DT-OS 14 53 787 ist eine Einrichtung zum Ausgleich des Axialschubes von Kreiselpumpen be-

kannt, die in der eingangs beschriebenen Weise ausgebildet ist

Aus der US-PS 22 21 225 ist bekannt daß gewöhnliche zylindrische Ausgleichstrommeln ein relativ großes Spiel haben müssen, um im Betrieb ein Festfressen zu vermeiden. Da derartige Ausgleichstrommeln einem relativ raschen Verschleiß unterworfen sind, nimmt auch die Fluid-Leckage in die Druckreduzierkammer entsprechend zu. Dadurch wird es schwierig, den optimalen Wirkungsgrad in Pumpen aufrechtzuerhalten, die mit gewöhnlichen Ausgleichstrommeln versehen sind. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in der US-PS 22 21 225 ein Leckage-Steuerring vorgesehen, der in einer schwebenden Position zwischen axial voneinander beabstandeten radialen Stirnseiten von inneren und äußeren ringförmigen Teilen und der Ausgleichstrommel gehalten wird. Die ringförmigen Teile sind drehfest auf der Pumpenwelle befestigt, so daß sie mit hoher Drehzahl rotieren, wenn sich die Pumpe in Betrieb befindet. Der Steuerring ist dagegen nur lose zwischen den rotierenden ringförmigen Teilen angeordnet d. h., er besitzt keine mechanische Verbindung zu diesen Teilen. Da der Leckage-Steuerring während seiner Bewegung zwischen den radialen Stirnseiten zwangsläufig mit letzteren in Berührung gebracht wird, ist ein Verschieiß der radialen Stirnseiten und der radialen Seiten des Leckage-Steuerrings unvermeidlich. Als Folge dieses Verschleißes nimmt die Leckage des Mediums in die Druckreduzierkammer zu, da die zwei ringförmigen Teile sich nicht gegeneinander bewegen können, um diesen Verschleiß zu kompensieren. Die Ausgleichsvorrichtung arbeitet dann aber nicht mehr einwandfrei.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Ausgleichen des axialen Schubes an der Pumpenwelle einer Kreiselpumpe anzugeben, die auch nach einem stärkeren, durch längeren Betrieb bedingten Verschleiß an den Ausgleichseinrichtungen zuverlässig arbeitet und die Pumpenwelle axial nicht verschiebt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der radial

innere Umfang der Ausgleichsplatte einstückig mit einem ringförmigen axialen Ansatz versehen ist, der sich gegen die gegenüberliegende Stirnseite der Druckplatte erstreckt, wobei «in ringförmiger Spalt zwischen

dem Ansatz und der Druckplatte gebildet ist, daß der Spalt den ringförmigen Spiejraum mit der Ausgleichskammer kommunizierend verbindet und daß die Drucktrommel and die Ausgleichsplatte durchgehend mit einem axialen Flüssigkeitidurchlaß versehen sind, S über den die Hochdruckkammer und die Ausgleichskammer stets in Verbindung stehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drucktr jramel einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und ihr radial rach innen offener Ringraum mit der Hochdruckkammer und dem Fhlssigkeitsdurchiaß kommuniziert

Im Gegensatz zu den Ausführungen bekannter Art arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann noch absolut zuverlässig, wenn ein beträchtlicher Ver- '5 schleiß an den Ausgleichs- und Druckplatten aufgefieten ist. Dieser Vorteil wird durch den ringförmigen axialen Ansatz an der Ausgleichsplatte bewirkt Da die Ausgleichsplatte sich in axialer Richtung gegen die Druckplatte hin- und von dieser weg bewegt, welche zwecks axialem Druckausgleich an der Pumpenwelle befestigt ist, tritt an dem axialen Ansatz der Ausgleichsplatte nach längerem Betrieb zwangsläufig ein Verschleiß auf. Dieser Verschleiß beeinträchtigt jedoch den einwandfreien Betrieb der Vorrichtung so lange *5 nicht, bis der axiale Ansatz der Ausgleichsplatte vollständig abgenutzt ist Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Stirnseite des axialen Ansatzes sich gegen die DruckpSatte vorschieben kann, um den Verschleiß zu kompensieren, wodurch der richtige axiale Abstand des ringförmigen Spaltes zwischen dem Ansatz und der Druckplatte aufrechterhalten wird, wenn der Verschleiß zunimmt Zu diesem Zweck sind Ausgleichsplatte und Drucktrommel, die miteinander verbunden sind, gegenüber der Pumpenwelle axial beweglich angeordnet. wie aus der DT-OS 14 53 787 bekannt ist

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine axiale Teilschnittansicht einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe mit einer erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung und

F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Pumpe.

Es wird nun auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen, um zunächst die Konstruktion eines Ausführungsbeispiels der Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung zu beschreiben. In einem Gehäuse 1 sind Pumpenräder 2 einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe untergebracht. Die Pumpenräder 2 sind z. B. mittels Keile 4 auf einer Pumpenwelle 3 befestigt Ein Gehäuse 5, in dem verschiedene Teile einer Vorrichtung Turn Ausgleichen des axialen Schubes der Pumpe vorgesehen sind, ist durch Schrauben 6 an dem Gehäuse 1 neben einer Hochdruckkammer 7 an der Rückseite des Pumpenrades 2 SS der letzten Stufe befestigt Dieses Gehäuse S ist mit einer öffnung 8 versehen, die mit der Saugseite der Pumpe in Verbindung steht

Zwischen der innenliegenden Kammer 9 des Gehäuses 5 und der Hochdruckkammer 7 ist eine Druck- oder Schubtrommel 10, die ähnlich wie das Pumpengehäuse 1 und das Gehäuse 5 nicht drehbar ist, flüssigkeitsdictit in einer axialen Bohrung eines Gehäuseteils 2a so eingesetzt, so daß sie nur relativ zu der Innenfläche der Bohrung axial verschiebbar ist. Die Drucktrommel 10 ist mit einer Ringnut 10a versehen, die Form oder Größe dieser Drucktrommel 5 unterliegt jedoch keinen speziellen Beschränkungen, mit der Ausnahme, daß ihre Querschnittsfläciie etwa gleich ist derjenigen des Öffnungsbereichs des Pumpenrads 2 in jeder Pumpenstufe, und zwar aus Gründen, die in der Beschreibung noch später erläutert werden. O-Ringe 11 können vorgesehen sein, um d?n möglichen Spalt zwischen der Drucktrommel 10 und der umgebenden Wand der Bohrung in dem Gehäuseteil '\a abzudichten. Ein passender ringförmiger Spielraum lit ist zwischen der Drucktrommel HD und einer Hülse IJ auf der Welle 3 ausgebildet Eine verschleißfeste Schicht 106 (F i g. 2) kann an der Trommel 10 vorgesehen werdea Diese Schicht wirk) als Schmutzabscheider und schützt die Teile, an denen sie angebracht ist Es wird bemerkt, daß die Drucktrommel 10 durch die Drehung der Welle 3 nicht mitgenommen wird, weil ein Fortsatz 14Cvorgesehen ist, der in einer Ausnehmung 26 in dem Gehäuseteil 2a eingreift

Eine Ausgleichsplatte 14 ist starr mit der Drucktrommel 1Ö gekoppelt und mit dieser axiai verstellbar. An der Niederdruckseite dieser Ausg/eichspJatte 14, d. h. an der linken Seite der Plätte 14 gemäß den F i g. 1 und 2, ist entgegengesetzt eine Druckplatte 15 vorgesehen, die durch einen Keii 16 fe«t auf der Welle 3 angebracht ist. Die Ausgleichsplatte 14 und Druckplatte 15 sind mit entgegengesetzten, im wesentlichen ringförmigen Ansätzen versehen, die durch die Bezugszahlen 14a, 146 und 15a, 156 gekennzeichnet sind, um geeignete Berührungsflächen zu bilden, die normalerweise zwischen sich einen inneren Spalt IT und einen äußeren Spalt 18 aufweisen. Es ist erwünscht, daß diese ringförmigen Ansätze aus einem ausreichend verschleißfesten Material hergestellt werden.

Durch die Ausgleichs- und Druckplatten 14 und 15 wird der durch das obenerwähnte Gehäuse 5 begrenzte Raum in eine Ausgleichskammer 19, die zwischen den Platten 14 und 15 liegt, und in die Niederdruckkammer 9 aufgeteilt Aus den Zeichnungen geht hervor, daß die Niederdruckkammer 9 mit der Hochdruckkammer 7 über den äußeren Spalt 17, die Ausgleichskammer 19, den inneren Spalt 18 und den Spielraum 12 in Verbindung bringbar ist. Die Hochdruckkammer 7 und die Ausgleichskammer 19 können ebenfalls über einen Flüssigkeitskanal 20, dessen Zwecke anschließend noch beschrieben werden, in direkter Verbindung miteinander stehen. Es sei bemerkt, daß Vorkehrungen getroffen sind, damit die Pumpenwelle 2 relativ zum Pumpengehäuse axial nicht verschiebbar ist.

Nachstehend wird nun eine Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung zum Ausgleichen des axialen Schubes der mehrstufigen Zentrifugalpumpe beschrieben. Ein hoher Druck baut sich in der Kammer 7 auf, wenn die Pumpe in Betrieb gesetzt wird. Das unter hohenrn Druck stehende Medium in der Kammer 7 läuft durch leinen ringförmigen Flaum 10c in der Trommel 10, den Spiielraum 12 und den inneren Spalt 18 sowie durch den Flüssigkeitskanal 20, sofern dieser vorgesehen ist, in die Ausgleichskammer 19. Sollte der äußere Spalt 17 zwischen der Ausgleichsphue 14 und der Druckplatte 15 durch den auf die Trommel 10 einwirkenden axialen Schub geschlossen sein, so ist der Druck innerhalb der Ausgleichskammer 19 im wesentlichen gleich dem Druck innerhalb der Hochdruckkammer 7. Da jedoch die Drucktrommel 10 einen kleineren Durchmesser hat als diei Ausgleichsplatte ll4, was eindeutig aus den Zeichnungen hervorgeht, und da die Druckplatte 15, wie bereits erwähnt, axial unbeweglich ist, bewirkt eine Kraft, resultierend aus den! Unterschied zwischen der nach rechts gerichteten Krift, die auf die Platte 14 ein-

wirkt, und zwar auf Grund des Druckes in der Ausgleichskammer 19 (in diesem Fall etwa gleich dem Druck in der Kammer 7) und den nach links gerichteten Kräften entspricht, die auf Grund der Drücke in den Kammern 7 und 9 auf die Trommel IO und die Platte 14 einwirken, daß sich die Ausgleichsplatte 14 gemäß den Figuren nach rechts bewegt, wodurch der obenerwähnte Spalt 17 geöffnet wird.

Für den Fall, daß der Spalt 17 zu weit geöffnet wird, fällt der Druck in der Ausgleichskammer 19 auf den Druckwert in der Niederdruckkammer 9 ab, was zur Folge hat, daß sich die Drucktrommel 10 und daher die Ausgleichspiatte 14 nach links bewegen, um den Spalt

17 zweckmäßig zu verengen. Die Breite dieses äußeren Spaltes 17 stabilisiert sich somit bei einem Zustand, der durch die wirksamen Querschnittsflächen des Spaltes

18 und durch die Summe der Querschnittsflächen des Kanaüs 20 und des Spaltes 18 vorbestimmt wird.

Es wird nun die an der Druckplatte 15 angreifende eingestellte Kraft betrachtet, um die Kräfte deutlicher darzustellen, weiche während des Betriebs dieser Ausgleichsvorrichtung an der Drucktrommel 10, der Ausgleichsplatte 14 und der Druckplatte 15 angreifen. Diese Nutzkraft kann man als den Unterschied zwischen den Drücken in den Kammern 7 und 9 betrachten, und sie greift an einer Fläche an, die man erhält, wenn man den Unterschied zwischen den wirksamen Flächen der Ausgleichsplatte 14 und der Drucktrommel 10 von der wirksamen Fläche der Druckplatte 15 abzieht Mit anderen Worten, die an der Druckplatte 15 angreifende Nutzkraft gleicht im wesentlichen den Unterschied zwischen den Drücken der Kammern 7 und 9 aus, und sie greift an der Fläche an, die gleich ist der wirksamen Querschnittsfläche der Drucktrommel 10. Die Druckplatte 15 wird daher einer nach links gerichteten Kraft gemäß den F i g. 1 und 2 unterworfen. Da die Querschnittsfläche der Drucktrommel 10 etwa der Pumpenradöffnungsfläche in jeder Pumpenstufe entspricht, wie vorstehend erwähnt wurde, ist die oben definierte Nutzkraft an der Druckplatte 15 im wesentlichen gleich dem axialen Schub A, der an den Pumpenrädern 2 angreift Die axialen Kräfte an der Welle sind daher ausgeglichen.

Wenngleich die einander gegenüberliegenden Flächen der ringförmigen Ansätze an der Ausgleichsplatte 14 und der Druckplatte 15 im Betrieb abgenutzt werden können, bleiben die inneren und äußeren Spalten 18 und 17, die dazwischenliegen, so lange im wesentlichen konstant, bis die ringförmigen Ansätze völlig abgenutzt sind, so daß ein wirksamer Betrieb der Pumpe so fiber sehr lange Zeitspannen gewährleistet ist Um die Abnutzung der Ansätze klein zu halten, können sie aus einem verschleißfesten Material hergestellt werden. !Die Naehbarberekhe der Spalten 17 und 18 und des Spielraums 12 sind besonders der Gefahr einer Beschädigung oder Erosion ausgesetzt. Die Zustände des inneren Spaltes und insbesondere des Spielraums 12 sind wahrscheinlich am wichtigsten zur Erzielung der verlängerten Lebensdauer der gesamten Ausgleichsvorrichtung.

Um die Beschädigung oder Erosion klein zu halten, ist es erwünscht, die Flüssigkeitsströmungsmenge durch den Spalt 18 und den Spielraum 12 zu verringern. Zu diesem Zweck ist der obenerwähnte Kanal 20 vorgesehen, der die Hochdruckkammer 7 direkt mit der Ausgleichskammer 19 verbindet. Wenn er in der Form einer öffnung vorliegt, ist dieser Durchlaß 20 gleich so herstellbar, daß er verschleißfest ist. Dieser Hilfskanal oder Hilfsdurchlaß 20 schützt nicht nur den Spalt 18 und den Spielraum 12 gegen eine Beschädigung, wie oben erwähnt sondern verbessert auch erheblich die Arbeitsbedingungen der Pumpenwelle 3, der Wellenhülse 13 und anderer wichtiger Teile der Pumpe in der Nähe des Spielraums 12.

Wenngleich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Drucktrommel 10 und die Ausgleichsplatte 14 als Einzelteile ausgeführt sind, um die Wartung zu erleichtern, sei darauf hingewiesen, daß sie auch aus einem Stück hergesetllt werden können. Wenngleich ferner der Durchmesser der Ausgleichsplatte 14 keinen bestimmten Beschränkungen unterworfen ist gilt jedoch die Ausnahme, daß er größer sein muß als derjenige der Drucktrommel 10, um einen erfolgreichen Betrieb der Ausgleichsvorrichtung zu erhalten.

Die Verwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist nicht allein auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt Sie ist auch anwendbar z. B. bei einer mehrstufigen Pumpe, in der die zahlreichen Pumpenräder in zwei einander gegenüberliegenden Gruppen angeordnet sind (z. B. eine Hochdruckgruppe und eine Niederdruckgruppe). Für den Fall, daß ein Unterschied zwischen den Zahlen der Pumpenstufen in den entsprechenden Gruppen vorhanden ist der zu einem Unterschied zwischen den axialen Schüben führt die durch diese Gruppen erzeugt werden, kann die Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung zwischen den Hochdruckgruppen und Niederdruckgruppen eingebaut werden, um einen solchen Unterschied zwischen den axialen Drücken auszugleichen, die durch die entsprechenden Gruppen erzeugt werden. Die Druckplatte 15 kann in diesem Fall durch die Rückplatte des Pumpenrads der letzten Stufe von einer der Gruppen gebildet werden. Bei einer alternativen Ausführung kann die Druckplatte direkt mit der Rückplatte gekuppelt sein, anstatt auf der Pumpenwelle befestigt zu sein, wie beim dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Es ist ferner ohne weiteres erkennbar, daß die Ausgleichsvorrichtung auch bei einer einstufigen Pumpe angewendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausgleichen des axialen Schubes an der Pumpenwelle einer Kreiselpumps mit einem Gehäuse, das eine Hochdruckkammer bildet und wenigstens einem Pumpenrad, das in der Kammer angeordnet und auf der Pumpenwelle befestigt ist, wobei sich die Ausgleichsvorrichtung zusammensetzt aus einem Gehäuse, das axial neben der Hochdruckkammer ausgebildet ist und in seinem Innern eine Niederdruckkammer begrenzt, die mit der Saugseite der Pumpe kommuniziert, einer axial verschiebbaren Drucktrommel, die um die Pumpenwelle zwischen der Hochdruckkammer und der Niederdruckkammer angeordnet ist und diese Kammern trennt, einer Ausgleichsplatte, die um die Pumpenwelle innerhalb des Gehäuses angeordnet und deren Querschnittsfläche größer ist als diejenige der Drucktrommel und die mit derselben starr verbunden und mit dieser axial verschiebbar ist, sowie einer Druckplatte, die auf der Pumpenwelle an der Seite fest angebracht ist, die in bezug auf die Ausgleichsplatte von der Drucktrommel abgelegen und stirnseitig in bezug auf die Ausgleichsplatte angeordnet ist wobei die Ausgleichsplatte und die Druckplatte zwischen sich eine Ausgleichskammer begrenzen und die Ausgleichskammer durch einen radialen Spalt an ihrem Außenumfang mit der Niederdruckkammer und mit der Hochdruckkammer über einen ringförmigen Spielraum in Kommunikation steht, der zwischen der Außen-Umfangsfläche der Pumpenwelle und einer axialen Bohrung ausgebildet ist, die sich durch die Drucktrommel und die Ausgleichsplatte hindurcherstreckt dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Umfang der Ausgleichsplatte (14) einstückig mit einem ringförmigen axialen Ansatz (146) versehen ist der sich gegen die gegenüberliegende Stirnseite der Druckplatte (15) erstreckt wobei ein ringförmiger Spalt (18) zwischen dem Ansatz und der Druckplatte gebildet ist daß der Spalt (18) den ringförmigen Spielraum (12) mit der Ausgleichskammer (19) kommunizierend verbindet und daß die Drucktrommel (10) und die Ausgleichsplatte (14) durchgehend mit einem axialen Flüssigkeitsdurchlaß (20) versehen sind, über den die Hochdruckkammer (7) und die Ausgleichskammer (19) stets in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Drucktrommel (10) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und ihr radial nach innen offener Ringraum (10a) mit der Hochdruckkammer (7) und dem Flüssigkeitsdurchlaß (20) kommuniziert.