DE2460095B2 - Kreiselpumpe mit Axialschubausgleich - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe mit Axialschubausgleich und mindestens einem, insbesondere mehreren gegensinnig angeordneten, axial begrenzt beweglich gelagerten Pumpenlaufrädern, bei der im Zuge des von einer Zulaufstelle abstömseitig des dem Laufrad nachgeschalteten Leitrads zu einem Bereich nahe dem Laufradaustritt führenden Rücklaufspalts ein zwischen der Laufradrückseite und einer Gehäusewand gebildeter, das Laufrad zur selbsttätigen, axialen Stabilisierung mit einer veränderlichen Druckkraft beaufschlagender Laufradseitenraum einschließlich einer Drosselanordnung vorgesehen ist, die einen radial im Zuge des F'Ucklaufspalts auslaßseitig des Laufradseitenraums gelegenen Drosselabschnitt veränderlichen Durchflußquerschnitts aufweist, der von einer radialen, der Laufradrückseite zugekehrten Gehäusefläche einerseits und einer korrespondierenden, mit dem Laufrad verbundenen Gegenfläche andererseits begrenzt ist

Bei mehrstufigen oder mehrflutigen Kreiselpumpen, bei denen sämtliche Pumpenlaufräder — zumeist in spiegelsymmetrischer Anordnung — durch eine gemeinsame, axial begrenzt bewegliche Antriebswelle verschiebefest miteinander verbunden sind, ist es bekannt, zum Ausgleich des Axial- bzw. Restschubs eine Entlastungsvorrichtung am einen Wellenende anzuordnen, die im Zuge eines Rückströmpfades von der Hochzur Niederdruckseite der Pumpe liegt und eine Druckmittelkammer einschließlich einer diese begrenzenden, bei einer Axialverschiebung der Welle querschnittsveränderlichen, aus einem festen und einem variablen oder zwei gegensinnig variablen Drosselspalten bestehenden Drosselkombination enthält (FR-PS 5 64 440, DE-PS 6 26 869 und Defeld »A practical treatise on single and mult-stage centrifugal pumps«, 1930, S. 119 bis 122). Bei diesen bekannten Pumpen entsteht jedoch zusätzlich zu den Spaltwasserverlusten an jedem Laufrad auch noch eine Verlustströmung zwischen Hoch- und Niederdruckseite der Pumpe zum Betrieb der Axialschub-Entlastungsvorrichtung und vor allem müssen die radialen Dichtungsspalte im Spaltwasserpfad jedes Pumpenlaufrades unter Berücksichtigung der unvermeidbaren Fergigungstoleranzen einen unerwünscht großen Durchflußquerschnitt haben, um ein Anlaufen der die Dichtungsspalte begrenzenden, laufrad- bzw. gehäuseseitigen Radialflächen mit Sicherheit zu vermeiden, und zwar auch dann, wenn sämtliche gehäuseseitigen Radialflächen der Druckseite der Pumpe und die umlaufenden Gegenflächen der Saugseite zugekehrt sind (DE-PS 6 26 869). Hieraus ergibt sich bei Kreiselpumpen dieser Art mit einer gesonderten, sämtlichen Pumpenlaufrädern zugeordneten Entlastungsvorrichtung eine übermäßig narke Verlustströmung, was eine entsprechende Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrades zur Folge hat.

Bei den bekannten Kreiselpumpen der eingangs erwähnten Art hingegen (DE-OS 14 03 878) sind die einzelnen Laufräder bzw. Laufradgruppen begrenzt axial verschieblich gelagert und jeweils mit einer individuellen Restschubregelung auf der Laufradrückseite versehen, die im Zuge des Spaltwasserpfades zwischen dem Austrittsbereich des nachgeschalteten Leitrades und dem Laufradaustritt angeordnet ist und einen einlaßseitig von einem achsnahen, konstanten Drosselspalt und auslaßseitig von einem achsfernen, radialen Drosselspalt veränderlichen Querschnitts begrenzten Laufradseitenraum enthält. Bei dieser Laufradstabilisierung sind jedoch die bei einer Auslenkung des Laufrades aus der Mittellage erzielbaren Druckänderungen im Laufradseitenraum und somit die wirksamen Rückstellkräfte unerwünscht gering und ferner nehmen die Leckverluste im Spaltwasser-Rücklaufpfad mit sinkender Druckbeaufschlagung des Laufradseitenraums stark zu, was sich ebenfalls wieder nachteilig auf den Pumpenwirkungsgrad auswirkt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß eine hochwirksame, selbsttätige Laufrad-Stabilisierung mit wesentlich verringerten Rückströmverlusten erreicht und somit der Pumpenwirkungsgrad merklich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Kreiselpumpe der

beanspruchten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Zuge des Rücklaufspalts einlaßseitig des Laufradseitenraums ein zweiter, radialer, im Durchflußquerschnitt veränderlicher Drosselabschnitt angeordnet und dieser von einer radialen, der Laufradrückseite s abgekehrten Gehäusefläche einerseits und einer korrespondierenden, der Rückseite des Laufrads zugekehrten und mit dieser verbundenen Gegenfläche andererseits begrenzt ist

Bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe wird auf Grund der besonderen Anordnung und Ausbildung der Drosseiabschnitte im Spaltwasser-Rücklaufpfad der Spaltwasserverlust unter Berücksichtigung der an beiden radialen Drossel- und Dichtabschnitten sehr geringen minimalen Spaltbreite auf einem äußerst niedrigen mittleren Wert gehalten und gleichzeitig das vergleichsweise ja schwache Druckgefälle zwischen Leit- u. Laufradaustritt nahezu vollständig für eine sichere individuelle Laufrad-Schubregelung einfachster Bauweise ausgenutzt, mit der Folge, daß eine hochgradige Laufrad-Stabilisierung mit einem wesentlich verbesserten Pumpenwirkungsgrad erreicht wird.

Um eine nach beiden Seiten etwa symmetrische Laufrad-Stabilisierung zu erhalten, haben der aus- und der einlaßseitige Drosselabschnitt in der Mitteilage des Laufrades zweckmäßigerweise etwa gleich große Spaltweiten. Ferner empfiehlt es sich, den einlaßseitigen, radialen Drosselabschnitt im achsnahen und den auslaßseitigen, radialen Drosselabschnitt im radial äußeren Bereich des Laufrades anzuordnen, wodurch die Druckangriffsfläche im Laufradseitenraum möglichst groß gehalten wird und die Rückströmung in Richtung der Zentrifugalkraft radial von innen nach außen erfolgt In baulich besonders einfacher und wirksamer Weise sind die radialen Gehäuseflächen vorzugsweise voneinander abgekehrt und die mit dem Laufrad verbundenen Gegenflächen einander zugekehrt. Ebenfalls aus Gründen einer baulichen Vereinfachung ist die den einlaßseitigen Drosselabschnitt begrenzende, ■ adiale Gegenfläche zweckmäßigerweise an einer gemeinsam mit dem Laufrad axial verschieblichen Wellenbuchse ausgebildet.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in der eine Stufe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kreiselpumpe schemülisch im Schnitt dargestellt ist

Bei der gezeigten mehrstufigen Kreiselpumpe sind die einzelnen Pumpenlaufräder zum Ausgleich des Axialschubs symmetrisch :-.nd spiegelbildlich längs der Mittelebenen χ auf einer gemeinsamen Welle 10 in bestimmten Grenzen axial frei beweglich angeordnet und werden durch Wellenbuchsen 18 auf Abstand gehalten. Dem Laufrad 12 jeder Stufe sind ein Diffusor 14 und ein Leitrad 16 nachgeschaltet. An einer Entnahmestelle 30 hinter dem Leitrad 16 beginnt ein Rücklaufspalt, der nacheinander über einen radialen, achsnahen Drosselabschnitt 28, einen zwischen der Laufrad-Rückseite und einer Gehäusewand 36 radial verlaufenden Laufradseitenraum 20 und einen radialen Drosselabsehnitt 22 im radial äußeren Bereich des Laufrads 12 zu einer Rücklaufstelle zwischen Laufradaustritt und Diffusor 14 führt Der Drosselabschnitt 22 liegt zwischen einer umlaufenden Radialfläche 24 auf der Laufrad-Rückwand und einer entsprechenden Gehäusefläche 26, während der Drosselabsehnitt 2ß durch eine umlaufende Radialfläche 32 der Wellenbuchse 18 und eine entsprechende Gehäusefläche 34 der Gehäusewand 36 begrenzt wird. Die Radialflächen 24 und 32 sind einander zugekehrt und haben einen um das zugelassene Axialspiel des Laufrads 112 größeren gegenseitigen Axialabstand als die Gehäuseflächen 26, 34, die voneinander abgekehrt sind. Ohne Berücksichtigung der Zentrifugalförderung im Seitenraum 20 herrscht dort ein Druck, der in der Mittellage des Laufrads 12 e»wa in der Mitte zwischen dem Druckwert an der Entnahmestelle hinter dem Leitrad 16 und dem Druckwert an der Rücklaufstelle im Bereich des Laufradaustritts liegt Die im Seitenraum 20 erzeugte Druckkraft ist normalerweise gleich groß wie der entgegengesetzt wirkende, durch die spiegelsynimetrische Laufrad-Anordnung nicht-ausgeglichene Laufrad-Restschub.

Außer zum Vergleich der Axial¹ -äfte dient der Seitenraum 20 in Verbindung mit den Orosselabschp.itten 22,28 auch zur Stabilisierung des Lautrads 12 in der Mittellage: Wenn sich das Laufrad 12 nach links verschiebt, verkleinert sich der Durchflußquersci.nitt des Drosselabschnitts 28 zwischen der Radialfläche 32 und der vJehäusefläche 34, während sich der Drosselabschnitt 22 verbreitert Somit fällt der Druck im Seitenraum 20 ab und nähen sich rasch und weitgehend dem Druck am Laufradaustritt Dementsprechend verringert sich auch die im Seitenraum 20 erzeugte Druckkraft und das Laufrad 12 sucht wieder nach rechts in die Ausgangslage zurückzukehren.

Bei einer Auslenkung des Laufrads 12 nach rechts, also entgegen der vom Seitenraum 20 ausgeübten Druckkraft, verengt sich der Drosselabsehnitt 22 und in gleichem Maße verbreitert sich der wirksame Durchflußquerschnitt des Drosselabschnitts 28. Der Druck im Seitenraum 20 steigt somit steil an und näher' sich schließlich weitgehend dem Druckwert an der Entnahmestelle 30. Dementsprechend erhöht sich auch die im Seitenraum 20 erzeugte Druckkraft, und das Laufrad 12 wird verstärkt in die Mittellage zurückgedrückt.

Bei einer Auslenkung des Laufrads \7. aus der Mittellage nach links oder rechts wird also mit ί lilfe des den Seitenraum 20 und die beiden Drosseiabschniite 22, 28 veränderlichen Querschnitts enthaltenden Strömungspfades eine zunehmende Rückstellkraft auf das Laufrad 12 ausgeübt die rasch und stetig ansteigt und für eine hochempfindliche Laufrad-Stabilisierung sorgt. Weil das Druckgefälle zwischen dem Leitradaustritt und dem Laufradaustritt infolge der besonderen Ausbildung des Rücklaufspaltes zur Laufrad-Stabilisierung nahezu vollständig ausgenutzt wird und weil von den beiden himereinandergeschalteten Drosselabschnitten beim öffnen des einen stets der jeweils andere b^;s zu eiiier sehr geringen Spaltbreite geschlossen wird, sind außerdem die Strömungsverluste gleichbleibend gering, so daß der Rücklaufspalt, wie gezeigt, zweckmäßigerweise zugleich als \bdichtung aer Laufrad-Rückseite und der Welle wirkt. Zur weiteren Abdichtung des Laufrades 12 kann auf dessen Saugseite in dem Spalt zwischen Laufradaustritt und -eintritt eine zusätzliche Dichtung vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kreiselpumpe mit Axialschubausgleich und mindestens einem, insbesondere mehreren gegensinnig angeordneten, axial begrenzt beweglich gelagerten Pumpenlaufrädern, bei der im Zuge des von einer Zulaufstelle abströmseitig des dem Laufrad nachgeschaltetcit Leitrads zu einem Bereich nahe dem Laufradaustritt führenden Rücklaufspalts ein zwischen der Laufradrückseite und einer Gehäusewand ι ο gebildeter, das Laufrad zur selbsttätigen, axialen Stabilisierung mit einer veränderlichen Druckkraft beaufschlagender Laufradseitenraum einschließlich einer Drosselanordnung vorgesehen ist, die einen radial im Zuge des Rücklaufspalts auslaßseitig des Laufradseitenraums gelegenen Drosselabschnitt veränderlichen Durchflußquerschnitts aufweist, der von einer radialen, der Laufradrückseite zugekehrten Gehäusefläche einerseits und einer korrespondierenden, mit dem Laufrad verbundenen Gegenfläehe andererseits begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Rücklaufspalts einlaßseitig des Laufradseitenraums (20) ein zweiter, radialer, im Durchflußquerschnitt veränderlicher Drosselabschnitt (28) angeordnet und dieser von einer radialen, der Laufradrückseite abgekehrten Gehäusefläche (34) einerseits und einer korrespondierenden, der Rückseite des Laufrads (12) zugekehrten und mit dieser verbundenen Gegenfläche (32) andererseits begrenzt ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus- und der einlaßseitige Drosselabschnitt (22, 28) ir der Mittellage des Laufrades; (12) eiwa gleich große Spaltweiten aufweisen. &

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einlaßseitige, radiale Drosselabschnitt (28) im achsnahen und der auslaßseitige, radiale Drosselabschnitt (22) im radial äußeren Biereich des Laufrades (12) angeordnet ist.

4. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Gehäijseflächen (26, 34) voneinander abgekehri und die mit dem Laufrad (12) verbundenen Gegenflächen (24,32) einander zugekehrt sind.

5. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den einlaßseitiigen Drosselabschnitt (28) befrenzende, radiale Gegenfläche (32) an einer gemeinsam mit dem Laufrad (12) axial verschieblichen Wellenbuch- so se (18) ausgebildet ist.