DE2523213C3 - Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe mit Zwischenentnahme und Wiedereinspeisung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Kreiselpumpe. Aus der Zeitschrift »Technische Rundschau« Nr. 42,

a 1972, S. 13 Bild 6 ist eine solche Kreiselpumpe bestehend aus folgenden Teilen bekannt:

Ein topfartiges Sauggehäuse als doppelflutige Vorstufe mit mittigem Einlauf, zwei Eintpllaufrädern, zwei Leiträdern und einem Überströmkanal für das untere Laufrad, aus einem ringartigen nach beiden Seiten offenem durch eine ebene diagonale Trennwand geteiltem langbauenden Zwischengehäuse mit Flanschen, das einen Stutzen für die Zwischenentnahme und einen Stutzen für die Wiedereinspeisung für die

is Hauptpumpe besitzt sowie einem topfartig ausgebildeten Gehäuse für die Hauptpumpe mit einem Druckstutzen und einem zum Zwischengehäuse zu angeordneten Flansch. Sauggehäuse, Zwischengehäuse und Gehäuse der

■so Hauptpumpe werden durch kurze Schrauben an den F'anschverbindungen zusammengehalten. Diese bekannte Kreiselpumpe baut entsprechend ihren konstruktiven Merkmalen lang und besitzt nach ihrer Konstruktion strömungstechnisch sehr ungünstig ge-

« staltete Strömungskanäle für das Fördermedium. In der bekannten Kreiselpumpe geht deshalb ein erheblicher Teil der Förderenergie durch Strömungswiderstand des Fördermediums verloren. Außerdem werden im Betrieb erhebliche Geräusche hervorgerufen, erzeugt durch die

μ ungünstigen Strömungsverhältnisse.

Wegen ihrer langgestreckten Bauweise besitzt die bekannte Kreiselpumpe auch eine lange Pumpenwelle, welche im Betrieb Anlaß zur Ausbildung unerwünschter Schwingungen gibt. Hierdurch wird die Lebensdauer

μ der Pumpe stark beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte mehrstufige Kreiselpumpe der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Bauart mit kurzer Welle

bereitzustellen, die neben guten Saugeigenschaften eine große Laufruhe aufweist, deshalb lange Laufzeiten erreicht und als Kreiselpumpe in Kernkraftwerken einsetzbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der im -. kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die im Zwischengehäuse angeordnete Drosselbuchse dort flüssigkeitsdicht gehaltert und ist im ι ο Zwischengehäuse eine Ringkammer vorgesehen, die mit einer Druckwassereinrichtung, z. B. auch mit der ersten Stufe des Hochdruckteils und einer Rohrleitung verbunden ist und sind in der Drosselbuchse selbst radiale Bohrungen angebracht, die in die keilartigen ts Taschen der Drosselbuchse münden und sind innerhalb der Buchse, also zu beiden Seiten der Taschen Drosselspalte mit Gewinderillendichtungen vorgesehen, deren Förderrichtungen in Richtung Taschen gehen, so daß sich innerhalb der Taschen verstärkte >u Staufelder höheren Druckes bilden, deren Krifte eine zentrierende und damit stabilisierende, jedoch vergrößerte Wirkung auf die Pumpenwelle ausüben.

Als erfindungsgemäße Variante können in der vorerwähnten Drosselbuchse beidseitig der keilartigen >5 Taschen als Drosselstrecken auch gekammerte Schwimmringe, die durch elastische O-Ringe vorzentriert sind, angeordnet sein, wobei die Schwimmringe axial gegenüber ihren L-förmigen Gehäusen, die kammerartig die Schwimmringe umschließen, ein in kleines Spiel aufweisen und wo zusätzlich noch auf ihrer Hochdruckstirnseite mehrere radialverlaufende Nuten eingearbeitet sind. In eine dieser Nuten greift ein Stift ein, der in einer Kammerstirnseite befestigt ist und als Verdrehsicherung für den Schwimmring dient.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt die

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kreiselpumpe, die

Fig.2 einen Schnitt gemäß A-A von Fig. 1 (vereinfacht dargestellt), die

F i g. 3 einen Schnitt gemäß ß-ßvon Fig. I.die

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Drosselbuchse mit Schwimmringdichtungen (oberer Teil) und einen Längsschnitt durch eine Drosselbuchse mit Gewinderillendichiungen (unterer Teil) und die

F i g. 5 einen Schnitt gemäß C-Cvon F i g. 4.

Es bedeuten 1 die Pumpenwelle, 35 und 37 ihre Querlager, die im Sauggehäuse 2, bzw. im Druckgehäuse 30 befestigt sind. Das gesamte Gehäuse der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe setzt sich zusammen aus dem Sauggehäuse 2 mit Saugstutzen 3, dem Zwischengehäuse 20 mit Entnahmestittzen 19 und Zulaufstutzen 21, den Stufengehäusen 44 (in F i g. I nicht dargestellt) und dem Druckgehäuse 30 mit Druckstutzen 31, wobei alle Teile durch mehrere Gehäuseschrauben 42 bzw. 41 druck- und flüssigkeitsdicht verbunden sind.

Im Sauggehäuse 2, das zum Zwischengehäuse hin vollkommen offen ist, ist ein doppelflutiges Laufrad 10 mit einem Leitrad 15 angeordnet. Beiderseits des «ι Laufrades sind Schikanen 32 und 33 angeordnet, die die sonst größeren Radseitenräume 13 und 14 abdecken.

Weiter sind im Sauggehäuse 2 vom Saugstutzen 3 ausgehend zwei Zulaufkanäle 4 und 5 angeordnet. Durch diese fließt das Fördermedium dem doppelfluti- t>. gen Laufrad 10 gleichmäßig zu. Beide Kanäle sind in ihren geometrischen Abmessungen gleich gestaltet, jedoch innerhalb der Pumpe spiegelbildlich angeordnet.

Beispielsweise ist der Zulaufkanal 4 räumlich gekrümmt, weist eine Führungsrippe 6 auf und endet in einer Trennrippe 7. Beide Rippen enden nahe der Pumpenwelle und teilen damit räumlich den Saugmund 11.

Der Zulaufkanal 4 ist im Querschnitt so gestaltet, daß das Fördermedium kontinuierlich und stetig beschleunigt wird, wobei es durch die Form und Lage der Führungsrippe 6 bzw. der Trennrippe 7 so gerichtet wird, daß das Medium vorwiegend radial in den Saugmund 11 des Laufrades 10 eintritt. Weiter wird noch eine verbesserte Strömung in Kanal 4 erreicht, wenn die Führungsrippe 6 den Kanal unsymmetrisch, etwa im Verhältnis 2 :1 trennt und die Trennrippe 7 nicht gegenüber dem Führumgsrippenauslauf angeordnet wird, sondern wenn diese Rippe in Richtung zum verengten Teilkanal verschoben wird.

Analog dem vorbeschriebeinen sind auch die weiteren Zulaufkanäh 5 und 22 ausgebildet, die im Zwischengehäuse 20 angeordnet sind. Sie habe=-, wie bei Kanal 4 beschrieben; Führungsrippen 8 bzw. 23 und Trennrippen 9 bzw. 24 und gleiche für Kanal 5, bzw. ähnliche für Kanal 22, Querschnittsverhältnisse bzw. -verlaufe.

Außerdem befindet sich im Zwischengehäuse 20 der an das Leitrad 15 anschließende Sammelraum 16 für den Förderstrom der Vorpumpe mit Überleitung in die Erweiterung 17 und den Überströmkanal 18 zum Entnahmestutzen 19, wobei die größte radiale Erstrekkung oder Erweiterung des Kanals 18 etwa auf Höhe der Trennrippen 9 und 24 Hegt.

Vom Entnahmestutzen 19 führt eine Leitung zu nicht dargestellten Aggregaten oder Anlagen, in denen das Fördermedium beispielsweise gereinigt und thermisch oder chemisch behandelt wird. Nach dem Durchfluß durch vorerwähnte Anlagen fließt es der Pumpe wieder zu und tritt durch den Zulaufstutzen 21 und den Zulaufkanal 22 in die Hauptpumpe zur weiteren Druckerhöhung ein.

Der Hochdi-jckteil ist in der Regel mehrstufig ausgebildet. Er wurde aber in F i g. 1 nur einstufig dargestellt, weil die Stufengehäuse 44, deren Laufräder 45 und Leiträder 46 und Schleißwände 47 keine Besonderheiten aufweisen. Die Laufräder entsprechen dem dargestellten Laufrad 25, die Leiträder dem Leitrad 29 und die Schleißwände der Schleißwand 34. Weiter haben alle Laufräder des Hochdruckteils zum Schubausgleich an sich bekannte saug- und druckseitige Spaltdichtungen 48 und 49 und sogenannte Druckausgleichslöcher oder -öffnungen 50, wobei die Spaltdichtungen auch als Labyrinth-Ausführung gefertigt sein können.

Außerdem sind alle Radseitenräume 27 und 28 im Hocb^.ruckteil so ausgebildet, daß sie sich zum Radaußendurchmesser hin stetig und konstant verengen, wobei der saugieitige Radseitenraum 27 der ersten Hochdruckstufe mit einer Schleißwand 34, die das Zwischengehäuse 20 abschließt, begrenzt wird.

Im Druckgehäuse 30 befindet sich etwa auf der Höhe des Druckstutzen!. 31 ein fördermediumgeschmiertes Querlager 37, dem, in DurchfluBrichtung gesehen, noch eine Gewinderillendichtung 38 vorgeschaltet ist.

Das Druckgehäuse 30 wird durch das Wellenabdichtungsgehäuse 54 abgeschlossen, das beispielsweise eine an sich bekannte Gleitringdichtung 40 aufnimmt. Außerdem ist an diesem Gehäuse 54 eine Rohrleitung 39 als Schmiermittelabführung angeschlossen, die das Schmiermittel beispielsweise in den Zulaufkanal 4 des Sauggehäuses 2 zurückführt. Das andere Querlager 35 ist im Sauggehäuse 2 neben dem Laufrad 10 angeordnet

und erhält sein Schmiermittel über die Zuführungsleitung 36. die vom ringartigen Sammelraum der Vorstufe abgeht. In diese Leitung 36 kann ein nicht dargestelltes Filter zur Reinigung des Schmiermittels eingeschalte! sein. Man kann die Leitung 36 auch am ersten Stufengehäuse 44 anschließen, dort gereinigtes Fördermedium als Schmiermittel abziehen, muß dann aber für eine Reduzierung des Druckes sorgen. Dem Querlager 35 ist in Durchflußrichtung gesehen noch eine kurze Sp^ltdrossel 51 nachgeschaltet. Beide Querlager 3!i und 37 sind vorwiegend als sogenannte Mehrflachenlager ausgebildet.

Im Zwischengehäuse 20 befindet sich zwischen dem Zulauf zur Vorpumpe und dem Zulauf zur Haup'pumpe eine längere Drosselstrecke 43. in deren Drosselbiichse 52. zur Seite höheren Druckes hin verschoben, mehrere Keilflächen 53 oder keilartig ausgebildete Taschen eingearbeitet sind. Durch diese Einrichtungen wird eine zwischen der Pumpenwelle und dem Motoruntersatz eine in Längsrichtung starre Kupplung angeordnet und im Motoruntersatz noch ein Längslager vorgesehen, das der Pumpenwelle im Betrieb eine gewisse freie Längsbewegung gestaltet und im Stand das Rotoreigengewicht aufnimmt. Die kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach der Erfindung besitzt gegenüber bekannten Ausführungsformen zahlreiche Vorteile.

So ist die axiale Länge des Zwischengehäuses in Wirklichkeit noch geringer als aus Fig. I ersichtlich, weil darin aus Gründen der übersichtlicheren Darstel lung alle Stutzen zeichnerisch in eine F.bene gedreht wurden, während sie tatsächlich gegeneinander versetzt und damit noch kompakter angeordnet sind. Daraus resultiert ein kurzer Abstand der Hauptlager, der in Verbindung mit den nachfolgenden Merkmalen einen langen ruhigen störungsfreien Lauf der Pumpe zur Folge hat. Vorteilhaft sind ferner aufgrund der

f.V, IMHCfltdgCI UIIg UtIU .31. I M¹V lltgtlltg )Ufl Il ΐμΐ Ulf £ UVI IW tierenden Pumpenwelle erreicht.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Zwischenlagerung der Pumpenwelle aus folgenden F.lementen aufgebaut: Eine innen zylindrisch ausgedrehte Drosselbuchse 56 paßt in entsprechende Aussparungen im Zwischengehäuse 20 und wird an ihrer Außenfläche durch in Ringnuten 57 eingelegte O-Ringe 58 gegen einen Ringraum 59 im Zwischengehäuse abgedichtet. Zwischen Drosselbuchse 56 und einer Wellenschut/hülse 60 sind ein Einsät/ 61 mit keilanigen Taschen 62 und dahinter und davor mehrere L-fömige Schvummnnggchäusc 63 eingelegt. Die Schwimmringgehäiise 63 werden auf ihrer Außenfläche durch in Ntjien eingelegte Dichtungsringe 64 abgedichtet. In den Aussparungen der L-förniigen Schwimmringgehäuse 63 sind Schwimmringe 65 eingelegt, welche durch in Ringnuten 66 eingelegte elastische O-Ringe 67 vor/cnmen werden und axial in den Kammern ihrer L formigen Schwimmringgehäuse 63 ein kleines Spiel 74 besit/en. An der Stirnseite der Schwimmringe 65 befinden sich mehrere radialvcrlaufende Nuten 68. in cmc dieser Nuten 68 greift als Verdrehsicherung ein Stift 69 em. Die Drosselbiichse 56 erhält in Richtung Ringraum 59 im Zwischengehäuse 20 Bohrungen 70. der Einsat/ 61 mit keilartigen Taschen 62 etwa in Höhe dieser Bohrungen 71. welche innen in den kcilartigen Taschen 62 münden.

Im Betrieb wird in den Ringraum 59 des Zwischengehauses 20 Fördermedium mit erhöhtem Druck /. B. von der ersten Hochdruckstufc eingeleitet, welches durch die Bohrungen 70 und 71 in die keilartigen Taschen 62 gelangt und von dori durch die Schw immringdichtungen nach beiden Seiten in den Saugmund der ersten Hochdruckstufe 26 b/w. in den Saugmund 12 der Vorstufe.

Anstelle der Scr-wimmringdichtungen können zu beiden Seiten des Fi:". t/es 61 auch Gewinderillcndichtungen vorgesehen werden, deren Gew inde so geschnitten sind, daß das Fördermedium zu den Taschen hin gefordert wird.

Bei einer Vertikal-Ausfuhrung der Kreiselpumpe ist Überströmräume für das Fördermedium kurze und strömungstechnisch optimal gestaltete Ströimingswegc ohne schädliche Toträume oder Erweiterungen. Durch die Konstruktion nach der Erfindung ergeben sich neben einer bemerkenswerten l.aufruhe insbesondere auch optimale Strömungsverhältnisse für die Zulaufkanäle und für die IJmlenk/onen vor den Laufrädcrn. wo das Fördermedium kontinuierlich und stetig beschleunigt wird. V'c erfindungsgemäßen Mehrflächen Querlager ergeben in Verbindung mil der Drosselbuchse im Zwischengehäuse mil Keilflächen eine große l.aufruhe der Kreiselpumpe. Diese Einrichtungen wirken bei vertikaler Aufstellung der Pumpe seibst/eniricrend und damit stabilisierend auf die Welle ein.

Die neue Gestaltung der Radscilenräume. deren Weiten /um Laufraddurchmesser hin stetig abnehmen, wirken sich ebenfalls günslig auf die Laufruhe der Pumpe aus. da hierdurch Ablösungen des strömenden Mediums von den Wänden und Wirbel vermieden werden. Außerdem hai diese Maßnahme eine stabilisierende Wirkung auf den internen Axialschubausgleich, weil kleiinlc l.äuferbewcgungcn in Längsrichtung dann erhebliche Druckänderungen erzeugen. Dies wiederum schafft andere Kräfteverhältnisse, was sich vorwiegend im Raum nahe des Radaußendurchmessers abspielt.

Besonders wichtig ist auch die leichte Zugänglichkeil der vom Fördermedium durchströmten Räume im Zwischengehäiise. Nach dem Gießen kann die Oberfläche dieser Räume leicht von der Gußhaut befreit und geglättet werden. Ferner kann die Oberfläche nach einfachem Auscinandcrschrauben der Pumpe jederzeit von Ablagerungen gereinigt oder nachpoliert wcrdci.

Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion wird eine optimale Führung des strömenden Fördermediums in der Pumpe erreicht, werden alle störenden Toträume und Taschen in der Leitungsführung vermieden. Dies wirk! der Ablagerung von Schmutzteilen und der Korrosion entgegen und verhindert die förderleistungsbeeinträchtigende und geräuscherzeugende Bildung von Wirbeln.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kompakte, mehrstufige Kreiselpumpe mit Zwischenentnahme und Wiedereinspeisung bestehend aus einer doppelfiutigen Vorstufe mit Saugstutzen, einem ringartig zwischen Vorstufe und Hauptpumpe angeordneten Zwischengehäuse mit einem Überströmkanal und Entnahmestutzen für die Zwischenentnahme, einem Zulaufstutzen und Zulaufkanal für die Wiedereinspeisung in die Hauptpumpe und einer gegebenenfalls mehrstufigen Hauptpumpe mit Druckstutzen, deren Querlager vom Fördermedium geschmiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptteile wie Sauggehäuse (2), Zwischengehäuse (20), Stufengehäuse (44) und Druckgehäuse (30) durch Gehäuseschrauben (41 und 42) druckdicht verspannt sind und das zwischen Saug- (2) und Druckgehäuse (30) oder erstem Stüfengehäuse (44) eingespannte Zwischengehäuse (20) einen der Zulaufkanäle (5) der doppelfiutigen Vorstufe (10), den Sammelraum (16) nach der Vorstufe (10) mit Überströmkanal (18) und den Zulaufkanal (22) zur Hauptpumpe für die Wiedereinspeisung enthält, wobei die im Zwischengehäuse (20) enthaltenen Kanäle und Räume so ineinandergefügt sind, daß sie das Volumen des Zwischengehäuses im wesentlichen ausfüllen und deren Trennwände so gestaltet sind, daß sich optimale Strömungsverhältnisse für das Fördermedium im Zwixhengehäuse ergeben und in seiner Längsachse eine Einrichtung z"r Zwischenlagerung und Schwingungsdämpfung der Pumpenwelle vorgesehen ist, die aus einer die Räume (5) und (22) verbindenden Drosselbuchse (52) besteht und die gegen ihr mit höherem Druck beaufschlagtes Ende innen mehrere Keilflächen (53) oder keilartig ausgebildete Taschen aufweist, die Radseitenräume (13, 14) der zweiflutigen Vorstufe mit zwischen Sauggehäuse (2) und Zwischengehäuse (20) eingelegten Schleißwänden (32, 33) und der Radseitenraum (27) der Hauptpumpe mit einer zwischen Zwischengehäuse (20) und Druckgehäuse (30) eingelegten Schleißwand (34) abgedeckt sind, welche die Radseitenraumweiten zum Radaußendurchmesser hin stetig verengen, daß die Querlager (35, 37) der Pumpenwelle vorwiegend als Mehrflächengleitlager ausgebildet und vom Fördermedium geschmiert sind, dem antriebseitigen Querlager (37) eine Gewinderillendichtung (38) vorgeschaltet ist, die zum Laufrad hin fördert und als Wellenabdichtung auf der Druckseite eine doppeltwirkende Gleitringdichtung (40) vorgesehen ist, deren Mittelteil mit der Wellenhülse (55) verbunden ist und die auf der Pumpenwelle (1) flüssigkeitsdicht und längsverschiebbar so festgeklemmt ist, daß beide Gleitringe die gleiche Vorspannung erhalten.

2. Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zwischengehause (20) angeordnete Drosselbuchse (52) aus einem oder mehreren Teilen besteht, beidseitig im Zwischengehäuse flUssigkeitsdicht (57, 58) gehaltert ist und in ihrem Innern etwa bei ein Drittel ihrer Länge verschoben nach dem Ende höheren Druckes keilartig eingearbeitete Taschen (62) aufweist, in welche radialverlaufende Bohrun· gen (71) münden, auf beiden Seiten an die Taschen Drosselspaite mit Gewinderiilendichtungen (72, 73) anschließen, die in Richtung Taschen (62) fördern

und das Zwischengehäuse (20) auf Höhe der radialverlaufenden Bohrungen (72 und/oder 70) einen abgeschlossenen ringartigen Raum (59) bildet, der mit Fördermedium höheren Druckes aus der ersten Hochdruckstufe beaufschlagt ist.

3. Kompakte mehrstufige Kreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Drosselbuchseneinsatzes (56) ein Einsatz (61) mit keilartigen Taschen (62) sowie zu beiden Seiten dieses Einsatzes Schwimmringe (65) in L-förmigen Schwimmringgehäusen (63) eingelegt sind, wobei die Schwimmringe (65) durch elastische O- Ringe (67) vorzentriert sind, axial gegenüber ihren Schwimmringgehäusen (63) ein kleines Spiel (74) aufweisen und stirnseitig mehrere radialverlaufende Nuten (68) besitzen, wobei in eine dieser Nuten ein Stift (69) als Verdrehsicherung eingreift, der in der Kammerstirnseite befestigt ist und in der Drosselbuchse (56) sowie in dem Einsatz (61) Bohrungen (71, 70) vorgesehen sind, weiche innen in den keilartigen Taschen (62) enden, der Drosselbuchseneinsatz (56) beidseitig im Zwischengehäuse (20) flüssigkeitsdicht (57, 58) gehaltert ist und das Zwischengehäuse auf Höhe der radialverlaufenden Bohrungen (70) einen abgeschlossenen ringartigen Raum (59) bildet, der mit Fördermedium höheren Druckes beaufschlagt ist