DE2550844C3

DE2550844C3 - Laufrad

Info

Publication number: DE2550844C3
Application number: DE2550844A
Authority: DE
Inventors: Lawrence G. Tulsa Okla. Eagle (V.St.A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1974-11-13
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2550844B2; US4063846A; NL7513004A; SU670242A3; DE2550844A1; CA1031217A

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad, das einen ringförmigen Hohlraum mit axtal offenem Ende aufweist, der zum Teil durch eine kreisförmige und sich in Axialrichtung erstreckende Außennabe gebildet ist, zu dem benachbart ein festes Element in Anlagerung an den Hohlraum angeordnet ist und in dessen Hohlraum ein Druckring vorgesehen ist, der von der Nabe so gehaltert ist, daß er zusammen mit uem Laufrad rotiert, und der sich mit dem festen Element in Kontakt befindet.

Derartige Laufräder finden beispielsweise bei mehrstufigen Pumpen zur Förderung von Flüssigkeiten aus öl- oder Brunnenbohrlöchern Verwendung. Hierbei werden zur Abstützung und Lagerung der Laufräder sowie zur Dämpfung der während des Pumpvorgangs auftretenden Längsdriicke Druckringe oder Druckscheiben eingesetzt. Die Schmierung dieser Druckringe erfolgt durch die geförderte Flüssigkeit, welche manchmal schleifende Teilchen, beispielsweise Sand, enthalten kann.

Ein Laufrad der eingangs beschriebenen Art ist aus der US-PS 27 75 945 bekannt geworden. Hierbei sind die Druckringe als geschlossene Ringe ausgebildet und in einer Ringnut des Laufrades gelagert. Die Druckringe werden in die Nuten mil leichtem Preßsitz eingepaßt, was jedoch bei den auftretenden Fertigungstoleranzen nicht immer der Fall ist. Hs kann somit passieren, daß sich der Druckring mit einer geringeren Geschwindigkeit dreht als das zugehörige Laufrad, da er sich mit einem benachbart zum Laufrad angeordneten stationären Element (Wmlcnkcinrichtung) in Koniakt befinde!. Diese unterschiedlichen Drchgeschwindigkcilcn bringen jedoch insbesondere dann, wenn die l.aufräder mit abrasiven Flüssigkeiten in Kontakt kommen. Nachteile mit sich, da sie einen übermäßigen Verschleiß bewirken. tief sogar zu Beschädigungen vw Teilen der l.aufrnder (uhren kann.

Versuche, diese Druckringe di;u Ii Verkleben, Verkitten und Verkeimen oder durch Hämmern und Kordeln verschiedener Teile des Laufrades /u hilllern, blieben erfolglos oder unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe /iigrumle. ein Laufrad zu schaffen, bei dem die Gefahr von unterschiedlichen Kolationstieschwindiekeiten zwischen Laufrad und Druckring weitgehend ausgeschaltet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen Laufrad erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckring ein sich bei Rotation des Laufrades infolge der darauf einwirkenden Zentrifugalkraft ausdehnender geschlitzter Ring ist.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Druckringes bewirkt, daß der Ring bei entsprechender Ausdehnung eine Haltekraft auf die Nabe ausübt, die den Druckring innerhalb des Hohlraumes fixiert und eine Drehung desselben mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie der des Laufrades sichert. Die Erfindung findet insbesondere dann vorteilhafte Anwendung, wenn es sich um das Laufrad einer Kreiselpumpe handelt und das feste Element das entsprechende Umlenkelement hierzu ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer üblichen Mehrstufenpumpe mit einer Anzahl von erfindungsgemäßen Laufrädern und Druckringen;

Fig.2 eine isometrische Sprengzeichnung eines erfindungsgemäßen Laufrades und Druckringes:

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Laufrad, wobei die Druckringe an ihren entsprechenden Stellen angeordnet sind; und

F i g. 4 einen Aufriß eines erfindungsgemäßen Druckringes.

Fig. I zeigt eine Mehrstufenpumpe für den Einsatz in einem öl- oder Brunncnbohrloch. Die als Ausführungsbeispicl gezeigte Mehrstufenpumpe 10 ist tauchfähig und wasserdicht und zum Einsatz in der Verrohrung eines öl- oder Wasserbohrloches weit unterhalb der Überfläche der zu fördernden Flüssigkeit ausgebildet. Meist ist sie für den Anschluß an einen Elektromotor und ein Dichtungsaggregat Mund .S-'iisgclcgt, um eine vollständige Pumpenanlage zur Förderung der Flüssigkeit zu bilden.

Die Pumpe 10 umfaßt ein Pumpengehäuse 12, eine Antriebswelle 14 sowie eine Anzahl von im Gehäuse angeordneten Pumpcnsiufcn 16.

Das Gehäuse 12 besitzt einen mit der Gehäusewand 20 verschraubten Pumpcnsockcl 18. der an eine Gastrcnnanlagc oder eine andere Einlaßkonstruktion angeschlossen werden kann und der im gezeigten Ausführungsbeispiel r>iit dem Dichiungstci¹ S verbunden ist. Ferner besitzt das Pumpcngehäuse eine rohrförmige Wand 20 sowie einen Pumpenaufsat/. oder eine Pumpenhaube mit einem mil der rohrförmigen Wand 20 vcrschraubtcn oberen Lagergehäuse 22. Das gesamte Gehäuse ist konzentrisch /ur Welle 14 angeordnet.

Der Pumpensoekel 18 besitzt einen Flüssigkcitscinlaß 24 und ist so ausgeformt. da(3 die Pumpe mil einem Hinlaßknnal 26 versehen ist. welcher zur ersten Pumpcnstiife 16 führt, lerner Ist der Pumpensoekel auch mil einer radial angeordneten Anlagcfläche versehen, welche mit der ersten f'iimpcnstiifc in Rerunning steh! mid diese iibslülz!

Fm nicht gezeigtes Fiide des Pumpen.iiifsatzes 10 ist für den Anschluß an cmc Druckleitung ausgelegt, welche die gepumpte I liissigkeil an die Oberfläche fordert Außerdem bildet der l'imipenaufsat/ einen l'lüssigkeiisaushißkaiial 12. welcher die gepumpte I lilssigkeit von den ΙΊιιη|>·. πΜιιίΐ'Ί If) zur Weiterleitung .iii die Druckleitung aufnimmt.

I );is untere I nde der Welle 14 kann .ils Keilwelle oder

anderweitig entsprechend ausgeformt sein, so daß sie durch einen nicht gezeigten geeigneten Flansch oder ein Verbindungsstück an die Abtriebswelle des Motors M angekuppelt werden kann. Die Welle 14 erstreckt sich über die gesamte Länge des Rohrteils 20 des Pumpengehäuses 12 und läuft über den Pumpensiufen 16 in ein oberes Ende aus.

In der Welle ist eine sich längs erstreckende Keilnut 34 ausgeformt, in welcher ein mit Laufrädern 38 in Wirkverbindung stehender Mitnehmerkeil 36 angeordnet ist, um die Laufräder38 in Drehung zu versetzen und das Heraufpumpen der zu fördernden Flüssigkeit zu bewirken.

Die einzelnen Pumpenstufen 16 der Pumpe umfassen das Laufrad 38 (s. auch F i g. 2 und 3) und einen Diffusor 40, welche zusammenwirken, um die geförderte Flüssigkeit vom Einlaß 24 zur Auslaßleitung 32 zu pumpen.

Die Laufräder 38 besitzen eine mit der Welle 14 durch den Keil 36 verkeilte Ringnabe, damit sie sich mil der Welle 14 drehen. Ferner besitzen die ^ηζεΊπεπ Laufräder eine obere und eine untere Radseitenscheibe 44 und 46, welche durch eine Anzahl von Schaufeln 48 miteinander verbunden sind. An der Radseitenscheibe 46 ist ein ringförmiger Flanschteil 50 angeformt, der konzentrisch zur Nabe 42 angeordnet ist. Diese Radseitenscheiben bilden einen durch die einzelnen Laufräder hindurchgeführten, mit einem axial angeordneten Einlaß 52 und einem radial angeordneten Auslaß 54 versehenen Strömungskanal.

Die Diffusoren 40 sind zwischen benachbarten Laufrädern angeordnet und dienen zur Weiterleitung der gepumpten Flüssigkeil vom Auslaß 54 einer Stufe zum Einlaß 52 der nächsten Stufe. Sie besitzen einen radial angeordneten Außenring 56 sowie einen axial angeordneten Innenring 58. Der axial angeordnete Außenring 56 besitzt eine axial ausgerichtete zylinderförmige Oberfläche 60, welche mit der Innenfläche der rohrförmigcr Wand 20 in Berührung steht. Auf diese Weise sind die Diffusoren axial fluchtend gegenüber dem Gehäuse ausgerichtet und damit auch gegenüber der Welle 14 und den Laufrädern 38. leder Außenring 56 ist an der Oberfläche 60 mit einer Umfangsnut 62 versehen. In Abhängigkeit von den Forderungen des speziellen Pumpencin'alzes ist eine C-Ringdichtung 64 in die Nut eingesetzt, um eine Flüssigkeitsdichtung /wischen der Oberfläche 60 und der rohrförmigen Wand 20 zu schaffen.

Ferner besitzen die Ric^e 56 an einem axialen Ende einen abgcsct/.tcn Teil 66 sowie einen vorstehenden Flanschteil 68 am entgegengesetzten linde. Der abgesetzte Teil 66 des Diffusors einer Stufe steht mit dem vorstehenden Flanschteil 68 des nächsten Diffusors in Eingriff. Der abgesetzte Teil 66 des untersten Diffusors 40;i. welcher der erste Diffusor hinter dem Pumpcncinlaßkanal 26 ist, ist auf der Stützfläche 28 des l'umpensockels 18 gelagert. Der vorstehende Flansch-IcM 68 des obersten Diffusors nächst dem Pumpcnaushißkanal 32 sieht in axialer Richtung in Herührung mit einem Druckrohr 70. Dieses Rohr wird durch das mil der rohrförmigen Wand 20 vcrschratibtc obere Lagergehäuse 22 in Richtung des l'umpensockels 18 gedrückt. Daher stehen die Außenringe 56 der Diffusoren 40 /wischen dem Druckrohr 70 und dem l'umpensockcl 18 unter Vorspannung, um die Diffiiso· ren gegenüber dem Gehäuse zu halten und während des Pumpvorgangs ihre Drehung mit der rohrförmigen Wand 20 zu verhindern.

Das obere Lagergehäuse 22 ist mit sich in Querrichtung zum Flüssigkeitsauslaßkanal 32 erstrekkenden Stegen versehen und trägt auch eine Lagerschale 72, welche eine in radialem Abstand angeordnete Hülse 74 umschließt, die ihrerseits die Welle 14 umfängt.

Am Außenring 56 des Diffusors 40 ist außer dem vorstehenden Flanschteil 68 ein radial angeordneter Ringteil 76 angeformt. Dieser Ringteil 76 umfaßt eine mit einem Druckring 80 in Eingriff stehende Lagerfläche 78. Der Druckring 80 ist in einer Ringnut 82 angeordnet, welche durch einen Ringbund 84 sowie durch den Flanschteil 50 der unteren Radseitenscheibe 46 des Laufrades 38 gebildet wird und einen Teil des während des Pumpvorgangs auftretenden Axialschubes aufnimmt.

Ein radial ausgerichteter Ringteil 88 des axialen !nnenrings 58 eines jeden Diffusors ist durch Leitschaufeln 90 mit dem Außenringteil 76 verbunden und bildet mit dem Ring 56 und seinem radial ausgerichteten Teil 76 einen Strömungskanal, welcher sich durch den Diffusor vom Auslaß 54 des Laufrades 38 zum Einlaß 52 des nächsten Laufrades erstreckt. Der unterste Diffusor 40a besitzt weder die Leitschaufeln 90 noch den axialen Innenring 58.

Der axiale Innenring 58 eines jeden Diffusors ist mit einer radial gerichteten Lagerfläche 92 versehen. Zwischen der Lagerfläche 92 und einem Hohlraum 96 im benachbarten Laufrad 38 ist ein Druckring 94 angeordnet. Der Hohlraum wird durch einen Ringbund 98 und die Nabe 42 des Laufrades gebildet. Dieser Druckring 94 dient ebenfalls zur Aufnahme des während des Pumpvorganges an den Laufrädern auftretenden Axialschubes.

Ein Druckring 104 ist auf einer radial ^crichieten Fläche 106 an den Laufrädern 38 gelagert. Bei einer Richtungsumkehr des Axialschubes berühren diese Drurkringc eine Fläche 108 am benachbarten Diffusor 40 und nehmen damit den aufwärts gerichteten Schub auf.

Die Druckringe 80 und 94 unterscheiden sich hauptsächlich in ihren Abmessungen, so daß die in Fig.4 gezeigte Form für beide gilt, leder Ring ist geschlitzt und weist einen Spalt 110 auf. Wie vorstehend erwähnt, ergab es sich, daß herkömmliche Druckringe, d. h. geschlossenen Ringe, in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Pumpenlaufrädern bestrebt sind, sich mit kleineren Geschwindigkeiten als die der Laufräder zu drehen, wobei sie bei der Förderung von schleifmittclhaltigen Flüssigkeiten übermäßigen Antrieb oder Verschleiß hervorrufen, der Teile der Laufräder in Mitleidenschaft zieht. Durch ein Aufschneiden der Druckringe 80 und 94 (F i g. 4) müssen sich diese infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft bei sich drehendem Laufrad sowie infolge der in Radialrichtung auf die Oberf'nche der Druckringe einwirkenden Geschwindigkeitsdifferenz ausdehnen. Dadurch gelangt der Druckring fest in Eingriff mit dem Ringbund 84 bzw. 98 und dreh' sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Laufrad iJamil wird eine Drehung der Druckringe mit gegenüber den Laufrädcm unterschiedlichen Geschwindigkeiten s.iwie ein übermäßiger Verschleiß von Laufradteilcn vermieden.

Hierzu 2 Watt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Lauirad, das einen ringförmigen Hohlraum mit axial offenem Ende aufweist, der zum Teil durch eine kreisförmige und sich in Axialrichtung erstreckende Außennabe gebildet ist, zu dem benachbart ein festes Element in Anlagerung an den Hohlraum angeordnet ist und in dessen Hohlraum ein Druckring vorgesehen ist, der von der Nabe so gehaltert ist, daß er zusammen mit dem Laufrad rotiert, und der sich mit dem festen Element in Kontakt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring ein sich bei Rotation des Laufrades (38) infolge der darauf einwirkenden Zentrifugalkraft ausdehnender geschlitzter Ring (80,94) ist.
2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es das Laufrad einer Kreiselpumpe (10) ist und daß da* feste Element das entsprechende Umlenkelemc-nt (40) hierzu ist.