DE2628589C3 - Wärmetauscher - Google Patents
WärmetauscherInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
- F04D29/5866—Cooling at last part of the working fluid in a heat exchanger
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/93—Seal including heating or cooling feature
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für eine mechanische Pumpenabdichtung, mit zwei im
wesentlichen zylindrischen, die vom Motor zum Pumpenlaufrad führende Antriebswelle umschließenden
Gehäuseteilen.
Es sind Wärmetauscher zum Kühlen einer heißen, von
einer Pumpenkammer längs der Pumpenwelle zu einer der Pumpe zugeordneten, mechanischen Abdichtung
strömenden Flüssigkeit bekannt So ist in der US-PS 34 59 430 ein Wärmetauscher beschrieben, der zwei
konzentrische Rohrschlangen enthält von denen die eine von der der Stopfbuchse zuströmenden Flüssigkeit
und die andere von der eine den mechanischen ίο Dichtungen zugeordnete Druckmindereinrichtung
durchströmenden Flüssigkeit durchsetzt ist Die Rohrschlangen sind in konzentrischen, an ihren unteren
Enden miteinander verbundenen Kühlmänteln angeordnet Kühlmittel, etwa Wasser oder ein anderes
is Strömungsmittel, wird dem äußeren Kühlmantel an dessen oberem Ende zugeführt und strömt nach unten
unJ über die in diesem Kühlmantel angeordneten Rohrschlangen und dann über das untere Ende des
inneren Kühlmantels und verläßt diesen an dessen oberem Ende. Die die Rohrschlangen durchströmende
Flüssigkeit wird durch den die Kühlmäntel durchsetzenden
Kühlmittel-Mengenstrom gekühlt; infolge der unregelmäßigen Strömungspfade des Kühlmittels kann
eine ungleichförmige Kühlwirkung auftreten, und es können Heißstellen vorhanden sein, an denen keine
oder nur eine geringe Kühlung auftritt Außerdem garantiert dieser Wärmetauscher nur während des
Laufs eine Kühlung für sämtliche mechanischen Dichtungen; wenn sich dagegen die Pumpe im heißen,
betriebsbereiten Wartezustand befindet werden die unteren Dichtungen nicht gekühlt und nur die oberen
Dichtungen werden gekühlt da ein Umwälz-Laufrad für den Wärmetauscher erforderlich ist
serten Wärmetauscher für eine Pumpe mit mechanischen
Dichtungen, durch den die Dichtungen nicht nur während des Laufs, sondern auch im heißen, betriebsbereiten
Wartezustand der Pumpe gekühlt werden. Der Wärmetauscher erfordert kein Umwälz-Laufrad. Zur
■»ο Verbesserang des Wärmeaustausch enthält der Wärmetauscher
jedoch einen umlaufenden ^lenkkörper, der den Strömungspfad für das heiße Strömungsmittel
begrenzt und während des Laufs eine Rotationsströmung in dem heißen Strömungsmittel erzeugt Das
Kühlmittel durchströmt den Wärmetauscher längs eines definierten Strömungspfades, wodurch die heiße, längs
der Pumpenwelle zu den mechanischen Dichtungen strömende Flüssigkeit verhältnismäßig gleichförmig
gekühlt wird. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich insbesondere für Hochtemperatur-Hochdruckpumpen
oder Einrichtungen mit ähnlichen Betriebsbedingungen.
Insgesamt schafft die Erfindung einen Mehrstrom-Vielpfadwärmetauscher,
der die Welle einer Kühlmittelpumpe umschließt und zwischen dem Pumpenlaufrad und einer mechanischen Abdichtung angeordnet ist, um
heiße Flüssigkeit, die von der Pumpenkammer längs der Pumpenwelle zur mechanischen Abdichtung strömt, zu
kühlen. Der Wärmetauscher eignet sich vor allem für
Hochtemperatur-Hochdruckpumpen oder andere Pumpen
mit ähnlichen Überhitzungsproblemen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ist in Verbindung mit den Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 die Seitenansicht einer Motor-Pumpeneinheit
mit einer mechanischen Abdichtung und einen Wärme-
tauscher nach der Erfindung;
F i g. 2 einen vergrößerten Axialschnitt eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Motorpumpe, aus der die Anordnung
des Wärmetauschers, der Pumpe und der mechanischen Abdichtung ersichtlich ist;
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 4 mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher in vereinfachter
Darstellung;
F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3;
und
Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Anordnung enthält eine Pumpe 10 und einen an dieser über ein zylindrisches
Gehäuse 14 angebrachten Motor 12, die über eine Antriebswellenanordnung 'S miteinander verbunden
sind. Die Pumpe 10 und der Motor 12 sind von üblicher
Bauweise, und bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 10 eine Doppelsaug-Spiralpumpe mit
einer Saugöffnung 18 und einer Drucköffnung 20, während der Motor 12 von beliebiger Bauweise ist
Die Pumpenwelle 16 ist von einer mechanischen Abdichtung 22 umschlossen, die das Hochdruckmittel in
der Pumpe hält Die mechanische Abdichtung 22 ist von herkömmlicher Bauweise und besteht aus einer Vielzahl
von Einzelelementen. Zwischen der Pumpe 10 und der mechanischen Abdichtung 22 liegt ein die Antriebswelle
16 umschließender Wärmetauscher 24, der in den F i g. 4 bis 5 in sehematischer Darstellung gezeigt ist
Der Wärmetauscher 24 enthält ein erstes, becherförmiges,
zylindrisches Gehäuseteil 25 mit einer ersten, inneren, zylindrischen, axial verlaufenden Trennwand
26, die auf ihrer Innenseite 28 die Antriebswelle 16 umgreift und von dieser geringfügig auf Abstand
gehalten ist so daß das heiße Strömungsmittel längs der Welle 16 dem Wärmetauscher 24 zuströmen kann, und
einer zweiten, äußeren, zylindrischen, axial verlaufenden Trennwand 30 mit einem Kühlmitteleinlaß 32 und einem
Kühlmittelauslaß 34. Die Trennwände 26 und 30 sind durch eine radiale Stirnwand 36 miteinander verbunden.
Der Wärmetauscher 24 enthält ferner ein zweites, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil 38 mit
inneren und äuUeren. axialen Trennwänden 40 bzw. 42,
wobei die Trennwand 42 mit der Trennwand 30 des Gehäuseteils 25 auf deren Innenseite zusammenwirkt
Das Ende des Gehäuseteils 38 ist zur Stirnwand 36 auf Abstand gehalten. Ferner ist ein drittes, becherförmiges,
zylindrisches Gehäuseteil 44 mit inneren und äußeren, axial verlaufenden Trennwänden 46 bzw. 48 im
Wärmetauscher 24 angeordnet Die Trennwand 46 wirkt mit der Trennwand 26 des Gehäuseteils 25 und die
Trennwand 48 wirkt mit der Trennwand 40 des Gehäuseteils 38 zusammen. Ferner enthält der Wärmetauscher
24 ein viertes, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil in Form eines Ablenkkörpers 50, der
drehfest mit der Welle 16 verbunden und mit zylindrischen Trennwänden 52 und 54 versehen ist die
in die Gehäuseteile 38 und 44 eingreifen und von diesen auf Abstand gehalten sind, wodurch kreisförmige und
axiale Strömungskanäle für den heißen Strömungsmittelstrom von der Pumpe zu der mechanischen
Abdichtung entstehen
Die Trennwand 26 des Gehauseteils 25, die Trennwand 48 des Gehäuseteils 44 und die Trennwand
42 des Gehäuseteils 38 sind jeweils mit mehreren, in Umfangsrichtung verteilten, axial ausgerichteten Schlitzen
oder Nuten 60 bzw. 62 bzw. 64 und einer Vielzahl von kreisförmigen Kanälen oder Umfangsnuten 66 bzw.
68 bzw. 70 versehen; die Umfangsnut 66 steht mit den
Nuten 60, die Umfangsnut 68 mit den Nuten 62 und die Umfangsnut 70 mit den Nuten 64 und ferner mit den
Ein- bzw. Auslässen 32 bzw. 34 in Verbindung. Die Umfangsnut 70 ist durch sich radial gegenüberliegende
Zwischenwände 72 in zwei halbkreisförmige Segmente 70a und 706 unterteilt Am entgegengesetzten Ende des
Wärmetauschers 24 sind Umfangsnuten 74, 76 und 78 ausgebildet, die durch sich radial gegenüberliegende
Zwischenwände 8OA bzw. 80/7 bzw. 80Cin halbkreisförmige
Segmente 74/4, 745 bzw. 76Λ, 765 bzw. 78Λ, 78.0
unterteilt sind. Gegenüber jeder Zwischenwand SOA, 80S und 8OCum 90° versetzt sind, jedoch Verbindungskanäle 82/1, 82C bzw. 825, 82/5 ausgebildet Der
Verbindungskanal 82Λ verbindet die Segmente 74/4 und 76A und der Kanal 82C verbindet die Segmente 76A
und 78/4. Auf der entgegengesetzten Seite verbindet der Kanal 825 die Segmente 745 und 765 und der Kanal
82j9 die Segmente 765 und 785. Wie Fig.4 zeigt
befinden sich zwischen den Axialnuten 62 Rippen 90, die die innere, axial verlaufende Trennwand 40 des
zylindrischen Gehäuseteils 38 abstützen. Diese Rippen sind einteilig an der äußeren, axii. verlaufenden
Trennwand 48 angeformt Somit ist die innere, axial verlaufende Trennwand 40 gegen die anliegende
Druckdifferenz gesichert, die zwischen den Axialnufen
62 und der Hochdruckseite der inneren, axial verlaufenden Trenr. «rand 40 vorhanden ist Ebenso ist die innere,
axial verlaufende Trennwand 46 des zylindrischen Gehäuseteils 44 durch Rippen 92 abgestützt, die an der
jo zylindrischen Trennwand 26 angeordnet sind, und auch
die äußere, axial verlaufende Trennwand 30 des zylindrischen Gehäuseteils 25 ist durch an der äußeren
Trennwand 42 des Gehäuseteils 38 angeordnete Rippen 94 abgestützt
J5 Der Wärmetauscher bildet zwei Strömungspfade, nämlich einen Strömungspfad für die heiße Flüssigkeit,
die längs der Welle 16 und nach der Kühlung im Wärmetauscher zu der mechanischen Abdichtung 22
strömt und einen Strömungspfad für das den Wärme-
jn tauscher durchsetzende Kühlmittel.
Die Strömungspfade durch den Wärmetauscher 24 werden anhand der F i g. 3,4 und 5 erläutert, wobei die
Strömungsrichtung durch die Pfeile in den F i g. 4 und 5 verdeutlicht ist Das Kühlmittel kann Wasser oder ein
anderes Strömungsmittel sein.
Das Kühlmittel strömt am Einlaß M in den Wärmetauscher 24 und gelangt in das halbkreisförmige
Segment 70/4. Von dort strömt es über die Axialnuten 64
zum Segment 74/4 und dann über den Kanal 82/4 in das
Segment 764 und über den Kanal 82C in das Segment 78/1. Von den Nutensegmenten 76/4 und 78/4 fließt das
Kühlmittel axial nach oben über die miteinander verbundenen Nuten 62 und 60 in die Umfangsnuten 68
und 66 und in den übrigen Teil der Axialnuten 62 und 60
v> und ru c';r; Nutsegmenten 785, 765. Von dort gelangt
das Strömungsmittel über die Kanäle 825 und 82D in
das Nutsegment 745 und dann durch den übrigen Teil der Axialnuten 64 in Axialrichtung nach oben zum
Nutsegment 705 und zum Auslaß 32
ho Erhitztes Hochdrackmittel, etwa Wasser, fließt längs
der Welle 16 in den Wärmetauscher über den unteren Teil des Ringraums zwischen der Welle und der
Innenseite 28 der Trennwand 26. Von dort gelangt es auf einem Strömungspfad über die Ringkanäle, die durch
tr. die Zwischenräume zwischen dem Ablenkkörper 50 und
den zylindrischen Gertfuseteilen 44 und 38 begrenzt werden, und in eine der mechanischen Abdichtungskammer
benachbarte Sammelkammer. Der Ablenkköroer
5 6
50 und die zylindrischen Gehäuseteile 34 und 38 steuern beispielsweise bei Verwendung von Wasser mit
den heißen Strömungsmittelstrom, und beim Umlauf des normaler Leitungstemperatur als Kühlmittel möglich,
grad zum Kühlmittel verbessert wird. So ist es r>
eine Ausgangstemperatur von 66°C (150° F) zu kühlen.
Claims (5)
- Patentansprüche:J. Wärmetauscher für eine mechanische Pumpenabdichtung, mit zwei im wesentlichen zylindrischen,, die vom Motor zum Pumpenlaufrad führende Antriebswelle umschließenden Gehäuseteilen, d a durch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuseteil (25, 38, 44, 50) mehrere koaxiale Trennwände (26,30,40,42,46,48,50,52) aufweist, die gemeinsam mehrere konzentrische, miteinander verbundene zylindrische Öffnungen sowie mehrere, miteinander verbundene Axial- und Umfangsnuten (60, 62, 64 bzw. 66, 68, 70) begrenzen, von denen die radial äußere Umfangsnut (70) mit einem Kühlmitteleinlaß (32) und einem Kühlmittelauslaß (34) verbunden und in zwei Nutsegmente (70/1,70£J unterteilt ist, deren eines (7QA) mit dem Kühlmitteleinlaß (32) und deren anderes (70B) mit dem Kühlmittelauslaß (34) in Verbindung steht, daß durch Kanäle (vom Spalt zwischen 28 und 16 zum Spalt zwischen 42 und 52) ein zickzackförmiger Strömungspfad für einen erhitzten Stromungsmittelstrom von den an die Pumpe (10) angeschlossenen zylindrischen öffnungen zu einem Wärmetauscherauslaß gebildet ist, und daß der die Axial- und Umfangsnuten (60,62,64 bzw. 66, 68, 70) durchströmende Kühlmittelstrom im wesentlichen im Gegenstrom zum erhitzten Strömungsmittel über das eine Nuttegment der radial äußeren Umfangsnut die damit verbundenen, radial äußeren Axialnuten und die mit diesen verbundenen, radial inneren Axialnuten zum anderen Nutsegment der radial äußeren Umfangsnut und von dort zum Kühlmittelauslr <\ (34) geführt ist.
- 2. Wärmetauscher nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines (50) der Gehäuseteile (25, 38, 44, 50) drehfest mit der Antriebswelle (16) verbunden ist und den erhitzten strömungsmittelstrom auf dem Wege von der Pumpe (10) zur mechanischen Abdichtung (22) in Rotationsbewegung versetzt
- 3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das umlaufende Gehäuseteil (50) gemeinsam mit einem weiteren Gehäuseteil (38 oder 44) die zylindrischen Durchlaßöffnungen für den erhitzten Stromungsmittelstrom begrenzt.
- 4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (16) zwischen dem Pumpenlaufrad und der mechanischen Abdichtung (22) durch mindestens zwei im wesentlichen zylindrische Gehäuseteile (25,50) umschlossen ist
- 5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zumindest eine (46) der koaxialen Trennwände einen radial inneren und einen radial äußeren, axial verlaufenden Wandabschnitt aufweist von denen der eine mit in Umfangsrichtung verteilten, den anderen Wandabschnitt abstützenden Axialrippen (92) versehen ist die die Axialnuten (60, 62, 64) zwischen sich begrenzen.
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Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BW/IP INTERNATIONAL INC., LONG BEACH, CALIF., US |
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Free format text: HAUCK, H., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING., 8000 MUENCHEN GRAALFS, E., DIPL.-ING., 2000 HAMBURG WEHNERT, W., DIPL.-ING., 8000 MUENCHEN DOERING, W., DIPL.-WIRTSCH.-ING. DR.-ING., PAT.-ANWAELTE, 4000 DUESSELDORF |