DE3007188A1

DE3007188A1 - Drehkammer-pumpe

Info

Publication number: DE3007188A1
Application number: DE19803007188
Authority: DE
Inventors: John Waldemar Erickson; Thomas F Liedblad; Carter Page Williams
Original assignee: Kobe Inc
Current assignee: Kobe Inc
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-02-26
Publication date: 1980-10-02
Also published as: GB2045351B; GB2045351A; JPS55151193A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Hochgeschwindigkeits-Drehkammer-Pumpe, um in ihr die Auswirkung von korrosiven Einflüssen aggressiver Flüssigkeiten zu verhindern.

Eine handelsübliche Drehkammer-Pumpe, die in vielen Industriezweigen, insbesondere beim Pumpen und Transportieren von öl, verwendet wird, besteht aus einem Aggregat, in dem das einzige, rotierende Element der Pumpe aus einem Paar von Gehäusöteilen besteht, die miteinander verbunden sind und die rotierende Flüssigkeitskammer bilden. Innerhalb dieser Kammer ist ein stationäres Staurohr (Pitot-Rohr) angeordnet. Dieses steht mit seiner Einlaßöffnung nahe am Umfang der rotierenden Flüssigkeitskammer und ist der rotierenden Flüssigkeitsströmung in der Kammer entgegengesetzt gerichtet. Das Staurohr ist mit einem axialen Mittelrohr in Verbindung, das die Auslaßdruckleitung der Pumpe bildet, während der Flüssigkeitseinlaß zur rotierenden Flüssigkeitskammer durch einen ringförmigen, axialen Durchgang gebildet wird, der das Auslaßrohr umgibt, so daß nur eine einzige Flüssigkeitsabdichtung für die Pumpe benötigt wird. Die rotierende Flüssigkeitskammer wird im allgemeinen durch ein einstückiges, topfförmiges Glied gebildet, das kostengünstig nur im Gußverfahren hergestellt werden kann. Die offene Seite des topfförmigen Gliedes wird durch ein damit zusammenarbeitendes, ringförmiges Gehäuse verschlossen, das eine zentrale Öffnung aufweist, die die Auslaßleitung umgibt und gleichzeitig den axialen Einlaß für die Flüssigkeit bildet. Das Gehäuse bildet ferner eine Vielzahl von radialen Beschleunigungskanälen für die eingelassene Flüssigkeit, die auf die Flüssigkeit eine erhebliche Beschleunigung ausüben, wenn diese in die Flüssigkeitskammer eintritt.

Die vorbeschriebene Pumpenkostruktion ist einer tiefgreifenden Be-

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grenzung hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit unterworfen, insbesondere wenn Flüssigkeiten gepumpt werden müssen, die korrosiv oder aggressiv sind. Es ist weithin bekannt, daß solche korrosiven Flüssigkeiten nur bei Verwendung von rostfreiem Stahl gepumpt werden können. Gehäuse oder Gußteile aus rostfreiem Stahl haben jedoch eine bemerkenswert niedrigere Zugfestigkeit, als viele andere Stahlsorten, welchen jedoch die korrosionsresistenten Eigenschaften von rostfreiem Stahl fehlen. Die bekannten Konstruktionen dieser Art von Drehkammer-Pumpen leiden durch die Begrenzung entweder der Flüssigkeitskapazität oder des maximalen Abgabedrucks, da entweder der Außendurchmesser des Pumpengehäuses
nur begrenzt sein kann, oder die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Gehäuses soweit reduziert werden muß, daß eine Beschädigung oder ein Brechen der Pumpe infolge der im Gehäuse auftretenden Zentrifugalkräfte vermieden wird.

Die Erfindung ist deshalb auf die Verbesserung einer Drehkammer-Pumpe gerichtet, die speziell im Hinblick auf das Pumpen von
korrosiven oder aggressiven Flüssigkeiten ausgebildet ist und
bei der die Drehgeschwindigkeit oder der Außendurchmesser der
Pumpe wesentlich höher bzw. größer gewählt werden kann, obwohl rostfreie Stahlgußteile verwendet sind. Diese rostfreien Stahlgußteile werden dem Einfluß der aggressiven oder korrosiven Flüssigkeiten, die gepumpt werden sollen, nicht ausgesetzt.

Zusammengefaßt wird erfindungsgemäß eine Drehkammer-Pumpe derart aufgebaut, daß sie aus zwei getrennten Elementgruppen besteht, die eine Flüssigkeitskammer bilden, welche zwei verschiedene Funktionen ausübt. Ein Teil dieser Elemente dient zur Aufnahme der Belastung oder der Spannung, die infolge der Drehbewegung der Pumpe auftritt, während die anderen Elemente alle
diejenigen Oberflächen in der Pumpe bilden, die mit der zu pumpenden Flüssigkeit in Berührung kommen. Die mit der Flüssigkeit

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in Berührung kommenden Elemente sind gegen die Korrosion oder Aggression der Flüssigkeit resistent. Mit anderen Worten wird die Pumpe so aufgebaut, daß die Bauform der Drehkammer durch Gußteile aus hochzugfestern Stahl gebildet wird, während die mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Komponenten der Pumpe, einschließlich dem Einlaß und den Eeschleunigungskanälen, aus rostfreien Stahlelementen bestehen, damit die gewünschte Korrosionsfestigkeit erzielt wird. ■~ ~

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Drehkammer-Pumpe mit einer rotierenden Flüssigkeitskammer, in der ein Staurohr vom Pitot-Typ stationär angeordnet ist und mit seiner Einlaßöffnung dem Umfang der rotierenden Flüssigkeitskammer benachbart und der Rotationsströmung der Flüssigkeit in der Kammer entgegengewandt ist. Die Drehgeschwindigkeit der Pumpe kann dadurch erheblich gesteigert werden, daß die Teile der Pumpe, die die drehbare Flüssigkeitskammer bilden, aus einer Kombination zweier verschiedener Materialien besteht. Das eine Material ist hochzugfest und sorgt für die erforderliche Festigkeit der drehbaren Elemente der Pumpe. Das zweite Material, das außerordentlich korrosionsfest ist, bildet eine Auskleidung aller der Oberflächen der Teile aus dem ersten Material, die diese gegen die korrosive Einwirkung der gepumpten Flüssigkeit schützt . Die zu schützenden und Last aufnehmenden Elemente der Pumpe sind aus hochzugfestern Material hergestellt, während die mit der Flüssigkeit in Berührung gelangenden Elemente der Pumpe aus einem Material bestehen, das relativ wenig Zugfestigkeit bei besonders ausgeprägter Korrosionsfestigkeit aufweist.

Kachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Achsschnitt einer Drehkammerpumpe gemäß der Erfindung,

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Fig. 2 einen Radialschnitt in verkleinerter Darstellung in der Ebene 2-2 von Fig. 1.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden die Grundelemente einer Drehkammerpumpe 1 erläutert. Der drehbare Teil der Pumpe 1 "besteht aus zwei Bauelementen, insbesondere einem topfförmigen Gußteil 10 und einem ringförmigen, gegossenen Abdeckteil 20. Die Gußteile 10 und 20 sind mit fassenden Bolzen 11 verbunden, die entlang der aneinanderliegenden Umfangsflachen angeordnet sind. Eine Flüssigkeitsabdichtung ist dazwischen in einer nachstehend erläuterten Weise angebracht. Das topfförmige Gußteil 10 besitzt eine zentrale, axiale Vertiefung 10a, mit der es in üblicher Weise auf das Ende einer rotierenden Welle (nicht gezeigt) aufgebracht wird. Auf diese Weise wird auf eine zwischen den Gußteilen 10 und 20 gebildete Flüssigkeitskamnier 15 eine Drehbewegung ausgeübt.

Die Gußteile 10 und 20 sind aus hochzugfestern Stahl hergestellt, damit sie den Zentrifugalkräften, die bei einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit in ihnen auftreten, widerstehen. Der Gußteil 20 besitzt eine innenliegende Oberfläche 20a, die in einem axial verlaufenden Umfangsflansch 20b ausläuft, um eine ringförmige Tasche zu bilden, die den Zentrifugalkräften widerstehen kann.

Die gesamte innere Oberfläche 10b des topfförmigen Gußteils 10 wird durch eine dünne Schicht 25 aus rostfreiem Stahl abgedeckt, die preßgeformt ist, um exakt mit der inneren Oberfläche 10b des Gußteiles 10 übereinzustimmen. Die aus rostfreiem Stahl bestehende Schicht 25 erstreckt sich radial nach außen (25a) bis über die innere Umfangsflache eines radialen Flansches 10b, der am Gußteil 10 ausgebildet ist.

Ein Auskleidungselement 30 ist ferner für die innere Oberfläche 20a des Gußteiles 20 vorgesehen. Das Element 30 besteht ebenfalls aus rostfreiem Stahl und ist gegossen. Es paßt satt in eine durch

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den Flansch 20b "begrenzte, ringförmige Tasche des Gußteiles 20. Die Auskleidung 30 besitzt einen verdickten, ringförmigen Nabenteil 31) der eine Vielzahl von Bolzen aufnimmt, die sich durch entsprechende Bohrungen um eine Hülse 35 herum erstrecken. Die Hülse 35 dient nicht nur zur Verankerung, des Gußteiles 20 an der Auskleidung 30, sondern gestattet es auch, eine ringförmige Flüssigkeitsdichtung zu befestigen. Diese verhindert das Durchlecken der eine axiale Bohrung 30a der Auskleidung 30 durchsetzenden, - . ■ eintretenden Flüssigkeit und auch deren Austritt in das stationäre Gehäuse (nicht gezeigt) der Pumpe, in welchem eine Auslaßleitung 41 eines stationären Staurohres 40 (Pitot-Rohr) gelagert ist.

Das Staurohr 40 hat eine übliche Gestalt mit einem .sich radial erstreckenden Abschnitt 40a,der in einem Flüssigkeitseinlaß 40b ausläuft. Der Auslaß 40b ist der Rotationsströmung der Drehkammer 15 entgegengerichtet und steht über einen entsprechend ausgebildeten, divergierenden Innenkanal (nicht gezeigt) im Staurohr 40 mit der Auslaßleitung 41 in Verbindung. Darin wird die Rotationsenergie der Flüssigkeit in eine Drucksäule umgewandelt, die durch die Auslaßleitung 41 geht. Das Auskleidungselement 30 ist zusätzlich mit einer Vielzahl von sich radial erstreckenden Leitflügeln 32 bestückt, die die durch den Einlaß 30a einfließende Strömung radial beschleunigen. Um eine maximale Rotationsbeschleunigung der Flüssigkeit durch die Leitflügel 32 sicherzustellen ist eine ringförmige Scheibe. 33 mit einem Ringkörper 33a und einer axial verdickten Nabe 33b vorgesehen, beide aus rostfreiem Stahl bestehend. Die Nabe 33b ist am Scheibenkörper 33a festgelötet,um eine tragfähige Konstruktion zu ergeben. Die innere Umfangsfläche 33c der Nabe 33h liegt einem vergrößerten Flansch 41a nahe gegenüber, der auf dem Auslaßrohr 41 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Flüssigkeit in nennenswertem Haß in das Innere der Kammer 15 fließen kann. Zusätzlich dazu ist der Scheibenkörper 33a auf die Kämme der Leitflügel 33 aufgelötet. Benach-

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bart zu den außenliegenden Enden der Leitflügel 32 ist der Scheibenkörper 33a mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Durchlässen 33d versehen, welche die beschleunigte Flüssigkeit in die rotierende Kammer 15 leiten.

Eine ringförmige Dichtung 34 ist zwischen der inneren Endfläche 30c der Auskleidung 30 und der äußeren Oberfläche des Flansches 25a der anderen Auskleidung 25 vorgesehen.

Es geht zusammenfassend daraus hervor, daß auf diese Weise eine Konstruktion für eine Drehkammer-Pumpe geschaffen wird, bei der alle durch die Drehung hervorgerufenen Zentrifugalkräfte durch die Gehäuseteile 10 und 20 aufgenommen werden, die aus hochzugfesten Stählen gegossen sind, deren Zugfestigkeit das drei-bis fünffache der Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl beträgt. Andererseits sind alle Oberflächen der rotierenden Teile der Pumpe, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen, nämlich die innere Oberfläche 25b der Auskleidung 25, beide Oberflächen der Scheibe 33 und die Beschleunigungskanäle zwischen den Leitflügeln 32 sowie der Scheibenkörper 33a und die innere Oberfläche ^Ob der Auskleidung 30, die aus rostfreiem Stahl bestehen, resistent gegen korrosive oder aggressive Flüssigkeiten. Zweckmäßigerweise ist auch das Staurohr 40 aus rostfreiem Stahl hergestellt, was jedoch keinen Nachteil herstellt, da es stationär gelagert ist und bei der Drehung der Pumpe keinen nennenswerten Kräften ausgesetzt wird.

Der besondere Vorteil dieser Pumpe ergibt sich daraus, daß die Konstruktion bereits die Kraftaufnahme und die Korrosionsfestigkeit zwischen zwei Gruppen von Komponenten aufteilt, von denen jede Gruppe aus einem Werkstoff besteht, der optimal zur Ausführung der ihm zugeteilten Aufgabe geeignet ist.

Obwohl die Erfindung im Hinblick auf ein spezielles Ausführungs-

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beispiel beschrieben wurde, bedeutet dies nur, daß das gewählte Ausführungsbeispiel zur Verdeutlichung der Erfindung gewählt wurde. Die Erfindung ist natürlich nicht darauf beschränkt, da ohne weiteres Modifikationen und andere Arbeitstechniken realisiert werden können, die noch innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegen. Auch Abänderungen in der Konstruktion liegen noch im Rahmen der Erfindung, sofern sie den allgemeinen und durch die Patentansprüche umrissenenen Erfindungsgedanken enthalten.

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Claims

PATENTANWÄLTE

A. GRÜNECKER

ttPL-ING

H. KINKELDEY

OR)NG.

W. STOCKMAIR

Ot-ING *·£ (CALTEOI

K. SCHUMANN

DR RER NAT - DlPL PHYS

P. H. JAKOB

D)PL-ING.

G. BEZOLD

CU HERlWT DIPL-OEM

8 MÜNCHEN 22

P 14 813

26. Februar 1980

KOBE ING.

Bank of Commerce Bldg,

So. Eastern Avenue, Suite 530

City of Commerce, California 90040

Drehkammer-Pump e

Patentansprüche

Drehkammer-Pumpe für aggressive Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch ein topfförmiges, drehbares Gehäuse (10) aus hochzugfestem Material und einer der radialen Innenwand und der inneren Umfangswand des Gehäuses angepaßten, schichtartigen Auskleidung (25) aus rostfreiem Stahl, die gemeinsam einen Hauptteil der drehbaren Flüssigkeitskammer (15) definieren, durch eine eine weitere Begrenzung der Flüssigkeitskammer und eine annähernd ringförmige, fliehkraftresistente Tasche bildende Abdeckung (20) aus hochzugfestem Material, durch eine ringförmige, in die Tasche satt eingepaßte Auskleidung (30)

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TELEFON (OSS) 32 OB Θ2

TELEX OS-SSSBO

TELEQRAMME MONAPAT

telekopierer

aus rostfreiem Stahl, durch eine Vielzahl radial verlaufender Leitflügel (32) an der der Kammer (15) zugewandten Innenwand der Auskleidung (30), deren innenliegende Enden einer ringförmigen Flüssigkeitseinlaßöffnung (30a) benachbart sind, und durch eine ringförmige Scheibe (33) aus rostfreiem Stahl, die mit dem Leitflügel (32) abdichtend verbunden ist und mit diesem radial verlaufende Flüssigkeits-Beschleunigungskanäle bildet, derart, daß alle mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Bereiche der Flüssigkeitskammer (15) aus korrosionsfestem Material bestehen, während die den Zentrifugalkräften ausgesetzten Teile der Pumpe (1) aus hochzugfestern Material bestehen.
2. Drehkammer-Punpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Scheibe (33) aus rostfreiem Stahl auf einer radialen Endfläche der rostfreien Stahlauskleidung (30) anliegt, und daß eine Flüssigkeitsabdichtung (34·) zwischen den aufeinan- derliegenden Oberflächen angeordnet ist.
3· Drehkammer-Pumpe mit einer rotierenden Flüssigkeitskammer, mit einem axialen Flüssigkeitseinlaß und radialen Beschleunigungskanälen, die mit der Flüssigkeitskammer in Verbindung stehen, mit wenigstens einem stationären Flüssigkeitsstaurohr , dessen sich radial erstreckender Teil eine Einlaßöffnung in radial außenliegenden Bereichen der Kammer der Rotationsströmung der in der Kammer enthaltenen Flüssigkeit entgegengerichtet trägt und einen hohlen, axialen Abschnitt innerhalb des Flüssigkeitseinlaßes aufweist, durch welchen die gesammelte Flüssigkeit nach außen abgeführt wird, gekennzeichnet durch eine Auskleidung (25) aus korrosionsresistentem Material, die der einen radialen Endwand und der Umfangswand der Flüssigkeitskammer (15) entsprechend geformt ist, durch eine weitere radiale Endwand der Kammer, die von einem aus hochzugfestern Material bestehenden ringförmigen Element zur Ausbildung einer Zentrifugalkräften widerstehenden, ringförmigen Tasche gebildet wird, in die ein

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ringförmiges Element (30) aus korrosionsfestem Material satt eingepaßt ist, durch eine Vielzahl von radial verlaufenden Leitflügeln (32) auf der Innenfläche des Elementes (30), deren innere Enden "benachbart zum Flüssigkeitseinlaß (30a) liegen, und durch eine ringförmige Scheibe (33) aus korrosionsfestem Material, die mit den Leitflügein (32) verbunden ist,um die radialen Flüssigkeits-Beschleunigungskanäle zu "bilden, wobei alle mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Bereiche der Flüssigkeitskammer (15) aus korrosionsfestem Material bestehen, während die den Zentrifugalkräften besonders ausgesetzten Teile der Pumpe aus hochzugfestem Material bestehen.
4. Drehkammer-Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (30) ein Gußteil aus rostfreiem Stahl ist.
5· Drehkammer-Pumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (33) aus korrosionsfestem Material mit ihrem Außenumfang an einer Umfangswand der korrosionsfesten Auskleidung (30) befestigt ist und öffnungen (33*0 aufweist, die eine Strömungsverbindung zwischen den radial außenliegenden Bereichen der Beschleunigungskanäle und dem Inneren der Flüssigkeitskammer (15) herstellen.
6. Drehkammer-Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (33) aus rostfreiem Stahl mit ihrem Außenumfang abdichtend an einer Umfangswand des aus rostfreiem Stahl bestehenden Auskleidungs-Gußteiles (30) befestigt ist, und daß die Scheibe (33) um den Umfang verteilete öffnungen (33b) aufweist, die mit den radial außenliegenden Bereichen der Beschleunigungskanäle in Verbindung stehen.

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