DE3023219A1

DE3023219A1 - Turbopumpe

Info

Publication number: DE3023219A1
Application number: DE19803023219
Authority: DE
Inventors: Helmut 6710 Frankenthal Münch
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-01-07
Also published as: US4468176A; GB2080438B; FR2485112A1; GB2080438A

Description

Turbopumpe

Die Erfindung betrifft eine Turbopumpe, bestehend aus einem Kreiselpumpenteil mit Ein- und Austritt und einem auf gleicher Welle angeordnetem Turbinenteil mit eigenem Ein- und Austritt.

Bekannt sind Turbopumpen für große Pumpeneinheiten im Speicherbetrieb, bei denen ein Pumpenrad und ein Turbinenrad auf gemeinsamem Wellenstrang gekoppelt sind.

Weiterhin sind Turbopumpen bekannt, bei denen Kreiselpumpen mehrstufiger Bauart gekoppelt sind mit Radialstufen, die im Turbinenbetrieb arbeiten können. Pumpen- und Turbinenteil sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Derartige Aggregate finden vor allem in Wasch- und Reinigungsprozessen Anwendung. In derartigen Prozessen wird Flüssigkeit von hohem Druck benötigt, während gleichzeitig Abwasser des Kreislaufes auf niederen Druck entspannt werden muß. Es können hierbei Produktströme des Pumpenkreislaufes abgezweigt werden, so

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daß für den Turbinenteil kleinere Mengen bei kleinerer Druckhöhe als der Pumpenförderhöhe zur Verfugung stehen. Um den Gesamtkreislauf in Gang zu halten, ist es notwendig, daß der Pumpenteil die nötige Druckhöhe schafft. Die aufgrund des abzuzweigenden Produktstromes und zwangsläufiger Verluste notwendigerweise aufzubringende Zusatzenergie wird üblicherweise durch einen Elektromotor oder einen anderen Antrieb erstellt. Der Antrieb ist über eine Kupplung mit dem Aggregat verbunden. Wesentliches Merkmal derartiger Aggregate ist jedoch, daß die aufgebrachte Energie, die zum Betrieb des Kreisprozesses erforderlich ist, die für den Produktstrom aber nicht mehr benötigt wird, direkt als Antriebsenergie zurückgewonnen wird.

Durch die europäische Patentanmeldung O 008 260 ist eine Turbopumpe bekannt, bei der der Pumpen- und der Turbinenteil an ihren Hochdruckenden aneinander gekoppelt sind. Die gegenläufige Anordnung dient dem Ausgleich der Axialkräfte von Pumpen- und Turbinenteil. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der Notwendigkeit eines aufwendig gestalteten und in seiner Festigkeit auf einen hohen Druck ausgelegten Mittelstückes.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbopumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einem wenig aufwendigen Mittelstück auskommt, aber dennoch einen vollständigen Axialschubausgleich erlaubt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein den Pumpen- und den Turbinenteil miteinander koppelndes, beiden Teilen gemeinsames Niederdruckteil. Die an einem solchen Niederdruckteil vorzunehmende Trennung zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenteil ist wegen der geringen Druckdifferenz zwischen der Pumpenansaugöffnung und dem Turbinenaustritt einfach. Sie ist überdies nur mit geringen Verlusten behaftet. Da dieses Niederdruckteil lediglich für einen geringen Druck auszulegen ist, ist es einfach in seiner Herstellung und Gestaltung.

Ein völliger Ausgleich der auftretenden Axialkräfte kann bei der erfindungsgemäßen Turbopumpe dadurch erreicht werden, daß an den Hochdruckseiten von Kreiselpumpe und Turbine jeweils ein Entlastungskolben angeordnet ist, wobei die Durchmesser der Entlastungskolben den unterschiedlichen Axialkräften angepaßt sind. Das Aggregat kann daher mit verlustarmen Wälzlagern betrieben werden.

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Die über die Entlastungskolben geführten Entspannungsströme können gleichzeitig zu regeltechnischen Zwecken, nämlich zur Anpassung der Turbinencharakteristik an die Punnpencharakteristik verwendet werden. Da mehrstufige, als Turbinen betriebene Pumpen in der Schluckmenge nicht regelbar sind, ist die optimale Anpassung der' Betriebspunkte von Pumpen- und Turbinenteil erforderlich, was hier in einfacher Weise durch die Regelleitung geschieht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird noch vorgeschlagen, daß die am Niederdruckteil der Turbopumpe angeordneten Stutzen, nämlich der Einlaufstutzen des Pumpenteils und der Austrittsstutzen des Turbinenteils, in gleicher Achse angeordnet sind.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Turbopumpe in Schnittdarstellung.

Die Turbopumpe besteht aus einem Kreiselpumpenteil 1 und einem Turbinenteil 2. Durch ein gemeinsames Niederdruckteil 3 werden der Kreiselpumpenteil 1 und der Turbinenteil 2 miteinander verbunden. Das Niederdruckteil 3 beinhaltet den Einlaufstutzen

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des Kreiselpumpenteils 1 und den Austrittsstutzen 5 des Turbinenteils 2. Darüber hinaus besitzender Kreiselpumpenteil 1 noch einen Purnpenaustritt 6 und der Turbinenteil 2 einen Turbineneintritt 7.

Auf der jeweiligen Hochdruckseite der Aggregatteile 1 und 2 sind die Einrichtungen zum Ausgleich der Axialkräfte angeordnet: Im Kreiselpumpenteil ist ein Entlastungskolben 8 vorgesehen, während der Turbinenteil 2 einen Entlastungskolben 9 besitzt. Weiterhin sind Entlastungsleitungen 10, 11 mit Drosselorganen 12, 13 vorhanden. Die Abdichtung der dem Gesamtaggregat gemeinsamen Welle 14 erfolgt durch normale - nicht dargestellte - Wellenabdichtungen. Zur Führung der Welle 14 sind Wälzlager 15 vorgesehen.

Zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil der Turbine verläuft eine mit einem Regelorgan 16 ausgestattete Verbindung

Die Prozeßflüssigkeit tritt mit dem Einlauf druck P_pfr iⁿ den Einlaufstutzen 4 des Kreiselpumpenteils 1 ein. Nach einer innerhalb des Kreiselpumpenteils 1 erfolgten Druckenergieaufnahme verläßt die Flüssigkeit den Kreiselpumpenteil 1 am Pumpenaustritt

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mit dem Austrittsdruck Ρ_ρΑ· Ein nicht mehr für den Prozeß benötigter Anteil der Flüssigkeit mit dem um die Verluste verringerten Druck P_n-C₇ wird in den Hochdruckteil des Turbinenteils 2 eingeleitet und von dort zum Turbinenaustritt 5 geführt, wo die Flüssigkeit noch den Druck P_n-. besitzt. Die beim Durchströmen der Turbine 2 abgegebene Energie wird über die Welle 14 dem Kreiselpumpenteil 1 direkt zugeführt. Der an den Prozeßnutzstrom und die Reibungsverluste abgegebene Energieanteil wird durch einen nicht dargestellten Antrieb, z.B. einen Elektromotor, ersetzt.

Über die zwischen dem Pumpeneintritt 4 und dem Turbinenaustritt 5 herrschende Druckdifferenz p__ - P_n-* wird eine starre Drossel als Trennung zwischen dem Kreiselpumpenteil 1 und dem Turbinenteil 2 mit Flüssigkeit beaufschlagt. Dadurch wird, wie an allen anderen Dichtstellen innerhalb des Gesamtaggregates, gleichzeitig eine zusätzliche Lagerung bewirkt. Aufgrund der unterschiedlichen Drücke, welche in dem Kreiselpumpenteil 1 und dem Turbinenteil 2 herrschen, wirken Axialkräfte auf die Welle 14 ein. Diese werden durch den Entlastungskolben 8 der Kreiselpumpe und den Entlastungskolben

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der Turbine ausgeglichen. Da die Entlastungskolben 8, 9 an den jeweils leicht zugänglichen Enden der Turbopumpe sitzen, können diese bei einem Verschleiß durch einfache Demontage der Wälzlager 15 leicht ausgewechselt werden. Die Möglichkeit der Wahl unterschiedlicher Durchmesser für die Entlastungseinrichtungen erlaubt die Anpassung der Turbopumpe an unterschiedliche Druckverhältnisse. Damit eröffnen sich Einsatzmöglichkeiten mit anderen Flüssigkeiten und Prozessen bei größeren Druckdifferenzen zwischen Kreiselpumpen- und Turbinenteil.

Durch die Wahl der in die Entlastungsleitungen 10, 11 eingesetzten Drosselorgane 12, 13 kann vor der Wellenabdichtung ein Druck eingestellt werden, der das Ausgasen eines Fluids und damit Schwierigkeiten an den Dichtungen verhindert. Abhängig vom Verhältnis des Nutzstromes zum Gesamtstrom kann der bestmögliche Wirkungsgrad des Turbinenteils 2 durch die Wahl des Bypassstromes am Regelorgan 16 eingestellt.werden.

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Claims

Klein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft

Patentansprüche

.) Turbopumpe, bestehend aus einem Kreiselpumpenteil mit Ein- und Austritt und einem auf gleicher Welle angeordnetem Turbinenteil mit eigenem Ein- und Austritt, gekennzeichnet durch ein den Kreiselpumpenteil (1) und den Turbinenteil (2) miteinander koppelndes, beiden Teilen gemeinsames Niederdruckteil (3).
2. Turbopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hochdruckseiten von Kreiselpumpenteil (1) und Turbinenteil (2) jeweils ein Entlastungskolben (8,9) angeordnet ist, wobei die Durchmesser der Entlastungskolben (8,9) den unterschiedlichen Axialkräften angepaßt sind.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Turbopumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Turbinenteils (2) verlaufende regelbare Verbindung (16,17).
4. Turbopumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Niederdruckteil (3) der Turbopumpe angeordneten
Stutzen, nämlich der Ei η lauf stutz en (4) des Kreiselpumpenteils (1) und der Austrittsstutzen (5) des Turbinenteils (2), in gleicher Achse angeordnet sind.

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