DE3107685C2 - Kreiselpumpenlaufrad mit Spaltdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für Kreiselpumpen, welche bei der hydraulischen Förderung von Feststoffen Anwendung finden. Der durch kleinste Feststoffpartikel bedingte Verschleiß an der saugseitigen Spaltdichtung (6) des Laufrades (1) wird verringert, indem insgesamt zwei oder mehrere Spaltdichtungen (6, 7) hintereinander geschaltet werden und in der saugseitigen Laufraddeckscheibe (5) angebrachte Druckausgleichsöffnungen (9) für ein etwa gleich großes Druckgefälle zwischen den Spaltdichtungen (6, 7) sorgen. Die Druckausgleichsöffnungen verbinden den zwischen den Spaltdichtungen gelegenen Raum (8) mit dem Strömungsraum (10) des Laufrades (1). Im Vergleich zu einer einzigen saugseitigen Spaltdichtung wird mit der neuen Lösung eine Verminderung des Verschleißes um 50 bis 65% erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenlaufrad mit im vorderen Radseitenraum angeordneten, den Saug- und Druckbereich trennenden Spaltdichtungen, wobei die Spaltdichtungen unter Zwischenschaltung je einer Kammer hintereinander angeordnet sind und eine Kammer durch in der vorderen Laufraddeckscheibe angebrachte Öffnungen mit den Laufradkanälen verbunden ist.

Bei der mit Kreiselpumpen bewirkten hydraulischen Förderung von Feststoffen, wie Erz, Kohle u. ä., erfolgen die höchsten Verschleißbeanspruchungen in den Spaltdichtungen der einzelnen Kreiselpumpenlaufränder. Ein Teil der vom Förderstrom mitgeführten kleinsten Feststoff partikel strömt aufgrund des Druckunterschiedes vom Druckraum zum Saugraum, passiert die Spaltdichtung und verursacht dort einen permanenten Verschleiß. Dieser vergrößert im Laufe der Zeit die wirksame Querschnittsfläche der Spaltdichtung, wodurch die Förderleistung des Pumpenaggregates erheblich reduziert wird. Bekannte Lösungen sehen zusätzliche elastische Dichtungen an den Spaltdichtungen vor, jedoch ist deren Lebensdauer unter diesen Betriebsbedingungen auch nur beschränkt.

Auch ist es aus der DE-PS 5 92 528 bekannt, Wasser in den abzudichtenden Spalt einzuspeisen und die Spaltquerschnitte mit klarem Wasser zu sperren. Dies erfordert aber wiederum den Einsatz einer zusätzlichen Druckerzeugungseinrichtung für das Sperrwasser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Feststoffen fördernden Kreiselpumpen den durch die Feststoffpartikel bedingten Verschleiß an der Laufraddichtung zu reduzieren. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.

Bei der Lösung der Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Verschleiß innerhalb der Spaltdichtung als Reibverschleiß etwa mit der dritten Potenz der Feststoffgeschwindigkeit anwächst. Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung von mehreren zu durchströmenden Spaltdichtungen und der im Radseitenraum sowie den Kammern erfolgenden Unterteilung des gesamten Laufraddruckgefälles in etwa gleich große Druckdifferenzen wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Spalten so weit vermin-

iü dert, daß sich der Verschleiß an allen Dichtungsstellen auf die Hälfte bis zwei Drittel des Verschleißes einer einzigen Dichtung reduzieren läßt. Dabei bestimmen die Druckausgleichsbohrungen in der Laufraddeckscheibe die Höhe der Drücke in den Kammern des Radseitenraumes und somit die gewünschte Gleichheit der Druckdifferenzen zwischen den Kammern und dem vom Druckraum frei zugänglichen Teil des Radseitenraumes.
In der DE-PS 12 64 957 sind zwar auch in den Laufraddeckscheiben befindliche Öffnungen dargestellt, jedoch ist deren Funktion eine gänzlich andere. Bei Teillastbetrieb strömt das zu fördernde Medium, hier Brennstoffe, aus der Ansaugleitung durch besondere Kanäle kommend durch diese Öffnungen in das Laufrad ein. Es werden durch diese Art der Regelung nur die äußeien Schaufelabschnitte des Laufrades zur Förderung einer geringen Brennstoffmenge benutzt und die inneren Schaufelabschnitte gewissermaßen stillgelegt. Aus der CH-PS 67 474 ist eine im Bereich der hinteren Laufraddeckscheibe angebrachte Entlastungs- und Entlüftungseinrichtung bekannt, die im Laufradeintrittsbereich befindliche Laufansammlungen verhindern bzw. beseitigen sollen. Zu diesem Zweck sind in der hinteren Laufraddeckscheibe zwei Reihen Durchbrechungen in verschiedenem Abstand von der Laufradachse angeordnet. Die äußere Reihe dient hierbei dem Durchfluß des Wassers, während die innere Reihe den Durchfluß der Luft ermöglicht. Zwischen den beiden Reihen der Durchbrechungen ist mindestens ein als Sperre wirkender Ring angeordnet, der eine Trennung zwischen dem Luft- und Wasserraum bedingt.

Ausgehend von der Annahme, daß ein Feststoffpartikel zwischen dem rotierenden und dem stillstehenden Ring einer Spaltdichtung etwa die halbe Umfangsgeschwindigkeit annimmt, so weist das Feststoffpartikel die Relativgeschwindigkeit

auf. Darin bedeutet c diejenige Geschwindigkeit in der Spaltdichtung, die sich aufgrund des Druckgefälles zwischen Anfang und Ende des Spaltes einstellt und u die Umfangsgeschwindigkeit des Spaltringes. Somit ist also die Relativgeschwindigkeit w sowohl von der Größe des Druckgefälles als auch vom Durchmesser der Spaltdichtung abhäneig.

Wird nur eine Spaltdichtung verwendet, so kann ihr Durchmesser zwar verhältnismäßig klein ausgeführt werden, doch ist die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des vollen Laufraddruckgefälles, das abzubauen ist, im allgemeinen wesentlich größer; der daraus resultierende Verschleiß ist dann ungefähr proportional zur dritten Potenz der Relativgeschwindigkeit w und wird zum Vergleich mit den Verhältnissen an der erfindungsgemäßen Ausführung hier gleich 100% gesetzt.

Die Anordnung einer zweiten, in Reihe geschalteten Spaltdichtung hat nun zunächst zur Folge, daß dieser zweite Spalt einen größeren Durchmesser und damit

eii _· ///(»Ue/'e l///il;itifis/icsrliwimli)ikei // besil/l; dunIi die Aufteilung des ;ih/iil>aiicmlcn I.;m//.KjtIrmk^Hf;il!is lit zwei besliiiifiilc etwa gleich gntliu Aiileili·, π dem cm bestimmter, innerhalb des Laufrades vorherrschender Druck durch in der Laufraddeckseheibe angebrachte Druckausgleichsöffnungen den Druck in der Kammer zwischen beiden Spaltdiehtungen bestimmt, werden aber die Strömungsgeschwindigkeiten c in beiden Spaltdichtunge;· ?rheblich vermindert. Nach der obigen Formel ei geben sich dann Relativgeschwindigkeiten und daraus wiederum Verschleißraten. die im Vergleich zur ersten Lösung mit nur einer Spaltdichtung jetzt in der Größenordnung zwischen 50 und 65% liegen. Für den praktischen Betrieb bedeutet dies nahezu einer Verdoppelung der Betriebsdauer, was auch durch Erfahrungen bestätigt wird.

Danach gibt es also einen genau bestimmbaren Durchmesser zur Anbringung der Druckausgliichsöffriungen in der Laufraddeckseheibe und zur Anordnung einer zweiten in Reihe geschalteten Spaltdichtung, die eine Minimierung des Verschleißes erlaubt.

Durch Anordnung einer v/eiteren in Reihe geschalteten Spaltdichtung und Aufteilung des im Radseitenraum abzubauenden gesamten Laufraddruckgefälles in drei etwa gleich große Teile kann eine weitere Absenkung der Verschleißrate erreicht werden, doch wächst zugleich auch der Bauaufwand. Es ist im Einzelfall zu prüfen, weiche Anzahl von Spaltdichtungen am vorteilhaftesten ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt die

F i g. 1 eine Spaltdichtung in bekannter, einfacher Art, die

Fig.2 die neue Ausführung von zwei in Reihe geschalteten Spaltdiehtungen mit axiai durchflossenen Dichtungsspalten und die

Fig. 3 eine neue Ausführung mit drei in Reihe geschalteten radial durchflossenen Dichtungsspalten.

In F ί g. 1 wird ein Laufrad 1 innerhalb eines Gehäuses 2 vom Saugraum 3 zum Druckraum 4 durchströmt. Die saugseitige Laufradabdeckscheibe 5 bildet gemeinsam mit dem Gehäuse 2 eine axial durchströmte Spaltdichtung 6, die den Druckraum 4 vom Saugraum 3 abtrennt. Das gesamte Laufraddruckgefälle wird in der Spaltdich- ■ tung 6 entspannt und daraus ergibt sich hierin eine verhältnismäßig große axiale Geschwindigkeit, während die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades an der Spaltdichtung verhältnismäßig gering bleibt.

In Fig.2 ist zusätzlich zu den Bauelementen der Fig. 1 eine zweite Spaltdichtung 7 mit ähnlichem Ijinkiionsprinzip wie die Spaltdichtung 6 dargestellt. Die zwischen 'Jen beiden .Spaltdichtungen fe, 7 gebildete Ka)DiIiCi 8 isi nut einer Anzahl von Druckausglcichsöff· nungcii 9 mit den Liiufradkanalen 10 des Laufrades 1 derart verbunden, dall dessen Innendruck auch in der Kammer 8 besteht. Damit wird das gesamte im saugseiligen Radseitenraum /wischen Druckraum 4 und Saugraum 3 bestehende Laufraddruckgefälle in zwei Bereiche unterteilt. Dies führt in der Spaltdichtung 6 und 7 /u bestimmten Axialgeschwipdigkeiten. Gemeinsam mit den jeweiligen dort herrschenden Umfangsgeschwindigkeiten ergeben sich somit geringere Relativgeschwindigkeiten tv, die jetzt verschleißbestimmend sind. Wenn der Druck in der Kammer 8 etwa dem halben vom Laufrad erzeugten Druck entiprichi. läßt sich somit der Verschleiß innerhalb der Spaltdichtung je nach spezifischer Drehzahl des Laufrades auf 50 bis 65% des Verschleißes des Laufrades nach Fig. 1 begrenzen. Die Druckausgleichsöffnungen 9 sind also hier an derjenigen Stelle der Deckscheibe 5 anzubringen, an der innerhalb der Laufradkanäle 13 der halbe vom Laufrad 1 zu erzeugende Druck vorherrscht.

Die Ausführungsform der Fig.3 unterscheidet sich von der der F i g. 2 zum einen dadurcii, daß drei Spaltdiehtungen 6,7,11 mit den zugehörigen Druckausgleichsöffnungen 9,12 sowie den dazwischen liegenden Kammern, 8,13 vorgesehen sind und zum anderen auch dadurch, daß die Spaltdiehtungen 6, 7, 11 nicht axial, sondern radial durchströmt werden. Beide Veränderungen gegenüber der Darstellung in F i g, 2 sind unabhängig voneinander wählbar.

Es können also auch drei hintereinander geschaltete Spaltdiehtungen mit axialem Durchfluß oder in einem anderen Beispiel zwei radial durchströmte Spaltdichtungen vorgesehen sein.

Werden beispielsweise drei hintereinander geschaltete Spaltdichtungen vorgesehen, müssen die Stellen für die Druckausgleichsöffnungen 9, 12 zur Druckübertragung auf die Kammern 8,13 so gewählt werden, daß das gesamte Laufraddruckgefälle zwischen Druckraum 4 und Saugraum 3 in drei ungefähr gleich große Druckdifferenzen aufgeteilt wird. Ungefähr insofern, eis die höheren Umfangsgeschwindigkeiten der Spaltdithtungen 7,11 durch entsprechend geringere Druckgefälle in deren Spalten ausgeglichen werden müssen, damit die Relativgeschwindigkeiten w in allen drei Spalten gleich groß werden und den Verschleiß minimieren. Die Druckdifferenzen bestehen zwischen den vom Druckraum 4 frei zugänglichen Teil 14 des Radseitenraumes und der Kammer 13, zwischen Kammer 13 und Kammer 8 sowie zwischen Kammer 8 und Saugraum 3.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

■"&■.- Patentansprüche:

1. Kreiselpumpenlaufrad mit im vorderen Radseitenraum angeordneten, den Saug- und Druckbereich trennenden Spaltdichtungen, wobei die Spaltdichtungen unter Zwischenschaltung je einer Kammer hintereinander angeordnet sind und eine Kammer durch in der vorderen Laufraddeckscheibe angebrachte Öffnungen mit den Laufradkanälen verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß jede von Spaltdichtungen begrenzte Kammer (8, 13) durch eine oder mehrere in der vorderen Laufraddeckscheibe (5) befindlichen Druckausgleichsöffnungen (9, 12) mit den Laufradkanälen (10) verbunden sind, daß etwa gleich große Druckdifferenzen zwischen dem vom Druckraum (4) frei zugänglichen Teil des vorderen Radseitenraumes (14) und der oder den Kammern (8,13) vorhanden sind und daß die Druckausgleichsöffnungen (9,12) auf den Radien der vorderen Laufraddeckscheibe (5) angebracht sind, an denen innerhalb der Laufradkanäle (10) der der jeweiligen Kammer entsprechende Druck herrscht.

2. Kreiselpumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltdichtungen (6,7, 11) jeder Stufe radial und/oder axial nacheinander oder in beiden Richtungen zugleich durchströmt werden.