DE3320452A1

DE3320452A1 - Kreiselpumpen-wellenabdichtung und verfahren zur herbeifuehrung derselben

Info

Publication number: DE3320452A1
Application number: DE19833320452
Authority: DE
Inventors: Pauli Aaro 80110 Joensuu Tapani
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1983-12-22
Also published as: NL8302206A; FI822245A0; SE8303566L; US4460180A; CA1215268A; GB2122280A; FR2528918B1; SE8303566D0; GB8316853D0; SU1378791A3; GB2122280B; FR2528918A1

Description

HOEGEk; J5.TÖJiF*Et>W\.& PARTNEI

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14C-D 7000 STUTTGART 1

A 45 673 m Anmelder: Outokumpu Oy

m - 192 Töölönkatu 4

3o. Juni 1983 ooioo Helsinki 1o

Finnland

Beschreibung :

Kreiselpumpen-Wellenabdichtung und Verfahren zur Herbeiführung derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpen-Wellenabdichtung und ein Verfahren zur Bewerkstelligung derselben. Die erfindungsgemäße Wellenabdichtung ist hydrodynamisch selbstregelnd, und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die bei der hydrodynamischen Abdichtung erforderliche Öffnungskraft bewirkt. Im Ruhezustand wird die Abdichtung durch bekannte Dichtungsstoffe bewirkt.

In der Pumpenabdichtung gemäß SE-Auslegeschrift 35o 3o9 wird Dichtungswasser zur Bewerkstelligung der hydrodynamischen Abdichtung verwendet. Hierbei wird die hydrodynamische Abdichtung in einem vom Pumpengehäuse getrennt liegenden Hilfsschaufelsatzgehäuse gebildet. Innerhalb der Wände des Hilfsschaufelsatzes sind ferner Kanäle geformt worden, in denen das Dichtungswasser von der Druckseite

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der Pumpe zurück in die Saugseite der Pumpe geleitet wird. Ferner ist das Hilfsschaufelsatzteil, der die hydrodynamische Abdichtung ermöglicht, an der Pumpenwelle so gefügt, daß es koaxial bewegt werden kann, aber das Hilfsschaufelsatzteil ist in keiner Weise " mit dem mechanischen Dichtungsteil verbunden, das die Abdichtung bei stillstehender Pumpe aufrecht erhält.

In der Pumpen-Wellenabdichtung gemäß dem US-Patent 3 731 94o wird ein die Wellenabdichtung ermöglichender Flüssigkeitsring sowohl im Pumpengehäuse als auch im Hilfsschaufelsatzgehäuse, das neben dem Pumpengehäuse befestigt ist, gebildet, in den besondere Dichtungsflüssigkeit zum Erzeugen des Flüssigkeitsrings geleitet wird. Bei stillstehender Pumpe wird die Wellenabdichtung mechanisch durch zwei elastische, besonders für diesen Zweck hergestellte Dichtungen durchgeführt»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde? die oben genannten, beim Stand der Technik auftretenden Mangel zu eliminieren und eine selbstregelnde hydro·» dynamische Kreiselpumpen-Wellenabdichtung zu schaffen» Die wesentlichen Merkmale der Wellenabdichtung gehen aus Patentanspruch 1, die wesentlichen Merkmale der Funktionsweise der Wellenabdichtung aus Patentanspruch 8 hervor.

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Gemäß der Erfindung wird die Abdichtung bei stillstehender Kreiselpumpe durch eine in Richtung der Pumpenwelle wirkende Feder-, pneumatische, hydraulische oder., sonstige Kraft bewirkt, welche die Dichtungsfläche eines konzentrisch dazu angeordneten Dichtungsteils gegen eine z.B. am Deckel der Wellenöffnung angeordnete Dichtung preßt. Im Pumpengehäuse herrscht hierbei ein dem Druck der Rohrleitung entsprechender Druck.

Bei auf der Druckseite der Pumpe angeordneter erfindungsgemäßer Wellenabdichtung entsteht beim Einschalten der Pumpe zwischen dem Laufrad und einem koaxial zum getrennt vom Laufrad angeordneten Hilfsschaufelsatz ein dem Arbeitsdruck der Pumpe entsprechender Druck. Gleichzeitig bewirkt der Hilfsschaufelsatz ein Fördern von Flüssigkeit aus dem Raum zwischen Hilfsschaufeisatz und der zur Welle senkrecht stehenden Pumpengehäusewand, bis sich in dem Raum zwischen Hilfsschaufelsatz und der in Wellenrichtung verlaufenden Pumpengehäusewand Druckgleichgevicht einstellt. Dabei herrscht dann Gleichgewicht zwischen dem vom Laufrad und Hilfsschaufelsatz sowie αε-". vom Hilfsschaufelsatz und von der zur Welle S'i.^'xecht verlaufenden Pumpengehäusewand begrenzten aum. In Verbindung mit dem Sicheinstellen des

.Eichgewichtes bildet sich peripher am Hilf sschauf elt:"tz ein Flüssigkeitsring, dessen innerer Druck bei ■'■ahmendem ^olanienstrom vom Außenr ang zum Innenum-. Μα hin .abnimmt. Der Druck am Inneren Umfang ist

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gleich dem äußeren Druck der Pumpe. Die so entstehende betragsmäßig große Druckkräfte-Resultierende hebt die bei stillstehender Pumpe die Abdichtung bewirkende Dichtungskraft, z. B. die Federkraft, auf. Dabei verschiebt sich das Dichtungsteil, an welches auch der Hilfsschaufeisatz fest montiert ist, in Richtung der Pumpenwelle vom Laufrad weg und öffnet dabei gleich*= zeitig die mechanische Dichtung, welche die aus der Rotation der Pumpenwelle resultierenden Beanspruchungen schlecht vertragen würde. Das Dichtungsteil kann auch fest mit der Welle verbunden sein, wobei dann auch der Hilfsschaufelsatz fest auf der Welle angeordnet ist. Beim öffnen der mechanischen Dichtung verschiebt sich dann mit Kompensierung der mechanischen Dichtungskraft die gesamte Welle einschließlich Laufrad. Beim Abschalten der Pumpe geht der Betrag der aus den Druckkräften gebildeten resultierenden Kraft zurück, und die Feder o. dgl. schließt die Dichtung wieder, indem sie die Dichtungsflächen in ihre Anfangsstellung zusammenschiebt. Die Vorrichtung kann einen oder mehrere Hilfsschaufeisätze aufweisen.

Die erfindungsgemäße Wellendichtung kann auch auf der Pumpensaugseite angeordnet werden, wobei dann der vom Hilfsschaufeisatz bewirkte Dichtungsdruck gleich dem Ansaugdruck der Pumpe ist.

Für eine vorteilhafte Ausführung des in der erfindungs= gemäßen hydromechanischen Abdichtung zu verwendenden

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Flüssigkeitsringes kann der mechanische Dichtungsteil mit einer Hilfskegelflache versehen werden, deren Schräge so ausgerichtet ist, daß die von Fließkraft verursachte Bewegung zum Außenrand der Hilfsschaufel hin erfolgt.

Der in der erfindungsgemäßen Wellenabdichtung benötigte Hilfsschaufelsatz kann an die Pumpenwelle mit Hilfe eines Keils gefügt werden. Hierbei ist es vorteilhaft für die Abdichtung zwischen der Welle und dem Hilfsschaufelsatz eine mechanische, elastische Dichtung zu verwenden. Der Keil und die mechanische, elastische Dichtung können vorteilhaft durch einen Balg ersetzt werden, der die Bewegung des Hilfsschaufelsatzes in den oben genannten Abdichtungspunkten leitet.

Die erfindungsgemäße Kreiselpumpen-Wellendichtung ist selbstregelnd und leckfrei. Die Wellendichtung ist auch nicht abhängig von anderen Größen wie etwa der Wellendrehzahl, da das bei der Erfindung ausgenutzte Druckgleichgewicht und der mit Hilfe dessen gebildete, das Abdichten übernehmende Flüssigkeitsring sich schon bei niedrigen Wellendrehzahlen herbeiführen und aufrecht erhalten lassen. Da das öffnen der Dichtung außerdem hydrodynamisch erfolgt, ist hierfür kein besonderes Stellglied erforderlich, was eine Verringerung des Einstell- und Instandhaltungsbedarfs der Dichtung und damit der Betriebskosten der Pumpe bei Einsatz des erfindungsgemäßen Abdichtungssystems bedeutet.

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Die erfindungsgemäße Kreiselpumpen-Wellendichtung ist auch in ihrer Konstruktion umkompliziert, was eine Verringerung der Bauteil-Herstellungskosten der Dichtung bedeutet. Die erfindungsgemäße Abdichtung verursacht während des Betriebs keine Abnutzung der Dichtung und auch nicht der Dichtungsteil-Dichtungsfläche. Diese Flächen reiben nur während der kurzen Ein- und Abschaltphasen aneinander. Weiter ist die Kreiselpumpen-Wellenabdichtung so konzipiert, daß die zu Lecken versuchende Flüssigkeit selbst das Schließen der Abdichtung bewirkt.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht bei arbeitender Kreiselpumpe;

Fig. 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in teilweise aufgeschnittener Seitenans icht;

Fig. 3 die teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Wellenabdichtung pumpensaugseitig angeordnet ist.

Bei nicht arbeitender Pumpe herrscht in dem Raum 3 zwischen Laufrad 1 und Hilfsschaufeisatz 2 sowie in dem Raum 7 zwischen dem Hilfsschaufelsatz 2 und der

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zur Welle 5 senkrechten Wand 6 des Pumpengehäuses 4 ein dem Pumpengehäuse-Saugrohr 8 entsprechender Druck. Dabei drückt ein um die Welle 5 der Kreiselpumpe gelegtes Kraftelement, etwa die Feder 9, die Dichtungsfläche 1o gegen die mit der Wellenöffnungs-Deckelkonstruktion 16 verbundene Dichtung 11 und verhindert so Leckagen. Das die Dichtungsfläche 1o aufweisende Dichtungsteil 2o ist außerdem durch die Dichtung 15 gegen die Welle 5, das sie umgibt, abgedichtet. An das Pumpengehäuse 4 ist ferner das druckseitige Rohr 17 angefügt, und an die Welle 5 ein diese in Drehbewegung versetzendes Maschinenelement oder ein Motor 18.

Beim Anfahren der Pumpe erhöht das Laufrad 1 den Druck im Raum 3 auf Betriebsdruck. Gleichzeitig dazu pumpt der Hilfsschaufelsatz 2 Flüssigkeit aus dem Raum 7 bis in dem Raum 13 zwischen dem Hilfsschaufelsatz 2 und der parallel zur Welle verlaufenden Wand 12 des Pumpengehäuses 4 Druckgleichgewicht herrscht. Gleichzeitig bildet sich umfangseitig am Hilfsschaufelsatz 2 im Raum 13 ein Flüssigkeitsring 14, dessen innerer Druck vom Außenumfang zum Innenumfang hin sinkt. Der Druck am Innenumfang des Flüssigkeitsringes 14 ist gleich dem äußeren Druck der Kreiselpumpe. Die so entstehende betragsmäßig große Druckkräfte-Resultierende kompensiert die von der Feder 9 oder einer anderen entsprechenden Kraftvorrichtung verursachte Kraft mit der Folge, daß sich das Dichtungsteil 2o und gleichzeitig auch der Hilfsschaufel-

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satz 2 in Richtung der Welle 5 vom Laufrad 1 weg bewegen, wobei sich auch die Abdichtung 1o-11 öffnet wie in Fig. 1 dargestellt. Die Abdichtung wird hierbei mit Hilfe des hydrodynamischen Flüssigkeitsringes 14 bewerkstelligt.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Die Bezugszahlen haben die gleichen Entsprechungen wie in Fig. 1; zusätzlich wurden den Details, die besagte Ausführungsform besonders vorteilhaft machen, die Bezugszahlen 21 und 22 zugeordnet. Die Zahl 21 bezeichnet eine schräge Fläche, deren Schräge so ausgerichtet ist, daß die von der Fliehkraft verursachte Bewegung zum Außenrand der Hilfsschaufel 2 hin erfolgt. Das Fördermedium, das bei stillstehender Pumpe zwischen die Fläche 21 und die entsprechend geschrägte Gehäusefläche 23 eindringt, wird intensiv zum Außenrand der Hilfsschaufel 2 hin geschleudert. In der Praxis hat sich gezeigt, daß unter gewöhnlichen Betriebsverhältnissen mit der besagten Konstruktion gewährleistet ist, daß die Dichtung in keiner Arbeitsphase Fördermedium passieren läßt.

Das zweite vorteilhafte Detail der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung trägt die Bezugszahl 22 und stellt einen z. B. aus Metall, etwa Stahl, gefertigten Balg dar, mit dem sich sowohl der die

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Hilfsschaufel 2 mit der Welle 5 verbindende Keil als auch die in Fig. 1 durch die Bezugszahl 15 bezeichnete Dichtung ersetzen lassen. Der Balg vermag dank seiner Konstruktion ein Moment zu übertragen, das sehr gut ausreicht, die Hilfsschaufel 2 in Rotation zu versetzen und zu halten. Wenn es sicherer erscheint, kann natürlich auch mit Keil gearbeitet werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten saugseitigen Anordnung der Wellenabdichtung kann zwischen Laufrad 1 und Hilfsschaufelsatz 2 eine feste Pumpengehäuse-4-Wand angeordnet werden, an welche zwecks Erleichterung des Herbeiführens des hydrodynamischen Gleichgewichts und zur Beruhigung der Bewegung der im Raum 3 hinter dem Hilfsschaufelsatz befindlichen Flüssigkeit stationäre Schaufeln 19 montiert werden können.

Beim Abschalten der Pumpe geht der Betrag der aus den Druckkräften gebildeten resultierenden Kraft zurück, und das Kraftelement 9 schließt die Dichtung 1o-11 wieder, indem sie das Dichtungsteil 2o in seine ursprüngliche Stellung schiebt.

Claims

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PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14C-D 70OO STUTTGART 1

.-*- 3320A52

P 33 2o 452.7

A 45 673 in Anmelder: Outokumpu Oy

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Finnland

Patentansprüche :

MyKreiselpumpen-Wellendichtung, in der bei stillstehender Pumpe die Abdichtung zwischen den Flächen (1o,11) mechanisch mit Hilfe der Kraftvorrichtung (9), der Dichtungsfläche (1o) und der Dichtung (11) erfolgt, und in der bei arbeitender Pumpe die Abdichtung hydrodynamisch bewerkstelligt wird,

dad U-. r ch gekennzeichnet, daß die hydrodynamische Abdichtung durch wenigstens einen mit einem vom Laufrad (1) getrennten Hilfsschaufeisatz (2) gebildeten, aus Fördermedium bestehenden Flüssigkeitsring (14) bewerkstelligt wird.
2. Wellenabdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsring (14) in dem zwischen Hilfsschaufeisatz (2) und Pumpengehäusewand (6) befindlichen Raum (7) gebildet wird.

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3. Wellenabdichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschaufeisatz (2) fest an das Dichtungsteil (2o) gefügt ist.
4. Wellenabdichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der Hilfsschaufelsatz (2) und der Hilfskegel (21) fest an das Dichtungsteil (2o) gefügt ist.
5. Wellenabdichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsschaufeisatz (2) und das Dichtungsteil (2o) durch einen momentenübertragenden Balg (22) mit der Welle (5) verbunden sind.
6. Wellenabdichtung nach irgendeinem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum

(7) mit dem abdichtenden Flüssigkeitsring (14), die Dichtung (11) und die Dichtungsfläche (1o) druckseitig in der Pumpe angeordnet sind.
7. Wellendichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (7) mit dem abdichtenden Flüssigkeitsring (14), die Dichtung (11) und die Dichtungsfläche (1o) saugseitig in der Pumpe angeordnet sind.

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8. Verfahren zur Herbeiführung der Wellenabdichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren der Pumpe zwecks Bildung eines Flüssigkeitsringes (14) im Raum (7) mit Hilfe des Hilfsschaufelsatzes (2) zwischen den Räumen (3,7) ein Druckgleichgewichtszustand (13) herbeigeführt wird, und daß mit Hilfe der resultierenden, so bewirkten hydrodynamischen Druckkräfte die mit der Kraftvorrichtung (9) bewirkte Abdichtung zwischen der Dichtungsfläche (1o) und der Dichtung (11) durch in Richtung der Welle (5) erfolgendes Verschieben des Dichtungsteils (2o) weg vom Laufrad (T) geöffnet wird, und daß beim Abschalten der Pumpe die Resultierende der hydrodynamischen Druckkräfte aufgehoben und das Dichtungsteil (2o) mit Hilfe der Kraftvorrichtung (9) zurück in eine Stellung gebracht wird, in der die Dichtungsfläche (1o) gegen die Dichtung (11) drückt und somit die Abdichtung (I0-II) schließt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsring (14) in dem druckseitig in der Pumpe angeordneten Raum (7) gebildet wird.

1o. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet? daß der Flüssigkeitsring (14) in dem saugseitig in der Pumpe angeordneten Raum (7) gebildet wird.