DE3337839A1

DE3337839A1 - Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE3337839A1
Application number: DE19833337839
Authority: DE
Inventors: Jorge A. Beaumaris Lorett
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1982-11-01
Filing date: 1983-10-18
Publication date: 1984-05-03
Also published as: JPH0531679B2; DE3337839C2; JPS5999094A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft gekapselte Motorpumpen, die eingesetzt werden, wo die gepumpte Flüssigkeit nicht in die Umgebung ausfließen darf, beispielsweise bei jenen Pumpen, die zum Pumpen nuklearen Aballs und nicht biologisch zerfallender, aromatischer oder giftiger Flüssigkeiten. Das Einschließen oder Einkapseln des Motors ist eine Lösung zur Verhinderung des Austritts gepumpter Flüssigkeit; dieses Verfahren löst jedoch nicht das Problem, den Motor ^o davor zu schützen, daß er von der gepumpten Flüssigkeit angegriffen wird. Die eingeschlossenen Einheiten sind auch ineffizient, teuer und erfordern spezielle Maßnahmen für angemessene Motorkühlung, elektrische Verbindungen etc.

IQ Andere Lösungen des Problems zeigen z.B. die US-PSen 3 550, 3 790 312 und 3 574 478. Die US-PS 3 850 550 zeigt eine Anordnung, die zwei Dichtungen in Dichtungskammern aufweist und zum Ausspülen der Pumpendichtungskammern gepumpte Flüssigkeit bereitstellt, die zur Saugseite der Pum-P^e zurückfließt. Die Motordichtungskammer ist mit einem Schmiermittel gefüllt.

Die US-PS 3 790 312 zeigt eine Anordnung, die ein Fließen von Kraftstoff, gepumpter Flüssigkeit oder Kraftstoffdampf zu den Pumpenlagern oder zu einer Labyrinthdichtungskammer verhindert. Es wird ein Nebenlaufrad verwendet, um die Flüssigkeit oder den Dampf aus den Lagern oder der Kammer zu pumpen.

Die US-PS 3 574 478 beschreibt das Auspumpen einer Lagerkammer in einer Turbinenanordnung, um einen Luftstrom an einer Labyrinthdichtung vorbei in Richtung der Lagerkammer zu saugen. Ein Luftstrom aus derselben Quelle zieht an einer zweiten Labyrinthdichtung unter Ausnutzung der vakuumbildenden Wirkung des Luftstroms.

Dadurch wird das Problem beim Pumpen nuklearen Abfalls und

nicht biologisch zerfallender, aromatischer oder giftiger Flüssigkeiten nicht gänzlich gelöst, außer wenn sichergestellt werden kann, daß die gepumpte Flüssigkeit nicht
durch die Motordichtung zum Motor fließt.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, sicherzustellen,

daß gepumpte Flüssigkeit, die an der Pumpendichtung einer Mehrfachgleitringdichtungsanordnung vorbei leckt, sofort
zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt wird, ohne daß ex-

IQ terne Einrichtungen verwendet werden. Zur Lösung dieser
Aufgabe wird vorgeschlagen, daß ein als Flüssigkeitspumpe arbeitender Ejektor verwendet und sichergestellt wird, daß die Ejektordüse nicht von in der Flüssigkeit mitgeführten Feststoffen verstopft wird. Falls erforderlich, wird ein

Abscheider verwendet, der in der Flüssigkeit mitgeführte
Feststoffe daran hindert, in den Ejektor zu gelangen. Ein Einwegventil ist vorgesehen, um einen in entgegengesetzter Richtung fließenden Flüssigkeitsstrom zu verhindern, wenn die Pumpe außer Betrieb ist.

Der Ejektor ist auf einer Seite mit einer Dichtungskammer verbunden, die mit der Unterdruckkammer des Ejektros in
Verbindung steht. Die Düse des Ejektors ist mit dem Pumpenauslaß verbunden, so daß die hindurchfließende gepumpte

Flüssigkeit einen Druckabfall erzeugt, der gepumpte Flüssigkeit aus der Dichtungs- oder Sammelkammer in die Unterdruckkammer saugt oder induziert. Die induzierte Flüssigkeit und die Antriebsflüssigkeit werden anschließend in den
Einlaß der Pumpe abgegeben. Ejektor, Abscheider und Einwegventil sind als integraler Bestandteil im Pumpengehäuse montiert oder günstig in einem Block angeordnet, der einfach mit dem Pumpengehäuse verbunden werden kann. Alle
Flüssigkeits- und Feststoffleitungen sind im Gehäuse oder Block eingebaut..

Aufgrund des erzeugten Unterdrucks beseitigt der Ejektor
jegliche gepumpte Flüssigkeit aus der Motordichtungskammer

und hält auch die Dichtungs- oder Sammelkamraer unter einem Druck/ der nahe beim Dampfdruck der gepumpten Flüssigkeit liegt. Auf diese Weise wird verhindert, daß Flüssigkeit aus der Dichtungskammer zu den Dichtflächen der Motordich-"5 tung gelangt.

Die vorliegende Erfindung kann besonders bei Pumpenanordnungen angewendet werden, bei denen der Motor in einer Flüssigkeit liegt, und wird im Zusammenhang mit einer Pumpe IQ beschrieben, bei der der Motor in ürucköl unter gesteuertem Druck getaucht ist.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und wird

nachfolgenden anhand der nur eine einzige besondere Ausfüh-J5 rungsform zeigenden Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2, 3 (im Zusammenhang mit Fig. 1) einen Längsschnitt durch eine die bevorzugte Ausfüh

rungsform der Erfindung enthaltende Pumpenanordnung ;

Fig. 4 eine detaillierte, teilweise geschnittene Ansicht durch die Gleitringdichtungen der Pum-P^e'·

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig.

3;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 von Fig. 5;
Fig« 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 von

Fig. 6;
Fig. 8, 9 teilweise Schnitte entlang der Linien 8-8

bzw. 9-8 von Fig. 6 und durch den Abscheider zur Verdeutlichung der Strömungspfade der Flüssigkeit zur Unterdruckseite; und Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10

von Fig. 6 durch das Einwegventil.

-β- Ίο'

Die wesentlichen Teile und die bevorzugte Anordnung der Teile der vorliegenden Erfindung sind schematisch in Fig. 1 dargestellt. Eine detailliertere Beschreibung der Teile wird später mit Bezug auf die anderen Figuren der Zeichnung gegeben.

Die allgemein mit 10 bezeichnete Pumpenanordnung umfaßt einen Elektromotor 12 in einem Motorgehäuse 14 und weist eine mit dem Pumpenlaufrad 18 verbundene Welle 16 auf.

ig Das Laufrad 18 befindet sich im Pumpengeihäuse .20, das einen Einlaß 22 (wie durch die Pfeile angedeutet) aufweist. Gepumpte Flüssigkeit wird in die Schnecke 24 des Auslasses 26 abgegeben. Zwei Gleitringdichtungen 28 und 30 umgeben die Welle 16, wobei die Dichtung 28 als Pumpendichtung und die Dichtung 30 als Motordichtung bezeichnet wird. Die Dichtungen 28 und 30 sind von üblichem Aufbau und umfassen jeweils zwei Gleitringe, zwischen denen eine Dichtungs- oder Sammelkammer 32 angeordnet ist; es ist auch Aufgabe der Erfindung zu verhindern, daß gepumpte Flüssigkeit über die Flächen der Dichtung 30 in das Motorgehäuse rinnt.

Ein Ejektor 34, der eine Düse 36 und eine Unterdruckkammer 38 aufweist, ist über geeignete Kanäle mit dem Hochdruckbereich der Pumpe verbunden, so daß gepumpte Flüssigkeit durch die Düse 36 fließt. Wegen der Verengung der Düse wird ein Flüssigkeitsstrom aus der Dichtungskammer 3 2 in die Unterdruckkammer 38 gesogen oder induziert. Der Ejektor 34 gibt induzierte Flüssigkeit von der Unterdruckkammer 39 an den Pumpeneinlaß ab.

Um ein Rückfließen induzierter Flüssigkeit in die Dichtungskammer 32 zu verhindern, z.B. bei stillstehender Pumpe, befindet sich ein Einwegventil 40 in dem die Dichtungskammer mit der Unterdruckkammer 38 verbindenden Durchgang .

Ein Zyklonabscheider 42 ist erforderlichenfalls vorgesehen, um Feststoffe aus der zum Ejektor fließenden Flüssigkeit abzuscheiden. Gepumpte Flüssigkeit fließt zum Wirbelbereich des Abscheiders, wo schwerere Feststoffe zu Boden fallen, von wo aus sie mit etwas Flüssigkeit zu einem Bereich der Pumpe mit niedererem Druck zurückkehren.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Konstruktion mit einer Pumpe 10, einem Elektromotor 12, einem Motorgehäuse 14, einer Motor- IQ welle 16, einem Pumpenlaufrad 18, einem Schneckengehäuse 20, einem Einlaß oder Saugöffnung 22, einer Schnecke 24, einem Auslaß oder Abgabeöffnung 26, einer Gleitringdichtung 28 für die Pumpe, einer Gleitringdichtung 30 für den Motor, einer Dichtungs- oder Sammelkammer 32 und einem Ejektor 34.

Elektrische Verbindungen für den Motor 12 verlaufen zu Sammelschienen 44 und sind von üblicher Bauart.

Das Motorgehäuse 14 ist aus einer Anzahl von Teilen zusammengebaut und umfaßt einen zylindrischen Hauptteil 14a, der von einer Außenwand 54, einer Innenwand 55, einem oberen Verschluß 14b und einer Deckelanordnung 14c gebildet wird. Der Motor 12 liegt in einem schmierenden Kühlöl (nicht gezeigt) , das durch die vom Stopfen 48 verschlossene öffnung 47 in das Reservoir 46 in der Deckelanordnung 14c eingeführt wird. Das Innere des Motorgehäuses ist mit dem Reservoir über den Durchgang 4 9 verbunden. Nach Zusammenbau der Einheit wird eine vorbestimmte Menge schmierenden Kühlöls zugeführt, um die Hohlräume um den Motor 12 und mindestens einen Teil des Reservoirs 46 zu füllen. Das im folgenden als "Motorflüssigkeit" "bezeichnete öl wird von einem von außen zugeführten Kühlmittel gekühlt, das um die Schraubenwindung 50 fließt, durch die die Motorflüssigkeit an einem unteren Einlaß 51 eingeleitet und an einem oberen Abgabeauslaß 52 abgegeben wird. Verschiedene Kanäle 52a und 52b im oberen Gußteil, 52c im Motorwellenlager, 52d im unteteren Gußteil und 52e im unteren Motorwellenlager sind vor-

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gesehen, um die Motorflüssigkeit in und um die Motoaeanordnung herum zirkulieren zu lassen. Von außen zugeführtes Kühlmittel wird um die Windung 50 im Raum 53 zugeführt, die von der Außenwand 54 des Gehäuses 14 und der Innenwand 55, die den Motor 12 umgibt. Das Kühlmittel vr rd durch den Stutzen 56 zugeführt und durch den Stutzen 57 abgegeben.

Die Motorflüssigkeit wird entgegen der Kraft der Schrauben feder 64 von der Kolbenanordnung 62 unter Druck gesetzt.

Druckluft oder ein anderes unter Druck stehendes Medium, wie z.B. Pumpenflüssigkeit, wird durch einen Stutzen 65 der Kammer 66 auf der der Kolbenanordnung 62 gegenüberliegenden Seite zugeführt, wodurch die Kolbenanordnung gegen die Kraft der Feder 64 nach unten gedrückt wird. Die KoI-benanordnung 62 umfaßt ein ringförmiges topfförmiges Element 62a und einen mittig angeordneten Kolbenkörper 62b, der in gleitender Berührung auf der Nabe 62c abgestützt ist, die an der Deckelanordnung 14c des Gehäuses 14 befestigt ist. Eine elastische Dichtung 68 dichtet das Reservoir 46 gegen die Kammer 66 ab. Die Stellung des Kolbens 62a zeigt das Motorflüssigkeitsniveau an; auch ist ein Niveauanzeige 70 vorgesehen, die ein Element 62d aufweist, das sich mit dem Element 62a der Kolbenanordnung bewegt. Die Anzeige 70 ist vorzugsweise geeicht, um eine Direktablesung des Motorflüssigkeitsniveau zu gestatten. Die Erfindung kann natürlich auch bei einer Pumpenanordnung verwendet werden, bei der der Motor nicht in einer Motorflüssigkeit liegt.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht durch die Gleitringdichtungen 28 und 30, zwischen denen sich die Dichtungs- oder Sammelkammer 32 befindet, aus der gepumpte Flüssigkeit, die an der Pumpendichtung 28 vorbeigelangt ist, beseitigt wird. Die Pumpendichtung 28 weist einen drehbaren Gleitring 72 und einen stationären Gleitring 74 auf, wobei der Ring 74 auf dem Gehäuseabschnitt 76 abgestützt ist, der eine Kühlkammer 78 aufweist. Die Ringe 72 und 74 weisen gegenüberliegende Dichtflächen 80 bzw. 82 auf. Der

Ring 72 ist so abgestützt/ daß er begrenzt axial beweglich ist, und wird von mehreren Schraubenfedern 84 (nur eine ist gezeigt) gegen den Ring 74 gedrückt, die in Taschen '-'im Federhalter 88 aufgenommen sind. Der Halter 88 weist einen axial verlaufenden zylindrischen Abschnitt 90 auf, :<ter zumindest teilweise über dem Ring 72 liegt. Der Ring ist.mit dem zylindrischen Abschnitt 90 durch den Keil 92 verkeilt, der in gegenüberliegenden axialen Keilnuten im Hing 72 und Abschnitt 90 liegt. Der Ring 72 und der Halter §8 werden durch die Wellenmuffe 94 abgestützt, die mit der Welle 16 verkeilt ist.

Motordichtung 30, die von der Pumpendichtung 28 durch die Dichtungs- oder Sammelkammer 32 getrennt ist, umfaßt einen drehbaren Gleitring 96 und einen stationären Gleit- -ring 98, wobei der Gleitring 98 die Welle 16 umgibt und am ßehäuseabsehnitt 100 abgestützt ist. Die Ringe 96 und S8 weisen gegenüberliegende Gleitflächen 102 bzw. 104 auf, wobei der Ring 96 von den Schraubenfedern 106 (nur eine

-20 ist gezeigt) gegen den Ring 98 gedrückt wird. Die Schrau-.kenfedern 106 sind jeweils in einer Tasche 108 im Federhalter 110 aufgenommen, der einen axial verlaufenden zylindrischen Abschnitt 112 aufweist, der sich zumindest teilweise über den Ring 96 erstreckt. Der Ring 96 ist mit eiern Abschnitt 112 durch den Keil 114 verkeilt, der in gegenüberliegenden Keilnuten im Ring 96 und Abschnitt 112 aufgenommen ist. Der Federhalter 110 ist so abgestützt, er sich mit der Welle 16 dreht.

Ber Ejektor 34 (insb. Fig. 3 und 6) umfaßt eine Düse 36, ©in© unterdruckkammer 38 und einen Venturi-Kanal 116. Unter Pumpendruck stehende gepumpte Flüssigkeit fließt durch Kanal 118 zur EjektordÜse 36 und wird zusammen mit aus Sammelkammer 32 mitgenommener Flüssigkeit durch den

120 in den Einlaß der Pumpe abgegeben. Die Pumpen- «Sietitwng 28 wird durch den Kanal 122 in den Kanal 120 entlüftet.

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Die den Ejektor beaufschlagende Flüssigkeit, die durcli den Kanal 118 fließt, gelangt zuerst durch den Zyklonabscheider 42 (Fig. 6-9). Die am deutlichsten in Fig. 8 zu sehen, fließt gepumpte Flüssigkeit, die unter Pumpenabgabedruck steht, von neben der Laufradspitze dui .-h de*v Kanal 124, die sich aus den miteinander verbundenen Kan?alabs;chnit ten 124a, 124b und 124c zusammensetzt, tangential zur konisehen inneren Oberfläche 126 des Abscheiders 42, derart, daß die Flüssigkeit verwirbelt wird. (Fig. 7), Feststoffe,

IQ wie z.B. Sand, die schwerer als die gepumpte Flüssigkeit sind, fallen auf den Boden des Abscheiders 42, um von gepumpter Flüssigkeit durch den Kanal 128 (Fig. 9), der sich aus den miteinander verbundenen Kanalabschnitten 128a_r 128b und 128c zusammensetzt, in einen Bereich des Pumpengeb$uses 20 befördert zu werden, dessen Druck niederer (als der Abgabedruck) ist. Feststofffreie, gepumpte Flüssigkeit fließt durch die verengte öffnung 130 (Fig. 8) in den Kanal 118 und weiter zur Ejektordüse 36. In einigen Fällen, bei denen die gepumpte Flüssigkeit im wesentlichen.feststofffrei ist, braucht der Zyklonabscheider nicht verwendet zu werden. In diesen Fall wird die gepumpte Flüssigkeit direkt der Ejektrodüse 36 zugeführt. Herkömmliche Flüssigkeitsfilter oder Abscheider können anstatt des Zyklonasbscheiders verwendet werden. :

Gemäß Fig. 10 wird gepumpte Flüssigkeit, die an der Pumpendichtung 28 vorbei in die Dichtungs- oder S amme !kanone*¹ 32 fließt, vom Ejektor 34 durch
einen Kanal 138, der sich aus den miteinander verbundenen Abschnitten 138a, 138b und 138 c zusammensetzt, z«r Einlaßseite des Einwegventils 40 gesaugt. Das Einwegventil (Fig. 10) weist eine Kugel 134 auf, die auf dem Sitz 136 des Teils 136a aufsitzt, das eine Bohrung 136b besitzt, die über die Kanalabschnitte 138c, 138b und 138a mit der Dichtungskammer 32 in Verbindung steht, wodurch ein.Flüssigkeitsstrom hoher Geschwindigkeit in den Venturi-Kaöal 116 getrieben wird, der in der Unterdruckkammer 3:8- eisten

tl&ederdruckbereich erzeugt, der einen Strom durch das Einwegventil 40 induziert/ wodurch die Kugel 134 vom Sitz 136 abgehoben wird. Das Ventil 40 verhindert wirksam ein RückflieSen der Flüssigkeit in die Dichtungskammer 32. Wenn

Icein Unterdruck in der Kammer 38 herrscht, sitzt die Kugel 134 auf dem Sitz 136 auf. Der Ejektor 34, der Zyklonabscheider 42 und das Einwegventil 40 sind in einem Block angeordnet, der am Pumpengehäuse 14 befestigt ist. Falls
gewünscht, können auch andere Arten von Rückschlagventilen eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

(D Pumpenanordnung (10), gekennzeichnet durch einen Motor (12), ein Gehäuse (14) für den Motor, eine vom Motor und dem Gehäuse aus sich erstreckende Motorwelle (16), ein mit dem Motorgehäuse verbundenes Laufradgehäuse (20), ein Einlaß (22) zum und ein Auslaß (26) vom Laufradgehäuse, ein mit der Welle verbundenes Laufrad (18) zum Pumpen einer Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß, eine Gleitringdichtungsanordnung (28,30), die die Welle

IQ umgibt und zwischen Laufradgehäuse und Motorgehäuse angeordnet ist, um den Eintritt gepumpter Flüssigkeit in das Motorgehäuse im wesentlichen zu verhindern, wobei die Gleitringdichtungsanordnung zwei Gleitringdichtungen umfassen, von denen jede zwei Gleitringe (72,74; 96,98) mit gegenüberliegenden Dichtflächen (80,82; 102, 104) aufweist, wobei ein Gleitring jedes Paars bezüglich des anderen drehbar ist, eine die Welle umgebende Dichtungskammer (32, die zwischen den Gleitringdichtungen angeordnet ist und in die über einen (28) von zwei Gleitringen leckende gepumpte Flüssigkeit fließt, einen Ejektor (34) zum Absaugen von Flüssigkeit aus der Dichtungskammer, um zu verhindern, daß Flüssigkeit über die Dichtflächen der anderen (30) der Dichtungsanordnungen in das Motorgehäuse diffundiert, eine Verbindung (118) zum Verbinden des Ejektors mit der Dichtungskammer und dem Auslaß, um den Flüssigkeitsstrom aus der Dichtungskammer zu induzieren, und eine Rückführeinrichtung (120) zum Rückführen des induzierten Flüssigkeitsstroms zum Einlaß.
2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (34) eine verengte Düse (3 6) und eine Unterdruckkammer (38) aufweist, wobei die Düse mit dem Auslaß (26) und die Unterdruckkammer mit der Dichtungskammer (32) verbunden ist, wodurch der Flüssigkeitsstrom durch die Düse den Flüssigkeitsstrom von der Dichtungskammer zur Unterdruckkammer und danach zum Einlaß indu-

ziert.
3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Abscheider (42), wobei der Abscheider so ausgelegt und angeordnet ist, um Feststoffe aus der vom Auslaß zum Ejektor fließenden Flüssigkeit abzuscheiden.
4. Pumpenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein zwischen der Dichtungskammer und der Unter-

-^q druckkammer angeordnetes Einwegventil (40) , um den Rückfluß von Flüssigkeit aus der Unterdruckkammer zur Dichtungskammer zu verhindern.
5. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, j^5 daß die eine (28) der Dichtungsanordnungen dicht neben dem Laufrad und die andere (30) der Dichtanordnungen dicht neben dem Motor angeordnet ist.