DE3347263C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abdichten einer Pumpenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abdichten einer Pumpenwelle, insbesondere bei einer Pumpe zum Fördern einer feststoffhaltigen Flüssigkeit bei erhöhten Temperaturen,

• - wobei die Abdichtung der Pumpe während des Betriebes hydrodynamisch erfolgt
• - wobei die Stillstandsdichtung einen Dichtungseinsatz aufweist, der durch eine Flüssigkeit in einem Druckraum druckbeaufschlagbar und zur abdichtenden Anlage an die Pumpenwelle bringbar ist.

Im Stand der Technik sind pneumatische Stillstands-Abdichtungen zur Ergänzung der Wellenabdichtung von Chemie-Kreiselpumpen bekannt, deren Wellenabdichtung während des Betriebes hydrodynamisch erfolgt. Bekannte pneumatische Abdichtungs-Systeme empfehlen sich jedoch nicht für besonders wartungsintensive Anlagen wie Pumpen zur Förderung abrasiver Medien bei erhöhten Temperaturen. Auch ist der Einsatzbereich pneumatischer Stillstands-Abdichtungen bei weitgehend reinen Flüssigkeiten auf Betriebstemperaturen bis maximal 120° Celsius und einen Druck von weniger als 1 bar festgelegt. Die Abdichtung nach dem Stand der Technik erfolgt im Stillstand durch Beaufschlagung eines Dichtungseinsatzes mit Luft oder Stickstoff. Die Regelung findet über ein Magnetventil statt, so daß das Dichtungselement nur im Stillstand an der Wellenhülse anliegt und abdichtet. Während des Betriebes wird die Abdichtung des Wellendurchganges hydrodynamisch von Laufrad-Rückschaufeln und einem Entlastungsrad übernommen.

Die DE 24 60 314 A1 beschreibt eine Wellendichtung, die bei hohen Geschwindigkeiten und Arbeitsdrücken eine Labyrinth- und dynamische Dichtungswirkung aufbaut. Weil diese bei Stillstand nicht genügend wirkt, ist eine zusätzliche Axialdichtung vorhanden, die mittels eines druckbeaufschlagbaren Kolbens mit einem Dichtring in einem Druckraum axial beweglich angeordnet ist und mit einem Wellenbund und dessen Dichtfläche zusammenwirkt. Die hierfür benötigten Funktionselemente erfordern höchste Präzision für die unterschiedlichen Dichtflächen und Paßflächen und ergeben infolgedessen eine außerordentlich komplizierte sowie kostenträchtige Bauart mit hohem Wartungsbedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, wobei die Stillstandsabdichtung der Pumpenwelle funktionssicher, mit geringem Verschleiß während des laufenden Betriebes sowie bei erhöhten Temperaturen bei einer Pumpe zum Fördern einer feststoffhaltigen Flüssigkeit erfolgen kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe beim Verfahren nach Patentanspruch 1 dadurch,

• - daß die Pumpenwelle von dem Dichtungseinsatz und dieser vom Druckraum umgeben ist,
• - daß die Flüssigkeit durch den Druckraum in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, der einen Druckspeicher aufweist,
• - daß der hydraulische Druck in der Flüssigkeit durch Einleiten von Druckluft in den Druckspeicher aufbaubar und durch Ablassen der Druckluft aus dem Druckspeicher abbaubar ist, und
• - daß beim Abschalten der Pumpe der pneumatische Druck im Druckspeicher und damit der hydraulische Druck der Flüssigkeit im Druckraum aufgebaut und beim Anfahren der Pumpe mit einer Zeitverzögerung wieder abgebaut wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß zur Steuerung der Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit im Druckspeicher ein Regelkreis mit einem Zeitschaltglied und einem Wegeventil verwendet und das Zeitschaltglied vorzugsweise pneumatisch betätigt wird. Hierdurch wird auf einfache Weise die Stillstandsabdichtung optimiert, bei gleichzeitiger Verminderung des Verschleißes des Dichtungseinsatzes, auch bei Förderung einer feststoffhaltigen Flüssigkeit.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorteilhaft beim Anfahren der Pumpe das Wegeventil in Durchlaßstellung gebracht und das Zeitschaltglied sowie der Druckspeicher mit Steuerluftdruck beaufschlagt, wobei das Zeitschaltglied nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit von etwa 3 Sekunden den Druckspeicher drucklos schaltet, der dann entlüftet wird.

Weil die Flüssigkeit im Kreislauf geführt wird, kann ein flüssiges Medium verwendet werden, welches mit dem Fördermedium verträglich ist. So kann bei der Förderung von Schwefelsäure beispielsweise Äthylenglykol als Flüssigkeit verwendet werden, um auf diese Weise das zu fördernde Medium nicht zu verunreinigen, und chemische Reaktionen zu vermeiden.

Eine Vorrichtung zum Abdichten einer Pumpenwelle im Stillstand, insbesondere bei einer Pumpe zum Fördern einer feststoffhaltigen Flüssigkeit bei erhöhten Temperaturen, wobei die Dichtung einen Dichtungseinsatz aufweist, der durch eine Flüssigkeit in einem Druckraum druckbeaufschlagbar und zur abdichtenden Anlage an die Pumpenwelle bringbar ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Pumpenwelle von dem Dichtungseinsatz und dieser vom Druckraum umgeben ist,
• - daß der Druckraum in einem geschlossenen Kreis über hydraulische Druckleitungen mit einem Druckspeicher in Verbindung steht,
• - daß der Druckspeicher über eine pneumatische Druckleitung und über einen Regelkreis, der ein Zeitschaltglied und ein Wegeventil aufweist, mit einer Druckluftstation verbunden ist.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Druckraum einen Einlaufkanal und einen Auslaufkanal aufweist, die jeweils an eine Vorlaufleitung und an eine Rücklaufleitung angeschlossen sind.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Einlaufkanal und der Auslaufkanal sich in etwa gegenüberliegen, wobei der Einlaufkanal unterhalb der Pumpenwelle und der Auslaufkanal oberhalb der Pumpenwelle angeordnet ist, um das Umwälzen der Flüssigkeit durch Thermosiphonwirkung zu ermöglichen. Hierbei wird vorteilhaft der Effekt ausgenutzt, daß die sich im Druckraum erwärmende Flüssigkeit nach oben steigt und somit unter Verzicht auf eine Pumpe der Kreislauf der Flüssigkeit zwischen Druckspeicher und Wellenabdichtung aufrecht erhalten wird.

Es kann aber auch nach der Erfindung zwischen Druckspeicher und Druckraum in einer der Verbindungsleitungen eine Pumpe zum Umwälzen der Flüssigkeit angeordnet sein.

Und schließlich ist vorgesehen, daß der Druckspeicher gekühlt ist, um gegebenenfalls den Kühleffekt der Flüssigkeit an der Dichtung zu verbessern.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.

Es zeigt

Fig. 1 Verfahrensschema für die Druckbeauf­ schlagung der Wellenabdichtung,

Fig. 2 Kreiselpumpe mit Wellenabdichtung im Schnitt,

Fig. 3 Wellenabdichtung im Teilausschnitt gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch die Wellenabdichtung 10, einen Druckspeicher 11, ein Zeitschaltglied 12, ein Wegeventil 13 und eine Druckluftstation 14. Im Wegeventil 13 bedeutet die Bezeichnung a, daß das Ventil durch Federkraft und b, daß das Ventil bei Bedarf durch einen Magneten betätigt wird. Die Darstellung entspricht der Federbetätigung. Die Wellenabdichtung 10 ist über die Vorlaufleitung 15 und die Rücklauf­ leitung 16 mit dem Druckspeicher 11 verbunden, über die die Flüssigkeit 17 im Kreislauf geführt wird. Die Druckluftstation 14 ist über die Druckluftleitung 18 mit dem Zeitschaltglied 12 und über die Druckluftleitung 19 mit dem Wegeventil 13 verbunden, wobei ein Druck von etwa 1,5 bis zu 3 bar vorherrscht. Über die Druckluftleitung 20 steht das Wegeventil 13 mit dem Zeitschaltglied 12 in technisch-funktioneller Verbindung. Das Zeitschaltglied 12 weist eine pneumatische Druckleitung 21 zum Druckspeicher 11 auf.

Die Kühlflüssigkeit 17, die über die Leitungen 15, 16 zwischen dem Druckspeicher 11 und der Wellenabdichtung 10 zirkuliert, kann in der Vorlaufleitung 15 vorzugsweise eine Temperatur von etwa 20 Grad Celsius und im Rücklauf 16 eine Temperatur von etwa 80 Grad Celsius aufweisen. Sollte eine höhere Kühlleistung erforderlich sein, so besteht die Möglichkeit, den Druckspeicher 11 zu kühlen.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt die Ventilstellungen 13, 12 während die Pumpe in Betrieb ist. Der Magnet M erhält Spannung vom Motor, die Leitung 20 ist über das Wegeventil 13 in der Stellung A-R entlüftet. Das Zeitschaltglied 12 ist auf der Seite t drucklos und schließt gegenüber der Druckluftleitung 18 ab. Die Druckleitung 21 ist gegen die Atmosphäre geöffnet.

Beim Anfahren der abzudichtenden Pumpenwelle steht das Wegeventil 13 in der Stellung P-A, so daß das Zeitschaltglied 12 über die Leitung 20 mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird, der sich über die Druckleitung 21 im Gasraum 22 über der Flüssigkeit 17 einstellt. Das Zeitschaltglied 12 schaltet nach einer Zeitverzögerung von etwa 3 bis 5 Sekunden die Druckleitung 21 bei S drucklos, wonach der Druckspeicher 11 über das Zeitschaltglied 12 ent­ lüftet wird. Entsprechend verringert sich der Druck in der Vorlaufleitung 15 und in der Rücklaufleitung 16. Im Normalfall erfolgt die Entlüftung zeitgleich mit dem Motorenstart. Bei größeren Zulaufhöhen ist eine verzögerte Entlüftung mittels Zeitschaltglied 12 zweckmäßig, da eine volle Stopfbuchs-Entlastung bei Hochlauf der Drehzahl des Motors nicht sofort vorhanden ist.

Im Stillstand oder beim Notstopp der abzudichtenden Pumpenwelle übernimmt die Feder a des Wegeventils 13 die Ventilbetätigung, da der Magnet M stromlos ist, wobei dann das Wegeventil 13 in die Stellung P-A kommt, so daß die Leitung 20 mit der Druckluftzuleitung 19 verbunden ist und Druckluft gemäß dem rechten Pfeil zum Zeitschaltglied 12 strömt, das auf der Seite t damit unter Druck steht. Dadurch wird nach einer Zeitverzögerung die Leitung 18 bei P mit der Druckleitung 21 bei S verbunden, wodurch der Druck im Gasraum 22 nach der entsprechenden Verzögerungszeit ansteigt.

In Fig. 2 ist eine Kreiselpumpe zur Förderung abra­ siver Medien im Schnitt dargestellt, mit der Wellen­ abdichtung 10. Die Wellenabdichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Dichtungseinsatz 30 und der Buchse 31, zwischen denen sich der Druckraum 32 be­ findet. Die Abdichtung der Pumpenwelle 33 erfolgt gegenüber dem Dichtungseinsatz 30. Der Druckraum 32 steht im oberen Bereich über die Auslaufbohrung 34 im Stopfbuchseinsatz 35 und über den Auslaufkanal mit der Rücklaufleitung 16 (in Fig. 1) in Verbindung. Der untere Bereich des Druckraums 32 ist über die Ein­ laufbohrung 37 und den Einlaufkanal mit der Vorlauflei­ tung 15 (in Fig. 1) verbunden.

Im Stillstand, beim Abschalten bzw. beim Notstopp, beim Anfahren und bei Betrieb der Kreiselpumpe könnte Fördermedium 40 über das Laufrad 41 und das Entla­ stungsrad 42 möglicherweise zwischen den Dichtungsein­ satz 30 und die Pumpenwelle 33 gelangen. Dieses wird durch die Verfahrensweise nach der Erfindung verhin­ dert.

Fig. 3 zeigt die Wellenabdichtung 10 im Detail. Die Wellenabdichtung besteht aus dem Dichtungseinsatz 30 und der Buchse 31, zwischen denen der Druckraum 32 gebildet wird. Die Druckverbindung zum Druckraum 32 erfolgt über die Bohrung 34 im Stopfbuchseinsatz 35, wobei auch die Buchse 31 einen Durchlaß 50 aufweist. Ferner weist die Wellenabdichtung Runddichtungen 51, 52 und eine Flachdichtung 53, sowie eine Hülse 54 und einen Ring 55 auf. Über den Dichtungsdeckel 56 werden die Dichtungen 51, 52 gespannt. Im Dichtungseinsatz 30 sind gegenüber der Pumpenwelle 33 mehrere Ring­ räume 57 vorgesehen, mittels derer die hydrodyna­ mische Abdichtung der Pumpe im Betrieb erfolgt. Fer­ ner könnte unabhängig vom beschriebenen Flüssigkeits­ kreislauf 11, 10, 17, 15, 16 Spülflüssigkeit über den Zulauf 58 in den Spalt 59 gebracht werden, um auf diese Weise das Entlastungsrad 42 zu säubern bezieh­ ungsweise zu verhindern, daß feststoffbeladenes För­ dermedium zwischen die Pumpenwelle 33 und den Dich­ tungseinsatz 30 gelangt.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das in den Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsbei­ spiel beschränkt. So kann beispielsweise das in Fig. 1 gezeigte Zeitglied 12 auch elektrisch bzw. elektro­ nisch arbeiten.

Claims (10)

1. Verfahren zum Abdichten einer Pumpenwelle, insbesondere bei einer Pumpe zum Fördern einer feststoffhaltigen Flüssigkeit bei erhöhten Temperaturen,

• - wobei die Abdichtung der Pumpe während des Betriebs hydrodynamisch erfolgt,
• - wobei die Stillstandsdichtung einen Dichtungseinsatz (30) aufweist, der durch eine Flüssigkeit (17) in einem Druckraum (32) druckbeaufschlagbar und zur abdichtenden Anlage an die Pumpenwelle (33) bringbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Pumpenwelle (33) von dem Dichtungseinsatz (30) und dieser vom Druckraum (32) umgeben ist,
• - daß die Flüssigkeit (17) durch den Druckraum (32) in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, der einen Druckspeicher (11) aufweist,
• - daß der hydraulische Druck in der Flüssigkeit (17) durch Einleiten von Druckluft in den Druckspeicher (11) aufbaubar und durch Ablassen der Druckluft aus dem Druckspeicher (11) abbaubar ist,
• - daß beim Abschalten der Pumpe der pneumatische Druck im Druckspeicher (11) und damit der hydraulische Druck der Flüssigkeit (17) im Druckraum (32) aufgebaut und beim Anfahren der Pumpe mit einer Zeitverzögerung wieder abgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit (17) im Druckspeicher (11) ein Regelkreis mit einem Zeitschaltglied (12) und einem Wegeventil (13) verwendet und das Zeitschaltglied (12) vorzugsweise pneumatisch betätigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren der Pumpe das Wegeventil (13) in Durchlaßstellung gebracht und das Zeitschaltglied (12) sowie der Druckspeicher (11) mit Steuerluftdruck beaufschlagt werden, wobei das Zeitschaltglied (12) nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit von etwa 3 Sekunden den Druckspeicher (11) drucklos schaltet, der dann entlüftet wird.

4. Stillstandsabdichtung einer Pumpenwelle, insbesondere bei einer Pumpe zum Fördern einer feststoffhaltigen Flüssigkeit bei erhöhten Temperaturen,

• - wobei die Dichtung einen Dichtungseinsatz (30) aufweist, der durch eine Flüssigkeit (17) in einem Druckraum (32) druckbeaufschlagbar und zur abdichtenden Anlage an die Pumpenwelle (33) bringbar ist,

zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Pumpenwelle (33) von dem Dichtungseinsatz (30) und dieser vom Druckraum (32) umgeben ist,
• - daß der Druckraum (32) in einem geschlossenen Kreis über hydraulische Druckleitungen (15, 16) mit einem Druckspeicher (11) in Verbindung steht,
• - daß der Druckspeicher (11) über eine pneumatische Druckleitung (21) und über einen Regelkreis (18, 19, 20), der ein Zeitschaltglied (12) und ein Wegeventil (13) aufweist, mit einer Druckluftstation (14) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (32) einen Einlaufkanal (38) und einen Auslaufkanal (36) aufweist, die jeweils an eine Vorlaufleitung (15) und an eine Rücklaufleitung (16) angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufkanal (38) und der Auslaufkanal (36) sich in etwa gegenüberliegen, wobei der Einlaufkanal (38) unterhalb der Pumpenwelle (33) und der Auslaufkanal (36) oberhalb der Pumpenwelle (33) angeordnet ist, um das Umwälzen der Flüssigkeit (17) durch Thermosiphonwirkung zu ermöglichen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckspeicher (11) und Druckraum (32) in einer der Verbindungsleitungen (15, 16) eine Pumpe zum Umwälzen der Flüssigkeit (17) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (11) gekühlt ist.