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Kreiselpumpe für heiße Modien
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe zur
Förderung heißer Medien mit mindestens einer Gleitringdichtung als Wellenabdichtung
am Wellenaustritt durch das Pumpengehäuse nach außen und mit einem pumpeninternen
vom Fördermedium abgezweigten Flüssigkeitskreislauf zur Schmierung und Kühlung der
Wellenabdichtung.
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Solche Abdichtungen werden immer dann besonders problematisch wenn
zu der hohen Temperatur noch die schlechte Schmiereigenschaft des Mediums hinzukommt,
wie es z. B. bei heißem Wasser der Fall ist. Einfache Wellenabdichtungen wie z.
13.
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mittels Stopfbuchse scheIden häufig aus, da hier eine bestimmte Leck
rTe-Menge zum sicheren Betrieb der Wellenabdichtung unbedingt notwendig ist und
diese Leckage bei den heißen Medien unerwünscht bzw. unzulässig ist. Es bleibt dann
häufig nur die Möglichkeit die Wellenabdichtung mittels einer geeigneten Gleitringdichtung
vorzunehmen, wobei dann für eine ausreichende Schmierung er Gleitflächen Sorge getragen
werden muß sowie auch für eine Abführung der durch die Reibung an den Gleitflächen
entstehenden Wärme.
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Sind die Schmiereigenschaften des abzudichtenden Mediums extrem schlecht
oder befindet es sich in der Nähe seines Dampfdruckes, so daß es sofort nach Eintritt
in den Dichtspalt verdampft, so bedingt das häufig einen schnellen Verschleiß der
gewählten Gleitwerkstoffe und somit eine schlechte Standzeit der Dichtungen. Wichtig
ist es in solchen Fällen, das abzudichtende Medium im Raum der Dichtung soweit herunterzukühlen,
daß ein gewisser Abstand vom Dampfdruck des Mediums gegeben ist, und somit eine
Verdampfung zwischen den Gleitflächen nicht bzw. erst kein oder kurz vor dem Austritt
aus dem Dichtspalt erfolgt.
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Man erreicht mit herkömmlichen Mitteln dieses z. B. dadurch, daß man
um den Dichtungsraum herum eine Mantelkühlung anordnet mit einem gesonderten externen
Kühlkreislauf. Diese Methode ist jedoch recht aufwendig und bedeutet auch, daß ständig
Kühlflüssigkeit von außen zugeführt wird und auch entsprechend zur Verfügung stehen
muß. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß man konstant eine geringe Menge
kalte Flüssigkeit in den Dichtungsraum einspeist, um die Dichtung zu kühlen und
zu schmieren.
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Allerdings muß darein in Kauf genommen werden, daß diese von außen
zugeführte Ilüssigkeit sich mit dem iördermedium vermischt und vom Fördermedium
aufc3eilormnen wird.
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Das ist nur in seltenen Fällen möglich und scheidet daher häufig aus.
Eine weitere Möglichkeit ist gegeben durch die Anordnung einer externen Kühlung
des im Kreislauf der Wellenabdichtung zugeführten Mediums, was aber wiederum einen
gesonderten Kühler außerhalb der Pumpe bedingt. Die einfachste Ausführung in Form
einer Kühlschlange, die im Luftstrom gekühlt wird, hat den Nachteil, daß diese Kühlschlange
meist relativ leicht gebaut und daher entsprechend störanfällig ist, z. B.
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beim Transport der Pumpe. Eine Beschädigung einer Anschluß stelle
dieser Sühlschlange am Pumpen- oder Wellenabdichtungsgehäuse kann im übrigen zur
Folge haben, daß heißes Medium in größeren engen in die Umgebung gelangt.
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Um diese bekannten Nachteile auszuschließen, wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, daß das für den inneren Schmier- und Kühlkreislauf verwendete Medium
über einen außen am bzw. im Wellenabdichtungsgehäuse angeordneten Kanal der Wellenabdichtung
zugeführt und über einen davon getrennt verlaufenden Kanal dem Förderraum der Pumpe
wieder zugeführt wird. Dadurch läßt sich erreichen, daß während des Hinströmens
zur Wellenabdichtung die Schmier- und Kühlflüssigkeit für die Dichtung vom Temperaturniveau
des Förderraumes auf ein deutlich niederes Temperaturniveau heruntergekühlt wird
und somit die gewünschten Schmier-und Kühlfunktionen im Dichtungsraum übernehmen
kann. Die Kühlung wird dabei einzig und allein durch die Wärmeabstrahlung des Gehäuses
nach außen erreicht, so daß eine weitere zusätzliche äußere Kühlung entfallen kann.
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Besonders wirkungsvoll wird die Kühlung der Flüssigkeit, wenn man
erfindungsgemäß den Kanal für die Zuführung der Schmier- und Kühlflüssigkeit zur
Wellenabdichtung als unter dem Außenmantel des Wellenabdichtungsgehäuses angeordneten
Ringkanal ausführt. Dadurch erreicht man eine große Oberfläche für den Wärmeübergang
und die Wärmeabstrahlung und somit eine besonders intensive Kühlung der
zur
Dichtung strömenden F:lüssigkeit.
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Eine wirkungsvolle Kühlung wird erfindungsgelläß auch erreicht, indem
die Kanäle zur Zu- und Rückführung der Schmier- und Kühlflüssigkeit zu und von der
Wellenabdichtung der Pumpe achsparallel nebeneinander im Wellenabdichtungsgehäuse
angeordnet sind. Hierdurch erhält man eine gleichmäßige Temperaturverteilung im
Wellenabdichtungsbereich auf entsprechend niedrigem Temperaturniveau.
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In weiterer Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, das für den
Schmier- und Kühlkreislauf verwendete Medium einem Seitenraum der Kreiselpumpenspirale
zu entnehmen und über eine Bohrung bzw. einen im Pumpengehäuse eingegossenen Kanal
zum außen am Wellenabdichtungsgehäuse angeordneten Kanal zu führen. Durch die Entnahme
nahe der Spirale der Pumpe wird gewährleistet, daß ein ausreichendes Druckgefälle
zum Wellenabdichtungsraum und dann zurück zum Förderraum der Pumpe gegeben ist.
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Weiterhin kann man erfindungsgemäß das aus der Gleitringdichtung in
die Pumpe zurückströmende Medium des Schmier-und Kühlkreislaufes durch ein Wellengleitlager
in den Pimenförderraum zurückführen. Man erreicht einmal, daß hierdurch das Pumpengleitlager
ebenfalls mit entsprechend kühler Flüssigkeit versorgt wird, zum anderen kann das
Pumpengleitlager auch als Drosselstelle dienen und somit den gesamten Durchfluß
des Kühlkreislaufes regulieren. Es ist von Bedeutung, den Schmier-- und Kühl strom
auf das notwendige Maß zu begrenzen, da eine kleinere Flüssigkeitsmenge besser und
tiefer herunterkühlbar ist als eine entsprechend größere.
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Um eine noch bessere Kühlung des zur Gleitringdichtung hinströmendes
Medium zu erreichen, lassen sich in weiterer Ausführung des Erfindungsgedankens
in den zur Dichtung hinführenden Kanal Leit-, Umlenk- oder Drallrippen anordnen.
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Dadurch wird die Verweilzeit der Schmier- und Kühlflüssigkeit in dem
Kanal erhöht und somit eine intensivere Kühlung erreicht.
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Weiter wird erfindungsgemäß vorgeschlagen kurz hinter der Entnahmestelle
der Flüssigkeit für den Schmier- und Kühlkreislauf der Wellenabdichtung eine Drosselstelle
anzuordnen, um durch den Spül- und Kühlstrom zur Wellenabdichtung hin zu regulieren.
Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine solche Regulierung des Schixtier-
und Kühlstroms auf andere Art wie z. B. durch Bemessung des Lagerspaltes eines nachgeschalteten
Gleitlagers nicht möglich ist.
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Zur weiteren Intensivierung der Kühlung des zur Wellenabdichtung strömenden
Flüssigkeit wird in weiterer Ausfürng des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, auf
der Pumpenwelle ein Lüfterrad anzuordnen, daß einen kühlenden Luftstrom über das
Wellenabdichtungsgchäuse leitet und somit hier die Wärmeabfuhr vom Dichtungsgehäuse
verstärkt.
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Schließlich wird noch vorgeschlagen, in weiterer Ausführung des zuletzt
gekannten Gedankens auf dem Wellenabdichtungsgehause der Pumpe Kühlrippen anzuordnen,
um die warmeabgebende Oberfläche in an sich bekannter Weise zu vergrößern Anhand
der beigefügten Zeichnungen sei die Erfindung beispielsweise erläutert.
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Die Figur 1, III und V zeigen jeweils teilweise schematische Längs
schnitte durch die Pumpen und die Anordnung der Gleitringdichtungen.
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Figur II zeigt einen schematischen Teilquerschnitt gemaß Schnittlinle
A-A in Figur I.
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Figur IV zeigt einen schematischen Teilquerschnitt gemäß Schnittlinie
B-B in Figur III.
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Und Figur VI zeigt einen schematischen Teilquerschnitt gemäß Schnittlinle
C-C in Figur V.
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In den Figuren I und II befindet sich auf der Pumpenwelle @ das Laufrad
2. Das die Pumpenspirale enthaltende Gehäuse teil 3 bildet ebenfalls die äußerc
Begrenzung für einen Raun 4 der seitlich des Flügeirades 2 ungeordnet ist. Die innere
Begrenzung dieses Raumes 4 ist gegeben durch den Pumpenabschlußgchäusedeckel 5.
Im Deckel 5 an der Außenwand führt eie Bohrung 6 aus dem Raum 4 Flüssigkeit in den
Kanal 7, der an der Haubenwand des Wellenabdichtungsgehäuses ent].ang zum Raum 8
führt, in dem die Gleitringdichtung 9 herum angeordnet ist. Das Wellenabdichtungsgehäuse
ist in dem dargestellten Beispiel direkt an den Pumpcnabschlußgehäusedeckel 5 angegossen
und Teil desselben. Abschluß des Wellenabdichtungsgehäuses bildet der Deckel 10
in dem in übliche Form der Gegenring 11 der Gleitringdichtung gelagert ist.
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Der Raum 8 um die Gleitringdichtung 9 herum ist als erweiterter Verweilraum
für die Flüssigkeit entsprechend groß ausgeführt. Aus den Raum 8 strömt die Flüssigkeit
dann durch den Spalt 12 zwischen Pumpenwelle 1 und Pumpenabschlußgehäusedeckel 5
in den Raum hinter dem Laufrad 2 zurück und weiter durch die'-Ausglelchsbohrungen
13 des Laufrades 2 wieder in den Förderstrom der Pumpe hinein. Während der Zeit,
da die zur Gleitringdichtung strömende Flüssigkeit durch die Bohrung 6 und auch
durch den Kanal 7 strömt, wird sie heruntergekühlt, so daß sie an der Gleitringdichtung
9 bzw. im darumherum angeordneten Raum 8 entsprechend niedriger temperiert ankommt
als sie aus dem Raum 4 hinausströmt.
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In den Figuren III und IV ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, wobei wiederum das Laufrad 2 auf der Welle 1 der Pumpe befestigt ist.
Aus dem Raum 4 seitlich der Spirale und des Laufrades wird die Flüssigkeit zur Kühlung
der Gleitringdichtung 9 wieder über die Bohrung 6 im Pumpengehäuseabschlußdeckel
5 entnommen, herbei aber noch zusätzlich durch eine Drosselstelle 14 in der Bohrung
6 gebremst um eine möglichst lange Verweilzeit im Kanal 6 und in den daran unten
sich anschließenden Ranälen 15 zu erreichen.
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D:ie Kanäle 15 verbinden dabei den Kanal 6 mit dem Gleitringdichtungsraum
8. Die Kanäle 1 6 laufcii achsparallel abueechselnd jeweils neben den Kanälen 15
und verbinden den Gleitringdichtungsraum 8 wiederum mit dem Gleitlager 17 durch
das die gekühlte Flüssigkeit in den Raum hinter dem Laufrad 2 zurückströmt und dann
wiederum durch die Ausgleichsbohrungen 13 in den Förderstrom der Pumpe zurück gelangt.
Während des Hinströmens zur Gleitringdichtung 9 wird die I?lüssigkeit durch langsames
Fließen in der Zuführungsleitung 6 und den Kanälen 15, entsprechend weit heruntergekühlt,
kühlt und schmiert zunächst die Gleitringdichtung 9 und im Anschluß daran noch das
Gleitlager 17, das es natürlich zusätzlich auch mit entsprechendem Schmiermittel
versorgt. Bei der hier dargestellten Ausführung ist zwischen der Zuführungsleitung
6 für die Flüssigkeit zur Gleitringdichtung und dem Pumpenraum um das Laufrad 2
herum noch eine Wärmesperre 18 angeordnet. Der Raum 8 um die Gleitringdichtung herum
ist hier übrigens genau wie in Figur I reichlich bemessen, so daß auch hier immer
ein größerer Vorrat an heruntergekiihlter Flüssigkeit für die Gleitringdichtung
zur Verfügung steht.
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In den Figuren V und VI ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt, bei der die Zuführung der zu kühlenden Flüssigkeit zum Gleitringdichtungsraum
8 über den Ringkanal 21 erfolgt, der von der Innenkontur des Wellenabdichtungsgehäuses
5 und der Außenkontur eines ringförmigen Gehäuseeinsatzes 20 gebildet wird. Die
Bezugs zeichen sind in diesen beiden Figuren gleich gewählt wie in den Figuren I
bis IV. Zusätzlich sind bei der hier dargestellten Ausführungsform noch Kühlrippen
19 am Wellenabdichtungsgehäuse außen angeordnet, die für eine besonders intensive
Kühlung der zur Gleitringdichtung strömenden Flüssigkeit sorgen. Nicht dargestellt
ist in den hier gezeichneten Figuren der zusätzliche Lüfter auf der Pumpen- oder
Motorwelle der die Luft direkt auf das Wellenabdichtungsgehäuse und den Pumpengehäusedeckel
strömen läßt.
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Weiterhin nicht dargestellt sind die in der Beschreibung und den Ansprüchen
erwähnten Leit-, Umlenk- oder Drallrippen die in dem Ringkanal 21 vorgesehen sein
können, um hier eine möglichst lange Verweilzeit der Flüssigkeit zu erreichen und
somit die Kühlung noch zu verbessern.
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