DE4012041C2 - Hochdruckkreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Hochdruckkreisel­ pumpe.

Hochdruckkreiselpumpen werden üblicherweise mehrstufig mit einer horizontal liegenden Pumpenwelle gebaut. Für die Förderung von abrasiven Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen muß neben dem Laufrad insbesondere das Pumpengehäuse mit seinen Überströmkanälen von Stufe zu Stufe verschleißfest ausgebildet sein.

Es ist allgemein bekannt, daß verschleißfeste Pumpengehäuse aus einem relativ teueren und harten Sonderguß hergestellt werden, der jedoch hinsichtlich des geforderten Festig­ keits-Zähigkeits-Verhaltens dann nicht ohne Probleme ist, wenn es sich um Gehäuse für Hochdruckpumpen handelt. Um die beim Betrieb von Hochdruckpumpen auftretenden hohen hydraulischen Kräfte aufzunehmen, muß das Pumpengehäuse sehr gute Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften auf­ weisen, die bei einem harten und verschleißfesten Werkstoff nicht oder nur unter erheblichen Kosten ausreichend zu er­ warten sind.

In der Praxis wird deshalb vielfach ein Kompromiß reali­ siert, der darin besteht, das Pumpengehäuse insgesamt mit seinen Überströmkanälen und allen sonstigen mediumberührten Teilen aus einem Werkstoff mit guten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften herzustellen und die geforderte Verschleißfestigkeit durch eine Innenbekleidung in Form von Panzer- oder Verschleißwänden zu erreichen. Entsprechend aufwendig und teuer sind derartige Konstruktionen.

Aus der US-PS 27 75 945 ist eine mehrstufige Hochdruck­ kreiselpumpe zur Förderung von Sandpartikel enthaltenden Flüssigkeiten bekannt, welche eine Mehrzahl von axial auf­ einanderfolgenden Stufengehäusen aus verschleißfestem Mate­ rial aufweist. Die Stufengehäuse sind in einem Mantel­ gehäuse angeordnet und axial gegeneinander verspannt. Allerdings sind die einzelnen Stufengehäuse bei dieser Kon­ struktion nicht spiel frei radial am Mantelgehäuse abge­ stützt, so daß deren Wandungen entweder ebenfalls so dick ausgebildet sein müssen, daß sie die auf sie einwirkenden radialen Kräfte allein aufnehmen können oder daß die Stufengehäuse vom Fördermedium mit dem Ausgangsdruck der vorangehenden Pumpstufe umspült werden. Dadurch sind jedoch nur relativ geringe Druckdifferenzen pro Pumpstufe rea­ lisierbar.

In der DE 30 40 747 AI ist eine Zentrifugalpumpe und Tur­ bine für hohen Druck und hohe Temperatur beschrieben. Bei dieser sind ebenfalls mehrere Stufengehäuse aus verschleiß­ festem gegossenem Material axial hintereinander in einem Mantelgehäuse eingesetzt. Wie bereits aus der vorgenannten US-PS 27 75 945 bekannt, sind die Stufengehäuse in dem Man­ telgehäuse ebenfalls lediglich axial gegeneinander ver­ spannbar. Damit liegt dieselbe Problematik vor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige, ver­ schleißfeste Hochdruckkreiselpumpe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochdruckpumpe zwei ineinandergesetzte Gehäusebaugruppen aufweist, nämlich zum einen die Stufengehäuse aus hochver­ schleißfestem, gegossenem Material, und zum anderen ein äußeres Mantelgehäuse, das in einer durch die Laufradachse gehenden Ebene geteilt ist und das in Form eines Vorspann­ gehäuses die Stufengehäuse umschließt und mit radialer und axialer Vorspannung an den Stufengehäusen anliegt.

Die Vorteile der Lehre der Erfindung resultieren zunächst aus der oben definierten Funktionstrennung zwischen den Stufengehäusen einerseits und dem Mantelgehäuse bzw. Vor­ spanngehäuse andererseits. Dadurch gelingt es, jede Gehäu­ sebaugruppe für sich hinsichtlich der ihr jeweils zuge­ wiesenen Funktion zu optimieren.

Die Stufengehäuse können jetzt eindeutiger als es bisher möglich war nur unter dem Gesichtspunkt hoher Verschleiß­ festigkeit aus einem in dieser Hinsicht optimalen Sonderguß gefertigt sein. Die Lebensdauer derartiger hochver­ schleißfester Stufengehäuse ist bei entsprechender Bemes­ sung der Wandstärken sehr hoch. Das führt zu einem ausge­ sprochen wartungsarmen Betrieb solcher Pumpen.

Dennoch können solches Stufengehäuse mit einem relativ geringen Konstruktionsgewicht ausgeführt werden, denn die Bemessung der Wandstärken ist primär unter den Gesichts­ punkten des Verschleißes und der Lebensdauer auszulegen. Es wird dementsprechend mit dem teuren verschleißfesten Gußwerkstoff sparsam umgegangen.

Von Vorteil ist auch, daß die Stufengehäuse in ihrer Gesamtheit mit allen Überströmkanälen und allen sonstigen Teilen aus dem hochverschleißfesten Material bestehen und deshalb im Prinzip eine Kompromißlösung vermieden ist, bei der nur Teile des Stufengehäuses mittels Panzer- oder Ver­ schleißwänden verschleißfester gemacht sind. Gleichwohl können auch bei der Erfindung die Stufengehäuse in beson­ ders beanspruchten Bereichen noch zusätzlich Verschleiß­ wände in der bisher üblichen Bauart aufweisen, wodurch sich die Bemessung der Wandstärke relativ zur Lebensdauer der Hochleistungspumpen weiter optimieren läßt.

Das Mantelgehäuse bzw. Vorspanngehäuse der erfindungs­ gemäßen Hochdruckkreiselpumpe, kann nach der Lehre der Erfindung ausschließlich entsprechend den bei der Hoch­ druckpumpe auftretenden hohen hydraulischen Kräften ausge­ legt werden. Es kann hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit mit jeder gewünschten Sicherheit bemessen werden. Ein sol­ ches Mantelgehäuse oder Vorspanngehäuse ist zerberstungs­ sicher.

Sind die einzelnen Stufen der Hochdruckpumpe mit einem ein­ heitlichen Außendurchmesser ausgeführt, so kann in vor­ teilhafter Weise das Vorspanngehäuse in Form eines das Pum­ pengehäuse umschließenden Zylindergehäuses ausgebildet und damit mit stirnseitig vorgesetzten Druckdeckeln versehen werden, die die außenliegenden Lagergehäuse der Pumpenwelle zentrieren und axial gegen das gegliederte Pumpengehäuse verspannen.

Bei Hochdruckkreiselpumpen mit seitlich angeordneten Saug- und Druckstutzen ist es vorteilhaft, die Saug- und Druck­ stutzen jeweils in der Teilungsebene des Vorspanngehäuses zu positionieren und das Vorspanngehäuse mit Ausnehmungen für den berührungsfreien Durchtritt der Saug- und Druck­ stutzen für das Vorspanngehäuse zu versehen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Hochdruckkreisel­ pumpe mit hoher Verschleißfestigkeit.

Dargestellt ist eine mehrstufige, einflutige, horizontale Hochdruckkreiselpumpe, bei der die Saug- und Druckstutzen 1 und 2 horizontal seitlich angeordnet sind.

Der Pumpenkörper ist gegliedert und besteht aus Stufen­ gehäusen 3 mit Überströmkanälen 4 und ist in besonders ver­ schleißbeanspruchten Bereichen mit auswechselbaren Schleißwänden 5 versehen. In konstruktiver Hinsicht ist die Bauweise bekannt. Neu ist jedoch, daß nach der Lehre der Erfindung die Stufengehäuse 3 hinsichtlich der Wahl des Werkstoffes und der Bemessung der Wandstärken primär für ein optimales Verschleißverhalten ausgelegt werden können, da alle hydraulischen Kräfte von einem Vorspanngehäuse 6 aufgenommen werden, welches die Stufengehäuse 3 umschließt.

Das Vorspanngehäuse 6 liegt an dem Außenumfang der Stufen­ gehäuse 3 eng an und ist horizontal in einer in der Laufradachse verlaufenden Ebene geteilt. Die geteilten Gehäusehälften besitzen jeweils Außenflansche 7, die zum Aufbringen einer radialen Vorspannung auf die Stufengehäuse 3 mittels Spannbolzen 8 gegeneinander verspannbar sind.

Das dargestellte Vorspanngehäuse 6 ist in zwei weiteren Ebenen 9 und 10 quer zur Laufradachse geteilt, so daß mit­ tels der stirnseitig vorgesetzten Druckdeckel 11 und der für die Deckelbefestigung vorgesehenen Befestigungsbolzen 12 auch eine axiale Vorspannung auf die Stufengehäuse 3 aufgebracht wird.

Entsprechend der Lehre der Erfindung ist für die Wahl des Werkstoffes und die Bemessung der Wandstärken des Vor­ spanngehäuses 6 ausschließlich dessen optimales Festig­ keits-Zähigkeits-Verhalten entscheidend, denn das Vor­ spanngehäuse hat nur den aufgebrachten Vorspannkräften und den im Betrieb der Pumpe auftretenden hydraulischen Kräften standzuhalten. Weitere Funktionen sind dem Vorspanngehäuse grundsätzlich nicht zugeschrieben.

Die Höhe der Vorspannung kann der Bemessung des Pumpenge­ häuses und der Pumpenleistung problemlos angepaßt werden. Die Vorspannung vermeidet somit vorteilhaft die Zug- und Biegebeanspruchungen der gegen Zug- und Biegebean­ spruchungen empfindlichen mediumberührten Gußteile der Hochdruckkreiselpumpe.

Die Leistung der Pumpe kann dementsprechend bei gleichen Abmessungen erhöht werden. Umgekehrt kann das Gewicht der erfindungsgemäßen Pumpe bei gleicher Leistung unter dem Gewicht bekannter Pumpen liegen. Daraus resultieren nicht unerhebliche Material- und Kosteneinsparungen.

Das Laufzeug der Pumpe umfaßt im wesentlichen die Laufräder 13 und die mittels Gleitringdichtungen 14 gegen den Druck­ teil der Pumpe abgedichtete Pumpenwelle 15, die beidseitig in außenliegende ölgeschmierten Wälzlagern gelagert ist. Vorteilhaft ist, daß die Druckdeckel 11 des Vorspannge­ häuses 6 zugleich auch die außenliegenden Lagergehäuse 16 zentrieren und axial fixieren. Dadurch entfallen die sonst üblichen Befestigungsgewinde o. dgl. für die Lagergehäuse.

Die im Betrieb der Pumpe auftretenden Axialkräfte werden durch die außenliegenden, in bekannter Weise ausgeführte Entlastung 17 aufgenommen. Die Standfüße 18 der Pumpe sind an der unteren Halbschale des Vorspanngehäuses 6 ange­ bracht.

Die dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckkreiselpumpe kann hervorragend zur Förderung von Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen für große Förderhöhen oder als Pipelinepumpe für große Förderdrücke eingesetzt werden. Man braucht bei einer derartig gebauten Hochdruckpumpe keine Kompromisse zwischen Verschleißverhalten und Festigkeitseigenschaften einzugehen.

Claims (3)

1. Mehrstufige Hochdruckkreiselpumpe

• - mit mehreren Stufengehäusen (3) aus hochverschleiß­ festem, gegossenem Material,
• - mit einem in einer durch die Laufradachse gehenden Ebene geteilten Mantelgehäuse (6), das in Form eines Vor­ spanngehäuses die Stufengehäuse (3) umschließt und mit radialer und axialer Vorspannung an den Stufengehäusen (3) anliegt.

2. Hochdruckkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspanngehäuse (6) in Form eines das Pumpengehäuse umschließenden Zylindergehäuses ausgebil­ det ist und mit stirnseitig vorgesetzten Druckdeckeln (11) versehen ist, die die außenliegenden Lagergehäuse (16) der Pumpenwelle zentrieren und axial das gegliederte Pumpen­ gehäuse verspannen.

3. Hochdruckkreiselpumpe nach Anspruch 1 mit seit­ lich angeordneten Saug- und Druckstutzen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Saug- und Druckstutzen (1, 2) jeweils in einer Teilungsebene des Vorspanngehäuses (6) liegen, und das (6) Vorspanngehäuse Ausnehmungen für den berührungsfreien Durchtritt der Saug- und Druckstutzen (1, 2) durch das Vorspanngehäuse aufweist.