DE4311453C2 - Einrichtung für eine Tauchpumpe mit geschlossenem Laufrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für eine Tauchpumpe mit geschlossenem Laufrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Bei allen Kreiselpumpen mit Laufrädern, deren Schaufeln zwi­ schen einer hinteren, mit der Nabe verbundenen Deckscheibe und einer vorderen Deckscheibe liegen, muß die Druckseite des Pum­ pengehäuses gegen die Saugseite abgedichtet werden. Die Dich­ tung zwischen dem stillstehenden Pumpengehäuse und dem rotie­ renden Laufrad ist bei Wasserförderung normalerweise ein achs­ paralleler Spalt, durch den der sogenannte Spaltverlust zur Saug­ seite zurückfließt. Um diesen Verlust klein zu halten, werden in der Literatur (z. B. Pfleiderer; die Kreiselpumpen, 4. Auflage, Seite 88-97) Vorschläge über die Ausführungsform und Bemes­ sung der Abdichtung gemacht.

Wird die Kreiselpumpe zum Fördern von Flüssigkeiten mit abrasi­ ven Bestandteilen eingesetzt, dann verändert sich die Spaltweite mit zunehmender Betriebszeit, und der Spaltverlust kann einen beachtlichen Prozentsatz des Förderstromes ausmachen. Neben diesem direkten Energieverlust beeinflußt der Spaltverlust auch nachhaltig die Zuströmverhältnisse zum Laufrad, erhöht den NPSH-Wert und gefährdet damit die Betriebssicherheit des Ag­ gregates. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Spaltverlust- Strom senkrecht auf die zum Laufrad strömende Flüssigkeit auf­ trifft oder dieser entgegengerichtet ist. Das Letztere findet man häufig bei Tauchpumpen, die - in die Flüssigkeit abgesenkt - ohne Saugleitung aus der Umgebung ansaugen.

In der DE-A-35 24 297 ist ein Diffusor beschrieben, der einen teilweise in den Saugmund des Pumpenlaufrades hineinragenden, mit diesem einen Ringspalt bildenden, zylindrischen Ringteil und einen Befestigungsflansch umfaßt, um die energetischen und be­ trieblichen Spaltverluste und die Einströmwiderstände des Pum­ penlaufrades abzumildern. Dieser Diffusor ist mit seinem Befesti­ gungsflansch innenseitig am Pumpengehäuse angeordnet, so daß seine Auswechslung eine teilweise Demontage und anschließend wieder eine Montage des Pumpengehäuses erfordert, wodurch erheblicher Zeitaufwand und entsprechende Reparaturkosten bedingt sind. Diese fertigungstechnisch kostenintensive Bau- und Anbringungsweise des Diffusors ist für in Großserien gebaute Tauchpumpen, die ein weites Anwendungsgebiet abdecken und u. a. für Regenwasseranlagen, Baugrubenentwässerung und Fäkalien­ pumpanlagen eingesetzt werden, zu teuer. Tauchpumpen, die insbesondere auf diesen genannten Gebieten eingesetzt werden, haben wegen der abrasiven Bestandteile im Förderstrom einen erhöhten Verschleiß durch verstärkten Spaltverluststrom und dadurch eine beträchtliche Verkürzung ihrer Nutzungsdauer. Es besteht daher ein Bedarf an einer kostengünstigen Tauchpumpe für die genannten Einsatzgebiete. Des weiteren sind der erwähnte Ringspalt und der diesen begrenzende zylindrische Ringteil des Diffusors so ausgestaltet, daß der in den Saugmund des Pumpen­ laufrades eintretende Förderstrom durch den aus dem Ringspalt austretenden Rückströmanteil bzw. Verluststrom energetisch ge­ schwächt wird, wodurch die Pumpenleistung gemindert ist. Dies wirkt sich insbesondere nachteilig aus, wenn der Förderstrom mit abrasiven Beimengungen vermischt ist.

Wellentauchpumpen werden vielfach zur Förderung von Roh-, Zwischen- und Fertigprodukten in Chemie- und Petrochemieanla­ gen eingesetzt. - Sie dienen auch zum Fördern von Flüssiggasen oder anderer leicht flüchtiger Medien aus Behältern, wo der NPSHvorh.-Wert (vorhandener NPSH-Wert der betreffenden Anlage) durch den Flüssigkeitsstand gegeben und das Lenzen durch den NPSHerf.-Wert (erforderlicher NPSH-Wert) begrenzt ist.

Da ein wesentliches Einsatzgebiet von Tauchmotorpumpen die Schmutz- und Abwassertechnik ist, sind besonders robuste Pum­ penkonstruktionen erforderlich. Aufgrund der Sandbeimengungen im Fördermedium und dem dadurch bedingten sehr schnellen Ver­ schleiß im Dichtungsbereich zwischen Pumpenlaufrad und Gehäuse wird die Betriebssicherheit der Pumpanlage erheblich reduziert und die Nutzungsdauer der Pumpe durch die mit dem größer werdenden Spaltverlust steigenden Betriebskosten und den damit verbundenen überhöhten Leistungsabfall beträchtlich vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Einrichtung für eine Tauchpumpe mit geschlossenem Laufrad zu schaffen, die die beschriebenen, insbesondere im Zusammenhang mit Feststoffbeimengungen in Fördermedien vorhandenen Nachtei­ le vermindert oder behebt, einen Teil der im Spaltverlust vorhan­ denen Energie für die Flüssigkeitsförderung nutzbar macht und damit die Nutzungsdauer der Pumpe verlängert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichen des Anspru­ ches 1 angegeben.

Durch den erfindungsgemäßen, kostengünstig sowohl herstellbaren als auch montierbaren Einlaufvorsatz wird der Leistungsabfall der Tauchpumpe insbesondere bei abrasiven Feststoffanteilen im Fördermedium erheblich vermindert, indem der genannte, auf der Laufradsaugseite auftretende Spaltverluststrom durch den Einlauf­ vorsatz in das Pumpenlaufrad derart hineingelenkt wird, daß durch den Einlaufvorsatz eine Injektorwirkung auf den eintretenden Förderstrom ausgeübt wird. Durch die Injektorwirkung des nur äußerlich am Pumpengehäuse montierten Einlaufvorsatzes wird auch eine Steigerung der Förderleistung sowie eine Verbesserung des Saugverhaltens der Pumpe erreicht. Insgesamt werden die Nutzungsdauer der Pumpe erhöht und deren Betriebskosten ge­ senkt.

Da viele Hersteller ihre Pumpengehäuse auf der Saugseite flanschartig ausbilden und/oder mit Gewindelöchern versehen, um Dichtringe montieren oder die Pumpe auf einen Sockel setzen zu können, lassen sich auf einfache Weise auch bereits vorhandene Tauchpumpen mit dem Einlaufvorsatz gemäß der Erfindung durch vollkommen äußere Montage nachrüsten, was ein zusätzlicher Vorteil des Einlaufvorsatzes ist.

Hat man festgelegt, bei welcher durch Verschleiß erreichten Weite des Dichtspaltes die Pumpe ausgetauscht werden soll, lassen sich die Maße b und L des Ringspaltes zwischen Pumpenlaufrad und zylindrischem Ringteil des Einlaufvorsatzes für eine kostengün­ stige Nutzungsdauer einfach bestimmen.

Die Schlitze am Ende des in das Laufrad hineinragenden Ring­ teiles des Einlaufvorsatzes erleichtern ferner das Anpassen der erfindungsgemäßen Einrichtung an das Laufrad und verbessern das Mischen der Wasserströme bei Veränderung der Spaltenweite auf dem Strömungsweg. Schließlich kann die Einrichtung in ihrem einlaufseitigen Flanschteil außenseitig als eine Einlaufdüse profi­ liert ausgebildet sein, die über die bessere Stromführung den NPSH-Wert der Pumpe reduziert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Pumpenteil einer Tauchpumpe mit einem Laufrad in Form eines Kanal­ rades,

Fig. 2 die Einzelzeit X in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 3 ein Diagramm betreffend die Auswirkungen des Ver­ schleißes im Dichtspalt zwischen dem Saugmund des Pumpenlaufrades und dem Pumpengehäuse ohne und mit erfindungsgemäßem Einlaufvorsatz.

Fig. 1 zeigt das Gehäuse 1 einer Tauchpumpe und eine Welle 2, die ein Pumpenlaufrad 3 in Form eines Kanalrades trägt. Im saugseitigen Randbereich 4 des Pumpengehäuses 1 befinden sich Gewindebohrungen 5, um die Tauchpumpe auf einem nicht ge­ zeichneten Fuß befestigen zu können.

Zwischen dem Randbereich 4 des Pumpengehäuses 1 und der vor­ deren Deckscheibe 6 des Laufrades 3 ist ein umfangsmäßiger Dichtspalt 7 gebildet, durch den als sogenannter Spaltverlust Wasser von der Druck- zur Saugseite des Pumpenlaufrades strömt. Ein Einlaufvorsatz 8 verhindert mit seinem zylindrischen Ringteil 9, der einen radialen Abstand b zum Saugmund des Pumpenlaufra­ des 3 aufweist und einen umfangsmäßigen Ringspalt ausbildet, daß der Spaltverluststrom senkrecht auf den zum Laufrad 3 fließenden Förderstrom stößt. Da der flanschartige, hier außenseitig als Einlaufdüse profiliert ausgeführte Befestigungsringteil 10 des Vorsatzes 8 außen am Randbereich 4 des Pumpengehäuses 1 anliegt, wird der Spaltverluststrom durch den zylindrischen Ring­ teil 9 rechtwinklig umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit in das Laufrad 3 hineingelenkt und unterstützt dabei durch Injektor­ wirkung die Förderarbeit der Pumpe. Um die Injektorwirkung noch zu verbessern, ist der radiale Abstand b, d. h. die Weite des Ringspaltes, entlang der axialen Spaltlänge L in Strömungsrich­ tung abnehmend ausgebildet. Diese Wirkung ist verständlicherwei­ se von der Größe des Spaltverluststromes abhängig. Die Injektor­ wirkung steigt mit dem Verschleiß im Dichtspalt 7, d. h. mit dem Spaltstrom an. Auf diese Weise wird ein Teil der im Spaltverlust­ strom enthaltenen Energie wiedergewonnen und die durch den Wirkungsgrad festgelegte Nutzungsdauer der Pumpe verlängert.

Um den Einlaufvorsatz 8 besser dem Laufrad 3 der Pumpe an­ passen zu können, ist der zum Laufrad zeigende Endbereich des rohrartigen Teiles 9 mit Schlitzen 11 versehen, die auch das Mi­ schen von Spaltverlust- und Förderstrom verbessern.

Der radiale Abstand b des zwischen den Teilen 9 und 6 gebilde­ ten umfangsmäßigen Ringspaltes hängt von der Nutzungsdauer, also dem zulässigen Verschleiß im Dichtungsspalt 7 und damit dem erlaubten Wirkungsgradabfall ab. Er sollte sich in den nach­ stehend angegebenen Grenzen bewegen, aber etwa doppelt so groß wie der Dichtungsspalt 7 am Ende der Nutzungsdauer der Pumpe sein.

Das Verhältnis zwischen dem radialen Abstand b, der die Weite des umfangsmäßigen Ringspaltes darstellt und der sich aus der halben Differenz des Innendurchmessers Di des Saugmundes des Laufrades 3 und dem Außendurchmesser Da des Ringteiles 9 ergibt, und dem genannten Innendurchmesser Di, liegt in den Grenzen 0,005 b/Di 0,050. Die Länge L des Ringspaltes liegt in den Grenzen 2 + 0,02 Di · L (mm) 20 + 0,20 · Di, wobei Di in Millimetern einzusetzen ist.

Der Einlaufvorsatz 8 kann alternativ auch aus einem einstückigen Formpreßteil bestehen. Das Material hierzu ist vorzugsweise plattenförmiges Walzmaterial.

In der Fig. 3 ist an einer Pumpe ohne und mit Einlaufvorsatz 8 gezeigt, wie sich der Verschleiß im Dichtspalt 7 auf die Kenn­ linien auswirkt.

Die strichpunktierten Linien zeigen den Neuzustand der Pumpe. Die ausgezogenen Linien zeigen die Pumpe am Ende der Nut­ zungsdauer ohne Einlaufvorsatz. Besonders bemerkenswert ist hierbei die Veränderung des NPSH-Verhaltens. Mit wachsendem Verschleiß verschiebt sich der Betriebspunkt der Pumpenanlage zu kleineren Förderströmen. Von einem gewissen Wert ab vergrößert sich aber der NPSH-Wert der Pumpe, so daß im Teillastgebiet zum Förderstrom Null hin besondere Probleme auftreten können.

Durch die gestrichelten Linien ist dargestellt, welche Verände­ rungen im Betriebsverhalten der Pumpe zu erwarten sind, wenn die Pumpe von Anfang an oder am Ende der vorgenannten Nut­ zungsdauer (dargestellt durch ausgezogene Linien) mit einem Einlaufvorsatz 8 gemäß der Erfindung ausgerüstet ist bzw. nach­ gerüstet wird. Auffällig ist im letzteren Fall das Absinken des NPSH-Wertes unter den des Neuzustandes, was für den Einsatz in Chemieanlagen oftmals von entscheidender Bedeutung ist. Aus Gründen der Energieeinsparung kann man den Einlaufvorsatz 8 bereits vor Inbetriebnahme einer neuen Pumpe montieren.

Claims (1)

1. Einrichtung für eine Tauchpumpe mit geschlossenem Lauf­ rad, wobei die Einrichtung aus einem im Bereich der Saugöffnung des Pumpengehäuses anbringbaren Einlaufvorsatz (8) mit einem in Strömungsrichtung in den Saugmund des Laufrades (3) hinein­ ragenden zylindrischen Ringteil (9) und einem am Pumpengehäuse montierbaren Befestigungsflansch (10) besteht, wobei der zylin­ drische Ringteil des montierten Vorsatzes einen radialen Abstand zum Saugmund des Laufrades (3) aufweist und dadurch einen axialen Ringspalt zwischen sich und dem Saugmund des Pumpen­ laufrades (3) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf­ vorsatz (8) ein an der Außenseite des Pumpengehäuses (4) nach­ rüstbares Bauteil ist, daß der Ringteil (9) des Einlaufvorsatzes in seinem zum Laufrad (3) weisenden Endbereich mit Schlitzen (11) versehen ist und daß der die Spaltweite darstellende radiale Ab­ stand (b) entlang der axialen Spaltlänge (L) in Strömungsrichtung abnimmt.