DE4435395A1

DE4435395A1 - Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE4435395A1
Application number: DE4435395A
Authority: DE
Inventors: Mark E O'sullivan; Timothy L Wotring
Original assignee: Ingersoll Dresser Pump Co
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1995-04-06
Also published as: US5344285A; GB2283059B; JPH07293478A; GB9419563D0; GB2283059A; CH689400A5

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Kreiselpumpen und insbesondere auf Segmentring- oder Kanalring-Kreiselpumpen.

Bei einer Art einer mehrstufigen Kreiselpumpe, die als Segmentring- oder Kanalring- Kreiselpumpe bekannt ist, besteht die Druckbegrenzung der Pumpe aus Kanalringen, die zwischen Saug- und Druckköpfen angeordnet sind, die durch Falz- oder Fugensitze zentriert und mittels Zugbolzen befestigt sind.

Bei herkömmlichen Konstruktionen stellt der Kanalring ein scheibenförmiges Gußstück dar, das einen Diffusor oder einen Übergang bzw. eine Überführung oder Überleitung enthält. Eine Kanalringanordnung kann auch gebildet werden durch Anordnung eines Ausrichtrings um die Übergangs- oder die Diffusor-Hydraulikteile herum mit einem radialen Preßsitz. Diese beiden Konstruktionen erfordern eine erhebliche Wandstärke der Kanalringe, um die auftretenden Beanspruchungskomponenten in Umfangsrichtung un terhalb zulässiger Beanspruchungshöhen zu halten.

Eine schwere Kanalringwand hat ein beträchtliches zusätzliches Gewicht und entspre chende Kosten der Pumpe zur Folge und beeinflußt auch die Köpfe und die Zugbolzen. Köpfe mit größerem Durchmesser und schwerere Zugbolzen werden für dickere Kanal ringabschnitte benötigt. Diese zusätzlichen Aufwendungen und Kosten schlagen sich so wohl in dem Gewicht der Kanalringe als auch in einer Erhöhung der Gesamtabmessun gen der Pumpe nieder.

Zusätzlich zu den wirtschaftlichen Vorteilen einer Verminderung der Wandstärke der Ringe oder des Gehäuses macht eine Verminderung der Kanalringdicke die Pumpe auch weniger anfällig gegenüber thermischen Beanspruchungen oder Ausgleichsvorgängen. Beim Betrieb als Kesselspeisepumpe, insbesondere bei CO-Erzeugungs-Systemen, kön nen Segmentringpumpen hohen Temperaturunterschieden bzw. starken Temperaturaus gleichsvorgängen unterworfen sein. Während eines solchen Ausgleichsvorgangs hinkt die Temperatur der Zugbolzen der Kanalringtemperatur nach. Aufgrund der unterschiedli chen Dehnung zwischen den Zugbolzen und den Kanalringen können hohe Beanspru chungen erzeugt werden. Die Ableitung von Wärme von dem Inneren der Pumpe oder den Fluiddurchgängen zu den Zugbolzen ist umgekehrt proportional zu der Wandstärke. Eine Minimierung der Kanalwandstärke vermindert die unterschiedliche Dehnung zwi schen den Bolzen und den Kanalringen und minimiert die thermischen Beanspruchungs niveaus.

Aus dem Vorstehenden ergeben sich Nachteile und Beschränkungen, die bei gegenwärti gen Kanalring-Kreiselpumpen bestehen. Daher ist es ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Alternative zur mindestens teilweisen Überwindung der beschriebenen Nachteile oder Beschränkungen zu schaffen. Eine solche erfindungsgemäße geeignete Alternative wird mit ihren Merkmalen nachstehend beschrieben.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden deren Ziele erreicht durch eine mehrstufige Zentrifugalpumpe, die aufweist: ein Saugglied, ein Druckglied, eine Vielzahl von Pum penstufen zwischen dem Saugglied und dem Druckglied, wobei jede Pumpenstufe ein Laufrad und ein monolithisches Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglied auf weist, und wobei sich eine Vielzahl von Zugbolzen von dem Saugglied zu dem Druck glied erstreckt, wobei die Zugbolzen die monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglieder zwischen dem Saugglied und dem Druckglied befe stigen, wodurch das Saugglied, das Druckglied und die Vielzahl der Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglieder eine Druckbegrenzung bilden.

Im übrigen ist die Erfindung in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Be schreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer mehrstufigen Segmentring-Kreiselpumpe;

Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Kreiselpumpe;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht des in Fig. 2 gezeigten monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglieds;

Fig. 4 ist ein Querschnitt des monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel- Kanalringglieds nach der Linie 4-4 von Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Querschnitt des monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel- Kanalringglieds nach der Linie 5-5 von Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine mehrstufige Segmentring-Kreiselpumpe 1 mit einem Einlaß 10 und ei nem Auslaß 12. Die Segmentringpumpe 1 weist einen Saugkopf 11, einen Druckkopf 13 und eine Vielzahl von mehreren Pumpenstufen auf, die jeweils aus einem Laufrad 25 bestehen, das an einer gemeinsamen drehbaren Welle 20 befestigt ist, sowie aus einem monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglied 30. Der Saugkopf 11, der Druckkopf 13 und die monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel- Kanalringglieder 30 sind mittels Zugbolzen 15 befestigt oder miteinander verbunden. Der Saugkopf 11, der Druckkopf 13 und ein äußerer zylindrischer Abschnitt 40 der mo nolithischen Diffusor- und Rückführschaufelringglieder 30 bilden die druckhaltende Begrenzung der Pumpe 1. An jedem Ende der Pumpe 1 befindet sich ein Lagergehäuse 24. Die Welle 25 ist mit einer Kupplung 27 zum Verbinden der Pumpe 1 mit einer (nicht gezeigten) Antriebsanordnung verbunden, beispielsweise einem Elektromotor, einer Dampfturbine oder einer Gasturbine.

Eine vergrößerte Ansicht mehrerer Stufen des Inneren der Pumpe ist in Fig. 2 gezeigt. Das gepumpte Fluid tritt durch den Einlaß 10 und den Saugkopf 11 in ein Laufrad 25 ein, das an der rotierenden Welle 20 angebracht ist. Das gepumpte Fluid tritt aus dem Laufrad 25 aus und tritt in einen Diffusor ein, der Teil eines monolithischen Diffusor und Rückführschaufel-Kanalringgliedes 30 ist, wo die erhöhte Geschwindigkeit des gepump ten Fluids in einen erhöhten Druck umgewandelt wird. Das unter höherem Druck ste hende gepumpte Fluid tritt dann in einen Rückführschaufelabschnitt des monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringgliedes 30 ein, wo das gepumpte Fluid zu dem Laufrad 25 der nächsten Stufe geführt wird. Zusätzliche Stufen werden, soweit notwendig, verwendet, um den erforderlichen Auslaßdruck zu erreichen. Die in Fig. 2 gezeigten Stufen betreffen eine achtstufige Kreiselpumpe.

Fig. 3 zeigt das monolithische Diffusor- und Rückführschaufel-Ringglied 30 von Fig. 2. Das Kanalringglied 30 ist eine ringförmige Scheibe mit einer sich axial erstreckenden zylindrischen druckhaltenden Wand 40 um ihren äußeren Umfang herum. Der innere Umfang 32 der ringförmigen Scheibe bildet eine Öffnung für die Laufradwelle 20 der Pumpe. Eine Vielzahl von Diffusorschaufeln 35 sind an einer ersten Seite des Kanal ringglieds 30 angeordnet. Die Diffusorschaufeln 35, die ringförmige Scheibe 30 und die zylindrische druckhaltende Wand 40 bilden eine monolithische Struktur. Eine Überlei tungsöffnung 42 ist an dem äußeren Ende jeder Diffusorschaufel 35 angeordnet. Das ge pumpte Fluid wird durch diese Überleitungsöffnungen 42 zu dem Rückführschaufelab schnitt an der zweiten Seite des Kanalringglieds 30 geführt. Eine Vielzahl von Rückführ schaufeln 45, gezeigt in Fig. 5, die an der zweiten Seite des Kanalringglieds 30 angeord net sind, führen das gepumpte Fluid zu dem Einlaß des Laufrads 25 der nächsten Stufe. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden die Rückführschaufeln 45, die ringför mige Scheibe 30 und die zylindrische druckhaltende Wand 40 eine monolithische Struk tur.

Die Diffusorschaufeln 35 gehen unter einer Tangente in die zylindrische druckhaltende Wand 40 über. Ein Steg 38 aus Metall ist in dem Bereich benachbart zu dem Übergang zwischen der Diffusorschaufel 35 und der zylindrischen druckhaltenden Wand 40 einge schlossen. Auch die Rückführschaufeln 45 schneiden die zylindrische druckhaltende Wand 40 unter einer Tangente. Ein zweiter Steg 48 aus Metall ist in dem Bereich be nachbart zu dem Übergang der Rückführschaufel 45 und der zylindrischen druckhalten den Wand 40 eingeschlossen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Kanalring und die hydraulischen Teile des Diffusors und des Übergangs oder der Überleitung als ein einziges monolithisches Guß stück geformt. Durch Gießen des Diffusors und des Kanalrings als Einheit bieten das monolithische Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglied 30 und die Diffusor schaufeln 35 eine strukturelle Abstützung für den Kanalring 30 oder die zylindrische druckhaltende Wand 40. Die Dicke der Kanalringwand wurde vermindert, indem man sich die verstärkende Funktion des monolithischen Gußstücks zunutze gemacht hat.

Die Verstärkung der druckhaltenden Wand 40 und die minimale Wanddicke können ein gestellt werden durch Veränderung des Radius 36 zwischen den Diffusorschaufeln 35 und der druckhaltenden Wand 40. Eine Vergrößerung des Radius zwischen den Diffu sorschaufeln 35 (oder den Rückführschaufeln 45) und der druckhaltenden Wand 40 vermindert die Umfangsbeanspruchung in der druckhaltenden Wand 40 und gestattet somit weitere Dickenverminderungen der druckhaltenden Wand 40.

In einer herkömmlichen Kanalringkonstruktion werden radiale Kräfte kontinuierlich längs des Umfangs des Kanalrings verteilt. Die radiale Belastung trägt zu der umfangsmäßigen und nominalen Belastung in dem Kanalring bei. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine diskrete radiale Belastung in der verstärkten zylindrischen druckhaltenden Wand 40 ersichtlich. Radiale Kräfte werden nur in Bereichen zwischen den Diffusorschaufeln erzeugt. Längs der Diffusorschaufeln sind Druckkräfte in Umfangsrichtung orientiert. Diese Verminderung der radialen Druckkräfte vermindert die umfangsmäßige Beanspru chung in der zylindrischen druckhaltenden Wand 40.

Die nominalen Beanspruchungsniveaus für eine verstärkte und eine herkömmliche Ka nalringkonstruktion gleicher Wanddicke variieren beträchtlich. Die Verminderung der nominalen Beanspruchungsniveaus in der verstärkten Kanalringkonstruktion beruht pri mär auf der Verminderung der umfangsmäßigen Beanspruchungskomponente. Durch Verminderung der umfangsmäßigen Beanspruchungskomponente wird die minimal zu lässige Wanddicke vermindert.

Herkömmliche Segmentring-Kreiselpumpen, die getrennte Kanalringglieder verwenden, erfordern eine Wanddicke des Kanalrings von etwa 25,4 mm (1 Zoll) für eine Pumpe für 172 bar (2500 psi). Eine Größe einer Kreiselpumpe, die das monolithische Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglied der Erfindung verwendet, erfordert eine Wanddicke von etwa 12,7 mm (1/2 Zoll) für den gleichen Auslegungsdruck.

Claims

1. Mehrstufige Kreiselpumpe mit einem Saugglied (11) und einem Druckglied (13) sowie mit einer Vielzahl von Pumpenstufen zwischen dem Saugglied (11) und dem Druckglied (13), wobei jede Pumpenstufe ein Laufrad (25) aufweist, gekenn zeichnet durch ein monolithisches Diffusor- und Rückführschaufel- Kanalringglied (30), das eine ringförmige Scheibe aufweist, die ein sich axial er streckendes druckhaltendes Glied (40) an ihrem äußeren Umfang und eine Vielzahl von Diffusorschaufeln (35) auf einer Seite der ringförmigen Scheibe hat, wobei die Diffusorschaufeln (35) einstückig mit dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) ausgebildet sind, sowie durch eine Vielzahl von Zugbolzen (15), die sich von dem Saugglied (11) zu dem Druckglied (13) erstrecken, wobei die Zug bolzen (15) die monolithischen Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglieder (30) zwischen dem Saugglied (11) und dem Druckglied (13) befestigen, wodurch das Saugglied (11), das Druckglied (13) und die Vielzahl der Diffusor- und Rückführschaufel-Kanalringglieder (30) eine Druckbegrenzung bilden.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Steg gliedern (38, 48), wobei ein Stegglied einstückig mit einer Diffusorschaufel (35) und dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) ausgebildet ist.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vielzahl der Diffusorschaufeln (35) auf einer ersten Seite der ringförmigen Scheibe er streckt, daß eine Vielzahl von Rückführschaufeln (45) auf einer zweiten Seite der ringförmigen Scheibe vorgesehen ist und daß eine Einrichtung zum Vermindern der Umfangsbeanspruchung in dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) vorgesehen ist, die die Diffusorschaufeln (35) und die Rücklaufschaufeln (45) aufweist, die einstückig mit dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) ausgebildet sind.

4. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl erster Stegglieder (38), wobei ein erstes Stegglied (38) einstückig mit einer Diffusorschaufel (35) und dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) ausgebildet ist, und durch eine Vielzahl zweiter Stegglieder (48), wobei ein zweites Stegglied (48) einstückig mit einer Rücklaufschaufel (45) und dem sich axial erstreckenden druckhaltenden Glied (40) ausgebildet ist.

5. Diffusor, insbesondere für eine Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden An sprüche, gekennzeichnet durch

- eine ringförmige Scheibe (30), die ein sich axial erstreckendes zylindrisches druckhaltendes Glied (40) an ihrem äußeren Umfang hat,
- eine Vielzahl von Diffusorschaufeln (35) an einer ersten Seite der ringförmi gen Scheibe (30),
- eine Vielzahl von Rückführschaufeln (45) an einer zweiten Seite der ringför migen Scheibe (30),
- eine Verstärkungseinrichtung zur Verstärkung des druckhaltenden Glieds (40), die die Diffusorschaufeln (35) einstückig mit dem zylindrischen druck haltenden Glied (40) ausgebildet enthält, wobei jede Diffusorschaufel (35) in das zylindrische druckhaltende Glied (40) unter einer Tangente übergeht, mit einer Vielzahl erster Stegglieder (38), wobei ein erstes Stegglied (38) ein stückig mit einer Diffusorschaufel (35) und dem druckhaltenden Glied (40) ausgebildet ist, wobei die Rückführschaufeln (45) einstückig mit dem druck haltenden Glied (40) ausgebildet sind und jede Rückführschaufel (45) in das druckhaltende Glied (40) unter einer Tangente übergeht, und mit einer Viel zahl zweiter Stegglieder (48), wobei ein zweites Stegglied (48) einstückig mit einer Rückführschaufel (45) und dem zylindrischen druckhaltenden Glied (40) ausgebildet ist.