DE69628549T2

DE69628549T2 - Zentrifugalpumpe

Info

Publication number: DE69628549T2
Application number: DE69628549T
Authority: DE
Inventors: Semple John FRATER
Original assignee: Krebs International Inc
Current assignee: FLSmidth Inc
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: WO1996027085A1; CA2214415C; ZA961552B; EP0812392B1; BR9607465A; CA2214415A1; ATE242429T1; EP0812392A1; DE69628549D1; US5921748A; EP0812392A4; AUPN143795A0

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kreisel- bzw. Zentrifugalpumpen und insbesondere auf eine zum Pumpen von Gemischen aus Flüssigkeiten und abrasiven bzw. scheuernden oder abschleifenden Feststoffen geeignete Zentrifugalpumpe.
Hintergrund der Erfindung
Zentrifugalpumpen werden gewöhnlich zum Pumpen von Gemischen aus Flüssigkeiten und Feststoffen bzw. -körpern verwendet, wie beispielsweise Schlamm bei der Erzaufbereitung. Besonders im Bergbau sind die Festkörperteilchen des Erzes im Schlamm hochabrasiv. Diese Teilchen können während des Einsatzes zwischen dem sich drehenden Laufrad bzw. Pumpenflügenrad und dem statischen Strömungsring bzw. der statischen Schnecke (Pumpengehäuse) gefangen werden bzw. sich festsetzen, wodurch Abnutzung und Abrasion sowohl des Laufrads als auch der Schnecke hervorgerufen werden. Diese Abnutzung verringert die Lebensdauer der Pumpe und ihren hydraulischen Wirkungsgrad und führt zu größeren Ausfallzeiten für Reparaturen.
Herkömmliche Zentrifugal-Schlammpumpen weisen Schaufeln bzw. Flügel auf der Dichtungs- bzw. Stopfbuchsenseite des Laufrads auf, welche den Hydraulikdruck an der Laufradwelle verringern, um den Stopfbüchsendichtungsmechanismus da zu fördern, wo die Welle in die Schnecke eintritt. Normalerweise besteht ein kleiner Spielraum zwischen den Schaufeln und der statischen Schnecke der Pumpe. Herkömmlich sind auch auf der Saugseite des Laufrads Schaufeln vorgesehen, um Schlamm von einer Rezirkulation bzw. einer Rückströmung aus der Hochdruck-Abfuhrkammer zurück in das Niederdruck-Sauggebiet der Pumpe abzuhalten.
Einer der Nachteile der obenstehend beschriebenen Schlammpumpen ist es, dass das Gebiet zwischen den Schaufeln auf der Saugseite und der Stopfbuchsenseite des Laufrads eine Öffnung zwischen dem Laufrad und der statischen Schnecke am Rand des Laufrads aufweist. Abrasive Festkörperteilchen des Schlamms können in diese Räume eintreten und zwischen den Schaufeln des Laufrads und der statischen Schnecke gefangen werden, wodurch eine Abnutzung des Laufrads und der Schnecke verursacht wird.
Dieses Problem tritt häufiger und kritischer auf der Saugseite des Laufrads auf, wo die Hochdruckflüssigkeit in dem abfuhr- bzw. druckseitigen Abschnitt der Schnecke dazu neigt, zum Niedrdruckbereich im saugseitigen Abschnitt der Pumpe hinzuströmen (durch den Spielraum zwischen dem Laufrad und der statischen Schnecke). Eine Abnutzung auf der Saugseite des Laufrads ist besonders unerwünscht, da sie bewirkt, dass eine erhöhte Schlammmmenge zurückströmt, wodurch ein Verlust an Pumpenhydraulikleistung und Wirkungsgrad hervorgerufen wird. Da keine Strömung durch die Stopfbuchse erfolgt, ist eine Abnutzung auf der Stopfbuchsenseite des Laufrads weniger bedeutsam, aber trotzdem nicht wünschenswert.
Bei einem Versuch, dieses Problem zu überwinden, weisen die Gehäuse einiger bekannter Zentrifugalpumpen (vgl. 1) eine abgewinkelte Oberfläche (3) auf, die an eine Einlassöffnung (8) der Pumpe angrenzt. Die abgewinkelte Oberfläche (3) des Pumpengehäuses ist fluchtend mit einer gleichartigen abgewinkelten Oberfläche (4) auf der Saugseite des Laufrads (2a) abgeschlossen. Vorausgesetzt, dass ein genügend kleiner Spielraum (c) zwischen den beiden abgewinkelten Oberflächen (3, 4) hergestellt werden kann, kann ein Grad an Abdichtung zwischen dem Laufrad (2a) und dem Gehäuse (1) erzielt werden.
Da die Flächen (3, 4) jedoch mit einem anderen Winkel als 90° zur Achse (X-X) geneigt sind, müssen die Oberflächen (3, 4) exakt konzentrisch zueinander und zur Achse (X-X) sein, um die gewünschte Dichtwirkung zu erzielen. Jede Exzentrität auf Seiten der abgewinkelten Laufradoberfläche (4) oder der abgewinkelten Gehäuseoberfläche (3) würde die Dichtung beeinträchtigen und eine Schlammrückströmung zum Einlass (8) zulassen, wodurch Abnutzung und ein Verlust an Pumpenwirkungsgrad hervorgerufen würde.
Ferner muss die Pumpe zum Einstellen der Größe des Spielraums (c} zwischen den beiden Oberflächen (3, 4) heruntergefahren werden und das gesamte Laufrad (2a, 2b) zum Gehäuse (1) hin oder davon weg bewegt werden. Dies ist zeitaufwändig und teuer. Auch wird jede auftretende Abnutzung direkt am Laufrad (2a) oder am Gehäuse (1) auftreten, welche beide beim Auswechseln große und teure Teile sind.
Eine bekannte Zentrifugalpumpe ist im US-Patent US 3,324,800 offenbart. US 3,324,800 beschreibt eine Zentrifugalpumpe mit einem um eine Achse drehbaren Laufrad in einem statischen Gehäuse, welche ein ringförmiges, bewegbares Dichtungselement zwischen der Saugseite des Laufrads und dem Gehäuse aufweist. Der Dichtring kann axial bewegt werden, um den Spielraum zwischen dem Dichtring und dem Laufrad einzustellen. Diese Anordnung erlaubt es, dass der Spielraum zwischen dem Laufrad und dem Ring eingestellt wird.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obenstehenden Nachteile zu überwinden bzw. wesentlich zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird eine zum Pumpen eines Flüssigkeits-Feststoffgemischs geeignete Zentrifugalpumpe offenbart mit.
einem um eine Achse drehbaren Laufrad bzw. Punpenflügelrad, das eine Saugseite und eine Stopfbuchsenseite hat;
eine statische Schnecke, wobei das Laufrad geeignet ist, sich innerhalb der statischen Schnecke zu drehen;
eine axial einstellbare Dichtungsvorrichtung, die geeignet ist, den Abstand bzw. Spielraum zwischen der Oberfläche an der Saugseite des Laufrads und der statischen Schnecke zu verringern; gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl auf der Saugseite des Laufrads hochstehende bzw. hochgehobene Flügel bzw. Schaufeln, wobei der Abstand zwischen den Schaufeln und der statischen Schnecke größer ist als die vorausgesagte Größe bzw. Abmessung des größten Festkörper- bzw. Feststoffteilchens in einer normalen Teilchengrößenverteilung des Feststoff-/Flüssigkeitsgemischs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einige Ausführungsformen werden nun rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Teilquerschnitt einer bekannten Zentrifugalpumpe ist;
2 ein Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe;
3 eine Detailansicht des Bereichs "A" aus 2;
4 ein Teilquerschnitt der Zentrifugalpumpe aus 2;
5 ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Zentrifugalpumpe;
6 eine Teildraufsicht auf die Saugseite eines Laufrads;
8 eine Teildraufsicht auf die Stopfbuchsenseite eines Laufrads; und
9 ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Zentrifugalpumpe.
Ausführliche Beschreibung
Bezugnehmend auf 2 weist die Zentrifugalpumpe eine welle 7, ein Laufrad 2a, 2b, und eine statische Schnecke 1 auf. Das Laufrad umfasst eine Saugseite 2a und eine Stopfbuchsenseite 2b. Das Laufrad 2a, 2b wird durch einen Motor (nicht gezeigt) über die Welle 7 angetrieben und dreht sich in der statischen Schnecke 1 um die Achse X-X. Bei den hier beschriebenen Beispielen ist die statische Schnecke vom Pumpengehäuse 1 ausgebildet. Der zu pumpende Schlamm oder die zu pumpende Substanz tritt über die Einlassöffnung 8 in die Pumpe ein und wird mit hohem Druck durch das sich drehende Laufrad (vgl. Pfeile 5) in den Hochdruckbereich 20 im Pumpengehäuse 1 gedrängt, von wo aus er über das Abfuhrrohr 21 abgeführt wird.
Die Saugseite des Laufrads 2a weist vorzugsweise eine Mehrzahl von radial angeordneten Schaufeln bzw. Flügeln 9 auf, welche in der Draufsicht in 6 gezeigt werden.
Der Abstand 6 zwischen den Schaufeln 9 und dem Pumpengehäuse 1 ist vorzugsweise größer als die vorausgesagte Größe des größten Festkörperteilchens in der Normalverteilung des zu pumpenden Schlamms. Dies dient dazu, zu verhindern, dass abrasive Festkörper zwischen den sich drehenden Laufradschaufeln 9 und dem Pumpengehäuse 1 gefangen werden.
Wenn die Pumpe läuft, verringern die Schaufeln 9 den Hydraulikdruck im Bereich zwischen der Laufradsaugseite 2a und dem Gehäuse 1, um zu verhindern, dass Schlamm in den Spielraum 6 zwischen dem Laufrad 2a und dem Gehäuse 1 fließt. Die Schaufeln 9 sollten nicht so lang sein, dass sie den Schleißring 11 stören, dessen Funktion untenstehend beschrieben wird.
Bevorzugt ist die Stopfbuchsenseite des Laufrads 2b mit einer Mehrzahl radial angeordneter Kanäle bzw. Rinnen 10 vorgesehen die in der Oberfläche des Laufrads 2b anstatt der Schaufeln ausgebildet sind. Die Kanäle 10 können in der Draufsicht in 7 gesehen werden. Auf der Stopfbuchsenseite 2b des Laufrads Kanäle ziehen anstatt Schaufeln vorzusehen bedeutet, dass das offene Gebiet zwischen den Schaufeln, welches das Eindringen von Festkörpern zwischen das Laufrad 2b und das Gehäuse 1 erlaubt, stark verkleinert werden kann. Dies führt zu einer Verringerung des Festkörpereintritts in den stopfbuchsenseitigen Laufabstand b. Die Kanäle 10 stoßen Material aus, welches in den Spielraum 6 zwischen dem Laufrad 2b und dem Gehäuse 1 eindringen kann.
Ein im wesentlichen ringförmiger Schleißring 11 ist in einer Ausnehmung bzw. Vertiefung im Pumpengehäuse 1 vorgesehen. Der Schleißring 11 weist vorzugsweise einen L-förmigen Querschnitt auf. Im Einsatz wird der Schleißring 11 koaxial eingestellt, so dass er eng an die Oberfläche der Laufradsaugseite anliegt. Im Einsatz dichtet der Schleißring 11 den Raum zwischen dem Laufrad 2a und dem Pumpengehäuse 1 wirksam ab, wodurch die Schlammströmung vom Hochdruckbereich 20 zurück in den Niederdruckeinlass 8 verringert wird. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass abrasive Teilchen zwischen dem Laufrad 2a und dem Gehäuse 1 eingefangen werden.
Der Schleißring 11 ist vorzugsweise im Schleißringträger 12 untergebracht. Der Schleißringträger 12 dichtet das Pumpengehäuse 1 gegen Flüssigkeits- oder Schlammaustritt zur Umgebung hin ab. Der Schleißringträger 12 ist vorzugsweise aus einem elastischen Material hergestellt, wie beispielsweise Polyurethan.
Nun bezugnehmend auf 3 weist der Schleißringträger 12 Dichtlippen 15 an seinem Außenumfang auf, um den Träger 12 im Gehäuse 1 zu halten und abzudichten. Der Schleißring 11 wird durch Rippen 16 sicher im Schleißringträger 12 gehalten. Die Rippen 16 verhindern, dass Feinpartikel in den Spielraum zwischen dem Schleißring 11 und dem Träger 12 eindringen und verhindern zudem eine axiale Bewegung.
Der Schleißring 11 ist axial einstellbar (Pfeile 22) über eine oder mehrere Einstellschrauben 14. Vorzugsweise sind vier gleichmäßig beabstandete Einstellschrauben um den Umfang des Schleißringträgers 12 für eine gleichmäßige Einstellung vorgesehen. Die Schrauben 14 stehen mit einem verstärkenden Metalleinsatz 13 in Eingriff, der beklopft ist bzw. ein Gewinde aufweist und im Schleißringträger 12 vorgesehen ist. Wenn die Schrauben 14 gedreht werden, drücken sie gegen den Schleißring 11 und drängen ihn zur Saugseite des Laufrads 2a hin. Daher ist der Schleißring 11 vom Äußeren des Pumpengehäuses aus einstellbar und kann ohne Anhalten der Pumpe eingestellt werden.
Da die aneinander anliegenden Oberflächen der Saugseite des Laufrads 2a und des Schleißrings 11 senkrecht zur Achse X-X der Pumpe stehen, muss der Schleißring 11 nicht konzentrisch zum Laufrad 2a und 2b sein, um seine Abdichtfunktion durchzuführen.
Bezugnehmend auf 4 weist der Schleißringträger 12 vorzugsweise zumindest einen Schmiernippel 17 auf. Das Einführen von Schmierfett hinter den Schleißring 11 über den Schmiernippel 17 verdichtet den Raum 23 hinter dem Schleißring 11 und fördert ferner das Abdichten des Schleißrings 11 im Träger 12.
Sollte ein Nachlassen des Schleißringträgers 12 insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen auftreten, kann einer oder mehrere O-Ringe (nicht gezeigt) als eine zusätzliche Dichteinrichtung um den Innen- und Außenumfang des Schleißringträgers 12 vorgesehen sein.
Die O-Ringe sind vorzugsweise in zusätzlichen Nuten (nicht gezeigt) untergebracht, die im Pumpengehäuse 1 ausgeformt sind.
Die Abdichtung des Schleißringträger 12 durch die Rippen 16 und das Schmierfett halten den Schlamm im Gehäuse 1 unter Druck und verhindern das Eindringen von Ultrafeinpartikeln zwischen den Träger 12 und den Schleißring 11. Dies wirkt zusammen mit der axialen Einstellbarkeit des Schleißrings 11 über die gesamte Lebensdauer der Pumpe. Das Schmierfett fördert auch die Gleitbewegung des Schleißrings 11.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Zentrifugalpumpe. Die Pumpe weist Kanäle 10 auf der Stopfbuchsenseite 2b des Laufrads auf. Wie vorher beschrieben verringern die Kanäle 10 die Größe des offenen Gebiets zwischen den Schaufeln, welches ein Eindringen von Festkörpern zwischen das Laufrad 2b und das Gehäuse 1 zuläßt, während alles Material, welches in den Spielraum 6 eintreten kann, herausbefördert wird.
Die Pumpe weist auch einen Schleißring 11 auf. Der Schleißring 11 ist mittels eines Schleißringträgers 12 im Pumpengehäuse 1 abgedichtet und abgestützt. In der in 5 gezeigten Ausführungsform weist der Schleißringträger 12 zwei elastische ringförmige Elemente auf, die zwischen dem Innen- 11b und dem Außen- 11a- Umfang des Schleißrings 11 und dem Pumpengehäuse 1 angeordnet sind. Der Außenumfang 11a des Schleißrings 11 weist ein Gewinde (nicht gezeigt) auf und greift in ein Gewinde (nicht gezeigt) auf den Schleißringträger 12 ein. Um den Schleißring 11 axial einzustellen ist der gesamte Schleißring 11 entweder zum Laufrad 2a hin oder von ihm weg verschraubt. O-Ringe (nicht gezeigt) können ebenfalls zur zusätzlichen Abdichtung vorgesehen sein.
Alternativ kann der Schleißring 11 mit einem Flansch (nicht gezeigt) axial eingestellt werden, welcher am Schleißring 11 angebracht ist und am Pumpengehäuse 1 an mehr als einer Stelle angeschraubt (oder anderweitig angebracht) werden kann.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe, die zum Einsatz im hochwirksamen Betrieb und für Schlämme mit feineren Partikeln geeignet ist, wenn Abnutzung nicht das Hauptproblem ist. Die Pumpe in 8 weist radiale Kanäle 10 und 19 auf der Stopfbuchsenseite 2b und der Saugseite 2a des Laufrads auf.

Claims

Zentrifugalpumpe zum Pumpen einer Flüssigkeits-/Feststoffmischung, mit einem Pumpenflügelrad (2a, 2b), das um eine Achse (X-X) rotierbar ist, wobei das Pumpenflügelrad eine Saugseite (2a) und eine Stopfbuchsenseite (2b) aufweist, einer statischen Schnecke (1), wobei das Pumpenflügelrad geeignet ist, sich innerhalb der statischen Schnecke zu drehen, einer axial einstellbaren Dichtungsvorrichtung (11) die geeignet ist, den Abstand zwischen der Oberfläche an der Saugseite des Pumpenflügelrads und der statischen Schnecke zu reduzieren oder im Wesentlichen zu eliminieren, gekennzeichnet durch: mehrere hochgehobene Flügel (9) auf der Saugseite des Pumpenflügelrads, wobei der Abstand zwischen den Flügeln und der statischen Schnecke größer ist als die vorausgesagte Größe des größten Feststoffteilchens in einer Teilchengrößenverteilung vom normalen Typ der Feststoff-/Flüssigkeitsmischung.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, bei der die Dichtungsvorrichtung ein im wesentlichen ringförmiges Element (11) umfasst, das mindestens teilweise durch einen ringförmigen Schlitz oder eine ringförmige Vertiefung in der statischen Schnecke untergebracht ist.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, die des Weiteren einen im wesentlichen ringförmigen Träger (12) umfasst, der mindestens teilweise innerhalb der ringförmigen Vertiefung oder des ringförmigen Schlitzes in der statischen Schnecke untergebracht ist, wobei der Träger eine ringförmige Vertiefung dem Pumpenflügelrad gegenüber umfasst, wobei das ringförmige Element mindestens teilweise in der Vertiefung in dem Träger untergebracht ist.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3, die des weiteren mehrere mit einem Gewinde ausgestattete Einstellvorrichtungen (14) umfasst, die in entsprechende mit einem Gewinde ausgestattete Teile des Trägers eingreifen, wobei die Einstellvorrichtungen geeignet sind, gedreht zu werden, um dabei eine axiale Bewegung des ringförmigen Elements zu verursachen.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 4, bei der die mit einem Gewinde ausgestatteten Einstellvorrichtungen aus Schrauben oder Bolzen bestehen. (14).
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 3–5, bei der der Träger aus Polyurethan gefertigt ist.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 3–6, bei der der Träger mehrere ringförmige Lippendichtungen (15) oder Rippen (16) um die inneren und äußeren Peripherien des Trägers umfasst.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 3–7, bei der die Vertiefung des Trägers mehrere ringförmige Lippendichtungen oder Rippen umfasst.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 4–8, bei der der Träger des Weiteren einen steifen Verstärkungsring (13) umfasst, wobei der Verstärkungsring an vorbestimmten Stellen beklopft ist, um in die Einstellvorrichtungen einzugreifen.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, die des weiteren erste und zweite ringförmige Träger umfasst, die mindestens teilweise innerhalb der ringförmigen Vertiefung oder des ringförmigen Schlitzes in der statischen Schnecke untergebracht sind, wobei das ringförmige Element zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Träger untergebracht ist.
Zentrifugalpumpe nach Anspruch 10, bei der ein mit einem Gewinde ausgestatteter Teil des ringförmigen Elements in einen entsprechenden, mit einem Gewinde versehenen Teil des ersten oder zweiten Trägers eingreift, wobei das ringförmige Element geeignet ist, innerhalb des ersten und des zweiten Trägers gedreht zu werden, um das axiale Einstellen zu bewirken.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 2–11, die des weiteren zumindest einen 0-Ring umfasst, der in einer Vertiefung oder einem Schlitz der statischen Schnecke untergebracht ist.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1–12, die des weiteren mehrere radiale Rinnen umfasst, die in der Oberfläche der Stopfbuchsenseite des Pumpenflügelrads ausgebildet sind.
Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1–13, wobei sich die statische Schnecke in dem Pumpengehäuse befindet.