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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine radial gedichtete Kreiselpumpe.
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In
Systemen, in denen inkompressible Fluide, wie z.B. Wasser fließen, sind
immer Maschinen vorhanden, die dafür sorgen, das Kreislaufwasser
zu bewegen, nach oben zu fördern
und ihm allgemein Energie zuzuführen.
Die Pumpen sind die Maschinen, die diese Funktion erfüllen, wobei
die Pumpen entsprechend der Arbeitsweise in Kolben-, Axial-, Kreiselpumpen,
etc. eingeteilt sind.
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Die
Kreiselpumpen gehören
zur Familie der Turbomaschinen; in diesen Pumpen wird der Energieaustausch
zwischen der Maschine und dem Fluid durch hydrodynamische Kräfte bewirkt,
die von den Schaufeln der Maschine auf das Fluid ausgeübt werden,
da diese Schaufeln sich relativ zu dem Fluid bewegen.
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Kreiselpumpen
sind bekanntermaßen
seit langem auf dem Markt vorhanden, und diese Pumpen weisen gemäß ihrem
grundsätzlichen
Aufbau ein äußeres Gehäuse auf,
in dessen Inneren ein Flügelrad
rotieren kann, das von einer mit einem Motor verbundenen Welle angetrieben
wird. Diese Pumpen weisen zwischen dem Gehäuse und dem Flügelrad geeignete
Dichtringe auf, die ihre Funktion entlang der Erzeugungslinien der
einander gegenüberliegenden
Oberflächen
oder Abschnitten davon erfüllen,
die im Wesentlichen zylindrisch und koaxial zu dem Flügelrad sind.
Weiterhin weist die Pumpe außerhalb des
Gehäuses
und/oder der Fluidkammer Radiallager oder Wälzlager auf, um die drehbare
Verbindung der Welle, auf die das Flügelrad gekeilt ist, mit dem Gehäuse zu realisieren.
Diese Pumpen weisen zu den Lagern gehörende Hilfskreisläufe und
Behälter zum
Aufbewahren und Verteilen des Schmierfettes oder -öls der Lager
auf.
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Diese
Pumpen verursachen bekanntermaßen
aufgrund des beträchtlichen
Leckens durch die Dichtungen, insbesondere zwischen den Hoch- und den
Niedrigdruckkammern, eine ernstzunehmende Abnahme der Maschineneffizienz.
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Ferner
stellt der Maschinenbetrieb oft große Umweltrisiken dar, da er
aufgrund des Vorhandenseins der Hilfskreisläufe für das Lagerschmiermittel und
der Erzeugung von verbrauchten Schmierfetten und -ölen laut
und verschmutzend ist. In der Tat wird die Umwelt durch das Lecken
von Schmiermittel aus den Dichtungen der Hilfs kreisläufe durch
eine in hohem Maß verschmutzende
Substanz verunreinigt; ferner muss das Schmiermittel, das, beispielsweise wenn
das Schmiermittel gewechselt wird, aus der Maschine entnommen wird,
in geeigneter Art und Weise gelagert und entsorgt werden. Schließlich ist der
Aufbau dieser Pumpen sehr sperrig und komplex, da er neben den bereits
erwähnten
Schmiermittel-Hilfskreisläufen
die Verwendung von Lagern zur axialen Befestigung der Welle erfordert.
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Die
DE 142 214 C betrifft
eine Kreiselpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten
Standes der Technik durch die Realisierung einer Kreiselpumpe zu
beseitigen, die hohe Wirkungsgrade erreicht.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe zu realisieren,
die stark verringerte axiale Abmessungen und infolgedessen ein stark verringertes
Gewicht aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe ohne Hilfsvorrichtungen
zur Schmierung und ohne Öl-
oder Fettbehälter
zu realisieren.
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Nicht
zuletzt ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige und
zuverlässige
Pumpe zu realisieren.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
Bereitstellen einer radial gedichteten Kreiselpumpe gemäß Anspruch
1 erfüllt,
auf den hier Bezug genommen wird.
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Vorteilhafterweise
weist die Pumpe Dichtringe auf, die im Vergleich zum Stand der Technik
geringere Abmessungen haben und die wieder verwendbar sind, wenn
diese Ringe beispielsweise aus mit Chrom beschichtetem Gusseisen
bestehen.
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Weiterhin
weist die Pumpe Paare von zu dem Gehäuse und/oder dem Flügelrad gehörenden Ringen
gleicher Größe auf,
wobei diese Ringe dazu geeignet sind, einer axialen Kraft standzuhalten,
sie werfen keine Probleme bezüglich
einer ovalen Verformung auf und sie verringern stark die Probleme der
thermischen Ausdehnung und der Biegung der Welle, insbesondere wenn
die Welle zwischen den Lagern eine bestimmte, beträchtliche
Länge aufweist.
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Die
Herstellung der Pumpe ist erfindungsgemäß vereinfacht, da die zu bearbeitenden
Oberflächen,
zwischen denen die Dichtung realisiert ist, eben sind; die Montage
ist vereinfacht, da die Zentrierung sehr einfach ist, und die Verwendung
und die Wartung sind sehr einfach und kostengünstig, da keine Möglichkeit
des Festfressens besteht, und aufgrund der vereinfachten Beschichtung
und Behandlung der ebenen Oberflächen.
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Schließlich hat
die Pumpe eine sehr geringe Einwirkung auf die Umwelt, da sie keine
stark verschmutzenden, verbrauchten Fette oder Öle freisetzt, die in einer
geeigneten Art und Weise entsorgt werden müssen.
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Selbstverständlich führt all
dies zu stark verringerten Anschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten,
neben einer erhöhten
Zuverlässigkeit,
Einfachheit und Geschwindigkeit während des Betriebs und der
Wartung.
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Die
Merkmale und die Vorteile der erfindungsgemäßen, radial gedichteten Kreiselpumpe werden
aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden
Beispiels mit Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen
besser verständlich,
in denen:
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1 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Pumpe
zeigt;
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2 eine
Schnittansicht eines Details der erfindungsgemäßen Pumpe zeigt;
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3 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Pumpe
zeigt;
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4 eine
Schnittansicht eines Details der erfindungsgemäßen Pumpe gemäß einer
zweiten Ausführungsform
zeigt;
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5 eine
Schnittansicht eines Details der erfindungsgemäßen Pumpe gemäß einer
dritten Ausführungsform
zeigt;
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6 eine
Schnittansicht eines Details der erfindungsgemäßen Pumpe gemäß einer
vierten Ausführungsform
zeigt.
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Mit
Bezugnahme auf die obigen Figuren ist eine mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete
Kreiselpumpe gezeigt, bei der eine Welle 4, auf die ein
Flügelrad 5 gekeilt
ist, drehbar im Inneren eines Gehäuses 2 angebunden
ist.
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Das
Gehäuse 2 und
das Flügelrad 5 weisen zu
der Achse des Flügelrades
senkrechte, einander gegenüberliegende
Oberflächen 21, 22 auf,
und Dichtungs- und Schutzmittel 6 sind zwischen diesen Oberflächen angeordnet,
um ein Lecken von Wasser aus der Hochdruckkammer zur Niederdruckkammer zu
vermeiden und die Oberflächen
der Pumpenhauptkomponenten zu schützen. Diese Mittel 6 umfassen
einen Dichtring, der durch Befestigungsmittel 7, wie z.B.
Nieten, andere mechanische Einrichtungen und/oder Verbindungsmittel
oder, wie in dem Beispiel, Schrauben lösbar mit dem Gehäuse 2 verbunden
ist. Das Flügelrad 5 überträgt im Betrieb
Zentrifugalkräfte
auf das Wasser, wobei diese Kräfte
die Dichtwirkung verbessern, da sie das Wasser von der Achse des
Flügelrads 5 wegbewegen.
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Ferner
ermöglicht
der Ring 6 eine automatische Zentrierung des Flügelrads 5 in
dem Gehäuse 2,
ohne dass die Notwendigkeit besteht, geeignete axiale Befestigungselemente
vorzusehen. In der Tat kann der Ring 6 axiale Kräfte auf
das Gehäuse 2 und das
Flügelrad 5 übertragen,
wobei diese Kräfte
in einer natürlichen
und selbständigen
Art und Weise das Flügelrad 5 in
seiner korrekten Position im Inneren des Gehäuses 2 halten.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der Dichtring 6 der Pumpe gemäß der Erfindung durch Schrauben 7 lösbar mit
dem Flügelrad 5 verbunden (4);
eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Pumpe
weist ein Paar von Dichtringen 6 auf, so dass ein erster
Ring mit dem Flügelrad 5 verbunden
ist und ein zweiter Ring mit dem Gehäuse 2 verbunden ist
(5).
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Die
Ringe 6 bestehen aus Verschleißmaterialien mit einem geringen
Reibungskoeffizienten, um ein Verschleißelement zu haben, das ausgetauscht wird,
wenn sich das Material so verschlechtert, dass es keinen einwandfreien
Betrieb der Pumpe mehr gewährleistet.
Diese Ringe bestehen vorzugsweise aus synthetischen Fasern, Keramikmaterialien,
gesinterten Pulvern, mit geeigneten Materialien beschichtete Eisenmaterialien,
beispielsweise chrombeschichtete Gusseisenringe.
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Die
Welle 4 ist mittels zweier Radiallager 23, 24,
die in einem ersten und einem zweiten zylindrischen Lagerkörper 8, 9 des
Gehäuses 2 angeordnet sind,
drehbar mit dem Gehäuse 2 verbunden.
An den Enden der Lagerkörper 8, 9 weist
das Gehäuse
einen Vorsprung 18 auf, um die lösbare Verbindung einer Abdeckung 10 oder
eines Dichtmittels 12 zu ermöglichen.
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Die
Abdeckung 10 verschließt
den Lagerkörper 8 und
bildet eine erste Kammer 11, die dazu geeignet ist, Wasser
zu enthalten. Ferner kann die Abdeckung 10 eine Öffnung aufweisen,
um die Kammer 11 mit der Außenumgebung zu verbinden, wobei
diese Öffnung
mittels einer mit einem Gewinde versehenen Kappe 17 verschlossen
ist.
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Eine
hydraulische Verbindungseinrichtung 16 verbindet die Kammer 11 mit
einer Hochdruckkammer 20, um dem Wasser den Durchtritt
von der Kammer 20 zur Kammer 11 zu ermöglichen,
wobei dies die Schmierung des Radiallagers 23 ermöglicht, da
die Kammer 11 in Verbindung mit diesem Lager steht.
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Der
vordere Abschnitt des Gehäuses 9,
in dem das zweite Radiallager angeordnet ist, ist durch das Dichtmittel 12 verschlossen,
was es ermöglicht, dass
die Welle 4 aus dem Pumpengehäuse 2 hervorsteht
und mit einer in den Figuren nicht gezeigten Antriebsmaschine verbunden
werden kann. Die Dichtmittel 12 definieren am Ende des
Lagerkörpers 9 des Lagers 24 eine
Kammer 14, die dem Lager 24 zugewandt ist, wobei
diese Kammer durch eine hydraulische Verbindungseinrichtung 16 und
durch die Dichtmittel 12 mit der Hochdruckkammer 20 verbunden
ist. Daher schmiert das von der Hochdruckkammer 20 kommende
Wasser sowohl das in dem Lagerkörper 8 angeordnete
Lager 23 als auch das in dem Lagerkörper 9 angeordnete
Lager 24.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Pumpe
weist zwischen dem Gehäuse 2 und
dem Flügelrad 5 angeordnete
Dichtringe 6, wobei diese Ringe gemäß der Erfindung ihre Dichtwirkung
entlang von radialen Oberflächen
ausüben, und
Kugellager 30 auf, die die Welle 44 lagern (6).
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Pumpe
weist Dichtringe, die ihre Dichtwirkung entlang von radialen Oberflächen ausüben und
Wälzlager
auf, die die Welle stützen
und die Welle drehbar mit dem Gehäuse verbinden.
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Bei
dieser Ausführungsform
der Pumpe besteht keine Notwendigkeit für axiale Befestigungseinrichtungen,
da der Dichtring diese Funktion erfüllt (nicht gezeigt).
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Die
Funktion der erfindungsgemäßen Pumpe
ist wie folgt.
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Das
Wasser am Pumpeneinlass wird in eine Niederdruckkammer 19 geleitet
mittels des Flügelrades 5,
das Energie in das Wasser einträgt,
das Wasser unter einen hohen Druck setzt und es in eine Hochdruckkammer 20 abgibt.
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Die
Abdichtung zwischen den Kammern 19, 20 wird durch
die Dichtringe 6 gewährleistet,
die sich relativ zu dem Flügelrad 5 bewegen,
da sie lösbar
mit dem Gehäuse 2 verbunden
sind. Diese Ringe verhindern sehr wirksam das Fließen des
Wassers von der Hochdruckkammer zur Niederdruckkammer, da die von
dem Flügelrad
auf das Wasser übertragenen Zentrifugalkräfte bei
der Realisierung dieser Hinderniswirkung helfen.
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In
einer vereinfachten Ausführungsform (nicht
gezeigt) wird der von dem Ring oder den Ringen eingenommene Raum
durch entsprechende Abschnitte des Gehäuses 2 und des Flügelrads 5 eingenommen
und die Dichtung wird entlang der einander gegenüberliegenden Oberflächen 21, 22 bewirkt.
In diesem Fall können
die Oberflächen,
um eine bessere Gewährleistung
der Dichtwirkung zu erhalten, behandelt werden, um ein besseres
Gleitverhalten und eine bessere Verschleißbeständigkeit zu bekommen.
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Ferner
ist die Pumpenwelle gemäß der Erfindung
mittels eines Paares von Radiallagern 23, 24 drehbar
mit dem Gehäuse 2 verbunden.
Diese Lager werden unter Verwendung des gleichen Wassers geschmiert,
das von der Pumpe verarbeitet wird und durch die Verbindungseinrichtungen 16 aus
der Hochdruckkammer 20 kommt.
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Die
erfindungsgemäße Pumpe
benötigt
keine axialen Lager oder anderen Komponenten, die dazu geeignet
sind, axiale Kräfte
auszuüben;
in der Tat erlauben die Dichtringe 6 selbst den Kraftaustausch
entlang der Achse zwischen dem Flügelrad 5 und dem Gehäuse 2.
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In
praktischen Einsatz wurde beobachtet, dass die erfindungsgemäße Pumpe
insbesondere wegen des erreichbaren hohen Wirkungsgrades vorteilhaft
ist. Ferner ist die Pumpe insbesondere aus einem Umweltgesichtspunkt
vorteilhaft, da sie den Lärm
und die verschmutzenden Substanzen, wie z.B. verbrauchte Fette und Öle verringert.
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Schließlich machen
die geringen Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten der Pumpe das
gesamte System kostengünstig.
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Die
Pumpe, wie sie hier offenbart ist, kann verschiedenen Modifikationen
und Veränderungen unterzogen
werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen; ferner
können
alle Details durch technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden.
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Im
praktischen Einsatz können
die Materialien und die Abmessungen willkürlich je nach Bedarf verändert werden.