DE69823704T2 - Durch schweissen und pressen hergestellte zentrifugalpumpe und deren herstellungsweise - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Pumpe und deren Fertigungsverfahren, insbesondere eine Zentrifugalpumpe, die durch Pressen und Schweißen von Metallblechen gebildet ist und deren Fertigungsverfahren.
• Eine Pumpe für industrielle Zwecke ist eine Art allgemeines mechanisches Produkt, welches häufig benötigt wird und welches in verschiedenen industriellen Bereichen angewendet wird. Pumpen werden üblicherweise mittels Gießen hergestellt, was ein energieintensives, materialintensives und arbeitsintensives Verfahren darstellt, das zu einer Umweltverschmutzung beiträgt. Das Herstellen einiger Teile der Pumpen mit geringem Durchfluss und großem Hub, zum Beispiel das enge Verdichterrad mit geringem Durchfluss, ist mittels Gießen unmöglich aufgrund dessen Verfahrensbegrenzungen. Deshalb wird Forschung hinsichtlich der Herstellung von Verdichterrädern mit Metallblechen durch Press- und Schweißverfahren betrieben, um eine gepresste Zentrifugalpumpe herzustellen. In einigen der herkömmlichen Zentrifugalpumpen werden nur die Verdichterräder durch einfaches Pressen und Buckelschweißen der Metallbleche hergestellt, während die Pumpengehäuse immer noch mittels Gießen hergestellt werden. Folglich können die Nachteile des herkömmlichen Gießverfahrens nicht komplett überwunden werden und das Verfahren ist immer noch schwierig und der technischer Durchsatz gering.
• CN-A-11 38 670 offenbart eine Zentrifugalpumpe, die mittels Pressen und Schweißen gebildet ist, umfassend einen Einlassflansch, einen Auslassflansch, eine Rückwand, ein Pumpengehäuse und ein Verdichterrad.
• Die Erfindung hier ist hinsichtlich der Überlegung begründet, wie alle Teile der Zentrifugalpumpe mittels Pressen und Schweißen hergestellt werden können, um so die Umweltverschmutzung zu verringern, die Arbeitsintensivität herabzusetzen, die Festigkeit des Pumpengehäuses und dessen technische Leistung zu verbessern und die Betriebseffizienz der Pumpe deutlich zu erhöhen.
• Der Erfinder der vorliegenden Erfindung, gemäß seiner langwierigen Erfahrung auf den Gebieten wie Entwicklung, Herstellung und Verarbeiten von gepressten Produkten, hat ein originalen Aufbau basierend auf wiederholter Forschung und Analyse gefertigt, wobei die vorliegende Erfindung zufällig gemacht wurde.
• Gerichtet auf die Unzulänglichkeit der gegenwärtigen Technologie, ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Pumpe bereitzustellen, die komplett mittels Press- und Schweißverfahren hergestellt ist. Dies ist eine gepresste Zentrifugalpumpe, gekennzeichnet durch eine hohe Festigkeit und eine hohe Betriebseffizienz, wobei die Festigkeit und die Steifigkeit des Pumpengehäuses ausreichend sind, um den einwirkenden Kräften der Rohrleitung und dem internen Druck standzuhalten.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fertigungsverfahren zu schaffen, mit dem alle Teile der Pumpe mittels Pressen und Schweißen gebildet werden.
• Der Zweck der Erfindung kann wir folgt erreicht werden: das Pumpengehäuse, das Verdichterrad, die Labyrinthringlagerungen oder -stützen, die Labyrinthringe, die Rückwand und das Chassis der Pumpe werden durch Pressen gebildet. Kennzeichnend in dem Fertigungsverfahren sind die folgenden Schritte: eine zu öffnende aufnahmeseitige Form oder öffenbare Matrize (openable female mold) wird aus einem verschleißbeständigen Metall hergestellt. Das Innere der aufnahmeseitigen Form nimmt eine integrierte Spiralform von etwa 360° auf wobei diese allmählich nach radial außen ansteigt und wobei deren Querschnitt ungefähr einem Halbkreis ähnelt. Die interne gegenseitige Form oder Gegenmatrize (male mold) ist aus einem druckdeformierbaren flexiblen oder elastischen Material hergestellt. Die Metallbleche werden in eine röhrenförmige Einheit mit Flansch gepresst, die zwischen die Matrizen eingefügt wird. Dann werden die Matrizen geschlossen und die Gegenmatrize, die aus einem flexiblen oder elastischen Material hergestellt ist, dehnt sich aus, so dass die röhrenförmige Einheit sich in radiale Richtung ausdehnt in ein allmählich anwachsendes Spiralgehäuse von etwa 360°, dessen Querschnitt ungefähr einem Halbkreis ähnelt. Die vorstehend aufgeführte interne Gegenmatrize kann aus Polyurethan-Kautschuk als flexibles oder elastisches Material hergestellt sein.
• Die mittels Pressen gebildete Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Einlassflansch, einen Auslassflansch, eine Rückwand, ein Pumpengehäuse und ein Verdichterrad, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine integrierte Spiralkammer von etwa 360° aufweist, deren Querschnitt ungefähr einem Halbkreis ähnelt, der allmählich radial nach außen in die Fließrichtung des Fluids zwischen dem Pumpengehäuse und dem Verdichterrad anwächst. Daneben ist eine Auslassöffnung vorhanden, die etwa einer Ellipse ähnelt, wobei der Auslassstutzen mit der Auslassöffnung des Pumpengehäuses verbunden ist.
• Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung können durch die folgenden Schritte gelöst werden: Die axial äußere Oberfläche der Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Einlassflansch ist als eine Kammer mit einer allmählich ansteigenden Krümmung ausgebildet, wobei die axiale Krümmung in Verbindung mit der sich radial erstreckenden Höhe variiert. Je größer die radiale Erstreckung ist, desto kleiner ist die radiale Krümmung, was die Dicke der Bleche der verschiedenen Teile des Pumpengehäuses gleichmäßiger während des Pressprozesses macht. Deshalb wird der Druck aus der Rohrleitung gleichmäßiger getragen und zur gleichen Zeit stellen die Festigkeit und die Intensität des Pumpengehäuses den optimalen Zustand dar.
• Der Auslassstutzen an der Öffnung des Pumpengehäuses ist an das Pumpengehäuse geschweißt, wobei dieser einer Ellipse ähnelt und dessen Durchmesser variieren kann. Dies erfüllt die Anforderung des Durchflussquerschnitts des Fluids und kann den Widerstand und Störgrößen reduzieren und somit die Effizienz fördern.
• Zumindest zwei gleichmäßig verteilte Lamellen sind mit dem Pumpengehäuse und dem Einlassflansch verbunden, gleichmäßig den Rohrleitungsdruck auf die Oberflächen des Pumpengehäuses verteilend und die Intensität des Einlassflansches stärkend. Der Querschnitt der Lamelle ist U-förmig ausgebildet. Diese weist eine hohe Steifigkeit auf und kann Material einsparen.
• In dem Pumpengehäuse sind Labyrinthringstützen vorhanden, welche die innere Seite und die äußere Seite des Ortes, an dem beide, die Lamellen des Einlassflansches und die Labyrinthringstützen das Pumpengehäuse halten, verbinden und unterstützen, um so die Lamellen und die Labyrinthringstützen auszubilden, sich gegenseitig zu stützen und auch um die Festigkeit des Pumpengehäuses zu stärken.
• Das Verdichterrad umfasst eine Verdichterfrontplatte, eine Verdichterrückplatte und ein Spiralblatt, welches sandwichartig zwischen diesen zwei Platten angeordnet ist. Dieser Aufbau kann effektiv die Festigkeit des Verdichterblatts erhöhen.
• Der Freiraum zwischen dem Verdichterradeinlass und dem Pumpengehäuseeinlass ist mittels Labyrinthringen abgedichtet, die in Labyrinthringstützen angeordnet sind. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen der Dichtoberfläche der statisch-dynamischen Dichtung geringer als 0,5 Millimeter und die Wirkung ist gut.
• Um das zuvor Ausgeführte zusammenzufassen, können die technischen Charakteristika der vorliegenden Erfindung wie folgt beschrieben werden:
• 1. Alle Teile der Zentrifugalpumpe sind mittels Pressen und Schweißen in einem einfachen Verfahren gebildet, bei dem alle Teile der Zentrifugalpumpe aus Metallblechen hergestellt sind mit einer Dicke, die zwischen 0,5 mm und 5 mm liegt. Verglichen mit der gleichartigen Pumpe, die mittels Gießen gebildet ist, ist das Gewicht der Pumpe ein Viertel geringer, deren Effizienz liegt um 5–7% höher und deren Kosten sind zwei Drittel geringer als bei Letzterer. Die Pumpe spart Energie und Material und deren Arbeitseffizienz ist höher. Der Gebrauch der Pumpe kann Umweltverschmutzung vermeiden und die Arbeitsintensivität vermindern. Die Metallbleche können aus rostfreien Stahlplatten hergestellt werden, die korrosionsbeständig und langlebig sind. Diese Pumpe kann schwer zähflüssiges Fluid übertragen und in Säure-, Alkali- und anderen korrosiven Medien in Temperaturbereichen zwischen –40°C und 180°C arbeiten.
• 2. Das Fertigungsverfahren ist geschickt gestaltet. Die Struktur des Verdichterrads überwindet die Schwierigkeit, welche ungelöst durch die Zentrifugalpump ist, die mittels Gießen gebildet ist, mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit Ns niedriger als 30 und einer Auslassöffnung von 1–2 mm Breite. Die Wandstärke des Pumpengehäuses, geformt mittels Pressen, ist gleichmäßig, wobei dieses eine ungleiche, asymmetrische Spiralform aufweist, die besser für den Durchfluss des Fluids geeignet ist. Die statisch-dynamische Dichtung zwischen dem Verdichterradeinlass und dem Gehäuseeinlass ist mittels Labyrinthringen mit einem Dichtabstand kleiner als 0,5 mm abgedichtet. Der Auslassstutzen ist an dem Pumpengehäuse angeschweißt, wobei die Schweißform einer Ellipse ähnelt und dessen Durchmesser variiert, ohne eine Narbe zu hinterlassen.
• 3. Die Festigkeit und die Intensität des Zentrifugalpumpengehäuses sind beide in deren optimalen Beschaffenheit. Das Gehäuse kann die maximal wirkenden Kräfte der Rohrleitung und des internen Drucks aushalten. Dieses ist weit verwendbar in den Seiten von Übertragung mit geringem Durchfluss und hohem Hub von Fluiden unter Druck.
• 1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
• 2 ist eine schematische Ansicht, welche den Aufbau des Verdichterrads der Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
• 3 ist eine Schnittansicht des Verdichterrads der Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung,
• 4 ist eine schematische Ansicht, welche den Aufbau der Fertigungsmatrizen zur Herstellung des Gehäuses der Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
• 5 ist eine Ansicht des Pumpengehäuses, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde und
• 6 stellt die Verbindung des Auslassöffnungsstutzens der vorliegenden Erfindung dar.
• Das Pumpengehäuse 1, das Verdichterrad 2, die Labyrinthringstützen 10, die Labyrinthringe 4, die Rückwand 5 und das Chassis 11 sind mittels Pressen gebildet, wie in 4 dargestellt. Das Fertigungsverfahren des Pumpengehäuses in der vorliegenden Erfindung ist folgender: eine Matrize weist eine Spiralform von etwa 360° auf, wobei deren Querschnitt ungefähr einem Halbkreis ähnelt, der sich allmählich radial nach außen vergrößert. Eine innere Gegenmatrize 18 ist aus druckdeformierbarem flexiblem oder elastischem Material hergestellt, welches Polyurethan-Kautschuk sein kann. Die Metallbleche von 0,5–5 mm Dicke werden in eine röhrenförmige Einheit mit Flansch gepresst, welche zwischen die Matrizen eingefügt wird. Dann werden die Matrizen geschlossen und die Gegenmatrize, hergestellt aus dem flexiblen oder elastischen Material, dehnt sich aus, so dass die röhrenförmige Einheit sich in radiale Richtung in ein allmählich anwachsendes Spiralgehäuse von etwa 360° ausdehnt, dessen Querschnitt etwa einem Halbkreis ähnelt. Wie in 5 dargestellt, sollte der radiale Querschnitt 52 des Pumpengehäuses 1 als sich allmählich öffnende Spiralform von dem Start I bis VIII in radialer Richtung ausgebildet sein. Die axiale Oberfläche 51 an dem Fußende ist als eine Kammer mit einer allmählich ansteigenden Krümmung ausgebildet, wobei die axiale Krümmung in Verbindung mit der sich radial erstreckenden Höhe variiert. Je größer die radiale Erstreckung, desto geringer ist die axiale Krümmung, was den Querschnitt des Verdichterrades 2, den das Fluid passiert, gleichmäßiger variiert und die Dicke der Metallplatten an dem Fußende einheitlicher gestaltet. Beides, die Festigkeit und die Intensität des Pumpengehäuses werden somit vergrößert.
• Wie in 1 gezeigt, umfasst die Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung ein Pumpengehäuse 1, ein Verdichterrad 2, Labyrinthringstützen 10, Labyrinthringe 4, eine Rückwand 5, eine Pumpenachse 21, ein Chassis 11, einen Einlassflansch 8 und einen Auslassflansch 23. In dem Zentrum der Pumpe befindet sich eine Pumpenachse 21, welche eine gleiche Achse mit dem Motor 13 teilt, wobei das Pumpengehäuse 1 ist mit Flanschen ausgestattet ist, die mit dem Motor verbunden sind. In dem Pumpengehäuse 1 ist eine integrierte Spiralkammer von etwa 360° angeordnet, welche zwischen das Pumpengehäuse 1 und das Verdichterrad 2 gepresst ist. Die Spiralkammer wächst allmählich radial nach außen in die Fluidflussrichtung an, wobei deren Querschnitt etwa einem Halbkreis ähnelt. Zudem ist dort auch eine Öffnung 22 angeordnet, die etwa die Form einer Ellipse aufweist (siehe 5); der Auslassöffnungsstutzen 3 ist mit der Auslassöffnung 22 des Pumpengehäuses verbunden. Das Verdichterrad umfasst die Verdichterfrontplatte 15, die Verdichterrückplatte 14 und das Spiralblatt 16, welches sandwichartig zwischen den zwei Platten angeordnet ist. Dieses ist in ein Verdichterrad mit engem Durchfluss geschweißt mittels hervorstehenden Kontakts (siehe 2 und 3). Der Freiraum zwischen dem Einlass des Verdichterrads und dem Einlass des Pumpengehäuses ist mit den Labyrinthringen 4 abgedichtet, die in den Labyrinthringstützen 10 angeordnet sind. Die Pumpenachse 21, die durch das Zentrum der Rückwand 5 verläuft, ist mittels des Lagers 12 gestützt und es sind zudem eine kombinierte Metalldichtung 6 und der Wasserbrecherring 7 (breakwater ring) installiert. Das vordere Ende der Pumpenachse ist in das Zentrum des Pumpengehäuses eingefügt und ist fest mit dem Verdichterrad verbunden. Das Pumpengehäuse ist mittels Bolzen an dem Abdeckgehäuse des Motors fixiert, welcher die gleiche Achse mit der Pumpe teilt. Die Labyrinthringstützen 10, der Auslassöffnungsstutzen 3 und das Chassis 11 sind an das Pumpengehäuse mittels hervorragenden Kontakts geschweißt. Der Auslassöffnungsstutzen 3, ausgeformt als durchmesser-veränderliche Ellipse, ist mit der Öffnung 22 in dem Pumpengehäuse 1 verbunden. Die Lamelle 9 ist mit der Außenseite der Verbindung der Labyrinthringstützen 10 und dem Pumpengehäuse 1 verbunden, mit welcher die Labyrinthringstützen 10 an der Innenseite und der Außenseite an der gleichen Stelle an dem Pumpengehäuse verbunden sind, um so eine gegenseitige Halterung zu bilden. Zumindest zwei gleichverteilte Lamellen 9 sind mit dem Einlassflansch 8 verbunden.
• Zusammen stellt die vorliegende Erfindung eine Zentrifugalpumpe, die durch Pressen und Schweißen gebildet ist, mit deren Effektivität, durchführbarer Verarbeitung, Schallanordnung (sound structure) und exzellenter Leistung bereit. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung Neuheit, Erfindungshöhe und gewerbliche Anwendbarkeit aufweist. Was zuvor aufgeführt wurde ist das aktuelle Ausführungsbeispiel dieses neuen Verfahrens und dessen technische Prinzipien. Es ist selbstverständlich, dass jede äquivalente Veränderung, die nicht von diesen technischen Prinzipien abweicht, falls die Funktionen, die dies hervorruft, nicht den Gedanken, der in dieser Beschreibung und den Zeichnungen eingeschlossen ist, übersteigt, als in dem Bereich der vorliegenden Erfindung betrachtet werden sollen.
• Die vorliegende Erfindung stellt eine Zentrifugalpumpe gebildet mittels Pressen und Schweißen bereit, welche die Pumpen, die mittels Gießen gebildet sind, ersetzen kann. Diese löst den Nachteil, dass Pumpen mit engem Verdichterrad und geringem Fluss schwer zu gießen sind. Das Fertigungsverfahren und der Aufbau, die in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt sind, sichern, dass die Zentrifugalpumpe eine relative hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweist. Die Wandstärke des Pumpengehäuses ist gleichmäßiger und die einwirkende Kraft seitens der Rohrleitung kann gleichmäßig über die Gehäuseoberfläche verteilt werden. Eine integrierte Spiralkammer ist zwischen das Pumpengehäuse und das Verdichterrad gepresst. Die Kammer ist asymmetrisch, ungleichmäßig ausgebildet und vergrößert sich allmählich in die Flussrichtung des Fluids. Der Aufbau ist geeigneter für Fluidmechanik und die Pumpe kann höherem internem Druck widerstehen und wird effizienter. Diese Pumpe ist besonders für die Übertragung von hohem Durchfluss über einen hohen Hub von reinem Wasser und viskosem Fluid geeignet. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die folgenden: Verglichen mit der mittels Gießen gebildeten Pumpe ist das Gewicht drei Viertel leichter und die Effizienz 5–7% höher. Die Pumpe kann Material und Energie einsparen, reduziert den Aufwand um ein Drittel und verringert die Umweltverschmutzung.

Claims (6)

1. Zentrifugalpumpe, durch pressende und schweißende Fertigung hergestellt, umfassend einen Einlassflansch (8), einen Auslassflansch (23), eine Rückwand (5), ein Pumpengehäuse (1) und ein Verdichterrad (2), wobei eine in das Pumpengehäuse (1) integrierte spiralförmige Kammer auf annähernd 360° eingepresst wird zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dem Verdichterrad (2), sich die Kammer in Flussrichtung des Fluids fortlaufend radial nach außen hin vergrößert, ihr Querschnitt ungefähr einen Halbkreis bildet und die Auslassöffnung (22) annähernd als Ellipse ausgeformt wird und der Auslassstutzen (3) mit der Auslassöffnung (22) des Pumpengehäuses verbunden wird, wobei der Auslassstutzen (3) des Pumpengehäuses (1) verschweißt wird mit der Auslassöffnung (22) des Pumpengehäuses (1) mit einer durchmesservariablen, elliptischen Kontur, wobei die axiale Außenfläche an der Anschlussstelle des Pumpengehäuses (1) und dem Einlassflansch (8) eine Kammer mit einer fortlaufend veränderlichen Krümmung bildet, wobei sich die Krümmung der axialen Außenfläche des Pumpengehäuses (1) in Verbindung mit seiner sich radial erstreckenden Höhe verändert, wobei ein größeres radiales Maß eine kleinere axiale Krümmung bedingt, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpengehäuse (1) Labyrinthringstützen (10) angeordnet sind, welche die innere Seite und die äußere Seite an der Stelle verbinden und versteifen, wo sowohl die Lamellen (9) des Einlassflansches (8) als auch die Labyrinthringstützen (10) das Pumpengehäuse halten.
2. Zentrifugalpumpe, durch pressende und schweißende Fertigung hergestellt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei gleichmäßig verteilte Lamellen (9) das Pumpengehäuse (1) mit dem Einlassflansch (8) verbinden.
3. Zentrifugalpumpe, durch pressende und schweißende Fertigung hergestellt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Verdichterrad (2) eine Verdichterfrontplatte (15) und eine Verdichterrückplatte (14) mit dazwischen angeordneten spiralförmigen Verdichterblättern (16) umfasst, die sandwichförmig zwischen den benannten Platten angeordnet sind.
4. Zentrifugalpumpe, durch pressende und schweißende Fertigung hergestellt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einlauf des Verdichterrades (2) und dem Pumpengehäuse (1) zum Zweck der Abdichtung Labyrinthringe (4) in den Labyrinthringstützen (10) angeordnet sind.
5. Fertigungsverfahren zur Herstellung einer durch pressende und schweißende Fertigung hergestellte Zentrifugalpumpe, wobei das Pumpengehäuse (1), das Verdichterrad (2), die Labyrinthringstützen (10), die Labyrinthringe (4), die Rückwand (5) und das Gehäuse (11) durch Pressverfahren hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Herstellungsprozess des Pumpengehäuses (1) wie folgt abläuft: Eine öffenbare Matrize (17) wird aus einem verschleißfesten metallischen Werkstoff hergestellt, die Innenseite der Matrize weist eine annähernd 360° spiralförmige Kontur auf, ihr Querschnitt ähnelt ungefähr einem Halbkreis, der sich fortlaufend radial nach außen hin vergrößert, die Gegenmatrize (18) umfasst ein press- verformbares flexibles, elastisches Material, die Metallbleche werden in einer röhrenförmigen Einheit mit einem Flansch verpresst, welcher zwischen den Matrizen eingelegt wird, dann werden die Matrizen geschlossen und die aus dem flexiblen bzw. elastischen Material bestehende Gegenmatrize (18) wird expandiert, so dass sich die röhrenförmige Einheit in radialer Richtung in das sich fortlaufend auf annähernd 360° vergrößernde Spiralgehäuse (1), dessen Querschnitt ungefähr einem Halbkreis ähnelt, ausdehnt.
6. Fertigungsverfahren zur Herstellung einer durch pressende und schweißende Fertigung hergestellte Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das flexible und elastische Material, eingebracht in die innere Matrize (19), Polyurethan Kautschuk verwendet wird.