-
Mehrstufige Schleuderpumpe Bei der Erzeugung hoher Drücke mittels
Schleuderpumpen erfordert die Rücksicht auf einen befriedigenden Wirkungsgrad den
Übergang von der einstufigen zur mehrstufigen Bauart. Im Interesse eines einfachen
Aufbaues der Pumpe ist man bestrebt, die Stufenzahl recht niedrig und somit den
Förderdruck der einzelnen Stufen mögliehst hocke zu halten.
-
Der 'hohe Stufendruck bringt aber für die mehrstufigen Kreiselpumpen
üblicher Bauart einen großen Nachteil mit sich: Die zur Trennung der einzelinen
Stufen allgemein verwendeten Spaltdichtungen werden, auch bei reinem Fördermittel,
durch Strahlverschleiß (Erosion) stark angegriffen. Die anfangs sehr engen Spalte
erweitern sich, so daß der Spaltverlust steigt und der Wirkungsgrad unter Umständen
bis zur Betriebsunfähigkeit der Pumpe abnimmt. Auch die Verwendung härtester Werkstoffe
für die Spaltdichtungen kann diesen bei hohen Stufendrücken auftretenden Strahlverschleiß
erfahrurigagemäß nicht verhindern.
-
Im engen Zusammenhang hiermit stehen die großen Schwierigkeiten, die
bei Höchstdruckkreiselpumpen,der Ausgleich des Axialschubes verursacht. Auch die
Ausgleich kolben sind durch enge Spalte abgedichtet, bei deren Verschleiß der Ausgleich
erheblich gestört und somit die Betriebssicherheit der Pumpe gefährdet wird. Die
Anwendung von Ausgleichkolben ist zwar vermeidbar. wenn man die Pumpe mit zweiseitigem
Einlauf versieht: dies bedingt jedoch einen erheblichen baulichen @fehraufwand.-
Die
erfindungsgemäß ausgebildete mehrstufige Schleuderpumpe -neigt auch .bei beliebig
hoben Stufendrücken keinen der angeführten Nachteile, da sie keinerlei Spaltdichtungen
besitzt. Ihre Förderräder bestehen aus an sich bekannten glatten, vollen, an der
Ei.nlaufseite mit Mitnebmerrippen versehenen Scheiben, die mit gewissem Spiel in
:der jeweils zugehörigen Gehäuse'ltammer umlaufen. Das Neuheitsmerkmal der Erfindung
besteht darin, daß die Abdichtung der Druckstufen untereinander sowie die Abdichtung
der letzten Druckstufe nach außen 'hin durch Sperräder erfolgt, die untereinander
gleich sind. Die zur Abdichtung der letzte Druckstufe nach außen hin vorgesehenen
Sperräder bewirken außerdem gleichzeitig den Ausgleich des Axialschubes.
-
Die Abbildungen zeigen beispielsweise eine dreistufige Schleuderpumpe
der erfindungsgemäßen Bauart, und zwar stellt Abb. i einen Längsschnitt, Abb. 2
einen halben Querschnitt 11-II der Abb. i, Ab:b. 3 einen halben Querschnitt III-III
der Abb. i dar.
-
Das Pumpengehäuse besteht aus dem mit dem Einlauf i versehenen Deckel
2, dem Absc'hlußdeckel 3 und einer Anzahl aneinandergereihter Ringglieder 4 bis
i i. Durch Zuganker 12 werden alle Gehäuseteile in bekannter Weise dicht zusaminengehalten..
Die in den Lagern 13, 14 abgestützte Pumpenwelle 15 erhält beispielsweise am linken
Ende ihren nicht dargestellten Antrieb und ist gegen die Gehäusedeckel 2 und 3 durch
die Stopfbüchsen 16 bzw. 17 abgedichtet. Auf ihr sind die Förderräder 18, ig, 2o
und die Sperräder 21 bis 26 befestigt. Sowohl die Förderräder als auch die Sperräder
sind als volle Scheiben ausgebildet, die an einer Seite glatt und auf der anderen
Seite mit llitnehmerrippen 27 bzw. 28 versehen sind. Wie aus Abb. 2 ersichtlich,
sind diese als einfache gerade, radiale Rippen ausgeführt. Sie können aber, insbesondere
bei den Förderrädern, .auch nach Art der Schaufeln gebräuchlicher Kreiselpumpenräder
gekrümmt sein. In gleicher Weise wie die Förderräder und Sperräder sind die Querwände
der Ringglieder 4. bis i i mit Rippen 29 bzw. 30 versehen, und zwar stets an derjenigen
Seite, die der glatten Seite des benachbarten Förder- bzw. Sperrades zugekehrt ist.
Sowohl die Förderräder als auch die Sperräder laufen finit einem gewissen Spiel
in den von den Gehäuseteilen gebildeten Kammern um, so daß also nirgends eine unmittelbare
Berührung umlaufender und stillstehender Teile stattfindet.
-
Die Wirkungsweise der Pumpe ist folgende: Die dem Einlaufstutzen i
zuströmende Förderflüssigkeit wird durch die Mitnehmerrippen oder Schaufeln 27 des
ersten Förderrades 18 in Drehung versetzt und weist bei ihrem Austritt aus dem Rade
an dessen Außenumfang einen gewissen statischen Druck und eine entsprechende kinetische
Energie auf. Unter möglichst vollkommener Umsetzung der letzteren in statischen
Druck wird die Flüssigkeit der nächsten Druckstufe zugeleitet. Dies geschieht hier
beispielsweise, wie aus Abb. 2 und 3 ersichtlich, durch einen Diffusor 31, an den
sich einekohrleitu@ng 32, 33 anschließt. In Abb. i ist .diese UmleitUng .durch den
Linienzug 34 angedeutet. Die Urnsetzu.ng der kinetischen Energie kann natürlich
auch in üblieher Weise durch einen das Förderrad iS voll beaufschlagenden Leitapparat
erfolgen. an den sich ein entsprechender Umleitkanal anschließt. In der von den
Gehäuseteilen 4 und 5 gebildeten Kammer 35 herrscht also der volle, von der ersten
Stufe erzeugte Druck, der um den Betrag der umgesetzten kinetischen Energie höher
ist als der statische Druck am Umfang .des Förderrades 18.
-
Das Zurückströmen der Förderflüssigkeit aus dem Räum 35 um die Querwand
:des Gehäuseteils 4 herum wird erfindungsgemäß durch das Sperrad 2 1 verhindert.
Am inneren Ende seiner Rippen 28 steht die Flüssigkeit unter dem gleichen Druck
wie am Umfang des Förderrades 18, da die an dessen glatter Rückseite befindliche
Flüssigkeit infolge der Rippen 29 nicht mit umläuft. Der Durchmesser,des Sperrades
21 ist nun so gewählt, daß diedurch seine Schaufeln 28 erneut in Drehung versetzte
Flüssigkeit an seinem Umfang etwa auf den in der Kammer 35 herrschenden Druck gebracht
wird. Die Abdichtung erfolgt hier also nicht durch die Drosselwirkung enger, unter
unmittelbarer Einwirkung der Differenzdrücke ,stehender Spalte, sondern durch den
vom Sperrad erzeugten Schleuderdruck. Die bei den bekannten Spaltdichtungen mehrstufiger
Kreiselpumpen auftretenden Erosionen sind hier also auch bei beliebig hohem Stufendruck
nicht zu befürchten. Da ferner das Sperrad« mit einem gewissen Spiel gegenüber den
umgebenden Gehäuseteilen umläuft, ist die Stufenabd,ichtung der erfindungsgemäßen
Bauart überhaupt abnutzungsfrei, so,daß der Pumpenwirkungsgrad auch bei langer Betriebszeit
erhalten bleibt.
-
Von dem Raum 35 aus strömt die Förderflüssigkeit an der glatten Seite
des Sperrades 2i und der Querwand des Gehäuseteils 5 entlang dein -Einlauf des Förderrades
i9 der zweiten Druckstufe zu. Die dem Sperrad 21 zugekehrte Seite des Gehäuseteils
5 wird zweckmäßig mit Leitrippen 30 versehen (s. auch Abb. 3'), die hier
so geformt sind, daß sie der Flüssigkeit vor dein Eintritt in das Förderrad i9 zur
Verringerung des Eintrittsstoßes eine gewisse Vorrotation erteilen. Die Führung
der Flüssigkeit, weitere Druckerhöhung und Stufenabdichtung wiederholen sich genau
wie in der ersten Stufe.
-
Nach Austritt aus dem Förderrad 2o der dritten Stufe strömt die Flüssigkeit
in die durch den Linienzug 36 angedeutete Druckleitung, wobei die kinetische Energie
beispielsweise wieder durch einen an den Ge'häuseteil 7.angesetzten Diffusor entsprechend
31 der Abb. 2 in Druck umgesetzt wird.
-
Der Druckraum 37 der letzten Druckstufe wird nach dem rechten Wellenende
hin durch die Sperrräder 23, 24, 25, 26 abgedichtet, deren Durchmesser :den Förder-
bzw. Sperrädern 18, 21, 19, 22 entsprechen. Das letzte Förderrad 2o ist mit seinen
rückseitigen Rippen 38 gleichzeitig als letztes der Sperräder 23, 24, 25, 26 anzusehen,
.deren Hintereinanderschaltung
ebenfalls den im Raum 37 herrschenden
Druck ergibt. Dieser Druck ist also auch hier ohne Zuhilfenahme verschleißender
Drosselspalte lediglich durch -die Fliehkraftdrücke der Sperräder nach außen abgedichtet.
-
Was den Axialschub anbetrifft, so ist ersichtlich, daß das Förderrad
2o mit seinen beiderseitigen Rippen 27 und 38 in sich ausgeglichen ist. Der Axialschub
der Räder 18, 21, i9, 22 aber wird durch die Sperräder 23, 24, 25, 26 aufgehoben,
die somit außer der Abdichtung gleichzeitig die wichtige Aufgabe des Axialschubausgleiches
erfüllen.
-
Zwischen dem Sperrad 26 und der Stopfbüchse 17 ist in dem Gehäusedeckel
3 noch eine kleine Kammer 39 vorgesehen, die durch eine Rohrleitung 40 mit der Zulaufseite
in Verbindung steht. Wenn der Druck im Raum 37 entsprechend der Pumpenkennfinie
unter den von den Sperrädern 23, 24, 25, 26 einschließlich der Rippen 38 erzeugten
Dichtungsdruck sinkt, so tritt eine schwache Strömung durch das Rohr 4o über die
Kammer 39 und die genannten Sperräder nach dem Raum 37 hin auf. Hierdurch wird gleichzeitig
eine Kühlwirkung erzielt, die eine zu starke Erwärmung der Sperrräder verhindert.
-
Bei großen Fördermengen ist es zweckmäßig, die Pumpe an jedem Ende,
also auch an dem Deckel 3, mit einem Einlauf zu versehen. Die Sperräder 24 und 26
werden dann ebenfalls als Förderräder und die Rippen 38 des Rades 2o als Förderrippen
ausgebildet, so daß sich beide Pumpenhälften rechts und links des Ausströmrohres
36 einander spiegelbildlich gleichen.
-
Der durch die Sperräder 21 und 22 verursachte Reibungsverlust kann
zwecks Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades verringert werden, indem man an Stelle
je einer Scheibe als Stufendichtung deren mehrere kleinere anordnet, die durch ihre
Hintereinanderschaltung .den erforderlichen Dichtungsdruck ergeben. Um .den vollständigen
Axialschubausgleich -beizubehalten, müssen in dem Fall auch die Sperräder 23 und
25 durch die gleiche Anzahl kleinerer Sperräder ersetzt werden, wie überhaupt der
Axialschubausgleich nur dann vollkommen ist, wenn die Sperräder rechts von ;dem
letzten Förderrad 2o bezüglich Größe und Anzahl den Sperr- und Förderrädern links
des Rades 2o gleichen. Die Aufeinanderfolge der größeren und kleineren Räder kann
dabei auf beiden Seiten verschieden sein.
-
Wie Abb. i zeigt, sind die Umfänge der Sperrräder 21 und 22 von vorstehenden
Rändern 41, 42 der Gehäuseteile 4 bzw. 6 überdeckt: Hierdurch vermeidet man Wirbelverluste,
die entstehen würden, wenn die äußeren Enden der Rippen 28 in der nur schwach strömenden
Flüssigkeit der Räume 35 und 43 umlaufen.