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Hochdruckkreiselpumpe mit Stopfbüchsen Die Erfindung betrifft eine
Hochdruckkreiselpumpe, insbesondere zur Förderung heißer Flüssigkeiten, bei der
auf der Pumpenwelle eine Schutzbüchse vorgesehen ist, die an der Stopfbüchsenpackung
anliegt.
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Die Betriebssicherheit von Kreiselpumpen ist in hohem Maße abhängig
vom Zustand der Stopfbüchsenpackungen. Dies gilt vor allem für schnell laufende
Hochdruckpumpen, insbesondere zur Förderung heißer Flüssigkeiten.
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Langwierige Untersuchungen führten zu den folgenden Feststellungen:
Bestimmend für die Lebensdauer einer Packung sind danach die Umlaufgeschwindigkeit
der Welle, die Höhe des abzudichtenden Druckes vor der Packung und damit die Höhe
des Anpreßdruckes der Packung gegen die Welle, die Höhe der auftretenden Reibung
zwischen Packung und Welle und die dabei auftretende Temperatur an der Packung und
schließlich der Einfluß der Temperatur der Förderflüssigkeit auf die Laufflächen
der Stopfbüchsenpartie.
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Durch die in der Packung eingebundene Fettmenge soll die Reibung zwischen
Packung und Welle möglichst weitgehend verringert werden. Durch hohen Druck und
starke Erwärmung ist aber die verhältnismäßig kleine Fettreserve in relativ kurzer
Zeit völlig verbraucht. Bei geringeren Drücken an der Packung tritt dann an Stelle
der Fettschmierung Schmierung durch Förderflüssigkeit ein, die in kleinen Mengen
dauernd durch die Packungen austreten soll. Durch hohen Innendruck wird die Packung
aber stark verdichtet und gegen die Welle gepreßt und der Zutritt von Schmierflüssigkeit
behindert.
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Durch die an der Lauffläche nunmehr rauhe trockene Packung wird die
glatte Wellen- bzw. Schutzbücbsenoberfläche beschädigt, dadurch die
Reibung
verstärkt und die Packung zeitweise im Drehsinn der Welle mitgerissen und dabei
ungleichförmig verformt. Werden Packungsringe im Drehsinn. mitgerissen, dann wird
dabei das Packungsmaterial in sich verdichtet. Die einzelnen Ringe werden dabei
verkürzt und umfassen die Welle nicht mehr im ganzen Umfang. Die einzelnen Packungsringe
werden, bedingt durch den eintretenden unterschiedlichen Verschleiß; gegeneinander
verdreht, wodurch sich das Packungsmaterial der inneren Ringe durch den Druck der
Flüssigkeit axial in die entstandene Lücke der folgenden Ringe schiebt. Die Ungleichförmigkeit
der Packung steigert sich weiter, die Packung wird immer unelastischer, führt zu
steigendem Verschleiß der Läuferoberflächen undPackungen, ungleichmäßigem Druck
am Umfang des Läufers, zu dessen Durch-Biegung, Anlauf im Pumpenkörper und damit
zum Pumpenschaden.
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Kurz zusammengefaßt sind die Ursachen der Packungsschwierigkeiten:
i. Ungenügende Kühlung der Welle bzw. Stopfbüchsenpackung; 2. ungenügende Verschleißfestigkeit
der Welle bzw. der Schutzbüchse; 3. Umlaufbewegungen der Stopfbüchsenpackungsringe;
q.. Lückenbildung bei den Stopfbüchsenpackungsringen durch Verdichtung und gleichzeitige
Verkürzung der Packungsringe; 5. ungenügende Schmierung der Packung; 6. erforderliche
zusätzliche Fettschmierung- erfordert wieder Schutzeinrichtungen, die das Eindringen
von Schmiermitteln in die Förderflüssigkeit verhindern.
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Die oben-erwähnten Schwierigkeiten werden durch die im nachfolgenden
beschriebenen Maßnahmen behoben.
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Erfindungsgemäß sind in der Schutzbüchse spiralförmige Kanäle, z.
B. in, Form von: Nuten, vorgesehen, durch welche die Welle und die Schutzbuchse
am ganzen Umfang vom Kühlwasser umspült werden. Ferner ist ein axialer Zufluß vorgesehen,
den Kühlwassernuten ein Förderrad vorgeschaltet, oder es werden die spiralförmigen
Kühlwasserkanäle, unter Beachtung der Drehrichtung so eingeschnitten, daß die Wirkung
von, zwei hintereinandergeschalteten Schraubenpumpen erreicht wird, die das Kühlwasser
von- außen. nach innen um die Welle herum leiten und dann den Kühlwassermantel am
inneren Umfang axial von innen nach außen umspülen. Vorteilhaft werden Wellenschutzbüchsen
im Bereich der Packung an der Lauffläche mit einem dünnenMantel aus verschleißfestem
Werkstoff versehen. Ferner werden die Stirnflächen der Stopfbüchsenbrille nach außen
geneigt und mit Nocken versehen ausgebildet und ein weiterer mit Nocken versehener
Ring und eine kräftige Druckfeder vorgesehen, - wodurch die Packung dauernd gegen
die Nocken gepreßt wird. Die Packung wird entgegen allen bisherigen Vorschriften
für Hochdruckpumpen nicht aus einzelnen parallel liegenden Ringen ausgeführt, sondern
vorgepreßt als ein einziges Stück, das spiralförmig gewickelt ist, eingebaut. In
den Stopfbüchsenraum wird, zweckmäßig mittels einer besonderen Fettpresset ein Schmiermittel
eingeführt. Um am ganzen Umfang der Wellenschutzbüchse ein möglichst gleichmäßiges
Austreten von Flüssigkeit zu erzwingen, sind in den Stopfbüchsenraum mit Nocken
versehene Spaltringe eingebaut, Spülkanäle eingearbeitet und entsprechende Anschlußstutzen
vorgesehen.
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-Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels durch die Abbildungen
erläutert.
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Abb. i zeigt den Längsschnitt der neuen Stopfbüchsenkonstruktion,
Abb. z deren Querschnitt.
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i-. Ausreichende Kühlung: Um eine möglichst große Kühlwirkung zu erreichen,
wird die Welle i gekühlt und die durch die Reibung der Packungen :2 entstehende
Wärme an der Wellenschutzbüchse 3 direkt durch das Kühlwasser q. abgeführt. Das
erforderliche Kühlwasser muß nötigenfalls durch ein besonderes Kühlwasserlaufrad
durch die eingearbeiteten Kühlwasserkanäle 5, 6 hindurchgedrückt werden. Durch die
Drehung der Welle und auftretende Zentrifugalkraft werden der Radialeintritt und
Durchfluß erschwert.
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Im vorliegenden Fall ist deshalb Axialeintritt 7 vorgesehen und einwandfreie
Kühlwasserzirkulation erzwungen, indem die eingearbeiteten Kühlwassernuten 5, 6
unter Beachtung der Drehrichtung spiralförmig eingeschnitten werden, wodurch gleichzeitig
die Wirkung von zwei entsprechend hintereinandergeschalteten Schraubenpumpen erreicht
wird.
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2. Erhöhung der Verschleißfestigkeit: Dieser Anforderung wird entsprochen
durch die bereits angeführte intensive Kühlung sowie durch Verwendung von besonders
verschleißfestem Material für die eigentliche Lauffläche der Packung: Die Wellenschutzbüchse
3 erhält deshalb im Bereich der Packung einen dünnen Mantel 8 aus verschleißfestem
Material, der beispielsweise aus einer aufgeschraubten. dünnen Verschleißbüchse
bestehen kann, die nur im Bereich der-Packung verschleißfestes Material aufweist.
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3. Behinderung einer drehenden Bewegung der Packung: Die Stopfbüchsenbrille
9 wird an der packungsseitigen Stirnfläche io nach außen, geneigt ausgeführt, wodurch
der äußere Packungsring von der Welle leicht abgehoben wird.
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Da hierdurch der Anpreßdruck des äußeren Packungsringes gegen die
Welle reduziert wird, wird auch die äußere Schicht der Packung nicht mehr so stark
in den Spalt zwischen Brille und Welle gepreßt, wodurch vorzeitiges Zermahlen der
Packungsschicht in diesem Ringraum vermieden wird. -Um Drehbewegungen der Packungen
möglichst zu verhindern, werden die axialen Druckflächen bei der Packung mit Nocken
1i, i2 versehen, mit deren Hilfe die Packung festgekrallt wird.
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Da das Packungsvolumen während- des Betriebes; wie oben erläutert,
kleiner wird, wird dessen Schwund durch eine -kräftige Feder 13 ausgeglichen, die
Packung dadurch dauernd gegen die Nocken i i und 12 gepreßt. -q.. Vermeidung von
Lückenbildung in den Pakkungen und ungleichförmi.gerPackungsdeformation:
Entgegen
allen bisherigen Vorschriften für Hochdruckpumpen wird die Packung 2 nicht aus einzelnen
parallel liegenden Ringen ausgeführt, sondern als ein Stück, spiralförmig gewickelt,
eingebaut. Anfang und Ende werden entsprechend schräg geschnitten und die Packung
vorgepreßt, um an den seitlichen Druckflächen gleichmäßiges Anliegen zu erreichen.
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5. Schmiermittelzusatz: Der Raum 1:1. zwischen Spiralfedertellern
15 und 16 wird mit Schmiermittel angefüllt, der Förderflüssigkeit also vorgelagert.
Nachfüllen erfolgt über die Bohrungen 17, i$ mittels besonderer Fettpresse.
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6. Sicherung gegen Eintritt von Fett in die Förderflüssigkeit: Es
sind schmale Ringräume i9, 2o vorgesehen, damit am ganzen Umfang ausreichende Druckdifferenzen
vorhanden sind. Deren Ausführung ist möglich durch Einpressen der Ringe 16 und 21,
die mit entsprechenden Distanznocken versehen sind. Über diese Haarspalte i9, 2o
wird Förderflüssigkeit bzw. Schmiermittel über die vorgesehenen Austrittsbohrungen
22, 23 abgeführt. Beim öffnen der zugehörigen Ventile zum Nach füllen des Fettraumes
14 über Stutzen 17 wird über Ringspalt 2o und Stutzen 23 so lange durchgespült,
bis Förderflüssigkeit austritt. Dann wird mittels Fettspritze der Fettraum 14 nachgefüllt,
bis über Ringspalt i9 Fett austritt. Ringspalt 2o wird gleichzeitig über Stutzen
23 ausgeblasen und damit ein Übertritt von Schmiermittel in den Pumpenraum 24 überwacht.