DE964742C

DE964742C - Centrifugal pump with vertical shaft and a hydraulic device for sealing the shaft

Info

Publication number: DE964742C
Application number: DEP16612D
Authority: DE
Inventors: Elof Malmvik
Original assignee: JOENKOEPINGS MEK WERKSTADS AKT
Current assignee: JOENKOEPINGS MEK WERKSTADS AKT
Priority date: 1945-07-07
Filing date: 1946-07-08
Publication date: 1957-05-29

Description

Zentrifugalpumpe mit vertikaler Welle und einer hydraulischen Vorrichtung für das Abdichten der Welle Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe mit vertikaler Welle und einer stopfbuchsenlosen hydraulischen Vorrichtung für das Abdichten der Pumpenwelle, die aus einer außerhalb des eigentlichen. Pumpengehäuses und oberhalb des Pumpenlaufrades angeordneten Dichtungskammer besteht, die nach unten mit dem Einlauf der Pumpenkammer in Verbindung steht und in der sich ein an der Pumpenwelle befestigtes und mit Schaufeln versehenes Dichtungsrad zum Umwälzen einer Dichtungsflüssigkeit befindet, wobei die Dichtungskammer als ein mit Flüssigkeit gefüllter Ringraum ausgebildet ist, der gegen die Welle durch eine die Welle umgebende, nach oben gerichtete, feststehende Wand abgegrenzt ist und in den Schaufeln des Dichtungsrad#es hinieinragen.Centrifugal pump with a vertical shaft and a hydraulic device for sealing the shaft The invention relates to a centrifugal pump with vertical Shaft and a glandless hydraulic device for sealing the Pump shaft coming from an outside of the actual. Pump housing and above the pump impeller arranged sealing chamber consists, which is down with the The inlet of the pump chamber is in communication and in which there is a on the pump shaft Fixed and bladed sealing wheel for circulating a sealing liquid is located, wherein the sealing chamber is designed as a liquid-filled annular space is, the one against the shaft by an upwardly directed, fixed one surrounding the shaft Wall is delimited and protrude into the blades of the sealing wheel # it.

Es ist eine Pumpe dieser Art bekann.t, bei der die Schaufeln nur einem Unterdruck im Pumpengehäuse entgegenwirken können. Die Dichtungskammer ist dabei mit einem langen, die Welle umgebenden Steigrohr versehen. Bei Überdruck wird eine besondere, schwere Dichtungsflüssigkeit, wie Quecksilber, verwendet, die in dem Steigrohr hochsteigen kann. Der Aufbau der Dichtungsvorrichtung ist deshalb ziemlich kompliziert und die Pumpe Kanin nur für einen vergleichsweise geringen Überdruck verwendet werden. Beim Stillstand hört die Wirkung der Dichtungsschaufeln auf, wobei das Quecksilber in die zu pumpende Flüssigkeit hineinfließen kann. Eine derartige Pumpe kann. zwar für sehr niedrigen Druck und für Flüssigkeiten mit einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes benutzt werden, wenn aber die Temperatur den Siedepunkt übersteigt, kann die Dichtungsflüssigkeit dem Dampfdruck nicht entgegenwirken.A pump of this type is known in which the blades are only one Can counteract negative pressure in the pump housing. The sealing chamber is included provided with a long riser pipe surrounding the shaft. If there is overpressure, a special, heavy sealing fluid, such as mercury, is used in the Riser pipe can rise. The construction of the sealing device is therefore pretty complicated and the Kanin pump only for a comparatively low overpressure be used. At a standstill, the action of the sealing vanes ceases, whereby the Mercury can flow into the liquid to be pumped. Such a pump can. for very low pressure and for liquids with a temperature below the boiling point, but if the temperature exceeds the boiling point, the sealing liquid cannot counteract the vapor pressure.

Die der Erfindung zugrunde liegen-de Aufgabe besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und eine derartige Pumpe auch für die Förderung heißer Flüssigkeiten geeignet zu machen, indem die Dichtung auch unter der Wirkung von Dampfdruck sowohl im Betrieb als auch beim Stillstand funktionsfähig bleibt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Außenwand der Dichtungskammer in an sich bekannter Weise mit einer Kühleinrichtung #nersehen ist und daß die Dichtungskammer gegenüber der Außenluft durch eine, Dichtung ab.-gedichtet ist, die in an sieh ebenfalls bekannter Weise aus einer die Welle ringförmig umgebenden Ventilplatte besteht, die längs ihr-es einen Randes befestigt ist und deren anderer Rand beim Entstehen eines inneren Überdruckes gegen. einen Ansatz dichtend anpreßbar ist.The underlying task of the invention is to achieve this To eliminate disadvantages and such a pump for pumping hot liquids suitable to make by the seal both under the action of steam pressure remains functional during operation as well as at a standstill. This is what makes this job solved that the outer wall of the sealing chamber in a known manner with a Cooling device # can be seen and that the sealing chamber against the outside air is sealed off by a seal, which is also known in its own way consists of a valve plate which surrounds the shaft in a ring shape and which runs along it one edge is attached and the other edge when an internal overpressure occurs against. an approach can be pressed sealingly.

Als Dichtungsflüssigkeit kann die zu fördernde Flüssigkeit dienen. Das Dichtungsrad ist vorzugs--weise als beidseitig abgedecktes Schleude#rrad ausgebildet und mit der Eintrittsöffnung nach oben gerichtet, die sich innerhalb eines aufrechten zylin,drischen Flansches des Dichtungsrades befindet, wobei zwischen diesem Flansch und einem äußeren feststehenden Teil ein ringförmiger Leckspalt für die Dichtungsflüssigkeitderart angeordnet ist, daß die- durchfließende Flüssigkeit der Eintrittsöffnung des Dichtungsrades zugeführt ist. Die Außenwand der ringförmigen Dichtungskammer ka.nn auf der Kühlmittelseite mit Kühlrippen versehen sein, da solche Rippen auf der mit der ro#tierenden Abdichtungsflüssigkeit in Berührung kornmenden Seite der Außenwand vergrößerte Reeibungsverluste ergeben würden, welche ein Erhitzen der Abdichtungsflüssigkeit zur Folge hätten.The liquid to be conveyed can serve as the sealing liquid. The sealing wheel is preferably designed as a centrifugal wheel that is covered on both sides and with the inlet opening facing upwards, which is within an upright cylin, drischen flange of the sealing wheel is located, between this flange and an outer fixed part, an annular leakage gap for the sealing liquid such is arranged that the liquid flowing through the inlet opening of the sealing wheel is fed. The outer wall of the annular seal chamber ka.nn on the coolant side be provided with cooling fins, since such fins on the with the rotating sealing liquid result in increased friction losses in contact with the graining side of the outer wall which would result in heating of the sealing liquid.

Wenn ferner die Abdichtungsflüssigkeit z. B. aus konzentrierter Schwarzlauge besteht, die eine -hohe Temperatur hat, findet stets eine gewisse Verdampfung in der Abdichtungsvorrichtung statt, wodurch die Schwarzlauge noch konzentrierter und zu viskos wird. Wenn andererseits die Schwarzlange durch Kühlung unter eine gewisse Temperatur gebracht wird, kann die Flüssigkeit erstarren und eine Bremsung bewirken. Dieser Nachteil kann gemäß einer Ausführungsforrn der Erfindung dadurch behoben -werden, daß die hvdraulische Ab- dichtungsvorrichtung mit der Druikseite der Zentrifugalpurnpe durch eine Leitung und mit der Saugseite durch einen ringförmigen, die Welle umgebenden Spalt in Verbindung steht.Further, when the sealing liquid is e.g. B. consists of concentrated black liquor, which has a high temperature, there is always some evaporation in the sealing device, whereby the black liquor is even more concentrated and too viscous. If, on the other hand, the black long tail is brought below a certain temperature by cooling, the liquid can solidify and cause braking. This disadvantage can -Be remedied by according to a Ausführungsforrn the invention that the waste is hvdraulische sealing device with the Druikseite the Zentrifugalpurnpe through a conduit and with the suction side by a ring, surrounding the shaft gap in combination.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist schematisch in der Zeichnung im senkrechten Schi-litt gezeigt.One embodiment of the subject matter of the invention is schematic shown in the drawing in the vertical Schi-litt.

Das untere Ende der senkrechten Welle i ist mit einem Laufrad 2 in dem Gehäuse 4 versehen, das einen Einlaß 3 besitzt. Dieser Einlaß und ein ringförmiger Raum 5 sind durch eine Zwischenwand 6 getrennt. Im Raum 5 weist das an der Welle befestigte Dichtungsrad 7 zwei Scheiben 8 und 9 mit Schaufeln io auf, so daß ein geschlossenes Dichtungsrad mit einem aufwärts gerichteten Einlaß i i gebildet ist. Die Scheibe 9 ist auf ihrer Unterseite mit einem ringförmigen Flansch 12 und einer Anzahl von Schaufeln 13 von verhältnismäßig kurzer radialer Ausdehnung versehen. Diese Schaufeln, und der Flansch liegen in einer Tasche, die im unteren Teil des ringförmi-l'n Raumes 5 durch eine Wand in Gestalt eines von der Zwischenwand 6 sich aufwärts erstreckenden Flansches 14 gebildet ist, der die Welle möglichst eng umgibt.The lower end of the vertical shaft i is provided with an impeller 2 in the housing 4 which has an inlet 3 . This inlet and an annular space 5 are separated by a partition 6 . In space 5 , the sealing wheel 7 attached to the shaft has two disks 8 and 9 with blades io, so that a closed sealing wheel is formed with an upwardly directed inlet ii. The disc 9 is provided on its underside with an annular flange 12 and a number of blades 13 of relatively short radial extent. These blades and the flange lie in a pocket which is formed in the lower part of the annular space 5 by a wall in the form of a flange 14 which extends upward from the intermediate wall 6 and which surrounds the shaft as closely as possible.

Die Innenfläche der Zwischenwand 6 bildet die zylindrische Fläche 15, welche koaxial zur Welle ist und eine beträchtliche axiale Länge hat. Der Zwischenraum zwischen der Fläche 15 und der zylindrischen Nabe des Dichtungsrades 7 ist so klein als möglich, ohne zu gestatten, daß beide Flächen einander berühren. Auch der Flansch 14 und der entsprechende Teil der Scheibe 9 sind durch einen gleichen Zwischenraum voneinander getrennt. Die Scheibe 8 ist nahe dem Einlaß des Dichtungsrades mit einem aufrechten zylindrischen Flansch 16 versehen, der in einem feststehenden zylindrischen Flansch 17 umläuft und von diesem durch einen so kleinen Zwischenraum getrennt ist, daß zwischen den beiden zylindrischen Flächen nur eine geringfügige Un#dichtigleit auftritt. Der Flansch 17 ist ferner mit einer Verlängerung 18 versehen, die abwärts gebogen ist, um den Flansch 16 auf solche Weise zu umfassen, daß die durch den Zwischenraum zwischen den Flanschen 16 und 17 (Leckspalt) hindurchtretende Flüssigkeit nach dem Einlaß des Schaufelrades gerichtet ist. ig ist ein fester Gummiring, der in geringem Abstand vorn Bund 2o der Welle angeordnet ist. Wenn die Pumpe läuft, wird ein Durchlaß zwischen dem Ring ig und dem Bund 2o gebildet, aber wenn die Pumpe stillsteht, wird der Ring ig durch den Druck in der Förderleitung dicht gegen den Flansch 2o gepreßt, so daß die Pumpe gegen Undichtigkeit abgedichtet wird. Der Raum 5 steht mit der D!ruclizse-it-e der Pumpe mittels des RohreS 21 in Verbindung, welches mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Regelventil versehen sein kann. Wenn die unter Druck der Pumpenflüssigkeit stehende Pumpe angelassen wird und der Ringraum 5 mit der Flüssigkeit gefüllt ist, entleert das Dichtut.gsrad 7 sogleich den Zwischenraum über dem Einlaß i i, so daß die Ventilplatte ig entlastet wird und vom Flansch:2o freikommt. Die herausgedrückte Flüssigkeit drückt eine entsprechende Meiig-- von Flüssigkeit entgegen der Wirkung der Schaufeln 13 aus dem Raum 5 abwärts durch den Spalt zwischen der Fläche 15 und der Nabe. Etwas Flüssigkeit tritt auch durch den Leckspalt zwischen 16 und 17 hindurch, wird jedoch sogleich durch das Dichtungsrad zum Raum 5 zurückgedrückt. Das Dichtungsrad muß so ausgebildet sein, daß es gegen den Druck im Raum 5 fördern kann. Es kann dann die durch den Leckspalt hindurchtretende geringe Flüssigkeitsmenge mit kleinem Leistungsverbrauch kontinuierlich fördern, und das Hindurchlecken der Flüssigkeit zwischen der Ventilplatte ig und dem Flansch 2o wird somit wirksam verhindert. Die, durch den LeckspaIthindurchtretende Flüssigkeitsmenge kann ferner verringert. werden, wenn die Scheibe 8 auf ihrer Oberseite mit Schaufeln versehen ist, -,velche den Druck im Leckraum herabsetzen.. Mittels der gezeigten Vorrichtung ist es möglich, hydraulisch gegen Drücke von 40 in Wassersäule oder mehr abzudichten.The inner surface of the intermediate wall 6 forms the cylindrical surface 15, which is coaxial with the shaft and has a considerable axial length. The gap between the surface 15 and the cylindrical hub of the sealing wheel 7 is as small as possible without allowing the two surfaces to touch each other. The flange 14 and the corresponding part of the disc 9 are also separated from one another by the same space. The disc 8 is provided near the inlet of the sealing wheel with an upright cylindrical flange 16 which runs around in a fixed cylindrical flange 17 and is separated from this by such a small gap that only a slight unleaking occurs between the two cylindrical surfaces. The flange 17 is further provided with an extension 18 which is bent downward to encircle the flange 16 in such a way that the liquid passing through the space between the flanges 16 and 17 (leakage gap) is directed towards the inlet of the impeller. ig is a solid rubber ring, which is arranged at a small distance from the collar 2o of the shaft. When the pump is running, a passage is formed between the ring ig and the collar 2o, but when the pump stands still, the ring ig is pressed tightly against the flange 2o by the pressure in the delivery line, so that the pump is sealed against leakage. The space 5 is connected to the discharge of the pump by means of the pipe 21, which can be provided with a control valve not shown in the drawing. When the pump, which is under pressure from the pump fluid, is started and the annular space 5 is filled with the fluid, the sealing gear wheel 7 immediately empties the space above the inlet ii, so that the valve plate ig is relieved and comes free from the flange: 2o. The pressed out liquid pushes a corresponding amount of liquid against the action of the blades 13 out of the space 5 downwards through the gap between the surface 15 and the hub. Some liquid also passes through the leakage gap between 16 and 17, but is immediately pushed back to space 5 by the sealing wheel. The sealing wheel must be designed in such a way that it can convey against the pressure in space 5. It can then continuously convey the small amount of liquid passing through the leakage gap with little power consumption, and the leakage of the liquid between the valve plate ig and the flange 2o is thus effectively prevented. The amount of liquid passing through the leakage gap can also be reduced. if the disc 8 is provided with blades on its upper side, -, velche reduce the pressure in the leakage space. By means of the device shown, it is possible to hydraulically seal against pressures of 40 in water column or more.

Wenn der Unterdruck am Einlaß der Pumpe vorhanden ist, würde die Flüssigkeit im Abdichtungsraum bestrebt sein, in den Einlaß 3 zurückzufließen. Dies wird jedoch durch die Schaufeln, 13 verhindert, wobei sich ein Gleichgewichtszustand zwischen der Wirkung der Schaufeln io und der Saugwirkung am Pumpen#einlaß einerseits und der Wirkung der Schaufeln 13 andererseits einstellt. Die Schaufeln 13 bilden somit eine Abdichtung entgegen der Saugwirkung vorn Pumpeneinlaß. Das Schaufelrad 7 mit den Schaufeln io und 13 wird. daher in jedem Fall in Übereinstimmung mit den Druck- und Saughöhen bemessen. Wenn. im Augenblick des Anlassens der Pumpe der Raum 5 mit Luft gefüllt und Unterdruck am Einlaß der Pumpe vorhanden ist, kann die Pumpenflüssigkeit durch die Leit1111g21 von der Druckseite der Pumpe her in den Raum 5 gedrückt werden, wobei die Luft von der Ventilplatte ig entweicht. Das Ventil im Rohr 21 kann, danach so weit geschlossen werden, daß eine normale Zirkulation der Flüssigkeit durch die Abdichtungsvorrichtung erhalten bleibt.If the negative pressure is present at the inlet of the pump, the liquid in the sealing space would tend to flow back into the inlet 3. However, this is prevented by the blades 13 , whereby a state of equilibrium is established between the action of the blades and the suction action at the pump inlet on the one hand and the action of the blades 13 on the other. The blades 13 thus form a seal against the suction from the pump inlet. The paddle wheel 7 with the blades io and 13 is. therefore always dimensioned in accordance with the pressure and suction heights. If. As soon as the pump is started, space 5 is filled with air and there is negative pressure at the inlet of the pump, the pump liquid can be pressed through the duct 1111g21 from the pressure side of the pump into space 5 , the air escaping from the valve plate ig. The valve in the pipe 21 can then be closed so far that normal circulation of the liquid through the sealing device is maintained.

Wenn eine Flüssigkeit von ioo' C oder mehr unter einem gewissen Druck gepumpt wird, wird augenscheinlich im Dichtungsrad 7 der Druck gegen die Nahe des Rades hin herabgesetzt, so daß die Flüssigkeit im Dichtungsrad sieden und der Dampf in die Luft entweichen könnte. Das Sieden würde einen weiteren Nachteil zur Folge haben, der darin besteht, daß das spezifische Gewicht der Flüssigkeit im Dichtungsrad herabgesetzt wird, so daß der im Rad erzeugte Druck auch herabgesetzt wird und die Abdichtungswirkung vereitelt ist. Um diesen Nachteil zu beheben, wird daher der Raum 5 mit einem ringförmigen Kühlkanal 24 versehen, dessen, untere Wand mit inneren Kühlflanschen versehen ist und die obere Wand des ringförinigen Raumes 5 bildet. Durch Fördern von Kühlwasser oder Luft durch den Kühlkanal ist es möglich, besonders die Flüssigkeit, welche durch den Leckspalt zwischen den Flanschen 16, 17 hindurchgeht, in das Schaufelrad bei einer zur Verhiiiderung des Siedens genügend tiefen Temperatur eintreten; zu lassen und dadurch im Raum 5 zu erhalten. Durch die Leitung2i wird nur eine solche N.-lenge der Pumpflüssigkeit in den Raum 5 übertragen, daß die notwendige Zirkulation durch den Raum 5 und zurück zum Pumpeneinluß erhalten wird, um zu verhindern, daß die Viskosität der Abdichtungsflüssigkeit in unerwünschtem Maß durch Verdampfen erhöht wird. Falls ein Schaden an der Pumpe auftritt und die Abdichtungsflüssig# keit ausfließt, 'kann sie durch eine Leitung 25 einem Sammelbehälter zugeführt werden. Obschon nur eine Ausführungsform des KühlkaiialS 24 und der Verbindungsleitung 2-1 gezeigt ist, ist es jedoch klax, daß verschiedene Abänderungen möglich sind, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen.When a liquid of 100 ° C or more is pumped under a certain pressure, the pressure in the seal wheel 7 is apparently reduced towards the vicinity of the wheel, so that the liquid in the seal wheel could boil and the vapor could escape into the air. Boiling would result in a further disadvantage, which is that the specific gravity of the liquid in the sealing wheel is reduced, so that the pressure generated in the wheel is also reduced and the sealing effect is thwarted. In order to remedy this disadvantage, the space 5 is therefore provided with an annular cooling channel 24, the lower wall of which is provided with internal cooling flanges and which forms the upper wall of the annular space 5 . By conveying cooling water or air through the cooling channel, it is possible, especially the liquid which passes through the leakage gap between the flanges 16, 17, to enter the paddle wheel at a temperature sufficiently low to prevent boiling; to leave and thereby get in room 5 . Only such an N.-length of the pump liquid is transferred into the space 5 through the line 2i that the necessary circulation through the space 5 and back to the pump inlet is obtained in order to prevent the viscosity of the sealing liquid from being increased to an undesirable extent by evaporation . If the pump is damaged and the sealing liquid flows out, it can be fed through a line 25 to a collecting container. Although only one embodiment of the cooling channel 24 and the connecting line 2-1 is shown, it is clear, however, that various modifications are possible without departing from the principle of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Centrifugal pump with vertical shaft and a glandless hydraulic device for sealing the pump shaft, which consists of a sealing chamber arranged outside the actual pump housing and above the pump impeller, which is connected to the pump chamber, preferably with its inlet, and in which is attached to the pump shaft and provided with blades sealing wheel for circulating a sealing liquid, the sealing chamber as a. annular space filled with liquid is formed, which is delimited from the shaft by an upwardly directed fixed wall surrounding the shaft and protruding into the blades of the sealing wheel, characterized in that the outer wall of the sealing chamber (5) in a manner known per se is provided with a cooling device (24) and that the sealing chamber (5) is sealed off from the outside air by a seal which, in a manner also known per se, consists of a valve plate (ig) which surrounds the shaft in an annular manner and which is fastened along its one edge and the other edge of which can be pressed sealingly against a shoulder (2o) when an internal overpressure arises.

2. Centrifugal pump according to claim i, characterized in that the sealing wheel (7) is designed as a known, bilaterally covered centrifugal wheel and that the inlet opening of the sealing wheel is directed upwards and is located within an upright cylindrical flange of the sealing wheel and that between Flange and an outer stationary part (17) an annular leakage gap for the sealing liquid is arranged in such a way that the liquid flowing through is fed to the inlet opening of the sealing wheel in a manner known per se. 3. Centrifugal pump according to claim 2, characterized in that the stationary part (17) which delimits the leakage gap b-has an extension (18) which deflects the liquid flowing through it down to the inlet opening of the sealing wheel. 4. Centrifugal pump according to one of claims i to 3, characterized in that a downwardly extending Flansc4 (12) is arranged on the part of the lower disk (9) of the sealing wheel (7) which is located on the shaft, on the inside of which radial blades (13) are located. 5. Centrifugal pump according to claim 4, characterized in that the flange (12) protrudes into the liquid-filled annular space of the sealing chamber. 6. Centrifugal pump according to one of claims i b - is 5, characterized in that the outer wall of the sealing chamber on the cooling medium Iseite with known per se. Provide cooling fins. is. 7. Centrifugal pump according to one of claims i to 6, characterized in that the sealing chamber (5) with the pressure side of the centrifugal pump through a line (21) and with the suction side through the ring-shaped gap (15) between the liquid-filled ring roughness against the shaft defining wall (14) and the shaft (i) is in connection. Considered publications-German Patent Specifications Nos. 453 2-09, 471 98o, 495 174, 496 363; Swiss Patent No. 226 992; British Patent No. 535 747, 559 o86. USA. Patent No. 1,346,926, 1 8o6 929, 2,127,865. Z. d. VDI, 1941, p. 123, Fig. 7; VDI supplement "Verfahretistechnik" (1938), No. i, p. 81 1 0, 12; Ritter, "FlÜssigl <eitsPurr'Pen,", 3rd edition (1942), Figs. 284, 285, 2.86 and 2go; Pfleiderer, "Die Kreiselpumpen", 2nd edition, Abh. 1 5 5 b "1 5 b and: 278 a, 3rd edition, Fig. 242.