EP0484582A1 - Kreiselpumpe zur Förderung heisser Flüssigkeiten - Google Patents

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EP0484582A1
EP0484582A1 EP90121433A EP90121433A EP0484582A1 EP 0484582 A1 EP0484582 A1 EP 0484582A1 EP 90121433 A EP90121433 A EP 90121433A EP 90121433 A EP90121433 A EP 90121433A EP 0484582 A1 EP0484582 A1 EP 0484582A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/128—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump for conveying especially hot liquids with at least one shaft passage through the pump housing to the outside and seals the shaft passage by means of a mechanical seal and a flushing and cooling flow branched off from the pumped medium for the mechanical seal, which from a room higher pressure, preferably the Pressure, spiral or spiral side space of the pump is removed and through at least one channel formed in the housing cover, an annular gap formed between the housing cover and an intermediate housing inserted into the housing cover from the impeller side and from this near the sealing surface of the mechanical seal into the ones containing the mechanical seal Seal space is guided and after flowing through the seal space through a throttle gap is supplied to a room of low pressure of the pump.
  • the flushing and cooling flow is removed from the spiral side space, via a setting throttle, the channel in the housing cover and then fed to an annular gap that is narrow and axial is elongated to serve in the heat exchange with the surface of the housing cover of the cooling.
  • the current emerges from the annular gap axially parallel in the seal chamber. Before it is deflected to the sealing gap area at the end of the sealing space, it runs through a distance which lies in the area of the liquid which is caused to rotate by the mechanical seal. This will distract him and therefore affect the intensity of his cooling effect in the sealing gap area.
  • Throttling still occurs when the flushing and cooling flow leaves the sealing chamber through the throttling gap and the shaft bearing; however, the throttling effect provided in the flow path upstream of the sealing space leads to a comparatively low pressure in the sealing space, which favors the formation of gas bubbles.
  • a pump (DE-Q 86 01 166), in which the flushing and cooling flow is fed through a radial bore of the intermediate housing to the sealing space, an annular space being provided between the intermediate housing and the housing cover, which the current from the channel in Feeds the housing cover of the hole in the intermediate housing.
  • Such an arrangement has the disadvantage that the flushing and cooling occur unevenly due to one-sided impingement of the flushing and cooling flow on the sealing arrangement, which on the one hand leads to thermal distortion and erosion of the mechanical seal and on the other hand can lead to the accumulation of gas bubbles in the seal space.
  • the invention has for its object to improve the heat dissipation from the mechanical seal.
  • the solution according to the invention consists in that a distribution annular space is arranged between the channel and the annular gap, the width of which is a multiple of the annular gap directed with the radial directional component on the sealing surface area of the mechanical seal, and that the pressure drop in the throttle gap is several times greater than the pressure drop from the higher pressure space to the seal space.
  • the annular gap should be directed as steeply as possible towards the sealing surface area, namely at an angle of less than 60 ° to the axis.
  • the annular gap should be directed at the sealing gap itself or at the area immediately adjacent to it on the side facing away from the throttle gap, since the increased heat transfer coefficient in the region of the deflection of the current results in better cooling of the sealing gap area. It can also be achieved by this feature that the free path of the current in the seal chamber briefly and thus the risk of its impairment by the liquid rotating in the seal chamber is low.
  • the throttle gap which is arranged between a fixed housing part and a part rotating with the shaft, is arranged according to the invention with the smallest possible diameter, because in this way the greatest possible pressure drop can be set.
  • the shaft sleeve can also be understood to mean a hub part of the impeller or the like.
  • the throttle gap is expediently designed to be bearing-free so as not to be determined by the bearing dimensions.
  • a housing insert for accommodating the counter ring of the mechanical seal is expediently arranged in the housing cover and, together with the intermediate housing, forms the annular gap.
  • an impeller 4 rotates on the shaft 5.
  • a spiral side space 7 is arranged, of which a bore 8 in the housing cover 10 has liquid as a flushing and cooling flow for the mechanical seal 14, 15 transported into the distribution annulus 9, which is limited by the housing cover 10, the intermediate housing 11 and Housing insert 12.
  • the channel 8 and the distribution annulus 9 are designed with a large flow cross-section in order to supply the liquid with little pressure loss and evenly distributed over the circumference to the annular gap 13 which is formed between conical surfaces of the intermediate housing 11 and the housing insert 12 which are located opposite one another.
  • the cooling and rinsing liquid is supplied to the mechanical seal evenly distributed over the circumference via this annular gap.
  • the flushing and cooling flow is either directed directly at the sealing gap, which lies radially between the sliding ring 14 and the counter ring 15 of the mechanical seal, or at the area immediately adjacent to the sealing gap, and preferably on the side facing away from the throttle gap.
  • the current should reach the sealing gap as long as it is still being deflected and thereby ensures a high heat transfer coefficient. It is also achieved by the invention that the current reaches the area of the sealing gap before it can be weakened, loosened or rotated by rotating parts of the seal or by the rotating area of the liquid. As a result, the area in which the gas bubbles are preferably located near the mechanical seal is pushed away from the sealing gap area.
  • the flushing and cooling flow flowing out of the sealing gap area transports the gas and air bubbles present in this area.
  • the flushing and cooling flow then sweeps in the axial direction across the mechanical seal through the sealing space 16 and, possibly loaded with gas or air bubbles, is fed back to the pump space through the throttle gap 17.
  • the throttle gap is formed between the wall 18 projecting radially inward from the intermediate housing 11 and the hub of the impeller 4.

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Abstract

Kreiselpumpe zur Förderung von insbesondere heißen Flüssigkeiten mit mindestens einem Wellendurchtritt durch das Pumpengehäuse nach außen und Abdichtung des Wellendurchtritts mittels einer Gleitringdichtung (14, 15) sowie einem aus dem Fördermedium abgezweigten Spül- und Kühlstrom für die Gleitringdichtung. Dieser Strom wird von einem Raum höheren Drucks, dem Druckraum (3), Spiralraum (6) oder Spiralseitenraum (7) der Pumpe entnommen und durch wenigstens einen in einem Gehäusedeckel (10) vorgesehenen Kanal (8) einem zwischen dem Gehäusedeckel (10) und einem von der Laufradseite in den Gehäusedeckel eingesetzten Zwischengehäuse (11) gebildeten Ringspalt (13) und von diesem nahe der Dichtfläche der Gleitringdichtung (14, 15) in den die Gleitringdichtung enthaltenden Dichtungsraum geführt. Nach dem Durchfließen des Dichtungsraums (16) wird der Strom über einen Drosselspalt (17) einem Raum niederen Drucks der Pumpe zugeführt. Zur Verbesserung der Spül- und Kühlwirkung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen dem Kanal (8) und dem Ringspalt (13) ein Verteilungsringraum angeordnet ist, dessen Weite ein Mehrfaches des mit radialer Richtungskomponente auf den Dichtflächenbereich der Gleitringdichtung (14, 15) gerichteten Ringspalts (13) ist und daß der Druckabfall im Drosselspalt (17) mehrfach größer als der Druckabfall von dem Raum höheren Drucks (7) zum Dichtungsraum (14) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung von insbesondere heißen Flüssigkeiten mit mindestens einem Wellendurchtritt durch das Pumpengehäuse nach außen und Abdichtungen des Wellendurchtrittes mittels einer Gleitringdichtung sowie einem aus dem Fördermedium abgezweigten Spül- und Kühlstrom für die Gleitringdichtung, der von einem Raum höheren Drucks, vorzugsweise dem Druck-, Spiral- oder Spiralseitenraum der Pumpe, entnommen wird und durch wenigstens einen in dem Gehäusedeckel gebildeten Kanal einem zwischen dem Gehäusedeckel und einem von der Laufradseite in den Gehäusedeckel eingesetzten Zwischengehäuse gebildeten Ringspalt und von diesem nahe der Dichtfläche der Gleitringdichtung in den die Gleitringdichtung enthaltenden Dichtungsraum geführt ist und nach Durchfließen des Dichtungsraums über einen Drosselspalt einem Raum niederen Drucks der Pumpe zugeführt ist.
  • Bei einer bekannten Pumpe dieser Art (DE-A 34 38 662, Fig. V und VI) wird der Spül- und Kühlstrom dem Spiralseitenraum entnommen, über eine der Einstellung dienende Drossel dem Kanal im Gehäusedeckel und anschließend einem Ringspalt zugeführt, der eng und axial langgestreckt ausgeführt ist, um im Wärmeaustausch mit der Oberfläche des Gehäusedeckels der Kühlung zu dienen. Der Strom tritt aus dem Ringspalt achsparallel in den Dichtungsraum ein. Bevor er am Ende des Dichtungsraums zum Dichtspaltbereich umgelenkt wird, durchläuft er eine Strecke, die in dem Bereich der durch die Gleitringdichtung in Rotation versetzten Flüssigkeit liegt. Diese wird ihn ablenken und daher die Intensität seiner Kühlwirkung im Dichtspaltbereich beeinträchtigen. Er wird auch selbst eine Rotationskomponente erhalten, die deshalb besonders ungünstig ist, weil in rotierender Flüssigkeit die darin evtl. befindlichen Gasblasen aufgrund der Zentrifugalwirkung nach innen gedrängt werden, wo sie die Gleitringdichtung vom Kühlstrom abschirmen und somit die Kühlwirkung beeinträchtigen. Auch der unmittelbare Dichtspaltbereich wird davon betroffen, wenn der Spül- und Kühlstrom dort bereits mit einer Rotationskomponente seiner Bewegung ankommt, zumal wenn an der Stelle des Dichtspalts der Durchmesser der Gleitringdichtung geringer als in der Nachbarschaft ist. Ferner ist bei der bekannten Pumpe nachteilig, daß ein beträchtliches Druckgefälle im Strömungsweg vor dem Dichtungsraum stattfindet, das zum einen durch die im Hinblick auf die Kühlwirkung vorgesehene Enge und Länge des Ringspalts verursacht ist und zum anderen durch eine am Beginn es Kanals vorzusehende Drossel noch gesteigert werden kann. Zwar findet eine Drosselung auch dann noch statt, wenn der Spül- und Kühlstrom den Dichtungsraum durch den drosselnd wirkenden Spalt das Wellenlager verläßt; jedoch führt die im Strömungsweg vor dem Dichtungsraum vorgesehene Drosselwirkung zu einem vergleichsweise geringen Druck im Dichtungsraum, der die Gasblasenentstehung begünstigt.
  • Bekannt ist auch eine Pumpe (DE-Q 86 01 166), bei der der Spül- und Kühlstrom durch eine Radialbohrung des Zwischengehäuses dem Dichtungsraum zugeführt wird, wobei zwischen dem Zwischengehäuse und dem Gehäusedeckel ein Ringraum vorgesehen ist, der den Strom von dem Kanal im Gehäusedeckel der Bohrung des Zwischengehäuses zuführt. Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß durch einseitiges Auftreffen des Spül- und Kühlstroms auf die Dichtungsanordnung die Spülung und Kühlung ungleichmäßig erfolgen, was einerseits zu thermischem Verzug und Erosion der Gleitringdichtung und andererseits zu Ansammlung von Gasblasen im Dichtungsraum führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmeabfuhr von der Gleitringdichtung zu verbessern.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß zwischen dem Kanal und dem Ringspalt ein Verteilungsringraum angeordnet ist, dessen Weite ein Mehrfaches des mit radialer Richtungskomponente auf den Dichtflächenbereich der Gleitringdichtung gerichteten Ringspalts ist und daß der Druckabfall im Drosselspalt mehrfach größer als der Druckabfall von dem Raum höheren Drucks zum Dichtungsraum ist.
  • Dadurch wird erreicht, daß ein über den Umfang gleichmäßiger Kühlstrom auf den Dichtspaltbereich einwirkt, der eine gleichmäßige und intensive Kühlung bewirkt. Zweitens wird gewährleistet, daß Gas- oder Luftbläschen, die sich in diesem Bereich ansammeln, von der Flüssigkeit mitgenommen und aus dem Gleitringdichtungsraum heraustransportiert werden. Drittens wird durch die Beeinflussung des Druckgefälles in solcher Weise, daß im Dichtungsraum ein vergleichsweise hoher Druck herrscht, die Gasblasenbildung vermindert und die Gefahr von Verdampfung im Dichtspalt herabgesetzt. Unter der im Anspruch erwähnten Weite des Ringraums bzw. Ringspalts sind jeweils die Abmessungen quer zur Strömungsrichtung zu verstehen.
  • Der Ringspalt sollte möglichst steil auf den Dichtflächenbereich gerichtet sein, nämlich unter einem Winkel von weniger als 60° zur Achse.
  • Der Ringspalt sollte auf den Dichtspalt selbst oder auf den ihm auf der dem Drosselspalt abgesandten Seite unmittelbar benachbartem Bereich gerichtet sein, da sich die im Bereich der Umlenkung des Stroms erhöhte Wärmeübergangszahl in besserer Kühlung des Dichtspaltbereichs auswirkt. Auch läßt sich durch dieses Merkmal erreichen, daß der freie Weg des Stroms in dem Dichtungsraum kurz und damit die Gefahr seiner Beeinträchtigung durch die in dem Dichtungsraum rotierende Flüssigkeit gering ist.
  • Damit ein möglichst großer Teil des vor dem Dichtungsraum zur Verfügung stehenden Druckabfalls durch Druck-Geschwindigkeitsumsetzung im Ringspalt der Bildung eines intensiven Spül- und Kühlstrahls zugute kommt, sollte der größte Teil dieses Druckabfalls in dem Ringspalt stattfinden.
  • Der Drosselspalt, der zwischen einem feststehenden Gehäuseteil und einem mit der Welle umlaufenden Teil angeordnet wird, wird nach der Erfindung bei möglichst geringem Durchmesser angeordnet, weil auf diese Weise der größtmögliche Druckabfall eingestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Drosselspalt zwischen der Welle oder einer Wellenhülse einerseits und einer radial nach innen gezogenen Wand des Zwischengehäuses andererseits gebildet ist. Unter der Wellenhülse kann auch ein Nabenteil des Laufrads oder dergleichen verstanden werden. Der Drosselspalt wird zweckmäßigerweise lagerfrei ausgeführt, um nicht durch die Lagerabmessungen festgelegt zu sein. Zweckmäßigerweise wird in dem Gehäusedeckel ein Gehäuseeinsatz zur Aufnahme des Gegenrings der Gleitringdichtung angeordnet, der zusammen mit dem Zwischengehäuse den Ringspalt bildet.
  • Die Erfindung wird im Folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel in einer Figur im schematischen Längsschnitt darstellt.
  • In dem Pumpengehäuse 1 mit Saugstutzen 2 und Druckstutzen 3 rotiert ein Laufrad 4 auf der Welle 5. Seitlich der Spirale 6, die das Laufrad umgibt, ist ein Spiralseitenraum 7 angeordnet, von dem eine Bohrung 8 in dem Gehäusedeckel 10 Flüssigkeit als Spül- und Kühlstrom für die Gleitringdichtung 14, 15 in den Verteilungsringraum 9 transportiert, der begrenzt wird von dem Gehäusedeckel 10, dem Zwischengehäuse 11 und dem Gehäuseeinsatz 12. Der Kanal 8 und der Verteilungsringraum 9 sind mit großem Strömungsquerschnitt ausgeführt, um die Flüssigkeit mit geringem Druckverlust und gleichmäßig über den Umfang verteilt dem Ringspalt 13 zuzuführen, der zwischen einander gegenüberstehenden Konusflächen des Zwischengehäuses 11 und des Gehäuseeinsatzes 12 gebildet ist. Über diesen Ringspalt wird die Kühl- und Spülflüssigkeit gleichmäßig über den Umfang verteilt der Gleitringdichtung zugeführt. Der Spül- und Kühlstrom ist dabei entweder direkt auf den Dichtspalt gerichtet, der radial zwischen dem Gleitring 14 und dem Gegenring 15 der Gleitringdichtung liegt, oder aber auf den dem Dichtspalt unmittelbar benachbarten Bereich, und zwar vorzugsweise auf der dem Drosselspalt abgewandten Seite. Erfindungsgemäß soll der Strom den Dichtspalt erreichen, so lange er noch in Umlenkung begriffen ist und dadurch eine hohe Wärmeübergangszahl gewährleistet. Ferner wird durch die Erfindung erreicht, daß der Strom den Bereich des Dichtspalts erreicht, bevor er durch rotierende Teile der Dichtung oder durch den rotierenden Bereich der Flüssigkeit geschwächt, aufgelockert oder in Drehung versetzt werden kann. Dadurch wird derjenige Bereich, in welchem die Gasblasen sich vorzugsweise nahe der Gleitringdichtung befinden, von dem Dichtspaltbereich abgedrängt.
  • Der von dem Dichtspaltbereich abströmende Spül- und Kühlstrom transportiert die in diesem Bereich vorhandenen Gas- und Luftbläschen ab.
  • Der Spül- und Kühlstrom streicht dann in axialer Richtung über die Gleitringdichtung hinweg durch den Dichtungsraum 16 und wird, ggf. mit Gas- oder Luftbläschen beladen, durch den Drosselspalt 17 wieder dem Pumpenraum zugeführt. Der Drosselspalt wird gebildet zwischen der von dem Zwischengehäuse 11 radial nach innen ragenden Wand 18 und der Nabe des Laufrads 4.

Claims (6)

  1. Kreiselpumpe zur Förderung von insbesondere heißen Flüssigkeit mit mindestens einem Wellendurchtritt durch das Pumpengehäuse nach außen und Abdichtung des Wellendurchtritts mittels einer Gleitringdichtung (14, 15) sowie einem aus dem Fördermedium abgezweigten Spül- und Kühlstrom für die Gleitringdichtung, der von einem Raum höheren Drucks, vorzugsweise dem Druckraum (3), Spiralraum (6) oder Spiralseitenraum (7) der Pumpe entnommen wird und durch wenigstens einen in einem Gehäusedeckel (10) gebildeten Kanal (8) einem zwischen dem Gehäusedeckel (10) und einem von der Laufradseite her in den Gehäusedeckel (10) eingesetzten Zwischengehäuse (11) gebildeten Ringspalt (13) und von diesem nahe der Dichtfläche der Gleitringdichtung (14, 15) in den die Gleitringdichtung enthaltenden Dichtungsraum (16) geführt ist und der nach Durchfließen des Dichtungsraums (16) über einen Drosselspalt (17) einem Raum niederen Drucks der Pumpe zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kanal (8) und dem Ringspalt (13) ein Verteilungsringraum (9) angeordnet ist, dessen Weite ein Mehrfaches des mit radialer Richtungskomponente auf den Dichtflächenbereich der Gleitringdichtung (14, 15) gerichteten Ringspalts (13) ist und daß der Druckabfall im Drosselspalt (17) mehrfach größer ist als der Druckabfall von dem Raum höheren Drucks (3, 6, 7) zu Dichtungsraum (16).
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (13) unter einem Winkel von weniger als 60° zur Achse geneigt ist.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (13) auf den Dichtungsspalt oder den diesem auf der dem Drosselspalt abgewandten Seite unmittelbar benachbarten Bereich gerichtet ist.
  4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselspalt (17) lagerfrei zwischen der Welle oder einer Wellenhülse einerseits und einer radial nach innen gezogenen Wand (18) des Zwischengehäuses (11) andererseits gebildet ist.
  5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäusedeckel (10) ein Gehäuseeinsatz (12) zur Aufnahme des Gegenrings (15) der Gleitringdichtung (14, 15) enthalten ist und dieser zusammen mit dem Zwischengehäuse (11) den Ringspalt bildet.
  6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil des Druckabfalls zwischen dem Raum höheren Drucks (3, 6, 7) und dem Dichtungsraum (16) in dem Ringspalt (13) stattfindet.
EP90121433A 1989-05-03 1990-11-08 Kreiselpumpe zur Förderung heisser Flüssigkeiten Expired - Lifetime EP0484582B1 (de)

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