EP0588258A1 - Mehrteiliges Stufengehäuse - Google Patents

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EP0588258A1
EP0588258A1 EP93114584A EP93114584A EP0588258A1 EP 0588258 A1 EP0588258 A1 EP 0588258A1 EP 93114584 A EP93114584 A EP 93114584A EP 93114584 A EP93114584 A EP 93114584A EP 0588258 A1 EP0588258 A1 EP 0588258A1
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EP
European Patent Office
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membrane
elements
housing according
flow
channels
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EP93114584A
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Jörg Urban
Axel Riel
Herbert Hartmüller
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KSB AG
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KSB AG
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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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type

Definitions

  • the invention relates to a multi-part stage housing for use in centrifugal pumps.
  • DE-PS 323 630 stage housing is mentioned as the prior art, in which several cast parts are assembled into a uniform step housing.
  • a stator part equipped with open vane channels is partially covered in its entry area by a separate wear ring. This is to protect the pump housing against wear.
  • a one-piece, closed stator ring is then used to avoid the complex construction.
  • stage housings From DE-OS 26 43 462 different types of assemble stage housings are known.
  • the shape of the stage housing parts which have the side wheel ducts and the return ducts is very complicated and requires complex techniques.
  • the invention is therefore based on the object of developing a stage housing design which ensures better energy conversion with the simplest manufacture. This problem is solved in accordance with the characterizing part of the main claim.
  • the tubular ring element the dimensions of which are designed according to the respective stage pressure or the pump pressure, is easy to manufacture.
  • the flow leading are easy to manufacture.
  • the flow-carrying insert with its open channels can also be produced very easily, for example in a machining or casting technique with a high surface quality. The latter offers a good prerequisite for very low-loss flow control.
  • the membrane-like, ring-shaped ring elements which can be produced as sheet metal parts according to an embodiment of the invention.
  • their smooth surface guarantees the lowest flow losses.
  • different materials can be combined with each other, which enables targeted adaptation to the various loads occurring within a step housing. In places of high erosion wear, higher quality material can be used than in places of simple stress.
  • the membrane-like elements are arranged sealingly within a tubular ring element. So it is e.g. possible to shield the tubular element from the medium through the membrane-like elements.
  • the latter could, for example, consist of highly corrosion-resistant stainless steel sheets, while the tubular element can be produced from a simple material.
  • the sealing arrangement serves to prevent leakage of liquid.
  • the configuration according to claim 4 also serves the same measure.
  • one of the membrane-like elements is provided with a shoulder formed on a small diameter to form a split ring seal on an impeller neck which is immersed therein.
  • two membrane-like elements are captively connected to one another.
  • This can be an element covering the suction-side wheel side space and an element covering the open return channels.
  • This makes it possible to realize a low loss wheel side space and the assembly can also be simplified in that only a single part is to be assembled.
  • An embodiment according to claim 7 provides for attachment to the molded-on shoulder that forms the split ring seal.
  • the parts can be welded together or put together by a non-releasable snap lock.
  • Pressure equalization measures serve the embodiment of claim 8.
  • the space between the membrane-like elements can be pressurized by a downstream pump stage. This depends on the stage pressures prevailing in the pump.
  • a sealing pressure of the membrane-like element resting on the return channels can take place.
  • the flow-carrying inserts transmit the axial force resulting from the respective step differential pressure to the ring element. The latter then passes it on to the fastening means holding the pump together.
  • the outer casing of a stage housing (1) is formed by a tubular ring element (2) which is dimensioned to accommodate the full stage pressure.
  • the ring element (2) has an end-side projection (3) which is arranged on a small diameter and which can be inserted in a sealing manner in a shoulder (4) of the ring element of the pump stage which is arranged here according to a corresponding diameter.
  • the projections (3) and shoulders (4) can also be arranged in the opposite direction.
  • the individual ring elements can thus be easily assembled, with a sealing ring (5) ensuring the seal to the outside.
  • An annular membrane-like element (6) is also inserted into the heel (4) and sealed against the ring element (2) with the interposition of a sealing ring (7).
  • a flow-carrying insert (8) is also inserted into the shoulder (4) and guided with a collar (9).
  • the flow-carrying insert (8) has guide channels (10) which are open in the axial direction and return channels (11).
  • the dashed line running horizontally in the drawing between the guide channels (10) and the return channels (11) symbolizes the transition between these channels, which is necessary so that the medium can flow over.
  • the insert (8) can be created both in terms of casting technology and in a machining manner. This ensures a high surface quality and thus low flow losses.
  • the flow-carrying insert (8) covers an impeller (12).
  • a membrane-like annular element (6) covers the return channels (11), while an annular membrane-like element (13) covers the stator channels of a subsequent pump stage.
  • the elements In order to obtain a sealing contact pressure of the element (6) against the return channels (11) at high step pressures in the space (14) between the two elements (6) and (13), the elements have (15).
  • the pressure of the stator of a downstream pump stage is higher than the pressure in the return channels (11) of the previous stage, so that a secure pressing of the membrane-like element (6) on the open return channels (11) is ensured. Since the stage housing and its individual parts are only to be plugged into one another, the middle flow-guiding insert (8) here is shown in a different position rotated in the circumferential direction.
  • the element (6) has a molded-on shoulder (16) which has a double function.
  • the shoulder (16) is designed as a split ring for a downstream impeller (17).
  • the element (13) can be pushed onto the shoulder (16). With its innermost diameter, it then lies captively on the shoulder (16) in the manner of a snap lock.
  • the elements (6) and (13) with projections are clamped between the ring elements (2) in a sealing manner. It is also easily possible to press the elements with an annular peripheral surface in a sealing manner into the ring element.
  • the shape of the membrane-like elements (6, 13) shown can be easily adapted to different shapes of stator inserts.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stufengehäuse in mehrteiliger Bauart zur Verwendung in Kreiselpumpen, wobei in einem druckbelasteten rohrförmigen Ringelement (2) ein mit offenen Schaufelkanälen versehener strömungsführender Einsatz (8) angeordnet ist. Die offenen Kanäle werden durch membranartige, dünnwandige Elemente (6,13) abgedeckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stufengehäuse in mehrteiliger Bauart zur Verwendung bei Kreiselpumpen.
  • Durch die DE-PS 323 630 sind Stufengehäuse als Stand der Technik erwähnt, bei denen mehrere Gußteile zu einem einheitlichen Stufengehäuse zusammengesetzt sind. Ein mit offenen Schaufelkanälen ausgestattetes Leitradteil ist in seinem Eintrittsbereich teilweise durch einen separaten Schleißring abgedeckt. Dieser soll das Pumpengehäuse vor Verschleiß schützen. Zur Vermeidung der aufwendigen Konstruktion dient dann ein einteilig hergestellter, geschlossener Leitradring.
  • Aus der DE-OS 26 43 462 sind verschiedene Bauarten von zusammensetzbaren Stufengehäusen bekannt. Die Formgebung der die Seitradkanäle und die Rückführkanäle aufweisenden Stufengehäuseteile ist sehr kompliziert und erfordert aufwendige Techniken.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stufengehäusebauart zu entwickeln, welche bei einfachster Herstellung eine bessere Energieumsetzung gewährleistet. Die Lösung dieses Problems erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
  • Alle Bauteile des Stufengehäuses zeichnen sich durch ihre einfache geometrische Form und deren leichte Herstellbarkeit aus. Besonders das rohrförmige Ringelement, dessen Dimensionen entsprechend dem jeweiligen Stufendruck bzw. dem Pumpendruck ausgelegt sind, ist einfach zu fertigen. Der strömungsführende ausgelegt sind, ist einfach zu fertigen. Der strömungsführende Einsatz mit seinen offenen Kanälen läßt sich ebenfalls sehr einfach, z.B. in spanabhebender oder gußtechnischer Weise mit hoher Oberflächengüte produzieren. Letztere bietet eine gute Voraussetzung für eine sehr verlustarme Strömungsführung. Gleiches gilt für die membranartigen, kreisringförmigen Ringelemente, die nach einer Ausgestaltung der Erfindung als Blechformteile erstellt werden können. Auch hier bietet deren glatte Oberfläche eine Gewähr für geringste Strömungsverluste. Zudem können unterschiedliche Materialien miteinander kombiniert werden, wodurch eine gezielte Anpassung an die innerhalb eines Stufengehäuses auftretenden, verschiedenen Belastungen möglich wird. An Stellen hohen Erosionsverschleißes kann hochwertigeres Material als an Stellen einfacher Beanspruchung verwendet werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die membranartigen Elemente dichtend innerhalb eines rohrförmigen Ringelementes angeordnet. Damit ist es z.B. möglich, das rohrförmige Element gegenüber dem Fördermedium durch die membranartigen Elemente abzuschirmen. Letztere könnten bspw. aus hochkorrosionsbeständigen Edelstahlblechen bestehen, während das rohrförmige Element aus einem einfachen Material herstellbar ist. Des weiteren dient die dichtende Anordnung zur Verhinderung eines Flüssigkeitsaustrittes. Der gleichen Maßnahme dient auch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung ist eines der membranartigen Elemente mit einem auf kleinem Durchmesser angeformten Absatz zur Bildung einer Spaltringdichtung an einem darin eintauchenden Laufradhals versehen. Damit entfällt der gesamte Aufwand für die separate Herstellung eines Spaltringes sowie der Aufwand für dessen Montage. Bei einer Überholung oder Revision der Pumpe wird dann im Bedarfsfall das gesamte, einfach gestaltete Blechformteil ausgetauscht. Kostenmäßig entsteht dadurch kein Nachteil. Überdies entsteht durch den Ziehvorgang am angeformten Absatz eine derartige Materialverhärtung, daß der angeformte Absatz verschleißbeständiger als ein Spaltring aus Sondermaterial ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwei membranartige Elemente unverlierbar miteinander verbunden. Hierbei kann es sich um ein den saugseitigen Radseitenraum abdeckendes Element und ein die offenen Rückführkanäle abdeckendes Element handeln. Damit läßt sich ein geringe Verluste aufweisender Radseitenraum verwirklichen und auch die Montage kann vereinfacht werden, indem nur ein einziges Teil zu montieren ist. Eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 sieht hierzu eine Befestigung am angeformten, die Spaltringdichtung bildenden Absatz vor. Hierbei können die Teile miteinander verschweißt werden oder durch einen nicht lösbaren Schnappverschluß zusammengesteckt werden.
  • Maßnahmen des Druckausgleiches dient die Ausgestaltung des Anspruches 8. Um eventuelle Versteifungen zwischen den membranartigen Elementen einzusparen, kann der Raum zwischen den membranartigen Elementen mit dem Druck einer nachgeordneten Pumpenstufe beaufschlagt werden. Dies ist abhängig von den in der Pumpe vorherrschenden Stufendrücken. Zudem kann damit eine dichtende Anpressung des an den Rückführkanälen anliegenden membranartigen Elementes stattfinden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung übertragen die strömungsführenden Einsätze die aus dem jeweiligen Stufendifferenzdruck resultierende Axialkraft auf das Ringelement. Letzteres leitet es dann in die die Pumpe zusammenhaltende Befestigungsmittel weiter.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es wird ein Ausschnitt von drei Stufen aus einer mehrstufigen Kreiselpumpe gezeigt.
  • Den äußeren Mantel eines Stufengehäuses (1) bildet ein rohrförmiges Ringelement (2), welches bezüglich seiner Dimensionierung zur Aufnahme des vollen Stufendruckes ausgebildet ist. Das Ringelement (2) weist einen auf kleinem Durchmesser angeordneten stirnseitigen Vorsprung (3) auf, welcher in einem auf entsprechendem Durchmesser angeordneten Absatz (4) des Ringelementes der hier nachgeordneten Pumpenstufe dichtend eingeschoben werden kann. Die Vorsprünge (3) und Absätze (4) können auch in entgegengesetzter Richtung angeordnet sein. Somit lassen sich die einzelnen Ringelemente einfach montieren, wobei ein Dichtring (5) die Abdichtung nach außen gewährleistet. In den Absatz (4) ist weiterhin ein kreisringförmiges membranartiges Element (6) eingeschoben und unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes (7) gegenüber dem Ringelement (2) abgedichtet. Auch ist in den Absatz (4) ein strömungsführender Einsatz (8) eingeschoben und mit einem Bund (9) geführt. Der strömungsführende Einsatz (8) verfügt über in axialer Richtung offen ausgebildete Leitkanäle (10) sowie Rückführkanäle (11). Die in der Zeichnung horizontal verlaufende, gestrichelte Linie zwischen den Leitkanälen (10) und den Rückführkanälen (11) symbolisiert den Übergang zwischen diesen Kanälen, welcher erforderlich ist, damit das Fördermedium überströmen kann.
  • Der Einsatz (8) kann sowohl gußtechnisch als auch in spanabhebender Weise erstellt werden. Somit sind eine hohe Oberflächengüte und damit geringe Strömungsverluste gewährleistet. Der strömungsführende Einsatz (8) überdeckt ein Laufrad (12). Ein membranartiges kreisringförmiges Element (6) deckt die Rückführkanäle (11) ab, während ein kreisringförmiges membranartiges Element (13) die Leitradkanäle einer nachfolgenden Pumpenstufe abdeckt. Um bei hohen Stufendrücken im Raum (14) zwischen den beiden Elementen (6) und (13) einen dichtenden Anpreßdruck des Elementes (6) gegen die Rückführkanäle (11) zu erhalten, weisen die Elemente (15) auf. Der Druck des Leitrades einer nachgeordneten Pumpenstufe ist höher als der Druck in den Rückführkanälen (11) der vorhergehenden Stufe, so daß eine sichere Anpressung des membranartigen Elementes (6) an die offenen Rückführkanäle (11) gewährleistet wird. Da die Stufengehäuse und deren Einzelteile lediglich ineinanderzustecken sind, ist der hier mittlere strömungsführende Einsatz (8) in einer anderen, in Umfangsrichtung gedrehten Position dargestellt.
  • Das Element (6) verfügt über einen angeformten Absatz (16), der eine Doppelfunktion ausübt. Zum einen ist der Absatz (16) als Spaltring für ein nachgeordnetes Laufrad (17) ausgebildet. Zum anderen kann auf den Absatz (16) das Element (13) aufgeschoben werden. Es liegt dann mit seinem innersten Durchmesser nach Art eines Schnappverschlusses unverlierbar auf dem Absatz (16) auf.
  • Es ist natürlich ohne weiteres möglich, in der zeichnerischen Darstellung eine Umkehrung vorzusehen und den Absatz (16) am Element (13) anzuformen und das Element (6) in entsprechender Weise am Element (13) festzulegen. Des weiteren ist es problemlos möglich, die beiden Teile in schweißtechnischer Weise miteinander zu verbinden. Dies würde den Vorteil einer geringeren Materialverwendung beinhalten, hätte aber den Nachteil, daß eine aufwendigere schweißtechnische Verbindung Anwendung finden müßte.
  • In dem hier ausgeführten Beispiel sind die Elemente (6) und (13) mit Vorsprüngen zwischen den Ringelementen (2) dichtend eingeklemmt. Es ist auch ohne weiteres möglich, die Elemente mit einer ringförmigen Umfangsfläche dichtend in das Ringelement einzupressen. Die dargestellte Form der membranartigen Elemente (6, 13) kann in einfacher Weise an unterschiedliche Formen von Leitradeinsätzen angepaßt werden.

Claims (10)

  1. Stufengehäuse in mehrteiliger Bauart zur Verwendung in Kreiselpumpen, wobei in einem druckbelasteten Gehäuse ein strömungsführender Einsatz angeordnet ist, dessen offene Leitkanäle durch ein scheibenförmiges Ringelement abdeckbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines dem Stufendruck widerstehenden rohrförmigen Ringelementes (2) ein mit offenen Leitkanälen (10) und offenen Rückführkanälen (11) versehener Strömungsführender Einsatz (8) angeordnet ist und daß membranartige, kreisringförmige Elemente (6, 13) innerhalb des Ringelementes (2) angeordnet und an den Leitkanälen (10) und/oder den Rückführkanälen (11) abdeckend anliegen.
  2. Stufengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartigen Elemente (6, 13) als Blechformteile ausgebildet sind.
  3. Stufengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartigen Elemente (6, 13) dichtend innerhalb eines rohrförmigen Ringelementes (2) angeordnet sind.
  4. Stufengehäuse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die membranartigen Elemente (6, 13) dichtend zwischen den rohrförmigen Ringelementen (2) angeordnet sind.
  5. Stufengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der membranartigen Elemente (6) mit einem auf kleinem Durchmesser angeformten Absatz (16) zur Bildung einer Spaltringdichtung an einem darin eintauchenden Laufrad (17) versehen ist.
  6. Stufengehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei membranartige Elemente (6, 13) unverlierbar miteinander verbunden sind.
  7. Stufengehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein membranartiges Element (13) am angeformten Absatz (16) des benachbarten membranartigen Elementes (6) unverlierbar befestigt ist.
  8. Stufengehäuse nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Leitradkanäle (10) abdeckendes membranartiges Element (13) mit im Leitradbereich angeordneten Druckausgleichsöffnungen (15) versehen ist.
  9. Stufengehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das membranartige Element (6) jeweils vom Druck eines nachgeordneten Stufengehäuses abdeckend gegen die offen ausgebildeten Rückführkanäle (11) am strömungsführenden Einsatz (8) anpreßbar ist.
  10. Stufengehäuse nach einem odere mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsführende Einsatz (8) die jeweilige Axialkraft des Stufendifferenzdruckes in das Ringelement (2) überträgt.
EP93114584A 1992-09-14 1993-09-10 Mehrteiliges Stufengehäuse Expired - Lifetime EP0588258B1 (de)

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