EP0618369A1 - Topfgehäusepumpe - Google Patents

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EP0618369A1
EP0618369A1 EP94103537A EP94103537A EP0618369A1 EP 0618369 A1 EP0618369 A1 EP 0618369A1 EP 94103537 A EP94103537 A EP 94103537A EP 94103537 A EP94103537 A EP 94103537A EP 0618369 A1 EP0618369 A1 EP 0618369A1
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EP
European Patent Office
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insert
spiral
housing
centrifugal pump
diffuser
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Alexander Nicklas
Jürgen Schill
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KSB AG
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KSB AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D1/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06Multi-stage pumps
    • F04D1/063Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump according to the preamble of the main claim.
  • Centrifugal pump types of this type also known as double-casing pumps, jacket casing pumps and / or so-called "barrel-type" pumps, are centrifugal pumps which are surrounded by a pot-like casing.
  • the pot equipped with suction and pressure nozzles, is firmly closed with a lid in a plane perpendicular to the shaft.
  • the drive shaft is passed through the cover and a shaft seal.
  • the advantage of this type of housing is that when the pump is dismantled, the pot housing can remain connected to the pipes and the foundation.
  • these are multi-stage pumps for use as high and ultra-high pressure pumps, in particular also as boiler feed pumps.
  • a forged housing can be used as a pot, which has the highest resistance to the pressures that occur. In order to operate this type of pump with the best possible efficiency, a very precise coordination of impellers and subordinate idlers is required for the respective application. This requires considerable design and manufacturing effort for each application.
  • the object of the invention is to develop a design for such pump housing types, with the aid of which easier adaptation to different systems is possible with improved efficiency.
  • An embodiment of the invention provides that the radially and / or axially developed spiral is part of a housing cover and / or the last stage housing.
  • a spiral shape has proven to be advantageous, which first develops in the radial direction and then in the axial direction. If larger rooms are available, other directions of development of the spiral are also possible. It is thus advantageously possible to dispense with an enlargement of the pot and the previously available annular space, in which the delivery medium emerging from the centrifugal pump is collected and fed to the pressure port, can be used for measures to improve efficiency.
  • the volume of the pump can be kept constant through the appropriate design of the lid closing the pot and its use as a performance-enhancing flow-guiding component.
  • a further embodiment provides that the spiral insert is arranged after the stator insert when viewed in the flow direction. This makes it possible to adapt only the idler wheel insert to a turned and / or wider impeller within a desired n q range of the impeller. Changes or adjustments to the spiral insert can thus be completely omitted. It is also possible that To design the guide wheel insert itself without blades and to provide it as a kind of ring diffuser, from which a transfer to the spiral insert takes place. This depends on the overall circumstances under which the pump is to be used.
  • another embodiment of the invention provides that it can be inserted into the pressure nozzle from the inside of the housing. So it is easily possible, for example with a protruding collar, to have the insert rest directly on the pot housing.
  • the diffuser-shaped insert can be made of a particularly resistant material in order to be able to withstand the high flow velocities in the area of the last pump stage.
  • the pot housing itself can then be produced from a material which is less expensive and, for reasons of wear resistance, is provided with a corresponding plating in the area of the liquid-carrying surfaces.
  • the spiral insert 1 shows a meridian section through the spiral insert 1 with a downstream diffuser insert 2, the stator insert not being shown for reasons of clarity.
  • the spiral 3 widens in the spiral insert 1 over approximately 100 ° to its maximum diameter D, in order to then experience a cross-sectional widening in the axial direction while the diameter remains the same.
  • the spiral insert In the area of the transition from the spiral insert 1 to the pressure nozzle insert 2, the spiral insert has a largest cross-sectional area. The spiral begins in the area of the stator outlet diameter D L.
  • the pressure port insert 2 has a diffuser-shaped extension 4 in its interior, which largely corresponds to the cross section of a pressure line to be connected in the area of the outlet 5.
  • the surface 6 of the diffuser insert 2 facing the spiral insert 1 is chamfered in the shape of a cylinder, in order to enable a good adaptation to the spiral insert 1.
  • a projecting collar 7 serves to hold the diffuser insert 2 within the pot housing, which is only indicated by hatching.
  • FIG. 2 a section according to II-II of FIG. 1, corresponds to a longitudinal section through a pot housing 8 in the area of the last stage. It can be seen here that a diffuser insert 2 is inserted into the pressure socket 9 from the inside of the pump into the pot housing 8. A last stage housing 10 inserted from the outside into the pot housing 8 holds the diffuser insert 2 in position. Between an end face 11 of the last stage housing 10 and a cover 12 which closes the pot housing 8, a guide wheel insert 13 is arranged, which is held in position by elements 14 preventing rotation. The last one shown here Impeller 15 is arranged on a shaft 16, which is held by a sealing and bearing housing 17 located within cover 12.
  • stator, stage housing and spiral inserts as well as impellers can be used to easily adapt the efficiency to the respective system conditions.
  • the spiral insert 1 which was designed here as an independent component, can also be an integral part of the cover 12 closing the pot housing 8. The same applies to the stator insert 13. It is also readily possible to transfer the function of the spiral insert and / or the stator insert 13 to the last stage housing part 10.
  • the free spiral cross section is marked here with 18.
  • the individual cross-sectional extensions of the spiral are shown in the representation of FIG. 3.
  • the area outlined with a thick line corresponds to a free spiral cross section 18 at a 360 ° wrap angle, i. H. at the spiral outlet.
  • the thin lines arranged within this area which are provided with degrees, represent the spiral cross section which is marked with identical degrees in FIG. 1.
  • the spiral In the range from approx. 100 ° spiral wrap angle, the spiral has a constant outer diameter.
  • the spiral cross section then only changes laterally in the axial direction and, if appropriate, also radially inwards.
  • FIG. 4 shows a section along line IV-IV of FIG. 1 through the last stage of the pump at a spiral angle of approximately 180 °.
  • the spiral cross section 18 of the spiral corresponds to that from FIG. 3 at 180 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Topfgehäusepumpe, bei der im Bereich der letzten Pumpenstufe zwecks Wirkungsgradsteigerung als separate Einsätze ausgebildete Bauteile in Form eines Leitradeinsatzes (13), eines radial und/oder axial entwickelten Spiraleinsatzes (1) und eines diffusorförmigen Druckstutzeneinsatzes (2) angeordnet sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Derartige Kreiselpumpenbauarten, auch als Doppelgehäusepumpen, Mantelgehäusepumpen und/oder Sogenannte "Barrel-Type"-Pumpen bekannt, sind Kreiselpumpen, die von einem topfähnlichen Gehäuse umgeben sind. Der mit saug- und Druckstutzen versehene Topf wird in einer senkrecht zur Welle liegenden Ebene mit einem Deckel fest verschlossen. Die Antriebswelle wird hierbei durch den Deckel sowie eine Wellenabdichtung hindurchgeführt. Der Vorteil dieser Gehäusebauart besteht darin, daß bei einer Demontage der Pumpe das Topfgehäuse mit den Rohrleitungen und dem Fundament verbunden bleiben kann. Gewöhnlich handelt es sich hierbei um mehrstufige Pumpen zur Verwendung als Hoch- und Höchstdruckpumpen, insbesondere auch als Kesselspeisepumpen Als Topf kann hierbei ein geschmiedetes Gehäuse Verwendung finden, welches gegenüber den auftretenden Drücken den höchsten Widerstand aufweist. Um diese Pumpenbauart mit bestmöglichem Wirkungsgrad zu betreiben, ist für den jeweiligen Einsatzzweck eine ganz genaue Abstimmung von Laufrädern und nachgeordneten Leiträdern erforderlich Dies bedingt für jeden Verwendungszweck einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für derartige Pumpengehäusebauarten eine Bauform zu entwickeln, mit deren Hilfe bei verbessertem Wirkungsgrad eine leichtere Anpassung an unterschiedliche Anlagen möglich ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Praktische Versuche haben gezeigt, daß mit dieser Bauform der Wirkungsgrad der letzten Pumpenstufe um 3 bis 4 % verbessert werden kann. Dies bedeutet selbst bei bis zu sechsstufigen Pumpenbauarten eine deutliche Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades, so daß mit Hilfe der Energiekosteneinsparung eine schnellere Amortisation der Pumpe möglich wird. Die Ausbildung in Form von Einsätzen ermöglicht bei der Konstruktion der Pumpe durch eine Kombination verschiedener Einsätze in einfachster Weise eine leichte Anpassung an die jeweils bestehende Anlage.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die radial und/oder axial entwickelte Spirale Bestandteil eines Gehäusedeckels und/oder des letzten Stufengehäuses ist. Als vorteilhaft hat sich eine Spiralform erwiesen, welche sich zunächst in radialer Richtung und im Anschluß daran in axialer Richtung entwickelt. Sollten größere Räumlichkeiten zur Verfügung stehen, dann sind auch andere Entwicklungsrichtungen der Spirale möglich. Somit kann in vorteilhafter Weise auf eine Vergrößerung des Topfes verzichtet werden und der bisher zur Verfügung stehende Ringraum, in dem das aus der Kreiselpumpe austretende Fördermedium gesammelt und dem Druckstutzen zugeführt wird, für wirkungsgradverbessernde Maßnahmen benutzt werden. Durch die entsprechende Gestaltung des den Topf verschließenden Deckels sowie dessen Verwendung als leistungssteigerndes strömungsführendes Bauteil kann das Bauvolumen der Pumpe konstant gehalten werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Spiraleinsatz in Strömungsrichtung gesehen nach dem Leitradeinsatz angeordnet ist. Dadurch besteht die Möglichkeit, innerhalb eines gewünschten nq-Bereiches des Laufrades nur den Leitradeinsatz einem abgedrehten und/oder breiteren Laufrad anzupassen. Änderungs- oder Anpaßarbeiten an dem Spiraleinsatz können somit vollständig entfallen. Es ist auch möglich, den Leitradeinsatz selbst schaufellos auszubilden und gewissermaßen als Ringdiffusor vorzusehen, aus dem eine Überleitung in den Spiraleinsatz erfolgt. Dies ist abhängig von den gesamten Gegebenheiten, unter denen die Pumpe Verwendung finden soll.
  • Zur sicheren Befestigung und einfachen Abdichtung des ebenfalls eine weitere Anpassung ermöglichenden diffusorförmigen Druckstutzeneinsatzes sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß dieser vom Gehäuseinnern aus in den Druckstutzen einsetzbar ist. So ist es ohne weiteres möglich, beispielsweise mit einem vorstehenden Bund, den Einsatz direkt am Topfgehäuse anliegen zu lassen. Überdies ergibt sich damit der Vorteil, daß der diffusorförmige Einsatz aus einem besonders widerstandsfähigen Material gefertigt sein kann, um gegenüber den hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der letzten Pumpenstufe Bestand haben zu können. Das Topfgehäuse selbst kann dann aus einem preislich günstigeren Material hergestellt werden, welches aus Gründen der Verschleißbeständigkeit mit einer entsprechenden Plattierung im Bereich der flüssigkeitsführenden Flächen versehen ist.
  • Das Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
  • Fig. 1
    einen Querschnitt durch den Druckstutzeneinsatz und den Spiraleinsatz, die
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch das Pumpengehäuse im Bereich der letzten Pumpenstufe, die
    Fig. 3
    eine Darstellung der Entwicklung des Spiraleinsatzes und die
    Fig. 4
    einen Querschnitt durch den Spiraleinsatz bei ungefähr 180° Spiralentwicklung.
  • In der Fig. 1 ist ein Meridianschnitt durch den Spiraleinsatz 1 mit nachgeordnetem Diffusoreinsatz 2 gezeigt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit der Leitradeinsatz nicht dargestellt wurde. Vom Beginn an erweitert sich im Spiraleinsatz 1 die Spirale 3 über ungefähr 100° bis auf ihren maximalen Durchmesser D, um dann bei gleichbleibendem Durchmesser eine Querschnittserweiterung in axialer Richtung zu erfahren. Im Bereich des Überganges vom Spiraleinsatz 1 in den Druckstutzeneinsatz 2 weist der Spiraleinsatz eine größte Querschnittsfläche auf. Die Spirale beginnt im Bereich des Leitradaustrittsdurchmessers DL.
  • Der Druckstutzeneinsatz 2 verfügt in seinem Innern über eine diffusorförmige Erweiterung 4, welche im Bereich des Austrittes 5 weitgehend dem Querschnitt einer anzuschließenden Druckleitung entspricht. Die dem Spiraleinsatz 1 zugekehrte Fläche 6 des Diffusoreinsatzes 2 ist zylinderförmig ausgekehlt, um somit eine gute Anpassung an den Spiraleinsatz 1 zu ermöglichen. Ein vorstehender Bund 7 dient der Halterung des Diffusoreinsatzes 2 innerhalb des - hier lediglich durch eine Schraffur angedeuteten - Topfgehäuses.
  • Die Darstellung in Fig. 2, einem Schnitt gemäß II-II von Fig. 1, entspricht einem Längsschnitt durch ein Topfgehäuse 8 im Bereich der letzten Stufe. Hierbei ist erkennbar, daß in das Topfgehäuse 8 vom Pumpeninnern aus ein Diffusoreinsatz 2 in den Druckstutzen 9 eingeschoben ist. Ein von außen in das Topfgehäuse 8 eingeschobenes letztes Stufengehäuse 10 hält den Diffusoreinsatz 2 in seiner Position. Zwischen einer Stirnfläche 11 des letzten Stufengehäuses 10 und einem das Topfgehäuse 8 verschließenden Deckel 12 ist ein Leitradeinsatz 13 angeordnet, welcher durch verdrehsichernde Elemente 14 in seiner Position gehalten wird. Das hier gezeigte letzte Laufrad 15 ist auf einer Welle 16 angeordnet, die von einem innerhalb des Deckels 12 befindlichen Dichtungs- und Lagergehäuses 17 gehalten wird. Durch eine entsprechende Kombination von Leitrad-, Stufengehäuse- und Spiraleinsätzen sowie Laufrädern kann in einfachster Weise eine wirkungsgradsteigernde Anpassung an die jeweiligen Anlagenverhältnisse erfolgen. Der Spiraleinsatz 1, der hier als eigenständiges Bauteil ausgebildet wurde, kann auch integraler Bestandteil des das Topfgehäuse 8 verschließenden Deckels 12 sein. Gleiches gilt für den Leitradeinsatz 13. Es ist auch ohne weiteres möglich, die Funktion des Spiraleinsatzes und/oder des Leitradeinsatzes 13 auf das letzte Stufengehäuseteil 10 zu übertragen. Der freie Spiralquerschnitt ist hier mit 18 gekennzeichnet.
  • In der Darstellung von Fig. 3 sind die einzelnen Querschnittserweiterungen der Spirale gezeigt. Die mit starker Strichstärke umrandete Fläche entspricht einem freien Spiralquerschnitt 18 bei 360° Umschlingungswinkel, d. h. am Spiralaustritt. Die innerhalb dieser Fläche angeordneten dünnen Linien, die mit Gradzahlen versehen sind, geben denjenigen Spiralquerschnitt wieder, der mit gleichlautenden Gradzahlen in der Fig. 1 markiert ist. Im Bereich ab ca. 100° Spiral-Umschlingungswinkel verfügt die Spirale über einen konstanten Außendurchmesser. Der Spiralquerschnitt verändert sich dann nur noch seitlich in axialer Richtung und gegebenenfalls auch radial nach innen.
  • Die Fig. 4 zeigt gemäß Linie IV-IV aus Fig. 1 einen Schnitt durch die letzte Stufe der Pumpe bei etwa 180° Spiralwinkel. Der Spiralquerschnitt 18 der Spirale entspricht dem aus Fig. 3 bei 180°.

Claims (5)

  1. Kreiselpumpe in Topfgehäusebauart mit zwischen den einzelnen Pumpenlaufrädern eingesetzten strömungsführenden Stufengehäusen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Topfgehäuses (8) im Bereich des letzten Stufengehäuses (10) ein Leitradeinsatz (13), ein radial und/oder axial entwickelter Spiraleinsatz (1) und ein diffusorförmiger Druckstutzeneinsatz (2) angeordnet sind.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial und/oder axial entwickelte Spiraleinsatz (1) Bestandteil eines Gehäusedeckels (12) und/oder des letzten Stufengehäuses (10) ist.
  3. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiraleinsatz (1) in Strömungsrichtung gesehen nach dem Leitradeinsatz (13) angeordnet ist.
  4. Kreiselpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der diffusorförmige Druckstutzeneinsatz (2) vom Gehäuseinnern aus in den Druckstutzen (9) einsetzbar ist.
  5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitradeinsatz (13) schaufellos ausgebildet ist.
EP94103537A 1993-03-31 1994-03-09 Topfgehäusepumpe Expired - Lifetime EP0618369B1 (de)

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DE4310467 1993-03-31
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EP0618369A1 true EP0618369A1 (de) 1994-10-05
EP0618369B1 EP0618369B1 (de) 1997-05-21

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DE (2) DE4310467A1 (de)

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