EP0947701A1 - Mehrstufige Zentrifugalpumpe - Google Patents

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EP0947701A1
EP0947701A1 EP98810274A EP98810274A EP0947701A1 EP 0947701 A1 EP0947701 A1 EP 0947701A1 EP 98810274 A EP98810274 A EP 98810274A EP 98810274 A EP98810274 A EP 98810274A EP 0947701 A1 EP0947701 A1 EP 0947701A1
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EP
European Patent Office
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hollow shaft
drive shaft
centrifugal pump
speed
shaft
Prior art date
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EP98810274A
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English (en)
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EP0947701B1 (de
Inventor
Siegfried Liegat
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Sulzer Pumpen Deutschland GmbH
Original Assignee
Sulzer Weise GmbH
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Publication date
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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
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2261—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures
    • F04D29/2277—Rotors specially for centrifugal pumps with special measures for increasing NPSH or dealing with liquids near boiling-point
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
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    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/028—Units comprising pumps and their driving means the driving means being a planetary gear
    • 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
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/669—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention is a multi-stage Centrifugal pump for liquids with several on one Shaft impellers arranged in a pump housing rotate.
  • Multi-stage centrifugal pumps are used when you want to generate a high pressure drop and the required flow rates or the type of medium are such that volumetric pumps are out of the question.
  • the flow rate is not greater than the permissible NPSH R value of the pump based on the pump characteristics.
  • the value of a pump therefore depends largely on the fact that its NPSH R value is as low as possible, so that the plant manufacturer is not faced with unreasonable requirements due to the inlet height.
  • the object of the invention is to modify a multi-stage pump in such a way that it can be operated at low NPSH A values of a system permissible characteristic range.
  • At least one impeller is mounted as a hollow shaft on the drive shaft and rotates at a speed n 2 different from the speed n 1 of the drive shaft, the hollow shaft being driven by a mechanical converter, the mechanical power decreases from the drive shaft in the housing and at this different speed n 2 to the hollow shaft, such that the speed of the first impeller is the lower to produce a low NPSH R value for the multi-stage pump.
  • the first impeller As a hollow shaft mounted on the drive shaft and to drive the first impeller with the mechanical converter at a lower speed n 2 ⁇ n 1 .
  • the mechanical converter can also be designed as a torque converter with slip, similar to a fluid coupling. It is also conceivable to additionally install a turbine wheel on the hollow shaft and to feed it with a partial flow from a later stage and to add this partial flow to the flow on the suction side.
  • Another advantage is that the improved Absorbency with a small enlargement of the Construction volume is bought. In addition, none Feed pump necessary. Another advantage results for condensate pumps. When built vertically they are ordinary at a low speed run, which requires more levels to get to the predetermined final pressure to come. By the proposed These pumps can be improved with fewer stages and shorter installation depth, which is significant Saving construction costs. In addition, these measures are also effective for horizontally arranged pumps.
  • the impeller of the first stage is designed as a hollow shaft which is rotatably mounted on the drive shaft. With the rotation of the drive shaft, mechanical work is delivered to a mechanical converter, which delivers a torque at a speed n 2 lower than the speed n 1 of the drive shaft to the hollow shaft, due to the lower speed n 2, a lower entry acceleration of the incoming liquid and a generate a lower NPSH R value for the multi-stage pump. It is understood that, for reasons of continuity, the flow cross-sections in the first impeller should be chosen larger if its speed is lower than that of the following impellers in order to achieve the same delivery range as in the high-speed stages.
  • FIGs 1a, 1b are idlers 3, which the Liquid to a subsequent stage redirect, in a pump housing 1, 1a, 2 summarized.
  • the associated wheels 9, 4 are on the drive shaft 5 positioned, the impeller 9 of the first stage as a ring gear 6 on the drive shaft 5 with Bearings 10 is rotatably mounted.
  • the ring gear 6 extends in axial direction via an inlet spiral on the Suction side and is above dynamic shaft seals 12 against the housing 1a and against the shaft 5 sealed. Behind the shaft seals 12 is a Planetary gear 16 integrated into the pump housing 1a.
  • the space from the planetary gear 16 has an oil filling which is sealed off from the delivery liquid via the shaft seals 12.
  • a planet carrier 20 is fixed as a ring on the hollow shaft 6 and carries with planet pins 31 the planet gears 19 which engage on the outside in an outer ring 18a connected to the housing and on the inside in a sun gear 17. This results in a reduced speed n 2 for the first impeller 9, which is less than half the speed n 1 of the drive shaft 5.
  • the exact speed ratio is adapted to the optimal operating conditions by dimensioning the diameters of sun and planet gears.
  • the drive shaft 5 is supported on the suction side in its axis 32 with a roller bearing 11 on the housing cover 8.
  • the impellers 4 after the 1st stage and the sun gear 17 are positively connected to the shaft 5 by means of a key 33.
  • the housing parts 1, 1a, 2, 8 are sealed to one another via static seals 13.
  • the housing cover 8 also serves as a planet carrier 20a, which holds the planet gears 19 stationary with planet bolts 31, while the external gear ring 18 is attached to the hollow shaft 6 and the sun gear 17 is attached to the drive shaft 5.
  • the hollow shaft 6 rotates not only at a lower speed n 2 but also in the opposite direction to the speed n 1 of the drive shaft.
  • the difference in the peripheral speeds of bearings 10 and dynamic shaft seals 12 is relatively high.
  • the hollow shaft 6, which in turn has a bearing 11 for the housing also forms a support on the suction side for the drive shaft 5 via the bearings 10.
  • the housing 1 is composed of a plurality of housing parts 1 a, 2 and is held together by tie rods 34.
  • Figure 2 differs from that of Figure 1a in that the planetary gear 16 is not with actual gears is realized, but that instead of the gears wheels 17a, 18a, 19a Permanent magnets 35a, b, c are equipped with alternating polarity on the circumference, so one to form contactless, magnetic teeth. That I do not touch the wheels 17a, 18a, 19a, they may also the same liquid - in this case with the Conveying liquid - how the bearings 10, 11 are wetted, which makes dynamic shaft seals superfluous.
  • a hollow shaft 6 with bearings 10 assembled with a connecting piece 28 is rotatably mounted on a drive shaft 5.
  • a partial flow 29 is branched off at a higher pressure with a support 37 and fed to a turbine wheel 26, which is part of the hollow shaft 6, via a control element 30 and a further connection 38 on the suction side via a guide device 27.
  • the partial flow 29 is mixed with the suction flow upstream of the first impeller 9.
  • a speed n 2 is set at a certain pressure drop across the partial flow 29 in accordance with the torque on the first impeller, which speed can be changed at a certain operating point of the pump via the control element 30. It is therefore possible to assign a speed n 2 of the first impeller to certain operating points, which leads to low NPSH R values for the pump.
  • a hydraulic clutch is installed between the hollow shaft 6 and the drive shaft 5, which outputs torque as a torque / speed converter with a slip from the drive shaft 5 at a lower speed n 2 to the first impeller.
  • Shaft seals 12 prevent larger quantities of delivery fluid from reaching the area of the torque converters 21, 22.
  • a transducer part 21 connected to the drive shaft 5 is designed as an annular trough 23, against which liquid rests as a ring in the base due to the centrifugal force. The level of this liquid ring is determined from the outside by a radially displaceable scoop pipe.
  • liquid enters the space between the two bladed converter halves 21, 22 and forms a liquid flow 36 that circulates in the form of a spiral between the two converter halves 21, 22 and a certain torque from the fast rotating drive shaft 5 at a lower speed n 2 to the first impeller 9. Since the level of the liquid in the trough 23 is responsible for the transmissible torque for a certain speed n 2 , the position of the scoop pipe can be assigned to the operating points of the pump characteristics in such a way that lower NPSH R values result. Lubricating fluid is continuously introduced into the space between the housing cover 8 and the shaft bearing 11, which enters the trough 23 and leads to a constant flow through the scoop pipe 24, which permits level control in both directions.
  • the first impeller 9 is rigid connected to the drive shaft 5.
  • the second impeller 9a is mounted with bearings 10 on a sleeve 42, the is also rigidly connected to the drive shaft 5; a planet carrier 20 is also provided with a key 33 connected to the shaft.
  • An impeller nut 40 secures the three bodies 9, 9a, 20 axially.
  • a Stator 3 anchored, that with deflection channels to the second Stage is combined.
  • On one shoulder of the second Impeller 9a is equipped with permanent magnets Central wheel 17a attached with several over the Circumferentially arranged planet gears 19a magnetically combs.
  • the planet gears 19a rotate on planet bolts 31 which are connected to the planet carrier 20.
  • the Permanent magnets of the planet gears 19a mesh magnetically also with the permanent magnets 35a from an outer ring 18a, which is rigidly connected to the pump housing 1. Subsequent housings 2c, 2b dominate one Lip seal 12a and a mechanical seal 12. In a subsequent bearing chair 2a, the shaft 5 is over Bearing 11 stored and secured with a cover 41. Sealing gaps 39 between the housing and rotating parts chosen so that axial thrusts on shaft 5 largely are balanced. The restaxial thrust is through Ball bearing 11 added.

Abstract

Mit der Erfindung sind mehrstufige Zentrifugalpumpen gezeigt, die mehrere auf einer Antriebswelle (5) angeordnete Laufräder (9, 4) aufweisen. Mindestens ein Laufrad ist als Hohlwelle (6) ausgebildet, welche auf der Antriebswelle (5) drehbar gelagert ist und mit einer von der Drehzahl n1 der Antriebswelle (5) verschiedenen Drehzahl n2 dreht. Die Hohlwelle (6) wird von einem mechanischen Umwandler (7) angetrieben, der mechanische Leistung von der Antriebswelle im Gehäuse abnimmt und bei dieser unterschiedlichen Drehzahl n2 an die Hohlwelle abgibt, derart, dass die Drehzahl des ersten Laufrades die niedrigere ist, um einen niedrigen NPSHR-Wert für die mehrstufige Pumpe zu erzeugen.

Description

Die Erfindung handelt von einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe für Flüssigkeiten mit mehreren auf einer Welle angeordneten Laufrädern, die in einem Pumpengehäuse drehen.
Mehrstufige Zentrifugalpumpen werden dann verwendet, wenn man ein hohes Druckgefälle erzeugen will und die verlangten Fördermengen oder die Art des Fördermediums so beschaffen sind, dass volumetrische Pumpen nicht in Frage kommen. Ein Pumpenhersteller wird daher zunächst bemüht sein, mit wenig Pumpenstufen auszukommen und die Umfangsgeschwindigkeit resp. die Drehzahl einer solchen Pumpe hoch ansetzen. Dem steht entgegen, dass an der Saugseite der Pumpe an der 1. Stufe hohe Eintrittsbeschleunigungen beim Laufrad auftreten, die zu Kavitationserscheinungen führen, wenn der Zulaufdruck der Anlage (NPSHA = net positive suction head), in der die Pumpe aufgestellt wird bei der momentanen Fördermenge nicht grösser ist als der von der Pumpencharakteristik her zulässige NPSHR-Wert der Pumpe. Der Wert einer Pumpe hängt daher wesentlich davon ab, dass ihr NPSHR-Wert möglichst niedrig ist, damit dem Anlagenbauer nicht unzumutbare Auflagen wegen der Zulaufhöhe gemacht werden.
Diese Zusammenhänge sind im Kreiselpumpen Handbuch (1. Auflage, Juli 1985 der Gebrüder Sulzer AG, 8401 Winterthur, Schweiz) unter dem Kapitel 1.5 "Kavitation und Saugverhalten" ausführlich beschrieben. Als Mittel zur Verbesserung der Saugfähigkeit resp. der zulässigen Drehzahl werden genannt:
  • a) Verwendung spezieller Saugräder in verschiedensten Formen.
  • b) Anwendung eines doppelflutigen Laufrades als 1. Stufe.
  • c) Vorsatzlaufrad.
  • d) Zubringerpumpe.
    • Dabei bedeuten in erster Annäherung die Massnahmen b) und d) erhebliche Mehrkosten auf der Pumpenseite und die Massnahmen a), c) eher eine Einschränkung im Kennfeld, da eine Optimierung eigentlich nur für einen Auslegungspunkt einer Kennlinie stattfinden kann.
    Aufgabe der Erfindung ist es, eine mehrstufige Pumpe so abzuändern, dass sie bei niedrigen NPSHA-Werten einer Anlage zulässigen Kennlinienbereich gefahren werden kann.
    Diese Aufgabe wird mit den Kennzeichen vom unabhängigen Anspruch 1 dadurch gelöst, dass mindestens ein Laufrad als Hohlwelle auf der Antriebswelle gelagert ist und mit einer von der Drehzahl n1 der Antriebswelle verschiedenen Drehzahl n2 dreht, wobei die Hohlwelle von einem mechanischen Umwandler angetrieben ist, der mechanische Leistung von der Antriebswelle im Gehäuse abnimmt und bei dieser unterschiedlichen Drehzahl n2 an die Hohlwelle abgibt, derart, dass die Drehzahl des ersten Laufrades die niedrigere ist, um einen niedrigen NPSHR-Wert für die mehrstufige Pumpe zu erzeugen.
    Die abhängigen Ansprüche 2 bis 12 dienen der vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung.
    So ist es vorteilhaft den mechanischen Umwandler als ein Getriebe mit festem Uebersetzungsverhältnis auszuführen, wobei sich Planetengetriebe eignen. Um die relativ hohen Verluste, die sich bei einer mechanischen Verzahnung ergeben, kleiner zu machen wird eine magnetische Verzahnung vorgeschlagen. Statt einem Zahnkranz sind zylindrische Ringe vorgesehen, die aus Permanentmagneten bestehen, welche über den Umfang eines Ringes mit wechselnder Polarität geschichtet sind. Dadurch, dass auf den verschiedenen Zylindern, die Teilung für den Wechsel der Polarität gleich gehalten ist, kämmen sich gegenüberliegende unterschiedliche Polaritäten wie Zahnräder und können Drehmomente übertragen. Die Schleppverluste und die Geräuschentwicklung sind wesentliche kleiner als bei gefluteten Zahnradgetrieben.
    Bei mehrstufigen Pumpen mit grossem Förderstrom ist es vorteilhaft das erste Laufrad als Hohlwelle auf der Antriebswelle gelagert auszuführen und mit dem mechanischen Umwandler das erste Laufrad bei einer kleineren Drehzahl n2 < n1 anzutreiben.
    Bei mehrstufigen Pumpen mit kleinem Förderstrom und grosser Förderhöhe kann es wegen der Investitionskosten für Pumpe und Antriebsaggregat von Vorteil sein, das erste Laufrad starr auf der Antriebswelle aufzubringen und weitere Stufen als Hohlwelle auf der Antriebswelle zu lagern. Ein Planetengetriebe muss dann die Hohlwelle mit einer Drehzahl n2 > n1 antreiben.
    Für die Fälle mit kleinerer Drehzahl n2 des ersten Laufrades gegenüber der Drehzahl n1 der Antriebswelle kann der mechanische Umwandler auch als ein Drehmomentwandler mit Schlupf, ähnlich einer Flüssigkeitskupplung ausgeführt werden. Ebenso ist es denkbar auf der Hohlwelle zusätzlich ein Turbinenrad anzubringen und dieses mit einem Teilstrom aus einer späteren Stufe zu speisen und diesen Teilstrom dem Strom auf der Saugseite beizumischen.
    Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die verbesserte Saugfähigkeit mit einer geringen Vergrösserung des Bauvolumens erkauft wird. Ausserdem wird keine Zubringerpumpe notwendig. Ein weiterer Vorteil ergibt sich für Kondensatpumpen. Wenn diese vertikal gebaut sind, müssen sie gewöhnliche mit einer tiefen Drehzahl laufen, was mehr Stufen erfordert, um auf den vorgegebenen Enddruck zu kommen. Durch die vorgeschlagene Verbesserung können diese Pumpen mit weniger Stufen und kürzerer Einbautiefe gebaut werden, was erheblich an Baukosten einspart. Ausserdem sind diese Massnahmen auch für horizontal angeordnete Pumpen wirksam.
    Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
    Fig. 1a
    Schematisch einen Ausschnitt aus einer Mehrstufenpumpe mit einem Planetengetriebe zwischen Antriebswelle und dem ersten Laufrad, wobei Antriebswelle und ein erstes Laufrad in gleicher Richtung drehen;
    Fig. 1b
    schematisch eine Anordnung wie in Figur 1a, wobei Antriebswelle und erstes Laufrad in entgegengesetzter Richtung drehen;
    Fig. 2
    schematisch eine Anordnung wie in Figur 1a, bei der die Zahnräder durch eine berührungslose magnetische Verzahnung ersetzt sind;
    Fig. 3
    schematisch einen Ausschnitt aus einer Mehrstufenpumpe mit einem hydraulischen Antrieb des 1. Laufrades durch ein Turbinenrad, welches über einen Teilstrom der von der Antriebswelle geförderten Flüssigkeit angetrieben ist;
    Fig. 4
    schematisch einen Ausschnitt aus einer Mehrstufenpumpe bei der das erste Laufrad über eine hydraulische Kupplung ein von der Differenzdrehzahl abhängiges Drehmoment von der Antriebswelle erfährt;
    Fig. 5a
    schematisch einen Ausschnitt einer zweistufigen Zentrifugalpumpe, deren erstes Laufrad starr mit der Antriebswelle gekoppelt ist, während das zweite Laufrad als Hohlwelle auf der Antriebswelle gelagert ist und innerhalb des Gehäuses durch ein magnetisch verzahntes Planetengetriebe auf eine wesentlich höhere Drehzahl gebracht wird; und
    Fig. 5b
    schematisch eine Anordnung wie in Fig. 5a, wobei Antriebswelle und zweites Laufrad in entgegengesetzter Richtung drehen.
    In den Figuren 1 bis 4 sind mehrstufige Zentrifugalpumpen gezeigt, die mehrere auf einer Antriebswelle angeordnete Laufräder aufweisen. Das Laufrad der ersten Stufe ist als Hohlwelle ausgebildet, welche auf der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Mit der Drehung der Antriebswelle wird mechanische Arbeit an einen mechanischen Umwandler abgegeben, der ein Drehmoment bei einer niedrigeren Drehzahl n2 als der Drehzahl n1 der Antriebswelle an die Hohlwelle abgibt, um aufgrund der niedrigeren Drehzahl n2 eine niedrigere Eintrittsbeschleunigung der zulaufenden Flüssigkeit und einen niedrigeren NPSHR-Wert für die mehrstufige Pumpe zu erzeugen. Es versteht sich, dass aus Gründen der Kontinuität die Strömungsquerschnitte im ersten Laufrad grösser gewählt werden sollten, wenn dessen Drehzahl niedriger als die der nachfolgenden Laufräder ist, um so einen gleich grossen Förderbereich wie in den Stufen mit hoher Drehzahl zu erreichen.
    In den Figuren 5a, 5b dreht das Laufrad der zweiten Stufe mit einer Drehzahl n2, die wesentlich höher als die Drehzahl n1 der Antriebswelle dreht, weil innerhalb des Pumpengehäuses mit einem Planetengetriebe eine Drehzahlerhöhung erfolgt. Es entsteht eine grosse Druckerhöhung in der zweiten Stufe, während die mit der Antriebsdrehzahl n1 drehende erste Stufe einen günstigen NPSHR-Wert erreicht.
    In den nachfolgenden Beispielen sind für gleiche Gegenstände gleiche Hinweiszeichen verwendet worden.
    In den Figuren 1a, 1b sind Leiträder 3, welche die Flüssigkeit jeweils zu einer nachfolgenden Stufe umleiten, in einem Pumpengehäuse 1, 1a, 2 zusammengefasst. Die zugehörigen Laufräder 9, 4 sind auf der Antriebswelle 5 positioniert, wobei das Laufrad 9 der ersten Stufe als Hohlrad 6 auf der Antriebswelle 5 mit Lagern 10 drehbar gelagert ist. Das Hohlrad 6 reicht in axialer Richtung über eine Einlaufspirale auf der Saugseite hinaus und ist über dynamische Wellendichtungen 12 gegen das Gehäuse 1a und gegen die Welle 5 abgedichtet. Hinter den Wellendichtungen 12 ist ein Planetengetriebe 16 in das Pumpengehäuse 1a integriert.
    Im Fall der Figur 1a hat der Raum vom Planetengetriebe 16 eine Ölfüllung, die über die Wellendichtungen 12 gegen die Förderflüssigkeit abgedichtet ist. Ein Planetenträger 20 ist als Ring auf der Hohlwelle 6 befestigt und trägt mit Planetenbolzen 31 die Planetenräder 19, die auf der Aussenseite in einen mit dem Gehäuse verbundenen Ausssenkranz 18a und auf der Innenseite in ein Sonnenrad 17 eingreifen. Auf diese Weise ergibt sich eine untersetzte Drehzahl n2 für das erste Laufrad 9, die weniger als die Hälfte der Drehzahl n1 der Antriebswelle 5 beträgt. Das genaue Drehzahlverhältnis, wird durch die Dimensionierung der Durchmesser von Sonnen- und Planetenrädern den optimalen Betriebsbedingungen angepasst. Die Antriebswelle 5 ist auf der Saugseite in ihrer Achse 32 mit einem Wälzlager 11 am Gehäusedeckel 8 abgestützt. Die Laufräder 4 nach der 1. Stufe und das Sonnenrad 17 sind mittels Passfeder 33 mit der Welle 5 formschlüssig verbunden. Die Gehäuseteile 1, 1a, 2, 8 sind über statische Dichtungen 13 zueinander gedichtet.
    Im Fall der Figur 1b sind gegenüber Figur 1a die Funktionen des Planetengetriebes 16 vertauscht. Der Gehäusedeckel 8 dient gleichzeitig als Planetenträger 20a, der mit Planetenbolzen 31 die Planetenräder 19 ortsfest hält, während an der Hohlwelle 6 der Aussenzahnkranz 18 und an der Antriebswelle 5 das Sonnenrad 17 angebracht ist. Bei dieser Anordnung dreht die Hohlwelle 6 nicht nur mit einer kleineren Drehzahl n2 sondern auch noch in der entgegengesetzten Richtung zur Drehzahl n1 der Antriebswelle. Die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten an Lagern 10 und dynamischen Wellendichtungen 12 ist relativ hoch. Die Hohlwelle 6, die ihrerseits ein Lager 11 zum Gehäuse aufweist, bildet saugseitig auch eine Abstützung für die Antriebswelle 5 über die Lager 10. Das Gehäuse 1 ist aus mehreren Gehäuseteilen 1a, 2 zusammengesetzt und wird über Zuganker 34 zusammengehalten.
    Das Beispiel von Figur 2 unterscheidet sich von dem der Figur 1a dadurch, dass das Planetengetriebe 16 nicht mit eigentlichen Zahnrädern realisiert ist, sondern dass statt den Zahnrädern Räder 17a, 18a, 19a mit Permanentenmagneten 35a, b, c bestückt sind, die sich mit wechselnder Polarität am Umfang ablösen, um so eine berühungslose, magnetische Verzahnung zu bilden. Da sich die Räder 17a, 18a, 19a nicht berühren, dürfen sie mit der gleichen Flüssigkeit - in diesem Fall mit der Förderflüssigkeit - wie die Lager 10, 11 benetzt werden, was dynamische Wellendichtungen überflüssig macht.
    Im Beispiel von Figur 3 ist eine mit einem Verbindungsstück 28 zusammengesetzte Hohlwelle 6 mit Lagern 10 auf einer Antriebswelle 5 drehbar gelagert. Nach der zweiten Stufe 4, 3 wird mit einem Stützen 37 ein Teilstrom 29 bei einem höheren Druck abgezweigt und über ein Regelorgan 30 und einen weiteren Stutzen 38 auf der Saugseite über einen Leitapparat 27 einem Turbinenrad 26 zugeführt, welches Bestandteil der Hohlwelle 6 ist. Am Austritt des Turbinenrades 26 wird der Teilstrom 29 dem Saugstrom vor dem ersten Laufrad 9 zugemischt. Entsprechend der Charakteristik des Turbinenrades 26 stellt sich bei einem bestimmten Druckgefälle über den Teilstrom 29 entsprechend dem Drehmoment am ersten Laufrad eine Drehzahl n2 ein, die in einem bestimmten Betriebspunkt der Pumpe über das Regelorgan 30 veränderbar ist. Es ist also möglich, bestimmten Betriebspunkten eine Drehzahl n2 des ersten Laufrades zuzuordnen die für die Pumpe zu niedrigen NPSHR-Werten führt.
    Im Beispiel von Figur 4 ist zwischen der Hohlwelle 6 und der Antriebswelle 5 eine hydraulische Kupplung installiert, die als Drehmoment/Drehzahlwandler mit einem Schlupf Drehmoment von der Antriebswelle 5 bei einer kleineren Drehzahl n2 an das 1. Laufrad abgibt. Wellendichtungen 12 verhindern, dass grössere Mengen an Förderflüssigkeit in den Bereich der Drehmomentwandler 21, 22 gelangen. Ein mit der Antriebswelle 5 verbundener Wandlerteil 21 ist als ringförmige Wanne 23 ausgeführt, an der Flüssigkeit wegen der Zentrifugalkraft als Ring im Grund anliegt. Das Niveau dieses flüssigen Ringes wird durch ein radial verschiebbares Schöpfrohr von aussen bestimmt. Durch Bohrungen 25 gelangt Flüssigkeit in den Raum zwischen den beiden beschaufelten Wandlerhälften 21, 22 und bildet einen Flüssigkeitsstrom 36, der in Form einer Spirale zwischen den beiden Wandlerhälften 21, 22 zirkuliert und ein bestimmtes Drehmoment von der schnell drehenden Antriebswelle 5 bei einer niedrigeren Drehzahl n2 an das erste Laufrad 9 abgibt. Da für eine bestimmte Drehzahl n2 das Niveau der Flüssigkeit in der Wanne 23 für das übertragbare Drehmoment verantwortlich ist, kann die Stellung vom Schöpfrohr den Betriebspunkten der Pumpencharakteristik so zugeordnet werden, dass niedrigere NPSHR-Werte entstehen. In den Raum zwischen dem Gehäusedeckel 8 und dem Wellenlager 11 wird ständig Schmierflüssigkeit eingegeben, die in die Wanne 23 gelangt und zu einem ständigen Fluss durch das Schöpfrohr 24 führt, der eine Niveauregelung in beiden Richtungen erlaubt.
    Im Beispiel von Figur 5a ist das erste Laufrad 9 starr mit der Antriebswelle 5 verbunden. Das zweite Laufrad 9a ist mit Lagern 10 auf einer Büchse 42 gelagert, die ebenfalls starr mit der Antriebswelle 5 verbunden ist; ebenso ist ein Planetenträger 20 über Passfeder 33 mit der Welle verbunden. Eine Laufradmutter 40 sichert die drei Körper 9, 9a, 20 axial. Im Pumpengehäuse 1 ist ein Leitrad 3 verankert, das mit Umlenkkanälen zur zweiten Stufe kombiniert ist. Auf einer Schulter des zweiten Laufrades 9a ist ein mit Permanentenmagneten bestücktes Zentralrad 17a befestigt, das mit mehreren über den Umfang angeordneten Planetenrädern 19a magnetisch kämmt. Die Planetenräder 19a drehen auf Planetenbolzen 31, die mit dem Planetenträger 20 verbunden sind. Die Permanentmagnete der Planetenräder 19a kämmen magnetisch auch mit den Permanentmagneten 35a von einem Aussenkranz 18a, der starr mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden ist. Anschliessende Gehäuse 2c, 2b beherrbergen eine Lippendichtung 12a und eine Gleitringdichtung 12. In einem anschliessenden Lagerstuhl 2a ist die Welle 5 über Lager 11 gelagert und mit einem Deckel 41 gesichert. Dichtspalte 39 zwischen Gehäuse und drehenden Teilen sind so gewählt, dass Axialschübe an der Welle 5 weitgehend ausgeglichen sind. Der Restaxialschub wird durch Kugellager 11 aufgenommen.
    Im Beispiel der Figur 5b sind lediglich die Funktionen von Aussenkranz 18a und Planetenträger 20 gegenüber Figur 5a vertauscht. Der Planetenträger 20 ist mit dem Gehäuse 1 starr verbunden, während der Aussenkranz 18a über eine Scheibe 43 mit der Antriebswelle 5 starr verbunden ist. In dieser Anordnung dreht das zweite Laufrad 9a wesentlich schneller als die Antriebswelle, aber in umgekehrter Drehrichtung.

    Claims (12)

    1. Mehrstufige Zentrifugalpumpe für Flüssigkeiten (14) mit mehreren auf einer Antriebswelle (5) angeordneten Laufrädern (9, 4), die in einem Pumpengehäuse (1) drehen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Laufrad (9, 9a) als Hohlwelle (6, 6a) auf der Antriebswelle gelagert ist und mit einer von der Drehzahl n1 der Antriebswelle (5) verschiedenen Drehzahl n2 dreht, wobei die Hohlwelle von einem mechanischen Umwandler (7) angetrieben ist, der mechanische Leistung von der Antriebswelle im Gehäuse (1) abnimmt und bei dieser unterschiedlichen Drehzahl n2 an die Hohlwelle (6, 6a) abgibt, derart, dass die Drehzahl des ersten Laufrades (9) die niedrigere ist, um einen niedrigen NPSHR-Wert für die mehrstufige Pumpe zu erzeugen.
    2. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Umwandler (7) die Drehzahlen n1, n2 der Antriebswelle und der Hohlwelle in einem festen Uebersetzungsverhältnis koppelt.
    3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (9) der ersten Stufe als Hohlwelle (6) ausgebildet ist und dass der mechanische Umwandler ein Planetengetriebe (16) ist, dessen Zentralrad (17, 17a) mit der Antriebswelle (5) und dessen Planetenträger (20) oder Aussenkranz (18) mit der Hohlwelle (6) verbunden ist.
    4. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad der ersten Stufe mit der Antriebswelle (5) starr verbunden ist, dass mindestens ein nachfolgendes Laufrad (9a) als Hohlwelle (6a) ausgebildet ist und dass der mechanische Umwandler (7) ein Planetengetriebe (16) ist, dessen Zentralrad (17) mit der Hohlwelle (6a) verbunden ist, während der Planetenträger (20) oder der Aussenkranz (18) mit der Antriebswelle (5) starr verbunden sind.
    5. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Umwandler (7) ein Zahnradgetriebe ist.
    6. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Umwandler (7) ein Getriebe mit einer berührungslosen Verzahnung durch Permanentmagnete (35a, b, c) ist.
    7. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (9) der ersten Stufe als Hohlwelle (6) ausgebildet ist und dass der mechanische Umwandler (7) als hydraulischer Wandler (21, 22; 4, 26) ausgeführt ist, der mit einem mit der Welle (5) verbundenen Laufrad (21; 4) einen Flüssigkeitsstrom (36; 29) erzeugt, welcher an ein mit der Hohlwelle verbundenes Turbinenrad (22, 26) ein Drehmoment abgibt, wobei die Drehzahl n2 der Hohlwelle (6) einen Schlupf gegenüber der Drehzahl n1 der Antriebswelle (5) aufweist.
    8. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Wandler als Flüssigkeitskupplung (21, 22) respektive Drehmomentwandler zwischen der Antriebswelle (5) und der Hohlwelle (6) ausgeführt ist.
    9. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahldifferenz n1-n2 zwischen Welle (5) und Hohlwelle (6) durch Verändern vom Flüssigkeitsstrom (36) regulierbar ist.
    10. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilstrom (29) von einer Stufe nach der 1. Stufe abgezweigt ist und ein Turbinenrad (26) antreibt, welches mit der Hohlwelle (6) verbunden ist.
    11. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom (29) mit einem Regelorgan (30) regelbar ist.
    12. Zentrifugalpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Umwandler (7) in das Pumpengehäuse (1, 2) integriert ist.
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