EP0947701A1

EP0947701A1 - Multistage centrifugal pump

Info

Publication number: EP0947701A1
Application number: EP98810274A
Authority: EP
Inventors: Siegfried Liegat
Original assignee: Sulzer Weise GmbH
Current assignee: Sulzer Pumpen Deutschland GmbH
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: US6179553B1; EP0947701B1; DE59812247D1

Abstract

The running wheel (9) formed as a hollow shaft (6) is located on the drive shaft (5) and rotates at a speed n2 different to that n1 of the drive shaft. The hollow shaft is driven by a mechanical convertor, which takes mechanical power from the drive shaft in the housing (1) and imparts the different speed to the hollow shaft, so that the speed of the first running wheel which is lower produces a lower net positive suction head value for the multistage pump. The mechanical convertor is a gearwheel gear.

Description

Die Erfindung handelt von einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe für Flüssigkeiten mit mehreren auf einer Welle angeordneten Laufrädern, die in einem Pumpengehäuse drehen.The invention is a multi-stage Centrifugal pump for liquids with several on one Shaft impellers arranged in a pump housing rotate.

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 (NPSH_A = net positive suction head), in der die Pumpe aufgestellt wird bei der momentanen Fördermenge nicht grösser ist als der von der Pumpencharakteristik her zulässige NPSH_R-Wert der Pumpe. Der Wert einer Pumpe hängt daher wesentlich davon ab, dass ihr NPSH_R-Wert möglichst niedrig ist, damit dem Anlagenbauer nicht unzumutbare Auflagen wegen der Zulaufhöhe gemacht werden. 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. A pump manufacturer will therefore endeavor to get by with few pump stages and the peripheral speed or. set the speed of such a pump high. This is opposed to the fact that high inlet accelerations occur on the impeller on the suction side of the pump at the 1st stage, which lead to cavitation phenomena when the inlet pressure of the system (NPSH _A = net positive suction head) in which the pump is installed at the current one 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.

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.

These relationships are described in detail in the centrifugal pump manual (1st edition, July 1985 by Gebrüder Sulzer AG, 8401 Winterthur, Switzerland) under chapter 1.5 "Cavitation and suction behavior". As a means to improve absorbency resp. the permissible speed are mentioned:

a) Use of special suction wheels in various forms.

b) Use of a double-flow impeller as the 1st stage.

c) Front wheel.

d) feed pump.

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.In a first approximation, measures b) and d) considerable additional costs on the pump side and Measures a), c) rather a restriction in the map, because an optimization actually only for one design point a characteristic curve can take place.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mehrstufige Pumpe so abzuändern, dass sie bei niedrigen NPSH_A-Werten einer Anlage zulässigen Kennlinienbereich gefahren werden kann.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.

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 NPSH_R-Wert für die mehrstufige Pumpe zu erzeugen.This object is achieved with the characteristics of independent claim 1 in that 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.

Die abhängigen Ansprüche 2 bis 12 dienen der vorteilhaften Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims 2 to 12 serve the advantageous developments of the invention.

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.So it is advantageous as a mechanical converter To carry out gearboxes with a fixed gear ratio, where planetary gears are suitable. To the relatively high Losses that result from mechanical gearing result in making it smaller is a magnetic one Interlocking suggested. Instead of a ring gear cylindrical rings are provided, made of permanent magnets exist, which with the circumference of a ring alternating polarity are layered. By doing that the different cylinders, the division for the change the polarity is kept the same opposite polarities like Gears and can transmit torques. The Drag losses and noise are much smaller than with flooded gear drives.

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.In multi-stage pumps with a large flow rate, it is advantageous to design 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 .

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. In the case of multi-stage pumps with a small flow rate and a large delivery head, it may be advantageous because of the investment costs for the pump and drive unit to rigidly mount the first impeller on the drive shaft and to store further stages as a hollow shaft on the drive shaft. A planetary gear must then drive the hollow shaft at a speed n ₂ > n ₁ .

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.For cases with a lower speed n _{2 of} the first impeller than the speed n _{1 of} the drive shaft, 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.

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.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.

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.

The invention is described below using exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1a: Schematically a section of a multi-stage pump with a planetary gear between the drive shaft and the first impeller, the drive shaft and a first impeller rotating in the same direction;
Fig. 1b: schematically an arrangement as in Figure 1a, wherein the drive shaft and the first impeller rotate in the opposite direction;
Fig. 2: schematically an arrangement as in Figure 1a, in which the gears are replaced by a contactless magnetic toothing;
Fig. 3: schematically shows a section of a multi-stage pump with a hydraulic drive of the 1st impeller through a turbine wheel which is driven via a partial flow of the liquid conveyed by the drive shaft;
Fig. 4: schematically shows a section of a multi-stage pump in which the first impeller experiences a torque dependent on the differential speed from the drive shaft via a hydraulic clutch;
Fig. 5a: schematically shows a section of a two-stage centrifugal pump, the first impeller is rigidly coupled to the drive shaft, while the second impeller is mounted as a hollow shaft on the drive shaft and is brought to a significantly higher speed within the housing by a magnetically toothed planetary gear; and
Fig. 5b: schematically an arrangement as in Fig. 5a, wherein the drive shaft and the second impeller rotate in the opposite direction.

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 NPSH_R-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.1 to 4 show multi-stage centrifugal pumps which have a plurality of impellers arranged on a drive shaft. 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.

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 NPSH_R-Wert erreicht.In Figures 5a, 5b, the impeller of the second stage rotates at a speed n ₂ , which rotates significantly higher than the speed n _{1 of} the drive shaft, because an increase in speed takes place within the pump housing with a planetary gear. A large pressure increase occurs in the second stage, while the first stage, which rotates with the drive speed n ₁ , reaches a favorable NPSH _R value.

In den nachfolgenden Beispielen sind für gleiche Gegenstände gleiche Hinweiszeichen verwendet worden.In the examples below are the same Objects have the same information signs.

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.In Figures 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.

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.In the case of FIG. 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.

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.In the case of FIG. 1b, the functions of the planetary gear 16 are interchanged compared to FIG. 1a. 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. In this arrangement, 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.

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.The example of 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.

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 NPSH_R-Werten führt.In the example of FIG. 3, a hollow shaft 6 with bearings 10 assembled with a connecting piece 28 is rotatably mounted on a drive shaft 5. After the second stage 4, 3, 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. At the outlet of the turbine wheel 26, the partial flow 29 is mixed with the suction flow upstream of the first impeller 9. In accordance with the characteristic of the turbine wheel 26, 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.

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 NPSH_R-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.In the example of FIG. 4, 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. Through holes 25, 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.

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.In the example of Figure 5a, 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. In the pump housing 1 is 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.

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.In the example in FIG. 5b, only the functions are of outer ring 18a and planet carrier 20 opposite figure 5a interchanged. The planet carrier 20 is with the housing 1 rigidly connected, while the outer ring 18a via a Washer 43 is rigidly connected to the drive shaft 5. In this arrangement, the second impeller 9a rotates much faster than the drive shaft, but in reverse direction of rotation.

Claims

Multi-stage centrifugal pump for liquids (14) with a plurality of impellers (9, 4) arranged on a drive shaft (5) and rotating in a pump housing (1), characterized in that at least one impeller (9, 9a) as a hollow shaft (6, 6a ) is mounted on the drive shaft and rotates at a speed n ₂ different from the speed n _{1 of} the drive shaft (5), the hollow shaft being driven by a mechanical converter (7) which reduces mechanical power from the drive shaft in the housing (1) and at this different speed n ₂ to the hollow shaft (6, 6a), such that the speed of the first impeller (9) is the lower to produce a low NPSH _R value for the multi-stage pump.

Centrifugal pump according to claim 1, characterized in that the mechanical converter (7) couples the speeds n ₁ , n _{2 of} the drive shaft and the hollow shaft in a fixed transmission ratio.

Centrifugal pump according to claim 2, characterized characterized that the impeller (9) of the first stage is designed as a hollow shaft (6) and that mechanical converter is a planetary gear (16), the central wheel (17, 17a) with the drive shaft (5) and its planet carrier (20) or outer ring (18) is connected to the hollow shaft (6).

Centrifugal pump according to claim 2, characterized characterized that the impeller of the first stage with the drive shaft (5) is rigidly connected to that at least one subsequent impeller (9a) as Hollow shaft (6a) is formed and that the mechanical converter (7) a planetary gear (16) whose central wheel (17) with the hollow shaft (6a) is connected while the planet carrier (20) or the outer ring (18) with the drive shaft (5) rigid are connected.

Centrifugal pump according to one of claims 2 to 4, characterized in that the mechanical Converter (7) is a gear transmission.

Centrifugal pump according to one of claims 2 to 4, characterized in that the mechanical Converter (7) a transmission with a non-contact Interlocking by permanent magnets (35a, b, c).

Centrifugal pump according to claim 1, characterized characterized that the impeller (9) of the first stage is designed as a hollow shaft (6) and that mechanical converter (7) as a hydraulic converter (21, 22; 4, 26) is carried out with one with the Shaft (5) connected impeller (21; 4) one Liquid flow (36; 29) generated, which at a turbine wheel (22, 26) connected to the hollow shaft outputs a torque, the speed n2 the Hollow shaft (6) slip compared to the speed n1 the drive shaft (5).

Centrifugal pump according to claim 7, characterized characterized that the hydraulic converter as Fluid coupling (21, 22) respectively Torque converter between the drive shaft (5) and the hollow shaft (6) is executed.

Centrifugal pump according to claim 8, characterized in that the torque at a certain speed difference n ₁ -n ₂ between shaft (5) and hollow shaft (6) can be regulated by changing the liquid flow (36).

Centrifugal pump according to claim 7, characterized characterized in that a partial stream (29) from a Stage branches off after the 1st stage and a Turbine wheel (26) drives which with the hollow shaft (6) is connected.

Centrifugal pump according to claim 10, characterized characterized in that the partial flow (29) with a Regulator (30) is adjustable.

Centrifugal pump according to one of claims 1 to 11, characterized in that the mechanical Converter (7) integrated in the pump housing (1, 2) is.