EP1378667A2 - Pumping system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Pumpstand mit einer ein- oder mehrstufigen Kreiselpumpe, deren zumindest eines Pumpenlaufrad auf einer Antriebswelle eines Pumpenantriebs fliegend gelagert ist, wobei zum Axialschubausgleich an der Antriebswelle eine Ausgleichsvorrichtung vorgesehen ist.The invention relates to a pumping station with a single or multi-stage centrifugal pump, at least one pump impeller overhung on a drive shaft of a pump drive is, a for axial thrust compensation on the drive shaft Compensating device is provided.
Bei einer Spaltrohrmotorpumpe sind beispielsweise Pumpe und Antriebsmotor zu einer Einheit integriert. Das Pumpenteil kann sowohl in ein- als auch mehrstufiger Bauweise ausgeführt werden. Das Laufrad beziehungsweise die Laufräder sind dabei auf einer gemeinsamen Antriebswelle fliegend angeordnet.In the case of a canned motor pump, for example, the pump and the drive motor integrated into one unit. The pump part can both in single and multi-stage construction become. The impeller or the impellers are included arranged flying on a common drive shaft.
Insbesondere mehrstufige Pumpen können jedoch zum Teil beachtliche Axialschubkräfte entwickeln, die mit herkömmlichen Axiallagerbunden nicht mehr zu beherrschen sind.Multi-stage pumps, in particular, can sometimes be considerable Develop axial thrust forces using conventional thrust bearing collars can no longer be mastered.
Man hat daher auch bereits eine Spaltrohrmotorpumpe geschaffen, die an dem dem Laufradsatz abgewandten und im Motorgehäuse befindlichen Wellenende der Antriebswelle eine Entlastungsvorrichtung zum Axialschubausgleich hat. Die Entlastungsvorrichtung weist eine mit der Antriebswelle drehfest verbundene Entlastungsscheibe auf. Ein radialer Stirnrandbereich dieser Entlastungsscheibe bildet einen quer zur Wellenlängsrichtung der Antriebswelle orientierten Ausgleichskanal, dem eine aus axial orientierten Umfangswandungen begrenzte Vordrossel vorgeschaltet ist.A canned motor pump has therefore already been created, those on the side facing away from the wheelset and located in the motor housing Shaft end of the drive shaft a relief device for axial thrust compensation. The relief device has a relief disk connected to the drive shaft in a rotationally fixed manner on. A radial front edge area of this relief disk forms a transverse to the longitudinal direction of the Drive shaft-oriented compensation channel, one of which is axial Oriented peripheral walls upstream limited throttle is.
Während die Vordrossel eine starre Flüssigkeitsdrossel bildet, stellt der Ausgleichskanal eine vom axialen Wellenstand abhängige variable Drossel dar. Durch die Vordrossel und den Ausgleichskanal wird ein Flüssigkeits-Teilstrom der Förderflüssigkeit von der Druckseite zur Saugseite dieser vorbekannten Kreiselpumpe geführt. Ein weiterer Teilstrom des Förderstromes wird als Kühlstrom abgezweigt und an der inneren Umfangswandung des Spaltrohrtopfes vorbei durch eine Längsbohrung der hohlgebohrten Antriebswelle zurück zur Saugseite der Pumpe geführt.While the pre-throttle forms a rigid liquid throttle, provides the compensation channel depending on the axial shaft position variable throttle. Through the pre-throttle and the compensation channel becomes a liquid sub-flow of the pumped liquid from the pressure side to the suction side of this known centrifugal pump guided. Another partial flow of the flow is branched off as a cooling stream and on the inner peripheral wall of the Canned pot past through a longitudinal bore of the hollow drilled Drive shaft led back to the suction side of the pump.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Motorkühlstrom aus wärmetechnischen Gründen möglichst groß, der Entlastungsstrom aus Wirkungsgradgründen dagegen möglichst klein sein sollte. Dies lässt sich jedoch mit einer gemeinsamen Rückführungsleitung nicht immer verwirklichen. Man hat daher auch bereits eine Spaltrohrmotorpumpe geschaffen, bei welcher der Entlastungs- und Motorkühlstrom über getrennte Rückführungswege geführt sind. Während der Motorkühlstrom über die hohlgebohrte Welle zurückgeleitet wird, ist der Entlastungsstrom demgegenüber über eine äußere Umführungsleitung geführt. Aus Sicherheitsgründen sind beim Einsatz solcher Kreiselpumpen in der chemischen Industrie externe Umführungsleitungen jedoch nicht erwünscht.In practice it has been shown that the engine cooling flow is off thermal reasons as large as possible, the relief current however, should be as small as possible for reasons of efficiency. However, this can be done with a common return line not always realizing. So you already have it created a canned motor pump in which the relief and engine cooling flow via separate return paths are led. During the engine cooling flow over the hollow drilled In contrast, the relief current is returned led over an outer bypass line. For safety reasons are when using such centrifugal pumps in the chemical industry external bypass lines however not he wishes.
Es besteht daher die Aufgabe, einen Pumpstand der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik weitestgehend vermeidet.There is therefore the task of a pumping station of the type mentioned To create the kind of drawbacks mentioned above Avoid prior art as far as possible.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Pumpstand der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass die Ausgleichsvorrichtung zwischen dem zumindest einen Pumpenlaufrad und dem Pumpenantrieb angeordnet ist.The inventive solution to this problem consists in the Pumping station of the type mentioned in particular in that the compensation device between the at least one pump impeller and the pump drive is arranged.
Bei dem erfindungsgemäßen Pumpstand ist die Ausgleichsvorrichtung nicht auf der den Pumpenlaufrädern abgewandten Seite des Pumpenantriebs angeordnet, - vielmehr ist die Ausgleichsvorrichtung zwischen dem zumindest einen Pumpenlaufrad und dem Pumpenantrieb platziert. Durch diese Anordnung der Ausgleichsvorrichtung können lange und insbesondere externe Rückführungsleitungen für den Entlastungsstrom vermieden werden und eine vom Motorkühlstrom separate Führung des Entlastungsstroms wird begünstigt. Da die Ausgleichsvorrichtung insbesondere in der Nähe der Pumpenlaufräder und somit in dem Bereich platziert werden kann, in welchem die Axialschubkräfte hauptsächlich entstehen, wird eine unabhängige Ausgestaltung von Pumpe und Pumpenantrieb oder gar ein modularer Aufbau des erfindungsgemäßen Pumpenstands begünstigt.In the pumping station according to the invention is the compensation device not on the side of the Pump drive arranged - rather the compensation device between the at least one pump impeller and the Pump drive placed. This arrangement of the compensation device can be long and especially external return lines be avoided for the relief current and a separate guidance of the relief flow from the engine cooling flow favored. Since the compensation device in particular in the Placed near the pump impellers and thus in the area in which the axial thrust mainly arises, becomes an independent design of pump and pump drive or even a modular structure of the invention Pump stand favors.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ausgleichsvorrichtung auf der Antriebswelle angeordnet ist und/oder an das zumindest eine Laufrad oder den Laufradsatz unmittelbar angrenzt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Ausgleichsvorrichtung in einem vom Pumpenantrieb getrennten oder trennbaren Pumpengehäuse angeordnet ist.In this context, it is particularly advantageous if the Compensating device is arranged on the drive shaft and / or directly to the at least one impeller or the impeller set borders. It is useful if the compensation device in a separate from the pump drive or separable pump housing is arranged.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass die Ausgleichsvorrichtung als hydraulische Entlastungsvorrichtung ausgestaltet ist und dass die Ausgleichsvorrichtung insbesondere eine in Abhängigkeit vom axialen Wellenstand variable Entlastungsvorrichtung bildet.A preferred embodiment according to the invention provides that the balancing device as a hydraulic relief device is designed and that the compensation device especially one depending on the axial wave position forms variable relief device.
Dabei kann die Ausgleichsvorrichtung zweckmäßigerweise so gestaltet sein, dass diese einen Ausgleichskanal hat, der einerseits von einer Radialfläche eines mit der Antriebswelle in Wellenlängsrichtung unverrückbar verbundenen Entlastungskörpers und andererseits von einem gehäusefesten Wandungsabschnitt begrenzt ist und dass durch den Ausgleichskanal ein insbesondere von der Druckseite zur Saugseite der Pumpe geführter Teilstrom des Förderstroms geführt ist.The compensation device can be designed expediently in this way be that this has an equalization channel, on the one hand from a radial surface one with the drive shaft in Wavelength direction immovably connected relief body and on the other hand bounded by a wall section fixed to the housing is and that through the equalization channel a particular Partial flow from the pressure side to the suction side of the pump of the flow is guided.
Um dem durch die Pumpe erzeugten Axialschub eine etwa gleichgroße Gegenkraft entgegensetzten zu können, ist es vorteilhaft, wenn dem Ausgleichskanal eine Vordrossel vorgeschaltet ist. Dabei sieht eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vor, dass die Vordrossel durch einen in Wellenlängsrichtung der Antriebswelle orientierten und vom Teilstrom durchströmten Drosselkanal gebildet ist, und dass der Drosselkanal vorzugsweise einerseits durch die Umfangswandung des Entlastungskörpers und andererseits durch einen die Umfangswandung des Entlastungskörpers umgreifenden Wandungsabschnitt begrenzt.Around the axial thrust generated by the pump of approximately the same size To be able to oppose counterforce, it is advantageous if a pre-throttle is connected upstream of the compensation channel. there sees a preferred embodiment according to the invention before that the pre-choke by a in the longitudinal direction of the Drive shaft oriented and flowed through by the partial flow Throttle channel is formed, and that the throttle channel is preferred on the one hand through the peripheral wall of the relief body and on the other hand by a the peripheral wall of the relief body encompassing wall section limited.
Eine besonders kompakte und platzsparende Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass der Entlastungskörper druckseitig an dem Pumpenlaufrad der in Förderrichtung letzten Pumpstufe der Kreiselpumpe gehalten ist.A particularly compact and space-saving embodiment according to The invention provides that the relief body on the pressure side on the pump impeller of the last pump stage in the conveying direction the centrifugal pump is held.
Eine externe Rückführungsleitung kann beispielsweise vermieden werden, wenn der von der Entlastungsvorrichtung kommende Teilstrom über einen Rückführungskanal zur Saugseite der Kreiselpumpe oder einer ihrer in Förderrichtung vorzugsweise vorderen Pumpstufen geführt ist und wenn der Rückführungskanal zwischen der Pumpenlaufradnabe zumindest einer Pumpstufe und der Antriebswelle vorgesehen ist.An external return line can be avoided, for example when the partial flow coming from the relief device via a return duct to the suction side of the centrifugal pump or one of their front, preferably in the conveying direction Pump stages is performed and if the return channel between the pump impeller hub of at least one pump stage and the drive shaft is provided.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung sieht vor, dass die Kreiselpumpe als Spaltrohrmotorpumpe ausgestaltet ist.A preferred embodiment according to the invention provides that the centrifugal pump is designed as a canned motor pump.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen sowie der Zeichnung. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung verwirklicht sein.Further features of the invention result from the following Description of an embodiment according to the invention in Connection with the claims and the drawing. The single ones Features can be used individually or in groups in one embodiment be realized according to the invention.
Es zeigt:
- Fig. 1
- eine mehrstufige Spaltrohrmotorpumpe in einem Längsschnitt, und
- Fig. 2
- die Spaltrohrmotorpumpe aus Fig. 1 in einem TeilQuerschnitt durch ihre Antriebswelle im Bereich eines Pumpenlaufrades.
- Fig. 1
- a multi-stage canned motor pump in a longitudinal section, and
- Fig. 2
- 1 in a partial cross section through its drive shaft in the area of a pump impeller.
In Fig. 1 ist ein Pumpstand 1 mit einer Spaltrohrmotor-Kreiselpumpe
2 dargestellt, die insbesondere als Flüssigkeitspumpe
dient. Bei dem hier dargestellten Pumpstand 1 sind
die Kreiselpumpe 2 einerseits und der Pumpenantrieb 3 mit dem
elektrischen Antriebsmotor andererseits zu einer Einheit integriert.
Die Kreiselpumpe 2, die auch einstufig ausgestaltet
sein kann, ist hier mehrstufig ausgebildet und weist einen
Laufradsatz mit drei Pumpenlaufrädern 4, 5, 6 auf. Diese Pumpenlaufräder
4, 5, 6 sind einander benachbart auf einer gemeinsamen
Antriebswelle 7 fliegend gelagert.In Fig. 1 is a pumping station 1 with a canned motor centrifugal pump
2 shown, in particular as a liquid pump
serves. In the pumping station 1 shown here
the centrifugal pump 2 on the one hand and the
Die Kreiselpumpe 2 und der Pumpenantrieb 3 sind in separaten,
lösbar miteinander verbundenen Gehäuseteilen untergebracht. Dabei
ist der auf der Antriebswelle 7 drehfest gehaltene Läufer 8
des Pumpenantriebs 2 von dem äußeren Stator 9 umgriffen und
durch einen Spaltrohrtopf 10 hermetisch dicht getrennt.The centrifugal pump 2 and the
Zur Kühlung des Pumpenantriebs 3 ist ein Motorkühlstrom vorgesehen,
dessen Strömungsführung hier durch eine gestrichelte
Linie M angedeutet ist. Dieser Motorkühlstrom M wird als Teilstrom
des Förderstromes von der Druckseite des Pumpenlaufradsatzes
aus an der Wandungsinnenseite des Spaltrohrtopfes 10
vorbei bis zu dem dem Laufradsatz abgewandten Wellenende der
Antriebswelle 7 geführt, um von dort durch die hohlgebohrte Antriebswelle
7 hindurch zur Saugseite der Kreiselpumpe 2 oder
zwischen zwei Laufrädern zurückgeleitet zu werden.A motor cooling flow is provided for cooling the
Die hier dargestellte Spaltrohrmotorpumpe 2 weist zum Ausgleich
des insbesondere durch die Pumpenlaufräder 4, 5, 6 erzeugten
Axialschubes eine Ausgleichsvorrichtung 11 auf. Diese Ausgleichsvorrichtung
11 ist zwischen dem Pumpenlaufradsatz und
dem Pumpenantrieb 3 in dem mit dem Pumpenantrieb 3 lösbar verbundenen
Pumpen-Gehäuseteil angeordnet.The canned motor pump 2 shown here has compensation
of those generated in particular by the
Die Ausgleichsvorrichtung 11 ist hier als hydraulische Entlastungsvorrichtung ausgestaltet, durch die ebenfalls ein, hier durch eine strich-punktierte Linie angedeuteter Teilstrom E des Förderstromes von der Saugseite zur Druckseite der Spaltrohrmotorpumpe 2 geführt wird.The compensation device 11 is here as a hydraulic relief device designed by also one, here partial stream E des indicated by a dash-dotted line Flow from the suction side to the pressure side of the canned motor pump 2 is performed.
Die Ausgleichsvorrichtung 11 hat dazu einen ringförmig umlaufenden
Entlastungskörper 12, der im Querschnitt etwa L-förmig
ausgestaltet ist und einen axialen Teilbereich 13 sowie
einen radialen Teilbereich 14 hat. Dieser Entlastungskörper 12
ist rückseitig auf der Druckseite des in Förderrichtung letzten
Pumpenlaufrades 6 vorgesehen. For this purpose, the compensating device 11 has an annular circumference
Relief body 12, which is approximately L-shaped in cross section
is designed and an
Die Ausgleichsvorrichtung 11 weist einen hier radial
orientierten Ausgleichskanal 15 auf, der einerseits von einer
Radialfläche 16 am Entlastungskörper 12 und andererseits von
einem gehäusefesten Wandungsabschnitt 7 begrenzt ist. Dieser
Ausgleichskanal 15 bildet eine flexible Drossel, die eine vom
axialen Wellenstand variable Entlastung entgegen dem Axialschub
bewirkt.The compensation device 11 has a radial here
oriented
Dem Ausgleichskanal 15 ist eine starre Vordrossel 18 vorgeschaltet,
die durch einen in Wellen-Längsrichtung der Antriebswelle
7 orientierten und vom Teilstrom E durchströmten Drosselkanal
gebildet ist. Dieser Drosselkanal wird durch eine axiale
Umfangswandung 19 des Entlastungskörpers 12 einerseits und
durch einen die Umfangswandung 19 des Entlastungskörpers 12 umgreifenden
Wandungsabschnitt 20 begrenzt.A rigid pre-throttle 18 is connected upstream of the
Der von der Ausgleichsvorrichtung 11 kommende Teilstrom E wird
durch einen Rückführungskanal zur Saugseite der Kreiselpumpe 2
oder einer ihrer in Förderrichtung vorzugsweise vorderen Pumpstufen
geführt. Während in Fig. 1 erkennbar ist, dass dieser
Rückführungskanal zwischen der Pumpenlaufradnabe der Pumpenlaufräder
5, 6 und der Antriebswelle 7 vorgesehen ist, ist in
Fig. 2 gut zu erkennen, dass dieser dem Teilstrom E zugeordnete
Rückführungskanal durch drei, über den Wellenumfang der Antriebswelle
7 verteilt angeordnete Längsnuten 21 in der Antriebswelle
7 und/oder in den Laufradnaben der Pumpenlaufräder
4, 5, 6 gebildet sein kann. In Fig. 1 ist zu erkennen, dass die
Ausgleichsvorrichtung 11 hinter dem in Förderrichtung letzten
Pumpenlaufrad 6 angeordnet ist. Der zum Axialschubausgleich
erforderliche Entlastungsstrom E wird vom Förderstrom hinter
dem in Förderrichtung letzten Pumpenlaufrad 6 abgezweigt, durch
die Vordrossel 18 dem variablen Drosselspalt der Ausgleichsvorrichtung
11 zugeführt, wo ein von der axialen Wellenstellung
abhängiger Steuerspalt gebildet ist. Von dort wird der
Entlastungsstrom E über eine Einlass-Querbohrung 22 in den
durch die Nuten 21 gebildeten Rückführungskanal zwischen
Laufradnaben und Antriebswelle 7 geführt und über eine weitere
Auslass-Querbohrung 23 zum Beispiel hinter das in Förderrichtung
erste, saugseitige Pumpenlaufrad 4 geführt. Der zur
Rückführung des Entlastungsstromes E erforderliche Rückführungskanal
wird durch zumindest eine, vorzugsweise mehrere
Längsnuten 21 in den Laufradnaben der Pumpenlaufräder 5, 6
gebildet, wobei die Nuten 21 so angeordnet sind, dass sie in
axialer Richtung fluchten. Durch Querbohrungen in den Laufradnaben
kann die Rückführstelle an jeden beliebigen Ort zwischen
zwei Pumpenlaufrädern verlegt werden.The partial flow E coming from the compensating device 11 becomes
through a return duct to the suction side of the centrifugal pump 2
or one of their pumping stages, which are preferably at the front in the conveying direction
guided. While it can be seen in Fig. 1 that this
Return channel between the pump impeller hub of the
Der durch Nuten 21 der Pumpenlaufräder gebildete Rückführungskanal
für den Entlastungsstrom E ist einfach herzustellen und
baut äußerst kompakt. Dadurch ist es möglich, eine kompakte
platzsparende Ausgleichsvorrichtung 11 für eine mehrstufige
Spaltrohrmotorpumpe zu schaffen. Durch den zwischen den Laufradnaben
einerseits und der Antriebswelle 7 andererseits vorgesehenen
Rückführungskanal des Entlastungsstromes 11 entfallen
äußere Umführungsleitungen und eventuell erforderliche Schweißverbindungen.
Die separate Führung von Entlastungsstrom E und
Motorkühlstrom M hat den Vorteil, dass beide Teilströme entkoppelt
sind, d.h. sich nicht gegenseitig beeinflussen. Außerdem
kann die Rückführung beider Teilströme an verschiedenen Stellen
im Pumpenteil erfolgen, wenn dies aus wärmetechnischen Gründen
oder aufgrund der tatsächlich auftretenden Axialkräfte erforderlich
sein sollte. Letzteres ist von Bedeutung bei der Förderung
von siedenden Flüssigkeiten, wo mit einer Verdampfung
des Fördermittels gerechnet werden muß.The return channel formed by
Das axiale Spiel der Antriebswelle 7 in Richtung zur Kreiselpumpe
2 wird begrenzt durch die Spaltbreite "Null" an dem
Steuerspalt der Entlastungsvorrichtung 11, - in die der
Kreiselpumpe 2 entgegengesetzte Richtung durch die Spaltbreite
"Null" am axialen Lagerband des pumpenseitigen Lagers. Dadurch
lässt sich das axiale Wellenspiel der Antriebswelle 7 sehr
genau einstellen. Für den Fall, dass das Wellenspiel durch die
Axiallagerbunde des pumpen- beziehungsweise motorseitigen
Lagers bestimmt wird, ist dies nur mit größeren Toleranzen
möglich, da sich die Toleranzen von allen Dichtungen und
Bauteilen zwischen pumpen- und motorseitigem Axiallager
auf summieren.The axial play of the
Die Ausgleichsvorrichtung 11 im Pumpenteil des hier dargestellten
Pumpstands 1 zeichnet sich durch eine besonders kompakte
Bauform aus. Da der durch die Ausgleichsvorrichtung 11 hindurchgeführte
Entlastungsstrom E durch einen durch Längsnuten
21 in den Laufradnaben gebildeten und von der Antriebswelle 7
begrenzten Rückführungskanal separat rückgeführt wird, kann auf
externe Umführungsleitungen verzichtet werden. Das Axialspiel
der Antriebswelle 7 ist unabhängig von Bauteil- und Dichtungstoleranzen.
Da der Motorkühlstrom M unabhängig vom Entlastungsstrom
E durch die hohlgebohrte Antriebswelle 7 geführt wird,
kann die Motorkühlung unabhängig von der Ausgleichsvorrichtung
11 konzipiert werden.The compensation device 11 in the pump part of the here shown
Pumping station 1 is particularly compact
Design. Since the led through the compensation device 11
Relief current E through a through
Claims (11)
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