EP1420166B1 - Hochdruck-Kreiselpumpe in einem Topfgehäuse mit einem Druckdeckel - Google Patents

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EP1420166B1 EP20030405738 EP03405738A EP1420166B1 EP 1420166 B1 EP1420166 B1 EP 1420166B1 EP 20030405738 EP20030405738 EP 20030405738 EP 03405738 A EP03405738 A EP 03405738A EP 1420166 B1 EP1420166 B1 EP 1420166B1
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housing
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    • F04D29/086—Sealings especially adapted for liquid pumps
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    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure centrifugal pump in a pot housing with a pressure lid and a use of this pump.
  • the pot housing pump is usually a multi-stage centrifugal pump in the the wheels "in line” (ie in series) or "back to back” on the shaft are arranged.
  • This pump can generate high pressures.
  • the rule is a drive unit on the low pressure side to the shaft coupled.
  • On the opposite side is the case through the Pressure lid completed.
  • the pressure lid has a flange, with the against the internal pressure, i. the pressure of a pumped liquid is sealed.
  • a pot-type pump of the "back to back" type which has two multi-stage, comprises centrifugal pumps arranged on a common shaft.
  • the object of the invention is to provide a pump with a sealing To provide pressure lid, in which the seal remains leak-free. These The object is achieved by the defined in claim 1 pump.
  • the high pressure centrifugal pump in a pot housing includes a Pressure lid (3).
  • This has a flange with a flange, with the pressure cap on a frontal and annular sealing surface of a Housing is secured by screwing.
  • the flange is through the Screwing on elastically deformed.
  • the sealing surface of the housing is in Area of a base zone of the flange on this with a second Sealing surface in contact.
  • the two sealing surfaces are in front of the Screwing on two at least approximately radially extending conical or annular surfaces. These two surfaces close a small angle ⁇ , which is in relation to a central axis outside opens. After screwing the flange are thanks to that elastic deformations, the two sealing surfaces pressed together and Thus, the angle between the sealing surfaces is equal to zero.
  • a pot housing pump 1 as shown in Fig. 1 is a pump of the type "back to back". It contains in a housing 2, a first part of the pump 1a and a second pump part 1b, which are offset by a common shaft 10 right or left in rotation. The drive end is indicated by an arrow 100 indicating the rotation. From a suction nozzle 21 at the drive end, a liquid to be conveyed passes through channels 11 in the sub-pump 1a, from which the liquid is transported at a mean pressure p L (200 to 500 bar) via further channels 12a, 12b to the drive remote end of the shaft, where it is deflected by a pressure cap 3 in the sub-pump 1b. After being transported through the second sub-pump 1b, the liquid exits from a centrally arranged discharge nozzle 22 out of the pump 1, wherein it has a final pressure of between approximately 400 and 1000 bar.
  • a pump of the "in-line” type which comprises only one centrifugal pump and in which the discharge nozzle is arranged at the end, ie at the pressure cover.
  • the pressure lid must seal against a pressure p L of 1000 bar.
  • the pressure cover 3 of the pump 1 has - see also Fig. 2 - a flange with a flange 4, which has a sealing function.
  • the pressure lid 3 carries in a profiled passage opening 31 a terminal Shaft bearings.
  • Installed in the pressure cap 3 is an axial thrust relief device and a shaft seal, with the one Liquid leakage into the environment is minimized by a pressure reduction.
  • the pressure cap 3 is on an end face and annular sealing surface 20 of the housing 2 screwed.
  • the flange 4 is elastically deformed when screwed so that the sealing surface 20 of the Housing 2 in the region of a base zone of the flange 4 on this with a second sealing surface 40 is in contact.
  • the two sealing surfaces 20, 40 lie before screwing on two at least approximately radially extending conical or annular surfaces, these two surfaces according to the invention include a small angle ⁇ with respect to a central axis 101 opens to the outside: see Fig. 3. Between the two sealing surfaces 20, 40 is thus a conical gap. The angle ⁇ this conical gap is a maximum of 1 °. After unscrewing the Flange 4 on the housing 2 are thanks to the elastic deformation of Flange 4, the two sealing surfaces 20, 40 pressed against each other: the conical gap is closed; the angle ⁇ between the sealing surfaces 20, 40 is zero in this state.
  • the sealing surface 20 of the housing 2 closes with the central axis 101 or with an angle ⁇ to this parallel straight line.
  • the second Sealing surface 40 encloses according to an angle ⁇ .
  • the sum of three angles ⁇ , ⁇ and ⁇ is 180 °.
  • the sealing surface 20 of the housing 2 contains at least one annular groove 25, wherein in each annular groove 25 a seal - in particular an O-ringseinfe employers is.
  • the sealing ring is with a dot-dashed circle 5 ' indicated.
  • a contact pressure p F of the flange 4 is largest there and decreases with increasing radius r: see the diagram on the right side of FIG. 4, in which the pressure curve within the contact area, namely the base zone of the flange 4, is shown.
  • a liquid-permeable gap between the sealing surfaces 20, 40 is so narrow that the material of the sealing ring 5 can not be extruded into these spaces. So that the flange 4 does not lift off, the contact pressure p F must be sufficiently large with respect to the liquid pressure p L. The larger the angle ⁇ is chosen, the larger is p F in the contact area. It is therefore possible to specify the contact pressure p F so that the flange 4 can not lift off.
  • the pressure cover 3 or its flange 4 can be formed so that at an internal pressure of up to 1000 bar - or more - the two sealing surfaces 20, 40 remain in the base zone of the flange 4 in contact.
  • two concentric annular grooves 25 with sealing rings. 5 provided (not shown). Between the two annular grooves 25 can Sensor can be arranged with the liquid due to leakage could flow through the seal located further inside, is registrable.
  • the second sealing surface 40 does not necessarily have to be on a conical surface lie; It can also be slightly bulged (convex).
  • the housing 2 and / or the pressure cover 3 is usually made of a metallic material, in particular forged steel.
  • the inventive pump can be used to pump water or a aqueous solution - especially seawater - at a pressure of at least 500 bar are used.
  • the pressure can also be up to 1000 bar or more.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kreiselpumpe in einem Topfgehäuse mit einem Druckdeckel sowie eine Verwendung dieser Pumpe.
Die Topfgehäusepumpe ist meistens eine mehrstufige Kreiselpumpe bei der die Laufräder "In Line" (d. h. in Serie) oder "Back to Back" auf der Welle angeordnet sind. Mit dieser Pumpe lassen sich hohe Drücke erzeugen. In der Regel ist ein Antriebsaggregat auf der Niederdruckseite an die Welle gekuppelt. An der gegenüberliegenden Seite wird das Gehäuse durch den Druckdeckel abgeschlossen. Der Druckdeckel weist eine Flanschpartie auf, mit dem gegen den Innendruck, d.h. den Druck einer gepumpten Flüssigkeit abgedichtet wird. Aus der EP-B- 0 248 104 (= P.6042) ist eine Topfgehäusepumpe des Typs "Back to Back" bekannt, die zwei mehrstufige, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Kreiselpumpen umfasst.
Bei einer Weiterentwicklung dieser bekannten Topfgehäusepumpe bilden der Druckdeckel und der für die Dichtung vorgesehene Flanschpartie eine Einheit. Dabei dient der Flansch gleichzeitig als Befestigungsmittel. Er ist mittels einer Vielzahl von Dehnungsbolzen auf dem stirnseitigen Ende des Gehäuses befestigt. In einer Dichtfläche des Gehäuses ist eine Ringnut eingelassen, in die als Dichtung ein O-Ring eingelegt ist. Der Druck der gepumpten Flüssigkeit bewirkt eine Belastung des Druckdeckels, aufgrund der die abdichtende Flanschfläche so weit abheben kann, dass eine Leckage eintritt. Man versuchte, diesen Mangel zu beheben, indem man die Dichtfläche auf eine schmale Ringzone an der Basis des Flansches reduzierte und einen Kontakt zwischen dem Flansch und der Dichtfläche des Gehäuses ausserhalb der Ringzone durch Zurückschneiden der Flanschoberfläche beseitigte. Dadurch wurde die Flächenpressung im Dichtbereich erhöht, allerdings ohne den gewünschten Effekt einer leckagefreien Dichtung zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe mit einem abdichtenden Druckdeckel zu schaffen, bei dem die Dichtung leckagefrei bleibt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Pumpe gelöst.
Die Hochdruck-Kreiselpumpe in einem Topfgehäuse umfasst einen Druckdeckel (3). Dieser weist eine Flanschpartie mit einem Flansch auf, mit dem der Druckdeckel auf eine stirnseitige und ringförmige Dichtfläche eines Gehäuses durch Aufschrauben befestigt ist. Der Flansch ist durch das Aufschrauben elastisch verformt. Die Dichtfläche des Gehäuses steht im Bereich einer Basiszone des Flansches auf diesem mit einer zweiten Dichtfläche in Kontakt. Die beiden Dichtflächen liegen vor dem Zusammenschrauben auf zwei zumindest angenähert radial sich erstreckenden Kegel- oder Ringflächen. Diese beiden Flächen schliessen einen kleinen Winkel χ ein, der sich bezüglich einer Zentralachse nach aussen öffnet. Nach dem Aufschrauben des Flansches sind dank dessen elastischen Verformungen die beiden Dichtflächen aufeinander gepresst und somit ist der Winkel zwischen den Dichtflächen gleich Null.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 8 betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Pumpe. Eine Verwendung der erfindungsgemässen Pumpe ist Gegenstand des Anspruchs 9.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
Seitenansicht einer Topfgehäusepumpe,
Fig. 2
Längsschnitt durch einen Druckdeckel und einen Teil des Gehäuses der in Fig. 1 dargestellten Pumpe,
Fig. 3
Details zu einer erfindungsgemässen Pumpe im Bereich der Dichtflächen zwischen Druckdeckel und Gehäuse und
Fig. 4
Details zu Druckkräften, die im Bereich der in Fig. 3 dargestellten Dichtung auftreten.
Eine Topfgehäusepumpe 1, wie sie in Fig. 1 abgebildet ist, ist eine Pumpe des Typs "Back to Back". Sie enthält in einem Gehäuse 2 eine erste Teilpumpe 1a und eine zweite Teilpumpe 1b, die über eine gemeinsame Welle 10 rechts- bzw. linksläufig in Rotation versetzt werden. Das Antriebsende ist mit einem Pfeil 100 angegeben, der die Rotation andeutet. Von einem Saugstutzen 21 am Antriebsende gelangt eine zu fördernde Flüssigkeit durch Kanäle 11 in die Teilpumpe 1a, von der die Flüssigkeit bei einem mittleren Druck pL (200 bis 500 bar) über weitere Kanäle 12a, 12b zum antriebsfernen Ende der Welle transportiert wird, wo sie durch einen Druckdeckel 3 in die Teilpumpe 1b umgelenkt wird. Nach dem Transport durch die zweite Teilpumpe 1b tritt die Flüssigkeit aus einem zentral angeordneten Druckstutzen 22 aus der Pumpe 1 aus, wobei sie einen Enddruck aufweist, der zwischen rund 400 und 1000 bar liegt.
Folgendes gilt auch für eine Pumpe des Typs "In Line", die nur eine Kreiselpumpe umfasst und bei welcher der Druckstutzen am Ende, d. h. beim Druckdeckel angeordnet ist. In diesem Fall muss der Druckdeckel gegen einen Druck pL von 1000 bar abdichten.
Der Druckdeckel 3 der Pumpe 1 weist - siehe auch Fig. 2 - eine Flanschpartie mit einem Flansch 4 auf, der eine abdichtende Funktion hat. Der Druckdeckel 3 trägt in einer profilierten Durchgangsöffnung 31 ein endständiges Wellenlager. Im Druckdeckel 3 eingebaut ist eine Axialschub-Entlastungseinrichtung und eine Wellenabdichtung, mit der ein Flüssigkeitsaustritt in die Umgebung durch einen Druckabbau minimiert wird. Mittels einer Vielzahl von Dehnbolzen 30 (nur einer gezeichnet, in Fig. 2 strichpunktiert) und dem Flansch 4 ist der Druckdeckel 3 auf eine stirnseitige und ringförmige Dichtfläche 20 des Gehäuses 2 aufgeschraubt. Der Flansch 4 wird beim Aufschrauben elastisch so verformt, dass die Dichtfläche 20 des Gehäuses 2 im Bereich einer Basiszone des Flansches 4 auf diesem mit einer zweiten Dichtfläche 40 in Kontakt steht. Die beiden Dichtflächen 20, 40 liegen vor dem Zusammenschrauben auf zwei zumindest angenähert radial sich erstreckenden Kegel- oder Ringflächen, wobei diese beiden Flächen erfindungsgemäss einen kleinen Winkel χ einschliessen, der sich bezüglich einer Zentralachse 101 nach aussen öffnet: siehe Fig. 3. Zwischen den beiden Dichtflächen 20, 40 befindet sich somit ein konischer Spalt. Der Winkel χ dieses konischen Spalts beträgt maximal 1°. Nach dem Aufschrauben des Flansches 4 auf dem Gehäuse 2 sind dank der elastischen Verformung des Flansches 4 die beiden Dichtflächen 20, 40 aufeinander gepresst: der konische Spalt ist geschlossen; der Winkel χ zwischen den Dichtflächen 20, 40 ist in diesem Zustand gleich Null.
Die Dichtfläche 20 des Gehäuses 2 schliesst mit der Zentralachse 101 oder mit einer zu dieser parallelen Geraden einen Winkel α ein. Die zweite Dichtfläche 40 schliesst entsprechend einen Winkel β ein. Die Summe der drei Winkel α, β und χ beträgt 180°. Vorzugsweise ist α ein rechter Winkel. Durch die Verformung des Flansches 4 wird χ gleich Null; somit ist für α = 90° auch β = 90° (= β' in Fig. 4).
Die Dichtfläche 20 des Gehäuses 2 enthält mindestens eine Ringnut 25, wobei in jede Ringnut 25 eine Dichtung - insbesondere ein O-Ringeingelegt ist. Der Dichtungsring ist mit einem strichpunktierten Kreis 5' angedeutet. Durch den Kontakt der beiden Dichtflächen 20, 40 bildet jede Ringnut 25 mit der aufliegenden zweiten Dichtfläche 40 eine weitgehend geschlossene Kammer.
In Fig. 4 ist der Zustand mit aufgeschraubtem Flansch 4 dargestellt. Beim Aufschrauben legt sich die zweite Dichtfläche 40 zuerst im Innenbereich auf die Dichtfläche 20 des Gehäuses 2 an. Daher ist ein Kontaktdruck pF des Flansches 4 dort am grössten und nimmt mit zunehmendem Radius r ab: siehe das Diagramm auf der rechten Seite der Fig. 4, in dem der Druckverlauf innerhalb des Kontaktbereichs, nämlich der Basiszone des Flansches 4, dargestellt ist. Die Flüssigkeit mit einem Druck pL (vgl. Diagramm rechts in Fig. 4) kann zwischen den Dichtflächen 20 und 40 bis in die Nut 25 vordringen, so dass der Dichtungsring 5 radial nach aussen gepresst wird. Ausserhalb der Dichtung ist der Druck p = p0 (beispielsweise Umgebungsdruck). Ein flüssigkeitsdurchlässiger Spalt zwischen den Dichtflächen 20, 40 ist so eng, dass das Material des Dichtungsrings 5 nicht in diese Zwischenräume extrudiert werden kann. Damit der Flansch 4 nicht abhebt, muss der Kontaktdruck pF gegenüber dem Flüssigkeitsdruck pL genügend gross sein. Je grösser der Winkel χ gewählt wird, desto grösser ist pF im Kontaktbereich. Es ist daher möglich, den Kontaktdruck pF so vorzugeben, dass der Flansch 4 nicht abheben kann. Der Druckdeckel 3 bzw. dessen Flansch 4 kann so ausgebildet werden, dass bei einem Innendruck von bis zu 1000 bar - oder auch mehr - die beiden Dichtflächen 20, 40 in der Basiszone des Flansches 4 in Kontakt bleiben.
Mit Vorteil sind zwei konzentrische Ringnuten 25 mit Dichtungsringen 5 vorgesehen (nicht dargestellt). Zwischen den beiden Ringnuten 25 kann ein Sensor angeordnet werden, mit dem Flüssigkeit, die aufgrund einer Leckage durch die weiter innen liegende Dichtung fliessen könnte, registrierbar ist.
Die zweite Dichtfläche 40 muss nicht notwendigerweise auf einer Kegelfläche liegen; sie kann auch leicht bauchig (konvex) ausgebildet sein.
Das Gehäuse 2 und/oder der Druckdeckel 3 wird in der Regel aus einem metallischen Material, insbesondere geschmiedetem Stahl hergestellt.
Die erfindungsgemässe Pumpe kann zur Förderung von Wasser oder einer wässrigen Lösung - insbesondere Meerwasser - bei einem Druck von mindestens 500 bar verwendet werden. Der Druck kann auch bis zu 1000 bar oder mehr betragen.

Claims (9)

  1. Hochdruck-Kreiselpumpe in einem Topfgehäuse mit einem Druckdeckel (3), der eine Flanschpartie mit einem Flansch (4) aufweist, mit dem der Druckdeckel auf eine stirnseitige und ringförmige Dichtfläche (20) eines Gehäuses (2) durch Aufschrauben befestigt ist, wobei der Flansch durch das Aufschrauben elastisch verformt ist, die Dichtfläche des Gehäuses im Bereich einer Basiszone des Flansches auf diesem mit einer zweiten Dichtfläche (40) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet dass, die beiden Dichtflächen (20, 40) vor dem Zusammenschrauben auf zwei zumindest angenähert radial sich erstreckenden Kegel- oder Ringflächen liegen und diese beiden Flächen einen kleinen Winkel χ einschliessen, der sich bezüglich einer Zentralachse (101) nach aussen öffnet, so dass nach dem Aufschrauben des Flansches dank dessen elastischen Verformungen die beiden Dichtflächen aufeinander gepresst sind und somit der Winkel zwischen den Dichtflächen gleich Null ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (20) des Gehäuses (2) mit der Zentralachse (101) einen Winkel α, die zweite Dichtfläche (40) einen Winkel β einschliessen, wobei die Summe der drei Winkel α, β und χ 180° beträgt und α vorzugsweise ein rechter Winkel ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (20) des Gehäuses (2) mindestens eine Ringnut (25) enthält, wobei in jede Ringnut eine Dichtung (5) - insbesondere ein O-Ring - eingelegt ist.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kontakt der beiden Dichtflächen (20, 40) jede Ringnut (25) mit der aufliegenden zweiten Dichtfläche (40) eine weitgehend geschlossene Kammer bildet, so dass ein Eintreten von Flüssigkeit in diese Kammer möglich, jedoch ein Austreten von Dichtungsmaterial durch Extrusion verhindert ist.
  5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei konzentrische Ringnuten (25) mit Dichtungsringen (5) vorgesehen sind und dass zwischen den Ringnuten ein Sensor zur Registrierung einer Leckage durch die innen liegende Dichtung angeordnet ist.
  6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckdeckel (3) so ausgebildet ist, dass bei einem Innendruck von bis zu 1000 bar oder mehr die beiden Dichtflächen (20, 40) in der Basiszone des Flansches in Kontakt bleiben.
  7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dichtfläche (40) leicht konvex ausgebildet ist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) und/oder der Druckdeckel (3) aus metallischem Material, insbesondere geschmiedetem Stahl, hergestellt sind.
  9. Verwendung einer Pumpe (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Förderung von Wasser oder einer wässrigen Lösung - insbesondere Meerwasser - bei einem Druck von mindestens 500 bar.
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