EP1438511A1 - Pumpe zur förderung von fluiden und gemischen von fluiden - Google Patents

Pumpe zur förderung von fluiden und gemischen von fluiden

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Publication number
EP1438511A1
EP1438511A1 EP02767039A EP02767039A EP1438511A1 EP 1438511 A1 EP1438511 A1 EP 1438511A1 EP 02767039 A EP02767039 A EP 02767039A EP 02767039 A EP02767039 A EP 02767039A EP 1438511 A1 EP1438511 A1 EP 1438511A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seal
pump
throttle gap
pump according
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02767039A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Meuter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer Management AG
Original Assignee
Sulzer Pumpen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer Pumpen AG filed Critical Sulzer Pumpen AG
Priority to EP02767039A priority Critical patent/EP1438511A1/de
Publication of EP1438511A1 publication Critical patent/EP1438511A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/128—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps with special means for adducting cooling or sealing fluid
    • 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
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/06—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288—Filamentary structures, e.g. brush seals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3404—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member and characterised by parts or details relating to lubrication, cooling or venting of the seal

Definitions

  • the invention relates to a pump for conveying fluids and / or mixtures of fluids with solid contents, with a housing and at least one throttle gap seal, which is provided in the housing in order to reduce the pressure in a throttle gap along a rotatable part of the pump.
  • Centrifugal pumps are also used to convey fluids and mixtures of fluids with solid components such as, for example, multi-phase mixtures of oil, gas, water and sand, such as occur in the extraction of petroleum and natural gas.
  • a pump comprises a pump shaft equipped with impellers, which is rotatably arranged in a housing, and a relief piston for axial thrust compensation, which is connected to the pump shaft in such a way that it rotates when the pump shaft rotates. So that the pump shaft and the relief piston are freely rotatable in the housing and, on the other hand, pressure equalization flows along the rotatable parts are limited, throttle gaps are formed between the housing and the pump shaft or the relief piston. Throttle gap seals are also provided in the pump in order to reduce the pressure in the throttle gaps along the pump shaft or along the relief piston and in this way to reduce the gap losses associated with the pressure compensation flows.
  • throttle gap seals used in conventional pump construction include, for example, smooth throttle gaps
  • the throttle gap seals from the prior art all have their specific disadvantages, for example the amount of leakage in the smooth throttle gap is relatively large, the play between the housing and rotating parts is critical and the comparatively long construction of the smooth throttle gap is disruptive.
  • a disadvantage of the mechanical seals is that they have a complex structure and are sensitive to changes in temperature and speed. In the case of pumps for multiphase mixtures, in particular multiphase mixtures with solids contents, it is further aggravated that the abrasive effect of the solids has a noticeable influence on the maintenance frequency and service life of the throttle gap seals.
  • the invention is based on the object of providing a pump for delivering fluids and / or mixtures of fluids with solids contents, which avoids the disadvantages of the prior art and which in particular is equipped with a relatively simple, robust and compact throttle gap seal is, which can be designed for small amounts of leakage and are not sensitive to manufacturing tolerances and temperature and speed changes and have a comparatively low maintenance.
  • the pump according to the invention for conveying fluids and / or mixtures of fluids with solid contents comprises a housing and at least one throttle gap seal which is provided in the housing in order to reduce the pressure in a throttle gap along a rotatable part of the pump, the throttle gap seal being designed as a brush seal arrangement ,
  • the brush seal assembly includes one or more individual brush seals that function as
  • Sealing elements comprise a multiplicity of densely arranged fibers, bristles and / or wires, which are distributed and fastened in a ring and with their free ends to the surface to be sealed, in particular to the surface of the rotatable part.
  • the throttle gap seal is preferably arranged rigidly in the housing of the pump.
  • the throttle gap seal is arranged in the region of a rotatable relief piston for axial thrust compensation in order to reduce the pressure in a throttle gap along the relief piston.
  • the throttle gap seal is designed as a dynamic shaft seal in order to seal a rotatable shaft with respect to the housing.
  • the fibers, bristles and / or wires of the brush seal are preferably attached flexibly and / or flexibly and expediently arranged at an acute angle to the surface of the rotatable part, the apex of the angle pointing in the running direction of the rotatable part.
  • the length of the fibers, bristles and / or wires of the brush seal is preferably predetermined in such a way that they can be ground to a suitable length by means of the rotatable part, for example a shaft, shaft protection sleeve or a relief piston.
  • the shaft is preferably provided with a shaft protection sleeve in the area of the throttle gap seal.
  • the brush seal arrangement comprises a section through which a barrier and / or flushing fluid flows, which if necessary has a lower temperature than the conveyed fluids and / or mixtures of fluids with solids contents in order to achieve a cooling effect.
  • a plurality of brush seals of the brush seal arrangement are preferably arranged next to one another as a pack.
  • the pump is designed for conveying multiphase mixtures.
  • the pump is preferably designed for fluid and mixture temperatures from 5 to 150 ° C and for pressures from 3 to 240 bar.
  • the pump according to the invention has the advantage that the length of the pump and in particular the relief piston for axial thrust compensation can be shortened, the play between the relief piston and the housing is less critical and the leakage quantities in the region of the relief piston can be reduced. Furthermore, the pump according to the invention is relatively insensitive to changes in temperature and speed and vibrations and allows a simple and robust construction of the dynamic shaft seals. The comparatively low maintenance effort for the throttle gap seals is also advantageous.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a pump
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from the longitudinal section shown in FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a longitudinal section of an embodiment of a
  • Throttle gap seal for use in the exemplary embodiment
  • Fig. 4 shows a cross section through that shown in Fig. 3
  • Fig. 5 shows a section through a brush seal (detailed view).
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a pump according to the embodiment of the present invention.
  • Reference number 1 is a housing
  • reference number 2 is a shaft which is rotatably arranged in the housing 1
  • reference number 10 is a relief piston for the axial thrust compensation, which is connected to the shaft 2 such that it rotates when the shaft rotates.
  • the shaft 2 is equipped with impellers 3. Since pressure equalization flows along the shaft and along the relief piston reduce the pumping capacity and pollute the environment depending on the pumped medium, throttle gaps are provided between the housing and the shaft or between the housing and the relief piston to limit the flow losses along the shaft and along the relief piston. Throttle gap seals are also provided in the areas mentioned in order to reduce the pressure in the throttle gaps along the pump shaft or along the relief piston and in this way to reduce the gap losses associated with the pressure compensation flows.
  • the pump comprises three such
  • Throttle gap seals which are designed as brush seal arrangements 8.1 - 8.3.
  • the pump according to the exemplary embodiment is for fluid and mixture temperatures of 5 ° C - 120 ° C, 5 ° C - 150 ° C or 5 ° C - 200 ° C and for pressures of 5 - 160 bar, 3 - 240 bar or 3 - 320 bar designed.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the longitudinal section shown in Fig. 1 through the pump according to the embodiment.
  • the relief piston 10 is shown, which is connected to the shaft 2.
  • the associated throttle gap along the relief piston 10 is not particularly emphasized in FIG. 2, since the gap widths used are small compared to the pump dimensions.
  • the throttle gap seal 8.3 in the area of the relief piston is designed as a brush seal arrangement which contains one or more individual brush seals.
  • the individual brush seals are rigidly arranged in an intermediate part, which in turn is rigidly connected to the housing 1.
  • the intermediate part is sealed off from the housing 1, but this is not particularly emphasized in FIG. 2.
  • FIG. 2 shows an enlarged section of the longitudinal section shown in Fig. 1 through the pump according to the embodiment.
  • the relief piston 10 is shown, which is connected to the shaft 2.
  • the associated throttle gap along the relief piston 10 is not particularly emphasized in FIG. 2, since the gap widths used are small compared to the pump dimensions.
  • a second throttle gap seal 8.2 is shown, which is designed as a dynamic shaft seal and seals the shaft 2 with respect to the housing 1. Also the second throttle gap seal 8.2 is designed as a brush seal arrangement which contains one or more individual brush seals which are rigidly connected to the housing 1.
  • a shaft protection sleeve 9 is provided in the region of the second throttle gap seal and is mounted on the shaft. An air gap can be provided between the shaft protection sleeve 9 and the shaft 2 for thermal insulation.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of an embodiment variant of a throttle gap seal for use in the exemplary embodiment.
  • Reference number 1 denotes a housing and reference number 2 a shaft which is rotatably arranged in housing 1. The bearings required for this are not shown in FIG. 3.
  • a throttle gap seal is arranged, which is designed as a dynamic shaft seal and seals the shaft against the housing, the dynamic shaft seal being designed as a brush seal arrangement 8, which contains a plurality of individual brush seals 8 '.
  • FIG. 5 A detailed view of a section through a single brush seal 8 'is shown in FIG. 5.
  • the brush seal 8 ' comprises, as sealing elements, a multiplicity of densely arranged fibers, bristles and / or wires 8a, which are distributed and fastened in a ring and point with their free ends to the surface to be sealed.
  • the brush seal arrangement 8 in the present embodiment variant comprises a quench seal, i.e. one
  • the brush seal arrangement 8 is equipped with a feed line 6a and a discharge line 6b for the sealing and / or rinsing liquid. If necessary, the barrier and / or rinsing liquid can have a lower temperature than the conveyed fluids or mixtures in order to achieve a cooling effect.
  • a plurality of annular brush seals 8 'of the brush seal arrangement 8 are advantageously arranged next to one another as a pack.
  • the shaft 2 is expediently provided with a shaft protection sleeve 9 in the region of the brush seal arrangement 8. For thermal insulation, an insulation gap can be provided between the shaft protection sleeve 9 and the shaft 2.
  • FIG. 4 shows a cross section through the embodiment variant of a throttle gap seal shown in FIG. 3, the section plane being placed in one of the brush seals 8 '. 4, a shaft protection sleeve 9 is provided on the shaft 2.
  • the brush seal 8 ' which is embedded in the housing 1, surrounds the shaft protection sleeve 9 in such a way that the shaft 2 is sealed in the axial direction.
  • the brush seal 8 ' comprises a multiplicity of densely arranged fibers, bristles and / or wires, which are distributed and fastened in a ring shape and point with their free ends towards the surface to be sealed, i.e. in the present embodiment variant to the surface of the shaft protection sleeve 9.
  • the fibers, bristles and / or wires of the brush seal are expediently fastened flexibly and / or flexibly and arranged at an acute angle to the surface to be sealed, the apex of the angle pointing in the running direction 12 of the shaft 2.
  • the length of the fibers, bristles and / or wires is advantageously chosen so that they are ground to the appropriate length by the rotating shaft protection sleeve 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Abstract

Eine Pumpe zur Förderung van Fluiden und Gemischen von Fluiden umfasst ein Gehäuse (1) und mindestens eine Drosselspaltabdichtung, welche im Gehäuse (1) vorgesehen ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang einem rotierbaren Teil (2) der Pumpe abzubauen, wobei die Drosselspaltabdichtung als Bürstendichtungsanordnung (8) ausgeführt ist. Die Bürstendichtungsanordnung (8) enthält eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen (8'), die als Dichtungselemente eine Vielzahl van dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten (8a) umfassen, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen.

Description

Sulzer Pumpen AG, CH-8401 Winterthur (Schweiz)
Pumpe zur Förderung von Fluiden und Gemischen von Fluiden
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen, mit einem Gehäuse und mindestens einer Drosselspaltabdichtung, welche im Gehäuse vorgesehen ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang einem rotierbaren Teil der Pumpe abzubauen.
Zur Förderung von Fluiden und Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen wie beispielsweise Mehrphasengemische aus öl, Gas, Wasser und Sand, wie sie bei der Förderung von Erdöl und Erdgas auftreten, werden auch Kreiselpumpen eingesetzt. Eine derartige Pumpe umfasst eine mit Laufrädern bestückte Pumpenwelle, die in einem Gehäuse rotierbar angeordnet ist, sowie einen Entlastungskolben für den Axialschubausgleich, der so mit der Pumpenwelle verbunden ist, dass er bei Drehung der Pumpenwelle mitdreht. Damit die Pumpenwelle und der Entlastungskolben frei im Gehäuse rotierbar sind und andererseits Druckausgleichsströmungen entlang der rotierbaren Teile begrenzt werden, sind zwischen dem Gehäuse und der Pumpenwelle beziehungsweise dem Entlastungskolben Drosselspalte ausgebildet. Weiter sind in der Pumpe Drosselspaltabdichtungen vorgesehen, um den Druck in den Drosselspalten entlang der Pumpenwelle beziehungsweise entlang des Entlastungskolbens abzubauen und auf diese Weise die mit den Druckausgleichsströmungen verbundenen Spaltverluste zu verringern.
Die im herkömmlichen Pumpenbau eingesetzten Ausführungsformen von Drosselspaltabdichtungen umfassen beispielsweise glatte Drosselspalte mit
BESTATIGUNGSKOPIE kleiner Spaltweite, Drosselspalte mit Labyrinthen, Drosselspalte mit Radialdichtringen, mit Quenchdichtungen, Schwimmringdichtungen, unterschiedlichen Ausführungen von Gleitringdichtungen oder Packungen. Die Drosselspaltabdichtungen aus dem Stand der Technik besitzen alle ihre spezifischen Nachteile, z.B. ist die Leckagemenge des glatten Drosselspaltes relativ gross, das Spiel zwischen Gehäuse und rotierbaren Teilen kritisch und die vergleichsweise lange Bauweise des glatten Drosselspaltes störend. Nachteilig an den Gleitringdichtungen ist, dass sie aufwendig aufgebaut sind und empfindlich auf Temperatur- und Drehzahländerungen reagieren. Bei Pumpen für Mehrphasengemische, insbesondere Mehrphasengemische mit Feststoffanteilen, kommt erschwerend hinzu, dass die abrasive Wirkung der Feststoffe einen merklichen Einfluss auf die Wartungshäufigkeit und Lebensdauer der Drosselspaltabdichtungen hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet, und welche insbesondere mit relativ einfach, robust und kompakt aufgebauten Drosselspaltabdichtungen ausgestattet ist, die für kleine Leckagemengen ausgelegt werden können und wenig empfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen und Temperatur- und Drehzahländerungen sind und einen vergleichsweise geringen Wartungsaufwand aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im unabhängigen Anspruch 1 definierte Pumpe gelöst.
Die erfindungsgemässe Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen umfasst ein Gehäuse und mindestens eine Drosselspaltabdichtung, welche im Gehäuse vorgesehen ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang einem rotierbaren Teil der Pumpe abzubauen, wobei die Drosselspaltabdichtung als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt ist. Die Bürstendichtungsanordnung enthält eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen, die als
Dichtungselemente eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten umfassen, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche, insbesondere zur Oberfläche des rotierbaren Teiles, weisen.
Vorzugsweise ist die Drosselspaltabdichtung starr im Gehäuse der Pumpe angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselspaltabdichtung im Bereich eines rotierbaren Entlastungskolbens für den Axialschubausgleich angeordnet, um den Druck in einem Drosselspalt entlang des Entlastungskolbens abzubauen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drosselspaltabdichtung als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, um eine rotierbare Welle gegenüber dem Gehäuse abzudichten.
Vorzugsweise sind die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung flexibel und/oder flexibel befestigt und zweckmässigerweise in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des rotierbaren Teiles angeordnet, wobei die Spitze des Winkels in Laufrichtung des rotierbaren Teiles zeigt. Vorzugsweise ist die Länge der Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung so vorbestimmt, dass sie durch den rotierbaren Teil, beispielsweise eine Welle, Wellenschutzhülse oder einen Entlastungskolben, auf eine passende Länge einschleifbar sind.
Vorzugsweise ist die Welle im Bereich der Drosselspaltabdichtung mit einer Wellenschutzhülse versehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bürstendichtungsanordnung einen Abschnitt, der von einem Sperr- und/oder Spülfluid durchströmt ist, welches bedarfsweise eine tiefere Temperatur aufweist als die geförderten Fluide und/oder Gemische von Fluiden mit Feststoffanteilen, um eine Kühlwirkung zu erzielen. Vorzugsweise sind mehrere Bürstendichtungen der Bürstendichtungsanordnung als Packung nebeneinander angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe zur Förderung von Mehrphasengemischen ausgelegt. Vorzugsweise ist die Pumpe für Fluid- und Gemischtemperaturen von 5 bis 150°C und für Drücke von 3 bis 240 bar einsetzbar.
Die erfindungsgemässe Pumpe hat den Vorteil, dass die Länge der Pumpe und insbesondere des Entlastungskolbens für den Axialschubausgleich verkürzt werden kann, das Spiel zwischen Entlastungskolben und Gehäuse weniger kritisch ist und die Leckagemengen im Bereich des Entlastungskolbens reduziert werden können. Weiter ist die erfindungsgemässen Pumpe relativ wenig empfindlich gegenüber Temperatur- und Drehzahländerungen und Schwingungen und erlaubt einen einfachen und robusten Aufbau der dynamischen Wellendichtungen. Vorteilhaft ist auch der vergleichsweise geringe Wartungsaufwand für die Drosselspaltabdichtungen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der Zeichnung hervor.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispiels und an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäss
Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Längsschnitt;
Fig. 3 einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante einer
Drosselspaltabdichtung zur Verwendung im Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 einen Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte
Drosselspaltabdichtung; und
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Bürstendichtung (Detailansicht).
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Pumpe gemäss Ausführungsbeispiel zur vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein Gehäuse, die Bezugsnummer 2 eine Welle, welche drehbar im Gehäuse 1 angeordnet ist und die Bezugsnummer 10 einen Entlastungskolben für den Axialschubausgleich, der so mit der Welle 2 verbunden ist, dass er bei Drehung der Welle mitdreht. Die Welle 2 ist mit Laufrädern 3 bestückt. Da Druckausgleichsströmungen entlang der Welle und entlang des Entlastungskolbens die Pumpleistung reduzieren und abhängig vom Fördermedium die Umwelt belasten, sind zwischen Gehäuse und Welle beziehungsweise zwischen Gehäuse und Entlastungskolben Drosselspalte vorgesehen, um die Strömungsverluste entlang der Welle und entlang des Entlastungskolbens zu begrenzen. Weiter sind in den genannten Bereichen Drosselspaltabdichtungen vorgesehen, um den Druck in den Drosselspalten entlang der Pumpenwelle beziehungsweise entlang des Entlastungskolbens abzubauen und auf diese Weise die mit den Druckausgleichsströmungen verbundenen Spaltverluste zu verringern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Pumpe drei solcher
Drosselspaltabdichtungen, die als Bürstendichtungsanordnungen 8.1 - 8.3 ausgeführt sind.
Die Pumpe gemäss dem Ausführungsbeispiel ist für Fluid- und Gemischtemperaturen von 5°C - 120°C, 5°C - 150°C oder 5°C - 200°C und für Drücke von 5 - 160 bar, 3 - 240 bar oder 3 - 320 bar ausgelegt.
Fig. 2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt aus dem in Fig. 1 gezeigten Längsschnitt durch die Pumpe gemäss Ausführungsbeispiel. In der linken Hälfte von Fig. 2 ist der Entlastungskolben 10 dargestellt, der mit der Welle 2 verbunden ist. Der zugehörige Drosselspalt entlang des Entlastungskolbens 10 ist in Fig. 2 nicht speziell hervorgehoben, da die verwendeten Spaltweiten klein sind gegenüber den Pumpenabmessungen. Die Drosselspaltabdichtung 8.3 im Bereich des Entlastungskolbens ist als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt, welche eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen enthält. Die einzelnen Bürstendichtungen sind starr in einem Zwischenteil angeordnet, das seinerseits starr mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Das Zwischenteil ist gegenüber dem Gehäuse 1 abgedichtet, was in Fig. 2 jedoch nicht speziell hervorgehoben ist. In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist eine zweite Drosselspaltabdichtung 8.2, dargestellt, die als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, und die Welle 2 gegenüber dem Gehäuse 1 abdichtet. Auch die zweite Drosselspaltabdichtung 8.2 ist als Bürstendichtungsanordnung ausgeführt, welche eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen enthält, die starr mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Zum Schutz der Welle 2 ist im Bereich der zweiten Drosselspaltabdichtung eine Wellenschutzhülse 9 vorgesehen, die auf die Welle aufgezogen ist. Zur thermischen Isolation kann zwischen der Wellenschutzhülse 9 und der Welle 2 ein Luftspalt vorgesehen sein.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsvariante einer Drosselspaltabdichtung zur Verwendung im Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 werden zur Bezeichnung der einzelnen Pumpenteile die selben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1 und 2. Dabei bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein Gehäuse und die Bezugsnummer 2 eine Welle, welche drehbar im Gehäuse 1 angeordnet ist. Die hierfür notwendigen Lager sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 1 ist eine Drosselspaltabdichtung angeordnet, die als dynamische Wellendichtung ausgebildet ist, und die Welle gegenüber dem Gehäuse abdichtet, wobei die dynamische Wellendichtung als Bürstendichtungsanordnung 8 ausgeführt ist, welche mehrere einzelne Bürstendichtungen 8' enthält. Eine Detailansicht von einem Schnitt durch eine einzelne Bürstendichtung 8' ist in Fig. 5 wiedergegeben. Die Bürstendichtung 8' umfasst als Dichtungselemente eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten 8a, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen. Zusätzlich zu den einzelnen Bürstendichtungen 8' umfasst die Bürstendichtungsanordnung 8 in der vorliegenden Ausführungsvariante eine Quenchdichtung, d.h. einen
Dichtungsabschnitt 6, der von einer Sperr- oder Spülflüssigkeit durchströmt wird. Zu diesem Zweck ist die Bürstendichtungsanordnung 8 mit einer Zuleitung 6a und einer Ableitung 6b für die Sperr- und/oder Spülflüssigkeit ausgerüstet. Bei Bedarf kann die Sperr- und/oder Spülflüssigkeit eine tiefere Temperatur aufweisen als die geförderten Fluide oder Gemische, um eine Kühlwirkung zu erzielen. Vorteilhafterweise sind mehrere ringförmige Bürstendichtungen 8' der Bürstendichtungsanordnung 8 als Packung nebeneinander angeordnet. Zweckmässigerweise ist die Welle 2 im Bereich der Bürstendichtungsanordnung 8 mit einer Wellenschutzhülse 9 versehen. Zur thermischen Isolation kann zwischen der Wellenschutzhülse 9 und der Welle 2 ein Isolationsspalt vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsvariante einer Drosselspaltabdichtung, wobei die Schnittebene in eine der Bürstendichtungen 8' gelegt wurde. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist auf der Welle 2 eine Wellenschutzhülse 9 vorgesehen. Die Bürstendichtung 8', welche im Gehäuse 1 eingelassen ist, umschliesst die Wellenschutzhülse 9 derart, dass die Welle 2 in axialer Richtung abgedichtet ist. Zu diesem Zweck umfasst die Bürstendichtung 8' eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen, d.h. in der vorliegenden Ausführungsvariante zur Oberfläche der Wellenschutzhülse 9. Der Schnitt in Fig. 4 ist so gelegt, dass die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung 8' sichtbar sind. Zweckmässigerweise sind die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung flexibel und/oder flexibel befestigt und in einem spitzen Winkel zur abzudichtenden Oberfläche angeordnet, wobei die Spitze des Winkels in Laufrichtung 12 der Welle 2 zeigt. Vorteilhafterweise wird die Länge der Fasern, Borsten und/oder Drähte so gewählt, dass sie durch die rotierende Wellenschutzhülse 9 auf die passende Länge eingeschliffen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe zur Förderung von Fluiden und/oder Gemischen von Fluiden mit Feststoffanteilen, mit einem Gehäuse (1 ) und mindestens einer Drosselspaltabdichtung, welche im Gehäuse (1 ) vorgesehen ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang einem rotierbaren Teil (2, 10) der
Pumpe abzubauen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselspaltabdichtung als Bürstendichtungsanordnung (8, 8.1- 8.3) ausgeführt ist, welche eine oder mehrere einzelne Bürstendichtungen (8') enthält, die als Dichtungselemente eine Vielzahl von dicht angeordneten Fasern, Borsten und/oder Drähten (8a) umfassen, welche ringförmig verteilt und befestigt sind und mit ihren freien Enden zur abzudichtenden Oberfläche weisen.
2. Pumpe nach Anspruch 1 , wobei die Drosselspaltabdichtung starr im Gehäuse (1) angeordnet ist.
3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die
Drosselspaltabdichtung im Bereich eines rotierbaren Entlastungskolbens (10) für den Axialschubausgleich angeordnet ist, um den Druck in einem Drosselspalt entlang des Entlastungskolbens abzubauen.
4. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drosselspaltabdichtung als dynamische Wellendichtung (8.1 , 8.2) ausgebildet ist, um eine rotierbare Welle (2) gegenüber dem Gehäuse (1 ) abzudichten.
5. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fasern, Borsten und/oder Drähte (8a) der Bürstendichtung (8') flexibel sind und/oder flexibel befestigt sind, und/oder wobei die Fasern, Borsten und/oder Drähte der Bürstendichtung in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des rotierbaren Teiles (2, 10) angeordnet sind und die Spitze des Winkels in Laufrichtung (12) des rotierbaren Teiles zeigt.
6. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Länge der Fasern, Borsten und/oder Drähte (8a) der Bürstendichtung (8') so vorbestimmt ist, dass sie durch den rotierbaren Teil (2, 10) auf eine passende Länge einschleifbar sind.
7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Welle (2) im Bereich der Drosselspaltabdichtung mit einer Wellenschutzhülse (9) versehen ist.
8. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bürstendichtungsanordnung (8) einen Abschnitt (6) umfasst, der von einem Sperr- und/oder Spülfluid durchströmt ist.
9. Pumpe nach Anspruch 8, wobei das Sperr- und/oder Spülfluid eine tiefere Temperatur aufweist als die geförderten Fluide und/oder
Gemische von Fluiden mit Feststoffanteilen, um eine Kühlwirkung zu erzielen.
10. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Bürstendichtungen (8') der Bürstendichtungsanordnung (8) als Packung nebeneinander angeordnet sind.
11. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpe zur Förderung von Mehrphasengemischen ausgelegt ist.
12. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpe für Fluid- und Gemischtemperaturen von 5 bis 150°C und für Drücke von 3 bis 240 bar ausgelegt ist.
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