EP2359009A1 - Reduzierbare entlastungsöffnung - Google Patents

Reduzierbare entlastungsöffnung

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EP2359009A1
EP2359009A1 EP09774627A EP09774627A EP2359009A1 EP 2359009 A1 EP2359009 A1 EP 2359009A1 EP 09774627 A EP09774627 A EP 09774627A EP 09774627 A EP09774627 A EP 09774627A EP 2359009 A1 EP2359009 A1 EP 2359009A1
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EP
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impeller
inserts
pressure
centrifugal pump
sleeve
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Arno Krauss
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    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/518—Ductility

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump one or more stages with arranged in the pump housing, driven impeller or impellers, a Wellenabdich- and wherein at least one cover plate of at least one impeller one or more adjustable discharge openings are arranged.
  • axial thrust In centrifugal pumps, the resultant of the axial forces acting on a pump impeller is referred to as the axial thrust. Their exact determination is described in the KSB-Centrifugal Pump Encyclopaedia, 3rd edition, under the keyword "axial thrust" on pages 32 ff In single-stage centrifugal pumps, axial force relief with discharge openings in a pressure-side impeller cover disc has proven to be the frequent measure Relief openings also occur in combination with additional sealing gaps and housing ribs or impeller blades.
  • centrifugal pumps regardless of whether they are single-stage or multi-stage, one or more impellers, in most cases a shaft seal and a bearing carrier, are arranged downstream.
  • the discharge openings for the axial thrust are usually selected so large that a residual residual axial thrust can be easily absorbed by the shaft bearings. Its magnitude is below a permissible axial bearing load of the bearing.
  • Embodiments provide that the insert is formed as a clamping sleeve and is held elastically deformable in a discharge opening.
  • the insert is formed as a clamping sleeve and is held elastically deformable in a discharge opening.
  • running inserts have proven to be advantageous, which are equipped with a radially projecting collar. If required, these sleeve-type inserts are inserted into standardized relief openings in the manner of hollow rivets and held therein by plastic deformation or by frictional engagement.
  • Figure 1 a cast impeller in section with pressed sleeve and the
  • Figure 2 a sheet metal wheel with pressed-in and formed sleeve.
  • Fig. 1 shows a centrifugal pump impeller radial and closed type.
  • the impeller 1 receiving housing as well as the impeller 1 via a hub 2 driving shaft and a shaft seal was omitted for reasons of clarity.
  • Trained as a casting impeller 1 has a pressure-side impeller cover disc 3, the BE 2 is provided in the transition region to a plurality of evenly distributed on a diameter arranged discharge openings 4. These are often designed as holes.
  • a fluid conveyed by the impeller 1 flows from the impeller inlet 5 through the blade channels 7 bounded by blades 6 to the impeller outlet 8 and flows into the interior of a housing.
  • the pressure prevailing at the impeller outlet 8 acts and exerts a force in the axial direction both on the pressure-side impeller cover disk 3 and on the opposite intake-side impeller cover disk 9.
  • a resulting axial force As a result of the different size of the surfaces of the impeller cover discs resulting from the pressure acting thereon, a resulting axial force. With a wrong interpretation of the conditions, this will have negative effects on the bearings of a shaft driving the impeller.
  • An impeller 1 is usually provided with a suction side gap surface 10 and pressure side gap surface 11, which are arranged opposite stationary housing cleavage surfaces, thus forming gap seals between stationary and rotating parts.
  • a gap surface 11 for a gap seal is arranged by way of example.
  • a fluid located on the pressure side DRS flows through the relief openings 4 back into the region of the impeller inlet 5 and the region of the inlet edges of the blades 6, where a low inlet pressure prevails.
  • the sum of the cross section of the individual discharge openings 4 is chosen so large that it ensures a defined remaining residual axial thrust. Whose size should not exceed the permissible bearing load of arranged in a bearing carrier bearings in all possible operating conditions.
  • the number of relief openings 4 is usually dependent on the number of blades used an impeller 1 and the consequent number of blade channels.
  • one of these relief openings 4 is shown in section and is located above the hub 2.
  • the relief hole 4 corresponds to the cross-section and number forth a design state of the pump.
  • at least one sleeve-shaped insert 12 which reduces the cross-section, is arranged in one or more discharge openings 4. This can be a pressed-in bushing or an elastically deformable clamping sleeve, clamping sleeve, clamping pin or an analogously acting machine element.
  • Such a throttling insert can be installed at a final assembly of the pump in a factory, if the exact operating conditions for a pumped fluid of the pump are known. Likewise, an axial thrust adjustment by retrofitting or disassembly of one or more inserts 12 can easily take place at a later installation location of the pump.
  • spring-trained clamping sleeves have proven that can be used in the simplest way in existing relief openings 4. Due to the elastic shape change of the inserts 12 they are at a mounting elastically reduced in diameter and held by their residual stress safely in the relief hole 4.
  • Fig. 2 shows a similar, but designed as a sheet metal part impeller 1.
  • plastically deformable sleeves 13 are used.
  • sleeves 13 proved to be advantageous because they are simply used in such relief openings and held by the collar 14.
  • the other sleeve end 15 can be widened and thus the sleeve 13 can be securely fixed in the running wheel 1. This can be done with the aid of a riveting or crimping tool, whereby one or both ends of the sleeve 13 are reshaped.
  • a sleeve 13 may also be an elastic deformable sleeve 12, as shown in Fig. 1, additionally arranged, so as to further restrict the flow area.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe ein- oder mehrstufiger Bauart, mit im Pumpengehäuse angeordneten, angetriebenem Laufrad (1) oder Laufrädern und einer Wellenabdichtung. Das Laufrad ist an mindestens einer Deckscheibe (3) mit ein oder mehreren einstellbaren Entlastungsöffnungen (4) versehen. In einer oder mehreren Entlastungsöffnungen (4) ist oder sind ein oder mehrere hülsenförmige Einsätze (12, 13) angeordnet.

Description

KSB Aktiengesellschaft 67227 Frankenthal
Beschreibung
Reduzierbare Entlastungsöffnung
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe ein- oder mehrstufige Bauart mit im Pumpengehäuse angeordneten, angetriebenem Laufrad oder Laufrädern, einer Wellenabdich- tung und wobei an mindestens einer Deckscheibe von mindestens einem Laufrad ein oder mehreren einstellbaren Entlastungsöffnungen angeordnet sind.
Bei Kreiselpumpen wird die Resultierende der auf ein Pumpenlaufrad einwirkenden Axialkräfte als der Axialschub bezeichnet. Deren genaue Ermittlung ist in dem KSB- Kreiselpumpenlexikon, 3. Auflage, unter dem Stichwort „Axialschub" auf den Seiten 32 ff, beschrieben. Bei einstufigen Kreiselpumpen hat sich eine Axialkraftentlastung mit Entlastungsöffnungen in einer druckseitigen Laufraddeckscheibe als die häufige Maßnahme erwiesen. Die Anordnung der Entlastungsöffnungen erfolgt auch in Kombination mit zusätzlichen Dichtspalten und Gehäuserippen oder Laufradschaufeln.
Schwierigkeiten bereitet die Berechnung von dem Durchlassquerschnitt solcher Entlastungsöffnungen, dessen Größe eine hinreichend vollständige Entlastung des Laufrades gewährleistet. Um solche Ungenauigkeiten zu kompensieren ist durch die SU A 383 892 eine Lösung zur nachträglichen Einstellung oder Anpassung solcher Querschnitte bekannt. Dazu findet eine eben ausgebildete, druckseitige Laufraddeckscheibe mit Entlastungsbohrung Verwendung. Um bei diesem Laufrad mit insgesamt 6 Entlastungsöffnungen die Querschnittsfläche auf die jeweiligen Betriebsverhältnisse einzustellen, fin- det im Eintrittsbereich des Laufrades und auf dessen Nabe eine Art von Drehschieber Verwendung. Dieser besteht aus einer ebenen Blechscheibe mit gleicher Lochanzahl und Anordnung wie beim Laufrad. Durch dessen versetzte Anordnung ist eine ganz o- der teilweise Abdeckung der bestehenden Entlastungsöffnungen und damit eine Ver- kleinerung und Einstellbarkeit derselben erreichbar. Diese aufwändige Lösung bedingt einige Unsicherheiten hinsichtlich der Montage und Betriebssicherheit. Eine vergleichbare Lösung zeigt die SU A 523 994, bei der eine solche Einstellbarkeit der Entlastungsöffnungen an einem offenen Laufrad, aber auf dessen Rückseite in analoger Weise stattfindet.
Bei Kreiselpumpen, unabhängig davon, ob es sich um einstufige oder mehrstufige Bauarten handelt, sind einem Laufrad oder mehreren Laufrädern, in den meisten Fällen eine Wellenabdichtung und ein Lagerträger nachgeordnet. Zum Schutz der Lager werden die Entlastungsöffnungen für den Axialschub üblicherweise so groß ausgewählt, dass ein verbleibender Rest-Axialschub von den Wellenlagern problemlos aufnehmbar ist. Dessen Größenordnung liegt unterhalb einer zulässigen axialen Lagerbelastung der Lager.
Für Kreiselpumpen mit dem Laufrad oder den Laufrädern nachgeordneten Wellenab- dichtungen wird für eine definierte Druckbelastung in einem Dichtungsraum eine zuverlässige und funktionssichere Lösung gesucht. Insbesondere für die so genannten nicht entlasteten Wellendichtungen, wobei es sich auch um Gleitringdichtungen handelt, deren mit der Welle rotierender Gleitring auf eine Belastung durch einen definierten Flüssigkeitsdruck angewiesen ist. Andernfalls besteht die Gefahr, beispielsweise durch be- triebsbedingte Druckschwankungen, das in Folge eines zu geringen Druck im Dichtungsraum eine Dichtung öffnet und somit durch externen Lufteintrag und daraus resultierenden Trockenlauf an der GLRD diese zerstört wird.
Die Lösung des Problems sieht vor, dass in einer oder mehreren Entlastungsöffnungen ein oder mehrere hülsenförmige Einsätze angeordnet ist oder sind. Die in den normalen
Axialschubausgleichsöffnungen des Laufrades angeordneten hülsenförmigen und durchströmbaren Einsätze besitzen eine kleinere Querschnittsfläche der Durchströmflä- che. Damit erfolgt eine genaue Drosselung einer Rückströmung vom Laufradseitenraum zurück in den Saugbereich des Laufrades. In Abhängigkeit von der Größe der gewünschten Drosselung, welche durch die Querschnittsminderung in den Einsätzen entsteht, ergibt sich im Radseitenraum ein Druckanstieg, woraus wiederum eine definierte Anpressung einer Wellendichtung resultiert. So wird Letztere, beispielsweise der Gleitring einer belasteten Gleitringdichtung, auch bei schwankenden Betriebszuständen immer mit einem ausreichend hohen Druck sicher und dichtend an den Gegenring ge- presst.
Ausgestaltungen sehen vor, dass der Einsatz als eine Klemmhülse ausgebildet und elastisch verformbar in einer Entlastungsöffnung gehalten ist. Für Kreiselpumpen mit darin angeordneten Blech- und/oder Kunststoff lauf rädern haben sich Einsätze als vorteilhaft erwiesen, die mit einem radial vorstehenden Bund ausgestattet sind. Diese hül- senförmigen Einsätze werden nach Art von Hohlnieten bei Bedarf in standardisierte Ent- lastungsöffnungen eingesetzt und darin durch plastische Verformung oder reibschlüssig gehalten.
Mit diesen Lösungen wird bei Betriebszuständen von Kreiselpumpen, bei denen ein auf die Wellenabdichtung einwirkender Pumpendruck in der Größenordnung des Atmo- sphärendruckes oder sogar darunter liegt, zuverlässig und in einfachster Weise die nachteilige Folge einer sich öffnenden Wellendichtung und damit Undichtigkeiten verhindert.
Auch bei Kreiselpumpen zur Förderung heißer Fluide, beispielsweise von Wärmeträ- gerölen und dergleichen, hat sich diese Lösung vorteilhaft bewährt. Hierbei ist dem Pumpengehäuse mit dem darin angeordneten Pumpenlaufrad eine Art von Wärmesperre nachgeordnet. Diese sieht eine längere Welle vor, die innerhalb eines längeren und dünnwandigen Wellengehäuses geführt und in einem beabstandeten Lagerträger mit und zwischen den Lagern angeordneten Gleitringdichtung gehalten ist. Mit dieser Form wird der Wärmeübergang zwischen Pumpengehäuse und Lagerträger reduziert. Durch die zusätzlich in den Entlastungsöffnungen gehaltenen drosselnden Einsätze entsteht hinter dem Laufrad ein höherer Druck. Dieser höhere Druck stellt sich entlang der Welle auch im Dichtungsraum des Lagerträgers ein und bedingt dort immer eine definierte Belastung der Wellenabdichtung. Mehrere Einsätze mit unterschiedlichen Durchmessern können auch ineinander gesteckt angeordnet sein. Mit dieser Maßnahme kann gezielt eine - auch nachträgliche - Anpassung eines Axialschubes oder seines Aus- gleiches erreicht werden. Beispielsweise wenn sich für eine Kreiselpumpe die Anlagen-, Betriebsbedingungen- oder Einsatzbedingungen ändern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
Figur 1 : ein gegossenes Laufrad im Schnitt mit eingepresster Hülse und die
Figur 2: ein Blechlaufrad mit eingepresster und umgeformter Hülse.
Die Fig. 1 zeigt ein Kreiselpumpenlaufrad radialer und geschlossener Bauart. Auf die Darstellung eines das Laufrad 1 aufnehmenden Gehäuses, sowie einer das Laufrad 1 über eine Nabe 2 antreibenden Welle und einer Wellenabdichtung wurde aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit verzichtet. Das als ein Gussteil ausgebildete Laufrad 1 verfügt über eine druckseitige Laufraddeckscheibe 3, die im Übergangsbereich zur Na- be 2 mit mehreren, auf einem Durchmesser gleichmäßig verteilt angeordneten Entlastungsöffnungen 4 versehen ist. Diese sind häufig als Bohrungen ausgebildet.
Ein vom Laufrad 1 gefördertes Fluid strömt vom Laufradeintritt 5 durch die von Schaufeln 6 begrenzte Schaufelkanäle 7 zum Laufradaustritt 8 und fließt in den Innenraum eines Gehäuses ab. Innerhalb des Gehäuses wirkt der am Laufradaustritt 8 vorherrschende Druck und übt in axialer Richtung sowohl auf die druckseitige Laufraddeckscheibe 3 als auch auf die gegenüberliegende saugseitige Laufraddeckscheibe 9 eine Kraft aus. Infolge der unterschiedlichen Größe von den Flächen der Laufraddeckscheiben ergibt sich durch den darauf einwirkenden Druck eine resultierende Axialkraft. Bei einer falschen Auslegung der Verhältnisse ergeben sich dadurch negative Auswirkungen auf die Lager von einer das Laufrad antreibenden Welle. Ein Laufrad 1 ist gewöhnlich mit einer saugseitigen Spaltfläche 10 und druckseitigen Spaltfläche 11 versehen, denen gegenüberliegend stillstehende Gehäuse-Spaltflächen angeordnet sind, um somit Spaltdichtungen zwischen stillstehenden und rotierenden Teilen zu bilden. Auf der Druckseite DRS des Laufrades 1 , also im Bereich der druck- seitigen Deckscheibe 3, ist beispielhaft eine Spaltfläche 11 für eine Spaltdichtung angeordnet. Ein auf der Druckseite DRS befindliche Fluid fließt durch die Entlastungsöffnungen 4 zurück in den Bereich des Laufradeintritts 5 und den Bereich der Eintrittskanten der Schaufeln 6, wo ein niedriger Zulaufdruck herrscht. Die Summe vom Querschnitt der einzelnen Entlastungsöffnungen 4 ist so groß gewählt, dass diese einen definierten verbleibenden Restaxialschub gewährleistet. Dessen Größe soll bei allen möglichen Betriebszuständen die zulässige Lagerbelastung der in einem Lagerträger angeordneten Wälzlager nicht überschreiten. Die Anzahl der Entlastungsöffnungen 4 ist üblicherweise abhängig von der verwendeten Schaufelanzahl eines Laufrades 1 und den dadurch bedingten Anzahl der Schaufelkanäle.
In der Figur 1 ist eine von diesen Entlastungsöffnungen 4 im Schnitt dargestellt und befindet sich oberhalb der Nabe 2. Die Entlastungsbohrung 4 entspricht vom Querschnitt und Anzahl her einem Auslegungszustand der Pumpe. Um in einfacher Weise eine Anpassung an verschiedene oder geänderte Auslegungsbedingungen oder Betriebsver- hältnisse zu ermöglichen, wird in einer oder in mehreren Entlastungsöffnungen 4 mindestens ein den Querschnitt vermindernder, hülsenförmiger Einsatz 12 angeordnet. Dies kann eine eingepresste Buchse oder eine elastisch verformbare Klemmhülse, Spannhülse, Spannstift oder ein analog wirkendes Maschinenelement sein.
Ein solcher drosselnder Einsatz kann bei einer Endmontage der Pumpe in einem Herstellerwerk angebracht werden, wenn die genauen Einsatzbedingungen für ein zu förderndes Fluid der Pumpe bekannt sind. Ebenso kann an einem späteren Einbauort der Pumpe eine Axialschubanpassung durch nachträglich Montage oder auch Demontage von ein oder mehreren Einsätzen 12 problemlos stattfinden. Als sehr gut geeignet für drosselnde Einsätze 12 haben sich federnd ausgebildete Spannhülsen erwiesen, die sich in einfachster Weise in vorhandene Entlastungsöffnungen 4 einsetzen lassen. Aufgrund der elastischen Formänderung der Einsätze 12 werden sie bei einer Montage elastisch im Durchmesser verkleinert und durch ihre Eigenspannung sicher in der Entlastungsbohrung 4 gehalten. Der somit verringerte Durchströmquerschnitt übt eine Drosselwirkung auf das hindurch- und abströmende Fluid aus, woraus im Radseitenraum auf der Pumpendruckseite DRS eine geringe Druckerhöhung resultiert. Mit dieser Druckerhöhung wird eine gezielte Druckbelastung für eine Wellenabdichtung erzeugt und damit deren unzulässiges Öffnen bei eventuellen Druckschwankungen vom Fluid erreicht. Ebenso ist damit eine genaue Einstellung einer axialen Lagerbelastung möglich.
Die Fig. 2 zeigt ein ähnliches, aber als ein Blechbauteil ausgebildetes Laufrad 1. In dessen Entlastungsöffnungen 4 plastisch formbare Hülsen 13 eingesetzt sind. Für diese dünnwandig ausgebildeten Laufräder 1 haben sich mit einem Bund 14 versehene Hülsen 13 als vorteilhaft erwiesen, da sie in solchen Entlastungsöffnungen einfach eingesetzt und vom Bund 14 gehalten werden. Mit einem einfachen Werkzeug kann das an- dere Hülsenende 15 aufgeweitet und somit die Hülse 13 im Laufrad 1 sicher fixiert werden. Dies kann mit Hilfe eines Niet- oder Bördelwerkzeuges erfolgen, womit eines oder beiden Enden der Hülse 13 umgeformt werden. In eine solche Hülse 13 kann auch eine elastische verformbare Hülse 12, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zusätzlich angeordnet werden, um somit den Durchflussquerschnitt weiter zu drosseln.

Claims

PatentansprücheReduzierbare Entlastungsöffnung
1. Kreiselpumpe ein- oder mehrstufiger Bauart, mit im Pumpengehäuse angeordneten, angetriebenem Laufrad oder Laufrädern, einer Wellenabdichtung und wobei an mindestens einer Deckscheibe von mindestens einem Laufrad ein oder mehreren einstellbaren Entlastungsöffnungen angeordnet sind
dadurch gekennzeichnet, dass
dass in einer oder mehreren Entlastungsöffnungen (4) ein oder mehrere hülsen- förmige Einsätze (12, 13) angeordnet ist oder sind.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (12) als eine Klemmhülse ausgebildet und elastisch verformbar in einer Entlastungs- Öffnung (4) gehalten ist.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Kreiselpumpen mit Blech- und/oder Kunststofflaufrädern (4) mit mindestens einem radial vorstehenden Bund (14) ausgestattete Hülsen als Einsätze (13) angeord- net sind.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (13) plastisch verformbar gehalten sind.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einsätze (12, 13) ineinander gesteckt angeordnet sind.
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