EP3204651A1 - Kreiselpumpe - Google Patents

Kreiselpumpe

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EP3204651A1
EP3204651A1 EP15774925.0A EP15774925A EP3204651A1 EP 3204651 A1 EP3204651 A1 EP 3204651A1 EP 15774925 A EP15774925 A EP 15774925A EP 3204651 A1 EP3204651 A1 EP 3204651A1
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EP
European Patent Office
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centrifugal pump
housing
shaft
parting lines
pump according
Prior art date
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EP15774925.0A
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EP3204651B1 (de
Inventor
Björn-Christian WILL
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KSB SE and Co KGaA
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KSB AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • 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
    • F04D29/086—Sealings especially adapted for liquid pumps
    • 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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • 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 centrifugal pump with at least one impeller rotatably connected to a shaft and a housing having parting lines.
  • Centrifugal pumps are based on the principle of action of energy transfer to a fluid by swirl change due to a torque. The energy is transferred from a uniformly rotating impeller to the flowing fluid.
  • the centrifugal pump is a work machine according to the direction of the energy flow, according to the type of energy conversion, a turbomachine and the type of fluid, a hydraulic fluid machine. Centrifugal pumps are able to continuously convey even high flow rates to high and highest pressures.
  • the housing of the centrifugal pump serves for the liquid-tight and pressure-tight closure of the pump interior to the outside. It encloses the pump rotor, which supplies energy to the pumped medium through wheels on the rotating shaft.
  • the pressure range determines the housing shape.
  • Low-pressure pumps for example, require constructive solutions other than high-pressure and high-pressure pumps.
  • the wall thickness of the housing must be increased.
  • the dimensions of the pump housing must comply with both national and international regulations.
  • volute casing and multistage high pressure pumps the outer geometrical shapes are adapted to cylindrical, tapered or spherical pump housings. Despite the high internal pressure, these configurations allow a low stress on the pump housing and suitable manufacturing methods for thick-walled (forged) components.
  • DE 35 17 828 C2 shows a centrifugal pump with a housing having an axial suction nozzle, a radial discharge nozzle and a pressure-side mounting flange. At the suction nozzle, a connection flange is attached, which is provided with force-dissipating elements.
  • the object of the invention is to provide a centrifugal pump whose housing segments are sealed in a simple and reliable manner, so that the centrifugal pump has no leakage even at high delivery pressures.
  • the centrifugal pump should be characterized by a cost-effective production method, a reliable mode of operation, as well as a long service life.
  • the joints have micro-serrations between the individual housing parts of the centrifugal pump.
  • the surfaces between the individual segments have a smooth surface
  • the surfaces of adjacent segments are provided in the centrifugal pump according to the invention with a surface structure having a micro-toothing.
  • These are not macro forms but structures on the micrometer scale.
  • the micro-toothing between the housing parts of the centrifugal pump leads to a high lateral stability. As a result, for example, additional cross-fixing elements can be dispensed with.
  • the micro-toothing leads to an unmistakable assignment of the individual housing segments of the centrifugal pump to each other.
  • the microstructure allows an exact fit.
  • this is an irregular micro-toothing.
  • This has interlocking, corresponding forms.
  • the centrifugal pump according to the invention is characterized by a high degree of tightness even at high delivery pressures.
  • the joints between the individual housing parts in contrast to conventional centrifugal pumps, no longer visible.
  • the micro-toothing allows an exact fit, which allows an optimal force transmission between the individual housing parts.
  • the centrifugal pump according to the invention is characterized by a very high accuracy of fit and a high load capacity. In addition, the crevice corrosion which frequently occurs in centrifugal pumps is prevented.
  • the joints are formed as fracture surfaces, and it proves to be advantageous if it is brittle fracture surfaces.
  • a material is used for the pump housing, which has a high brittleness. It has been shown that this favors the separation.
  • the pump housing is first manufactured in one piece, for example as a cast component. Then predetermined breaking points are introduced. For example, these can be notch sites that are made by laser.
  • a mandrel is preferably driven into the pump housing. The fracture plane is aligned by a targeted arrangement of the notches.
  • the predetermined breaking points are chosen so that the micro-toothed parting lines run transversely to the shaft of the centrifugal pump. In this way, a pump housing is created with a transverse distribution.
  • the predetermined breaking points can be arranged so that the joints are arranged in a plane to the shaft of the centrifugal pump. According to the invention, this creates a pump housing with a longitudinal division.
  • the pump housing is supported in the process. As a result, excessive deformation in the region of the fracture plane can be avoided.
  • the micro-toothed parting lines run through a suction nozzle and / or a discharge nozzle of the centrifugal pump. Preferably, this is a longitudinal division.
  • the parting lines can also run through housing areas through which the shaft is led out. In these areas, a seal is arranged between shaft and housing.
  • At least one parting line divides the housing into a segment which surrounds the impeller and a segment which surrounds the radial and / or axial bearings and thus forms the bearing housing.
  • FIG. 1 shows a centrifugal pump with an impeller 1, which is fixed to a shaft 2.
  • the centrifugal pump comprises a housing 3, which surrounds a space 4 filled with liquid.
  • the housing 3 is a spiral housing in the exemplary embodiment.
  • the impeller 1 is rotatably disposed in the housing 3.
  • the housing 3 has a suction nozzle 5 and a discharge nozzle 6.
  • the shaft 2 is driven by a motor, which is not shown in Figure 1.
  • the shaft 2 is guided by bearing assemblies 7.
  • the bearing assemblies 7 include radial bearings and / or thrust bearings.
  • the housing 3 is divided transversely to the shaft 2 in the embodiment.
  • a segment 8 of the housing 3 surrounds the impeller 1 together with the liquid-filled space 4.
  • Another segment 9 of the housing 3 surrounds a part of the shaft 2.
  • Another segment 13 surrounds the bearing assemblies 7, which includes radial and / or thrust bearing. Due to the transverse division, the housing 3 is subdivided into the segments 8, 9 and 13.
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the detail A according to FIG. 1.
  • the parting line 10 has irregular micro-toothings.
  • the parting line 10 is formed by two adjoining surfaces.
  • the surfaces have elevations 11 and depressions 12.
  • the elevations 11 and depressions 12 are interlocking, mutually corresponding shapes on the micrometer scale.
  • the parting line 10 is formed by two fracture surfaces. These are brittle fracture surfaces.
  • the surfaces are generated by fracture separation.
  • a predetermined breaking point is introduced as a notch in the housing 3 and then exerted by means of a mandrel a force to this predetermined breaking point, so that the housing 3 breaks.
  • the housing 3 is divided into a segment 8, a segment 9 and a segment 13.
  • the segment 8 surrounds the impeller 1 and the fluid.
  • the segment 9 surrounds a part of the shaft 2.
  • the segment 13 surrounds the bearing assembly 7, which includes radial and thrust bearings.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit mindestens einem Laufrad (1), das drehfest mit einer Welle (2) verbunden ist. Die Kreiselpumpe umfasst ein Gehäuse (3) mit Trennfugen (10). Die Trennfugen (10) weisen Mikroverzahnungen auf.

Description

Beschreibung
Kreiselpumpe
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit mindestens einem Laufrad, das drehfest mit einer Welle verbunden ist und einem Gehäuse, das Trennfugen aufweist. Kreiselpumpen beruhen auf dem Wirkprinzip der Energieübertragung an ein Fluid durch Dralländerung infolge eines Drehmoments. Die Energie wird von einem gleichförmig rotierenden Laufrad auf das strömende Fluid übertragen.
Die Kreiselpumpe ist nach der Richtung des Energieflusses eine Arbeitsmaschine, nach der Art der Energieumsetzung eine Strömungsmaschine und nach der Art des Fluids eine hydraulische Strömungsmaschine. Kreiselpumpen sind in der Lage, auch große Fördermengen kontinuierlich auf hohe und höchste Drücke zu fördern.
Das Gehäuse der Kreiselpumpe dient dem flüssigkeitsdichten und druckfesten Ab- schluss des Pumpeninnenraumes nach außen. Es umschließt den Pumpenläufer, der dem Fördermedium durch Laufräder auf der rotierenden Welle Energie zuführt.
Bei Kreiselpumpen bestimmt der Druckbereich die Gehäuseform. So erfordern Niederdruckpumpen andere konstruktive Lösungen als Hoch- und Höchstdruckpumpen. Mit einem zunehmenden Druckniveau müssen die Wandstärken des Gehäuses erhöht werden. Dabei muss die Dimensionierung des Pumpengehäuses sowohl nationalen als auch internationalen Regelwerken entsprechen. Bei Spiralgehäuse- und mehrstufigen Hochdruckpumpen werden die äußeren geometrischen Formen zugunsten zylindrischer, kegeliger oder kugeliger Pumpengehäuse an- gepasst. Diese Konfigurationen ermöglichen trotz des hohen Innendrucks eine niedrige Spannungsbelastung des Pumpengehäuses und geeignete Herstellmethoden für dickwandige (geschmiedete) Bauteile.
In der DE 196 53 936 A1 wird eine Kreiselpumpe mit einem mehrteiligen Außengehäuse und einem davon umgebenen Innengehäuse beschrieben. Ein Laufrad befindet sich innerhalb des Gehäuses. Mittels einer Welle wird das Laufrad über einen Antriebsmotor in Rotation versetzt. Zwischen Welle und Gehäuse ist eine Wellenabdichtung angeordnet.
Die DE 35 17 828 C2 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Gehäuse, das einen axialen Saugstutzen, einen radialen Druckstutzen sowie einen druckseitigen Befestigungsflansch aufweist. Am Saugstutzen ist ein Anschlussflansch angebracht, der mit kräfteableitenden Elementen versehen ist.
Aus Montagegründen ist häufig eine Gehäuseteilung erforderlich. Dabei treten Trennfu- gen zwischen den Gehäusesegmenten auf, die eine Abdichtung erforderlich machen. Es handelt sich dabei um statische Dichtflächen, die zu einander ruhen. Diese werden unter Einbringen eines Dichtstoffes gegeneinander verspannt. Dazu sind meist hohe Kräfte erforderlich. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe anzugeben, deren Gehäusesegmente auf einfache und zuverlässige Weise abgedichtet werden, so dass die Kreiselpumpe auch bei hohen Förderdrücken keine Leckage aufweist. Die Kreiselpumpe soll sich durch eine kostengünstige Herstellungsweise, eine zuverlässige Betriebsweise, sowie durch eine lange Lebensdauer auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Trennfugen weisen zwischen den einzelnen Gehäuseteilen der Kreiselpumpe Mik- roverzahnungen auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen, bei denen die Flächen zwischen den einzelnen Segmenten eine glatte Oberfläche aufweisen, werden bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe die Oberflächen angrenzender Segmente mit einer Oberflächenstruktur versehen, die eine Mikroverzahnung aufweisen. Dabei handelt es sich nicht um Makroformen sondern um Strukturen im Mikrometermaßstab. Die Mikroverzahnung zwischen den Gehäuseteilen der Kreiselpumpe führt zu einer hohen Querstabilität. Dadurch kann beispielsweise auf zusätzliche Querfixierungselemen- te verzichtet werden. Zudem führt die Mikroverzahnung zu einer unverwechselbaren Zuordnung der einzelnen Gehäusesegmente der Kreiselpumpe zueinander. Das Mikro- gefüge ermöglicht eine exakte Passung.
Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine unregelmäßige Mikroverzahnung. Diese weist ineinander greifende, korrespondierende Formen auf.
Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe zeichnet sich durch eine hohe Dichtheit auch bei hohen Förderdrücken aus. Zudem sind nach der Montage die Trennfugen zwischen den einzelnen Gehäuseteilen, im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen, nicht mehr sichtbar. Die Mikroverzahnung ermöglicht einen exakten Sitz, der eine optimale Krafteinleitung zwischen den einzelnen Gehäuseteilen ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Kreiselpumpe zeichnet sich durch eine sehr hohe Passgenauigkeit und eine große Belastbarkeit aus. Zudem wird die bei Kreiselpumpen häufig auftre- tende Spaltkorrosion verhindert.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung sind die Trennfugen als Bruchflächen ausgebildet, wobei es sich als vorteilhaft erweist, wenn es sich dabei um Sprödbruchflächen handelt.
Vorzugsweise wird ein Werkstoff für das Pumpengehäuse eingesetzt, der eine hohe Sprödigkeit besitzt. Es hat sich gezeigt, dass dies das Trennen begünstigt. Das Pumpengehäuse wird zunächst in einem Stück, beispielsweise als Gussbauteil, gefertigt. Dann werden Sollbruchstellen eingebracht. Beispielsweise kann es sich dabei um Kerbstellen handeln, die durch Laser vorgenommen werden. Für das Trennen wird vorzugsweise ein Dorn in das Pumpengehäuse getrieben. Die Bruchebene wird durch eine gezielte Anordnung der Kerben ausgerichtet.
Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung werden die Sollbruchstellen so gewählt, dass die mikroverzahnten Trennfugen quer zur Welle der Kreiselpumpe verlaufen. Auf diese Weise wird ein Pumpengehäuse mit Querteilung geschaffen.
Ergänzend oder alternativ können die Sollbruchstellen so angeordnet werden, dass die Trennfugen in einer Ebene zur Welle der Kreiselpumpe angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird dadurch ein Pumpengehäuse mit einer Längsteilung geschaffen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei dem Vorgang das Pumpengehäuse abgestützt wird. Dadurch lässt sich eine übermäßige Verformung im Bereich der Bruchebene vermeiden. Bei einer Variante der Erfindung verlaufen die mikroverzahnten Trennfugen durch einen Saugstutzen und/oder einen Druckstutzen der Kreiselpumpe. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Längsteilung.
Die Trennfugen können auch durch Gehäusebereiche verlaufen, durch welche die Wel- le herausgeführt wird. In diesen Bereichen ist zwischen Welle und Gehäuse eine Dichtung angeordnet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung unterteilt mindestens eine Trennfuge das Gehäuse in ein Segment, welches das Laufrad umgibt und ein Seg- ment, welches die Radial- und/oder Axiallager umgibt und somit das Lagergehäuse bildet. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Kreiselpumpengehäuse,
Fig. 2 eine Vergrößerung des Ausschnittes A gemäß Figur 1 . Fig. 1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Laufrad 1 , das an einer Welle 2 befestigt ist. Die Kreiselpumpe umfasst ein Gehäuse 3, welches einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum 4 umgibt. Bei dem Gehäuse 3 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein Spiralgehäuse. Das Laufrad 1 ist rotierbar in dem Gehäuse 3 angeordnet. Das Gehäuse 3 weist einen Saugstutzen 5 und einen Druckstutzen 6 auf.
Die Welle 2 wird von einem Motor angetrieben, der in Figur 1 nicht dargestellt ist. Die Welle 2 wird von Lageranordnungen 7 geführt. Die Lageranordnungen 7 umfassen Radiallager und/oder Axiallager. Das Gehäuse 3 ist im Ausführungsbeispiel quer zur Welle 2 geteilt. Ein Segment 8 des Gehäuses 3 umgibt das Laufrad 1 samt dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum 4. Ein anderes Segment 9 des Gehäuses 3 umgibt einen Teil der Welle 2. Ein weiteres Segment 13 umgibt die Lageranordnungen 7, die Radial- und/oder Axiallager umfasst. Durch die Querteilung wird das Gehäuse 3 in die Segmente 8, 9 und 13 unterteilt.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A gemäß Fig. 1 . Zwischen den Segmenten 8 und 9 des Gehäuses 3 verläuft eine Trennfuge 10. Erfindungsgemäß weist die Trennfuge 10 unregelmäßige Mikroverzahnungen auf. Die Trennfuge 10 wird von zwei aneinander grenzenden Oberflächen gebildet. Die Oberflächen weisen Erhe- bungen 1 1 und Vertiefungen 12 auf. Bei den Erhebungen 1 1 und Vertiefungen 12 handelt es sich um ineinandergreifende, zu einander korrespondierende Formen im Mikrometermaßstab. Im Ausführungsbeispiel wird die Trennfuge 10 von zwei Bruchoberflächen gebildet. Dabei handelt es sich um Sprödbruchoberflächen. Im Ausführungsbeispiel werden die Oberflächen durch Bruchtrennen erzeugt. Dabei wird in das Gehäuse 3 eine Sollbruchstelle als Kerbe eingebracht und dann mittels eines Dorns eine Kraft auf diese Sollbruchstelle ausgeübt, so dass das Gehäuse 3 bricht. Das Gehäuse 3 wird in ein Segment 8, ein Segment 9 und ein Segment 13 unterteilt. Das Segment 8 umgibt das Laufrad 1 und das Fördermedium. Das Segment 9 umgibt ein Teil der Welle 2. Das Segment 13 umgibt die Lageranordnung 7, die Radial- und Axiallager umfasst.

Claims

Patentansprüche Kreiselpumpe
1 . Kreiselpumpe mit mindestens einem Laufrad (1 ), das drehfest mit einer Welle (2) verbunden ist und einem Gehäuse (3), das Trennfugen (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (10) Mikroverzahnungen aufweisen.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) unregelmäßig verteilte Mikroverzahnungen aufweisen.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (10) von Oberflächen gebildet werden, die Erhebungen (1 1 ) und Vertiefungen (12) aufweisen, welche als korrespondierende Formen ausgeführt sind.
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) von Bruchoberflächen gebildet werden.
5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) von Sprödbruchoberflächen gebildet werden.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) quer zur Welle (2) angeordnet sind.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) in einer Ebene zur Welle (2) angeordnet sind.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennfugen (1 0) durch einen Saugstutzen (5) und/oder einen Druckstutzen (6) verlaufen.
9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Trennfuge (1 0) das Gehäuse (3) in ein Segment (8) unterteilt, wel- ches das Laufrad (1 ) zumindest teilweise umgibt und mindestens ein Segment (9, 13), welches einen Teil der Welle (2) und/oder mindestens eine Lageranordnung (7) umgibt.
EP15774925.0A 2014-10-08 2015-10-06 Kreiselpumpe Active EP3204651B1 (de)

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ES (1) ES2809520T3 (de)
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