EP3844396A1 - Flow conducting device - Google Patents

Flow conducting device

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Publication number
EP3844396A1
EP3844396A1 EP19759325.4A EP19759325A EP3844396A1 EP 3844396 A1 EP3844396 A1 EP 3844396A1 EP 19759325 A EP19759325 A EP 19759325A EP 3844396 A1 EP3844396 A1 EP 3844396A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
guiding device
component
matrix
designed
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.)
Pending
Application number
EP19759325.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick THOME
Björn WILL
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.)
KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
KSB SE and Co KGaA
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 KSB SE and Co KGaA filed Critical KSB SE and Co KGaA
Publication of EP3844396A1 publication Critical patent/EP3844396A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/02—Selection of particular materials
    • F04D29/026—Selection of particular materials 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
    • F04D29/4286—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps inside lining, e.g. rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
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    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • 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
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps

Definitions

  • the invention relates to a flow-guiding device, in particular a fitting or a centrifugal pump, which has a component which consists of a non-metallic material and / or is coated with a non-metallic material.
  • duplex steels are also used. These have a two-phase mixture consisting of a ferrite with islands of austenite.
  • Duplex steels are characterized by their combination of properties, which are a mixture of the properties of stainless chrome steels and stainless chrome nickel steels. They have higher strengths than stainless chrome-nickel steels, but have a higher ductility than stainless chrome steels. Duplex steels are relatively expensive and have a high weight.
  • the object of the invention is to provide a flow-guiding device, the components of which have high strength and a long service life and thus ensure a smooth functionality of the device.
  • the device is to be distinguished by a compact design and by the lowest possible weight.
  • the device should be versatile, also for conveying different media.
  • the device is to be distinguished by a method of manufacture that is as inexpensive as possible.
  • the flow-guiding device has a component which consists of a very specific material or is coated and which is constructed in a very characteristic manner.
  • This material has a matrix in which components of a mineralization process are arranged.
  • This material is a composite material that has a hierarchical structure, with mineral components integrated in the matrix.
  • Such materials are known in principle and also occur in nature, for example in the form of mother-of-pearl.
  • the materials can also be made artificially.
  • materials are used to design special components in flow-guiding devices.
  • the invention now creates a device which offers enormous advantages over conventional flow-guiding devices.
  • the use of components according to the invention in flow-guiding devices which consist of a material which has a matrix in which components of a mineralization process are arranged creates pumps or fittings which have a long service life and are enormously resistant to corrosion and abrasion. Abrasion is a form of wear and is caused by the mechanical attack of the solid components in the medium on the material surface.
  • this material according to the invention in pumps and fittings leads to an improvement in strength and wear behavior, while at the same time improving corrosion behavior.
  • high-strength materials such as ceramics, which are often very brittle
  • this specific material according to the invention has a high ductility. This means that this material can be plastically deformed well before it fails.
  • Another advantage of the device according to the invention is a weight reduction through the use of the specific material according to the invention.
  • the material used preferably consists of at least 75% by weight, preferably at least 85% by weight and in particular at least 95% by weight, of a calcium compound. It proves to be particularly advantageous if calcium carbonate is used, particularly in the aragonite modification.
  • the remaining portion of the material can then consist, for example, of an organic substance which forms the matrix or which is present in the material in addition to the matrix.
  • a large part of the material consists of aragonite, which is preferably in the form of pseudohexagonal platelets with a diameter of 5 to 15 ⁇ m and a height of approximately 0.5 ⁇ m. It proves to be particularly advantageous if these aragonite plates are joined horizontally to form individual layers.
  • the plates are preferably arranged alternately in a brick-like manner vertically and thus transversely to a shell plane.
  • the matrix then extends between the individual platelets both in the plane of the shell and perpendicular to it.
  • This is preferably an organic matrix, which is particularly porous.
  • a material which has a water-insoluble matrix.
  • chitin can be used.
  • this chitin is coated on both sides with different proteins.
  • a silk fibroin is used. This is the protein /? - keratin, which contributes to an improvement in structure, in particular increasing ductility.
  • a water-soluble matrix is used.
  • the water-soluble matrix can consist of proteins.
  • an inlet is used in the pump or fitting, which consists of the specific material or is coated with the specific material.
  • the inlet can be, for example, a sleeve.
  • This sleeve can be tubular or in the form of a hollow cylinder which, for example, surrounds a shaft and forms a shaft protection sleeve.
  • a solid cylinder can be used as a component in the pump or valve, which is made of this specific material.
  • the solid cylinder can form a shaft, for example.
  • a split ring is made of the specific material or coated with it. Split rings are components that are used for split ring seals.
  • Split ring seals are used, for example, in centrifugal pumps to seal rooms of different pressures, with a rotating element arranged in a partition between the rooms.
  • the split ring seal comprises a non-rotating element and a rotating element.
  • a split ring is preferably used, which is arranged on the housing.
  • the gap that is formed between the rotating element and the non-rotating element acts as a throttle between the rooms which have different pressures and prevents an excessive flow from the room with the higher pressure into the room with the lower pressure.
  • the current leads to a loss of power, which is also referred to as a gap loss.
  • a split ring which consists of the specific material or is coated with it, creates a component that has high strength, high corrosion resistance and, at the same time, high wear resistance.
  • split ring seals are created that have a particularly long service life and only a small gap loss. This is particularly important because the split ring, as a fixed component, interacts with a moving component between which the gap is formed. The use of the new material thus brings considerable advantages.
  • a feather key is made of the specific material or coated with it.
  • a feather key is an element that is preferably used to implement a shaft-hub connection. Such a connection is form-fitting and serves to transmit torques.
  • the use of a component made of the specific material offers particular advantages for such feather keys.
  • the ductility of the material can prevent the feather key from failing in contrast to conventional variants.
  • the feather key according to the invention has high strength. This combination offers enormous advantages. This is particularly the case when the shaft changes direction or during start-up and shutdown processes.
  • the ductility absorbs the loads. At the same time, the high strength ensures smooth transmission of the torque.
  • the component made of the specific material can be connected to another component or serve as a connecting element.
  • the element is connected to a further component, preferably a metallic component, by means of adhesive and / or positive locking.
  • an impeller is used as the component, which is either made entirely of the specific material or is coated with it. It is also conceivable that only the blades are made or coated from the material and the hub is made of a metallic material, for example. Alternatively, the hub can also be made of or coated with the material and / or the blades are made of another material, for example a metallic material. This creates an extremely wear-resistant impeller that can also be used for abrasive media. Furthermore, the impeller according to the invention is at the same time corrosion-resistant to chemicals such as acids or alkalis. The impeller according to the invention can thus be used to convey a medium which contains solid constituents, for example sand particles, and at the same time also chemicals, such as acids or alkalis.
  • a bearing for example a centrifugal pump
  • components which consist of the specific material or are coated with this. This can be both the axial bearing and the radial bearing.
  • cages of the bearings or rotating components such as balls or cylinders of the bearings can be made of the material or coated with the material.
  • Figure 1 is a sectional view of a centrifugal pump
  • Figure 2 is a sectional view of a valve.
  • Figure 1 shows a sectional view through a centrifugal pump.
  • the medium enters the centrifugal pump through the suction mouth 1, which is formed by a housing 2, and is captured by the rotating impeller 3.
  • the impeller 3 is designed as a radial wheel in the embodiment.
  • the impeller 3 is connected in a rotationally fixed manner to a shaft 4 rotating about an axis of rotation A.
  • the centrifugal pump has seals 5.
  • the seals 5 are arranged between the rotating components and the housing 2.
  • the seals 5 preferably comprise annular elements.
  • At least one seal 5 has a split ring made from the specific material or coated with it.
  • the seal 5 comprises a non-rotating element and a rotating element.
  • a split ring is preferably used, which is arranged on the housing.
  • the gap that is formed between the rotating element and the non-rotating element acts as a throttle between the spaces that have different pressures and prevents an excessive flow from the space with the higher pressure into the space with the lower pressure.
  • split ring which consists of the specific material or is coated with it, creates a component that has high strength, high corrosion resistance and, at the same time, high wear resistance.
  • seals 5 are created which have a particularly long service life exhibit and have only a small gap loss. This is particularly important because the split ring, as a fixed component, interacts with a moving component between which the gap is formed.
  • the use of the new material thus brings considerable advantages. This is not limited to split rings but can affect any component of the pump.
  • Figure 2 shows a valve in the form of a valve.
  • the fitting has two connecting flanges 7.
  • a valve seat 8 is formed in the fitting.
  • a shut-off body 9 is movably arranged perpendicular to this valve seat 8 and can be moved in the vertical direction via an actuation arrangement 10.
  • the entire interior can be lined with the specific material, which has a matrix in which components of a mineralization process are arranged. This protects the entire interior of the valve from corrosive and at the same time from abrasive media. This creates a very long-lasting tap.
  • the seat of the valve is made of the special material or coated with it.
  • the shut-off body 9 can also be made completely from the material or be coated with it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

The invention relates to a flow conducting device, in particular a plumbing fixture or a centrifugal pump. The device includes a part that is made of or coated with a non-metallic material. According to the invention, the material used therefor includes a matrix in which components taking part in a mineralization process are disposed.

Description

Beschreibung  description
Strömungsführende Vorrichtung Flow guiding device
Die Erfindung betrifft eine strömungsführende Vorrichtung, insbesondere eine Armatur oder eine Kreiselpumpe, die ein Bauteil aufweist, das aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht und/oder mit einem nichtmetallischen Werkstoff beschichtet ist. The invention relates to a flow-guiding device, in particular a fitting or a centrifugal pump, which has a component which consists of a non-metallic material and / or is coated with a non-metallic material.
Es ist bekannt, bei Pumpen oder Armaturen, die von aggressiven Flüssigkeiten wie beispielsweise Chemikalien durchströmt werden oder hochabrasive Medien fördern, die ei nen gewissen Feststoffanteil aufweisen, die strömungsführende Teile aus korrosionsbeständigen nichtmetallischen Werkstoffen herzustellen oder diese Teile mit einem Überzug aus Gummi, Kunststoff oder Email zu versehen. It is known for pumps or fittings which are flowed through by aggressive liquids such as chemicals or which convey highly abrasive media which have a certain solids content, which produce flow-conducting parts from corrosion-resistant non-metallic materials or these parts with a coating of rubber, plastic or enamel to provide.
Herkömmliche Werkstoffe, die dabei eingesetzt werden, sind begrenzt in Bezug auf ihreConventional materials that are used are limited in terms of their
Festigkeit bzw. ihre Korrosionsbeständigkeit. Auch weisen herkömmliche Werkstoffe nur eine begrenzte Verschleißhinderung beim Kontakt mit dem strömenden Medium auf. Strength or their corrosion resistance. Conventional materials also have only a limited wear prevention when they come into contact with the flowing medium.
Bei Pumpen und Armaturen ist die Sicherstellung eines reibungsfreien Betriebs von großer Bedeutung, weil ein Ausfall mit hohen Kosten verbunden ist. Daher muss gewährleistet sein, dass alle Bauteile der strömungsführenden Vorrichtung, die mit dem Medium in Kontakt kommen, eine hohe Lebensdauer aufweisen und eine reibungslose Funktionsfähigkeit gewährleisten. Weiterhin ist sicherzustellen, dass die Vorrichtung möglichst kompakt gefertigt werden kann und keine allzu dicken Wandstärken erforderlich sind, um die erforderliche Festigkeit des Bauteils zu gewährleisten. With pumps and valves, ensuring trouble-free operation is of great importance because a failure is associated with high costs. It must therefore be ensured that all components of the flow-guiding device that come into contact with the medium have a long service life and ensure smooth functioning. It must also be ensured that the device can be made as compact as possible and no excessively thick walls are required to ensure the required strength of the component.
Um Korrosionseffekte bei metallischen Werkstoffen mit Flüssigkeitsbenetzung zu reduzieren, werden häufig spezielle Oberflächenbehandlungen vorgenommen. Auch der Einsatz von sogenannten„Opferanoden“ ist zum Korrosionsschutz vorgesehen. Auch kommen spezielle Stähle zum Einsatz wie beispielsweise sogenannte Duplex-Stähle. Diese weisen ein zweiphasiges Gemisch auf, das aus einem Ferrit mit Inseln aus Austenit besteht. Duplexstähle zeichnen sich durch ihre Kombination von Eigenschaften aus, die eine Mischung aus den Eigenschaften rostfreier Chromstähle und rostfreier Chromnickelstähle darstellen. Sie haben höhere Festigkeiten als die rostfreien Chrom- Nickelstähle, weisen aber eine höhere Duktilität als rostfreie Chromstähle auf. Duplexstähle sind verhältnismäßig kostspielig und weisen ein hohes Gewicht auf. In order to reduce corrosion effects on metallic materials with liquid wetting, special surface treatments are often carried out. The use of so-called "sacrificial anodes" is also provided for corrosion protection. Special steels such as so-called duplex steels are also used. These have a two-phase mixture consisting of a ferrite with islands of austenite. Duplex steels are characterized by their combination of properties, which are a mixture of the properties of stainless chrome steels and stainless chrome nickel steels. They have higher strengths than stainless chrome-nickel steels, but have a higher ductility than stainless chrome steels. Duplex steels are relatively expensive and have a high weight.
Durch den Kontakt mit dem strömenden Medium kann es zu einem Abtrag an Material in der strömungsführenden Vorrichtung kommen. Dieser Abtrag wird auch als Abrasion bezeichnet. Abrasionserscheinungen können die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung stark beeinträchtigen. Insbesondere wenn sich zusätzliche Partikel in der Strömung befinden, beispielsweise Feststoffpartikel wie Sand, kann dies zu einem starken Abtrag an Material kommen. Verschleißfeste Werkstoffe sind dann zwingend notwendig, um die Abrasion zu minimieren. Contact with the flowing medium can result in material being removed in the flow-guiding device. This removal is also called abrasion. Signs of abrasion can severely impair the functionality of the device. In particular, if there are additional particles in the flow, for example solid particles such as sand, this can result in a large amount of material being removed. Wear-resistant materials are then imperative to minimize abrasion.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine strömungsführende Vorrichtung anzugeben, deren Bauteile eine hohe Festigkeit und eine hohe Lebensdauer aufweisen und somit eine reibungsfreie Funktionalität der Vorrichtung gewährleisten. Die Vorrichtung soll sich durch eine kompakte Bauweise und durch ein möglichst geringes Gewicht auszeichnen. Weiterhin soll die Vorrichtung vielseitig ersetzbar sein, auch zur Förderung von unterschiedlichen Medien. Zudem soll sich die Vorrichtung durch eine möglichst preiswerte Herstellungsweise auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und eine Verwendung gemäß der Nebenansprüche gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. The object of the invention is to provide a flow-guiding device, the components of which have high strength and a long service life and thus ensure a smooth functionality of the device. The device is to be distinguished by a compact design and by the lowest possible weight. Furthermore, the device should be versatile, also for conveying different media. In addition, the device is to be distinguished by a method of manufacture that is as inexpensive as possible. This object is achieved according to the invention by a device and a use according to the subclaims. Preferred variants can be found in the subclaims, the description and the drawings.
Erfindungsgemäß weist die strömungsführende Vorrichtung ein Bauteil auf, das aus einem ganz spezifischen Werkstoff besteht, bzw. beschichtet ist, der auf eine ganz charakteristische Weise aufgebaut ist. Dieser Werkstoff besitzt eine Matrix, in der Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um ein Verbundmaterial, das einen hierarchischen Aufbau aufweist, wobei in der Matrix mineralische Bestandteile eingebunden sind. According to the invention, the flow-guiding device has a component which consists of a very specific material or is coated and which is constructed in a very characteristic manner. This material has a matrix in which components of a mineralization process are arranged. This material is a composite material that has a hierarchical structure, with mineral components integrated in the matrix.
Solche Materialien sind prinzipiell bekannt und kommen auch in der Natur vor, beispielsweise in Form von Perlmutt. Die Materialien können auch künstlich hergestellt werden. Erfindungsgemäß werden Materialien zur Gestaltung von speziellen Bauteilen in strömungsführenden Vorrichtungen eingesetzt. Such materials are known in principle and also occur in nature, for example in the form of mother-of-pearl. The materials can also be made artificially. According to the invention, materials are used to design special components in flow-guiding devices.
Bisher war es nicht möglich, diese Materialien in strömungsführenden Vorrichtungen einzusetzen bzw. man hat eine solche Verwendung niemals in Betracht gezogen, da man davon ausging, dass diese den Anforderungen und Betriebsbedingungen nicht gewachsen waren. Zudem konnten diese Bauteile bisher nie aus diesem spezifischen Werkstoff produziert werden bzw. mit diesem beschichtet werden. So far, it has not been possible to use these materials in flow-guiding devices, or such use has never been considered, since it was assumed that they could not meet the requirements and operating conditions. In addition, these components have never been produced from this specific material or coated with it.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Werkstoff, der eine Matrix aufweist, in der Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind zur Fertigung von Bauteile einer strömungsführenden Vorrichtung bringt besondere Vorteile mit sich. The use according to the invention of a material which has a matrix in which components of a mineralization process are arranged for producing components of a flow-guiding device has particular advantages.
Die Erfindung schafft nun eine Vorrichtung, die enorme Vorteile gegenüber herkömmlichen strömungsführenden Vorrichtungen bietet. Der erfindungsgemäße Einsatz von Bauteilen in strömungsführenden Vorrichtungen, die aus einem Werkstoff bestehen, der eine Matrix aufweist, in dem Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind, schafft Pumpen bzw. Armaturen, die eine hohe Lebensdauer aufweisen und enorm beständig sind gegenüber Korrosion und Abrasion sind. Abrasion ist eine Form des Verschleißes und wird durch den mechanischen Angriff der festen Bestandteile in dem Fördermedium auf die Werkstoffoberfläche verursacht. The invention now creates a device which offers enormous advantages over conventional flow-guiding devices. The use of components according to the invention in flow-guiding devices which consist of a material which has a matrix in which components of a mineralization process are arranged creates pumps or fittings which have a long service life and are enormously resistant to corrosion and abrasion. Abrasion is a form of wear and is caused by the mechanical attack of the solid components in the medium on the material surface.
Der erfindungsgemäße Einsatz dieses Werkstoffes in Pumpen und Armaturen führt zu einer Verbesserung der Festigkeit und des Verschleißverhaltens, bei gleichzeitiger Verbesserung des Korrosionsverhaltens. Im Vergleich zu hochfesten Werkstoffen, wie beispielsweise Keramiken, die oftmals sehr spröde sind, weist der erfindungsgemäße Einsatz dieses spezifischen Werkstoffs eine hohe Duktilität auf. Somit lässt sich dieser Werkstoff gut unter Belastung plastisch verformen, bevor er versagt. The use of this material according to the invention in pumps and fittings leads to an improvement in strength and wear behavior, while at the same time improving corrosion behavior. In comparison to high-strength materials, such as ceramics, which are often very brittle, the use of this specific material according to the invention has a high ductility. This means that this material can be plastically deformed well before it fails.
Bisher wurden in Pumpen und Armaturen Bauteile lediglich aus Werkstoffen eingesetzt, die, wenn sie sehr hart und äußerst verschleißbeständig waren, auf der anderen Seite keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit hatten. Umgekehrt wurden bisher Bauteile in Pumpen und Armaturen eingesetzt, die aus Werkstoffen bestanden, die zwar eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, aber auf der anderen Seite nicht ausreichend verschleißbeständig waren bzw. nicht hart genug waren und demzufolge nicht den Anforderungen an die benötigte Festigkeit gewachsen waren. Im Gegensatz dazu bietet der Einsatz dieser neuen Bauteile aus dem spezifischen Werkstoff eine Kombination aus hoher Verschleißbeständigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig ausreichender Festigkeit. So far, components made of materials have only been used in pumps and valves, which, if they were very hard and extremely wear-resistant, on the other hand did not have sufficient corrosion resistance. Conversely, components have previously been used in pumps and valves that consist of materials that have a high level of corrosion resistance, but on the other hand were not sufficiently wear-resistant or were not hard enough and therefore could not meet the requirements for the required strength. In contrast, the use of these new components made of the specific material offers a combination of high wear resistance, high corrosion resistance and at the same time sufficient strength.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in einer Gewichtsreduktion durch den erfindungsgemäßen Einsatz des spezifischen Materials. Another advantage of the device according to the invention is a weight reduction through the use of the specific material according to the invention.
Vorzugsweise besteht der eingesetzte Werkstoff zu mindestens 75 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 85 Gew.-% und insbesondere mindestens 95 Gew.-% aus einer Kalziumverbindung. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn Kalziumcarbonat eingesetzt wird, insbesondere in der Modifikation Aragonit. Der restliche Anteil des Werkstoffs kann dann beispielsweise aus einer organischen Substanz bestehen, die die Matrix bildet bzw. die zusätzlich zur Matrix in dem Material vorhanden ist. Bei einer besonders vorteilhaften Erfindung besteht somit ein Großteil des Werkstoffs aus Aragonit, der vorzugsweise in Form von pseudohexagonalen Plättchen mit 5 bis 15 pm Durchmesser und einer Höhe von ca. 0,5 pm vorhanden ist. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn diese Aragonitplättchen horizontal zu einzelnen Schichten zusammengefügt sind. Vertikal und somit quer zu einer Schalenebene sind die Plättchen vorzugsweise ziegelsteinartig alternierend angeordnet. Zwischen den einzelnen Plättchen erstreckt sich dann sowohl in der Schalenebene als auch senkrecht dazu die Matrix. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine organische Matrix, die insbesondere pöros ausgebildet ist. The material used preferably consists of at least 75% by weight, preferably at least 85% by weight and in particular at least 95% by weight, of a calcium compound. It proves to be particularly advantageous if calcium carbonate is used, particularly in the aragonite modification. The remaining portion of the material can then consist, for example, of an organic substance which forms the matrix or which is present in the material in addition to the matrix. In a particularly advantageous invention, a large part of the material consists of aragonite, which is preferably in the form of pseudohexagonal platelets with a diameter of 5 to 15 μm and a height of approximately 0.5 μm. It proves to be particularly advantageous if these aragonite plates are joined horizontally to form individual layers. The plates are preferably arranged alternately in a brick-like manner vertically and thus transversely to a shell plane. The matrix then extends between the individual platelets both in the plane of the shell and perpendicular to it. This is preferably an organic matrix, which is particularly porous.
Bei einer Variante der Erfindung kommt ein Werkstoff zum Einsatz, der eine wasserunlösliche Matrix besitzt. Beispielsweise kann Chitin zum Einsatz kommen. Bei einer Variante der Erfindung ist dieses Chitin beidseitig mit verschiedenen Proteinen belegt. Bei einer Variante kommt ein Seiden-Fibroin zum Einsatz. Dabei handelt es sich um das Protein /?-Keratin, das zu einer Stru ktu rverbesseru ng beiträgt, wobei insbesondere die Duktilität gesteigert wird. In a variant of the invention, a material is used which has a water-insoluble matrix. For example, chitin can be used. In a variant of the invention, this chitin is coated on both sides with different proteins. In one variant, a silk fibroin is used. This is the protein /? - keratin, which contributes to an improvement in structure, in particular increasing ductility.
Bei einer alternativen Variante der Erfindung kommt eine wasserlösliche Matrix zum Einsatz. Beispielsweise kann die wasserlösliche Matrix aus Proteinen bestehen. In an alternative variant of the invention, a water-soluble matrix is used. For example, the water-soluble matrix can consist of proteins.
Bei einer Variante der Erfindung kommt in der Pumpe bzw. Armatur ein Inlet zum Einsatz, das aus dem spezifischen Werkstoff besteht bzw. mit dem spezifischen Werkstoff beschichtet ist. Bei dem Inlet kann es sich beispielsweise um eine Hülse handeln. Diese Hülse kann rohrförmig bzw. in Form eines Hohlzylinders ausgeführt sein, die beispiels- weise eine Welle umgibt und eine Wellenschutzhülse bildet. Es ist auch denkbar, dass ein Vollzylinder als Bauteil in der Pumpe bzw. der Armatur zum Einsatz kommt, der aus diesem spezifischen Werkstoff gefertigt ist. Der Vollzylinder kann beispielsweise eine Welle bilden. Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung ist ein Spaltring aus dem spezifischen Werkstoff gefertigt bzw. mit diesem beschichtet. Spaltringe sind Bauteile, die bei Spaltringdichtungen zum Einsatz kommen. Spaltringdichtungen dienen beispielsweise in Kreiselpumpen zur Abdichtung von Räumen unterschiedlicher Drücken, wobei in einer Trennwand zwischen den Räumen ein rotierendes Element angeordnet äst. Die Spaltringdichtung umfasst ein nicht rotierendes Element und ein rotierendes Element. Bei dem nicht rotierenden Element kommt dabei vorzugsweise ein Spaltring zum Einsatz, der am Gehäuse angeordnet ist. Der Spalt, der zwischen dem rotierenden Element und dem nicht rotierenden Element gebildet wird, wirkt als Drossel zwischen den Räumen, die unterschiedliche Drücke aufweisen und verhindert einen zu hohen Strom vom Raum mit dem höheren Druck in den Raum mit dem niedrigeren Druck. In a variant of the invention, an inlet is used in the pump or fitting, which consists of the specific material or is coated with the specific material. The inlet can be, for example, a sleeve. This sleeve can be tubular or in the form of a hollow cylinder which, for example, surrounds a shaft and forms a shaft protection sleeve. It is also conceivable for a solid cylinder to be used as a component in the pump or valve, which is made of this specific material. The solid cylinder can form a shaft, for example. In a particularly favorable embodiment of the invention, a split ring is made of the specific material or coated with it. Split rings are components that are used for split ring seals. Split ring seals are used, for example, in centrifugal pumps to seal rooms of different pressures, with a rotating element arranged in a partition between the rooms. The split ring seal comprises a non-rotating element and a rotating element. In the case of the non-rotating element, a split ring is preferably used, which is arranged on the housing. The gap that is formed between the rotating element and the non-rotating element acts as a throttle between the rooms which have different pressures and prevents an excessive flow from the room with the higher pressure into the room with the lower pressure.
Der Strom führt zu einem Leistungsverlust, der auch als Spaltverlust bezeichnet wird. Durch den Einsatz eines Spaltringes, der aus dem spezifischen Material besteht bzw. mit diesem beschichtet ist, wird ein Bauteil geschaffen, das eine hohe Festigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig eine hohe Verschleißbeständägkeät aufweist. Dadurch werden Spaltringdichtungen kreiert, die eine besonders lange Lebensdauer aufweisen und nur einen geringen Spaltverlust haben. Dies spielt insbesondere eine Rolle, weil der Spaltring als feststehendes Bauteil mit einem bewegten Bauteil zusammenwirkt, zwischen denen der Spalt gebildet wird. Somit bringt der Einsatz des neuen Materials erhebliche Vorteile mit sich. The current leads to a loss of power, which is also referred to as a gap loss. The use of a split ring, which consists of the specific material or is coated with it, creates a component that has high strength, high corrosion resistance and, at the same time, high wear resistance. As a result, split ring seals are created that have a particularly long service life and only a small gap loss. This is particularly important because the split ring, as a fixed component, interacts with a moving component between which the gap is formed. The use of the new material thus brings considerable advantages.
Bei einer anderen Variante der Erfindung ist eine Passfeder aus dem spezifischen Material gefertigt bzw. mit diesem beschichtet. Bei einer Passfeder handelt es sich um ein Element, durch das vorzugsweise eine Welle-Nabe-Verbindung realisiert wird. Eine solche Verbindung ist formschlüssig und dient der Übertragung von Drehmomenten. Der Einsatz eines Bauteils aus dem spezifischen Werkstoff bietet für solche Passfedern besondere Vorteile. Insbesondere die Duktilität des Werkstoffes kann ein Versagen der Passfeder im Gegensatz zu herkömmlichen Varianten verhindern. Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Passfeder eine hohe Festigkeit auf. Diese Kombination bietet enorme Vorteile. Das ist insbesondere der Fall, wenn die Welle ihre Richtung wechselt bzw. bei An- und Abfahrprozessen. Durch die Duktilität werden die Belastungen abgefangen. Gleichzeitig gewährleistet die hohe Festigkeit eine reibungslose Übertragung des Drehmomentes. Das Bauteil aus dem spezifischen Werkstoff kann mit einem weiteren Bauteil verbunden werden oder als Verbindungselement dienen. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn das Element mittels Kleben und/oder Formschluss mit einem weiteren Bauteil, vorzugsweise einem metallischen Bauteil, verbunden ist. Bei einer Variante der Erfindung wird als Bauteil ein Laufrad eingesetzt, welches entweder vollständig aus dem spezifischen Werkstoff gefertigt ist oder mit diesem beschichtet ist. Es ist auch denkbar, dass lediglich die Schaufeln aus dem Werkstoff gefertigt oder beschichtet sind und die Nabe beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff besteht. Alternativ kann auch die Nabe aus dem Werkstoff gefertigt sein bzw. mit diesem beschichtet sein und/oder die Schaufeln sind aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise einem metallischen Werkstoff, gefertigt. Dadurch wird ein äußerst verschleißfestes Laufrad geschaffen, das auch für abrasive Medien einsetzbar ist. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Laufrad gleichzeitig korrosionsbeständig gegen Chemikalien wie beispielsweise Säuren oder Laugen. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Laufrad ein Medium gefördert werden, das Feststoffbestandteile enthält, beispielsweise Sand- partikel, und gleichzeitig auch Chemikalien, wie beispielsweise Säuren oder Laugen. In another variant of the invention, a feather key is made of the specific material or coated with it. A feather key is an element that is preferably used to implement a shaft-hub connection. Such a connection is form-fitting and serves to transmit torques. The use of a component made of the specific material offers particular advantages for such feather keys. In particular, the ductility of the material can prevent the feather key from failing in contrast to conventional variants. At the same time, the feather key according to the invention has high strength. This combination offers enormous advantages. This is particularly the case when the shaft changes direction or during start-up and shutdown processes. The ductility absorbs the loads. At the same time, the high strength ensures smooth transmission of the torque. The component made of the specific material can be connected to another component or serve as a connecting element. It proves to be particularly advantageous if the element is connected to a further component, preferably a metallic component, by means of adhesive and / or positive locking. In a variant of the invention, an impeller is used as the component, which is either made entirely of the specific material or is coated with it. It is also conceivable that only the blades are made or coated from the material and the hub is made of a metallic material, for example. Alternatively, the hub can also be made of or coated with the material and / or the blades are made of another material, for example a metallic material. This creates an extremely wear-resistant impeller that can also be used for abrasive media. Furthermore, the impeller according to the invention is at the same time corrosion-resistant to chemicals such as acids or alkalis. The impeller according to the invention can thus be used to convey a medium which contains solid constituents, for example sand particles, and at the same time also chemicals, such as acids or alkalis.
Ergänzend oder alternativ kann auch ein Lager, beispielsweise einer Kreiselpumpe, mit Bauteilen ausgestattet sein, die aus dem spezifischen Material bestehen oder mit die- sem beschichtet sind. Dabei kann es sich sowohl um das Axiallager als auch um Radiallager handeln. Als Bauteile können Käfige der Lager oder auch rotierende Bestandteile wie Kugeln oder Zylinder der Lager aus dem Material gefertigt sein bzw. mit dem Material beschichtet sein. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt In addition or alternatively, a bearing, for example a centrifugal pump, can also be equipped with components which consist of the specific material or are coated with this. This can be both the axial bearing and the radial bearing. As components, cages of the bearings or rotating components such as balls or cylinders of the bearings can be made of the material or coated with the material. Further features and advantages of the invention result from the description of exemplary embodiments with reference to drawings and from the drawings themselves. It shows
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Kreiselpumpe, Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Armatur. Figure 1 is a sectional view of a centrifugal pump, Figure 2 is a sectional view of a valve.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kreiselpumpe. Durch den Saugmund 1 , der von einem Gehäuse 2 gebildet wird, trit das Medium in die Kreiselpumpe ein und wird vom rotierenden Laufrad 3 erfasst. Das Laufrad 3 ist im Ausführungsbeispiel als Radialrad ausgeführt. Das Laufrad 3 ist rotationsfest mit einer um eine Drehachse A drehende Welle 4 verbunden. Figure 1 shows a sectional view through a centrifugal pump. The medium enters the centrifugal pump through the suction mouth 1, which is formed by a housing 2, and is captured by the rotating impeller 3. The impeller 3 is designed as a radial wheel in the embodiment. The impeller 3 is connected in a rotationally fixed manner to a shaft 4 rotating about an axis of rotation A.
Die Kreiselpumpe, weist Dichtungen 5 auf. Die Dichtungen 5 sind zwischen den rotierenden Bauteilen und dem Gehäuse 2 angeordnet. Die Dichtungen 5 umfassen vor- zugsweise ringförmige Elemente. The centrifugal pump has seals 5. The seals 5 are arranged between the rotating components and the housing 2. The seals 5 preferably comprise annular elements.
Die Welle 4 wird mit Lagern 6 abgestützt. Dabei kann es sich um Axiallager und/oder Radiallager handeln. Bei einer Ausführung der Erfindung ist bei mindestens einer Dichtung 5 ein Spaltring aus dem spezifischen Werkstoff gefertigt bzw. mit diesem beschichtet. Dabei umfasst die Dichtung 5 ein nicht rotierendes Element und ein rotierendes Element. Bei dem nicht rotierenden Element kommt dabei vorzugsweise ein Spaltring zum Einsatz, der am Gehäuse angeordnet ist. Der Spalt, der zwischen dem rotierenden Element und dem nicht rotierenden Element gebildet wird, wirkt als Drossel zwischen den Räumen, die unterschiedliche Drücke aufweisen und verhindert einen zu hohen Strom vom Raum mit dem höheren Druck in den Raum mit dem niedrigeren Druck. The shaft 4 is supported with bearings 6. This can be axial bearings and / or radial bearings. In one embodiment of the invention, at least one seal 5 has a split ring made from the specific material or coated with it. The seal 5 comprises a non-rotating element and a rotating element. In the case of the non-rotating element, a split ring is preferably used, which is arranged on the housing. The gap that is formed between the rotating element and the non-rotating element acts as a throttle between the spaces that have different pressures and prevents an excessive flow from the space with the higher pressure into the space with the lower pressure.
Durch den Einsatz eines Spaltringes, der aus dem spezifischen Material besteht bzw. mit diesem beschichtet ist, wird ein Bauteil geschaffen, das eine hohe Festigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist. Dadurch werden Dichtungen 5 kreiert, die eine besonders lange Lebensdauer aufweisen und nur einen geringen Spaltverlust haben. Dies spielt insbesondere eine Rolle, weil der Spaltring als feststehendes Bauteil mit einem bewegten Bauteil zusammenwirkt, zwischen denen der Spalt gebildet wird. Somit bringt der Einsatz des neuen Materials erhebliche Vorteile mit sich. Dies ist nicht auf Spaltringe beschränkt sondern kann beliebige Bauteile der Pumpe betreffen. The use of a split ring, which consists of the specific material or is coated with it, creates a component that has high strength, high corrosion resistance and, at the same time, high wear resistance. As a result, seals 5 are created which have a particularly long service life exhibit and have only a small gap loss. This is particularly important because the split ring, as a fixed component, interacts with a moving component between which the gap is formed. The use of the new material thus brings considerable advantages. This is not limited to split rings but can affect any component of the pump.
Figur 2 zeigt eine Armatur in Form eines Ventils. Die Armatur weist zwei Anschlussflansche 7 auf. ln der Armatur wird ein Ventilsitz 8 ausgebildet. Senkrecht zu diesem Ventilsitz 8 ist ein Absperrkörper 9 beweglich angeordnet, der über eine Betätigungsanord- nung 10 in vertikaler Richtung bewegt werden kann. Bei der Armatur kann der komplette Innenraum mit dem spezifischen Werkstoff ausgekleidet sein, der eine Matrix aufweist, in der Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind. Dadurch wird der komplete Innenraum des Ventils vor korrosiven und gleichzeitig vor abrasiven Medien geschützt. Somit wird eine sehr langlebige Armatur geschaffen. Figure 2 shows a valve in the form of a valve. The fitting has two connecting flanges 7. A valve seat 8 is formed in the fitting. A shut-off body 9 is movably arranged perpendicular to this valve seat 8 and can be moved in the vertical direction via an actuation arrangement 10. In the fitting, the entire interior can be lined with the specific material, which has a matrix in which components of a mineralization process are arranged. This protects the entire interior of the valve from corrosive and at the same time from abrasive media. This creates a very long-lasting tap.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Sitz des Ventils aus dem speziellen Material gefertigt bzw. mit diesem beschichtet. Ergänzend oder alternativ kann auch der Absperrkörper 9 aus dem Material komplett gefertigt sein oder mit diesem beschichtet sein. In a variant of the invention, the seat of the valve is made of the special material or coated with it. In addition or as an alternative, the shut-off body 9 can also be made completely from the material or be coated with it.

Claims

Patentansprüche Strömungsführende Vorrichtung Flow-guiding device
1. Strömungsführende Vorrichtung, insbesondere eine Armatur oder eine Kreiselpumpe, die ein Bauteil aufweist, das aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht und/oder mit einem nichtmetallischen Werkstoff beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Matrix aufweist, in der Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind. 1. Flow-guiding device, in particular a fitting or a centrifugal pump, which has a component which consists of a non-metallic material and / or is coated with a non-metallic material, characterized in that the material has a matrix in which components of a mineralization process are arranged .
2. Strömungsführende Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus zumindest 75 Massenprozent, vorzugsweise aus zumindest 85 Massenprozent, insbesondere aus zumindest 95 Massenprozent aus einer Kalziumverbindung besteht, vorzugsweise aus Kalziumcarbonat in der Modifikation Aragonit. 2. Flow-guiding device according to claim 1, characterized in that the material consists of at least 75% by mass, preferably at least 85% by mass, in particular at least 95% by mass, of a calcium compound, preferably of calcium carbonate in the aragonite modification.
3. Strömungsführende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix als poröse organische Struktur ausgebildet ist. 3. Flow-guiding device according to claim 1 or 2, characterized in that the matrix is designed as a porous organic structure.
4. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix wasserunlöslich ist. 4. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the matrix is water-insoluble.
5. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Matrix wasserlöslich ist. 5. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the matrix is water-soluble.
6. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix Proteine aufweist, vorzugsweise vollständig aus Proteinen besteht. 6. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the matrix has proteins, preferably consists entirely of proteins.
7 Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus Chitin besteht. 7 Flow-guiding device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the matrix consists of chitin.
8. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Inlet ausgeführt ist. 8. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the component is designed as an inlet.
9. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Spaltring ausgeführt ist. 9. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the component is designed as a split ring.
10. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Passfeder ausgeführt ist. 10. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the component is designed as a feather key.
11. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Bauteil als Verbindungselement ausgeführt ist und mit einem metallischen Bauteil mittels Klebens und/oder Formschluss verbunden ist. 11. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the component is designed as a connecting element and is connected to a metallic component by means of gluing and / or positive locking.
12. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Laufrad (3) ausgeführt ist. 12. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the component is designed as an impeller (3).
13. Strömungsführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Lager (6) ausgeführt ist, insbesondere als Axiallager und/oder Radiallager einer Kreiselpumpe. 13. Flow-guiding device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the component is designed as a bearing (6), in particular as a thrust bearing and / or radial bearing of a centrifugal pump.
14. Verwendung eines Bauteils, das aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht und/oder mit einem nichtmetallischen Werkstoff beschichtet ist in einer ström ungs- führenden Vorrichtung, insbesondere in einer Armatur oder einer Kreiselpumpe, wobei der Werkstoff eine Matrix aufweist, in der Bestandteile eines Mineralisationsprozesses angeordnet sind. 14. Use of a component that consists of a non-metallic material and / or is coated with a non-metallic material in a flow-guiding device, in particular in a fitting or a centrifugal pump, the material having a matrix in which components of a mineralization process are arranged are.
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