EP4259938A1 - Pumpenanordnung - Google Patents

Pumpenanordnung

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Publication number
EP4259938A1
EP4259938A1 EP21815933.3A EP21815933A EP4259938A1 EP 4259938 A1 EP4259938 A1 EP 4259938A1 EP 21815933 A EP21815933 A EP 21815933A EP 4259938 A1 EP4259938 A1 EP 4259938A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
pressure
housing
pressure chamber
arrangement according
Prior art date
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Pending
Application number
EP21815933.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Diederich
Thomas ELSÄSSER
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 EP4259938A1 publication Critical patent/EP4259938A1/de
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
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps 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
    • F04D1/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type
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    • F04D1/06—Multi-stage pumps
    • F04D1/063—Multi-stage pumps of the vertically split casing type
    • F04D1/066—Multi-stage pumps of the vertically split casing type the casing consisting of a plurality of annuli bolted together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/086—Sealings especially adapted for liquid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294—Three-dimensional machined; miscellaneous grooved

Definitions

  • the invention relates to a pump arrangement surrounded impeller arranged on the shaft and a seal separating a first pressure chamber from a second pressure chamber.
  • centrifugal pump arrangement of this type also known as a double-casing pump or casing-casing pump, is shown, for example, in DE 199 27 135 A1.
  • the centrifugal pump is surrounded by a jacket-like housing.
  • the shell housing which is provided with suction and pressure connections and optionally with intermediate tapping points, is closed with a cover in a plane perpendicular to the shaft.
  • These are usually multi-stage pumps for use as high- and ultra-high-pressure pumps, in particular also as boiler feed pumps.
  • a plurality of compression stage housings are arranged in series in the axial direction one behind the other within the jacket housing.
  • Each pressure stage includes a pump impeller and, optionally, a stationary diffuser.
  • the individual pressure stage housings of each pressure stage are usually designed together with the pump shaft as a connected pump unit.
  • the flow transition from the last diffuser or the last pressure stage casing into the pressure nozzle usually takes place via a flow chamber formed in the jacket casing or via a separate insert for an end spiral in the transition area.
  • Feed pumps often have several pressure ranges within the casing, which can be seen from the outside and which represents the pressure shell. If the pressure areas are adjacent to each other, they must be sealed against each other in all possible modes of operation, i.e. under all occurring loads. This is usually done with the help of special static seals. However, during operation, i.e. under load, the installation space provided for these seals is subject to deformations or displacements compared to the load-free state, which leads to heavy loading of the seal and can thereby reduce the reliability of its sealing function.
  • the object of the invention is therefore to provide a generic pump arrangement which eliminates the cause of this sealing problem, namely the excessive differential deformation of the components surrounding the seal.
  • the compression housing comprises a first part and a second part, the first part having a first area with an enlarged inner diameter and a second area with a reduced inner diameter, the second part having at least a first section with a reduced outer diameter and a second section with an enlarged Having outer diameter and the first region of the first part surrounding the first portion and at least partially the second portion of the second part, such that an annular space is formed between the first part and the second part.
  • the outer diameter of the second section of the annular disk-like part and the inner diameter of the first area of the sleeve-like part are formed at their overlapping areas in such a way that the first area is spaced apart from the second section with very little play or comes into contact with it or limits an inward deformation of the first region of the sleeve-like part or in the direction of the axis of rotation.
  • the second section of the annular disk-like part expediently has means for connecting the annular space to the second pressure space.
  • the second section of the second part has a lateral surface in which at least one groove is provided, which is connected to the annular space or is connected directly to the annular space.
  • the annular disc-like part has a third section adjoining the second section of the second part, with at least one axial groove extending parallel to the axis of rotation in the outer jacket surface of the third section, which forms a channel with the jacket housing, or at least one extending parallel to the axis of rotation axial bore is formed near the outer surface area, wherein the axial groove or the axial bore opens into the second pressure chamber.
  • a radially circumferential gap is expediently provided at the transition from the second section to the third section, which is connected on the one hand to the at least one groove and on the other hand to the at least one axial groove or the at least one axial bore extending in the outer lateral surface of the third section.
  • the second part has at least one axial bore, which extends essentially parallel to the axis of rotation and connects the annular space directly to the second pressure space. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. It shows the
  • FIG. 1 shows a partial sectional view of a pump arrangement with a first embodiment of the pressure stage housing according to the invention
  • Fig. 2 shows an enlarged excerpt from Fig. 1 and
  • FIG. 3 shows a partial sectional view of a stage housing according to the invention in the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 shows a partial sectional view of a second embodiment of the stage casing according to the invention in the installed state
  • FIG. 5 shows the partial view of the stage housing according to FIG. 4 in section
  • FIG. 6 shows a partial sectional view of a third embodiment of the stage casing according to the invention in the installed state
  • FIG. 1 shows a pump arrangement designed as a centrifugal pump with a jacket housing 1 .
  • a slot 2 is arranged at least partially in the casing 1 .
  • the slide-in unit 2 comprises a shaft 3 arranged to be rotatable about an axis of rotation A by a drive (not shown), e.g. an electric motor.
  • the running wheels 4 are radial wheels in the exemplary embodiment.
  • the slide-in unit 2 also includes a number of so-called compression housings 5, the compression housing according to the invention being identified by 5'.
  • Each impeller 4 is surrounded by a compression housing 5 or 5'. Neighboring compression housings 5, 5' adjoin one another.
  • the parting line between the pressure stage housings 5, 5' is metallically sealed in the exemplary embodiment.
  • each pressure stage housing 5, 5' there is a guide wheel 6 arranged behind the respective impeller 4 in the direction of flow of the medium to be conveyed.
  • the idler wheel 6 is connected to the compression stage housing 5, 5' in a torque-proof manner by means of a press fit or other suitable means.
  • a suction connection 7 is formed on the shell housing 1, through which the operating medium enters the centrifugal pump. About a pressure nozzle 8, the operating medium leaves the pump assembly.
  • the jacket housing 1 has an intermediate extraction point 9 .
  • a certain proportion of the medium being pumped can be pumped into a first pressure chamber 11, which is arranged between the pressure stage housings 5, 5' and the jacket housing 1, and can be discharged via the intermediate extraction 9 .
  • the pressure chamber 11 is separated by a seal 12 from a second pressure chamber 13 close to the pressure connection 8 , in particular below in an inflow area to the pressure connection 8 , or inside the pressure connection 8 .
  • the pressure in the second pressure chamber 13 is at least the pressure of one stage higher than the pressure present in the pressure chamber 11 up to n-1 times the stage pressure, where n stands for the number of stages.
  • 1 shows a multi-stage pump arrangement with six pressure stages and five pressure stage housings 5, 5'. It goes without saying that the number of pressure stages must be at least two, otherwise it can vary as desired. Furthermore, it is conceivable that all pressure stages can be formed by means of pressure stage housings 5' according to the invention.
  • FIG. 2 which shows an enlarged detail from FIG communicates with the second pressure chamber 13 in the area of the pressure port 8 . 2 also shows how the seal 12 interacts with the casing 1 and the compression stage housing 5' according to the invention, as well as the arrangement of the guide wheel 6 and the arrangement of the impeller 4 placed on the shaft 3 rotating about the axis of rotation A within the compression stage housing 5'. .
  • Fig. 3 separately shows the cup-shaped or pot-shaped compression stage housing 5 'according to Fig. 2.
  • the compression stage housing 5' comprises a sleeve-like first part 16 and a ring-like second part 17.
  • the sleeve-like first part 16 has a first area 18 with an enlarged Inner diameter and a second region 19 with a reduced inner diameter.
  • the sleeve-like part 16 is connected to the annular disk-like second part 17 .
  • Both parts 16 and 17 can be fused together or produced in one piece, for example by means of 3D printing.
  • the parts 16 and 17 can be fused together or produced in one piece, for example by means of 3D printing.
  • the parts 16 and 17 can be fused together or produced in one piece, for example by means of 3D printing.
  • the parts 16 and 17 can be fused together or produced in one piece, for example by means of 3D printing.
  • the parts 16 and 17 can be fused together or produced in one piece, for example by means of 3
  • the annular disk-like part 17 has a first section 20 and a second section 21 with an outer surface 22 .
  • the lateral surface 22 is essentially cylindrical, but also has a conical section.
  • At least one groove 23 is provided in the lateral surface 22 , as a result of which the section 21 has indentations and elevations 24 with the lateral surface 22 .
  • the at least one groove 23 runs essentially parallel to the axis of rotation A.
  • the first area 18 of the sleeve-like part 16 surrounds both the first section 20 and partly also the second section 21 of the annular disk-like second part 17 .
  • the outer diameter of the second section 21 of the annular disk-like part 17 and the inner diameter of the first area 18 of the sleeve-like part 16 are formed at their overlapping areas in such a way that the first area 18 is spaced from the second section 21 with very little play or at this comes to the plant.
  • annular space 25 is connected to the at least one groove 23 or is connected directly to the groove 23 in terms of fluid technology. Due to the annular space 25, the first region 18 of the sleeve-like part 16 is elastic within certain limits.
  • the lateral surface 22 of the elevations 24 prevents or limits an inward deformation of the elastic region 18 of the sleeve-like part 16 or in the direction of the axis of rotation A.
  • the part 17 also has a third section 26 adjoining the second section 21 on the side facing away from the annular space 25 .
  • the outer diameter of the second section 21 is smaller than the outer diameter of the third section 26.
  • the third section 26 has a step that can be provided for fastening the compression housing 5' to the jacket housing, if necessary.
  • the channel 15 shown in Fig. 2 is formed by at least one axial groove (not shown) in the outer jacket surface 27 of the third section 26, which extends in the axial direction and interacts with the jacket housing 1, with a radial connecting groove (not shown) in the area of the step is provided, which connects the two axial groove sections in the outer jacket surface 27 to one another.
  • the axial grooves and the connecting groove can also be formed in the casing 1 .
  • a radially circumferential gap 28 is formed at the transition from the second section 21 to the third section 26, which gap is connected to the at least one groove 23.
  • the gap 28 also communicates with the axial groove extending in the axial direction in the outer lateral surface 27 of the third section 26 and thus with the channel 15 shown in FIG. 2 and the pressure chamber 13.
  • a chamfer is provided at the transition from the first area 18 to the second area 19 of the sleeve-like first part 16, ie the outer diameter of the sleeve-like part 18 is larger than the outer diameter of the area 19 so that the seal 12 can be fitted without problems.
  • 4 shows a further embodiment of the pressure stage housing 5' according to the invention in the installed state.
  • FIG. 5 shows the compression housing 5' shown in FIG. 4 in detail.
  • the first sleeve-like part 16 essentially corresponds to the embodiment of the compression stage housing 5' shown in FIGS. 1 to 3 and requires no further explanation.
  • the second section 21 of the second part 17 with the at least one groove 23 and the at least one elevation 24 and the lateral surface 22 and the annular space 25 essentially correspond to the embodiments described for FIGS.
  • the at least one axial bore 29 can be connected to the annular space 25 or connected directly to it and can extend through the second section 21 and the third section 26 and in the second pressure chamber 13 open.
  • the axial bore 29 thus connects the annular space 25 directly to the second pressure space 13 in the area of the pressure connector 8. Grooves in the lateral surface 22 can be dispensed with.
  • the third section 26 has a step, but this is not required for a type of fastening of the compression stage housing 5', as is shown in FIGS. 4 and 5.
  • medium is sucked into the pump via the suction nozzle 7 and flows to the pressure stage housing 5, which is the first downstream of the suction nozzle in terms of flow.
  • the medium is guided to the next pressure stage housing 5 by means of the impeller 4 via the guide wheel 6 which is arranged downstream or downstream in terms of flow.
  • Part of the medium is conveyed into the pressure chamber 11 via the at least one opening 10 in the stage housing 5, which is closest to the intermediate extraction point 9, from where it can be conveyed out of the pump via the intermediate extraction point 9.
  • the majority of the medium is fed to the next pressure stage housings 5 in a corresponding manner.
  • the last guide wheel 6 conveys the medium into the pressure chamber 13. From there, according to FIGS. 1 to 3, part of the medium flows via the at least one channel 15 and the radially circumferential gap 28 into the at least one groove 23 in the second section 21 and then into the annular space 25 or according to FIGS. 4 and 5 via the at least one axial bore 29 and the radially circumferential gap 28 into the at least one groove 23 and then into the annular space 25 or according to FIG. 6 directly via the at least one axial bore 29 from the pressure chamber 13 into the annular chamber 25.
  • the pressure chamber 13 forms a medium-filled system of communicating spaces with the at least one channel 15 or the at least one axial bore 29, the radially circumferential gap 28, the at least one groove 26 and the adjoining annular chamber 25.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft Pumpenanordnung mit einem Mantelgehäuse (1), einem zumindest teilweise in dem Mantelgehäuse (1) angeordneten Einschub (2), wobei der Einschub (2) eine von einem Antrieb um eine Drehachse (A) drehbar angeordnete Welle (3), und wenigstens zwei Druckstufen mit jeweils einem Druckstufengehäuse (5, 5') umfasst, einem in jeder Druckstufe von dem Druckstufengehäuse (5, 5') umgebenen, auf der Welle (3) angeordneten Laufrad (4) und einer einen ersten Druckraum (11 ) von einem zweiten Druckraum (13) trennenden Dichtung (12). Erfindungsgemäß umfasst das Druckstufengehäuse (5') einen ersten Teil (16) und einen zweiten Teil (17), wobei der erste Teil (16) einen ersten Bereich (18) mit vergrößertem Innendurchmesser und einen zweiten Bereich (19) mit verringertem Innendurchmesser aufweist, der zweite Teil (17) wenigstens einen ersten Abschnitt (20) mit verringertem Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt (21 ) mit vergrößertem Außendurchmesser aufweist und der erste Bereich (18) des ersten Teils (16) den ersten Abschnitt (20) und zumindest teilweise den zweiten Abschnitt (21) des zweiten Teils (17) derart umgibt, dass zwischen dem ersten Teil (16) und dem zweiten Teil (17) ein Ringraum (25) gebildet wird und der Ringraum (25) mit dem zweiten Druckraum (13) in Verbindung steht.

Description

Beschreibung
Pumpenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung Pumpenanordnung mit einem Mantelgehäuse, einem zumindest teilweise in dem Mantelgehäuse angeordneten Einschub, wobei der Einschub eine von einem Antrieb um eine Drehachse drehbar angeordnete Welle, und wenigstens zwei Druckstufen mit jeweils einem Druckstufengehäuse umfasst, einem in jeder Druckstufe von dem Druckstufengehäuse umgebenen, auf der Welle angeordneten Laufrad und einer einen ersten Druckraum von einem zweiten Druckraum trennenden Dichtung.
Eine derartige auch als Doppelgehäuse- bzw. Mantelgehäusepumpe bekannte Kreiselpumpenanordnung zeigt beispielsweise die DE 199 27 135 A1.
Bei dieser Kreiselpumpenart ist die Kreiselpumpe von einem mantelartigen Gehäuse umgeben. Das mit Saug- und Druckstutzen und optional mit Zwischenentnahmestellen versehene Mantelgehäuse wird in einer senkrecht zur Welle liegenden Ebene mit einem Deckel verschlossen. Gewöhnlich handelt es sich hierbei um mehrstufige Pumpen zur Verwendung als Hoch- und Höchstdruckpumpen, insbesondere auch als Kesselspeisepumpen. Innerhalb des Mantelgehäuses sind mehrere Druckstufengehäuse seriell in Axialrichtung hintereinander angeordnet. Jede Druckstufe umfasst ein Pumpenlaufrad sowie optional ein stationäres Leitrad. Die einzelnen Druckstufengehäuse jeder Druckstufe sind üblicherweise zusammen mit der Pumpenwelle als ein zusammenhängender Pumpeneinschub ausgebildet. Der Strömungsübergang vom letzten Leitrad bzw. dem letzten Druckstufengehäuse in den Druckstutzen erfolgt in der Regel über einen ausgebildeten Strömungsraum im Mantelgehäuse oder über einen gesonderten Einsatz für eine Endspirale im Übergangsbereich.
Speisepumpen haben oft mehrere Druckbereiche innerhalb des von außen erkennbaren Mantelgehäuses, welches die Druckhülle darstellt. Sofern die Druckbereiche aneinander angrenzen, müssen sie bei allen möglichen Betriebsweisen d.h. unter allen auftretenden Belastungen gegeneinander abgedichtet werden. Dies geschieht meist mit Hilfe von speziellen statischen Dichtungen. Während des Betriebs, also unter Last, unterliegt der für diese Dichtungen vorgesehene Einbauraum jedoch Verformungen bzw. Verschiebungen gegenüber dem lastfreien Zustand, was zu einer starken Belastung der Dichtung führt und dadurch die Zuverlässigkeit ihrer Dichtfunktion reduzieren kann.
Die Erfindung setzt sich daher zur Aufgabe, eine gattungsgemäße Pumpenanordnung bereitzustellen, die die Ursache dieses Dichtungsproblems, die zu große Differenzverformung der die Dichtung umgebenden Bauteile, behebt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kreiselpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Druckstufengehäuse einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfasst, der erste Teil einen ersten Bereich mit vergrößertem Innendurchmesser und einen zweiten Bereich mit verringertem Innendurchmesser aufweist, der zweite Teil wenigstens einen ersten Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt mit vergrößertem Außendurchmesser aufweist und der erste Bereich des ersten Teils den ersten Abschnitt und zumindest teilweise den zweiten Abschnitt des zweiten Teils umgibt, derart, dass zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ein Ringraum gebildet wird. Dass vorteilhafterweise der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des ringscheibenartigen Teils und der Innendurchmesser des ersten Bereichs des hülsenartigen Teils an ihren sich übergreifenden Bereichen derart ausgebildet sind, dass der erste Bereich mit sehr geringem Spiel von dem zweiten Abschnitt beabstandet ist oder an diesem zur Anlage kommt, verhindert bzw. begrenzt eine Verformung des ersten Bereichs des hülsenartigen Teils nach innen bzw. in Richtung Drehachse.
Zweckmäßigerweise weist der zweite Abschnitt des ringscheibenartigen Teils Mittel zum Verbinden des Ringraums mit dem zweiten Druckraum auf.
Der Erfindung folgend wird vorgeschlagen, dass dass der zweite Abschnitt des zweiten Teils eine Mantelfläche aufweist, in der wenigstens eine Nut vorgesehen ist, die mit dem Ringraum verbunden ist bzw, direkt an den Ringraum angeschlossen ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der ringscheibenartige Teil einen sich an den zweiten Abschnitt des zweiten Teils anschließenden dritten Abschnitt auf, wobei wenigstens eine sich in der Außenmantelfäche des dritten Abschnitts parallel zur Drehachse erstreckende Axialnut, die mit dem Mantelgehäuse einen Kanal bildet, oder wenigstens eine sich parallel zur Drehachse erstreckende Axialbohrung nahe der Außenmantelfäche ausgebildet ist, wobei die Axialnut bzw. die Axialbohrung in den zweiten Druckraum mündet.
Zweckmäßigerweise ist am Übergang vom zweiten Abschnitt zum dritten Abschnitt ein radial umlaufender Spalt vorgesehen ist, der einerseits mit der wenigstens einen Nut und andererseits mit der wenigstens einen sich in der Außenmantelfäche des dritten Abschnitts erstreckenden Axialnut oder der wenigstens einen Axialbohrung in Verbindung steht.
Bei einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform weist der zweite Teil wenigstens eine sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse erstreckende Axialbohrung auf, die den Ringraum direkt mit dem zweiten Druckraum verbindet. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt die
Fig. 1 die Teilansicht einer Pumpenanordnung im Schnitt mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckstufengehäuses,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschitt aus der Fig. 1 und
Fig. 3 die Teilansicht im Schnitt eines erfindungsgemäßen Stufengehäusess in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 2.
Fig. 4 die Teilansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufengehäuses im Schnitt im eingebauten Zustand
Fig. 5 die Teilansicht des Stufengehäuses gemäß Fig. 4 im Schnitt
Fig. 6 die Teilansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufengehäuses im Schnitt im eingebauten Zustand
Figur 1 zeigt eine als Kreiselpumpe ausgebildete Pumpenanordnung mit einem Mantelgehäuse 1 . Ein Einschub 2 ist zumindest teilweise in dem Mantelgehäuse 1 angeordnet. Der Einschub 2 umfasst eine von einem nicht dargestellten Antrieb, z.B. ein Elektromotor, um eine Drehachse A drehbar angeordnete Welle 3. Auf der Welle 3 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel mehrere Laufräder 4 hintereinander angeordnet. Bei den Laufrädern 4 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Radialräder.
Der Einschub 2 umfasst ferner mehrere sogenannte Druckstufengehäuse 5, wobei das erfindungsgemäße Druckstufengehäuse mit 5‘ gekennzeichnet ist. Jedes Laufrad 4 ist von einem Druckstufengehäuse 5 bzw. 5‘ umgeben. Benachbarte Druckstufengehäuse 5, 5‘ grenzen aneinander an. Die Trennfuge zwischen den Druckstufengehäusen 5, 5‘ ist im Ausführungsbeispiel metallisch dichtend.
In jedem Druckstufengehäuse 5, 5‘ ist ein in Strömungsrichtung des zu fördernden Mediums hinter dem jeweiligen Laufrad 4 angeordnetes Leitrad 6 vorgesehen. Mittels Presspassung oder anderen geeigneten Mitteln ist das Leitrad 6 drehfest mit dem Druckstufengehäuse 5, 5‘ verbunden. Am Mantelgehäuse 1 ist ein Saugstutzen 7 angeformt, durch den das Betriebsmedium in die Kreiselpumpe eintritt. Über einen Druck- stutzen 8 verlässt das Betriebsmedium die Pumpenanordnung. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Mantelgehäuse 1 eine Zwischenentnahme 9 auf. Über wenigstens eine radiale Öffnung 10 in einem der mittleren Druckstufengehäuse 5 kann ein bestimmter Anteil des geförderten Mediums in einen ersten Druckraum 1 1 , der zwischen den Druckstufengehäusen 5, 5‘ und dem Mantelgehäuse 1 angeordnet ist, gefördert werden und über die Zwischenntnahme 9 abgeführt werden. Der Druckraum 1 1 ist über eine Dichtung 12 von einem zweiten Druckraum 13 nahe des Druckstutzens 8, insbesondere unterhalb in einem Zuströmbereich zum Druckstutzen 8, oder im Inneren des Druckstutzens 8, getrennt. Der Druck im zweiten Druckraum 13 ist dabei mindestens um den Druck einer Stufe höher als der im Druckraum 1 1 anstehende Druck bis hin zum n-1 -fachen Stufendruck, wobei n für die Stufenanzahl steht.
In der Fig. 1 ist eine mehrstufige Pumpenanordnung mit sechs Druckstufen und fünf Druckstufengehäusen 5, 5‘ abgebildet. Es versteht sich, dass die Anzahl der Druckstufen mindestens zwei betragen muss, ansonsten beliebig variieren kann. Ferner ist es vorstellbar, dass alle Druckstufen mittels erfindungsgemäßer Druckstufengehäuse 5‘ gebildet sein können.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, die einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 zeigt, trennt die Dichtung 12 den Druckraum 1 1 , der sich in Richtung Dichtung 12 zu einem relativ schmalen ersten Ringspalt 14 verjüngt, von einem Kanal 15, der mit dem zweiten Druckraum 13 im Bereich des Druckstutzens 8 kommuniziert. Die Fig. 2 zeigt ferner, wie die Dichtung 12 mit dem Mantelgehäuse 1 und dem erfindungsgemäßen Druckstufengehäuse 5‘ zusammenwirkt sowie die Anordnung des Leitrades 6 und die Anordnung des auf der sich um die Drehachse A rotierenden Welle 3 platzierten Laufrades 4 innerhalb des Druckstufengehäuses 5‘.
Die Fig. 3 zeigt separat das becher- oder topfförmig ausgebildete Druckstufengehäuse 5‘ gemäß der Fig. 2. Das Druckstufengehäuse 5‘ umfasst einen hülsenartigen ersten Teil 16 und einen ringscheibenartigen zweiten Teil 17. Der hülsenartige erste Teil 16 weist einen ersten Bereich 18 mit vergrößertem Innendurchmesser und einen zweiten Bereich 19 mit verringertem Innendurchmesser auf. Am Übergang von dem ersten Bereich 18 zum zweiten Bereich 19 des hülsenartigen ersten Teils 16 ist der hülsenartige Teil 16 mit dem ringscheibenartigen zweiten Teil 17 verbunden. Beide Teile 16 und 17 können miteinander verschwelst sein oder einteilig, z.B. mittels 3D-Druck, hergestellt sein. Bei einer weiteren Alternative können die Teile
16 und 17 miteinander verschraubt sein.
Der ringscheibenartige Teil 17 weist einen ersten Abschnitt 20 und einen zweiten Abschnitt 21 mit einer Mantelfläche 22 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mantelfläche 22 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, weist jedoch auch noch einen konischen Abschnitt auf. In der Mantelfläche 22 ist wenigstens eine Nut 23 vorgesehen, wodurch der Abschnitt 21 Vertiefungen und Erhebungen 24 mit der Mantelfäche 22 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die wenigstens eine Nut 23 im Wesentlichen parallel zur Drehachse A.
Der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16, umgibt sowohl den ersten Abschnitt 20 und teilweise auch den zweiten Abschnitt 21 des ringscheibenartigen zweiten Teils 17. Der Außendurchmesser des ersten Abschnitts 20 ist geringer als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21 . Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21 des ringscheibenartigen Teils 17 und der Innendurchmesser des ersten Bereichs 18 des hülsenartigen Teils 16 sind an ihren sich übergreifenden Bereichen derart ausgebildet, dass der erste Bereich 18 mit sehr geringem Spiel von dem zweiten Abschnitt 21 beab- standet ist oder an diesem zur Anlage kommt.
Dadurch, dass der erste Abschnitt 20 des ringscheibenartigen zweiten Teils 17 gegenüber dem zweiten Abschnitt 21 einen verringertem Außendurchmesser aufweist, entsteht dort zwischen dem hülsenartigen ersten Teil 16 und dem ringscheibenartigen Teil
17 ein Ringraum 25. Der Ringraum 25 ist mit der wenigstens einen Nut 23 verbunden bzw. fluidtechnisch direkt an die Nut 23 angeschlossen. Durch den Ringraum 25 ist der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16 in bestimmten Grenzen elastisch ausgebildet. Die Mantelfläche 22 der Erhebungen 24 verhindert bzw. begrenzt eine Verformung des elastischen Bereichs 18 des hülsenartigen Teils 16 nach innen bzw. in Richtung Drehachse A.
Der Teil 17 weist an der dem Ringraum 25 abgewandten Seite ferner einen sich an den zweiten Abschnitt 21 anschließenden dritten Abschnitt 26 auf.
Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 21 ist geringer als der Außendurchmesser des dritten Abschnitts 26. Bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsform weist der dritte Abschnitt 26 eine Stufe auf, die ggf. zur Befestigung des Druckstufengehäuses 5‘ am Mantelgehäuse vorgesehen sein kann.
Der in Fig. 2 gezeigte Kanal 15 wird durch jeweils wenigstens eine nicht dargestellte, sich in der Außenmantelfäche 27 des dritten Abschnitts 26 in axialer Richtung erstreckenden Axialnut, die mit dem Mantelgehäuse 1 zusammenwirkt, gebildet, wobei im Bereich der Stufe eine nicht dargestellte radiale Verbindungsnut vorgesehen ist, welche die beiden Axialnutabschnitte in der Außenmantelfäche 27 miteinander verbindet. Alternativ können die Axialnuten und die Verbindungsnut auch im Mantelgehäuse 1 ausgebildet sein.
Da der erste Bereich 18 des hülsenartigen Teils 16 den zweiten Abschnitt 21 nicht vollständig umgibt, entsteht am Übergang vom zweiten Abschnitt 21 zum dritten Abschnitt 26 ein radial umlaufender Spalt 28, der mit der wenigstens einen Nut 23 in Verbindung steht. Der Spalt 28 kommuniziert ferner mit der in der Außenmantelfäche 27 des dritten Abschnitts 26 in axialer Richtung erstreckenden Axialnut und somit mit dem in der Fig. 2 dargestellten Kanal 15 sowie dem Druckraum 13.
Am Übergang vom ersten Bereich 18 zum zweiten Bereich 19 des hülsenartigen ersten Teils 16 ist eine Fase vorgesehen, d. h. der Außendurchmesser des hüsenartigen Teils 18 ist größer als der Außendurchmesser des Bereichs 19, damit die Montage der Dichtung 12 problemfrei möglich ist. Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckstufene- häuses 5‘ im eingebauten Zustand.
Die Fig. 5 zeigt das in der Fig. 4 dargestellte Druckstufengehäuse 5‘ im Detail. Der erste hülsenartige Teil 16 entspricht im Wesentlichen der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5‘ und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Auch der zweite Abschnitt 21 des zweiten Teils 17 mit der wenigstens einen Nut 23 und der wenigstens einen Erhebung 24 und der Mantelfläche 22 sowie der Ringraum 25 entsprechen im Wesentlichen den zu den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen.
Bei dem in der Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5‘ ist im dritten Abschnitt 26 wenigstens eine im Wesentlichen parallel zur Drehachse A ausgebildete Axialbohrung 29 vorgesehen, die mit dem Spalt 28 kommuniziert und im Bereich des Druckstutzens 8 in den zweiten Druckraum 13 mündet.
In der gezeigten Ausführungsform ist im Abschnitt 26 keine Stufe vorgesehen, kann jedoch mit einer Stufe, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, versehen sein.
Wie in der Fig. 6 gezeigt, kann bei einer weiteren Ausführungsform des Druckstufengehäuses 5‘ die wenigstens eine Axialbohrung 29 mit dem Ringraum 25 verbunden sein bzw. direkt an diesen angeschlossen sein und sich durch den zweiten Abschnitt 21 sowie den dritten Abschnitt 26 erstrecken und in den zweiten Druckraum 13 münden. Die Axialbohrung 29 verbindet den Ringraum 25 somit direkt mit dem zweiten Druckraum 13 im Bereich des Druckstutzens 8. Auf Nuten in der Mantelfläche 22 kann dabei verzichtet werden.
Bei der beispielhaft gezeigten Ausführungsform weist der dritte Abschnitt 26 eine Stufe auf, auf die aber bei einer Befestigungsart des Druckstufengehäuses 5‘, wie sie in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird, nicht benötigt wird. Bei der Inbetriebnahme der Pumpenanordnung wird Medium über den Saugstutzen 7 Medium in die Pumpe gesaugt und strömt zu dem Druckstufengehäuse 5, das dem Saugstutzen strömungstechnisch als erstes nachgeschaltet ist. Das Medium wird mittels des Laufrads 4 über das strömungstechnisch nachgeschaltete oder stromabwärts angeordnete Leitrad 6 zum nächsten Druckstufengehäuse 5 geführt. Über die wenigstens eine Öffnung 10 im Stufengehäuse 5, das der Zwischenentnahme 9 am nächsten liegt, wird ein Teil des Mediums in den Druckraum 1 1 gefördert, von dort kann es über die Zwischenentnahme 9 aus der Pumpe gefördert werden. Der überwiegende Teil des Mediums wird den nächsten Druckstufengehäusen 5 auf entsprechende Weise zugeführt.
Das strömungstechnisch gesehen letzte Leitrad 6 fördert das Medium in den Druckraum 13. Von dort gelangt ein Teil des Mediums gemäß den Fig. 1 bis 3 über den wenigstens einen Kanal 15 und den radial umlaufenden Spalt 28 in die wenigstens eine Nut 23 im zweiten Abschnitt 21 und anschließend in den Ringraum 25 oder gemäß den Fig. 4 und 5 über die wenigstens eine Axialbohrung 29 und den radial umlaufenden Spalt 28 in die wenigstens eine Nut 23 und anschließend in den Ringraum 25 oder gemäß der Fig. 6 direkt über die wenigstens eine Axialbohrung 29 vom Druckraum 13 in den Ringraum 25. Der Druckraum 13 bildet mit dem wenigstens einen Kanal 15 bzw. der wenigstens einen Axialbohrung 29, den radial umlaufenden Spalt 28, die wenigstens eine Nut 26 und dem anschließenden Ringraum 25 ein mediumgefülltes System kommunizierender Räume.
Im Ringraum 25 stellt sich Überdruck bezogen auf den Raum 1 1 ein, der den Bereich
18 aufweitet und dadurch an das Mantelgehäuse radial anlegt. Dadurch bleibt die radiale Erstreckung des Dichtungsraums unter allen Betriebszuständen nahezu konstant.

Claims

Patentansprüche
Pumpenanordnung Pumpenanordnung mit
- einem Mantelgehäuse (1 ),
- einem zumindest teilweise in dem Mantelgehäuse (1 ) angeordneten Einschub (2), wobei der Einschub (2) eine von einem Antrieb um eine Drehachse (A) drehbar angeordnete Welle (3), und wenigstens zwei Druckstufen mit jeweils einem Druckstufengehäuse (5, 5‘) umfasst,
- einem in jeder Druckstufe von dem Druckstufengehäuse (5, 5‘) umgebenen, auf der Welle (3) angeordneten Laufrad (4) und
- einer einen ersten Druckraum (11 ) von einem zweiten Druckraum (13) trennenden Dichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass
- das Druckstufengehäuse (5‘) einen ersten Teil (16) und einen zweiten Teil (17) umfasst,
- der erste Teil (16) einen ersten Bereich (18) mit vergrößertem Innendurchmesser und einen zweiten Bereich (19) mit verringertem Innendurchmesser aufweist,
- der zweite Teil (17) wenigstens einen ersten Abschnitt (20) mit verringertem Außendurchmesser und einen zweiten Abschnitt (21 ) mit vergrößertem Außendurchmesser aufweist und
- der erste Bereich (18) des ersten Teils (16) den ersten Abschnitt (20) und zumindest teilweise den zweiten Abschnitt (21 ) des zweiten Teils (17) umgibt, derart, dass zwischen dem ersten Teil (16) und dem zweiten Teil (17) ein Ringraum (25) gebildet wird und der Ringraum (25) mit dem zweiten Druckraum (13) in Verbindung steht.
2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts (21 ) des ringscheibenartigen Teils (17) und der Innendurchmesser des ersten Bereichs (18) des hülsenartigen Teils (16) an ihren sich übergreifenden Bereichen derart ausgebildet sind, dass der erste Bereich (18) mit sehr geringem Spiel von dem zweiten Abschnitt (21 ) beabstandet ist oder an diesem zur Anlage kommt.
3. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringscheibenartige Teil (17) Mittel (15, 23, 29) zum Verbinden des Ringraums (25) mit dem zweiten Druckraum (13) aufweist.
4. Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (21 ) des zweiten Teils (17) eine Mantelfläche (22) aufweist, in der wenigstens eine Nut (23) vorgesehen ist, die mit dem Ringraum (25) verbunden ist.
5. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringscheibenartige Teil (17) einen sich an den zweiten Abschnitt (21 ) des zweiten Teils (17) anschließenden dritten Abschnitt (26) aufweist, wobei wenigstens eine sich in der Außenmantelfäche (27) des dritten Abschnitts (26) parallel zur Drehachse (A) erstreckende Axialnut oder wenigstens eine sich parallel zur Drehachse (A) erstreckende Axialbohrung (29) nahe der Außenmantelfäche (27) ausgebildet ist, wobei die Axialnut und die Axialbohrung (29) in den zweiten Druckraum (13) münden.
6. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang vom zweiten Abschnitt 21 zum dritten Abschnitt 26 ein radial umlaufender Spalt 28 vorgesehen ist, der einerseits mit der wenigstens einen Nut (23) und andererseits mit der wenigstens einen sich in der Außenmantelfäche (27) des dritten Abschnitts (26) erstreckenden Axialnut oder der wenigstens einen Axialbohrung (29) in Verbindung steht. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil (17) eine Axialbohrung (29) aufweist, die den Ringraum (25) direkt mit dem zweiten Druckraum (13) verbindet.
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