WO2020094462A1 - Mantelgehäusepumpe - Google Patents

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WO2020094462A1
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Holger Lutz
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KSB SE & Co. KGaA
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    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a multi-stage centrifugal pump with a casing
  • High-pressure pumps for large delivery heights must therefore be designed in several stages, whereby the individual stages can be of the same construction, since the fluids are incompressible.
  • the impellers can be flowed through in the same direction or in opposite directions.
  • the machine consists of a suction housing, several stages that are the same and the pressure housing, all of which are connected to each other by tie rods.
  • Each impeller has a diffuser, which, like single-stage pumps, is a bladeless or bladed annular space, as well as a return channel that feeds the fluid to the suction mouth of the following impeller. Only in the last stage does dot guide lead into a spiral housing, At high final pressures, the pump stages are placed in a casing, which is also referred to as a pot casing, because they are surrounded by a pot-like casing.
  • This type of pump is known in English as “barrel type” pumps. This type is often used as a boiler feed pump. They are also used in petrochemicals, for example in refineries.
  • Such a multi-stage casing pump is described for example in DE 40 05 923 AI.
  • Laufrä arranged within a pump housing are driven by two drive motors at different speeds.
  • Drive motors are arranged on both sides of the pump housing.
  • the pump shaft is constructed in two parts. Its sub-level is arranged in the area between the pump stages of different speeds.
  • the shaft ends located in the part plane are supported in an intermediate piece.
  • DE 41 10 833 C2 relates to a multi-stage boiler feed pump in a pot housing design, the impellers and guide devices of which are designed as parts which can be axially inserted and centered in a cylindrical housing.
  • the guide devices are sealed against the cylindrical housing.
  • the cylindrical housing can be inserted axially into the pot housing. At the ends, the cylindrical housing is sealed against the pot housing.
  • the wall of the cylindrical housing is part of the control tung.
  • a centrifugal pump is described in pot housing design ben, flow-carrying stage housing are arranged between the individual pump impellers.
  • DE 298 19 363 U1 relates to a centrifugal pump with a jacket housing.
  • the jacket housing has an inlet through which a pumped medium flows.
  • DE 10 2014 214 805 A1 relates to a casing pump with a stage casing.
  • the stage housing separates an inner pressure chamber from an outer pressure chamber. Venting devices are arranged in the stage housing.
  • the object of the invention is to provide a casing pump that has a long service life even when pumping abrasive media.
  • the pump should be relatively inexpensive to manufacture and allow advantageous flow guidance of the medium within the pump. Whenever possible, eddy formation should be reduced. Furthermore, the pump should have the highest possible degree of efficiency and the lowest possible head loss.
  • an insert is arranged at the transition from the annular space into the pressure port.
  • This insert has shapes for reducing eddy formation.
  • the shapes of the insert are preferably designed as roundings.
  • the insert is produced by a generative process.
  • the insert is preferably a one-piece component.
  • the one-piece component is produced from a building material by successively melting and solidifying shells, preferably by means of radiation. If necessary, a multi-part part can also be used.
  • the building material is preferably metallic powder and / or granulate particles.
  • the metallic building material is applied in powder or granulate form in a thin layer to a base.
  • the powdery material is completely remelted locally by radiation at the respective points and forms a solid material layer after it has solidified.
  • a base is lowered by the amount of a layer thickness and powder is applied again. This cycle will repeat until all layers have melted.
  • the finished insert is cleaned of the excess powder.
  • a laser beam can be used, which generates the insert from the powder layers.
  • the data for guiding the laser beam are generated on the basis of a 3D CAD body using software.
  • an electron beam (EBM) can also be used.
  • the insert is a component that is independent of the jacket housing and is preferably connected to the jacket housing by a non-soluble connection. A welded connection is particularly suitable here. It proves to be particularly advantageous if the insert at least partially conforms to the casing.
  • the stainless steel insert produced by laser melting is precisely integrated into the jacket housing by welding. Rounding is introduced into the flow space, reducing vortex formation and thereby increasing the efficiency of the pump.
  • the casing can be prepared accordingly by an additional work step.
  • FIG. 1 shows an axial section through a casing pump
  • Figure 2 shows a perspective view of the insert.
  • FIG. 1 shows a centrifugal pump with a jacket housing 1.
  • An insert 2 is arranged in the jacket housing 1.
  • the insert 2 comprises a shaft 3 on which several Impellers 4 are arranged one behind the other.
  • the impellers 4 are radial wheels.
  • Each impeller 4 is surrounded by a stage housing 5. Adjacent step housings 5 adjoin each other. The parting line between the stage housing 5 is in
  • a suction nozzle 6 is formed on the casing 1 through which the operating medium enters the centrifugal pump.
  • the operating medium leaves the centrifugal pump via a pressure connection 7.
  • Figure 2 shows a perspective view of the insert.
  • the insert is preferably made from a powder or granular material by a generative process.
  • the insert is apron-shaped.
  • the ready-to-install housing insert is preferably connected to the casing housing with a non-releasable connection, preferably a welded connection.
  • the insert has shapes for improved flow guidance.
  • the formations are preferably roundings.
  • the insert is arranged at the transition from the annular space into the pressure port and leads to a reduction in eddy formation.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Hochdruckkreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse (1). Die Kreiselpumpe weist einen Ringraum auf. Durch einen Druckstutzen (7) verlässt das Medium die Kreiselpumpe. Am Übergang vom Ringraum in den Druckstutzen (7) ist ein Einsatz angeordnet. Der Einsatz weist Formungen zur Reduzierung von Wirbelbildungen auf.

Description

Beschreibung
Mantelgehäusepumpe
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Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse
Für große Förderhöhen muss die Schnellläufigkeit eines Pumpenrades klein sein, wobei sich eine untere Grenze dadurch ergibt, dass zu kieine Schnellläufigkeiten zu ungünstigen Laufradformen mit sehr langen, engen Schaufelkanälen und entsprechend großen Reibungsverlusten führen. Die erreichbaren Stufengefälie sind außerdem wegen der Festigkeit und der Kavitation begrenzt. Hochdruckpumpen für große Förderhöhen müssen deshalb mehrstufig ausgeführt werden, wobei die einzelnen Stufen baugieich sein können, da die Fluide inkompressibel sind. Die Laufräder können gleichsinnig oder gegensinnig durchströmt werden.
Bei einer gleichsinnigen Anordnung, der häufigsten Bauform mehrstufiger Pumpen, be- steht die Maschine aus einem Sauggehäuse, mehreren unter sich gleichen Stufen und dem Druckgehäuse, die alle durch Zuganker miteinander verbunden sind. Zu jedem Laufrad gehört ein Leitapparat, der wie bei einstufigen Pumpen ein schaufelloser oder beschaufelter Ringraum ist, außerdem ein Rückführkanal, der das Fluid dem Saugmund des nachfolgenden Laufrades zuführt. Nur in der letzten Stufe mündet dot Leitapparat in ein Spiralgehäuse, Bei hohen Enddrücken werden die Pumpenstufen in ein Mantelgehäuse eingesetzt, das auch als Topfgehäuse bezeichnet wird, da sie von einem topfähnlichen Gehäuse umgeben sind. Diese Art von Pumpen sind im Englischen als„ Barrel-T ype“-Pumpen be kannt. Diese Bauart wird häufig als Kesselspeisepumpen eingesetzt. Sie kommen auch in der Petrochemie, beispielsweise bei Raffinerien, zum Einsatz.
Die Herstellung dieser Pumpen ist aufwändig, aber dafür weisen sie eine hohe Druckfestigkeit auf und sind günstig zu montieren. Bei einer Reparatur können die Innenteile ausgebaut werden, während das Gehäuse mit den Rohranschlüssen an seinem Platz bleibt.
Eine solche Mantelgehäusepumpe mehrstufiger Bauart wird beispielsweise in der DE 40 05 923 AI beschrieben. Innerhalb eines Pumpengehäuses angeordnete Laufrä der werden von zwei Antriebsmotoren mit unterschiedlicher Drehzahlen angetrieben. Beiderseits des Pumpengehäuses sind Antriebsmotoren angeordnet. Die Pumpenwelle ist zweiteilig ausgebildet. Deren Teilebene ist im Bereich zwischen den Pumpenstufen unterschiedlicher Drehzahl angeordnet. Die in der Teilebene befindlichen Wellenenden sind in einem Zwischenstück gelagert.
Die DE 40 11 475 C2 beschreibt eine Topfgehäusepumpe mehrstufiger Bauart und mit senkrecht angeordneter Pumpenwelle und einem Verteilergehäuse in Inline-Bauart, das einen Saug- und eine Druckstutzen aufweist. Oberhalb des Verteilergehäuses ist ein Antriebsmotor angeordnet. Eine mit dem Saugstutzen verbundene Zuströmkammer ist mit dem Topf verbunden. Das Verteilergehäuse ist als Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet Der Querschnitt des Saugstutzens erweitert sich in Umfangsrichtung des Topfes,
Die DE 41 10 833 C2 betrifft eine mehrstufige Kesselspeisepumpe in Topfgehäusebauart, deren Laufräder und Leiteinrichtungen als in ein zylindrisches Gehäuse axial einschiebbare und zentrierbare Teile ausgebildet sind. Die Leiteinrichtungen sind gegen das zylindrische Gehäuse abgedichtet. Das zylindrische Gehäuse ist in das Topfgehäuse axial einschiebbar. An den Enden ist das zylindrische Gehäuse gegen das Topfgehäuse abgedichtet. Die Wand des zylindrischen Gehäuses ist ein Teil der Leiteinrich- tung. In der DE 43 10 467 A1 wird eine Kreiselpumpe in Topfgehäusebauart beschrie ben, Zwischen den einzelnen Pumpenlaufrädern sind strömungsführende Stufengehäuse angeordnet. Die DE 298 19 363 U1 betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse, Das Mantelgehäuse verfügt über einen Einlass, durch den ein Fördermedium einströmt. In dem Mantelgehäuse ist ein Einschub angeordnet. Der Einschub besteht aus einer Welle, auf der mehrere Laufräder mit den zugehörigen Stufengehäusen angeordnet sind. Die Stufengehäuse trennen einen inneren Druckraum, in dem die Laufräder angeordnet sind, von einem äußeren Druckraum zwischen den Stufengehäusen und dem Mantelgehäu se.
Die DE 10 2014 214 805 A1 betrifft eine Mantelgehäusepumpe mit einem Stufengehäuse. Das Stufengehause trennt einen inneren Druckraum von einem äußeren Druck- raum, In dem Stufengehäuse sind Entlüftungseinrichtungen angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mantelgehäusepumpe anzugeben, die eine hohe Lebensdauer auch bei der Förderung abrasiver Medien aufweist. Die Pumpe soll verhältnismäßig günstig in ihrer Herstellung sein und vorteilhafte Strömungsführungen des Mediums innerhalb der Pumpe ermöglichen. Dabei sollen nach Möglichkeit Wirbelbil- dungen reduziert werden. Weiterhin soll die Pumpe einen möglichst hohen Wirkungs grad aufweisen und möglichst geringe Förderhöhenverluste.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mantelgehäusepumpe gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Bevorzugte Varianten sind den Unteransprüchen, der Beschrei- bung und den Zeichnungen zu entnehmen.
Erfindui gsgemäß ist am Übergang vom Ringraum in den Druckstutzen ein Einsatz angeordnet, Dieser Einsatz weist Formungen zur Reduzierung von Wirbelbildungen auf. Vorzugsweise sind die Formungen des Einsatzes als Abrundungen ausgebildet. Durch diesen zusätzlichen Einsatz wird eine optimierte Strömungsführung der Pumpe ermöglicht, ohne dass das Manteigehäuse an sich auf aufwendige Weise bearbeitet werden muss. Um bei herkömmlichen Mantelpumpen die Strömungsführung zu verbes- sern, war es bisher erforderlich, den Übergang vom Ringraum des Mantelgehäuses in den Druckstutzen manuell anzuschleifen. Um dabei dennoch einen ausreichenden Schutz beispielsweise gegen Abrasion zu gewährleisten, musste zusätzlich eine Plattie rung aus Edelstahl aufgebracht werden. Daher waren bisher herkömmliche Mantelge- häusepumpen, die eine verbesserte Strömungsführung gewährleisten sollten, mit einem enorm hohen Produktionsaufwand verbunden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz ist es nun möglich, auf einfache und preiswerte Weise eine optimierte Strömungsführung zu gewährleisten. Diese optimierte Strömungsführung führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrades der Pumpe, da aufgrund von geringeren Wirbelbildungen die Förderhöhenverluste reduziert werden. Weiterhin gewährleistet der Einsatz eine bessere Strömungsumlenkung in der letzten Stufe der Pumpe.
Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Einsatz durch ein generatives Verfahren hergestellt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Einsatz um ein einstückiges Bauteil. Das einstückige Bauteil wird aus einem Aufbaumaterial durch aufeinan- derfolgendes Schmelzen und Erstarren von Scmchten vorzugsweise mittels Strahlung hergestellt. Bedarfsweise kann aber auch ein mehrstückiges Teil zur Anwendung kommen.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Aufbaumaterial um metallische Pulver- und/oder Granulatteilchen.
Der metallische Aufbauwerkstoff wird in Pulver- oder Granulatform in einer dünnen Schicht auf eine Unterlage aufgebracht. Der pulverförmige Werkstoff wird mittels Strah- lung an den jeweiligen Stellen lokal vollständig umschmolzen und bildet nach der Er starrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird eine Unterlage um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt und es wird erneut Pulver aufgetragen. Dieser Zyklus wird solange wiederholt bis alle Schichten umgeschmolzen sind. Der fertige Einsatz wird vom überschüssigen Pulver gereinigt.
Ais Strahlung kann beispielsweise ein Laserstrahl zum Einsatz kommen, welcher den Einsatz aus den Pulverschichten generiert. Die Daten zur Führung des Laserstrahls werden auf Grundlage eines 3D-CAD-Körpers mittels einer Software erzeugt. Alternativ zu einem selektiven Laserschmelzen kann auch ein Elektronenstrahl (EBM) zum Einsatz kommen. Bei dem Einsatz handelt es sich um ein vom Mantelgehäuse selbstständiges Bauteil, das vorzugsweise durch eine nicht lösliche Verbindung mit dem Mantelgehäuse verbunden wird. Dabei eignet sich insbesondere eine Schweißverbindung, Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn sich der Einsatz zumindest teilweise an das Mantelgehäuse anschmiegt.
Der durch Laserschmelzen hergestellte Edelstahleinsatz wird passgenau durch Einschweißen in das Mantelgehäuse integriert, Durch den Einsatz werden in den Strö- mungsraum Abrundungen eingebracht, die Wirbelbildungen reduzieren und dadurch den Wirkungsgrad der Pumpe steigern. Das Mantelgehäuse kann durch einen zusätzli- chen Arbeitsschritt entsprechend dazu vorbereitet werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt:
Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Mantelgehäusepumpe,
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Einsatzes.
Figur 1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse 1. In dem Mantelgehäuse 1 ist ein Einschub 2 angeordnet. Der Einschub 2 umfasst eine Welle 3, auf der mehrere Laufräder 4 hintereinander angeordnet sind. Bei den Laufrädern 4 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Radialräder.
Jedes Laufrad 4 ist von einem Stufengehäuse 5 umgeben. Benachbarte Stufengehäu- se 5 grenzen aneinander an. Die Trennfuge zwischen den Stufengehäusen 5 ist im
Ausführungsbeispiel metallisch dichtend.
Am Mantelgehäuse 1 ist ein Saugstutzen 6 angeformt, durch den das Betriebsmedium in die Kreiselpumpe eintritt. Über einen Druckstutzen 7 verlässt das Betriebsmedium die Kreiselpumpe.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Einsatzes. Der Einsatz wird vorzugsweise durch ein generatives Verfahren aus einem Pulver oder Granulatmaterial hergestellt.
Der Einsatz ist schürzenförmig ausgebildet. Der einbaufertige Gehäuseeinsatz wird vorzugsweise mit einer nicht lösbaren Verbindung mit dem Mantelgehäuse verbunden, vor- zugsweise einer Schweißverbindung. Erfindungsgemäß weist der Einsatz Formungen zur verbesserten Strömungsführung auf. Vorzugsweise handelt es sich bei den Formungen um Abrundungen. Der Einsatz wird am Übergang vom Ringraum in den Druckstutzen angeordnet und führt zu einer Reduzierung von Wirbelbildungen.

Claims

Patentansprüche
1. Mehrstufige Hochdruckkreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse (1), die einen Ringraum aufweist, wobei ein Medium die Kreiselpumpe durch einen Druckstutzen {7} verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass am Übergang vom Ringraum in den Druckstutzen (7) ein Einsatz angeordnet ist, der Formungen zur Reduzierung von Wirbelbildungen aufweist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Formungen als Abrundungen ausgebildet sind.
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz durch ein generatives Verfahren hergestellt ist.
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz durch eine nicht lösliche Verbindung, vorzugsweise eine Schweißver- bindung, mit dem Mantelgehäuse (1) verbunden ist.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einsatz zumindest teilweise an das Mantelgehäuse (1) anschmiegt.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe ein Stufengehäuse (5) aufweist.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe einen Einschub (2) aufweist, der eine Welle (3) umfasst, auf der mehrere Laufräder (4) hintereinander angeordnet sind.
PCT/EP2019/079506 2018-11-07 2019-10-29 Mantelgehäusepumpe WO2020094462A1 (de)

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