WO2020187562A1 - Mantelgehäusepumpe und herstellungsverfahren für eine mantelgehäusepumpe - Google Patents

Mantelgehäusepumpe und herstellungsverfahren für eine mantelgehäusepumpe Download PDF

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WO2020187562A1
WO2020187562A1 PCT/EP2020/055622 EP2020055622W WO2020187562A1 WO 2020187562 A1 WO2020187562 A1 WO 2020187562A1 EP 2020055622 W EP2020055622 W EP 2020055622W WO 2020187562 A1 WO2020187562 A1 WO 2020187562A1
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spiral
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flow space
casing
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PCT/EP2020/055622
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Peter Amann
Holger Lutz
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KSB SE & Co. KGaA
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    • 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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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/50—Inlet or outlet
    • F05D2250/52—Outlet

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump with a jacket housing and at least one stage housing inserted therein.
  • centrifugal pumps also known as double-casing or casing-casing pumps, are centrifugal pumps which are surrounded by a casing-like casing.
  • the casing which is provided with suction and pressure ports, is closed with a cover in a plane perpendicular to the shaft.
  • These are usually multistage pumps for use as high and extremely high pressure pumps, in particular also as boiler feed pumps.
  • Within the jacket housing several stepped housings are arranged in series one behind the other in the axial direction.
  • Each stage housing includes a pump impeller and optionally a stationary stator.
  • the individual stage housings are usually designed together with the pump shaft as a coherent slide-in pump.
  • the flow transition from the last stator or the last stage housing into the pressure connection usually takes place via a flow space formed in the casing.
  • a separate insert for an end spiral in the transition area is used as an alternative.
  • the end spiral is manufactured using a separate cast part in which the spiral contour is milled.
  • the object of the invention is therefore to develop a generic pump with an end spiral that is significantly simpler and therefore also more cost-effective to manufacture.
  • centrifugal pump according to the features of claim 1.
  • Advantageous configurations of the centrifugal pump are the subject of the dependent claims.
  • the spiral contour is not realized by a separate insert part, but instead, components that are already present are used.
  • the spiral contour is not only formed by the inner contour of the casing in the transition area, but in combination with an adjoining contour of the last step casing and an adjoining contour of a cover inserted into the casing at the end.
  • the end spiral is therefore composed of several, in particular of at least three, components.
  • a separate spiral insert as provided in the prior art, can be completely dispensed with.
  • the respective contour of the components should be produced by conventional machining processes.
  • the additional costs should be kept low by the simple production.
  • the pump with the multi-part, in particular three-part, end spiral should not be larger than without the end spiral, ie ideally the casing housing does not increase in size compared to a comparable pump with an end-side flow space.
  • the available space in a comparable pump with a flow space is assumed to be a fixed requirement for the dimensioning of the casing.
  • the invention is therefore aimed at achieving a maximum increase in the efficiency of the last pump stage with a non-ideal spiral contour. Since the end spiral can significantly reduce the amount of loss in the last stage, the influence on the overall pump efficiency is also significant.
  • At least one deflection component is welded on within the jacket housing after the machining of the inner contour. It makes sense to weld on a corresponding deflection component in the area of the pump spur of the end spiral. In the ideal case, this deflecting component is the only additional component.
  • the shaped spiral-shaped flow space is characterized in that it initially expands radially, starting from the spur, in the direction of flow, in particular increasingly, ideally constantly expanding. It is also preferred if the flow area has a constant axial extent over this circumference. Theoretically, however, it is also conceivable that the flow area also expands axially in this area.
  • the radial extent remains constant from a defined circumferential angle, the angle in a range from approximately 45 ° to is about 135 ° and preferably has an angle of about 90 °. It is advantageous if the flow space widens axially from this angle.
  • the contour of the end cover and the contour of the last stepped housing each serve as a lateral guide wall of the spiral flow space formed.
  • the centrifugal pump can also comprise one or more guide wheels, with one guide wheel being provided in particular for each stage.
  • at least one stator is arranged in the transition area from the last stage housing, viewed in the direction of flow, into the pressure connection.
  • the inside diameter of the spiral-shaped flow space can be adapted to the stator outside diameter, i.e. correspond roughly to this.
  • the centrifugal pump is a feed pump, in particular a boiler feed pump for a power plant.
  • the invention therefore also includes the advantageous use of such a centrifugal pump as a feed pump, in particular a boiler feed pump, for a power plant.
  • another aspect of the invention also relates to a manufacturing method for a centrifugal pump according to the invention.
  • This is initially based on a conventional centrifugal pump design with a casing and a conventional flow space in the transition area between the last stage casing and the discharge nozzle. This means that for the production of the centrifugal pump according to the invention an almost identical external dimensioning of the jacket housing is assumed.
  • a 3D template ie a three-dimensional model of the desired spiral space, is now first generated.
  • the template is created taking into account the maximum possible flow space diameter and the available flow space width.
  • the three-dimensional template is usually a digital template. If at least one stator is optionally provided in the transition area under consideration, its outer diameter must also be taken into account for the template design, in particular the inner diameter of the desired spiral space is adapted to the outer diameter of the stator.
  • the template generated then serves as a template for processing the contours of the components to build the end spiral, i.e. For the machining of the inner contour of the jacket housing, the contour of the last stepped housing and the relevant contour of the cover.
  • a programmable processing machine is used for the machine processing of the relevant component contours, which processes and traverses the respective contour with the appropriate tool taking into account the template. Milling of the respective contours is particularly suitable, in particular by means of shell milling cutters.
  • the inner contour of the jacket housing is traversed from the inside with a milling tool that is picked up by the processing machine via an angle head, in order to generate the spiral contour.
  • this component is also created beforehand based on the template, for example by milling, grinding, cold forming, laser casting, etc.
  • Figure 5a / 5b a side and top view of the relevant contour of the last step housing and Figure 6a / 6b a top and side view of the relevant contour of the end cover.
  • FIG. 1 shows a centrifugal pump with a casing 1, which has both a suction connection 2 and a pressure connection 3.
  • the jacket housing 1 is closed at its pressure-side end by a cover 4 which is fastened, in particular screwed, to the jacket housing 1 via connecting means 5.
  • each impeller 7 is of a stage housing 9 surrounded.
  • Adjacent step housing 9 adjoin one another.
  • the stage housing closest to the pressure connection 3 or, viewed in the direction of flow, the last stage housing is provided with the reference number 9 ′ and surrounds the impeller 7 arranged upstream of the last impeller 7 ′, seen in the direction of flow.
  • the inner contour 11 of the jacket housing 1 in the transition area to the pressure port 3 is machined to a desired spiral contour 12 by milling.
  • the spiral contour 12 begins in the area near a spur 13 shown in Fig. 2a on the pressure connection 3 and initially provides an area 14 which has an increasing radial expansion of an available flow space 15 over the circumference, i.e. the inner contour 11 of the jacket housing 1 provides an increasing depression of the inner contour 11 with a constant width.
  • the radial expansion increases at a circumferential angle et of approximately 25 ° up to a circumferential angle a 'of 90 °.
  • the area 14 is followed by an area 16 of the spiral contour 12, in which, in the embodiment shown, the radial expansion remains constant from the angle ⁇ ' ⁇ 90 ° and the spiral contour 12 instead only expands in the axial direction until the spiral contour 12 then opens into the pressure port 3.
  • the original flow space 15 is narrowed in the radial direction by a deflection device 17.
  • FIGS. 3a and 3b show sectional views through the installed pump according to the invention in the transition area into the pressure port 3.
  • the deflection Device 17 is designed as a separate component and forms the spur 13.
  • the deflecting device 17 is welded to the jacket housing 1 in the area of the pressure connection 3. Exemplary developments of the spiral contour 12 can be found in the representations of FIGS. 4a and 4b.
  • FIG. 4a shows in solid lines that the area 14 and the area 16 of the spiral contour 12 are aligned centrally or symmetrically with the pressure connection 3.
  • a spiral contour 12 'shown in dashed lines or a spiral contour 12 "shown in a dash-dotted line show further variants in which the area 14' or 14" are aligned eccentrically or asymmetrically with the pressure port 3.
  • FIG. 4b shows that the length of the area 14 of the spiral contour 12 can vary.
  • a spiral contour 12 '"shown with a dash-dotted line has an elongated area 14'", the area 16 "'being shortened. It goes without saying that the length variance shown in FIG. 4b can also be applied to the embodiments of FIG. 4a.
  • Figures 5a, 5b show a partial representation of the last stepped housing 9 'in the area of a machined contour 18, which forms a guide wall of the end spiral 10 formed in the assembled pump state.
  • the cover 4 with a relevant contour 19 for forming the opposite guide wall can be seen from the illustrations in FIGS. 6a, 6b.
  • the multi-part, here three-part end spiral 10 utilizes a large part (approx. 80%) of the possible loss height gain of an end spiral contour without realizing the ideal spiral contour. This means that the pump does not have to be made larger. Especially in the case of multi-stage feed pumps in jacket housing design, a high gain in efficiency can be achieved. The lower the number of stages, the greater the gain in efficiency.
  • the new design makes it possible to integrate an end spiral 10 even in feed pumps with radially smaller guide wheels 8 'without having to build the pump larger.
  • a 3D spiral contour is first created in CAD in accordance with the existing stator outer diameter and the maximum possible flow space diameter and the flow space width in the casing 1.
  • the dimensions for the flow space correspond to the specifications for the design of the pump without a spiral contour.
  • the resulting pump with a spiral contour is no larger.
  • the axial position between the diffuser outlet and the center of the pressure port can be freely selected when creating the 3D template.
  • the generated three-dimensional spiral contour serves as a template for the construction of the three components, i.e. the jacket housing 1, the step housing 9 ‘and the pressure-side cover 4, which form the spiral flow space 15 in the assembled state.
  • the components or the respective contours 11, 18 and 19 can be produced by means of a shell end mill.
  • a programmable machining machine is used, with which the three-dimensional spiral contour 12 is traversed from the inside according to the template via an angle head in which the milling cutter is received.
  • the deflection device 17 is also constructed beforehand with the aid of the three-dimensional template.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse (1) und mindestens einem darin eingesetzten Stufengehäuse (9, 9'), wobei im Übergang vom letzten Stufengehäuse (9') in den Druckstutzen (3) ein spiralförmiger Strömungsraum durch eine Kontur des letzten Stufengehäuses (9'), eine Kontur eines endseitig das Mantelgehäuse (1) verschließenden Deckels (4) sowie die Innenkontur des Mantelgehäuses (1) gebildet ist.

Description

Beschreibung
Mantelgehäusepumpe und Herstellungsverfahren für eine Mantelgehäusepumpe
Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse und mindestens einem darin eingesetzten Stufengehäuse. Derartige Kreiselpumpen, auch als Doppelgehäuse- bzw. Mantelgehäusepumpen bekannt, sind Kreiselpumpen, die von einem mantelartigen Gehäuse umgeben sind. Das mit Saug- und Druckstutzen 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 Stufengehäuse seriell in Axialrichtung hintereinander angeordnet. Jedes Stufengehäuse umfasst ein Pumpenlaufrad sowie optional ein stationäres Leitrad.
Die einzelnen Stufengehäuse sind üblicherweise zusammen mit der Pumpenwelle als ein zusammenhängender Pumpeneinschub ausgebildet. Der Strömungsübergang vom letzten Leitrad bzw. dem letzten Stufengehäuse in den Druckstutzen erfolgt in der Regel über einen ausgebildeten Strömungsraum im Mantelgehäuse. In Ausnahmefällen wird alternativ ein gesonderter Einsatz für eine Endspirale im Übergangsbereich eingesetzt. Die Endspirale wird mittels eines separaten Gussteils gefertigt, in dem die Spiralkontur eingefräst wird.
Da die Spiralkontur des separaten Gehäuseeinsatzes strömungstechnisch optimal entwickelt ist, dieses zusätzliche Bauteil jedoch nicht zur Festigkeit der Druckhülle beiträgt, muss der Umfang des Mantelgehäuses und des Druckstutzens dadurch deutlich größer ausgeführt werden, um die eingesetzte Spiralkontur zu umbauen. Dadurch bedingt fällt eine Pumpenausführung mit Spiraleinsatz deutlich größer aus als eine Pumpenausfüh- rung mit konventionellem Strömungsraum, was letztendlich die Herstellungskosten ge- rade bei großbauenden Pumpentypen maßgeblich ansteigen lässt.
Die Erfindung setzt sich daher zur Aufgabe, eine gattungsgemäße Pumpe mit Endspirale zu entwickeln, die deutlich einfacher und damit auch kostengünstiger herzustellen ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kreiselpumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kreiselpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass im Übergangsbereich vom letzten Stufengehäuse in den Druckstutzen des Mantelgehäuses ein spiralförmiger Strömungsraum zumindest teilweise unmittelbar durch die Innenkontur des Mantelgehäuses ausgebildet ist. Die Spiralkontur wird gerade nicht durch ein gesondertes Einsatzteil verwirklicht, sondern es wird stattdessen auf ohnehin vorhandene Bauteile zurückgegriffen. Die Spi- ralkontur wird jedoch nicht nur durch die Innenkontur des Mantelgehäuses im Übergangsbereich gebildet, sondern in Kombination mit einer angrenzenden Kontur des letzten Stufengehäuses und einer angrenzenden Kontur eines endseitig in das Mantelgehäuse eingesetzten Deckels. Die Endspirale setzt sich demnach aus mehreren, insbesondere aus wenigstens drei Bauteilen zusammen.
Vor diesem Hintergrund kann auf einen separaten Spiraleinsatz, wie dies im Stand der Technik vorgesehen war, komplett verzichtet werden. Die Pumpe ist dadurch wesentlich einfacher und kostengünstiger herzustellen. Insbesondere soll die jeweilige Kontur der Bauteile durch übliche Bearbeitungsverfahren hergestellt sein. Die zusätzlichen Kosten sollen durch die einfache Herstellung gering gehalten werden. Zudem soll die Pumpe mit der mehrteiligen, insbesondere dreiteiligen Endspirale nicht größer bauen als ohne Endspirale, d.h. idealerweise vergrößert sich das Mantelgehäuse nicht gegenüber einer vergleichbaren Pumpe mit endseitigem Strömungsraum. Um dies zu erreichen wird der verfügbare Raum bei einer vergleichbaren Pumpe mit Strömungsraum als feste Voraussetzung für die Dimensionierung des Mantelgehäuses angenommen. In Abhängigkeit des vorgegebenen verfügbaren Bauraums des Mantelgehäuses wird dann versucht, den bestmöglichen spiralförmigen Strömungsbereich im Übergangsbereich durch Zusammenwirken der vorstehend genannten Bauteile zu realisieren. Gegebenenfalls wird dabei in Kauf genommen, dass die resultierende Spiralkon- tur strömungstechnisch nicht ideal ist, jedoch die Pumpe dafür nicht größer baut.
Die Erfindung zielt also darauf ab, mit einer nicht idealen Spiralkontur eine maximale Wirkungsgradsteigerung der letzten Pumpenstufe zu erzielen. Da durch die Endspirale die Verlusthöhe der letzten Stufe erheblich reduziert werden kann, ist auch der Einfluss auf den Pumpengesamtwirkungsgrad markant.
Bei der Herstellung der Innenkontur des Mantelgehäuses und insbesondere zur Optimierung der Spiralform kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Umlenkbauteil innerhalb des Mantelgehäuses nach der Bearbeitung der Innenkontur angeschweißt wird. Sinnvoll ist das Anschweißen eines entsprechenden Umlenkbauteils im Bereich des Pumpensporns der Endspirale. Im Idealfall ist dieses Umlenkbauteil das einzige zusätzliche Bauteil.
Gemäß bevorzugter Ausführung zeichnet sich der geformte spiralförmige Strömungsraum dadurch aus, dass dieser sich zunächst ausgehend vom Sporn in Strömungsrichtung radial eiweitert, insbesondere zunehmend, idealerweise stetig zunehmend erweitert. Bevorzugt ist es zudem, wenn der Strömungsbereich über diesen Umfang eine konstante axiale Ausdehnung aufweist. Theoretisch ist es jedoch auch denkbar, dass sich der Strömungsbereich in diesem Bereich ebenfalls axial erweitert.
Gemäß weiterhin bevorzugter Ausführung bleibt die radiale Ausdehnung ab einem definierten Umfangswinkel konstant, wobei der Winkel in einem Bereich von etwa 45° bis etwa 135° liegt und bevorzugt einen Winkel von etwa 90° aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn sich der Strömungsraum ab diesem Winkel axial erweitert.
Besonders bevorzugt dienen die Kontur des endseitigen Deckels sowie die Kontur des letzten Stufengehäuses jeweils als seitliche Führungswand des gebildeten spiralförmigen Strömungsraums.
Die Kreiselpumpe kann neben den ein oder mehreren Pumpen- oder Laufrädern der einzelnen Pumpenstufen auch ein oder mehrere Leiträder umfassen, wobei insbeson- dere pro Stufe ein Leitrad vorgesehen ist. Ferner ist wenigstens ein Leitrad im Übergangsbereich vom in Strömungsrichtung gesehenen letzten Stufengehäuse in den Druckstutzen angeordnet. Dadurch kann der Innendurchmesser des spiralförmigen Strömungsraums an den Leitradaußendurchmesser angepasst sein, d.h. diesem in etwa entsprechen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kreiselpumpe eine Speisepumpe, insbesondere eine Kesselspeisepumpe für ein Kraftwerk. Von der Erfindung ist damit auch die vorteilhafte Verwendung einer solchen Kreiselpumpe als Speise-, insbesondere Kesselspeisepumpe für ein Kraftwerk umfasst.
Neben der Kreiselpumpe betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung auch ein Herstellungsverfahren für eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe. Dieses geht initial von einer konventionellen Kreiselpumpenkonstruktion mit Mantelgehäuse und konventionellem Strömungsraum im Übergangsbereich des letzten Stufengehäuses zum Druckstutzen aus. Dies bedeutet, dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe eine nahezu identische Außendimensionierung des Mantelgehäuses angenommen wird. Ausgehend von dieser Vorgabe und den räumlichen Bedingungen im Übergangsbereich der letzten Pumpenstufe zum Druckstutzen wird nun zunächst eine 3D-Schablone, d.h. ein dreidimensionales Modell des gewünschten Spiralraumes erzeugt. Die Schab- lone wird dabei unter Berücksichtigung des maximal möglichen Strömungsraumdurchmessers sowie der verfügbaren Strömungsraumbreite erstellt. Bei der dreidimensionalen Schablone handelt es sich üblicherweise um eine digitale Schablone. Ist im betrachteten Übergangsbereich optional noch wenigstens ein Leitrad vorgesehen so muss dessen Außendurchmesser für den Schablonenentwurf ebenso berücksichtigt werden, insbesondere wird der Innendurchmesser des gewünschten Spiralraumes an den Außendurchmesser des Leitrades angepasst.
Die erzeugte Schablone dient nachfolgend als Vorlage für die Bearbeitung der Konturen der Bauteile zum Aufbau der Endspirale, d.h. für die maschinelle Bearbeitung der Innenkontur des Mantelgehäuses, der Kontur des letzten Stufengehäuses und der rele- vanten Kontur des Deckels.
Denkbar ist es beispielsweise, dass für die maschinelle Bearbeitung der relevanten Bauteilkonturen eine programmierbare Bearbeitungsmaschine zum Einsatz kommt, die unter Berücksichtigung der Schablone die jeweilige Kontur mit dem passenden Werk- zeug bearbeitet und abfährt. Besonders geeignet ist eine Fräsbearbeitung der jeweiligen Konturen, insbesondere mittels Walzenstirnfräser.
Konkret ist es vorstellbar, dass die Innenkontur des Mantelgehäuses nach Vorlage der Schablone von innen mit einem Fräswerkzeug, dass über einen Winkelkopf von der Be- arbeitungsmaschine aufgenommen ist, abgefahren wird, um die spiralförmige Kontur zu erzeugen.
Ist es notwendig innerhalb des Mantelgehäuses wenigstens ein Umlenkbauteil anzubringen, insbesondere anzuschweißen, so wird auch dieses Bauteil zuvor nach Vorlage der Schablone erstellt, zum Beispiel durch Fräsen, Schleifen, Kaltumformung, Lasercu- sing usw.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen die Figur 1 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Pumpe entlang der Pumpenwelle,
Figur 2a/2b zwei Schnittansichten durch das Mantelgehäuse im Übergangsbereich in den Druckstutzen,
Figur 3a/3b zwei Schnittdarstellungen durch die montierte erfindungsgemäße
Pumpe im Übergangsbereich in den Druckstutzen, Figur 4a/4b zwei Darstellungen des abgewickelten spiralförmigen Strömungsraums,
Figur 5a/5b eine Seiten- und Draufsicht der maßgeblichen Kontur des letzten Stufengehäuses und Figur 6a/6b eine Drauf- und Seitenansicht der maßgeblichen Kontur des endseitigen Deckels.
Figur 1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse 1 , das sowohl einen Saugstutzen 2 als auch einen Druckstutzen 3 aufweist. Das Mantelgehäuse 1 ist an seinem druckseitigen Ende durch einen Deckel 4 verschlossen, der über Verbindungsmittel 5 an dem Mantelgehäuse 1 befestigt, insbesondere verschraubt ist.
Im Mantelgehäuse 1 ist ein Einschub angeordnet, der eine um eine Drehachse A drehbar angeordnete Welle 6 aufweist. Auf der Welle 6 sind mehrere Laufräder 7, 7‘ hinter- einander angeordnet, wodurch die einzelnen, hier fünf Pumpenstufen gebildet werden. Jede Pumpenstufe weist ergänzend zusätzlich noch ein stationäres Leitrad 8 auf, wobei das in Strömungsrichtung gesehen letzte Leitrad mit dem Bezugszeichen 8‘ gekennzeichnet ist. Das dem Druckstutzen 3 nächste oder in Strömungsrichtung gesehen letzte Laufrad ist mit dem Bezugszeichen 7' markiert. Bei den Laufrädern 7, 7‘ handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Radialräder. Alternativ können beispielsweise auch Halbaxialräder zur Anwendung kommen. Jedes Laufrad 7 ist von einem Stufengehäuse 9 umgeben. Benachbarte Stufengehäuse 9 grenzen aneinander an. Das dem Druckstutzen 3 nächste oder in Strömungsrichtung gesehen letzte Stufengehäuse ist mit dem Bezugszeichen 9‘ versehen und umgibt das in Strömungsrichtung gesehen vor dem letzten Laufrad 7' angeordnete Laufrad 7.
In der Figur 1 ist eine Endspirale 10 erkennbar, die sich im Übergangsbereich vom letzten Stufengehäuse 9‘ in den Druckstutzen 3 durch das Zusammenspiel der Innenkontur 1 1 des Mantelgehäuses 1 und der Konturen des Deckels 4 sowie des letzten Stufengehäuses 9' ergibt.
Wie in den Fig. 2a, 2b gezeigt, wird erfindungsgemäß dazu die Innenkontur 1 1 des Mantelgehäuses 1 im Übergangsbereich zum Druckstutzen 3 maschinell per Fräsbearbeitung auf eine gewünschte Spiralkontur 12 gebracht. Die Spiralkontur 12 beginnt im Bereich nahe eines in der Fig. 2a gezeigten Sporns 13 am Druckstutzen 3 und sieht zu Beginn einen Bereich 14 vor, der eine über den Umfang ansteigende radiale Erweiterung eines verfügbaren Strömungsraums 15 aufweist, d.h. die Innenkontur 1 1 des Mantelgehäuses 1 sieht eine zunehmende Vertiefung der Innenkontur 11 mit konstanter Breite vor. Bei der gezeigten Ausführungsform nimmt die radiale Erweiterung bei einem Umfangswinkel et von etwa 25° bis zu einem Umfangswinkel a' von 90° zu. Bei alternati- ven Ausführungsformen kann sich die ansteigende radiale Erweiterung bis zu einem Umfangswinkel a' = 135° erstrecken.
An den Bereich 14 schließt sich ein Bereich 16 der Spiralkontur 12 an, bei dem bei der gezeigten Ausführungsform ab dem Winkel a'~90° die radiale Erweiterung konstant bleibt und sich die Spiralkontur 12 stattdessen nur noch in axialer Richtung erweitert, bis die Spiralkontur 12 dann im Druckstutzen 3 mündet. Im Bereich des Sporns 13 ist der ursprüngliche Strömungsraum 15 in Radialrichtung durch eine Umlenkvorrichtung 17 verengt.
Die Fig. 3a und 3b zeigen Schnittdarstellungen durch die montierte erfindungsgemäße Pumpe im Übergangsbereich in den Druckstutzen 3. Als eine Variante ist die Umlenk- Vorrichtung 17 als separates Bauteil ausgebildet und bildet den Sporn 13. Die Umlenkvorrichtung 17 ist im Bereich des Druckstutzens 3 an das Mantelgehäuse 1 angeschweißt. Beispielhafte Abwicklungen der Spiralkontur 12 sind den Darstellungen der Fig. 4a und 4b zu entnehmen.
Fig. 4a zeigt in durchgezogenen Linien, dass der Bereich 14 und der Bereich 16 der Spiralkontur 12 mittig bzw. symmetrisch mit dem Druckstutzen 3 ausgerichtet ist. Eine in gestrichelten Linien dargestellte Spiralkontur 12‘ bzw. eine in eine Strichpunktlinie dargestellte Spiralkontur 12" zeigen weitere Varianten, bei denen der Bereich 14' bzw. 14“ außermittig bzw. asymmetrisch mit dem Druckstutzen 3 ausgerichtet sind. Dementsprechend sind die Bereiche 16‘ und 16“ außermittig bzw. asymmetrisch mit dem Druckstutzen 3 ausgerichtet.
Der Fig. 4b ist zu entnehmen, dass die Länge des Bereichs 14 der Spiralkontur 12 variieren kann. Eine mit Strichpunktlinie dargestellte Spiralkontur 12'" weist einen verlängerten Bereich 14'" auf, wobei der Bereich 16“' verkürzt ausgebildet ist. Es versteht sich von selbst, dass die in der Fig. 4b gezeigte Längenvarianz auch auf die Ausführungsfor- men der Fig. 4a anwendbar ist.
Die Figuren 5a, 5b zeigen eine Teildarstellung des letzten Stufengehäuses 9' im Bereich einer bearbeiteten Kontur 18, die im montierten Pumpenzustand eine Führungswand der gebildeten Endspirale 10 formt.
Der Deckel 4 mit einer maßgeblichen Kontur 19 zur Bildung der gegenüberliegenden Führungswand ist den Darstellungen der Figuren 6a, 6b zu entnehmen.
Die mehrteilige, hier dreiteilig ausgeführte Endspirale 10 nutzt einen großen Teil (ca. 80%) des möglichen Verlusthöhengewinns einer Endspiralenkontur aus, ohne dabei die ideale Spiralkontur zu realisieren. Die Pumpe muss dadurch nicht größer gebaut werden. Gerade bei mehrstufigen Speisepumpen in Mantelgehäusebauweise kann dabei ein hoher Wirkungsgradgewinn erreicht werden. Je geringer die Stufenzahl, desto größer der Wirkungsgradgewinn. Die neue Bauform erlaubt es, auch bei Speisepumpen mit radial kleiner bauenden Leiträdern 8' eine Endspirale 10 zu integrieren, ohne die Pumpe dabei größer bauen zu müssen.
Für die Herstellung der gezeigten Pumpe wird zunächst im CAD eine 3D-Spiralkontur entsprechend dem vorhandenen Leitradaußendurchmesser und dem maximal möglichen Strömungsraumdurchmesser und der Strömungsraumbreite im Mantelgehäuse 1 erstellt. Die Abmessung für den Strömungsraum entspricht den Vorgaben für die Aus- führung der Pumpe ohne Spiralkontur. Dadurch baut die resultierende Pumpe mit Spiralkontur nicht größer.
Die axiale Position zwischen dem Leitradaustritt und der Druckstutzenmitte kann bei der Erstellung der 3D-Schablone frei gewählt werden, Die generierte dreidimensionale Spi- ralkontur dient als Schablone für die Konstruktion der drei Bauteile, d.h. dem Mantelgehäuse 1 , dem Stufengehäuse 9‘ und dem druckseitigen Deckel 4, die im montierten Zustand den spiralförmigen Strömungsraum 15 bilden. Die Bauteile bzw. die jeweiligen Konturen 11 , 18 und 19 lassen sich mittels eines Walzenstirnfräsers hersteilen. Zur Bearbeitung der Innenkontur 11 des Mantelgehäuses 1 wird eine programmierbare Bear- beitungsmaschine eingesetzt, mit der über einen Winkelkopf, in dem der Fräser aufgenommen wird, die dreidimensionale Spiralkontur 12 von innen nach Vorgabe der Schablone abgefahren wird.
Auch für die Herstellung der seitlichen Führungswände, d.h. die Bearbeitung der Kontur 19 des druckseitigen Deckels 4 sowie der Kontur 18 des letzten Stufengehäuses 9‘ wird die dreidimensionale Schablone der Spiralkontur 12 verwendet. Nach der Bearbeitung des Mantelgehäuses 1 , d.h. dem Erstellen der Spiralkontur 12, muss zusätzlich die Umlenkvorrichtung 17 eingeschweißt werden. Auch diese Umlenkvorrichtung 17 wird zuvor mithilfe der dreidimensionalen Schablone konstruiert.

Claims

Patentansprüche Mantelgehäusepumpe und Herstellungsverfahren für eine Mantelgehäusepumpe
1. Kreiselpumpe mit einem Mantelgehäuse (1 ) und mindestens einem darin eingesetzten Stufengehäuse (9, 9‘) ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Übergang vom letzten Stufengehäuse (9‘) in den Druckstutzen (3) ein spiralförmiger Strömungsraum (15) durch eine Kontur (18) des letzten Stufengehäuses (9‘), eine Kontur (19) eines endseitig das Mantelgehäuse (1) verschließenden Deckels (4) sowie eine Innenkontur (1 1) des Mantelgehäuses (1 ) gebildet ist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Mantelgehäuse (1) im Bereich eines Sporns (13) wenigstens eine Umlenkvorrichtung (17) vorgesehen ist.
3. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der spiralförmige Strömungsraum (15) ausgehend vom Sporn (13) in Strömungsrichtung zunehmend radial erweitert bei gleichzeitiger konstanter axialer Breite.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der spiralförmige Strömungsraum (15) ab einem bestimmten Umfangswinkel (a'), vorzugsweise ab etwa 90° ausgehend vom Sporn (13) in Strömungsrichtung, axial erweitert, wobei vorzugsweise die radiale Ausdehnung des Strömungsraums (15) ab diesem Bereich konstant bleibt.
5. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (19) des Deckels (4) und die Kontur (18) des letzten Stufengehäuses (9‘) jeweils als eine seitliche Führungswand des spiralförmigen Strömungsraums (15) dienen.
6. Kreiselpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe ein oder mehrere Leiträder (8, 8‘), insbesondere wenigstens ein Leitrad (8‘) im Übergangsbereich vom letzten Stufengehäuse (9‘) zum Druckstutzen (3) umfasst, und der Innendurchmesser des spiralförmigen Strömungsraumes (15) etwa dem Leitradaußendurchmesser entspricht.
7. Verfahren zur Herstellung einer Kreiselpumpe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer konventionellen Kreiselpumpe mit Mantelgehäuse (1 ) und mindestens einem darin eingesetzten Stufengehäuse (9, 9‘) sowie einem konventionellen Strömungsraum (15) im Übergangsbereich vom letzten Stufengehäuse (9‘) zum Druckstutzen (3) eine 3D- Schablone für einen spiralförmigen Strömungsraum (15) unter Berücksichtigung des maximal möglichen Strömungsraumdurchmessers sowie der verfügbaren Strömungsraumbreite der konventionellen Kreiselpumpe erstellt wird und als Schablone für die maschinelle Bearbeitung der Innenkontur (11 ) des Mantelgehäuses (1), der Kontur (18, 19) des letzten Stufengehäuses (9') und des Deckels (4) verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (11) des Mantelgehäuses (1) im Bereich des Druckstutzens (3) über eine Bearbeitungsmaschine mit Fräswerkzeug, insbesondere einen mittels Winkelkopf aufgenommenen Fräsers, nach Vorgabe der 3D-Schablone abgefahren wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Fräsen der Spiralkontur in das Mantelgehäuse (1) eine Umlenkvorrichtung (17) eingeschweißt wird, wobei das Umlenkbauteil (17) vorzugsweise ebenfalls unter Verwendung der 3D-Schablone erstellt wird.
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