Zentrifugalpumpenaggregat. Die Erfindung betrifft ein Zentrifugal pumpenaggregat für Flüssigkeiten von hoher Temperatur.
Zweck der Erfindung ist bei solchen Pum pen, Massnahmen vorzusehen, durch welche der Wärmestrom an gewissen Stellen der Pumpe vermindert wird.
Gewöhnlich bewegen sich die Flüssigkei ten in einer Zentrifugalpumpe mit hohen Ge schwindigkeiten, so dass die Wandungen und innern Teile von rasch sich bewegender Flüs sigkeit umströmt werden. Irgendwelche plötz- liehen Temperaturänderungen der Flüssig keit werden daher ohne grosse Verzögerung der Metalloberfläche solcher Wandungen und Innenteile mitgeteilt, und solche plötzlichen Änderungen verursachen heftige Beanspru chungen.
Gemäss vorliegender Erfindung ist in einem auf der dem Saugstutzen entgegen gesetzten Seite der Pumpe liegenden Gehäuse hohlraum eine Anzahl von Schikanen vor gesehen, zum Zweck, zwischen den Schikanen und den Wandungen mehrere Schichten von stagnierender Flüssigkeit zu bilden. Der Wärmeübergang durch solche Schichten er folgt grösstenteils durch Leitung und Kon vektion bei freier Strömung und ist daher in ganz beträchtlichem Masse reduziert gegen über der Konvektion bei erzwungener Strö mung, welche ohne Schikanen stattfindet.
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft auf Motorpumpenaggregate anwenden, wie sie in dem britischen Patent Nr. 544930 beschrieben sind, bei welchen die Pumpe Flüssigkeit von hoher Temperatur und hohem Druck fördert und das Motorgehäuse Flüssigkeit enthält, deren Druck demjenigen der geförderten Flüssigkeit entspricht.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist auf beiliegender Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Pumpe und Fig. 2 ein Detail im Schnitt zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Pumpe ist mit einem elektrischen Antriebsmotor zu sammengebaut in der Art, wie die vorge nannte britische Patentschrift Nr. 544930 zeigt. Der Motor ist mit Ausnahme des der Pumpe benachbarten Gehäuseteils 1 weggelas sen. 2 bezeichnet das Pumpenlaufrad. Wie in dem genannten Patent sind Motorgehäuse 1 und Pumpengehäuse 3 zu einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut, das einen zwischen Motor- und Pumpengehäuse eingeschnürten, das heisst im Durchmesser reduzierten Teil 4 aufweist, in welchem ein Halslager für eine der Pumpe und dem Motor gemeinsame Welle 5 angeordnet ist.
Ferner ist, wie im genannten Patent, die Flüssigkeit in dem gemeinsamen Gehäuse da durch gekühlt, dass sie vom obern Ende des Motorgehäuses (nicht gezeigt) durch eine Rohrschlange, die in einem nicht gezeigten Kühltank sich befindet, zurück nach dem ge- ureinsamen Gehäuse durch ein Loch in der Wandung des Teils 4 und Rohrleitung 6 zir kuliert.
Das Laufrad 2 ist am untern Ende der Welle 5 angebracht und saugt Flüssigkeit koaadal durch die Eintrittsöffnung 7 am un tern Ende des Pumpengehäuses-an und för dert sie radial durch die in der Ebene des Laiürades gelegene Austrittsöffnung B. Zwi- sehen dem Laufrad und der Austrittsöffnung 8 ist ein DiffiLsor 9 vorgesehen.
\ Bei der vorliegenden Ausführung ist der Hohlraum 10 des Pumpengehäuses, der sich hinter dem Laufrad, das heisst auf der vom Eimass 7 abgelegenen Seite des Laufrades 2 befindet, zylindrisch und im Durchmesser und in axialer Richtung grösser vorgesehen als in der erwähnten. Patentschrift. Auch das Halslager für die Welle 5 ist weiter nach oben, ausserhalb des Hohlraiunes 10, versetzt. In diesem Hohlraum 10 ist eine Anzahl schei benförmiger Schikanen 11 koaxial zur Welle 5 angeordnet.
Der Hohlraum 10 ist auf bekannte Art durch Öffnung 12 im Laufrad mit dem Pum- peneinlass verbunden und daher mit Flüssig keit gefüllt, und normalerweise würde die Temperatur dieser Flüssigkeit im ganzen Hohlraum rasch diejenige der gepumpten Flüssigkeit annehmen, das heisst,
wenn die geförderte Flüssigkeit von hoher Temperatur ist, so würde die Flüssigkeit im Hohlraum 10 die gleiche Temperatur rasch auf das Hals lager übertragen.
Wenn jedoch die beschriebenen Schikanen 11 verwendet werden, so wird zwischen den verschiedenen Scheiben und zwischen der Endschikane und dem Ende des Hohlraumes eine Mehrzahl von vorwiegend stagnierenden Flüssigkeitsschichten sich bilden, und die Wärmeübertragung durch , diese verschie denen Schichten hindurch, die nur durch Lei tung und Konvektion bei freier Strömung stattfinden kann, wird viel kleiner sein als bei Nichtvorhandensein der Schikanen. Daher lässt sich beispielsweise das Lager auf einer niedrigeren Temperatur halten.
Die Schikanen 11 können mit ihren innern Kanten auf einer ortsfesten Hülse 13 befestigt sein, welche nahe an die Welle 5 gedrückt ist, und ihre äussern Kanten können die Innen wandung des Hohlraiunes 10 berühren. Die Hülse 13 kann an ihrem vom Laufrad abgele genen Ende mit einem Flansch 14 versehen sein, mit welchem sie an der Wandung des Pumpengehäuses befestigt ist.
Um den Schi kanen 11 grössere Steifigkeit zu verleihen, sind eine Anzahl von Bolzen 15 vorgesehen, die mit ihren obern Enden im Pumpen gehäuse befestigt sind und welche durch Lö cher in den Schikanen sich erstrecken, wobei zwischen letzteren auf den Bolzen 15 Distanz stücke vorgesehen sind.
Da das Metall der Schikanen 11 auf alle Fälle dem Wärmedurchgang keinen grossen Widerstand entgegensetzt, ist beabsichtigt, diese Schikanen aus verhältnismässig dünnem Blech herzustellen, und die dieselben tra gende Hülse 13 sollte nur so stark sein, dass sie den Stössen der sich bewegenden Flüssig keit widersteht. Vorausgesetzt, dass die Flüs sigkeitsschichten praktisch stagnierend sind, so ist ein hermetischer Abschluss zwischen den Schikanen und den benachbarten Teilen nicht erforderlich.
Beim beschriebenen Beispiel ist der Haupt zweck der Schikanen 11 der, zu sichern, dass im Falle der Unwirksamkeit der erwähnten Zirkulationskühlung mittels Kühlschlange und Rohr 6 zum Beispiel bei Stillstand des Motors infolge Stromunterbruch keine starke Wärmeströmung aus dem Flüssigkeitsinhalt im Pumpengehäuse oder vom Metall des Ge häuses nach dem Elektromotor stattfindet.
Das Pumpengehäuse 3 besteht aus zwei Teilen 3a und 3b mit ringförmigen Verbin dungsflächen bei 16 in einer Ebene quer zur Welle. Es ist weiter ein spezifischer Zweck des Ausführungsbeispiels der Erfindung, die maximale Geschwindigkeit der Temperatur änderung an diesen Verbindungsflächen zu begrenzen. Der zylindrische Hohlraum 10, in welchem die Schikanen 11 sich befinden, wird durch eine zylindrische Ausspar img im obern Teil 3a des Pumpengehäuses 3 gebildet.
Die Aussenfläelie <B>17</B> des Teils 3a ist auf dein grössten Teil der Länge des Hohlraumes 10 ebenfalls zylindrisch. Der untere Teil 3b des Pumpengehäuses, in welchem Einlass und Auslass sich befinden, besitzt eine ringförmige Verlängerung 18, welche die äussere zy lin- drische Fläche 17 des Teils 3a umgibt, und die Fläche am Ende der Verlängerung 18 liegt gegen die Fläche eines am Teil 3a ge bildeten Flansches 19 an; die beiden Teile sind durch Stehbolzen 20 an diesen Verbin dungsflächen der Gehäuseteile miteinander verschraubt.
Wegen der Schikanen 11 wird die Wärmeströmung vom Hohlraum 10 nach der Verbindungsfläche am Teil 3a des Gehäuses stark herabgesetzt. Die Wärmeströmung nach der Verbindungsfläche am Teil 3b des Gehäu ses, welche auf der Wärmeleitung durch die beträchtliche Dicke der Verlängerung 18 be ruht, ist ebenfalls verhältnismässig niedrig. Die Temperatur an diesen Verbindungsflä chen steigt und fällt daher langsam und gibt den Verbindungsflächen die Möglichkeit, durch Strahlung und Leitung von einer Seite der Verbindungsstelle nach der andern die gleiche Temperatur anzunehmen.
Diese Ausbildung bringt noch den weiteren wün schenswerten Vorteil, dass die Herabsetzung der Geschwindigkeit. der Temperaturänderung an der Verbindungsstelle auch die Tempera turdifferenz zwischen dem Flansch 19 am Teil 3a des Gehäuses und den durch den Flansch gehenden Bolzen 20 klein hält. Diese Bolzen 20, welche unvermeidlich von einer dünnen Luftschicht umgeben sind, reagieren im allgemeinen langsamer auf Temperatur änderungen, weil sie ihre Wärine entweder in axialer Richtung von dem Teil erhalten, wel cher in das Metall eingeschraubt ist oder durch Strahlung und Konvektion quer durch die Luftschicht. Jeder dieser beiden Vorgänge ist langsam.
Wenn die Temperatur des Flan sches 19 rasch fällt, so fällt die Temperatur der Bolzen 20 beträchtlich langsamer, wo durch die Bolzen im Verhältnis zur Dicke des Flansches länger werden, und dadurch wird der Klemiiidruck, welcher die Verbin dungsstelle dicht hält, herabgesetzt. Bei die- ser Ausführung, bei welcher die Schnelligkeit der Temperaturänderung in der Gegend der Verbindungsflächen herabgesetzt wird, wird die Tendenz der Bolzen 20, die gleiche Tem peratur anzunehmen wie die beiden Metall teile, welche sie zusammenzuhalten haben, er höht, wodurch die Verbindung dicht und un verändert bleibt.
Es ist weiter ersichtlich, class die Welle 5 über eine Strecke von ihrem untern Ende bei 30 hohl ausgeführt, das heisst ausgebohrt ist, und dass das Laufrad 2 auf einem Zapfen 31 sitzt, der zum Beispiel durch Verschweissen mit. dem untern Wellenende verbunden ist. Wie ersichtlich, erstreckt sich der Hohlraum 30 der Welle vom Zapfen 31, das heisst vom Pumpengehäuse 3 aus in die Gegend des Gehäuseteils 4 mit verringertem Durchmesser. Dadurch, da.ss die Welle hohl ausgeführt ist, Wird die Wärmeübertragung von der Pumpe zum Motor noch weiter redu ziert.
Der Hohlraum 30 der Welle ist mit der gleichen Flüssigkeit, welche die Pumpe för dert, gefüllt, und die Flüssigkeit hat vom Pumpengehäuse 3 nach jenem Hohlrauen durch eine kleine öffnung 32 in der Hohl welle Zutritt.
Bekanntlich ist die Wärmeübertragung durch eine Flüssigkeit geringer als durch 3ie- tall. Sobald die Rotationsgeschwindigkeit der Welle gleichförmig ist, wird die Flüssigkeit im Ilohlr aimi 30 mit der gleichen Geschwin digkeit wie die Welle rotieren, ohne Relativ bewegung. Dann wird die Wärmeübertragung in den mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum der Welle lediglich durch Leitung und Kon vektion bei freier Strömung vor sich gehen.
Die Wandung des Hohlraumes 30 wird so dünn als möglich gehalten, das heisst nur stark genug, um die Antriebskraft vom Motor zur Pumpe zu übertragen.
In manchen Fällen, insbesondere wenn die Welle vertikal ist und die Wärmeeinwirkung am untern Ende wie in Fig. 1 auftritt, kÖn- nen im Hohlraum 30 Schikanen vorgesehen sein, uni die Wärmeübertragung, welche durch Konvektion in ixialer Richtung stattfindet, zu reduzieren.
Eine vorteilhafte Ausfüh rungsform von solchen Schikanen ist in Fig. 2 dargestellt und besitzt eine Anzahl von ein zelnen Scheiben 33, welche auf einem axialen Dorn 34, der fest mit der Welle verbunden ist, sitzen, wobei Distanzierungshülsen 35 auf dem Dorn angebracht sind, um die Scheiben in Abständen längs der Welle zu halten. Die .Aussenkanten der Scheiben 35 sind nahe am innern Umfang des Hohlraumes 30. Die Aussenfläche des verjüngten Teils 4 ist mit ringförmigen Rippen 21 versehen.
Da durch wird die Abstrahlung von Wärme von diesem Teil 4 erhöht und die Wärmeübertra gung von der Pumpe zum Motor weiter redu ziert. Für die Lagerung der Welle 5 ist ein La ger mit einstellbaren Tragstücken, die mit 22 bezeichnet sind, verwendet. Die Lagerflächen dieser Tragstücke liegen an einer Hülse 23 an, die auf der Welle 5 befestigt ist. Aussen liegen diese Tragstücke mit einem Vorsprung an einer äussern Hülse 24 an, die eine Aus kleidung im Teil 4 bildet.
Die Hülse 24 be sitzt eine konische Innenfläche, mit welcher die Tragstücke 22 zusammenwirken, und ein in die Hülse 24 eingeschraubtes Element 25 zieht die Tragstücke gegen die konische Fläche. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt die Hülse 24 einen Endflansch, mittels wel chem sie mit dem Gehäuse durch die gleichen Schrauben, welche die Hülse 13 halten, be- festizt ist. .