CH689400A5

CH689400A5 - Zentrifugalpumpe mit einstueckigem Diffusor- und Abfuehrschaufel-Kanalringelement.

Info

Publication number: CH689400A5
Application number: CH02724/94A
Authority: CH
Inventors: Mark E O'sullivan; Timothy L Wotring
Original assignee: Ingersoll Dresser Pump Co
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1999-03-31
Also published as: US5344285A; GB2283059B; JPH07293478A; GB9419563D0; DE4435395A1; GB2283059A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Zentrifugalpumpe.

Bei einem mehrstufigen Zentrifugalpumpen-Typ, bekannt als segmentäre Ring- oder Kanalringpumpe, besteht die Druckgrenze der Pumpe aus Kanalringen, die sich zwischen den Saug- und Förderköpfen befinden, die durch Nutenverbindungen zentriert und mit Ankerbolzen gesichert sind.

Bei herkömmlichen Bauarten weist der Kanalring als Merkmal ein scheibenförmiges Gussstück auf, das einen Diffusor/Crossover enthält. Ein Kanalringaufbau kann auch derart ausgebildet sein, indem ein Ausrichtring mittels eines radialen Presssitzes um den Crossover/Diffusor angeordnet wird. Diese beiden Bauarten benötigen eine wesentliche Kanalringwanddicke, um die eigentliche Umfangsbelastungskomponenten unter den zulässigen Belastungsniveaus zu halten.

Eine schwere Kanalringwand trägt in beträchtlichem Mass zu Gewicht und Kosten der Pumpe bei und beeinflusst ebenfalls die Köpfe und Ankerbolzen. Für dickere Kanalringabschnitte sind Köpfe mit grösserem Durchmesser und schwerere Ankerbolzen erforderlich. Diese zusätzlichen Kosten ergeben sich sowohl aus dem Kanalringgewicht als auch aus der Vergrösserung der Gesamtdimensionen der Pumpe.

Zusätzlich zu den wirtschaftlichen Vorteilen der Herabsetzung der Behälterwanddicke macht eine Herabsetzung der Kanalringdicke die Pumpe unempfindlicher gegenüber thermischen Spannungsstössen. Beim Kesselzufuhrbetrieb, insbesondere bei gleichzeitigen Erzeugungssystemen, können segmentäre Ringpumpen starken Temperaturspannungsstössen ausgesetzt sein. Während eines Spannungsstosses liegt die Ankerbolzentemperatur unter der Kanalringtemperatur. Aufgrund der Differentialausdehnung zwischen den Ankerbolzen und den Kanalringen können hohe Belastungniveaus erzeugt werden. Die Hitzeleitung vom Innern der Pumpe oder von den Flüssigkeitspassagen zu den Ankerbolzen ist umgekehrt proportional zur Wanddicke. Eine Minimierung der Kanalringdicke setzt die Differenzialausdehnung zwischen der Verbolzung und den Kanalringen herab und minimiert die thermischen Belastungsniveaus.

Das Vorhergehende illustriert Einschränkungen, die bekannterweise bei gegenwärtigen Kanalringzentrifugalpumpen vorkommen. Es ist somit klar, dass es vorteilhaft wäre, eine Alternative zu liefern, mit der eine oder mehrere der oben erwähnten Einschränkungen beseitigt werden könnten. Dementsprechend wird eine geeignete Alternative geliefert, welche die im weiteren ausführlicher beschriebenen Merkmale aufweist.

Die obige Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.

Das Vorhergehende sowie andere Aspekte werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung verständlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Figuren der Zeichnung studiert wird.

Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung

Fig.1 zeigt eine Seitenansicht einer mehrstufigen segmentären Ring-Zentrifugalpumpe;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Zentrifugalpumpe;
Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des in Fig. 2 dargestellten einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelements;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelements entlang der Linie 4-4 von Fig. 3; und
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt des einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelements entlang der Linie 5-5 von Fig. 4.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine mehrstufige segmentäre Ring-Zentrifugalpumpe 1 mit einem Eingang 10 und einem Ausgang 12. Die segmentäre Ringpumpe 1 besteht aus einem Saugkopf 11, einem Förderkopf 13, einer Vielzahl von Mehrfachpumpstufen bestehend aus einem Laufrad 25, das an einer Drehwelle 20 befestigt ist, und einem einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement 30. Der Saugkopf 11, der Förderkopf 13 und die einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelemente 30 sind mit Ankerbolzen 15 gesichert. Der Saugkopf 11, der Förderkopf 13 und ein äusserer zylindrischer Teil 40 der einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelemente 30 bilden die Druckstaugrenze der Pumpe 1. An jedem Ende der Pumpe 1 befindet sich ein Lagergehäuse 24.

Die Welle 20 ist mit einer Kupplung 27 versehen, um die Pumpe 1 mit einer Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) wie einem Elektromotor, einer dampfbetriebenen Turbine oder Gasturbine zu verbinden.

Eine vergrösserte Ansicht von mehreren Stufen des Pumpeninnern ist in Fig. 2 dargestellt. Das Pumpmedium tritt durch den Eingang 10 und den Saugkopf 11 in ein Laufrad 25, das an der Drehwelle 20 befestigt ist. Das Pumpmedium verlässt das Laufrad 25 und dringt in einen Diffusor ein, der einen Teil des einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelements 30 bildet, wo die vergrösserte Geschwindigkeit des Pumpmediums in erhöhten Druck umgewandelt wird. Das Hochdruckpumpmedium dringt dann in einen Abführschaufelabschnitt des einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelements 30 ein, wo das Pumpmedium in die nächste Laufradstufe 25 geleitet wird. Zusätzliche Stufen sind notwendig, um den erforderlichen Förderdruck zu erreichen. Die in Fig. 2 gezeigten Stufen sind diejenigen einer achtstufigen Zentrifugalpumpe.

Fig. 3 zeigt das einstückige Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement 30 von Fig. 2. Das Kanalringelement 30 ist eine ringförmige Scheibe mit einer sich axial erstreckenden zylindrischen Druckstauwand 40 um ihre äussere Peripherie herum. Der in nere Umfang 32 der ringförmigen Scheibe bildet eine \ffnung für die Welle 20 des Laufrads der Pumpe. Eine Vielzahl von Diffusorschaufeln 35 befinden sich auf der ersten Seite des Kanalringelements 30. Die Diffusorschaufeln 35, die ringförmige Scheibe und die zylindrische Druckstauwand 40 bilden ein einstückiges Gebilde. Eine Verbindungsöffnung 42 befindet sich am äusseren Ende jeder Diffusorschaufel 35. Das Pumpmedium wird durch diese Verbindungsöffnungen 42 in den Abführschaufelabschnitt auf der zweiten Seite des Kanalringelements 30 geleitet.

Eine Vielzahl von Abführschaufeln 45 (in Fig. 5 abgebildet), die sich auf der zweiten Seite des Kanalringelements 30 befinden, leiten das Pumpmedium dem Eingang der nächsten Laufradstufe 25 zu. Bei der bevorzugten Ausführung bilden die Abführschaufeln 45, die ringförmige Scheibe und die zylindrische Druckstauwand 40 ein einstückiges Gebilde.

Die Diffusorschaufeln 35 schneiden die zylindrische Druckstauwand 40 in einer Tangente. Ein Steg 38 aus Metall befindet sich im Bereich nahe des Schnittpunkts der Diffusorschaufel 35 und der zylindrischen Druckstauwand 40. Die Abführschaufeln 45 schneiden die zylindrische Druckstauwand 40 ebenfalls in einer Tangente. Ein zweiter Steg 48 aus Metall befindet sich im Bereich nahe des Schnittpunkts der Abführschaufel 45 und der zylindrischen Druckstauwand 40.

Bei der vorliegenden Erfindung ist der Kanalring und die Diffusor/Förderhydraulik als ein einziges einstückiges Gussstück ausgebildet. Durch das Giessen des Diffusors und des Kanalrings als eine Einheit liefern das einstückige Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement 30 und die Diffusorschaufeln 35 eine strukturelle Stütze für den Kanalring oder die zylindrische Druckstauwand 40. Die Kanalringwanddicke ist herabgesetzt worden, indem die Verstärkungsfunktion des einstückigen Gussstücks ausgenutzt wurde.

Die Verstärkung der Druckstauwand 40 und die Mindestwanddicke können angepasst werden, indem der Radius 36 zwischen den Diffusorschaufeln 35 und der Druckstauwand 40 verändert wird. Eine Vergrösserung des Radius zwischen den Diffusorschaufeln 35 (oder den Abführschaufeln 45) und der Druckstauwand 40 schwächt die Umfangsbelastung in der Druckstauwand 40 ab, wodurch weitere Verringerungen der Dicke der Druckstauwand 40 emöglicht werden.

Bei einer herkömmlichen Kanalringbauart sind die radialen Kräfte kontinuierlich entlang des Kanalringumfangs angeordnet. Die radiale Querkraft trägt zur Umfangs- und Nennbelastung im Kanalring bei.

Eine schwache radiale Querkraft ist in der verstärkten zylindrischen Druckstauwand 40 der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Radiale Kräfte werden nur in Bereichen zwischen den Diffusorschaufeln erzeugt. Entlang den Diffusorschaufeln sind die Druckkräfte in Umfangrichtung gerichtet. Diese Herabsetzung der radialen Druckkräfte senkt die Umfangsbelastung in der zylindrischen Druckstauwand 40.

Die Nennbelastungsniveaus für eine verstärkte und eine herkömmliche Kanalringbauart von gleicher Wanddicke variieren beträchtlich. Die Senkung der Nennbelastungsniveaus bei der verstärkten Kanalringbauart erfolgt in erster Linie aufgrund der Herabsetzung der Umfangsbelastungskomponente. Durch die Abschwächung der Umfangsbelastungskomponente wird die mindestzulässige Wanddicke herabgesetzt.

Herkömmliche segmentäre Ring-Zentrifugalpumpen, die separate Kanalringelemente verwenden, benötigen eine Kanalringwanddicke von annähernd 2,54 cm für eine 170-kg/cm<2>-Pumpe. Eine Zentrifugalpumpengrösse, welche das einstückige Diffusor- und AbführschaufelKanalringelement der vorliegenden Erfindung verwendet, benötigt eine Wanddicke von ungefähr 1,27 cm für den gleichen Druck.

Claims

1. Mehrstufige Zentrifugalpumpe, gekennzeichnet durch - ein Förderelement (13); - ein Saugelement (11); - eine Vielzahl von Pumpstufen zwischen dem Saugelement (11) und dem Förderelement (13), wobei jede Pumpstufe ein Laufrad (25) und ein Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement (30) umfasst, wobei das Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement (30) eine ringförmige Scheibe umfasst, die an ihrer äusseren Peripherie ein sich axial erstreckendes Druckstauelement (40) und auf einer Seite der ringförmigen Scheibe eine Vielzahl von Diffusorschaufeln (35) aufweist, wobei die Diffusorschaufeln (35) mit dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet sind;

und - eine Vielzahl von Ankerbolzen (15), die sich vom Förderelement (13) zum Saugelement (11) erstrekken, wobei die Ankerbolzen (15) die einstückigen Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelemente (30) zwischen dem Saugelement (11) und dem Förderelement (13) befestigen, wobei das Saugelement (11), das Förderelement (13) und die Vielzahl von Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelementen (30) eine Druckgrenze bilden.

2. Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Stegelementen (38), wobei ein Stegelement (38) mit einer Diffusorschaufel (35) und dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet ist.

3.

Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Herabsetzen der Umfangsbelastung, umfassend die Diffusorschaufeln (35) und die Abführschaufeln (45), die mit dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet sind.

4. Mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Vielzahl erster Stegelemente (38), wobei ein erstes Stegelement (38) mit einer Diffusorschaufel (35) und dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet ist, und eine Vielzahl zweiter Stegelemente (48), wobei ein zweites Stegelement (48) mit einer Abführschaufel (45) und dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet ist.

5.

Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement (30) für eine mehrstufige Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Scheibe, die an ihrer äusseren Peripherie ein sich axial erstreckendes Druckstauelement (40) und auf einer ersten Seite der ringförmigen Scheibe eine Vielzahl von Diffusorschaufeln (35) aufweist, wobei die Diffusorschaufeln (35) mit dem sich axial erstreckenden Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet sind.

6.

Diffusor- und Abführschaufel-Kanalringelement nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch - eine Vielzahl von Abführschaufeln (45) auf einer zweiten Seite der ringförmigen Scheibe; - ein Verstärkungsmittel zum Verstärken des Druckstauelements (40), wobei das Verstärkungsmittel die Diffusorschaufeln (35) umfasst, wobei jede Diffusorschaufel (35) das zylindrische Druckstauelement (40) in einer ersten Tangente schneidet, eine Vielzahl von ersten Stegelementen (38), wobei je ein erstes Stegelement (38) mit einer Diffusorschaufel (35) und dem zylindrischen Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet ist, wobei die Abführschaufeln (45) mit dem zylindrischen Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet sind, wobei jede Abführschaufel (45) das zylindrische Druckstauelement (40) in einer zweiten Tangente schneidet, und eine Vielzahl von zweiten Stegelementen (48),

wobei je ein zweites Stegelement (48) mit einer Abführschaufel (45) und dem zylindrischen Druckstauelement (40) einstückig ausgebildet ist.