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Kreiselpumpe mit Hilfsförderrad zur Entlastung der Stopfbüchse Die
Erfindung bezieht sich auf eine Wellenspaltabdichtung von Kreiselpumpen mit hydraulischem
Flüssigkeitsring, insbesondere von Pumpen zum Fördern von Säuren und anderen chemischen
Flüssigkeiten, die nicht mit Luft vermischt werden bzw. nicht in den Außenraum gelangen
dürfen.
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Da die bekannten Stopfbüchsenpackungen und Schleifringabdichtungen
während des Betriebes unter dem Förderdruck des Mediums stehen und dadurch verhältnismäßig
schnell verschleißen und dann keine genügende Dichtung mehr darstellen, hat man
das Laufrad bereits mit Rückenschaufeln versehen oder ein Hilfsförderrad angeordnet.
Während im Stillstand der Pumpe die Stopfbüchse gegenüber dem statischen Druck der
ruhenden Flüssigkeit abdichtet, erzeugt die Rückenbeschaufelung bei laufender Pumpe
am Wellenspalt einen Unterdruck, so daß die in den Schaufelkranz eingedrungene Flüssigkeit
auf Grund der Fliehkraftwirkung einen Flüssigkeitsring bildet, der das Austreten
von Flüssigkeit durch den Wellenspalt verhindert.
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Es ist leicht einzusehen, daß bei einer Pumpe, bei der die Rückenschaufeln
durch eine Abdeckplatte gegenüber der Gehäuserückwand abgedeckt sind, die Verwirbelung
geringer ist als ohne Abdeckplatte, da der Flüssigkeitsring praktisch allseitig
von mitumläufenden Wänden umgeben ist. Man ordnet die Abdeckplatte daher meist so
an, daß sie die in den Rückseitenbeschaufelungsraum hineinragende Gehäusenabe zur
Bildung eines Drosselspaltes für die zwischen Scheibe und Pumpenrückseite radial
nach innen dringende Flüssigkeit mit geringem Abstand umgibt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bei Pumpen mit abgedeckter Rückenbeschaufelung
eine sehr störende Schaumbildung auftritt, da die durch den Drosselspalt in den
Raum am Wellenspalt strömende Fliissigkeit nicht glatt in den Flüssigkeitsring ein-.
tritt, sondern in diesem Raum mit der vorhandenen Luft verwirbelt wird. Dies ist
aber, insbesondere beim Fördern von Säuren oder anderen chemischen Flüssigkeiten,
die nicht mit Luft vermischt werden dürfen, von Nachteil.
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So ist eine Kreiselpumpe bekannt, bei der zwei im radialen Abstand
angeordnete und durch einen axialen Steg getrennte Rückschaufelkränze vorgesehen
sind, tim von der ersten Beschaufelung nicht erfaßte und von der Unterseite des
Steges abtropfende Flüssigkeit inii der inneren Beschaufelung zu erfassen und wieder
nach außen zu schleudern. Abgesehen davon, daß bei dieser Anordnung diese abgetropfte
Flüssigkeit sich innig mit der Luft mischt, tritt bei dieser Anordnung auch eine
starke Verwirbelung innerhalb des zweiten, inneren Flüsigkeitsringes, der sich unter
dem Steg ausbildet, auf, da dieser Ring von einer feststehenden Wand (Steg) mit
großem Reibungswiderstand- begrenzt wird. Der sich: bildende Schaum kann. aber ohne
weiteres entlang einem Spalt zwischen Steg und Schaufelwand in die äußere Hilfsbeschaufelung
-und durch den äußeren Flüssigkeitsring in den Förderraum der Pumpe dringen.
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Es ist weiter eine Kreiselpumpe für hohe Förderdrücke bekannt, bei
der die Dichtwirkung des Flüssigkeitsringes durch ein Gaspolster hohen Druckes unter=
stützt wird. Bei dieser Anordnung muß die aus -dem Drosselspalt austretende Flüssigkeitsschicht
offenbar nach ihrem Austritt unter Tropfenbildung abreißen; da die Stirnseite der
Gehäusenabe weit hinter der Innenkante der Abdeckplatte zurückbleibt. Die Flüssigkeitströpfchen
werden.dabei in den Rückenbeschaufelungsraurn zerspritzt, wo sie sich zum Teil unter
Schaumbildung mit dem Druckgas mischen und nach außen durch den Flüssigkeitsring
in den Förderraum der Pumpe gelangen, während der Rest sich in Achsnähe sammelt
und durch den Wellenspalt in den Gasraum gelangt, aus dem die- Flüssigkeit von Zeit
zu Zeit durch einen Ablaßstutzen abgelassen werden muß.
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Bei den bekannten Pumpen besteht also keine scharfe Trennung zwischen
dem Flüssigkeitsring und der unter geringem Druck befindlichen Luft im Rückbeschaufelungsraum,
sondern ein allmählicher Übergang von dem Luftbereich über einen Schaumring zum
Flüssigkeitsring. Durch das Mitreißen der Luft und die Schaumbildung erfolgt aber
innige Vermischung der Flüssigkeit-mit der Luft, was in vielen Fällen äußerst unerwünscht
ist.
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Hier setzt -nun die Erfindung an, der die Aufgabe zugrunde liegt,
eine innige Vermischung der aus 'dem Drosselspalt austretendem -Flüssigkeit mit
der -Luft im Rückseitenbeschaufelungsraum und das Eindringen
dieser
Luft in den Förderraum der Pumpe und das Leitungssystem zu verhindern.
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Um das Eindringen von durch den Wellenspalt angesaugter Luft in den
Arbeitsraum, der Pumpe zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen; die Rückenschaufeln
durch einen auf der Rückwand des Laufrades gleichmittig zur Laufradachse angeordneten
ringförmigen Quersteg in zwei Stufen zu unterteilen und innerhalb des Bereiches
der inneren Stufe eine durch die Wand des Pumpengehäuses nach außen führende AuslaßöfFnung
vorzusehen. Ein in der inneren Stufe erzeugtes Flüssigkeits-Luft-Gemisch wird durch
die Auslaßöftnüngg nach außen abgeleitet. Auf diese Weise kann keine Luft in den
Arbeitsraum der Pumpe eindringen. Abgesehen von der komplizierten Ausführungsform
ist diese Pumpe für chemische Flüssigkeiten, die nicht mit Luft gemischt werden
bzw. nicht in den Außenraum gelangen dürfen, nicht zu ver-,venden.
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Die Kreiselpumpe mit auf dem Laufrad angeordneten Rückenschaufeln.
die durch eine Scheibe abgedeckt sind, welche die in den Rückenbeschaufelungsraum
hineinragende Gehäusenabe zur Bildung eines Drosselspaltes mit geringem Abstand
umgibt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Rückenschaufeln
an der Deckscheibe in einem merklichen radialen Abstand von der Gehäusenabe ansetzen,
wobei der Abstand so bemessen ist, daß die durch den Drosselspalt hindurchtretende
und der Fliehkraft unterliegende Flüssigkeit stets ein solches Stück an der Innenwand
der Deckscheibe entlang strömen muß, daß sie ohne Abreißerscheinungen in die Rückenschaufeln
eintritt. Hierbei wird die Flüssigkeitsschicht zugleich durch die Reibungskräfte
zwischen ihr und der Abdeckplatte in Umfangsrichtung beschleunigt, so daß sie praktisch
mit der Umfangsgeschwindigkeit der Rückenschaufeln an deren Ansatzstelle an der
Scheibe in die Rückenschaufeln eintritt.
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Die durch den Drosselspalt in den Rückseitenbeschaufelungsraum eintretende
Flüssigkeit wird also in einer zusammenhängenden Schicht zwangläufig in die Beschaufelung
und den Flüssigkeitsring geführt, ohne daß ein Teil der Flüssigkeit infolge der
Schwerkraft abtropfen oder durch mit größerer Umfangsgeschwindigkeit als die Flüssigkeit
umlaufende Schaufelteile ergriffen und mit der Luft in der Nähe der Gehäusenabe
verwirbelt werden kann. Zwar steht der Flüssigkeitsring und die wandernde Flüssigkeitsschicht
mit der Luft in Berührung, jedoch mit einer unverhältnismäßig viel kleineren, im
Vergleich zu vernachlässigenden Gesamtoberfläche, als dies in den belcannten Lumpen
der Fall ist, bei denen keine auf die Verhinderung von Schaumbildung abzielenden
Maßnahmen getroffen sind.
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Bei hohen Förderdrücken oder großen Drosselquerschvitten, die z. B.
notwendig sind, wenn es sich um Flüssigkeiten handelt, die den Spalt durch Ablagerungen
od. dgl. zusetzen können, wo damit gerechnet werden muß, daß der nach außen gerichtete
Sog an der Innenseite der Abdeckplatte nicht ausreicht, tim den gesamten aus dem
Drosselspalt austretenden Flüssigkeitsstrom an der Kante der Abdeckplatte abzubiegen,
sieht die Erfindung eine Rippe an der Rückenbeschaufelung vor, die so angeordnet
und ausgebildet ist, daß sie für den Flüssigkeitsstrom, welcher an der Gehäusenabe
weiterwandert, praktisch in genau der gleichen Weise als Führungsfläche wirkt wie
die Abdeckplatte, so daß die an ihr -entlang strömende Flüssigkeit ebenfalls ohne
Abreißerscheinungen in die Rückenbeschaufelung eintritt. Nur wird hier die Um-Lenkung
der Flüssigkeitsschicht durch den an de:-Rippe radial nach außen wirkenden Sog noch
durch die Stauwirkung an der Rippe unterstützt, so daß die Umlenkung- unter allen
Druckverhältnissen in der gewünschten Weise erreicht wird. Das. Verhältnis von Ansatzhöhe
der Rückenschaufeln und Rippenhöhe wird so gewählt, daß die Flüssigkeitsschicht
stets in die Schaufeln eintritt, ehe sie den Rand der Rippe er reicht, so daß sie
von diesem nicht abgeschleudert werden kann. Da die Rippe im wesentlichen in der
gleichen Weise wirken soll wie das untere Ende der Abdeckplatte, gelten für ihre
Ausbildung und Anordnung in bezug auf die Rückenschaufeln die gleichen Gesichtspunkte
wie bezüglich der- Ausbildung und Anordnung der Abdeckscheibe.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In Fig. 1 ist mit I das Laufrad einer Kreiselpumpe bezeichnet, auf
dem mit einer Deckscheibe 3 abgedeckte Rückenschaufeln 2 angeordnet sind. Die Deckscheibe
weist einen ringförmigen Vorsprung 4 auf. Dieser Vorsprung hat gegenüber der Gehäusenabe
6 ein geringes Spiel, so daß sich ein Drosselspalt 5 zwischen dem Vorsprung 4 und
der Gehäusenabe 6 bildet. Die Gehäusenabe nimmt die Wellenabdichtung 7 auf und ragt
über die Deckscheibe 3 der Rückenschaufeln 2 in den Förderraum der Rückenschaufeln
hinein. Die Rückenschaufeln setzen in einem Abstand von der Gehäusenabe in einem
Punkt 8 an der Deckscheibe 3 an, wobei der Abstand so bemessen ist, daß die durch
den Drosselspalt hindurchtretende Flüssigkeit auf Grund der Fliehkraft stets ein
Stück an der Innenwand der Deckscheibe entlang strömen muß, ehe sie in die Rückenschaufeln
eintritt.
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Durch die Anordnung der Rückenschaufeln entsteht am Wellenspalt ein
Unterdruck, und durch die Zentrifugalwirkung bildet sich innerhalb der Rückenschaufeln
ein Flüssigkeitsring, so daß ein Durchtreten des Fördermediums durch den Wellenspalt
verhindert ist. Durch die Einfügung einer Drosselstelle zwischen den Raum zwischen
der Deckscheibe der RiickenbeschaufeIung und der Gehäusewand und der Eintrittsseite
der Rückenbeschaufelung wird die an der Rückseite der Schaufeln nach innen zur Eintrittsseite
übertretende Flüssigkeitsmenge auf ein geringes Maß beschränkt und wird nach Verlassen
des Drosselspalts infolge der Zentrifugalwirkung an der Innenwand der Declcscheibe
entlang nach außen strömen, ohne mit Luft in Berührung zu kommen, die durch den
Wellenspalt eintritt, da der Wellenspalt infolge des Vorsprungs erst im Abstand
von der Innenfläche der Deckscheibe in den Förderraum. der Rückenschaufeln mündet.
Die eintretende Luft wird also von der die Deckscheibe umströmenden Flüssigkeit
getrennt bleiben, so daß eine Mischung nicht eintritt. Auf diese Weise kann nur
so lange Luft durch den Wellenspalt eintreten, bis innerhalb der Rückenbeschaufelung
ein Druckgleichgewichtszustand erreicht ist.
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Durch das Merkmal, daß die Rückenbeschaufelung erst in einem radialen
Abstand von der Mündung des Drosselspalts mit der Deckscheibe zusammenstößt, ist
die Gefahr beseitigt, daß bei -der Umlenkung des Flüssigkeitsstromes aus dem Drosselspalt
in den Förderrauin der Rückenbeschaufelung die Flüssigkeit an den Eintrittskanten
der Rückenschaufeln verspritzt. Die r lüssigkeit muß erst ein Stück an der Innenwand
der Deckscheibe nach außen fließen und wird auf diese Weise gleichmäßig in die Rückenbeschaufelung
und in den in dieser stehenden Flüssigkeitsring eintreten.
Eine
weitere Verbesserung der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die gleichen Teile
wie in Fig. 1 finit demselben Bezugszeichen versehen sind. Bei großen Förderdrücken
ist es möglich, daß die durch den Drosselspalt 5 mit hoher Geschwindigkeit einströinende
Flüssigkeit sich doch mit der durch den Wellenspalt 9 eintretenden Luft im Eintrittsquerschnitt
der Rückenschaufeln 2 vermischen kann. Um dies zu vermeiden, ist im Eintrittsquerschnitt
der Rückenschaufein eine ringförmige radiale Rippe 10 vorgesehen, die in eine Abstufung
11 der Gehäusenabe 6 hineinragt. Auf diese Weise trifft die durch den Drosselspalt
einströmende Flüssigkeit auf die Rippe 10 auf und wird von dieser in die Rückenschaufehi
abgelenkt, ohne mit der durch den Wellenspalt 9 eintretenden Luft in Verbindung
zu kommen. Die Rippe kann auch, wie es bei 10' gestrichelt dargestellt ist, gekrümmt
ausgeführt sein, um die auf sie auftreffende Flüssigkeit in Richtung auf die Abdeckscheibe
3 der Rückenschaufeln 2 umzulenken.
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Mit diesen Maßnahmen ist gemäß dem Vorschlag der Erfindung eine vollkommene
Abdichtung des Wellenspalts während des Betriebes sichergestellt, und gleichzeitig
wird ein Vermischen von Fördermedium und Luft sowie ein Mitreißen von Luft in den
Förderraum der Pumpe vermieden.