DE19834011A1 - Kreiselpumpe mit Gleitringdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit in einem Dich­ tungsraum für geförderte Flüssigkeit vorgesehener Gleitringdichtung für eine Pumpenwelle sowie im Dichtungs­ raum zwischen dessen Außenwandung und der Gleitringdichtung angeordneten, längsschnittlich etwa parallel zur Pumpen­ welle verlaufenden stegartigen Flächenstücken, wobei im Kopfbereich des Dichtungsraumes wenigstens eine verschließ­ bare Entlüftungsöffnung angeordnet ist.

Eine solche Kreiselpumpe beschreibt beispielhaft ein Pro­ spekt der Anmelderin vom April 1986 zur sog. Baureihe NTT an einem Schnittbild für einstufige Baugrößen; dort sind die Flächenstücke am Übergang einer Seitenfläche in die Um­ fangswand des Dichtungsraumes radial angeformt. Mit ihm soll eine Beruhigung der um die Pumpenwelle geführten Flüs­ sigkeit ermöglicht werden.

Die EP 0 327 549 B1 zeigt eine die Gleitringdichtung bzw. die Pumpenwelle in Abstand umgebende Ringwand mit von ihr abstehenden Radialrippen, welche nahe an die Umfangswand des Dichtungsraumes reichen. Auch wird angedeutet, daß von der Umfangswand radiale Rippen zur Pumpenwelle hin gerich­ tet sein können.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin­ der das Ziel gesetzt, die Einrichtungen zur Rotationsberu­ higung und zur Gasentnahme zu verbessern und dabei die Her­ stellung solcher Kreiselpumpen zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhän­ gigen Patentanspruch; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale.

Erfindungsgemäß verläuft an der Umfangs- oder Außenwand des Dichtungsraumes beidseits der Entlüftungsöffnung jeweils ein schaufelartiges Flächenstück; diese beiden - quer­ schnittlich zueinander geneigten - Flächenstücke begrenzen in Abstand zu jener Umfangswand zwischen sich einen Vorraum der Entlüftungsbohrung mit einem zur Pumpenwelle etwa parallelen Spalt. Durch diesen tritt Flüssigkeit radial in den erwähnten Vorraum, in dem sie beruhigt verweilt.

Als günstig hat es sich erwiesen, die - vorteilhafterweise aus metallischem Werkstoff geformten - Flächenstücke an der Außen- bzw. Umfangswand oder einer der Stirn- bzw. Radialwände des Dichtungsraumes festzulegen, bevorzugt an der der Saugseite fernen Radialwand; von dieser ragen sie dann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in Abstand zur Umfangs- oder Außenwand - unter Bildung eines Spaltes - ab. Zudem soll auch ihre etwa radiale freie Schaufelkante mit der anderen Radialwand einen Radialspalt begrenzen.

Der Firstspalt an der Umfangswand erlaubt es, daß sich im Vorraum firstnahe ein Kopfraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels bildet, der beidseits über die schaufelartigen Vorraumbegrenzungen hinausgreift.

Bevorzugt wird auch, daß die beiden den zur Pumpenwelle hin sich querschnittlich verjüngenden Vorraum für die Entlüf­ tungsöffnung begrenzenden Flächenstücke miteinander einen Querschnittswinkel bilden, der zwischen 70° und 90° mißt, bevorzugt aber etwa 80°.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung erzeugt zudem eine das Flächenstück verlängernde Ebene mit der die Mittelachse der Entlüftungsöffnung rechtwinkelig querenden Durchmesser­ geraden - für einen Radius der Umfangswandung von etwa 65 mm - einen Winkel von etwa 30° bis 60°, bevorzugt aber etwa 50°. Als günstig hat es sich auch erwiesen, die Flächenstücke so anzuordnen, daß eine sie verlängernde Ebene mit der die Mittelachse der Entlüftungsöffnung rechtwinkelig querenden Durchmessergeraden einen Winkel von 30° bis 60°, bevorzugt etwa 50°, begrenzt. Diese Durchmessergerade wird von einem Radius der Umfangswandung von etwa 65 mm bestimmt. Diese Maßgaben begünstigen die Querschnittsform des Vorraumes.

Erfindungsgemäß sind die Querschnittslängen beider Flächen­ stücke unterschiedlich und können sich zueinander verhalten wie 3 : 2 bis 3 : 2,5. Dabei soll die Breite des erwähnten Einzugspaltes etwa einem Sechstel der Querschnittshöhe des längeren Flächenstücks entsprechen.

Von Bedeutung ist auch, daß das querschnittslängere Flächenstück in Drehrichtung der Pumpenwelle dem quer­ schnittskürzeren Flächenstück vorgeordnet ist und dadurch seine Fußkante als Abrißkante dienen kann; das querschnittslängere Flächenstück soll in eine den Querschnitt des anderen Flächenstücks verlängernde Ebene hineinragen.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der Querschnitt des erwähnten Vorraumes gegenüber dem Querschnitt des Dichtungsraumes verhältnismäßig klein ist, beide bevorzugt in einem Verhältnis von zehn zu eins stehen; letzteres führt zu besonders günstigen Ergebnissen. Der über der Flüssigkeit entstehende Raum nimmt auch bei höheren Geschwindigkeiten der Pumpenwelle die Luft problemlos auf.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Kreiselpumpe;

Fig. 2 ein vergrößertes Detail aus Fig. 1 im Längsschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 3;

Fig. 3 den Schnitt durch Fig. 2 nach deren Linie II-II;

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3.

In einem Lagerträgergehäuse 10 einer Kreiselpumpe 12 sitzt gemäß Fig. 1 auf dem vorderen gestuften Ende 14a einer Pum­ penwelle 14 vom Durchmesser d ein Laufrad 16 und wird von einer Mutter 18 gehalten. Dieses Laufrad 16 dreht sich in einem mit dem Lagerträgergehäuse 10 - unter Zwischenschal­ tung von Gehäusedeckel 20 und nicht kenntlich gemachten Dichtungen - verschraubten Spiralgehäuse 22, das einen Saugraum 24 enthält und dessen Einlaß mit 25 sowie dessen Auslaß mit 26 bezeichnet sind. Nahe dem Laufrad 16 befindet sich im Gehäusedeckel 20 ein vorderes Gleitlager 28.

Eine die Pumpenwelle 14 aufnehmende zylindrische Zentral­ ausnehmung 30 des Gehäusedeckels 20 mündet in einen Dich­ tungsraum 32, in dem eine hintere Axialgleitringdichtung 34 zu erkennen ist. Deren von einer - sich gegen einen auf die Pumpenwelle 14 geschobenen Ring 35 oder eine Ringstufe abstützenden - Schraubenfeder 36 belasteter rotierender Gleitring 37 bildet mit einem stationären Gegenring 38 einen Dichtungsspalt. Die Gleitlagerkomponenten bestehen in dem gewählten Ausführungsbeispiel bevorzugt aus Silizium­ karbid.

Zwischen der Gleitringdichtung 34 und dem Wellenende 15 um­ gibt die Pumpenwelle 14 - nach einem Dichtungsteller 39 gestuften Querschnittes - ein Wälzlager 40, das von einem Lagerdeckel 42 überspannt ist.

Der zur Funktion der hydrodynamischen Gleitlager 28, 34 notwendige Flüssigkeitsstrom dient gleichzeitig zum Ab­ transport der durch Lagerreibung hervorgerufenen Wärme. Der Kühl-/Schmierstrom wird aus einem Seitenraum 44 für das Laufrad 16 entnommen, durchströmt das vordere Gleitlager 28 und gelangt dann zur Zentralausnehmung 30, die zudem durch einen Seitenkanal 45 mit jenem Seitenraum 44 verbunden ist.

Die Zusammenschau der Fig. 2, 3 macht deutlich, daß die Gleitringdichtung 34 des Durchmessers e von hier 54 mm vom Dichtungsraum 32 umgeben ist, an den Entlüftungsöffnungen oder -bohrungen 47 einer Umfangs- oder Ringwandung 48 mün­ den; die zugehörigen Stopfen sind in der Zeichnung vernach­ lässigt. Diese Außen- oder Ringwand 48 liegt in der linken Hälfte der Fig. 2 einer Ringschulter 50 einer Radialwand 52 auf, aus der innenseitig ein jene Ringschulter 50 erzeu­ gender Ringwulst 54 herausgeformt ist. An letzteren schlägt ein Zwischenring 56 an, in den anderseits eine Ringrippe 58 des Gehäusedeckels 20 eingreift.

Beidseits der im Zenit von Fig. 2, 3 liegenden Entlüftungs­ bohrung 47 ragt vom Ringwulst 54 eine an dessen Radialflä­ che 55 angeschweißte ebene Schaufel 60 bzw. 60 _a als Flä­ chenstück ab, deren angeschweißte Kante im Abstand t von etwa 22 mm zur Mittelachse M der Entlüftungsbohrung 47 ver­ läuft. Die freie Schaufelkante 61 der Schaufel 60 bildet mit der gegenüberliegenden hinteren Radialwand 64 des La­ gergehäuses 10 einen Radialspalt 66 und die Firstkante 62 der Schaufel 60 mit der Umfangs- oder Ringwand 48 einen schmalen Firstspalt 68. Im übrigen ist die Firstkante 62 etwa in der Mittelachse M der Entlüftungsbohrung 47 stufenartig abgesetzt. Sie kann auch - wie die linke Schaufel 60 _a in Fig. 4 verdeutlicht - querschnittlich zur Durchmessergeraden D parallel verlaufen.

Bei einer in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Ausführung sind - statt der an die saugraumnahe Radialfläche 55 ange­ schweißten Schaufeln 60, 60 _a - die Schaufeln 60, 60 _a mit der hinteren Radialwand einstückig gegossen, so daß sich der erwähnte Radialspalt 66 an jener saugraumseitigen Radialfläche 55 einstellt.

Eine von der Schaufel 60 - der Querschnittslänge h von etwa 23 mm - bestimmte Konstruktionsebene E schließt mit der jene Mittelachse M rechtwinkelig kreuzenden Durchmes­ sergeraden D einen Winkel w von etwa 50° ein, so daß die Fußkante 63 der Schaufel 60 zu jener Mittelachse M hin ge­ neigt weist. Die andere Schaufel 60 _a einer Querschnitts­ länge h₁ von hier 30 mm ist ebenfalls zur Mittelachse M hin geneigt und ihre Konstruktionsebene E₁ schließt mit jener Durchmessergeraden D ebenfalls einen Winkel w gleichen Ausmaßes ein. Die Querschnittslänge h₁ entspricht weniger als der Hälfte des Radius r von 65 mm für die Ringwandung 48.

Aus dem Radius r und dem Durchmesser e der Gleitringdichtung 34 ergibt sich der Querschnitt des offenen Dichtungsraumes 32 hier mit beispielsweise

Demgegenüber ist der von den Schaufeln 60, 60 _a bestimmte Querschnitt der Vorkammer 72 verhältnismäßig klein; er mißt etwa zehn vom Hundert jener Fläche.

Durch die unterschiedlichen Querschnittslängen h,h₁ der Flächenstücke oder Schaufeln 60, 60 _a entsteht zwischen de­ ren Fußkanten 63 der Breite b von etwa 5 mm ein Einzugs­ spalt 70 einer Breite a von etwa 8 mm sowie einer radialen Maximalbreite n, die hier der Schaufelbreite b entspricht. Die in Rotationsrichtung x der Pumpenwelle 14 vordere Schaufel 60 _a ragt endwärts so weit vor, daß sie die Projek­ tion der Fußkante 63 der anderen Schaufel 60 etwas über­ ragt, wie vor allem Fig. 4 verdeutlicht. Mit z sei die Scheitelhöhe der Vorkammer 72 über dem Flüssigkeitsspiegel Q kenntlich gemacht, die hier etwa ein Drittel des Abstandes t mißt.

Der sich nahezu über die gesamte Breite q des Dichtungsrau­ mes 32 erstreckende Einzugspalt 70 öffnet sich zu einem von ihm weg querschnittlich in einem Winkel y von etwa 80° sich erweiternden Vorraum 72 der Entlüftungsbohrung 46. In diesen Vorraum 72 gelangen Gase aus der im Dichtungsraum 32 vorhandenen Flüssigkeit, die um die Fußkante 63 der quer­ schnittshöheren Schaufel 60 _a umgelenkt ist. Die in Pfeil­ richtung x drehende Pumpenwelle 14 sowie die Gleitringdich­ tung 34 veranlassen eine Rotation der Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitsbereich an der Ringwandung 48 durch die Schaufeln 60, 60 _a beruhigt wird. Im Vorraum 72 stellt sich ein mit Q bezeichneter Flüssigkeitsspiegel ein, der einen gasgefüllten Kopfraum Q₁ der Basisbreite c begrenzt. Dieser durchgreift - wie in Fig. 3, 4 verdeutlicht - die First­ spalte 68 so, daß seine querschnittlich dreiecksartigen En­ den in den Dichtraum 32 außerhalb der Schaufeln 60, 60 _a ra­ gen.

Claims (16)

1. Kreiselpumpe mit in einem Dichtungsraum für geförderte Flüssigkeit vorgesehener Gleitringdichtung für eine Pumpenwelle sowie im Dichtungsraum zwischen dessen Außenwandung und der Gleitringdichtung angeordneten, längsschnittlich etwa parallel zur Pumpenwelle verlau­ fenden stegartigen Flächenstücken, wobei im Kopfbereich des Dichtungsraumes wenigstens eine verschließbare Ent­ lüftungsöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Umfangswandung (48) beidseits der Entlüf­ tungsöffnung (47) jeweils ein schaufelartiges Flächen­ stück (60, 60 _a) verläuft und beide Flächenstücke quer­ schnittlich zueinander geneigt sind sowie in Abstand zur Umfangswandung zwischen sich einen Vorraum (72) mit einem zur Pumpenwelle (14) etwa parallelen Spalt (70) begrenzen.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenstücke (60, 60 _a) an einer Wand (52, 54; 64; 48) des Dichtungsraumes (32) festgelegt sind.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schaufelartigen Flächenstücke (60, 60 _a) an der Radialwand (52, 54; 64) festgelegt sind und ihre dazu etwa paralle freie Schaufelkante (61) mit der anderen Radialwand (64; 52, 54) einen Radialspalt (66) begrenzt.

4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenstücke (60, 60 _a) mit der Umfangswandung (48) des Dichtungsraumes (32) jeweils einen Firstspalt (68) begrenzen.

5. Kreiselpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Umfangswandung (48) nahe Firstkante (62) des Flächenstücks (60, 60 _a) zumindest einmal unter Ver­ größerung der Weite des Firstspaltes (68) zum Ra­ dialspalt (66) hin gestuft ist.

6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet durch einen Querschnittswinkel (y) des sich zur Pumpenwelle (14) hin querschnittlich verjün­ genden Vorraumes (72) von etwa 70° bis 90°, bevorzugt etwa 80°.

7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Flächenstück (60, 60 _a) verlängernde Ebene (E, E₁) mit der die Mittelachse (M) der Entlüftungsöffnung (47) rechtwinkelig querenden Durchmessergeraden (D) einen Winkel (w) von 30° bis 60°, bevorzugt etwa 50°, begrenzt.

8. Kreiselpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmessergerade (D) von einem Radius (r) der Umfangswandung (48) von etwa 65 mm bestimmt ist.

9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenstücke (60, 60 _a) von unterschiedlichen Querschnittslängen (h, h₁) sind.

10. Kreiselpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittslänge (h₁) eines höheren

Flächenstückes (60 _a) zur Querschnittslänge (h) des niedrigeren Flächenstücks (60) verhält wie etwa 3 : 2 bis 3 : 2,5.

11. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (a) des Einzugspaltes (70) des Vorraumes (72) etwa einem Sechstel der Quer­ schnittslänge (h₁) des höheren Flächenstücks oder Werkstoffstreifens (60 _h) entspricht.

12. Kreiselpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das querschnittslängere Flächenstück (60 _a) in Drehrichtung (x) der Pumpenwelle (14) dem querschnittskürzeren Flächenstück (60) vorge­ ordnet ist.

13. Kreiselpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das querschnittslängere Flächenstück (60 _a) in eine den Querschnitt des anderen Flächenstücks (60) verlän­ gernde Ebene hineinragt.

14. Kreiselpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Querschnitt des Vorraumes (72), der gegenüber dem Querschnitt des Dichtungsraumes (32) verhältnismäßig klein ist.

15. Kreiselpumpe nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Querschnittsverhältnis des Dichtungsraumes (32) zum Vorraum (72) von etwa 12 : 1 bis 6 : 1, bevorzugt etwa 10 : 1.