DE2130474C3 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft cine Zentrifugalpumpe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Sine derartige Zentrifugalpumpe ist aus der US-Patentschrift 29 21 533 bekannt. Bei ihr ist der vom hinteren Ende des hydrostatischen Lagers ausgehende Niederdruckkanal durch die Laufradwellc bis zur Nabe des Laufrades durchgeführt, während vom vorderen Lagerende ausgehende Niederdruckkanäle in etnetn mittleren Bereich des Laufrades einmünden. Dabei wird das vom hydrostatischen Lager abgegebene, entspannte Druckmittel entgegen der Stromurigsrichlung des gepumpten Mediums wieder in den Hauptkreislauf eingeführt, so daß Wirbel gebildet werden. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt, daß in den mit den beiden Enden des hydrostatischen Lagers in Verbindung Stehenden Niederdruckkanälen derselbe Druck herrscht, so daß die vordere und hintere Lagerhälfte nicht mit gleichem Druckunterschied beaufschlagt sind. Das hydrostatische Lager wird ferner mit immer neuem Strömungsmittel gespeist, wodurch Verunreinigungen eingebracht werden können.

In der US-Patenschrift 31 15 839, der deutschen Ofrenlegungsschrifl 15 28 718 und der französischen Patentschrift 11 52 344 ist jeweils eine ZentrifL^galpumpe beschrieben, die mit einem Gleitlager arbeitet Zur Schmierung dieses Gleitlagers ist auf das Laufrad ein Hilfslaufrad aufgesetzt, welches Strömungsmittel durch das Gleitlager pumpt Der dabei am Gleitlager auftretende Druckunterschied reicht zu Kühl- und Schmierzwecken, nicht aber zur Versorgung eines hydrostatischen Lagers aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zentrifugalpumpe der eingangs genannter· Art zu schaffen, bei der eine Trennung des Strömungsmitteli-20 kreislaufs für das hydrostatische Lager vom HauplströmunKsmittelkreis vorliegt und das vom Lager kommende, entspannte Strömungsmittel strömungstechnisch günstig geführt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauplanspruch 2t beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfinduR'rsgemäßen Zentrifugalpumpe ist im wesentlichen ein getrennter Kreislauf für das hydrostatische Lager vorhanden. Eine Ansaugkammer einer ίο Hilfspumpe steht sowohl mit dem vom hinteren Ende des I .Jgers als auch mit dem vom vorderen Ende des Lagers herkommenden Niederdruckkanal in Verbindung. Von dieser Ans.njgkammer wird das entspannte Strömungsmittel durch das vom laufrad getragene Hilfslaufrad der Hilfspumpe im wesentlichen parallel zur Strömung im Hauptkreislauf zur llochdruckseile zurückgepumpt. Damit wird eine Verwirbelung des Ströniungsmiltcls beider Kreisläufe am Ausgang der Hilfspumpe kleingchalten; es kann im wesentlichen

•ο wieder dasselbe Strömungsmittel in den Hochdruckkanal des hydrostatischen Lagers gelangen, das von den Niederdruckkanälen abgegeben wird. Um am hydrostatischen Lager eine relativ hohe Druckdifferenz sicher zustellen, ist die Ansaugkammer über eine Dichtanord-J¹· nung gegen du lloehdruckscitc abgedichtet. Damit wird insgesamt über lange Betricbs/citcn hinweg eine gute Lagerung bei symmetrischer Belastung der vorderen und hinteren Lagerhälfte erhallen.

Ein Ausführung.beispiel der Erfindung wird nachfol-'·< > gend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

MgI eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifugalpumpe mit vertikaler Welle;

Fig. 2 einen vergrößerten, senkrechten Teilst hniti durch die Achse der Laufradwellc der Pumpe von -» Fig I.

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3- J in F i g 2;
Fig. 4 ein Schnitt gemäß Linie 4-4 in Fig. 3. in der Richtung der Pfeile gesehen;

F ι g 5 ein vergrößterter Schnitt eines Teils des 6" hydrostatischen Lagers, wie es in F ι R 2 dargestellt ist,

Fig.6 ein vergrößerter Teilschnitt des hydrostatischen Lagers, wie es in F iig, 3 dargestellt ist.

Die Zeichnungen und insbesondere Fig, I zeigen eine Zentrifugalpumpe mit vertikaler Welle, welche mit ft5 dem allgemeinen Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Pumpe besitzt ein Gehäuse 12, das eine Saugöffnung 13 Und eine AustrittsöffftUfig 14 aufweist Wie es bei Zenlrifugalpuinpefi üblich ist, besitzt das Gehäuse eine

Spirale 15 zur Führung der gepumpten Flüssigkeit zu der Austrittsöffnung 14.

Unter Bezugnahme auf Fig.2 und 3 ist ersichtlich, daß das Gehäuse eine zylindrische Zugangsöffnung 17 aufweist, die sich durch die obere Wandung 18 des Gehäuses erstreckt und in eine zentrale zylindrische Kammer 19 mündet Eine Abdeckplatte 16 schließt die Zugangsöffnung, wobei sie gegenüber der Wandung des Gehäuses durch ringförmige Dichtungen 21, 22 abgedichtet ist

Die Abdeckplatte 16 weist eine zentrale Wellenöffnung ?4 auf, durch die sich eine vertikale Welle 25 von der Außenseite der Pumpe in die Kammer 19 erstreckt Eine Labyrinthdichtung sowie weitere (nicht dargestellte) Dichtungsmittel, ζ. Β. eine Gleitringdichtung, lassen sich verwenden, um die Welle 25 gegenüber der Außenseite der Abdeckplatte 16 abzudichten.

Die Welle 25 wird zwecks Drehung in der Richtung ties in Fig. 2 dargestellten Pfeils mittels eines (nicht dargestellten) vertikalen Drm klagers geführt und durch einen (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben, wobei st)wohl das Drucklager als auch der N¹OtOr jich über der Pumpe befinden.

Fin Laufrad, das allgemein mit 28 bezeichnet ist. ist am Fnde 29 der Welle 25 angeordnet. Zu diesem Zweck ist das untere Finde der Welle 25 nach unten verjüngt und nimmt die entsprechend konisch ausgebildete Bohrung 31 in der Nabe 32 des Laufrades 28 auf.

Von der Nabe 32 des Laufrades 28 erstreckt sich ein im allgemeinen scheibenförmiger Steg 39 nach außen. Von diesem Steg wird eine Vielzahl von I jufradschaufeln 41 von der üblichen sich nach außen erstreckenden und rückwärts gekrümmten Form getragen. An ihren dem Steg 39 entgegengesetzten Randern tragen die Schaufeln 41 eine Ummantelung 42. die aus einem sich nach oben erweiternden ringförmigen Teil besteht, das an dem Boden 43 vor der Säugöffnung 13 offen ist. Dieser von dem Boden der Ummantelung gebildete untere Teil ist der Finlauf des Laufrades 28. Das laufrad 28 weist ap· Außendurchmesser einen Austritt 44 auf. Die radial äußere Zone 45 der zentralen zylindrischen Kammer, in der das Laufrad 28 angeordnet ist. nimmt die aus dem Auslaß 44 austretende Flüssigkeit auf. Fine Labyrinthdichtung 40, 51 beschränkt das Lecken von Flüssigkeit von der Austriltsseile des Laufrades 28 zurück zu seiner .Saugseitc auf ein Mindestmaß, wenn die Pumpe in Betrieb ist.

An dem llauptlaufrad ist ein f Iilfslaufrad angeformt, das mit dem allgemeinen Bezugszeichen 53 versehen ist. Der Steg 39 ist dem r".gemein mit 54 bezeichneten Haupllpufrad und dem 1 Iilfslaufrad 53 gemeinsam.

Das I Iilfslaufrad 53 besitzt eine Vielzahl von radial verlaufenden Schaufeln 55, die einstückig mit dem Steg 39 ausgebildet sind. Diese Schaufeln krümmen sich nach außen und nach hinten in bezug auf die Drehrichtung des Laufrades. An den Schaufeln 55 ist eine Hilfslaufradummanlelung 56 angeformt. Diese Ummantelung besteht aus einem ringförmigen Scheibenteil, das an seinem radial inneren Rand einen aufrocht stehenden, zylindrischen, mit Nuten versehenen Dichtring 57 aufweist.

Ein radiales hydrostatisches Lager 59 ist in das Gehäuse 12 stationär eingebaut. Die Welle 25 besitzt einen an ihr befestigten Lagerkörper 61, der innerhalb des Lagers 59 angeordnet ist Und durch das Lager hydrostatisch geführt Und zentriert Werden kann.

Das Lager 59 ist an anr Abdeckplatte 16 durch eine Vielzahl von Kopfschraüben 62 befestigt, von denen nur

eine in Fig.2 dargestellt ist Keile 63, von denen nur einer in Fig.2 sichtbar ist, stehen mit entsprechenden Schlitzen in der Abdeckplatte 16 und in dem Lager 59 in Eingriff und verhindern eine Drehung des Lagers 59 gegenüber der Abdeckplatte 16.

Der Lagerkörper 61 weist zwei im Abstand angeordnete Stirnwände 64,65 auf, die an der Welle 25 angeschweißt sind. Eine zylindrische Hülse 66 ist an den Außenrändern der Stirnwände 64, 65 angeschweißt, wobei die äußere zylindrische Fläche 67 der Hülse 66 so angeordnet ist, daß sie gegenüber dem Lager 59 hydrostatisch zentriert wird, wenn die Pumpe arbeitet Die Stirnwand 64 weist eine Anzahl von im kreisförmigen Abstand angeordneten Durchgangsöffnungen 68 auf; eine gleiche Anzahl von öffnungen 69 ist in der Stirnwand 65 für einen später zu erläuternden Zweck vorgesehen.

Der laufradseitige Teil des hydrostatischen Lagers 59 ist zylindrisch und bildet einen glatten Dichtringteil 71. der mit uem Dichtring 57 des Hilfslaufrades 53 zusammenwirkt und das Lecken .'urch den Raum zwischen diesen Dichtungsringen aul e..i Mindestmaß zurückführt.

Der Flansch 72 an dem Lager 59 weis· eine ringförmige radiale Platte 73 auf, die bei 74 an dem Flansch angeschweißt ist. Der Rand der radialen Piatte 73 befindet sich in Abstand von der zylindrischen Zugangsöffnung 17 der oberen Wandung des Gehäuses und bildet einen kreisförmigen Spalt 75 zwischen sich und der Wandung der Zugangsöffnung.

Fine ringförmige Druckkammer 76 oberhalb der Platte 73 nimmt die durch den Spalt 75 fließende Flüssigkeit auf und führt diesi. Flüssigkeit dem hydrostatischen Lager 59 zu. Diese ringförmige Druckkammer 76 wird νοτ der ringförmigen radialen Platte 73. einem Teil des äußeren Umfangs des Lagers 59. einem Teil der Unterseite der Abdeckplatte 16 und einem Teil der Seitenwandung der Zugangsöffnung 17 begrenzt. Fine Anzahl von Öffnungen 77. ate im Abstand um den Umfang des Lagers 59 angeordnet sind, verbindet die ringförmige Druckkammer 76 mit dem Innenraum des Lagers. Diese öffnungen weisen verengte Innenteile 78 auf

Wie am besten auf F i g. 3 und 4 ersichtlich ist, weist das Lager 59 eine Vielzahl, insbesondere 8. von Drucktaschen 79a, 796. 79c 79t/, 79e. 79f, 79g. 79h auf, die am hydrostatischen Lager 59 angeordnet sind und sich nach innen erweitern. Wie in F i g. 6 dargestellt ist. sind diese Drucktaschen konkav, wobei die Wandung 81 jeder Drucktasche eine nach innen gerichtete zylindrische Fläche bildet. Fs ist ersichtlich, daß jede Drucktasche 79;i bis 79Λ in ihrer Mitte liegend eine der Öffnungen 77, 78 aufweist. Die oberen und unteren '-.nd^n von zwei benachbarten Drucktaschen, z. B. die zwei Taschen 79b. 79c, sind durch Stirnwände 82 bzw. 83 geschlossen. Wie am besten aus Fig.6 ersichtlich ist, haben diese Stirnwände, wie anhand der Stirnwand 83 veranschaulicht ist. zylindrische Innenflächen, z. B. die Fläche 84, die koaxial z.ur Hülse 6b sind und im Abstand von ihrer Außenfläche 67 liegen. Dadurch werden als Niederdruckkanal dienende Zwischenräume, z. B. der Zwischenraum 85, geschaffen, die das Innere der Drucktasehen 79 mit der Außenseite des Lagers 59 an seinem oberen und unteren Ende verbinden.

Eine Querrippe 96 trennt die Tasche 796 von der Tasche 79c. Diese Rippe (s. Fig.3) ist im gleichen Abstand wie die Stirnwände 82,83 von der Außenfläche 67 der Hülse 66 angeordnet und schafft einen weiteren

Zwischenraum 87, der die Taschen 796, 79c in Umfangsrichtung miteinander Verbindet.

Die Enden der Querrippe 86 sind ausgespart, um Schlitze 88, 89 zu schaffen, die den Zwischenraum zwischen den Taschen 79b, 79c vergrößern (vgl. F i g. 4).

Zwischen den Taschen 79,?, 796 isl eine Querrinnc 91 vorgesehen, die sich von einem Ende zu dem anderen Ende des Lagers 59 erstreckt Diese Rinne ist an ihren äußersten Enden durch Gegenbohrungen 92, 93 vergrößert Eine Lippe 94 (s. F i g. 3 und 4) erstreckt sich in Querrichtung des Lagers zwischen der Tasche 790 und der Rinne 91. Diese Lippe ist im gleichen nach außen gerichteten Abstand wie die Stirnwände 82, 83 von der Außenfläche 67 der Hülse 66 angeordnet und bildet mit dieser einen weiteren Zwischenraum 95 (s. F i g. 3), der die Tasche 796 mit der Rinne 91 verbindet. Die Lippe 94 ist an ihren Enden ausgespart, um Schlitze 96 und 97 zu bilden, die den Zwischenraum 95 vergrößern.

Eine weitere Lippe 98. die der Lippe 94 ähnlich isl (s. F i g. 4 und 6), ist zwischen die Tasche 79c und eine weitere Rinne 99 geschaltet, die der Rinne 91 ähnlich ist und die Taschen 79cund 79c/trennt.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Taschen 796 und 79c ein Paar bilden, das sich zwischen den beiden Rinnen 91 und 99 befindet Ein ähnliches Paar Taschen 79dund 79e ist zwischen den Rinnen 99,101 gelegen. In der gleichen Weise ist ein ähnliches Paar Taschen 79/" und 79g den Rinnen 101, 102 zugeordnet Ebenso ist ein ähnliches Paar Taschen 79Λ und 79a auf die Rinnen 102, 91 bezogen.

Zwischen den Enden des Lagers 59 und des Lagerkörpers 61 einerseits und der Abdeckplatte 16 andererseits an der laufradabgewandten Seite ist eine ringförmige, flüssigkeitsaufnehmende Kammer 103 vorgesehen (s. F i g. 2 und 5). Eine Zwischenkammer 104 ist in dem Lagerkörper 61 zwischen den Stirnwänden 64 und 65 vorgesehen. Eine ringförmige Kammer 105 wird durch den laufradseitigen Teil des Lagerkörpers 61 zwischen der Stirnwand 65 und dem laufradseitigen Ίο Ende des Lagerkörpers geschaffen. Diese Kammer 105 bildet eine Saugkammer für das Hilfslaufrad 53. Das Hilfslaufrad 53 besitzt einen ringförmigen hinlaut iut>. der mit der Saugkammer 105 in Verbindung steht und Flüssigkeit dem Hilfslaufrad 53 zuführt. Leitschaufeln 107 (s. Fig. 2 und 4) sind am laufradseitigen Ende des hydrostatischen Lagers 59 angeordnet und dem Einlauf 106 des Hilfslaufrades 53 vorgeschaltet

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein ringförmiger Hilfslaufradausiaßraum 108 sich unmittelbar seitlich des Hauptlaufradauslaßraums 45 befindet und in direkter Verbindung mit diesem steht Die Grenze zwischen diesen Auslaßräumen ist unbestimmt, wie durch die Strömungspfeile in Fi g. 2 angedeutet ist Es findet eine gewisse Flüssigkeitsvermischung zwisehen den Auslaßräumen statt

Die Hilfslaufradseitenwand 56 besitzt ein einziges kleines durchgehendes Abflußloch 109 zum Ablassen der Flüssigkeit von der druckseitigen Fläche der Seitenwand, wenn die Pumpe stillgesetzt ist Ein weiteres kleines Abflußlorh 111 ist durch die druckseitige Seitenwand 39 des Laufrades 28 gebohrt, um den ringförmigen Einlauf 106 des Hilfslaufrades 53 zu entleeren.

Im Betrieb wird, nachdem die Pumpe angelassen worden ist, die Welle 25 in der Richtung des in F i g. 2 dargestellten Pfeiles in Bewegung gesetzt Flüssigkeit,

i. B. Wasser, wird von der Säugöffnung 13 in den Einlauf 43 des liauptlaufrades gefördert und infolge der Drehung des Laufrades 28 nach außen durch die Kanäle Zwischen den Laufradschaufelh 41 zu dem HauptlaufradaustiiQ 44 bewegt. Die Flüssigkeit wird aus dem Laufrad abgeführt und von dem Auslaßraiim 45 aufgenommen, von wo sie nach außen zwischen dcit Diffusorschaufel!! 46 in defl Innenraum 47 der Spirale 15 fließt Die Flüssigkeil fließt dann durch die Spirald zu der PumpcngchäuscaustriUsöffnung 14.

Wie durch die Strömungspfeile in Fig. 2 angedeutet ist. fließt eine gewisse Menge der aus dem Laufrad 28 ausströmenden Flüssigkeit aus dem Liufradauslaßraum 45 in den benachbarten Hilfslaufradausiaßraum 108. Von dort fließl die Flüssigkeit durch den kreisförmigen Spalt 75 in die Druckkammer 76. Aus der Kammer 76 strömt die Flüssigkeit durch die öffnungen 77, 78 in die Drucktaschen 79a und 79Λ des hydrostatischen Lagers.

Flüssigkeil entweicht aus den Drucklaschcn 79 durch die Zwischenräume 85 (s. F1 g. 2 und *>). Flüssigkeit kann durch den Zwischenraum 87 zwischen benachbarten Taschen eines Paares, 7. B. 796. 79c fließen (s. F i g. 3). Flüssigkeit kann aus den Taschen 79 in Umfangsrichtung durch die Zwischenräume 95 in die Rinnen, z. B. die Rinne 91, entweichen. Die Flüssigkeit, die aus den Taschen 79 über die Stirnwände fließt und die über die Querrippen in die Qiicrrinnen fließt, wird dem Hilfslai'frad 53 zugeführt; sie wird im wesentlichen wieder in Umlauf gebracht, wie durch die Strömungspfeile in F i g. 2,5.6 dargestellt ist

Flüssigkeit aus der Kammer 103 an dem laufradabgewandten Ende des Lagers fließt tu dem Hilfslaufrad 53, und zwar durch die Öffnungen 08, 69 in den Stirnwänden des Lagerkörpers 61 in die Hiifslaufradsaugkammcr 105 und von dort in den Einlauf 106 des Hilfslaufrades 53. Weitere Flüssigkeit fließt direkt in den Einlauf 106 des Hilfslaufrades 53 und wird aus diesem durch das Hilfslaufrad 53 hcrausgepumpt

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die aus dem Hilfslaufrad 53 ausströmende Flüssigkeit zu einem großen Teil wieder zu dem hydrostatischen Lager 59 zurückgeführt, wie durch die Strömungspfeile angedeii ici wird.

Die Art und Weise, wie das hydrostatische Lager 59 bewirkt, den Lagerkörper 61 in zentrierter Stellung zu halten, ist dem Fachmann vertraut, da hydrostatische Lager bekannt sind. Sollten der Lagerkörper 61 und die Welle 25 radial zu einer Seite des Lagers hin verschoben werden, steigt der Flüssigkeitsdruck in der Tasche oder in den Taschen 79 an dieser Seite, veil die Zwischenräume zwischen dem feststehenden und dem umlaufenden Lagerkörper verringert werden. Dadurch wird der Ausfluß von Flüssigkeit aus diesen Taschen 79 gedrosselt und der Druck erhöht Zur gleichen Zeit vermindert sich der Druck der Flüssigkeit in der diametral entgegengesetzten Tasche oder den diametral entgegengesetzten Taschen 79, und zwar infolge der Zunahme des Flüssigkeitsflusses durch den erweiterten Zwischenraum zwischen diesen Taschen 79 und dem umlaufenden Lagerkörper 61. Diese Änderungen des Flüssigkeitsdruckes wirken in einer Richtung, in der die Welle 25 in ihre zentrierte Stellung zurückgeführt wird. Jeder Abweichung der Welle 25 und des umlaufenden Lagerkörpers 61 von der zentrierten Stellung wird automatisch entgegengewirkt; die Welle 2i und der Lagerkörper 61 werden in ihre normalen zentrierten Stellungen zurückgebracht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 21 30 474

1. Zentrifugalpumpe mit einem Gehäuse, einem hierin angeordneten Laufrad und einem hydrostatischen Lager für das das Laufrad tragende Ende der Antriebswelle, das über einen mit der Förderseite des Laufrades in Verbindung stehenden Hochdruckkanal mit unter Druck stehendem Strömungsmittel beaufschlagt ist und von dem entspanntes Strömungsmittel bei seinen Stirnseiten über Niederdruckkanäle abgeführt wird, wobei der von der vom Laufrad abgelegenen Stirnseite ausgehende Niederdruckkanal einen durch das umlaufende Lagerteil durchgeführten Kanalabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der vorderen Stirnseite des hydrostatischen Lagers ausgehende Niederdruckkanal (85) und der von der hinteren Stirnseite des hydrostatischen Lagers ausgehende Niederdruckkanal (85,68, 104,69,105) in eine diesen gemeinst; -e Ansaugkammer (106) einer Hilfspump einrichtung einmünden: daß die Hilfsnumneinrichtung ein von dem Laufrad (28) getragenes Hilfslaufrad (53) aufweist, das Strömungsmittel im wesentlichen parallel zur Förderrichtung des Laufrades (28) von der mit beiden Niederdruckkanälen in Verbindung stehenden Ansaugkammer zurück /ur Förderseile des Laufrades lördert; und daß die Ansaugkammer (106) über eine Dichtungsanordnung (57, 71) gegen die Förderseite des Laufrades abgedichtet ist.

2. Zenlrfugalpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (28) und das Hilfslaufrad (53) als ein Teil ausgebildet sind.

3. Zentrifugalpumpe nach Anspruch 1 odnr 2, dadurch gekennzeichnet. daL das hydrostatische Lager (59) einen gehäusefesten Lagerkörper mit einer Druckkammer (76) aufweist, die durch einen radial verlaufenden Flansch (72, 73) zum Auslaßraum (45) der Pumpe hin begrenzt ist und mit dem letzteren über den als am Rand liegenden kreisför migen Spall (75) susgebildeten Hochdruckkanal in Verbindung steht: daß die Antriebswelle (25) einen umlaufenden Lagerkörper(61) trägt, welcher zusammen mit dem gehäusefesten Lagerkörper Druckta sehen (79a—79A.Jbegrenzt; und daß der umlaufende Lagerkörper eine zylindrische Hülse (66) und mit Öffnungen (68, 69) versehene Stirnwände (64, 65) aufweist und von entspanntem Strömungsmittel durchströmt wird.