DE2808586A1

DE2808586A1 - Doppeltwirkende hochgeschwindigkeits-kreiselpumpe

Info

Publication number: DE2808586A1
Application number: DE19782808586
Authority: DE
Inventors: Jun William Jerald Mabe
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-02-28
Publication date: 1978-11-09
Also published as: JPS53136705A; US4131386A; FR2389786A1; BR7802576A; NL7803732A; FR2389786B1; CA1079573A; JPS5750956B2

Description

Sundstrand Corporation. Rockford, Illinois, V.St.A.

Doppeltwirkende Hochgeschwindigkeits-Kreiselpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochgeschwindigkeits-Kreisel- oder -Zentrifugalpumpe, insbesondere eine Verbesserung des Aufbaus und der Befestigung eines Dichtungsrings in der Pumpe, um einen Austritt oder ein Lecken von Förderflüssigkeit und Rücklauf derselben zum Laufrad= einlaß zu verhindern. Dabei ist das laufrad auf einer im Gehäuse drehbar gelagerten Welle befestigt derart₉ daß bei umlaufender Welle Flüssigkeit durch einen Einlaß angesaugt und mit erhöhtem Druck durch einen Auslaß abgegeben wird. Der Laufradkörper definiert mit den Laufschaufeln und einem Deckband Strömungskanäle, durch die die Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß strömt. Erwünschterweise ist das Deckband einstückig mit dem laufrad ausge-

809845/0BS7

bildet, und der Dichtungsring ist im Gehäuse nahe bei dem Laufrad-Deckband angeordnet, um einen Rücklauf des Strömungsmittels zurück zum Einlaß zu verhindern.

Eine Kreiselpumpe der vorstehend erläuterten allgemeinen Art ist z. B. in der US-PS 3 817 653 angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer leistungsfähigeren Hochgeschwindigkeits-Kreiselpumpe der vorgenannten Art, bei der der Plussigkeitsrücklauf zwischen dem Laufradauslaß und dem Laufradeinlaß verringert wird. Dies soll durch Vorsehen einer neuen Anordnung zum Kleinhalten des Leckflüssigkeitsaustritts an gegenüberliegenden axialen Endflächen des Laufraddeckbands und des Dichtungsrings anstatt an benachbarten radialen Flächen des Deckbands und des Dichtungsrings erfolgen.

Insbesondere sind nach der Erfindung Mittel zum genauen Positionieren der gegenüberliegenden axialen Endflächen des Deckbands und des Dichtungsrings relativ zueinander vorgesehen, wodurch ein Metallkontakt zwischen diesen gegenüberliegenden Flächen vermieden und gleichzeitig die Leckflüssigkeitsmenge zwischen dem Laufradeinlaß und -auslaß kleingehalten wird.

Weiter sind Mittel vorgesehen zum wahlweisen Einstellen des axialen Abstands zwischen den axialen Dichtungswänden der Dichtungsringe, so daß das Laufrad zwischen diesen Dichtungswänden innerhalb extrem kleiner Toleranzen aufnehmbar ist.

Ferner sind Mittel zum Zentrieren des Laufrads in dem Raum zwischen den beiden Dichtungsringen vorgesehen,

809845/0657

2B08586

so daß der Abstand zwischen den Dichtungsflächen an jedem Ende des Laufrads und den "benachbarten Dichtungswänden jedes Dichtungsrings gleich ist; ferner sind die axialen Endflächen und die radial benachbarten Flächen des Deck-"bands und des Dichtungsrings in Kombination als primäre und sekundäre Mittel zum Verringern der Leckflüssigkeitsmenge zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Laufrads vorgesehen.

Durch die Erfindung wird also eine doppeltwirkende Hochgeschwindigkeits-Kreisel- oder -Zentrifugalpumpe angegeben, mit einem Laufrad, an dessen entgegengesetzten Seiten Deckbänder einstückig mit dem Laufrad ausgebildet sind. Das Laufrad ist mit einer in einer Kammer des Pumpengehäuses umlaufenden Welle verkeilt. Dichtungsringe sind in der Kammer befestigt, und in axiale Richtung weisende Dichtungsflächen und -wandungen sind in den Deckbändern bzw. den Dichtungsringen ausgebildet und tragen dazu bei, einen Leckflüssigkeitsaustritt vom Laufradauslaß und Rücklauf der Flüssigkeit zum Laufradeinlaß zu verhindern. Es sind Mittel zum Einstellen des axialen Abstands zwischen jeder Dichtungswand der beiden Deckbänder und der Mitte der Laufradkammer vorgesehene Ferner sind Mittel zum Festlegen des Laufrads in axialer Lage in der Laufradkammer vorgesehen;, wodurch die Dichtungsflächen in bezug auf die Dichtungswandungen genau positionierbar sind.

809845/0657

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung ist eine axiale Querschnittsansicht eines leils der doppeltwirkenden Hochgeschwindigkeits-Kreise!pumpe nach der Erfindung.

Eine Kreisel- oder Zentrifugalpumpe 10, insbesondere eine doppeltwirkende Hochdruck- und Hochgeschwindigkeitspumpe, umfaßt ein Gehäuse 11 mit einer darin gelagerten Welle 13, die durch geeignete Mittel (nicht gezeigt) getrieben wird. Auf der Welle in einer Kammer 14 im Gehäuse ist ein Laufrad 15 "befestigt, das einen Laufradkörper 16 mit im wesentlichen radial vorstehenden Laufschaufeln 17, die auf entgegengesetzten Seiten des Laufradkörpers einstückig ausgeführt sind, aufweist. Die Laufschaufeln auf entgegengesetzten Seiten des Laufradkörpers sind von Deckbändern

18 umgeben, die von dem Laufradkörper beabstandet und mit den Außenkanten der Laufschaufeln einstückig ausgeführt sind, so daß der Laufradkörper, die Laufschaufeln und die Deckbänder zusammen mit der Welle 13 umlaufen.

Um das Laufrad gegen eine Verschiebung in axialer Richtung auf den Keilnuten 12 zu halten, sind zwei Haltebuchsen

19 teleskopartig auf die Welle geschoben und liegen an entgegengesetzten Seiten des Laufradkörpers 16 an. Nur eine Haltebuchse 19 ist vollständig dargestellt; die linke Haltebuchse ist identisch ausgeführt und in gleicher Weise wie die rechte Haltebuchse auf der Welle gehalten. Die Haltebuchse 19 weist ein äußeres geflanschtes Ende 20 auf, das über ein Gewindesegment 21 der Welle 13 verläuft, und eine Mutter 23 ist auf das Gewindesegment 21 geschraubt und wirkt gegen das geflanschte Ende 20 der

809845/0657

Haltebuchse 19, wodurch diese in axialer Lage auf der Welle 13 atigestützt ist. Zwischen der Matter und dem Plansch ist eine Sicherungsscheibe 24 mit einer Umfangsnase 25 festgelegt; die Umfangsnase 25 sitzt in einer im Rand der Mutter ausgebildeten geeigneten axialen Kerbe 26. Eine entsprechende Umfangsnase 27 ist in der Sicherungsscheibe nahe deren Mittenöffnung ausgebildet und zwischen der Haltebuchse und der Sicherungsscheibe in die Haltebuchse eingeschoben, so daß die beiden Umfangsnasen 25 und 27 die Mutter an einem Verdrehen auf der Welle 13 hindern. Ein Gegenring 29 unterteilt die Haltebuchse in zwei Segmente und hat eine radiale Dichtfläche 30, an der eine geeignete Dichtung 31 anliegt, die speziell dazu ausgebildet ist, einen Flüssigkeitsaustritt längs der Haltebuchse und aus dem Gehäuse 11 während des Pumpbetriebs zu unterbinden.

Beim Betrieb der Pumpe 10 wird Flüssigkeit in die Laufradkammer 14 durch eine Ansaugöffnung 33 gesaugt und strömt in axialer Richtung längs der umlaufenden Welle 13 in die Ansaugöffnung 34 des Laufrads. Aus diesem Laufradeinlaß strömt die Flüssigkeit durch Kanäle 35, die durch den Laufradkörper 16, die Laufschaufeln 17 und das Deckband 18 definiert sind, und wird dabei beschleunigt; dann tritt die Flüssigkeit aus dem Laufrad in Austrittskanäle aus, die durch winkelmäßig beabstandete Spiraldiffusoren 36 und 37 definiert sind. Die in die Spiraldiffusoren eintretende Flüssigkeit hat einen wesentlich höheren Druck als die angesaugte Flüssigkeit, so daß die Gefahr besteht, daß die einen höheren Druck aufweisende Förderflüssigkeit längs der Außenseite des Deckbands 18 und zurück zur Ansaugöffnung 33 austritt. Selbstverständlich wird durch eine große Leckflüssigkeitsmenge die Pumpleistung stark verringert.

809845/0657

Um "bei der erläuterten doppeltwirkenden Pumpe den Flüssigkeitsstrom von dem Laufradaustritt zum -eintritt einzuschränken, sind in der Laufradkammer 14 Dichtungsringe befestigt, und zwar jeweils einer zwischen jedem Deckband 18 und dem Gehäuse 11, derart, daß das radiale Spiel zwischen den Deckbändern und den Dichtungsringen "begrenzt ist. Insbesondere sind die Dichtungsringe im Gehäuse gegen Verdrehen festgelegt, während die Deckbänder mit der Welle 13 umlaufen, und im vorliegenden Fall bestehen die Mittel zum drehfesten Sichern der Dichtungsringe aus Schrauben 40, die Umfangslippen 41 durchsetzen, die von den Austrittsenden der Dichtungsringe nach radial außen vorspringen. Die zwischen den Dichtungsringen und den Deckbändern strömende Flüssigkeitsmenge hängt von dem Druckunterschied der Flüssigkeit an der Laufradeintritts- und der -austrittsöffnung ab. Zum Teil aufgrund der Verwendung von Spiraldiffusoren kann jedoch ein Druckunterschied auf radial entgegengesetzten Seiten des Laufrads bestehen, so daß die umlaufende Welle und das Laufrad keine wahre kreisförmige Bahn beschreiben. Natürlich wirkt sich eine Abweichung von der wahren Kreisbahn auf die Menge des Flüssigkeitsaustritts zwischen den Dichtungsringen 39 und den Laufrad-Deckbändern 18 aus. Insbesondere kann eine solche Abweichung des Laufrads und der Welle von der Kreisumlaufbahn einen unerwünschten Verschleiß zwischen den Dichtungsringen und den Deckbändern hervorrufen, so daß das Ausmaß der Abweichung zwangsläufig den Mindestspielraum, der zwischen den Dichtungsringen und den Deckbändern vorgesehen sein kann, einschränkt im Vergleich zu dem Spielraum, der möglich wäre, wenn eine solche Abweichung nicht auftreten würde.

Nach der Erfindung sind die beiden Dichtungsringe 39 und das Laufrad 15 im Gehäuse 11 in solcher Weise befestigt,

809845/0657

daß das Spiel zwischen den "beiden Laufraddeckbändern und den Dichtungsringen unabhängig von der Abweichung der Welle 13 kleingehalten wird. Zu diesem Zweck sind Mittel zum genauen Positionieren von in axiale Richtung weisenden Dichtungsflächen 43 und Dichtungswandungen der Laufraddeckbänder bzw. Dichtungsringe vorgesehen. Es ist dabei möglich, den axialen Abstand zwischen den Dichtungswandungen der beiden Dichtungsringe selektiv einzustellen und das Laufrad und damit die Dichtungsflächen zwischen den Dichtungswandungen der Dichtungsringe selektiv axial zu positionieren. Aufgrund dieser neuen Anordnung sind die Spielräume zwischen den Dichtungsflächen und Dichtungswandungen der Laufraddeckbänder bzw. der Dichtungsringe genau so einstellbar, daß ein Plüssigkeitsaustritt von der Laufradauslaßöffnung zurück zur Laufradeinlaßöffnung kleingehalten wird, und zwar unabhängig von der Abweichung der Laufradwelle 13, wobei jedoch gleichzeitig eine Berührung zwischen den Metallflächen im Pail einer Wellenabweichung vermieden wird.

Jedes Laufraddeckband 18 umfaßt drei in axialer Richtung beabstandete Dichtungsflächen 43, wobei die nach axial außen weisende Dichtungsfläche mit 43a, die mittlere Dichtungsfläche mit 43b und die nach axial innen weisende Dichtungsfläche mit 43c bezeichnet sind. Diese drei Dichtungsflächen sind nicht nur axial voneinander beabstandet, sondern sie sind auch radial voneinander beabstandet, wobei sich eine sekundäre radiale Dichtungsfläche 45a zwischen den axialen Dichtungsflächen 43a und 43b und eine weitere, gleichartige radiale Dichtungsfläche 45b zwischen den axialen Dichtungsflächen 43b und 43c erstreckt. Wie die Zeichnung zeigt, ist die radiale Dichtungsfläche 45a nach radial innen von der

809845/0657

radialen Dichtungsfläche 45b beabstandet, und die beiden radialen Dichtungsflächen 45a und 45b sind in geeigneter Weise mit Nuten und Rippen ausgebildet, wodurch der Flüssigkeitsstrom längs diesen Flächen weiter vermindert wird und sich eine sekundäre Dichtungsfunktion ergibt. Gleichermaßen ist jeder Dichtungsring 39 so ausgebildet, daß er drei axial beabstandete Dichtungswände 44a, 44b und 44c aufweist, die durch sekundäre radiale Dichtungswände 46a und 46b voneinander getrennt sind. In der montierten Pumpe sind die Dichtungsflächen 43a, 43b und 43c ihren entsprechenden Dichtungswänden 44a, 44b und 44c zugeordnet.

Bei der Bearbeitung der axialen Dichtungsflächen 43 der Deckbänder 18 kann es geschehen, daß eine geringe Abweichung in bezug auf den axialen Abstand von der Mitte des Laufradkörpers 16 zu diesen Dichtungsflächen zwischen jeder Seite des Laufrads sowie zwischen einem Laufrad und dem nächsten auftritt, selbst wenn die axialen Abstände zwischen den Dichtungsflächen 43a, 43b und 43c für jede Laufradseite gleich sind. Um sicherzustellen, daß die Spielräume zwischen den Dichtungsflächen der Deckbänder 18 und den Dichtungswänden 44 der Dichtungsringe 39 so einstellbar sind, daß sie auf gegenüberliegenden Seiten des Laufradkörpers 16 gleich sind, ist der axiale Abstand zwischen den beiden Dichtungswänden 44 und der axiale Abstand zwischen jeder Dichtungswand und der Mitte der Laufradkammer 14 wahlweise verstellbar. Dies wird mittels Abstandsscheiben 47 erreicht, die zwischen den Dichtlippen 41 und dem Gehäuse 11 angeordnet sind. Aufgrund dieser Abstandsscheiben 47 ist der linke Dichtungsring axial im Gehäuse verstellbar, so daß jede Abweichung des axialen Abstands zwischen den Dich-

809845/0667

tungsflächen 43 auf der linken Seite des Laufrads und der axialen Mitte des Laufradkörpers ausgeglichen werden kann. In gleicher Weise sind die Abstandsscheiben 47 zwischen dem Dichtungsring auf der rechten Seite des Laufrads verstellbar, so daß der axiale Abstand zwischen den Dichtungswänden der beiden Dichtungsringe der erwünschte Abstand ist, der erforderlich ist, um die richtigen Spielräume mit den Dichtungsflächen 43 an entgegengesetzten Enden des Laufrads zu erzielen, wodurch die Leckflüssigkeitsmenge kleingehalten wird.

Um zu verhindern, daß sich das Laufrad 15 in der Laufradkammer 14 während des Betriebs der Pumpe 10 axial verschiebt, ist an einem Ende der Welle 13 eine Druckscheibe 49 gesichert. Dabei ist die Druckscheibe durch eine geeignete Keil-Zeilnutanordnung 50 drehfest auf der Welle festgelegt, und Segment-Drucklager 51 liegen an entgegengesetzten Seiten der Druckscheibe an, so daß die Welle beaufschlagende axiale Belastungen vom Gehäuse 11 aufgenommen werden, ohne daß eine axiale Verschiebung der Welle erfolgt. Die Druckscheibe ist axial auf der Welle durch eine ein Innengewinde aufweisende Endkappe 53 gesichert, deren Innenende 54 sich teleskopartig über die Welle erstreckt und an der äußeren radialen Fläche der Druckscheibe anliegt. Ein die Endkappe durchsetzender Gewindestift 55 liegt an einem kleineren₉ ein Gewinde aufweisenden Endabschnitt 56 der Welle an und hält die Endkappe gegen ein Verdrehen während des Betriebs der Pumpe.

Zum genauen Positionieren des Laufrads 15 in der Laufradkammer derart, daß die Spielräume zwischen den Dichtungsflächen 43 und den Wänden 44 an beiden Laufradenden die

809845/0657

-H-

gleichen sind, wird ein Abstandsring 57 zwischen der nach axial innen weisenden Fläche 59 der Druckscheibe und einer auf der Welle 13 ausgebildeten Schulter 60 festgelegt. Wenn das Segment-Drucklager genau im Gehäuse positioniert ist, dient der Abstandsring 57 als Mittel zum wahlweisen Verstellen des Abstands zwischen dem laufrad und der Druckscheibe 49, wodurch das laufrad zwischen den beiden Dichtungsringen 39 zentriert wird. Dadurch wird beim Betrieb der Pumpe eine Axialverschiebung der Dichtungsflächen 43 gegen die Dichtungswände 44 mit entsprechendem Verschleiß verhindert, und eine Abweichung der Welle 13 umfaßt nicht den Spielraum zwischen den axial einander zugewandten Dichtungsflächen und Dichtungswänden; letztere haben dadurch die Haupt-Dichtfunktion, indem sie einen Austritt der Druckflüssigkeit zwischen den Deckbändern und den Dichtungsringen zurück zum Laufradeinlaß verhindern.

809845/0657

Claims

Ansprüche

( 1.) Doppeltwirkende Hochgeschwindigkeits-Ereiselpumpe, mit einem Gehäuse, einer darin drehbar gelagerten Welle, einer im Gehäuse angeordneten Laufradkammer mit einem Einlaß und einem Auslaß, einem auf der Welle in der Kammer "befestigten Laufradkörper, einem ersten und einem zweiten Satz Laufschaufeln, die auf entgegengesetzten Seiten des Laufradkörpers befestigt sind und mit der Welle umlaufen zum Fördern von Flüssigkeit vom Einlaß, und einem ersten und einem zweiten Deckband, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Satz Laufschaufeln einstückig ausgeführt sind,

gekennzeichnet durch

erste Dichtungsflächen (43) an dem ersten Deckband (18) die in eine erste axiale Richtung weisen,

zweite Dichtungsflächen (43) an dem zweiten Deckband (18), die in die entgegengesetzte axiale Richtung weisen,

den Deckbändern (18) zugeordnete erste und zweite Dichtungsringe (39), die in der Laufradkammer (14) befestigt und gegen ein Umlaufen mit dem Laufrad (15) gehalten sind,

erste und zweite Dichtungswände (44) an den beiden Dichtungsringen (39), wobei diese Dichtungswände (44) den

572-(B 01153)-schö

809845/0657

ersten und zweiten Dichtungsflächen (43) zugewandt sind,

eine wenigstens einer Dichtungswand (44) zugeordnete Vorrichtung (47) zum genauen Einstellen des axialen Abstands zwischen den ersten und den zweiten Dichtungswänden (44), und

Verstellmittel (49, 50, 51), die zwischen der Welle (13) und dem Gehäuse (11) anbringbar sind zum genauen Pestlegen des Laufrads (15) in der Kammer (14) derart, daß der axiale Abstand zwischen den ersten Dichtungsflächen (43) und Dichtungswanden (44) gleich dem axialen Abstand zwischen den zweiten Dichtungsflächen (43) und Dichtungswänden (44) ist, wodurch ein Flüssigkeitsaustritt aus dem Auslaß zurück zum Einlaß infolge des Strömens zwischen den Dichtungsflächen (43) und den Dichtungswänden (44) im wesentlichen verhinderbar ist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Dichtungsflächen (43) radial verlaufende zweite Dichtungsflächen (45) aufweisen, daß jedes Deckband (18) eine mit der Welle (13) konzentrische Fläche, die in axialer Richtung zwischen der ersten und der radial verlaufenden zweiten Fläche (45) verläuft, aufweist, und daß die Dichtungswände jedes Dichtungsrings (39) eine erste und eine zweite, in axialer Richtung beabstandete Dichtungswand (44), die den ersten und zweiten Dichtungsflächen (43) zugeordnet sind, umfassen, wobei in jedem Dichtungsring (39) eine axial verlaufende Wand ausgebildet und nach radial außen von der axial verlaufenden Fläche beabstandet ist.

809845/0657
3. Kreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axial verlaufenden Flächen an dem ersten und dem zweiten Deckband (18) eine Reihe von in axialer Richtung beabstandeten konzentrischen Rippen und Ivuten aufweisen.
4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Dichtungswänden (4-4) zugeordnete Vorrichtung Abstandsscheiben (47) umfaßt, die einem der Dichtungsringe (5S) zugeordnet sind.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Welle (13) und dem Gehäuse (11) einschaltbaren Verstellmittel umfassen: eine auf der Welle (13) festgelegte und von dem Laufrad (15) axial beabstandete Druckscheibe (49), im Gehäuse (11) befestigte Lager (51), die mit der Druckscheibe (49) in Anlage bringbar sind, um eine Axialverschiebung der Welle (13) im Gehäuse (11) zu verhindern, und Mittel (57, 60) zum wahlweisen Einstellen des Abstands zwischen der Druckscheibe (49) und dem Laufrad (15) zum Zentrieren des Iiäufrads (15) in dem Raum zwischen den ersten und zweiten Dichtungswänden (44)»
6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum wahlweisen Einstellen des Abstands zwischen der Druckscheibe (49) und dem Laufrad (15) umfassen: eine in axialer Richtung an der Welle (t3) befestigte Schulter (60), die von der Druckscheibe (49)

809845/0657

"beanstandet ist, zwischen dem laufrad (15) und der Druckscheibe (49) sowie ein Äbstandsglied (57), das auf der Welle (13) zwischen der Schulter (60) und der Druckscheibe (49) befestigbar ist zum Einstellen des axialen Abstands zwischen der Druckscheibe (49) und dem Laufrad (15).

809845/0657