DE60026490T2 - Hochdruckkreiselpumpe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hochdruckmaschine, und zwar eine Pumpe für Flüssigkeiten oder einen Kompressor für das Erlangen des Transports eines Mediums unter hohem Druck, wie in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 spezifiziert ist. Solch eine Pumpe oder ein Kompressor ist aus z.B. CH-A-93071 oder DE-A-2115330 bekannt.
• Das Folgende bezieht sich auf Pumpen für Flüssigkeiten, aber die Erfindung ist auch in Maschinen für den Transport von gasförmigen Medien anwendbar.
• Beim Pumpen von Flüssigkeiten auf hohe Ebenen, wobei folglich ein hoher Druck erforderlich ist, ist eine Pumpe vom zentrifugalen Typ vorzuziehen. Eine solche Pumpe umfasst ein Pumpenflügelrad auf einer Drehwelle, wobei das Flügelrad mit einer Nabe und einer kreisförmigen Scheibe konstruiert ist, die mit einer oder mehreren Flügelradschaufeln versehen ist. Die Flüssigkeit tritt in einer axialen Richtung in der Mitte ein und verlässt das Flügelrad am Umfang. Ein das Flügelrad umgebendes Pumpengehäuse wandelt die kinetische Energie in Druckenergie, die den Transport auf eine höhere Ebene erlangt.
• Bei höheren Höhen es ist üblich, Pumpen mit hohen Rotationsgeschwindigkeiten und relativ kleinen Durchmessern zu verwenden. Es ist auch möglich, eine Anzahl von Pumpen in Reihe zu schalten, indem der Auslass einer ersten Stufe mit dem Einlass in einer zweiten Stufe usw. verbunden ist. Ein Beispiel ist in EP-A-355781 gezeigt, wo fünf Stufen in Reihe verbunden sind.
• Wenn ein bestimmter Operationspunkt mit einer gewissen Rotationsgeschwindigkeit gewählt wird, kann es von Vorteil sein, mehrere Stufen zu verwenden, da die Pumpenflügelräder mit Rotationsgeschwindigkeiten laufen können, die bezüglich der Effizienz überlegen sind. Diese Zunahme an Effizienz hängt hauptsächlich mit der Tatsache zusammen, dass die Reibungsverluste an den Rückseiten der Flügelradnaben als Teil der totalen Verluste abnehmen. Andererseits kommen die Verbindungsverluste zwischen den Stufen hinzu. Ein Nachteil besteht ferner auch darin, dass die relativ komplizierte Konstruktion bedeutet, dass die Wartung und die Instandhaltung verkompliziert werden und außerdem lange Wellen erhöhte mechanische Belastung bewirken.
• Eine andere Art zum Erlangen von hohen Pumphöhen besteht darin, zwei identische Druckstufen in Reihe zu schalten, wie in US-A-958 765 und DE-353 698 gezeigt wird. Die Pumpenflügelräder sind hier spiegelverkehrt angeordnet, aber haben in anderer Hinsicht herkömmliche Konstruktionen. US-A-2 136 939 offenbart eine Pumpe mit zwei Druckstufen mit einer gemeinsamen Nabenscheibe, wodurch eine Reduzierung der Scheibenverluste erreicht wird. Diese und die zuvor erwähnte Lösung haben gemeinsam, dass das Prinzip nur zwei Druckstufen zulässt, was nicht immer ausreicht, um die erwünschte Pumphöhe zu erreichen.
• Der Zweck der Erfindung ist folglich das Erlangen einer Pumpe oder eines Kompressors mit mehr als zwei Druckstufen mit einer sehr hohen Effizienz, die dank der Tatsache entsteht, dass die Scheibenverluste minimiert werden. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktion sehr kompakt und leicht zu montieren ist und dass eine Anpassung hinsichtlich axialer Kraft und Dichtungsdruck möglich ist.
• Die Erfindung ist untenstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen offenbart. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Pumpe gemäß der Erfindung, während 2 den Schnitt gemäß 1 zeigt, der in eine Ansicht einer tauchfähi gen Pumpe eingefügt ist.
• In den Zeichnungen steht 1 für eine Drehwelle, 2 für eine Pumpenflügelradnabe mit einer Scheibe 3, 4, 5, 6 und 7 stehen für Flügelradschaufeln, 8 und 9 für Abdeckscheiben und 10 für einen Teil eines Pumpengehäuses, das die Wände 11 und 12 umfasst, die dem Flügelrad gegenüberliegen. 13, 14, 15, 16 und 17 symbolisieren Dichtungen und 18, 19, 20 21 stehen für Einlässe zu den Druckstufen. 22, 23, 24 und 25 stehen für Diffusoren in den Pumpenstufen. 26, 27 und 28 stehen für Durchflussleitungen, 29 und 30 für Einlass bzw. Auslass für die Pumpe und 31 schließlich für eine Motoreinheit.
• Gemäß der Erfindung weist die Hochdruckpumpe ein Pumpengehäuse 10 auf, in dem eine Drehnabe 2 mit einer verbundenen Scheibe 3 angeordnet ist. Die Scheibe 3 ist auf jeder Seite mit Schaufeln 5 bzw. 6 versehen, wobei jede Gruppe von Schaufeln mit einer Abdeckscheibe 8 bzw. 9 versehen ist und ein doppelseitiges geschlossenes Pumpenflügelrad schafft. Die Abdeckscheiben 8 und 9 sind auf ihren jeweils entgegengesetzten Seiten mit zusätzlichen Schaufeln versehen, die zusammen mit den Pumpengehäusewänden 11 bzw. 12 ein weiteres doppelseitiges Pumpenflügelrad bilden. Auf diese Weise wird ein vierstufiges Pumpenflügelrad mit zwei geschlossenen und zwei offenen Kanälen geschaffen.
• Die Pumpe arbeitet folgendermaßen: Die Flüssigkeit wird durch den Einlass 29 eingesaugt und fließt zum Einlass 18 der ersten Druckstufe. Diese Stufe wird von den Schaufeln 4, der Abdeckscheibe 8 und der Pumpengehäusewand 11 gebildet. Eine Durchflussleitung 26 geht von dem Diffusor 22 der ersten Druckstufe zum Einlass 19 einer zweiten Druckstufe, wobei die zweite Stufe von den Schaufeln 5, der Unterseite der Nabenscheibe 3 und der Abdeckscheibe 8 gebildet wird. Eine zweite Durchflussleitung 27 geht vom Diffusor 23 der zweiten Druckstufe zum Einlass 20 einer dritten Druckstufe, wobei die dritte Stufe von den Schaufeln 6, der Oberseite der Nabenscheibe 3 und der Abdeckscheibe 9 gebildet wird. Eine dritte Durchflussleitung 28 geht vom Diffusor 24 der dritten Druckstufe zum Einlass 21 einer vierten Druckstufe, wobei die vierte Stufe von den Flügeln 7, der Abdeckscheibe 9 und der Pumpengehäusewand 12 gebildet wird. Zuletzt verlässt die Flüssigkeit die Pumpe über den Diffusor 25 der vierten Druckstufe durch den Auslass 30.
• Die Pumpe gemäß der Erfindung schafft im Vergleich zu herkömmlichen Hochdruckpumpen mit einer oder mehreren Druckstufen eine Anzahl von Vorteilen.
• Die Effizienz ist dank der Tatsache, dass mehrere Druckstufen eine günstigere spezifische Rotationsgeschwindigkeit bewirken und dass die Scheibenverluste beträchtlich reduziert werden, sehr hoch.
• Die Montage der Pumpe ist im Vergleich zu der Montage von herkömmlichen Mehrstufenpumpen viel einfacher. Außerdem bedeutet die Verkleinerung der sehr kompakten Pumpe dank der symmetrischen Konstruktion Möglichkeiten zur Reduzierung sowohl von axialen Kräften als auch von dem Dichtungsdruck.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wurde die Wichtigkeit der Minimierung des Druckunterschieds zwischen zwei benachbarten Druckstufen betont. Wenn es wichtiger ist, die axialen Kräfte zu reduzieren, mag eine andere Reihenfolge der Stufen vorzuziehen sein. Der Anwendungsbereich der Erfindung umfasst auch eine Ausführungsform, in der alle Kanäle im Flügelrad geschlossen sind.
• Wie obenstehend erwähnt, ist die Erfindung nicht auf Pumpen für Flüssigkeiten beschränkt, sondern ist es auch möglich, sie für die Ausübung von Druck auf gasförmige Medien anzuwenden.
• Innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung besteht auch eine Möglichkeit, die Anzahl von Druckstufen zu erhöhen, indem die äußeren Schaufeln 4 und 7 mit Abdeckscheiben versehen werden. Die Scheiben können ihrerseits mit zusätzlichen Schaufeln versehen werden, die in Verbindung mit zusätzlichen Pumpengehäusewänden usw. zusätzliche Druckstufen bilden, wobei die verschiedenen Druckstufen über einzelne oder mehrfache Durchflussleitungen verbunden sind.

Claims (1)

1. Pumpe oder Kompressor von einem zentrifugalen Typ zur Schaffung von hohem Druck, aufweisend eine Drehwelle (1), einen mit der Welle (1) verbundenen Motor (31), ein mit der Welle (1) verbundenes und von einem Gehäuse (10) umgebenes Flügelrad, wobei das Flügelrad eine mit einer Nabe (2) verbundene kreisförmige Scheibe (3), einen ersten Satz von zwei oder mehr an jeder Seite der kreisförmigen Scheibe (3) vorgesehenen Schaufeln (5, 6), an den Rändern des ersten Schaufelsatzes (5, 6) vorgesehene Abdeckscheiben (8, 9); und einen zweiten Satz von an den nach außen gerichteten Seiten der Abdeckscheiben vorgesehenen zwei oder mehr Schaufeln (4, 7) aufweist, wobei zwei Druckstufen von dem ersten Schaufelsatz (5, 6), jeder Seite der kreisförmigen Scheibe und den Abdeckscheiben (8, 9) gebildet werden und zusätzliche zwei Druckstufen von dem zweiten Schaufelsatz (4, 7), den Abdeckscheiben (8, 9) und einem Satz von Pumpengehäusewänden, die dem zweiten Schaufelsatz (4, 7) benachbart sind, gebildet werden, mit einer einzelnen oder mehreren Durchflussleitungen (26, 27, 28), die zwischen einem Auslass (22) einer ersten Druckstufe und einem Einlass (19) einer zweiten Druckstufe, zwischen einem Auslass (23) der zweiten Druckstufe und einem Einlass (20) einer dritten Druckstufe und zwischen einem Auslass (24) der dritten Druckstufe und einem Einlass (21) der vierten Druckstufe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine letzte Druckstufe, die einen höchsten Ausgabedruck hat, näher an dem Motor (31) angeordnet ist als jede beliebige andere Druckstufe und mit einem Auslass (30) verbunden ist, der sich auf der gleichen Seite der Pumpe oder des Kompressors befindet wie ein Einlass (29) und in die gleiche Richtung zeigt wie der Einlass (29).