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Mehrstufige Hochdruckkesselspeisepumpe für hohe Drehzahl Vorliegende
Erfindung bezieht sich auf schnell laufende Hochdruckkesselspeisepumpen, die eine
zum Ansaugen der Betriebsflüssigkeit notwendige, mit geringerer Drehzahl als die
Hauptpumpe umlaufende Zubringerpumpe besitzt. Derartige Pumpen, wie sie heute bei
neuzeitlichen Hochdruckkesselanlagen weitgehende Verwendung finden, machen es bei
dem Übergang auf immer größere Förderhöhen der Kreiselpumpen sowohl mit Rücksicht
auf die Abmessungen und Preise wie auch bei Verwendung des meist vorgesehenen Dampfturbinenantriebes
notwendig, mit wesentlich höheren Drehzahlen (ioooo bis 20000 Umdr./min) zu arbeiten,
als dies früher üblich war. Durch diese Maßnahme können die heute geforderten Drücke
mit einer einzigen oder höchstens einigen wenigen Pumpenstufen erreicht "werden.
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Nun .sind aber solche Hochdruckpumpen infolge ihrer hohen Drehzahl
`nicht in der Lage, die Förderflüssigkeit selbst anzusaugen, und man pflegt daher
besondere Zubringerpumpen anzuordnen, die der Hauptpumpe die Betriebsflüssigkeit
mit entsprechendem überdruck zuführen und so das Auftreten von Kavitation bzw. das
Abreißen der Hauptpumpe sicher ausschließen. Unerläßlich ist die Anordnung einer
derartigen Zubringerpumpe bei schnell laufenden Hochdruckkesselspeisepumpen, bei
denen stark vorgewärmtes Wasser zu fördern ist. Die Drehzahl der Zubringerpumpe
muß aus diesen Gründen wesentlich tiefer liegen.
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Bei den bisher üblichen Anordnungen war es notwendig, eine solche
Zubringerpumpe entweder durch eine getrennte eigene Antriebsmaschine oder zumindest
über ein besonderes Zahnradgetriebe .mit entsprechender Untersetzung der Hauptpumpendrehzahl
anzutreiben. Es wären also zwei Antriebsmaschinen oder günstigenfalls ein besonderes
Rädergetriebe mit den unvermeidlichen Umständen im Aufbau und Betrieb der Anlage
erforderlich.
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Viel einfacher gestaltet sich die ganze Anlage, wenn gemäß der vorliegenden
Erfindung der Antrieb der Zubringerpumpe von der Hauptpumpe aus über ein Flüssigkeitsgetriebe
reitentsprechender Drehzahluntersetzung erfolgt. Ein solches hydraulisches Getriebe,
am besten als Strömungsgetriebe nach dem sog. Föttingerprinzip ausgeführt, kann
bei den vorhandenen Drehzahlen außerordentlich klein und einfach ausgeführt werden.
So würde, um ein Beispiel zu nennen, der Getriebedurchmesser für eine Speise. pumpe
von 5oo PS Leistung, die mit einer
Drehzahl von aooooUmdr./min umläuft,
nur etwa i oo mm 0 und eine Baulänge von etwa 6o mm betragen.
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Es ist eine Anordnung bekannt, bei welcher ebenfalls zur Drehzahlminderung
ein . Flüssigkeitsgetriebe vorgesehen ist. Dort handelt es sich jedoch darum, mehrere
Pumpen gemeinsam anzutreiben, von denen mindestens eine mit geringerer Drehzahl
laufen soll. Diese Drehzahlherabsetzung muß dort deshalb herbeigeführt werden, weil
mit dieser Pumpe .eine große Fördermenge bei geringer Förderhöhe erzielt werden
soll. Diese langsam laufende Pumpe der bekannten Anlage hat aber den größten Anteil
an der Gesamtantriebsleistung. In einem solchen Fall ist es nach neuerer Überlegung
vorteilhafter, ein Zahnradgetriebe zur Drehzahlminderung zwischenzuschalten, weil
dessen Wirkungsgrad etwa io% höher liegt als die eines FlüssigkeitsgetrIeb:es.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, da:ß es bei dem geringen
Leistungsanteil der Zubringerpumpe im Vergleich zu dem der rasch laufenden Hauptpumpe
unbedenklich ist, für den Antrieb der Zubringerpumpe ein Untersetzungsgetriebe zu
wählen, dessen Wirkungsgrad nur gering ist; denn der Gesamtwirkungsgrad wird dadurch
praktisch ummerklich beeinflußt. Die Hauptpumpe wird hingegen mit bestem Wirkungsgrad,
nämlich unmittelbar, von der rasch laufenden Antriebsmaschine getrieben.
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Auf. Grund dieser Erkenntnis ist es aber weiterhin möglich, die Schaufelung
des hydraulischen Zwischengetriebes in der denkbar einfachsten Form zu gestalten
und diese hydraulische Übertragung zwischen Haupt-und Zubringerpumpe nicht nur klein
und einfach, sondern auch äußerst billig auszuführen.
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Die Erfindung besteht also darin, daß die Zubringerpumpe in an sich
bekannter Weise über eine hydraulische übertragungsanordnung nach dem Föttingerprinzip
(Strömungskupplung oder -getriebe) angetrieben wird, wobei Hauptmenge, Übertragungsanordnung
und Zubringerpumpe derart zu einer Einheit zusammengeschlossen sind, daß die Zubringerpumpe
eine langsamer umlaufende Vorstufe: der Hauptpumpe bildet und die hydraulische Übertragungsanordnung
von der Förderflüssigkeit der Pumpe durchflossen wird. Das hydraulische Zwischengetriebe
mit der Förderflüssigkeit selbst zu betreiben, indem diese Flüssigkeit ganz oder
teilweise durch das Getriebe geführt wird, .ergibt eine weitere Vereinfachung und
Vereinheitlichung der Anlage und hat zudem noch den Vorteil., daß die gesamte Verlustwärme
der hydraulischen Übertragung bei Kesselspeisepumpen dem vorzuwärmenden Speisewasser
zugeführt und somit restlos ausgenutzt wird.
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Man kann nun gemäß der Erfindung noch einen Schritt weitergehen und
die bisher erforderlichen beiden getrennten Pumpen, die in getrennten Gehäusen untergebracht
werden mußten, in einem einzigen Gehäuse vereinigen, wodurch Platzersparnis, Vereinfachung
und Verbilligung der Anlage erreicht wird. Man hat also nunmehr nur noch eine einzige
Pumpe, welche die Vorteile der modernen Hochdruckpumpen mit hoher Drehzahl besitzt
und zugleich Zulaufverhältnisse ebenso wie bei den bisherigen besonderen Zubringerpumpen
aufweist. Selbstverständlich entspricht die Stufenzahl der der bisherigen Zubringerpumpe
und Hauptpumpe.
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Das hydraulische Übersetzungsgetriebe wird jeweils in dem betreffenden
Anwendungsfall mit seiner Schaufelung für die notwendige Untersetzung zwischen Hauptpumpe
und Zubringerpumpe, beispielsweise i : q. bis i : 5, ausgelegt.
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Wählt man als hydraulische Übertragung ein Strömungsgetriebe, d. h.
ein aus Kreiselpumpe und Turbine bestehendes Flüssigkeitsgetriebe, so arbeitet dieses,
da es zwischen Strömungsmaschinen (Pumpen) angeordnet ist, stets in seinem Konstruktionspunkt,
d. h. also dauernd in einem günstigen Betriebszustand.
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In manchen Fällen, bei welchen die Leistung der Zubringerpumpe besonders
gering ist und ein größerer Wirkungsgradverlust in Kauf genommen werden kann, kann
es zweckmäßig sein, an Stelle des erwähnten hydraulischen - Getriebes eine einfache
hydraulische Schlupfkupplung zu verwenden. Bei diesen Schlupfkupplungen wird die
Herabsetzung der Drehzahl nicht durch einen Untersetzungsvorgang mit gleichzeitiger
Drehmomentübersetzung erzielt, sondern lediglich durch das Zurückbleiben (Schlüpfen)
der Abtriebsseite gegenüber der Antriebsseite. Die Kupplung kann nach der Art der
bekannten Strömungskupplung mit radialen oder anders geformten Schaufeln ausgebildet
sein oder noch einfacher aus gegenüberstehenden Rippen bestehen, von denen die eine
Reihe mit der Drehzahl -des Hochdruckteiles, die andere mit der Drehzahl des Zubringerteiles
unter entsprechendem Kupplungsschlupf umläuft. Gegebenenfalls ist es möglich, die
eine Rippenreihe unmittelbar an der Außenseite des Radbodens eines der Pumpenräder
anzubringen. Selbstverständlich ist auch die Anbringung mehrerer Rippenreihen am
treibenden und getriebenen Teil der Kupplung möglich.
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Die Abb. i bis q. zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar
ist in Abb. i das Flüssigkeitsgetriebe - in diesem Fall als
Drehmomentwandlergetriebe
gezeichnet-, für sich allein im besonderen Gehäuse zwischen dem von der Antriebsmaschine
a angetriebenen Hochdruckpumpenteil 3 der Anlag und dem Zubringerpumpenteil 4 ärigß=
ordnet. Die von der Pumpe 4 geförderte Flüssigkeit gelangt über Leitung 5 in die
Hochdruckpumpe 3. Die zur Füllung des Flüssigkeitsgetriebes notwendige Bietriebsflüssigkeit
wird diesem durch die Leitung 6 von der Druckseite der Zubringerpumpe zugeführt.
Die aus den Spalten des Getriebes austretende Flüssigkeit läuft durch die Leitung
7 in den Saugraum der Zubringerpumpe.
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Die Abb. z zeigt gleichfalls in einem vereinfachten Schnittbild eine
Anordnung, bei der der Hochdruckpumpenteil, das Flüssigkeitsgetriebe und die Vorpumpe
in einem einzigen Gehäuse zusammengefaßt sind. Selbstverständlich können die verschiedenartigen
Anordnungen der Pumpen und der einzelnen Pumpenstufen im Rahmen des vorliegenden
Erfindungsgedankens .vorgesehen werden. So kann beispielsweise auch bei einer Bauart
zweckmäßigerweise die Saugseite einer der Pumpen oder beider Pumpen nach der anderen
Seite, als dies in Abb. a dargestellt ist, verlegt werden. So legt man vielfach
auch die letzte Druckstufe einer Hochdruckpumpe in die Mitte der übrigen Stufen,
wodurch Vorteile hinsichtlich der Abdichtung erzielt werden. In Abb. a bedeutet
8 die Welle der vereinigten Hochdruckpumpe, 9 die Laufrüder des Hochdruckteils.
Das Zubringerpumpenrad io sitzt auf einer besonderen Hohlwelle i i, die den Turbinenteil
12 des Flüssigkeitsgetriebes, welches in dem hier gezeigten Beispiel als hydraulische
Schlupfkupplung ausgebildet ist, trägt, während dessen Pumpe 13 mit der Welle 8
der Hochdruckpumpe verbunden ist. Die Versorgung des Flüssigkeitsgetriebeteils mit
Betriebsflüssigkeit erfolgt durch den zwischen der Hohlwelle i i und der Pumpenwelle
8 gebildeten ringförmigen Spalt von der Druckseite der Zubringerpumpe aus und wird
durch einen vom Gehäuseteil 14 und der Hohlwelle i i gebildeten Ringspalt in den
Saugraum der Zubringerpumpe wieder zurückgef ührt.
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Die Abb.3 zeigt eine Pumpenanordnung gleichfalls in einem einzigen
Gehäuse untergebracht, bei welcher das Flüssigkeitsgetriehe als Kupplung in denkbar
einfachster Form ausgebildet ist. Ein Schnitt durch diese Kupplung zeigt die Abb.
4. Auf 'der Welle 15 der vereinigten Hochdruckpumpe sitzt ein mit radialeh Rippen
versehenes Rad 16, um welches eine gleichfalls mit radialen Rippen versehene und
an der Außenseite des Radbodens der Zubringerpumpe angebrachte Trommel 17 konzentrisch
angeordnet ist. Die Versorgung der Kupplung mit Betriebsflüssigkeit erfolgt hier
in gleicher Weise wie in der Abb. z aus dem Druckraum der Zubringerpumpe. In dem
Radbodein des Zubringerpumpenrades sind kleine Bohrungen 18 angebracht, die das
Getriebe und den Saugraum der Zubringerpum.p.e verbinden.