DE69216224T2

DE69216224T2 - Sandschutz

Info

Publication number: DE69216224T2
Application number: DE69216224T
Authority: DE
Inventors: Joseph Dunford
Original assignee: Enviroseal Engineering Products Ltd
Current assignee: Enviroseal Engineering Products Ltd
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: AU657521B2; CA2106861C; WO1992017720A1; DE69216224D1; CA2106861A1; AU1428992A; US5167418A; EP0579629A1; EP0579629B1

Description

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche zum Schutz eines abgedichteten Hohlraumes einer rotierenden Fluideinrichtung gegen (gesundheits) schädliche Effekte von Grit bzw. Schleifabrieb und anderen Kontaminanten in dem Fluid nützlich ist.

Hintergrund der Erfindung

Rotierende Fluideinrichtungen, wie z.B. Zentrifugalpumpen, umfassen üblicherweise ein rotierendes Betriebselement, wie ein Flügelrad bzw. Laufrad, welches von einer Antriebsmaschine wie einem elektrischen Motor angetrieben wird. Eine Drehwelle verbindet die Antriebsmaschine mit dem Betriebselement. Gewöhnlich ist das Betriebselement in dessen eigenem Gehäuse eingeschlossen bzw. enthalten, mit einem Einlaß und einem Auslaß für das Fluid, welches bewegt wird, wobei die Welle durch die Rückseite des Gehäuses hindurchtritt. Die Welle kann durch Lager gestützt werden und üblicherweise sind Dichtungen vorgesehen, die mit der Welle eingreifen, um das Fluid, welches in das Gehäuse eintritt, davon abzuhalten, die Antriebsmaschine zu erreichen. Die Dichtungen, Welle und das Dichtungsgehäuse definieren einen abgedichteten Hohlraum bzw. Dichtungshohlraum, welcher sich in Richtung auf das Gehäuse öffnet, welches das Betriebselement enthält.
Während des Betriebes der rotierenden Flüssigkeitseinrichtung kann partikelförmiges Kontaminantenmaterial, das in die Einrichtung durch das sich bewegende Fluid getragen wird, oder von den angrenzenden bzw. benachbarten Oberflächen des Gehäuses oder des Laufrades abgetragen, bzw. erodiert wird, in den abgedichteten Hohlraum eintreten und die Welle und/oder die Dichtungen beschädigen, wenn nicht irgendeine Art eines Schutzes an dem Eingang zu dem abgedichteten Hohlraum bzw. Dichtungshohlraum angeordnet ist.
Es gab natürlich in der Vergangenheit einige Versuche den Dichtungshohlraum zu schützen. Die meisten dieser Versuche haben das Anbringen einer Platte oder eines anderen Elements an der Welle an dem Eingang zu dem Dichtungshohkaum einbezogen, um bei dem Entfernen von Luft zu helfen (U.S. Patent Nr.3,070,028), oder um ein Fluid davon abzuhalten, in den Dichtungshohlraum einzutreten, wenn die Einrichtung anhält (U.K. Patent Nr. 212,879). Andere Versuche umfassen labyrinthartige Dichtungen, welche Elemente auf der Welle und dem Wellengehäuse nutzen, welche parallelgeschaltet bzw. interdigitiert sind, um die Erschwernis für Kontaminanten in den Dichtungshohlraum zu gelangen zu erhöhen (U.S. Patente 2,834,618; 2,874,982; 4,185,838; und 4,335,886).
Das U.S. Patent Nr.4,872,690, welches auf den Patentinhaber übertragen wurde und welches den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, beschreibt eine Einrichtung, welche beim Vermindern der Kontaminantenkonzentration in dem abgedichteten Hohlraum erfolgreich ist. Jedoch benötigt diese zur Installation eine komplizierte Bearbeitung und erfordert eine Hochgeschwindigkeitsquelle, wie ein rotierendes Flügel- bzw. Laufrad, welches sehr nah daran ist, für einen erfolgreichen Betrieb. Der Betrieb der Einrichtung hat eine deutliche Verminderung des Hohlraumdruckes zur Folge. Der verminderte Druck saugt bzw. zieht einen sehr großen Fluß von kontaminiertern Fluid von hinter dem Laufrad in die Einrichtung. Bei dem Anziehen eines großen Flusses in die Einrichtung tritt eine große Abnutzung an der Welle und den Bestandteilen der Einrichtung auf. Zusätzlich verhindert der verminderte Hohlraumdruck und die sehr hohe Austauschrate von Fluid in die Einrichtung und den abgedichteten Hohlraum dessen Verwendung in Anwendungen, bei welchen das Pumpenfluid bei oder gerade nahe dessen Verdampfungspunkt ist. Der hohe Fluidaustausch und die Druckverminderung kann ein Schmelzen bzw. Verdampfen des Produkts zu Dampf an den Dichtoberflächen zur Folge haben, wodurch die Dichtung zerstört wird. Das Erfordernis einer Hochgeschwindigkeitsquelle verhindert die Verwendung der '690 Erfindung in bestimmten Pumpenarten für geringe Geschwindigkeiten, welche progressive bzw. fortschreitende Hohlraumpumpen, Schraubenpumpen und Getriebepumpen umfassen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine Auslaßanordnung welche den Austausch von Fluid in und aus dem Bereich der Dichtung steuert bzw. regelt und vermindert, während partikelförmiges Kontaminantenmaterial wirksam von dem Bereich der Dichtung aus- bzw. abgestoßen wird. Deshalb sind die axialen Ströme bzw. Flüsse sehr viel geringer als bei den vorhergehenden Einrichtungen. Dieses wiederum vermindert die Menge von Gries bzw. Grit, der in den Dichtbereich durch den zurückkehrenden Fluß zwischen der Einrichtung und der Welle gezogen wird. Die Steuer- bzw. Regelflußbauart des Auslasses führt zu einer erheblich geringeren Druckverminderung in dem abgedichteten Hohlraum, wodurch der Einsatz bei Anwendungen ermöglicht wird, wo das Fluid nahe dem Verdampfungspunkt ist.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Schutz für einen abgedichteten Hohlraum bzw. Dichthohlraum zur Verwendung bei einer rotierenden Fluideinrichtung, wobei ein abgedichteter Hohlraum der Einrichtung durch eine Drehwelle mit einer Achse, einem Wellengehäuse, das einen Abschnitt der Welle umgibt, und Dichteinrichtungen definiert wird, die an einem Ende des Hohlraums mit der Welle im Eingriff sind, wobei der Schutz aufweist: einen ringförmingen Axialabschnitt, der angepaßt ist, um mit dem Gehäuse am Eingang zum Hohlraum gegenüber dem einen Ende in Eingriff zu kommen, einen ersten im allgemeinen radialen Ringflansch, der mit dem Axialabschnitt verbunden ist, und einen Innendurchmesser hat, der größer als der Durchmesser der Welle ist, mindestens einen Auslaßkanal bzw. Auslaßdurchgang in dem radialen Flansch zwischen dem Flansch und dem Axialabschnitt zum Hindurchführen von Fluid und Kontaminanten bzw. Verunreinigungen aus dem Hohlraum hinaus, wobei der Auslaßkanal eine Klappe umfaßt, die durch einen ersten radialen Schlitz, einen zweiten bogenförmigen Schlitz und eine Biegelinie definiert wird, die sich von dem ersten Schlitz zum zweiten Schlitz erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß: der ringförmige Axialabschnitt für eine enge Passung im Gehäuse angepaßt ist, der erste Schlitz sich radial nach innen vom Axialabschnitt erstreckt, der zweite Schlitz sich bogenförmig vom radial äußeren Ende des ersten Schlitzes entlang dem äußeren Umfang des Flansches erstreckt, die Biegelinie sich normal bzw. senkrecht zum ersten Schlitz von dessen radialen inneren Ende zum verlängerten Ende des zweiten Schlitzes erstreckt und das Material der Klappe, umgrenzt von den Schlitzen und der Biegelinie, axial nach innen und radial nach außen relativ zum Hohlraum gekrümmt ist, um einen Auslaßeingang in dem Schutz benachbart zum ersten Schlitz zu definieren.
Die Verminderung der axialen Geschwindigkeiten, insbesondere unter dem ersten radialen Flansch, führt zu einer erheblichen Verbesserung bei der radialen Trennung bzw. Zerlegung des Grieses bzw. Grits durch Zentrifugaleffekte. Es wurde gefunden, daß die radialen Flansche größere Toleranzen in Bezug auf die Welle haben und viel kompakter in der radialen Abmessung sein können. Dies ermöglicht die Installation in kleineren Dichthohlräumen und begrenzten radialen Räumen.
Die Basisschutzvorrichtung dieser Erfindung verwendet einen ringförmigen Abschnitt mit einem Radialflansch mit einem oder mehreren Auslaßdurchgängen bzw. -kanälen um dessen äußeren Umfang. Der Axialabschnitt ist in den Dichthohlraum oder ein maschinell geschaffenes Loch bzw. Bohrung preßgepaßt. Der Flansch umgibt das Rotations- bzw. Drehelement (Welle, Laufbuchse, axiale Ausdehnung des Flügel- bzw. Laufrades, oder die rotierenden Bestandteile der Dichtung). Die Auslaßdurchgänge in dem äußeren Umfang des Flansches ragen in den Fluidfluß auf der Dichtungsseite hinein. Deshalb schaufelt der Auslaß ein definiertes Volumen des Fluids von der Dichtungsseite zu der Laufradseite, wenn das Fluid durch die Bewegung der Welle, des Laufrades und der Dichtung gedreht wird Die Auslässe sind an dem äußeren Umfang angeordnet, weil Grit radial nach außen durch einen Zentrifugalvorgang geworfen wird. Auf diese Weise wird Grit mit einem spezifischen Gewicht größer als dem des Fluids von dem Bereich der Dichtung ausgestoßen.
Wenn sie bei Fluiden verwendet wird, welche größere Mengen von Grit enthalten, wird die Gritzurückweisung verbessert durch die Verwendung von zwei im allgemeinen radialen Flanschen, wobei die Auslaßdurchgänge gleicher Bauart sind. Die Anzahl der Auslaßdurchgänge in den Flanschen muß jedoch nicht gleich sein. Der Raum zwischen den Flanschen wirkt als eine Zone, in welcher der Grit konzentriert bzw. angereichert wird zum einfacheren Ausstoßen durch die ersten Auslässe Weil die Menge des Flusses der in die Einrichtung von der Laufradseite gezogen wird, minimiert und die Sammlung des Grits von dem Dichtbereich maximiert werden sollen, wird normalerweise die Anzahl der Auslaßkanäle auf der I-aufradseite geringer sein, als die Anzahl auf der Dichtungsseite.
Bei Anwendungen, in welchen das Volumen des Dichthohlraums groß ist, kann ein zweiter im allgemeinen radialer Flansch verwendet werden, welcher Auslässe hat, welche so angeordnet sind, daß sie einen großen Fluß zwischen den zwei radialen Flanschen und dem Dichthohlraum induzieren bzw. bewirken. Dies hat eine noch schnellere Entfernung des Grits von dem Dichthohlraum zur Folge, während das Eintreten des Grits von hinter dem Laufrad noch minimiert wird. In den Fällen, in welchen das spezifische Gewicht des Grits sehr nah bei dem des Fluids ist, kann diese Anordnung in einem großen Fluß resultieren, welcher einige Mengen von Grit zurück in den Dichthohlraum als dessen Rückläufe trägt. In diesen Fällen muß gegebenenfalls eine Drei-Flanscheinrichtung verwendet werden. Die ersten zwei Flansche in einer solchen Anordnung haben Niedrigflußauslässe und bilden eine erste Stufe der Gritzurückhaltung, während der dritte Flansch Hochflußauslässe hat, welche das schnelle Entfernen des Grits von dem Dichthohlraum bewirken.
Die Einrichtung der vorliegenden Erfindung kann, falls gewünscht, in einem unmodifizierten Dichthohlraum angeordnet werden. Dies hat eine definierte reine Zone von Fluid um die Dichtung zur Folge und eine verschmutzte Zone an dem inneren Ende des Hohlraums. Um das Rückströmen des Grits von der verschmutzten Zone in die reine Zone zu vermeiden kann ein Filtersieb auf der Laufradseite des Flansches mit den Auslässen eingeführt werden. Dieser Filtersieb kann in der Position gehalten werden durch einen zweiten (oder dritten) Flansch, und wird den Grit einfangen. Diese Version wäre sehr wirkungsvoll bei Anwendungen, bei welchen eine Pumpe ohne Spülverbindungen (z.B. bei einem toten Ende bzw. bei einem Sackkanal) betrieben wird, wie es bei Kühlturmpumpen, Quellwasserpumpen etc. typisch ist. Weil der Dichthohlraum als ein totes Ende betrieben wird muß die Einrichtung nur Grit einfangen, welcher während des anfänglichen Flutens eingeführt wird, und nur sehr geringe Mengen während des Betriebs.
Die Einrichtung gemaß dem U.S. Patent Nr.4,872,690 verwendet ein Auslaßsystem, welches einen sehr großen Fluß von Fluid (und Grit) von hinter dem Laufrad in die Einrichtung erzeugt. Die vorliegende Erfindung verwendet eine Auslaßanordnung, welche eine bestimmte Menge des Fluids umleitet, wenn sie sich innerhalb der Einrichtung dreht. Deshalb wird ein geringerer Fluß von der Einrichtung in Richtung auf das Laufrad und zurück in die Einrichtung strömen. Dieser gesteuerte bzw. geregelte geringere Fluß wird das abgewiesene partikelförmige Material der Einrichtung, ohne sich größer auf den Dichthohlraumdruck auszuwirken, tragen, und wird die Menge des Grits erheblich vermindern, welcher zurück in die Einrichtung gezogen wird. Weil die Anordnung der Einrichtung eine im Allgemeinen flache Oberfläche darstellt, kann eine Preßpassung der Einrichtung in das Pumpengehäuse leicht durchgeführt werden. Desweiteren ist die Einrichtung der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, bei bestimmten Typen von Pumpen verwendet zu werden, wie bei der Erfindung nach dem '690 Patent. Die vorliegende Erfindung kann in allen Typen von Pumpen verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt im teilweisen Querschnitt eine Aufrißansicht einer typischen rotierenden Fluideinrichtung, in welcher diese Erfindung verwendet werden kann.
Figur 2 zeigt im Querschnitt eine vergrößerte Ansicht eines typischen Dichthohlraums einer Pumpe, welche eine mechanische Dichtung verwendet.
Figur 3 ist eine Ansicht ähnlich zu Figur 2, welche Fluidflußmuster innerhalb des Dichthohlraums zeigt.
Figur 4 ist eine Ansicht eines Gritschutzes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von hinten.
Figur 5 ist eine Querschnittsansicht des Gritschutzes, entlang der Linie 5-5 von Figur 4.
Figur 6 ist eine vergrößerte Perspektivansicht eines Auslaßkanals, wie in dem Gritschutz dieser Erfindung verwendet.
Figur 7 ist eine Seitenansicht eines Auslaßkanals.
Figur 8 ist eine Ansicht ähnlich der von Figur 3, welche einen eingebauten Gritschutz der Erfindung zeigt.
Figur 9 ist eine Querschnittsansicht ähnlich zu Figur 5, welche eine erste Variante der Erfindung zeigt.
Figur 10 ist eine Querschnittsansicht ähnlich zu Figur 5, welche eine zweite Variante der Erfindung zeigt.
Figur 11 ist eine Ansicht ähnlich zu Figur 2, welche eine andere Variante der eingebauten Erfindung zeigt.
Figur 12 zeigt eine Querschnittsansicht noch einer anderen Variante der Erfindung.
Figur 13 zeigt eine Querschnittsansicht noch einer anderen Variante der Erfindung.
Figuren 14 und 15 zeigen ähnliche Ansichten, wobei eine andere Variante der Erfindung mit verschiedenen Dichtanordnungen verwendet wird.
Figur 16 zeigt eine andere Variante der Erfindung, welche verwendet wird, um ein abnehmbares Verengungsreduzierstück bzw. Hülse zu ersetzen.
Figuren 17 und 17a zeigen eine Abwandlung in der Gestalt eines Flußrichters bzw. -direktors, welcher zu einer der offenbarten Gritschutzelemente hinzugefügt werden kann. Figur 18 zeigt eine andere Gestalt der Erfindung, welche außerhalb des Dichthohlraums angebracht ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Figur 1 zeigt eine typische Umgebung für die Einrichtung der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall weist die rotierende Einrichtung eine Zentrifugalpumpe 10, welche von einem elektrischen Motor 12 angetrieben wird. Der Motor treibt eine Drehwelle 14 an, welche innerhalb eines Lagerungsgehäuses 13 angekoppelt bzw. verbunden ist. Die Welle ist mit einem Zentrifugallaufrad bzw. -flügelrad 18 verbunden, welches, wenn es sich dreht, ein Fluid durch einen Einlaß 20 herein zieht und das Fluid nach außen durch den radialen Auslaß 22 pumpt. Die Welle wird typischerweise durch Lagerungen innerhalb des Lagerungsgehäuses 13 gestützt. Wie aus Figur 1 gesehen werden kann, wird ein Dichthohlraum 28 im allgemeinen durch die Welle 14, das Gehäuse 16, die Dichtungen 26 und die Stopfbüchse 24 definiert.
Figur 2 zeigt eine etwas vergrößerte Ansicht des Bereichs, in welchem die Welle 14 mit dem Laufrad 18 verbunden ist. Darin kann gesehen werden, daß die Welle 14 eine Schulter bzw. Anschlag 30 mit einem geringeren Durchmesserabschnitt 32 aufweist, welcher davon hervorragt. Ein Gewindebereich 34 ragt von dem Bereich 32 hervor. Das Laufrad 18, mit den Radschaufeln 36, paßt über den Bereich 32 und stößt an die Schulter 30 an. Eine Unterlegscheibe 38 und eine Mutter 40 sind eng gegen das Laufrad 18 angezogen, um es an der Welle 14 festzuklemmen, und ein Nasenstück 42 paßt über die Mutter, die Unterlegscheibe und das freiliegende Ende des Gewindebereichs 34. Mit dem Laufrad an der Verwendungsstelle ergibt sich ein dünner Spalt G zwischen der inneren Oberfläche 44 des Laufrads und der äußeren Oberfläche 46 des Gehäuses.
Dichtelemente 26 werden typischerweise in Position auf der Welle durch eine Stopfbüchse 24 und durch Stellschrauben (nicht gezeigt) gehalten.
Das Fließmuster des Fluids in einer typischen Zentrifugalpumpe erzeugt Gegenströme, welche spiralförmig nach innen in den Spalt G strömen, wie im allgemeinen durch die Pfeile A gezeigt. Solche Gegenströme tragen Schmutzstoffmaterial, welches, wenn es in den Dichthohlraum gelangt, die Dichtungen 26 und die Drehwelle 14 beschädigen kann.
Es sollte vielleicht dargelegt werden, daß der spiralenförmige nach innen gerichtete Fluß A im allgemeinen der Oberfläche 46 benachbart sein wird. Weil dynamische Kräfte wirken wird natürlich auch ein nach außen gerichteter Fluß B vorkommen, wie entlang der Oberfläche 44, welcher das Fluid von dem Wellenbereich wegnimmt.
Unter Bezugnahme auf Figur 3 wird ein Fluidfluß in den Hohlraum 28 durch den Spalt oder die Öffnung 48 an der vorderen Seite des Gehäuses 16 benachbart zur Welle 14 sein. Ein solcher Fluß wird Grit oder partikelförmiges Kontaminantenmaterial umfassen, welches sich spiralförmig nach innen enfiang der Gehäuseoberfläche 46 bewegt. Innerhalb des Hohlraums wird ein Fluß von Kontaminanten tragendem Fluid im allgemeinen entlang der Bahn 11 sein, welche durch die Pfeile gezeigt ist, wobei im Gedächtnis behalten werden sollte, daß es auch eine Drehkomponente bei dem Fluß gibt, welcher durch eine Scherwirkung zwischen dem Fluid und der Drehwelle und Dichtung verursacht wird. Die vordere Seite 19 der Dichtung 26 bewirkt während der Drehung eine radial nach außen gerichtete Bewegung auf das Fluid, ein Teil davon fließt in Richtung auf die Vorderseite des Hohlraums und ein Teil fließt in Richtung auf die Rückseite, zwischen der Dichtung und dem Gehäuse. Es wird eine Konzentration von Kontaminanten in dem vorderen Bereich 15 des Hohlraums 28 auftreten, angrenzend an die radial äußere Verbindung zwischen der Gehäusehohlraumwand und der Nase des Gehäuses an dem vorderen Ende, welcher einen idealen Ort in demselben schafft, um die Einrichtung der vorliegenden Erfindung anzuordnen.
Der Dichtgritschutz kann eine von verschiedenen Konfigurationen bzw. Anordnungen annehmen, in Abhängigkeit von der Größe des Dichthohlraums, dem spezifischen Gewicht des partikelformigen Materials, der Anordnung der Pumpe oder dem Zubehör und der Menge des partikelförmigen Materials in dem zu pumpenden Stoff. Die bevorzugte Ausführungsform wird mehrere Funktionen bewirken, und es ist die Ausführungsform welche in den Figuren 4 bis 18 gezeigt ist.
Das Dichtungsgritschutzelement bzw. der Dichtgritschutz dieser Erfindung ist mit dem Bezugszeichen 60 versehen, in dessen Grundform, und ist in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt. Darin kann ein ringförmiger Axialabschnitt 62 gesehen werden, wobei der Abschnitt vorzugsweise für eine enge Passung in dem Gehäuse 16 angepaßt bzw. geeignet ist. Ein erster ringförmiger, im allgemeinen radialer Flansch 64 ist mit der vorderen Kante des ringförmigen Axialabschnitts 62 verbunden und hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist, als der der Welle 14. Obwohl der Flansch 64 in einem Winkel von 90º mit dem Abschnitt 62 sein könnte, wird es bevorzugt, daß der radiale äußere Bereich 66, wie gezeigt, rückwärtig von der Einrichtung angewinkelt ist, mit einem kleinen Winkel aus Gründen, die hiernach diskutiert werden. Vorzugsweise umfaßt der Flansch 64 auch einen radial inneren Bereich 68, welcher nach vorne angewinkelt ist, welcher jedoch auch radial nach innen oder sogar nach hinten in Bezug auf eine Schräge bzw. Querfläche bzw. Ebene durch das Schutzelement an der inneren Kante bzw. Rand des äußeren Bereichs 66 gerichtet sein könnte.
Wie insbesondere in Figuren 4 und 6 gezeigt umfaßt das Schutzelement dieser Erfindung mindestens einen Auslaßkanal 70 zwischen dem Flansch 64 und dem axialen Abschnitt 62 zum Hindurchlassen der Fluide und des kontaminanten Materials aus dem Hohlraum 28. Der Durchlaßkanal 70 weist eine Klappe 72 auf, welche durch erste und zweite Schlitze 74 und 76 durch den äußeren Flanschabschnitt 66 und durch eine gebogene Linie 78 definiert ist, das Material der Klappe ist axial nach innen und radial nach außen gebogen, um einen Durchlaßkanaleingang 80 zu definieren, der an den ersten Schlitz 74 angrenzt. Die Klappe 72 hat einen kurzen geraden Abschnitt 82, der sich von dem Auslaßeingang 80 weg erstreckt und einen Abschnitt 84, welcher sich allmählich in Richtung auf den Flanschabschnitt 66 krümmt.
Der erste Schlitz 74 erstreckt sich radial nach innen von dem radialen Abschnitt 62 und der zweite Schlitz 76 erstreckt sich in Bogenform von dem radial äußeren Ende des ersten Schitzes enfiang des äußeren Umfangs des äußeren Flanschabschnitts 66. Die gebogene Linie 78 erstreckt sich normal bzw. senkrecht in Bezug auf den ersten Schlitz 74 von dem radial inneren Ende davon auf das verlängerte Ende des zweiten Schitzes 76.
Weil der äußere Abschnitt 66 des Flansches 64 rückwärtig bzw. nach hinten des Schutzelements 60 angwinkelt ist, wird die freie Kante 73 der Klappe 72, welche durch den gebogenen zweiten Schlitz 76 definiert ist, nah angrenzend sein, und wird vorzugsweise anliegen, an der inneren Oberfläche 75 des axialen Abschnitts 62. Wenn der äußere Abschnitt 66 des Flansches 64 im allgemeinen normal bzw. senkrecht auf dem axialen Abschnitt 62 ist, wird eine kleine Lücke zwischen der gebogenen Kante der Klappe 72 und der inneren Oberfläche 75 des axialen Abschnitts 62 sein, welche möglicherweise die Wirksamkeit des Auslaßkanals 70 vermindern kann.
Wie in Figur 4 gezeigt, ist eine Vielzahl von Auslaßkanälen 70 vorgesehen, welche in Umfangsrichtung voneinander um das Schutzelement 60 beabstandet sind. Drei oder mehrere Durchlaßkanäle bewirken eine optimale Wirksamkeit, obwohl die Erfindung noch betrieben werden kann mit zwei Durchlaßkanälen oder nur einem einzigen Durchlaßkanal. Es kann in der Tat besondere Umstände geben, in welcher ein Einzeldurchlaßschutzelement vor einem Vieldurchlaßschutzelement bevorzugt wird.
Figur 8 zeigt eine "Standard" Befestigungsanordnung der vorliegenden Erfindung, das Schutzelement 60 ist an dem Eingang des Dichtungshohlraums 28 angeordnet, der Axialabschnitt 62 hat eine Preßpassung in dem Gehäuse 16. In dieser Anordnung schaufelt bzw. schöpft der Auslaßkanal 70 wie durch die Klappe 72 definiert, das rotierende Fluid von der Zone 15 in dem Dichthohlraum und richtet es nach außen in Richtung auf das Laufrad 18. Kontaminanten- bzw. Schmutzstoffmaterial in dem Fluß 11 bei der Zone 15 wird hinter das Laufrad ausgestoßen, von wo es radial nach außen entlang der Oberfläche 44 mit dem spiralförmigen Fluß bewegt wird, welcher durch den Pfeil B angezeigt ist.
Im Vergleich zu dem Dichthohlraumschutzelement des '690 Patents wird der axiale Fluß durch die ringförmige Spalte zwischen der Welle 14 und der angrenzenden Kante des Flanschbereichs 68 erheblich vermindert. Dies hat zur Folge, daß weniger Grit in den Dichthohlraum 28 gezogen wird.
Zurückkehrend zu den Figuren 6 und 7 zeigt eine detailliertere Betrachtung des Durchlaßkanals 70 und der Klappe 72 die geraden und gekrümmten Abschnitte 82 und 84 der Klappe 72. Der gerade Abschnitt 82 hilft sicherzustellen, daß der Impuls bzw. der Schwung des rotierenden Fluids bei dem Punkt J genützt wird, um den externen Fluß in die Spalte 0 weg von dem Flansch 64 abzulenken. Demzufolge wird das Fluid, das durch den Auslaßkanal 70 austritt, keinem übermäßigen Rückdruck oder der Erzeugung von Wirbelströmen ausgesetzt, wobei jedes davon die Wirksamkeit des Schutzelements 60 schädlich beeinflussen kann.
Die vergrößerte Ansicht von Figur 6 zeigt die Elemente der Klappe 72 mit den Schlitzen 74, 76 und der normal bzw. senkrecht gebogenen Linie 78. Bei einem typischen Schutzelement kann die Durchlaßöffnung 80 in der Größenordnung von drei Millimetern breit und fünf Millimetern lang sein.
Die Figuren 9 und 10 zeigen zwei Vielfianschausführungen des Schutzelements gemäß dieser Erfindung, Figur 9 zeigt eine Zweiflanschversion und Figur 10 zeigt eine Dreiflanschversion.
Das Schutzelement 90 von Figur 9 wird für große Volumenflußsituationen verwendet, wo ein zusätzlicher Fluß benötigt wird, um schnell das Kontaminantenmaterial zu entfernen. Der Flansch 92 ist im wesentlichen der gleiche wie Flansch 64 des Grundschutzelements 60, mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Auslaßkanälen 94 zum Schaufeln bzw. Schöpfen des Fluids und Kontaminantenmaterials von der Zwischenflanschzone 96. Der zweite Flansch 98 an dem gegenüberliegenden Ende des axialen Abschnitts 100 hat seine Auslaßkanäle 102 innerhalb der Zone 96. Diese Kanäle bzw. Durchlässe wirken als Saugauslässe, um ein Fluid aus dem Hohlraum 28 zu ziehen. Die Zone 96 wirkt als eine Anreicherungsvorrichtung, so daß die Niederflußauslässe des Flansches 92 leicht das Kontaminantenmaterial entfernen können. Aufgrund dieser Bauart wird der Fluß in den Hohlraum 28 von der Außenseite nur bei einer geringen Rate auftreten und weniger Kontaminantenmaterial wird in den Hohlraum 28 hineingezogen.
Bei der Ausführungsform nach Figur 10 ist das Schutzelement 110 länger (axial) als das Schutzelement nach Figur 9, so daß ein dritter Flansch 112 mit Schöpfauslaßkanälen 114 zwischen den ersten und zweiten Flanschen 116, 118 angeordnet werden kann, welche im Wesentlichen die gleichen sind wie die Flansche 92 bzw. 98. Die Zone 120 zwischen den Flanschen 116 und 112 wirkt als eine Zone zum Abweisen eines Kontaminantenmaterials von geringem spezifischen Gewicht. Die Menge des Kontaminantenmaterials in der Zone 122 zwischen den Flanschen 112 und 118 wird erheblich vermindert, und demzufolge ist die Wirkung des großen Flusses, welcher diese Zone in Richtung auf den Hohlraum 28 verläßt, nicht so kritisch, wie sie sonst wäre. Ein geringes Volumen des Kontaminantenmaterials wird durch diesen Fluß in den Dichthohlraum 28 getragen. Aufgrund der Auslegung des Auslaßkanals, im wesentlichen einer Anlegung für geringe Durchflußraten, wird der axiale Fluß zwischen der inneren Kante des Flansches 64, 92 oder 116 und der Welle 14 erheblich vermindert im Vergleich zu dem, welcher mit der Einrichtung des U.S. Patents Nr. 4,872,690 in Erfahrung gebracht wurde, und demzufolge wird weniger Kontaminantenmaterial in den Dichthohlraum von dem benachbarten Bereich des Laufrads 18 gezogen.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß hohe Fließgeschwindigkeiten weder benötigt noch mit der vorliegenden Erfindung produziert werden, ist es möglich, das Schutzelement dieser Erfindung weiter weg von dem Laufrad anzuordnen, tiefer innerhalb des Hohlraums (Figur 11). Es werden auch nicht die Innenseitendruchmesserauslässe, welche in dem '690 Patent beschrieben sind, benötigt und demzufolge kann es in radialer Richtung kompakter sein als die Einrichtung dieses Patents. Dies bedeutet weniger Veränderungen des Dichthohlraums oder des Gehäuses 16. Obwohl die Anordnung der Figur 11 möglicherweise nicht so wirksam wie die Anordnung von Figur 8 ist, wo das Schutzelement die Nase 124 an dem Eingang des Hohlraums 28 ersetzt, wird es eine erhöhte Dichtungslebensdauer zur Folge haben und die Kosten der Installation vermindern. Es wird etwas Umlauf bzw. Rezirkulation des Kontaminantenmaterials geben, wenn es ein Entstehen in der Zone C zwischen der Einrichtung und der Nase 124 gibt, jedoch kann dieses vermindert werden, wenn beide Flansche 126, 128 auf dem Schutzelement 130 mit den Niedrigfluß (Schöpf) Auslaßkanälen 132 versehen sind.
Die Figuren 8 und 11 zeigen die zwei bevorzugten Orte für das Gritschutzelement dieser Erfindung, sei es, daß die verwendete Version, die Basisversion von Figur 4 ist, oder eine Abwandlung, wie in den Figuren 9, 10 oder 11 gezeigt. Hiernach werden einige weitere verschiedene Varianten und Abwandlungen beschrieben, es versteht sich, daß jede entweder wie in Figur 8 gezeigt bei dem Eingang zu dem Dichthohlraum 28 angeordnet sein könnte, oder, wie in Figur 11 gezeigt, in dem Dichffiohlraum 28 hinter der Nase 124.
Figur 12 zeigt eine Variante 140 des Basisgritschutzelements, wobei ein ebener bzw. flacher Radialflansch 142 vor dem gewinkelten Flansch 144 angeordnet ist, der letztere trägt die Niedriggeschwindkeitschöpfauslässe 146. Um die Rezirkulation des Grits zu vermeiden, wenn das Schutzelement 140 hinter der Nase 124 angeordnet ist (sei es, daß es an die Nase angrenzt oder davon beabstandet ist), überbrückt ein ringförmiges Filtersieb 148 aus feinem Gitter die Entfernung zwischen den Flanschen 142, 144, um den Grit einzufangen und zu halten, während es dem Fluid ermöglicht wird hindurchzuströmen. Das Filterkonzept kann eine Modifikation der Schutzelemente, die in den Figuren 9, 10 und 11 gezeigt sind, sein, um so weiter die Kontaminantenzirkulation zu vermindern. Das Schutzelement kann von dem Dichthohlraum in regelmäßigen Intervallen zum Reinigen entnommen werden, entweder durch Entfernen und Ersetzen des Filtersiebs, oder durch Rückspülung.
Figur 13 zeigt eine Variante des Basisgritschutzelements 60. In diesem Fall ist eine ringförmige Platte 152 geschweißt oder anders an der Rückseite des Schutzelements 150 befestigt. Die Platte wirkt als ein Vestärkungselement und verstärkt das Schutzelement, wenn es mit einer Abdichtung verwendet wird, welche im wesentlichen den Dichthohlraum ausfüllt (siehe z.B. Figur 14). In den Situationen, welche für diese Variante ins Auge gefaßt werden, wird kein Erfordernis der Rezirkulation bestehen und demzufolge muß die Platte keine Auslaßkanäle dadurch aufweisen.
Figur 14 zeigt eine andere Version der Variante der Figur 13, diese Figur zeigt auch die Abdichtung an der Verwendungsstelle. Das Schutzelement 160 von Figur 14 hat den Axialabschnitt 162 und die ringförmige Platte 164 als ein einstückiges einheitliches bzw. unitäres Element ausgebildet, wobei der gewinkelte Flansch 166 die Auslaßkanäle 168 trägt und an den Axialabschnitt 162 befestigt ist, wie durch Schweißen. Abdichtringe 170 sind in Anlage mit der ringförmigen Platte 164 gezeigt.
In Figur 15 ist das Schutzelement 160 in Verwendung mit Doppeldrehdichtungen 26, 26' gezeigt. Die ringförmige Platte 164 liegt an der stationären Innenseitendichtung 172 an, welche in Bezug auf das Gehäuse 16 und die angrenzende Drehdichtung 26' abgedichtet ist.
In Figur 16 ist ein Schutzelement 90 wie in Figur 9 in Verbindung mit einem ringförmigen Adapter 180 gezeigt, so daß die zwei Einheiten zusammen eine abnehmbare Verengungshülse ersetzen können. Der Adapter 180 hat einen Axialabschnitt 182 und einen Radialabschnitt 184, welche eine Ausnehmung definieren, in welche das Schutzelement 90 paßt. Ein äußerer Radialflansch 186 stößt an die innere Schulter 188 des Gehäuses formschlüssig an. Eine Umfangsausnehmung 190 und eine Vielzahl von gewinkelten Löchern 192 erlauben es einem kontaminantentragenden Fluid in das Schutzelement zu fließen, so daß der Grit entfernt werden kann, wie vorher beschrieben.
Die Figuren 17 und 17a zeigen zwei verwandte Varianten des Basisschutzelements 60 und der Variante 90. In jedem Fall wurde ein ringförmiger, gebogener Flußrichterring 200 an der Hohlraumseite des Schutzelements angrenzend an das radial innere Ende des Flansches 66 oder 98 angebracht. Der Ring 200 neigt dazu, den Grit vor dem Auslaß anzusammeln oder einzufangen und beschleunigt das Entfernen des Grits von dem Hohlraum und mindert die Anforderungen an den Auslaßfluß.
Figur 18 zeigt eine andere Variante, wobei das Gritschutzelement auf der Außenseite des Dichthohlraums angeordnet ist. Eine typische Raffineriepumpe 210 verwendet stationäre und sich drehende Schleißringe 212, 214 an der Rückseite des Laufrads 216. Oft sind solche Ringe so dicht an der Welle 218 befestigt, daß es nicht möglich ist ein Gritschutzelement innerhalb des Dichthohlraums 220 anzuordnen. In solchen Fällen kann das Gritschutzelement 222 auf der Außenseite der Schleißringe angeordnet werden, direkt an dem Gehäuse 224. Das Schutzelement 222 umfaßt einen Axialabschnitt 226, einen gewinkelten Flansch 228, einen oder mehrere Schöpfauslaßkanäle 230 wie vorher beschrieben, und einen ringförmigen äußeren Befestigungsflansch 232, welcher mit dem Gehäuse 224 verschraubt oder verbolzt werden kann. Das Gritschutzelement 222 arbeitet auf die gleiche Art wie die vorher beschriebenen und weist Grit und andere Kontaminanten ab, welche in der Umgebung der Schleißringe 212, 214 auftreten.
Im Vorhergehenden wurde das Gritschutzelement der vorliegenden Erfindung in der Basisform und in Abwandlungen beschrieben. Dabei wurde eine Anzahl von Anwendungen aufgezeigt. Unzweifelhaft kann ein Fachmann viele weitere Veränderungen oder Abwandlungen herstellen und kann die Erfindung in einer Vielzahl von Situationen verwenden, welche hierin nicht aufgezeigt worden sind, wobei er jedoch bei keiner von dem Geist der Erfindung abweicht. Demzufolge soll der Schutz, der mit dieser Erfindung gewährt wird, von dem Schutzbereich der hier beiliegenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

1. Schutz (60) für einen abgedichteten Hohlraum zur Verwendung bei rotierenden Fluid-Einrichtungen, wobei der versiegelte Hohlraum der Einrichtung durch eine Drehwelle (14) mit einer Achse, einem Wellengehäuse (16), das einen Abschnitt der Welle umgibt, und Dichteinrichtungen (26) definiert wird, die an einem Ende des Hohlraums mit der Welle im Eingriff sind, wobei der Schutz aufweist: einen ringförmigen Axialabschnitt (62), der angepaßt ist, um mit dem Gehäuse am Eingang zum Hohlraum gegenüber dem einen Ende in Eingriff zu kommen, einen ersten im allgemeinen radialen Ringflansch (64), der mit dem Axialabschnitt (62) verbunden ist und einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser der Welle (14), mindestens einen Auslaßkanal (70) in dem radialen Flansch (64) zwischen dem Flansch (64) und dem Axialabschnitt zum Hindurchführen von Fluid und Verunreinigungen aus dem Hohlraum hinaus, wobei der Auslaßkanal eine Klappe (72) umfaßt, die durch einen ersten radialen Schlitz (74), einen zweiten bogenförmigen Schlitz (76) und eine Biegelinie (78) definiert wird, die sich vom ersten Schlitz zum zweiten Schlitz erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß

der ringförmige Axialabschnitt (62) für eine enge Passung im Gehäuse (16) angepaßt ist, der erste Schlitz (74) sich radial nach innen vom Axialabschnitt (62) erstreckt, der zweite Schlitz (76) sich bogenförmig vom radial äußeren Ende des ersten Schlitzes entlang dem äußeren Umfang des Flansches (64) erstreckt, die Biegelinie (78) sich normal zum ersten Schlitz (74) von dessen radialem inneren Ende zum verlängerten Ende des zweiten Schlitzes (76) erstreckt und das Material der Klappe, umgrenzt von den beiden Schlitzen (74, 76) und der Biegelinie (78) axial nach innen und radial auswärts relativ zum Hohlraum gekrümmt ist, um einen Auslaßeingang (80) im Schutz benachbart zum ersten Schlitz (74) zu definieren.

2. Schutz (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe einen kurzen, im allgemeinen gerade verlaufenden Abschnitt (82) aufweist, der sich vom Auslaßeingang (80) erstreckt und dann leicht bogenförmig in Richtung des Flansches (64) verläuft.

3. Schutz (60) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (64) benachbart zum Axialabschnitt (62) einen Abschnitt (66) umfaßt, der axial zur Innenseite des Schutzes hin gerichtet ist, wodurch ein Klappenende (73), das durch den zweiten Schlitz geschaffen wird, an den Axialabschnitt anstößt.

4. Schutz (60) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (68) des Flansches (64), der radial nach innen vom axial nach innen gerichteten Abschnitt (66) liegt, radial nach innen relativ zum Schutz gerichtet ist.

5. Schutz (60) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (68) des Flansches (64), der radial nach innen vom axial nach innen gerichteten Abschnitt (66) liegt, axial nach außen relativ zum Schutz gerichtet ist.

6. Schutz (60) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (68) des Flansches (64), der radial nach innen vom axial nach innen gerichteten Abschnitt (66) liegt, ebenfalls axial nach innen relativ zum Schutz gerichtet ist.

7. Schutz (60) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Strömungsleitbauteil (200), das an dem radial nach innen verlaufenden Abschnitt (68) des Flansches (64) befestigt ist, wobei das Leitbauteil (200) radial nach außen und axial nach innen relativ zum Schutz gekrümmt ist.

8. Schutz (60) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mehrere Auslaßkanäle (70), die im Flansch in Umfangsrichtung beabstandet sind.

9. Schutz (90) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten ringförmigen, im allgemeinen radialen Flansch (98), der mit dem Axialabschnitt (100) verbunden ist, der axial innerhalb eines ersten Flansches (92) liegt, wobei der zweite Flansch (98) mehrere Auslaßkanäle (102) umfaßt, die sich zwischen dem ersten und zweiten Flansch (92, 98) öffnen.

10. Schutz (90) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Strömungsleitbauteil (200), das an dem zweiten Flansch (98) befestigt ist, wobei das Leitbauteil (200) radial nach außen und axial nach innen relativ zum Schutz gekrümmt ist.

11. Schutz (110) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen dritten ringförmigen, im wesentlichen radialen Flansch (112), der mit dem axialen Abschnitt zwischen einem ersten und einem zweiten Flansch (116, 118) befestigt ist, wobei der dritte Flansch (112) mehrere Auslaßkanäle (114) umfaßt, die sich zwischen dem zweiten und dem dritten Flansch öffnen.

12. Schutz (140) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen weiteren ringförmigen, im allgemeinen radialen Flansch (142), der axial außerhalb des Flansches (144) mit dem axialen Abschnitt verbunden ist, und durch ein ringförmiges Filtersieb (148), das sich axial zwischen dem innersten radialen Kanten des weiteren Flansches (142) und des Flansches (144) erstreckt.

13. Schutz (150, 160) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, im allgemeinen radialen Flansch (152, 164), der mit einer axial innenliegenden Kante des Axialabschnitts so verbunden ist, daß er gegen eine Ringpackung oder Dichtbauteile im Hohlraum stößt.