EP0221300B1 - Kreiselpumpenaggregat - Google Patents

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EP0221300B1
EP0221300B1 EP86112695A EP86112695A EP0221300B1 EP 0221300 B1 EP0221300 B1 EP 0221300B1 EP 86112695 A EP86112695 A EP 86112695A EP 86112695 A EP86112695 A EP 86112695A EP 0221300 B1 EP0221300 B1 EP 0221300B1
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EP
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centrifugal pump
axial
angular
impeller
pump unit
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EP86112695A
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Adolf Kratzer
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KSB AG
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KSB AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/165—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/167—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for liquid pumps of a centrifugal flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump unit consisting of a centrifugal pump and a drive motor, the centrifugal pump of which has a radial impeller with relief bores, on the two sides of which angular sealing gaps designed as a fluid bearing are arranged, the diameters of which are coordinated with one another for the purpose of axial thrust compensation, the connection between the centrifugal pump and the drive motor via a coupling which permits the axial displacements of the pump impeller necessary for axial thrust compensation.
  • an axial thrust compensation which acts by means of a partial flow diverted from one point of increased pressure, which is returned to a point of lower pressure.
  • the partial flow is conducted via at least one slip ring, an axial thrust compensation end face on an axially displaceable rotor and a return bore cooperating with a throttle valve, the throttle valve responding to an axial displacement of the rotor.
  • the slip rings arranged in the housing interact with angular inner rings on the impeller side, resulting in angular sealing gaps.
  • Axial stops provided on the slip rings are intended to accommodate a restaxial thrust. However, they can endanger the partners involved in the radial bearing. If an inner ring comes into contact with an axial stop, the partial flow becomes so throttled that the flow required for bearing lubrication goes to zero and the radial pressure in the radial bearing practically prevails. A hydrodynamic bearing lubrication can then no longer be used. Especially with materials that are sensitive to dry running, such as ceramics or PTFE, this can lead to destruction of the bearing caused by overheating and thermal stresses.
  • the invention has for its object to provide an axial thrust compensation which, while avoiding an additional radial or axial bearing, offers a high level of security against endangering the parts serving for axial thrust compensation and the bearing.
  • this object is achieved in that the angular sealing gaps are formed by housing-fixed angle split rings, which act both as axial and radial bearings, with the parts of the angle split rings acting as axial bearings on the low pressure side of the Radial bearing acting parts are arranged.
  • the invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
  • the drawing shows the centrifugal pump and the coupling of a centrifugal pump unit according to the invention connecting this with a drive motor, not shown, in a sectional view.
  • a radial impeller (3) equipped with a relief bore (2) is arranged in a centrifugal pump housing (1).
  • the radial impeller (3) is driven by a drive shaft (4) of a drive motor (not shown), an elastic coupling (5) and a stub shaft (6) firmly connected to the radial impeller (3).
  • the coupling (5) is designed and arranged in such a way that neither longitudinal nor transverse forces act on the stub shaft (6) and the radial impeller (3); a magnetic coupling could be used here.
  • the radial impeller (3) is supported by a suction-side angle split ring (7) and a pressure-side angle split ring (8), which are arranged in the centrifugal pump housing (1) or the rear wall of the housing (9) and which, together with the radial impeller (3), form an inlet-side angular sealing gap ( 10) and form an angular sealing gap (11) on the pressure side.
  • a mechanical seal (12) serves to seal the centrifugal pump housing (1) to the outside.
  • the housing-fixed angle split rings are advantageously made of ceramic and their diameters are graduated so that the larger pressure-side angle split ring corresponds in its dimensions to the suction-side dimensions of a centrifugal pump of the next largest nominal size.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein aus einer Kreiselpumpe und einem Antriebsmotor bestehendes Kreiselpumpenaggregat, dessen Kreiselpumpe ein Radiallaufrad mit Entlastungsbohrungen besitzt, auf dessen beiden Seiten als Unterflüssigkeitslager ausgebildete winkelförmig verlaufende Dichtspalte angeordnet sind, deren Durchmesser zum Zwecke des Axialschubausgleichs aufeinander abgestimmt sind, wobei die Verbindung zwischen der Kreiselpumpe und dem Antriebsmotor über eine die für den Axialschubausgleich notwendigen axialen Verschiebungen des Pumpenlaufrades zulassende Kupplung erfolgt.
  • Durch die DE-A 1 811 430 ist es für hydraulische Strömungsmaschinen bekannt, die beidseitig eines Laufrades angeordneten Dichtspalte als Unterflüssigkeitslager auszubilden. Bei der in der Fig. 2 dieser Schrift gezeigten Francis-Turbinen werden hierfür gummielastische Lager verwendet, die beide von einem Leckstrom durchströmt werden. Ein gewisser axialer Druckausgleich soll dadurch erzielt werden, daß die beiden Lager gleiche Abmessungen besitzen. Außerdem ist das Laufrad mit einer Ausgleichsbohrung versehen, die Druckgleichheit zwischen beiden Seiten des Laufrades herbeiführen soll. Da aber noch ein Axiallager für die Pumpenwelle notwendig ist, wird die für einen selbsttätigen Axialschubausgleich erforderliche Beweglichkeit des Laufrades in axialer Richtung behindert.
  • Aus der DE-A 3 242 931 und der mit dieser weitgehend übereinstimmenden DE-A 3 305 174 ist eine Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungs-Antrieb bekannt, die im wesentlichen wälz- und gleitlagerfrei ausgebildet ist. Durch mindestens einen Schleifring soll hier die Funktion einer hydrodynamischen Lagerung übernommen werden.
  • In der älteren der beiden Schriften wird auf die Möglichkeit eines Axialschubausgleichs hingewiesen, der bei Anordnung mehrerer Schleifringe dadurch erreicht werden soll, daß wenigstens ein antriebsseitiger Schleifring einen größeren Außendurchmesser aufweist als der bzw. die axial weiter pumpenseitig angeordneten Schleifringe. In der jüngeren Schrift wird dagegen ein Axialschubausgleich gelehrt, der mittels eines von einer Stelle erhöhten Druckes abgezweigten Teilstromes wirkt, der zu einer Stelle niederen Druckes zurückgeführt wird. Der Teilstrom wird über mindestens einen Schleifring, eine Axialschubausgleich-Stirnseite an einem axial verschiebbaren Läufer und eine mit einem Drosselventil zusammenarbeitende Rücklaufbohrung geleitet, wobei das Drosselventil auf eine Axialverschiebung des Läufers anspricht.
  • In beiden zitierten Schriften wirken die im Gehäuse angeordneten Schleifringe mit laufradseitigen winkelförmigen Innenringen zusammen, wodurch winkelförmige Dichtspalte entstehen. An den Schleifringen vorgesehene Axialanschläge sollen zur Aufnahme eines Restaxialschubes dienen. Durch sie kann aber eine Gefährdung der an der Radiallagerung beteiligten Partner entstehen. Gelangt nämlich ein Innenring zum Anlauf an einen Axialanschlag, so wird der Teilstrom so stark gedrosseit, daß der zur Lagerschmierung erforderliche Durchfluß gegen Null geht und im Radiallager praktisch der Eintrittsdruck herrscht. Von einer hydrodynamischen Lagerschmierung kann dann nicht mehr die Rede sein. Vor allem bei trockenlaufempfindlichen Werkstoffen, wie Keramik oder PTFE, kann dies zu einer durch Überhitzung und Wärmespannungen verursachten Zerstörung der Lagerung führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialschubausgleich zu schaffen, der bei Vermeidung eines zusätzlichen Radial- oder Axiallagers eine hohe Sicherheit gegen eine Gefährdung der dem Axialschubausgleich und der Lagerung dienenden Teile bietet.
  • Ausgehend von einem Kreiselpumpenaggregat der eingangs genannten Art, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die winkelförmig verlaufenden Dichtspalte durch gehäusefeste Winkelspaltringe gebildet werden, die sowohl als Axial- als auch als Radiallager wirken, wobei die als Axiallager wirkenden Teile der Winkelspaltringe an der Niederdruckseite der als Radiallager wirkenden Teile angeordnet sind.
  • Die Unteransprüche nennen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die Kreiselpumpe und die diese mit einem nicht dargestellten Antriesmotor verbindende Kupplung eines erfindungsgemäßen Kreiselpumpenaggregates in Schnittdarstellung.
  • In einem Kreiselpumpengehäuse (1) ist ein mit einer Entlastungsbohrung (2) ausgestattetes Radiallaufrad (3) angeordnet. Der Antrieb des Radiallaufrades (3) erfolgt über eine Antriebswelle (4) eines nicht dargestellten Antriebsmotors, eine elastische Kupplung (5) und einen mit dem Radiallaufrad (3) fest verbundenen Wellenstumpf (6). Die Kupplung (5) ist so ausgelegt und angeordnet, daß sie weder Längs- noch Querkräfte auf den Wellenstumpf (6) und das Radiallaufrad (3) wirken läßt; es könnte hier eine Magnetkupplung verwendet werden.
  • Der Lagerung des Radiallaufrades (3) dienen ein saugseitiger Winkelspaltring (7) und ein druckseitiger Winkelspaltring (8), die im Kreiselpumpengehäuse (1) bzw. der Gehäuserückwand (9) angeordnet sind und die mit dem Radiallaufrad (3) einen zulaufseitigen winkelförmigen Dichtspalt (10) und einen druckseitigen winkelförmigen Dichtspalt (11) bilden. Der Abdichtung des Kreiselpumpengehäuses (1) nach außen dient eine Gleitringdichtung (12).
  • Der Axialschubausgleich des erfindungsgemäßen Kreiselpumpenaggregates wirkt folgendermaßen:
    • Durch den im allgemeinen zur Zulaufseite wirkenden Axialschub verschiebt sich das Radiallaufrad (3) so weit zur Zulaufseite, bis die Drosselwirkung des axial durchströmten zulaufseitigen winkeIförmigen Dichtspaltes (10) so groß wird, daß bei stark reduziertem Durchfluß sich im zulaufseitigen Laufradseitenraum ein höherer Mitteldruck einstellt als im druckseitigen Laufradseitenraum, in welchem der analog vergrößerte axial durchströmte winkelförmige Dichtspalt (11) eine entsprechend geringere Drosselwirkung ausübt. Das Radiallaufrad (3) wird sich daher in eine stabile axialkraftfreie Stellung einpendeln.
  • Da der von den beiden Lagerstellen symmetrisch aufgenommene Radialschub erheblich größer ist als das Gewicht des Wellenstumpfes (6), der Gleitringdichtung (12) und des mit dem Wellenstumpf (6) verbundenen Teiles der Kupplung (5), wird ein Verkanten des Radiallaufrades (3) innerhalb der Winkelspaltringe (7) und (8) vermieden.
  • Die gehäusefesten Winkelspaltringe sind vorteilhafterweise aus Keramik und deren Durchmesser sind so abgestuft, daß der größere druckseitige Winkelspaltring in seinen Abmessungen den saugseitigen Abmessungen einer Kreiselpumpe der nächstgrößeren Nennweite entspricht.

Claims (4)

1. Aus einer Kreiselpumpe und einem Antriebsmotor bestehendes Kreiselpumpenaggregat, dessen Kreiselpumpe ein Radiallaufrad mit Entlastungsbohrungen besitzt, auf dessen beiden Seiten als Unterflüssigkeitslager ausgebildete winkelförmig verlaufende Dichtspalte angeordnet sind, deren Durchmesser zum Zwecke des Axialschubausgleichs aufeinander abgestimmt sind, wobei die Verbindung zwischen der Kreiselpumpe und dem Antriebsmotor über eine die für den Axialschubausgleich notwendigen axialen Verschiebungen des Pumpenlaufrades zulassende Kupplung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die winkelförmig verlaufenden Dichtspalte (10, 11) durch gehäusefeste Winkelspaltringe (7, 8) gebildet werden, die sowohl als Axial- als auch als Radiallager wirken, wobei die als Axiallager wirkenden Teile der Winkelspaltringe (7, 8) an der Niederdruckseite der als Radiallager wirkenden Teile angeordnet sind.
2. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradnabe der Kreiselpumpe in einem Wellenstumpf (6) endet, über den die Pumpe mittels einer elastischen Kupplung (5) mit der Welle (4) des Antriebsmotors verbunden ist.
3. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreiselpumpe über eine Magnetkupplung mit dem Antriebsmotor verbunden ist.
4. Kreiselpumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefesten Winkelspaltringe (7, 8) aus einem keramischen Werkstoff bestehen und deren Durchmesser so abgestuft sind, daß der größere druckseitige Winkelspaltring (8) in seinen Abmessungen dem saugseitigen Winkelspaltring (7) einer Kreiselpumpe der nächstgrößeren Nennweite entspricht.
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