DE102005037118B3

DE102005037118B3 - Mehrfach gelagerte zweiflutige Schraubenspindelpumpe

Info

Publication number: DE102005037118B3
Application number: DE200510037118
Authority: DE
Inventors: Reinhold Bimüller; Heiko Hartmann
Original assignee: Leistritz AG
Current assignee: Leistritz Pumpen GmbH
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: WO2007014540A1

Abstract

Mehrfach gelagerte zweiflutige Schraubenspindelpumpe zur Förderung von Ein- und Mehrphasengemischen, mit wenigstens einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die jeweils eine Mittenlagerung und beidseitig angeordnete, ineinander greifende schraubenförmige Wirkpakete aufweisen, wobei jede Spindel die Mittenlagerung abdichtende Gleitringdichtungen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrfach gelagerte zweiflutige Schraubenspindelpumpe zur Förderung von Ein- und Mehrphasengemischen, mit wenigstens einer Antriebsspindel und wenigstens einer Laufspindel, die jeweils eine Mittenlagerung und beidseitig angeordnete, ineinander greifende schraubenförmige Wirkpakete aufweisen.

Schraubenspindelpumpen werden bei vielfältigen Anwendungen eingesetzt, um Fluide zu fördern. Dabei kann es sich sowohl um einphasige Medien wie zum Beispiel Rohöl oder Erdöl handeln, in vielen Fällen liegen jedoch auch Mehrphasengemische vor, bei denen zum Beispiel Rohöl und Erdgas gemeinsam gefördert werden.

Eine zweiflutige Schraubenspindelpumpe ist bereits aus der DE 68 10 168 bekannt. Um zu verhindern, dass die bei hohen Differenzdrücken auftretenden Kräfte und Momente zu einer Durchbiegung der Spindeln führen, wird dort vorgeschlagen, die Spindeln im mittleren Bereich radial zu lagern. Diese Lagerung unterbindet eine radiale Verschiebung des mittleren Bereichs der Spindeln und verhindert damit eine Vergrößerung der Spaltmaße zwischen den schraubenförmigen Förderelementen der Wirkpakete und dem Pumpengehäuse bzw. Gehäuseeinsatz. Ebenso werden Berührungen der Förderelemente mit dem Gehäuse oder dem Gehäuseeinsatz vermieden.

Aus der US 6 413 065 B1 ist eine mehrfach gelagerte zweiflutige Schraubenspindelpumpe mit einer Arbeitsspindel und einer Laufspindel bekannt. Im Bereich der Mittenlagerung sind beidseitig angeordnete schraubenförmige Wirkpakete vorgesehen, wobei die Mittenlagerung durch Labyrinthdichtungen abgedichtet ist.

In der DE 835 834 C wird eine Schraubenpumpe vorgeschlagen, bei der die Arbeitsspindel und die Leitspindel eine Kugellager aufweisende Mittenlagerung aufweisen.

Zur Drehmomentübertragung ist zumeist ein Getriebe vorgesehen, welches einstellbar ist und für einen berührungsfreien Lauf der Spindelflanken im Wirksystem sorgt.

Schraubenspindelpumpen werden so konzipiert, dass sie während einer langen Betriebsdauer, die typischerweise mindestens 25.000 Stunden beträgt, ohne Wartung der Bauteile betrieben werden können. Gleichzeitig muss die Schraubenspindelpumpe für extreme Umgebungsbedingungen geeignet sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenspindelpumpe zu schaffen, die bei einfacher Fertigung und Montage eine hohe Zuverlässigkeit und auch bei extremen Umwelt- und Einsatzbedingungen eine hohe störungsfreie Nutzungsdauer gewährleistet.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Schraubenspindelpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jede Spindel die Mittenlagerung abdichtende Gleitringdichtungen aufweist und die Mittenlagerung über einen Zufluss- und einen Abflusskanal zur Ölversorgung verfügt, wobei die Schraubenspindelpumpe so ausgebildet ist, dass während des Betriebs der in der Mittenlagerung herrschende Öldruck höher als der Auslassdruck der Schraubenspindelpumpe ist.

Die Gleitringdichtungen schützen die Mittenlagerung der Spindeln vor dem geförderten Fluid, das aufgrund der Gleitringdichtungen nicht bis zu den Lagerstellen gelangen kann.

Um eine lange Lebensdauer der Lager sicherzustellen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens einem Lager, vorzugsweise allen Lagern, ein Zufluss- und ein Abflusskanal zur Ölversorgung zugeordnet ist. Über die Ölkanäle können die Lager kontinuierlich mit Öldruck versorgt und durchströmt werden, sodass deren Schmierung und Wärmeabfuhr auch dann gewährleistet ist, wenn die erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe ein Öl-Gas-Gemisch oder etwa Erdgas fördert.

Der in dem Lager herrschende Öldruck ist dabei höher als der Auslassdruck der Schraubenspindelpumpe. Dadurch wird sichergestellt, dass das geförderte Medium unter keinen Umständen durch die Dichtungen zum Lager vordringen kann. Stattdessen bewirkt der im Lagerbereich vorliegende Überdruck des Öls eine besonders wirksame Lagerabdichtung.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Gleitringdichtungen mit geteilten Ringelementen und Dichtungsteilen ausgebildet sind. In diesem Fall können die Spindeln jeweils einstückig hergestellt werden, die geteilten Gleitringdichtungen werden bei der Montage angebracht. Es sind allerdings auch Ausführungen denkbar, bei denen die Gleitringdichtungen mit einteiligen Ringelementen und Dichtungsteilen und die Spindeln zwei- oder mehrteilig ausgebildet sind.

Eine besonders hohe Betriebssicherheit wird erzielt, wenn die Spindeln der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe an der Antriebsseite vor und hinter einem Getriebe, im mittleren Bereich und im Endbereich gelagert sind. Damit ergeben sich mindestens vier Lagerstellen je Spindel, durch die unzulässige Radialbewegungen durch Radialkräfte vermieden werden.

Bei der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe kann wenigstens ein Lager als Axiallager, vorzugsweise als Axialgleitlager ausgebildet sein. Beispielsweise kann das an der Außenseite des Getriebes angeordnete Lager als einzelnes Axialgleitlager ausgebildet sein, die übrigen Lager können dann als Radialgleitlager ausgebildet sein. Alternativ kann ein kombiniertes Axial- und Radiallager (Kombinationslager) vorgesehen sein.

Es wird bevorzugt, dass die Lager der Spindeln als Gleitlager ausgebildet sind, alternativ können jedoch auch fallweise Wälzlager eingesetzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Ölversorgung für ein Lager einstellbar oder regelbar ist. Vorzugsweise kann dies über eine Drosseleinheit oder eine Regelventileinheit erzielt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Regelventil differenzdruckgeregelt ist.

An der Antriebs- bzw. Endseite der erfindungsgemäßen Schraubenspindelpumpe kann ein ölgefülltes und unter einem erhöhten Druck stehendes Getriebe angebracht sein. Da das Getriebe vollkommen ölgefüllt ist, ist ein Ausgleichsvolumen vorgesehen. Durch die permanente Umwälzung des Getriebeöls kann Reibungswärme von den Getrieberädern abgeführt werden. Der erhöhte Öldruck im Inneren des Getriebes verhindert, dass das geförderte Medium oder andere Stoffe in das Getriebe eindringen können. Die Geometrie des Getriebegehäuses ist den physikalischen Bedingungen des erhöhten Öldrucks angepasst.

Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Schraubenspindelpumpe mehrere Laufspindeln aufweist. Beispielsweise können zwei Laufspindeln vorgesehen sein, die an gegenüber liegenden Seiten der Antriebsspindel angeordnet sind. Daneben sind Varianten mit drei oder mehr Laufspindeln denkbar.

Um die Montierbarkeit zu erhöhen, kann ein geteiltes Pumpengehäuse oder ein vorzugsweise axial geteilter Gehäuseeinsatz vorgesehen sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur erläutert.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße zweiflutige Schraubenspindelpumpe in einer geschnittenen Ansicht.
Die in der Figur gezeigte Schraubenspindelpumpe 1 ist als zweiflutige Schraubenspindelpumpe ausgebildet, bei der das geförderte Medium über Kanäle 2, 3 im Außengehäuse 4 angesaugt oder zugeströmt wird. Bei anderen Ausführungen kann lediglich ein einziger Zulaufkanal vorgesehen sein.
Eine Antriebsspindel 5 ist mit Zahnrädern 6 eines Getriebes verbunden, durch das eine Laufspindel 7 angetrieben wird. Der Antrieb der Schraubenspindelpumpe 1 erfolgt über einen in der Figur nicht dargestellten Antrieb, der mit dem freien Ende 8 der Antriebsspindel 5 gekoppelt ist. Die Montage der Schraubenspindelpumpe 1 wird durch das geteilte Pumpengehäuse erleichtert.
Der die Zahnräder 6 umgebende Innenraum 9 ist mit Öl gefüllt, das unter einem bestimmten Druck steht, um z. B. das Eindringen von Flüssigkeiten zu verhindern. Da das Getriebe vollständig mit Öl gefüllt sein kann, ist ein Ausgleichsvolumen erforderlich. Die Ölfüllung bewirkt die Abführung der Reibungswärme nach außen.
Die Antriebsspindel 5 ist an ihrem äußeren Ende in einem Radialgleitlager 10 gelagert, die Laufspindel 7 ist an ihrem äußeren Ende in einem Axialgleitlager 11 gelagert. Beide Gleitlager 10, 11 sind mit Zufluss- und Abflusskanälen 12, 13 bzw. 14, 15 verbunden, über die kontinuierlich Öl zur Schmierung der Gleitlager 10, 11 zu- bzw. abgeführt wird. Die Ölzufuhr erfolgt über ein separates, in der Figur nicht dargestelltes Versorgungssystem. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine Zirkulation im Schmierölkreislauf, durch den die permanente Schmierung der Lagerstellen sichergestellt wird.
An der gegenüberliegenden Seite der Zahnräder 6 befindet sich eine zweite Lagerstelle für die Spindeln 5, 7, mit Radialgleitlagern 16, 17. Auch diese Radialgleitlager 16, 17 sind mit Zufluss- und Abflusskanälen versehen, um eine kontinuierliche Schmierung zu gewährleisten. Die Zufluss- und Abflusskanäle können beliebig angeordnet sein.
Um zu verhindern, dass das geförderte Medium zu den Radialgleitlagern 16, 17 vordringt, ist an der Antriebsspindel 5 und der Laufspindel 7 jeweils eine Gleitringdichtung 18 vorgesehen. Diese Gleitringdichtungen sind besonders zuverlässig und dichten die Radialgleitlager 16, 17 auch z. B. bei Umkehrdruck gegenüber dem geförderten Medium ab.
An die Gleitringdichtungen 18 schließen sich in Axialrichtung die Wirkpakete 19, 20 an. Die Wirkpakete 19, 20 umfassen ineinander greifende, schraubenförmige Förderelemente und bilden gemeinsam mit den entsprechenden Gehäuseabschnitten den Druckraum der Schraubenspindelpumpe 1. Das geförderte Medium wird dabei kontinuierlich axial zur Mitte der Pumpe hin gefördert und verlässt die Schraubenspindelpumpe 1 über einen Auslass 21. Die Antriebsspindel 5 und die Laufspindel 7 weisen eine Mittenlagerung auf, die durch Radialgleitlager 22, 23 gebildet wird. Die Radialgleitlager 22, 23 und die zugehörigen Gleitringdichtungen 27, 30 sind geteilt ausgebildet, sodass sie auch bei Spindeln 5, 7 mit integralen Wirkpaketen 19, 20, 24, 25 eingesetzt werden können.
Die Spindeln 5, 7 sind in Radialrichtung näherungsweise ortsfest, sodass trotz der hohen wirkenden Kräfte und Momente ein kontinuierlicher Dichtspalt zwischen den schraubenförmigen Förderelementen und dem Inneren des Pumpengehäuses gewährleistet ist. Die Einhaltung des vorgesehenen Dichtspalts führt zu einem hohen Wirkungsgrad.
Wie in der Figur erkennbar ist, sind die Spindeln 5, 7 und die zugehörigen Lagerdichtungen praktisch symmetrisch zu einer gedachten Mittellinie ausgebildet. Dementsprechend weist auch das in der Figur links eingezeichnete Wirkpaket 24, 25 an beiden Seiten Gleitringdichtungen 26, 27 auf. Am linken Ende der Antriebsspindel 5 und der Laufspindel 7 befinden sich Radialgleitlager 28, 29.

Claims

Mehrfach gelagerte zweiflutige Schraubenspindelpumpe zur Förderung von Ein- und Mehrphasengemischen, mit wenigstens einer Antriebsspindel (5) und wenigstens einer Laufspindel (7), die jeweils eine Mittenlagerung (22, 23) und beidseitig angeordnete, ineinander greifende schraubenförmige Wirkpakete (19, 20, 24, 25) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spindel (5, 7) die Mittenlagerung (22, 23) abdichtende Gleitringdichtungen (27, 30) aufweist und die Mittenlagerung (22, 23) über einen Zufluss- und einen Abflusskanal (12, 13, 14, 15) zur Ölversorgung verfügt, wobei die Schraubenspindelpumpe (1) so ausgebildet ist, dass während des Betriebs der in der Mittenlagerung (22, 23) herrschende Öldruck höher als der Auslassdruck der Schraubenspindelpumpe (1) ist.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtungen (27, 30) bei einer einteiligen Spindel mit geteilten Ringelementen und Dichtungselementen und bei einer mehrteiligen Spindel mit ungeteilten Ring- und Dichtungselementen ausgebildet sind.
Schraubenspindelpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass antriebsseitig ein ölgefülltes und unter einem erhöhten Druck stehendes Getriebe angebracht ist.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindeln (5, 7) an der Antriebsseite vor und hinter einem Getriebe, im mittleren Bereich und im Endbereich gelagert sind.
Schraubenspindelpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Lager als Axiallager oder als Kombinationslager zur Aufnahme von Axial- oder Radialkräften ausgebildet ist.
Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager der Spindeln (5, 7) als Gleitlager oder Wälzlager ausgebildet sind.
Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung für ein Lager einstellbar oder regelbar ist.
Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Laufspindeln aufweist.
Schraubenspindelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein geteiltes Pumpengehäuse oder einen geteilten Gehäuseeinsatz aufweist.