DE102013000129A1

DE102013000129A1 - Method for locking access between chamber with fluid and environment e.g. gas, in centrifugal pump, involves forcing fluid back to disk during decreasing of rotational speed, where overpressure exists in fluid with respect to environment

Info

Publication number: DE102013000129A1
Application number: DE201310000129
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2014-04-17

Abstract

The method involves transferring centrifugal overpressure of a rotary liquid disk (1) to a deformable damping chamber by uncompressed fluid (4) such that amount of fluid in the disk is reduced. Another amount of fluid is conducted from the disk towards the chamber during increased rotational speed of a rotor (5) such that overpressure in the chamber increases. The chamber is easily relaxed and the fluid is forced back to the disk during decreasing of the rotational speed, where continuous overpressure exists in the fluid with respect to environment and comprises only small fluctuations. An independent claim is also included for a locking device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung zum Sperren des Zugangs zwischen einer Kammer mit Flüssigkeit und der Umgebung als Gas oder Vakuum.The invention relates to a method and the associated device for blocking the access between a chamber with liquid and the environment as gas or vacuum.

Vorrichtungen, die diesen Zweck erfüllen, sind bekannt, wie z. B. die Simmerringe oder Lippendichtungen, die mittels eines elastischen Teils auf die Welle drucken und so das Fliessen vom Gas oder Flüssigkeit dadurch verhindern. Diese Vorrichtungen haben aber einen großen Nachteil, den Sie erzeugen Reibungswärme, die mit steigender Drehzahl einen Dauerbetrieb nicht zulassen. Außerdem verursachen diese Verluste unnötige Energiekosten.Devices that fulfill this purpose are known, such. As the Simmerrings or lip seals that print by means of an elastic member on the shaft and thus prevent the flow of gas or liquid thereby. But these devices have a big disadvantage, they generate frictional heat, which does not allow continuous operation with increasing speed. In addition, these losses cause unnecessary energy costs.

Bei zentrifugalen Pumpen ist das Prinzip der Abdichtung mittels Zentrifugalkraft zwischen Flüssigkeit befindlich in Kammern und dem umgebenden Gas bekannt; dabei werden Sperrscheibendichtungen der umlaufenden Flüssigkeit für die Abdichtung beim Wellenaustritt der Pumpe benutzt – Henschel Werke Kassel –. Diese Art der Abdichtung ist zwar wirksam, aber erzeugt mit steigender Drehzahl einen zunehmenden Überdruck; dieser Überdruck ist nicht konstant und ergibt eine unsichere Abdichtung und stört viele Anwendungen, wo unkontrollierbarer Überdrück unerwünscht ist.In centrifugal pumps, the principle of centrifugal force sealing between liquid in chambers and the surrounding gas is known; Here are locking disc seals of the circulating fluid used for sealing the shaft outlet of the pump - Henschel works Kassel -. Although this type of seal is effective, but generates with increasing speed an increasing overpressure; this overpressure is not constant and gives an unsafe seal and interferes with many applications where uncontrollable overpressure is undesirable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung einer Flüssigkeitskammer von der Gas- oder Vakuum-Umgebung beim Austritt einer schnellaufenden Welle zu erreichen, wobei der Druck in der Kammer praktisch konstant gehalten wird und zwar unabhängig von der Drehzahl der rotierenden Teile. Folgende Vorteile ergeben sich:

– extrem niedrige Reibungsverluste im ganzen Drehzahlbereich und dadurch keine nennenswerte Wärmeentwicklung
– sehr vereinfachte Montage des Aggregats Kugellager/Sperrvorrichtung, da nur die Toleranzen für die Kugellagermontage berücksichtigt werden müssen
– flache Ausführung aus Metall, das mit Lot eine zuverlässige flächendeckende Verbindung mit dem Kugellager aufweist
– die Vorrichtung ist wartungsfrei
– wichtiger Nebeneffekt: die Sperrvorrichtung entwickelt deutlich weniger Wärme als das Kugellager und somit kühlt sie das angegliederte Kugellager zusätzlich ab und führt so zur Erhöhung seiner Grenzdrehzahl.

The present invention has for its object to achieve a seal of a liquid chamber from the gas or vacuum environment at the outlet of a high-speed shaft, wherein the pressure in the chamber is kept virtually constant, regardless of the rotational speed of the rotating parts. The following advantages result:

- Extremely low friction losses in the entire speed range and therefore no significant heat development
- Very simplified assembly of the unit ball bearing / locking device, since only the tolerances for the ball bearing assembly must be considered
- Flat design made of metal, which has a reliable area-wide connection with the ball bearing with solder
- The device is maintenance-free
- important side effect: the locking device develops significantly less heat than the ball bearing and thus it also cools the attached ball bearing and thus leads to increase its limit speed.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and will be explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 Längsschnitt durch die Vorrichtung 1 Longitudinal section through the device

Aufgrund der Figur wird die Funktion näher erläutert.Due to the figure, the function is explained in detail.

Es gibt eine zentrifugal beschleunigte Flüssigkeitsscheibe 1, welche entlang des größten Umfangs mit der Kammer 3 mit Flüssigkeit 4 kommuniziert, so daß der zentrifugal erzeugte Druck in die Flüssigkeit 4 sich überträgt. In einem drehzahlberuhigten Hohlraum 11 mit der Außenwand 13 gibt es einen mit Gas gefüllten Kanal 14, welcher zur Flüssigkeit hin eine Membran 15 aus elastischem Stoff aufweist, die mit Klebstoff 16 an der Außenwand 13 befestigt ist.There is a centrifugally accelerated liquid disk 1 , which along the largest circumference with the chamber 3 with liquid 4 communicates, so that the centrifugally generated pressure in the liquid 4 transfers. In a speed-reduced cavity 11 with the outer wall 13 there is a gas filled channel 14 which is a membrane towards the liquid 15 Made of elastic fabric that with adhesive 16 on the outside wall 13 is attached.

Der Außendruck der Gas- oder Vakuumumgebung ist beim Stillstand in etwa auch in der Kammer 3 mit Flüssigkeit 4 vorhanden.The external pressure of the gas or vacuum environment is approximately at standstill also in the chamber 3 with liquid 4 available.

Ein Rotor 5 ist mittels Lot 22 an dem Innenring 24 eines Kugellagers 25 angeflanscht, während der Stator aus Gehäuse 6 und Außenwand 13, den Rotor 5 umschließt und an dem Außenring 23 des Kugellagers 25 mittels Lot 38 ebenfalls angeflanscht ist.A rotor 5 is by means of solder 22 on the inner ring 24 a ball bearing 25 Flanged while the stator is made of housing 6 and outer wall 13 , the rotor 5 encloses and on the outer ring 23 of the ball bearing 25 by means of solder 38 also flanged.

Die Außenwand 13 ist mit Lot 21 am Gehäuse 6 befestigt. Die Außenwand 13 weist eine Reihe von Durchbrüchen 17 auf, welche dazu dienen, eine Kommunikation für die Flüssigkeit 4 zu schaffen, die den Druck im drehzahlberuhigten Hohlraum 11 möglichst gleich dem Druck in der Kammer 3 hält.The outer wall 13 is with solder 21 on the housing 6 attached. The outer wall 13 has a number of breakthroughs 17 on which serve a communication for the liquid 4 to create the pressure in the low-speed cavity 11 as equal as possible to the pressure in the chamber 3 holds.

Beim Drehen des Rotors 5 solidarisch mit der Antriebswelle 2, entstehen in radialer Richtung bei höheren Drehzahlen die rotierende Flüssigkeitsscheibe 1 und die weiteren Flüssigkeitsscheiben 30, 36 welche zusammen im vertikalen Spalt 8 und in den Kanälen 7, 31 einen Überdruck in Richtung Peripherie erzeugen. Der Rotor 5 weist einen inneren Kranz von Schaufeln 10 auf, während das am Rotor 5 angelötete Teil 28 zwei konzentrische Kränze von Schaufeln 29, 34 bilden, um insgesamt ein Mitnahmeeffekt für die Flüssigkeit zu bewirken. Die Flüssigkeitsscheiben 1, 30, 36 werden gebildet in den Zwischenräumen der entsprechenden Kranzscheiben 10, 29, 34.When turning the rotor 5 in solidarity with the drive shaft 2 , arise in the radial direction at higher speeds, the rotating liquid disk 1 and the other liquid disks 30 . 36 which together in the vertical gap 8th and in the channels 7 . 31 generate an overpressure towards the periphery. The rotor 5 has an inner ring of blades 10 while on the rotor 5 soldered part 28 two concentric wreaths of shovels 29 . 34 form to cause overall entrainment effect for the liquid. The liquid discs 1 . 30 . 36 are formed in the interstices of the corresponding wreath discs 10 . 29 . 34 ,

Die Flüssigkeitsscheibe 1 existiert ziemlich isoliert von den anderen Flüssigkeitsscheiben 30, 36, so daß hier zuverlässig der zentrifugal aufgebaute Druck fast ausschließlich dem hydrostatischen Ausgleich dient, während ein Teil der Flüssigkeit die Tendenz hat, einen geschlossenen Kreislauf von der Scheibe 1, zum Kanal 31, und zu den Scheiben 30, 36 und zu Kanal 8 zu bilden. Der Zylinder 35 zusammen mit den Einschnitten in der Scheibe 28 und zusammen mit einem schwimmenden Dichtungsring 37 bilden ein wirksames Labyrinth, das dagegen wirkt und den Flüssigkeitskreislauf stark reduziert.The liquid disk 1 exists quite isolated from the other liquid disks 30 . 36 , so that here the centrifugally constructed pressure reliably serves almost exclusively the hydrostatic compensation, while a part of the fluid tends to form a closed circuit from the disc 1 to the canal 31 , and to the discs 30 . 36 and to channel 8th to build. The cylinder 35 along with the cuts in the disk 28 and together with a floating sealing ring 37 form an effective labyrinth that works against it and greatly reduces the fluid circulation.

Die Flüssigkeit, die das Labyrinth, bestehend aus dem Zylinder 35 zusammen mit den Einschnitten in der Scheibe 28 und zusammen mit dem schwimmenden Dichtungsring 37, durchdringt kann durch die Öffnungen 33 in den Einlaufbereich der Flüssigkeitsscheibe 1 angesaugt werden. Diese Flüssigkeitsmenge wird durch konstruktive Maßnahmen sehr klein gehalten.The liquid, which is the labyrinth, consisting of the cylinder 35 along with the cuts in the disk 28 and together with the floating sealing ring 37 , can penetrate through the openings 33 in the inlet area of the liquid disk 1 be sucked. This amount of liquid is kept very small by design measures.

Der Überdruck erzeugt von der Flüssigkeitsscheibe 1 drängt die Flüssigkeit 4 in der Kammer 3 zurück; beim Stillstand oder niedrigen Drehzahlen wirkt eine zusätzliche mechanische Sperre, gebildet durch eine elastische Dichtung befestigt in der Aussparung 26 des Rotors 5. Diese elastisch Dichtung hebt sich bei einer gewissen Drehzahl komplett von der Lauffläche 12 solidarisch mit dem Gehäuse 6 ab; für alle höheren Drehzahlen wirkt nur noch die Abdichtungsfunktion der Flüssigkeitsscheibe 1. Der zentrifugal erzeigte Überdruck pflanzt sich in die praktisch unkomprimierbare Flüssigkeit 4 fort und gelangt auch an einer Dämpfungskammer 27 gebildet durch den Kanal 14 und der Membran 15, wodurch das darin enthaltene Gas komprimiert, während die Membran 15 leicht deformiert wird, wodurch die Flüssigkeitsmenge in der Flüssigkeitsscheibe 1 sich reduziert und zwar so weit, bis der zentrifugale Überdruck auf das gewünschte Maß reduziert ist, daß eine weitere Deformation der Membran 15 nicht mehr notwendig ist. Bei steigender Drehzahl reduziert sich die Flüssigkeitsmenge in der Flüssigkeitsscheibe 1 noch mehr durch Verdrängung in Richtung Peripherie und die Membran 15 deformiert sich weiter und übernimmt sie, während bei abnehmender Drehzahl die Flüssigkeitsmenge in der Flüssigkeitsscheibe zunimmt, so daß der Überdruck in der Kammer 3 nur in ganz geringem Maße schwankt, eben wie dem beschriebenen Regelungsmechanismus entsprechend.The overpressure generated by the liquid disk 1 urges the liquid 4 in the chamber 3 back; at standstill or low speeds, an additional mechanical lock, formed by an elastic seal mounted in the recess acts 26 of the rotor 5 , This elastic seal lifts completely from the tread at a certain speed 12 in solidarity with the housing 6 from; For all higher speeds only the sealing function of the liquid disc acts 1 , The centrifugally demonstrated overpressure is planted in the virtually uncompressible liquid 4 continues and also arrives at a damping chamber 27 formed by the canal 14 and the membrane 15 , whereby the gas contained therein is compressed while the membrane 15 is slightly deformed, reducing the amount of liquid in the liquid disk 1 is reduced and that until the centrifugal pressure is reduced to the desired level that further deformation of the membrane 15 is no longer necessary. As the speed increases, the amount of fluid in the fluid disc is reduced 1 even more by displacement towards the periphery and the membrane 15 continues to deform and take over, while with decreasing speed increases the amount of liquid in the liquid disk, so that the pressure in the chamber 3 varies only to a very small extent, just as the described control mechanism accordingly.

Claims

Method for blocking access between liquid and gas or vacuum, a) wherein at least one rotating liquid disc ( 1 ) at the relevant implementation of the drive shaft ( 2 ) from a chamber ( 3 ) with liquid ( 4 ) which constantly generates a centrifugal overpressure on the liquid ( 4 ) and thus pushes them back, wherein additionally at standstill - so absence of centrifugal pressure - a mechanical lock makes the backward movement of the liquid, characterized in that b) that the centrifugal overpressure of the rotating liquid disc ( 1 ) by the practically incompressible liquid to a deformable damping chamber ( 27 ), whereby the amount of liquid in the rotating liquid disc ( 1 ) is reduced to the extent necessary to prevent leakage of the liquid, c) wherein, with increased speed, a further amount of liquid from the liquid disc ( 1 ), as described, in the direction of the chamber ( 3 ) and thus the overpressure in the chamber ( 3 ) increases only slightly, since the additional overpressure is largely due to the deformation of the damping chamber ( 27 ) is adopted, d) wherein when removing the speed of the damping chamber ( 27 ) relaxes slightly and the liquid is returned to the liquid disk ( 1 ) e) and this control mechanism takes place continuously, such that there is a continuous slight overpressure in the fluid with respect to the environment, the overpressure having only slight fluctuations in the whole speed range and a secure holding of the fluid ( 4 ) in the chamber ( 3 ) guaranteed.

Locking device for enabling the method according to claim 1, characterized in that a) a rotor ( 5 ) on the drive shaft ( 2 ) and by Lot ( 22 ) to the inner ring ( 24 ) of a ball bearing ( 25 ), placed between drive shaft ( 2 ) and extension of the chamber ( 3 ), mounted in a housing ( 6 ), wherein the housing ( 6 ) by means of solder ( 38 ) to the outer ring of a ball bearing ( 26 ), the liquid ( 4 ) from the chamber ( 3 ) through the gap ( 7 ) in the vertical gap ( 8th ) to the mechanical barrier, formed as a seal ( 9 ), which prevents leakage of the liquid, wherein the seal ( 9 ) with your thickened part in the recess ( 26 ) of the rotor ( 5 ) and at high speeds expands, lifts off and on the adjacent cylindrical surface ( 39 ) of the rotor ( 5 ) is pressed by the centrifugal force, without further deformations or stresses of the elastic material occur, b) wherein at higher speeds, the rotating liquid disc ( 1 ) and the other liquid discs ( 30 ) 36 ) together in the vertical gap ( 8th ) and in the channels ( 7 ) 31 ) generate an overpressure towards the periphery, wherein the rotor ( 5 ) an inner ring of blades ( 10 ), while that on the rotor ( 5 ) soldered part ( 28 ) two concentric rings of blades ( 29 ) 34 ) in order to obtain a total entrainment effect for the liquid, c) wherein the liquid disk ( 1 ) isolated from the other liquid disks ( 30 ) 36 ) exists, so that here the centrifugally constructed pressure is used almost exclusively for the hydrostatic compensation, while a part of the fluid tends to form a closed circuit from the disc ( 1 ), to the channel ( 31 ), and to the discs ( 30 ) 36 ) and to channel ( 8th ), wherein the cylinder ( 35 ) together with the cuts in the disc ( 28 ) and together with a floating sealing ring ( 37 ) acts as an effective labyrinth, d) where the liquid is the labyrinth consisting of the cylinder ( 35 ) together with the cuts in the disc ( 28 ) and together with the floating sealing ring ( 37 ), through the openings ( 33 ) in the inlet region of the liquid disc ( 1 ) and wherein this amount of liquid is kept very small by design measures, e) being on the other side of the rotor ( 5 ) its diameter is greatly reduced to a cavity ( 11 ), where the liquid barely rotates, as it slides on the smooth rotor surface, the annular outer wall ( 13 ) of the cavity ( 11 ) a damping chamber ( 27 ), which consists of a gas-filled, annular channel ( 14 ) and a membrane ( 15 ), the membrane ( 15 ) by means of adhesive ( 16 ) at the edges of the canal ( 14 ), f) the outer wall ( 13 ) a series of breakthroughs ( 17 ), which the liquid ( 4 ) flows freely, while on the other side of the outer wall ( 13 ) a recess ( 18 ), which ensures that the liquid ( 4 ) in the breakthroughs ( 17 g) where the housing ( 6 ) with a fastening ring ( 19 ) and the rotor ( 5 ) with a fastening ring ( 20 ) have a firm anchorage.