DE2640990A1

DE2640990A1 - Centrifugal pump with axially compensated impeller - has axially fixed balance ring behind axially free impeller

Info

Publication number: DE2640990A1
Application number: DE19762640990
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hanagarth
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1976-09-11
Filing date: 1976-09-11
Publication date: 1978-03-16

Abstract

A centrifugal pump has a shaft (2) on which an impeller (1) is keyed (6) to have axial but not rotational freedom of movement. There is a sealing orifice gap (5) between the back of the impeller and the casing and a similar gap (7) at a smaller diameter between the front of the impeller and the casing. There are pressure equallising aperture (4) through the impeller below the blade entry. A balance ring (8) is keyed to the shaft behind the impeller to have neither axial nor rotational freedom of movement. As the impeller (1) moves axially the gap (9) between the equalising openings and the balance ring varies with a resulting variation in pressure which controls the axial movement of the impeller.

Description

Klein, Schanzlin & Becker AktiengesellschaftKlein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft

Kreiselpumpe mit selbsttätiger Axialschubregelung an einem der LaufräderCentrifugal pump with automatic axial thrust control on one of the impellers

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit selbsttätiger Axialschubregelung an einem der Laufräder. Es ist bekannt, bei axial frei beweglicher Welle und meistens mehreren darauf befestigten in Serie geschalteten Laufrädern den Axialschub über eine sogenannte Entlastungssinrichtung, bestehend aus Entlastungsscheibe und Gegenscheibe, aufzunehmen.The invention relates to a centrifugal pump with automatic axial thrust control on one of the wheels. It is known that the axially freely movable shaft and usually several impellers connected in series are attached to it Axial thrust is absorbed by a so-called relief device, consisting of relief disc and counter disc.

Es gibt auch verschiedene Arten selbsttätiger Axialschubentlastung, bei denen das Laufrad mit der Welle fest verbunden ist, die Welle jedoch im freien Spiel der Axialkräfte axial schwimmt und das Laufrad gegen das feste Gehäuse eine Regelung, z.B. durch Drosselung der Entlastungsbohrungen, erfährt. Die Drosselung findet dabei zwischen dem drehenden Laufrad und der stehenden Gehäusepartie statt. Dies hat den Nachteil, daß bei Regelspalt 0, also an der Grenze der Regelmöglichkeif, Verschleiß einsetzt. Ebenfalls ist die axiale Wellenbewegung für die Kupplung und manche Wellendichtungen nicht günstig. Bei einem ganz anderen Laufradtyp, dem Wirbelpumpen- oder Turbinenrad, d.h. einer völlig axialsymmetrischen PumpenausfUhrung, ist eine andere Art desThere are also different types of automatic axial thrust relief for which the impeller is firmly connected to the shaft, but the shaft floats axially in the free play of the axial forces and the impeller against the fixed housing is regulated, e.g. by throttling the relief bores. the Throttling takes place between the rotating impeller and the stationary housing section. This has the disadvantage that when the control gap is 0, that is to say at the Limit of control possibilities, wear and tear sets in. Also is the axial Shaft motion not favorable for the coupling and some shaft seals. With a completely different type of impeller, the vortex pump or turbine wheel, i.e. a completely axially symmetrical pump design, there is a different type of

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Axialschubausgleich bekannt. Dabei kann sich das Laufrad auf der durch Lager axial fixierten Welle axial so einstellen, daß axiales Gleichgewicht erreicht wird. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß die Regelspalten sehr eng sind (ca.einige hundertste! mm) und sich ebenfalls zwischen dem drehenden Laufrad und den stehenden Gehäusepartien einstellen. Sie sind deshalb dann gefährdet, wenn Unregelmäßigkeifen, wie Verschmutzungen im Fördermedium vorkommen oder sich geometrische Abweichungen der mechanischen Bearbeitung oder bei wärmemäßigem Verzug ergeben.Axial thrust compensation known. The impeller can be on the through bearings Adjust axially fixed shaft axially so that axial equilibrium is achieved. This version has the disadvantage that the standard gaps are very narrow (about a few hundredth! mm) and also between the rotating impeller and the Adjust the upright parts of the housing. You are therefore at risk if irregularities, such as contamination, occur in the pumped medium or when they become geometric deviations in mechanical processing or in the case of heat Arrears.

Aufgabe der Erfindung ist, die angeführten Mängel zu beseitigen und für stopfbüchslose Pumpen, deren Lager mit dem Fördermedium geschmiert sind und ähnliche Ausführungen sowie ohne weiteres für alle !stufigen Pumpen in entsprechender Ausgestaltung, auch für mehrstufige Pumpen bestimmter Art einen idealen Axialschubausgleich zu schaffen.The object of the invention is to eliminate the deficiencies mentioned and for Pumps without stuffing boxes, the bearings of which are lubricated with the pumped medium, and similar designs, and without further ado for all! in an appropriate configuration to create an ideal axial thrust compensation even for multi-stage pumps of a certain type.

Die Lösung besteht in einer Kreiselpumpe ein- oder mehrstufiger Bauart der eingangs genannten Art deren Laufrad bzw. deren Laufräder mit der jeweiligen Nabenbohrung auf der Wellennabe axial verschieb!ich und gegen Verdrehen gesichert gelagert und mit Entlasiungsbohrungen sowie einem druckseitigen Dichtspali, der gegenüber einem saugseitigen Dichtspalt auf größerem Durchmesser liegt,The solution consists of a centrifugal pump with a single or multi-stage design initially mentioned type whose impeller or their impellers with the respective hub bore on the shaft hub axially and against rotation securely stored and with vent holes and a pressure-side sealing gap, which lies on a larger diameter compared to a suction-side sealing gap,

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versehen sind, wobei ebenfalls auf der jeweiligen Wellennabe ein mit Wellendrehzahl rotierendes, gegenüber der Welle gegen Verdrehen gesichertes axial fixiertes Teil angeordnet ist, welches bei Näherung des jeweiligen Laufrades in Richtung Druckseite mit der jeweiligen Laufradrückwand einen veränderlichen Regelspalt bildet und so den Einlaß der genannten Laufradbohrungen verkleinert und bei entgegengesetzter Bewegung desselben vergrößert.are provided, also on the respective shaft hub with a shaft speed rotating, axially fixed part secured against rotation against the shaft is arranged, which when the respective impeller approaches in In the direction of the pressure side, a variable regulating gap forms with the respective rear wall of the impeller and thus reduces the inlet of the impeller bores mentioned and enlarged when moving in the opposite direction.

Eine Laufradbegrenzung in Richtung Saugseite kann durch eine Mutter mit Federscheibe gebildet werden, womit z.B. das Laufrad einer Vertikal pumpe beim Abschalten desselben vor zu hartem Aufprall geschützt ist.A nut can be used to limit the impeller in the direction of the suction side Spring washers can be formed, with which e.g. the impeller of a vertical pump at Switching off the same is protected from too hard an impact.

Die Fig. 1 - 6 zeigen die bisherige Ausführung (Fig. 1) und diejenige nach der Erfindung einer Kreiselpumpe mit selbsttätiger Axialschubregelung. Gemäß Fig. wird der Axialschub von Laufrädern in Kreiselpumpen bei axial fest eingespanntem Laufrad 1 auf der Welle 2 über dieselbe auf ein Lager 3 geführt und dort aufgenommen. Dabei kann der Axialschub des Laufrades durch eine der vielen bekannten Maßnahmen, wie Entlastungsbohrungen 4 mit druckseitigem Dichtspalt 5, Rückenschaufeln,etc. verringert werden, so daß nur noch der Restaxhlschub von besagtem Lager 3 aufzunehmen Ist.FIGS. 1-6 show the previous embodiment (FIG. 1) and that after Invention of a centrifugal pump with automatic axial thrust control. According to Fig. The axial thrust of impellers in centrifugal pumps is firmly clamped axially Impeller 1 guided on shaft 2 via the same onto a bearing 3 and received there. The axial thrust of the impeller can be controlled by one of the many known measures, such as relief bores 4 with pressure-side sealing gap 5, back blades, etc. be reduced, so that only the residual axial thrust Is to be taken from said warehouse 3.

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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe mit der Axialschubentlastungseinrichtung. Demnach ist das Laufrad 1 mit seiner Nabenbohrung auf der Nabe der Welle 2 axial verschiebbar gelagert und durch Paßfeder 6 gegen Verdrehen gesichert. Das Laufrad hat Entlastungsbohrungen 4 und einen druckseitigen Dichtspalt 5, der gegenüber dem saugseitigen Dichtspalt auf größerem Durchmesser liegt. Ebenfalls auf der Nabe der Welle 2 ist das mit Wellendrehzahl rotierende axial fixierte Teil 8 angeordnet, das z.B. ebenfalls durch Paßfedern 6 gegen Verdrehen gesichert sein kann. Teil 8 hat die Funktion,Fig. 2 shows an embodiment of the centrifugal pump according to the invention the axial thrust relief device. Accordingly, the impeller 1 is with his The hub bore is axially displaceable on the hub of the shaft 2 and secured against rotation by a key 6. The impeller has relief bores 4 and a pressure-side sealing gap 5, which is opposite the suction-side sealing gap lies on a larger diameter. Also arranged on the hub of the shaft 2 is the axially fixed part 8, which rotates at the shaft speed, which e.g. can be secured against rotation by parallel keys 6. Part 8 has the function

daß es bei Annäherung des Laufrades 1 in Richtung Druck-Seite den Einlaß der Bohrungen 4 durch den dabei veränderlichen Regelspalt 9 verkleinert und in entgegengesetzter Bewegungsrichtung von Laufrad 1 den Regelspalt 9 vergrößert. Aus diesem Gesichtspunkt heraus kann Spalt 9 und Laufrad 1 in dieser Regelpartie nach den Figuren 3, 4, 5 ausgeführt sein. Die Laufradbegrenzung in Richtung Saug-Seite bildet z.B. eine Mutter 10, wobei ein federndes Teil 11 das Laufrad vor zu hartem Aufprall, z.B. bei Abschalten einer Vertikalmaschine, schützt.that when the impeller 1 approaches in the direction of the pressure side, the inlet of the Bores 4 reduced by the variable control gap 9 and in opposite direction of movement of impeller 1, the regulating gap 9 increases. From this point of view, gap 9 and impeller 1 can be used in this control section be carried out according to Figures 3, 4, 5. The impeller limitation in the direction The suction side is formed by a nut 10, for example, with a resilient part 11 forming the impeller protects against too hard impact, e.g. when switching off a vertical machine.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende: Beim Start z.B. einer Vertikalpumpe mit nach unten gerichtetem Laufrad-Saugmund gibt das über der Federscheibe 11 auf der Mutter 10 lastende Laufrad 1 den Spalt 9 soweit frei, daß der durch die Spalte bzw. Bohrungen 5, 9 und 4 fließendeThe operation of the device according to the invention is as follows: When starting E.g. a vertical pump with the impeller suction mouth pointing downwards gives this Above the spring washer 11 on the nut 10 loading impeller 1 the gap 9 so far free that the flowing through the gaps or holes 5, 9 and 4

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Entlastungswasserstrom In Verbindung mil" dem im Durchmesser größer als der Dichtspalt 7 gehaltenen Dichtspalt 5 das Laufrad 1 in Richtung Druckseite gehoben wird, so weit, bis sich Spalt 9 soweit verengt hat, daß axiales Gleichgewicht eintritt. Selbst wenn Spalt 9 einmal zu Null würde, kann kein Verschleiß auftreten, da beide Teile gleiche Drehzahl haben. Erst ab dieser Stellung würde das Lager 3 zusätzlichen Axialschub aufnehmen müssen. Ansonsten hätte das Lager 3 nur das konstante Rotorgewicht zu tragen. Bei horizontaler Wellenlage wäre das Lager 3 ganz entlastet. Jedoch ist es bei vertikaler Wellenlage und Vorhandensein schwerer Elektrorotoren wie bei einem stopfbüchslosen Spaltrohrpumpenaggregat möglich, durch Anlenkung zumindest des El ektrorotorzyl Inders an das Laufrad 1 auch dieses Elektrorotorgewicht mit auszugleichen, so daß nur noch das Wellengewicht auf Lager 3 wirkt. Wenn die Pumpe nur aus Laufrad 1, Welle 2 und Lager 3 besteht, ist ersichtlich, daß Lager 3 nur sehr schwach ausgelegt sein muß.Relief water flow in conjunction with "the larger than the diameter Sealing gap 7 held sealing gap 5, the impeller 1 is lifted in the direction of the pressure side, until the gap 9 has narrowed so far that axial Equilibrium occurs. Even if gap 9 were once to zero, no wear can occur, since both parts have the same speed. Only from this one Position, the bearing would have to absorb 3 additional axial thrust. Otherwise the bearing 3 would only have to carry the constant weight of the rotor. at bearing 3 would be completely relieved in a horizontal shaft position. However, with a vertical shaft position and the presence of heavy electric rotors, it is the same as with one Canned pump unit without stuffing box possible, by linking at least the electric rotor cylinder to the impeller 1, this electric rotor weight is also included compensate so that only the shaft weight acts on bearing 3. If the pump consists only of impeller 1, shaft 2 and bearing 3, it can be seen that Camp 3 only has to be designed very weakly.

Daß bei vorhandenem Drehmoment sich das Laufrad, ohne Schaden zu nehmen, verschieben kann, zeigt die jahrzehntelange Erfahrung bei den genannten Wirbel- oder Turbinenpumpen, deren Laufräder sich auf der Wellennabe ebenfalls verschieben müssen. Eventuell muß die Drehmomentenübertragung mit kleinerer Flächenpressung als bisher bei den starr aufgekuppelten Laufrädern an den Paßfedernerfolgen, z.B. durch Vielkeilwellennabe.If the torque is present, the impeller can move without being damaged, can shift, shows the decades of experience with the vortex or turbine pumps mentioned, whose impellers are also on the shaft hub have to move. The torque transmission may have to be carried out with a smaller surface pressure than was previously the case with the rigidly coupled impellers Parallel keys can be made, e.g. by means of a splined shaft hub.

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Wo das Fördermedium z.B. wegen Schmutzteilchen diese Laufradverschiebung erschwert, kann die Verschiebepartie gemäß Fig. 6 ausgebildet, gegen das Fördermedium mit Dichtelement 12 (auch Balg möglich) abgedichtet und mit einem Gleitmittel 13, wie z.B. Molykote gefüllt werden.Where the pumped medium caused this impeller displacement, e.g. due to dirt particles made more difficult, the sliding part can be designed according to FIG. 6, sealed against the conveying medium with sealing element 12 (bellows also possible) and with a lubricant 13 such as Molykote.

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Claims

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or multistage centrifugal pump with automatic axial thrust control on the wheel or wheels, characterized in that the or the impellers with the respective hub bore on the respective shaft hub (2) are axially displaceable and secured against rotation and with relief bores (4) and a pressure-side sealing gap (5) with a larger diameter than a suction-side sealing gap (7) is provided, also on the respective shaft hub (2) a rotating with shaft speed, against rotation against the shaft secured, axially fixed part is arranged, which optionally together with the impeller rear wall on the pressure side and the impeller bores (4) forms a variable regulating gap.

2. Centrifugal pump according to claim 1, characterized by an impeller limitation in the form of a nut (10) with a spring washer (11).

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