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EP1185795B1 - Entlastungseinrichtung fur mehrstufige kreiselpumpen - Google Patents

Entlastungseinrichtung fur mehrstufige kreiselpumpen Download PDF

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EP1185795B1
EP1185795B1 EP00941982A EP00941982A EP1185795B1 EP 1185795 B1 EP1185795 B1 EP 1185795B1 EP 00941982 A EP00941982 A EP 00941982A EP 00941982 A EP00941982 A EP 00941982A EP 1185795 B1 EP1185795 B1 EP 1185795B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
thrust
gap
relieving
centrifugal pump
Prior art date
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EP00941982A
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French (fr)
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EP1185795A1 (de
Inventor
Baogang Wang
Bernhard Brecht
Jürgen Schill
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KSB AG
Original Assignee
KSB AG
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Publication date
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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
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041—Axial thrust balancing
    • F04D29/0413—Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • 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 device for receiving the axial thrust of a Multi-stage centrifugal pump, with a relief device, which one or has multiple axial column and one or more radial gaps and at which is guided over the column a discharge current, and with a the remaining residual thrust receiving thrust bearing, the thrust bearing a assigned to the compensation of misalignment serving gimbal ring is.
  • a relief device which one or has multiple axial column and one or more radial gaps and at which is guided over the column a discharge current, and with a the remaining residual thrust receiving thrust bearing, the thrust bearing a assigned to the compensation of misalignment serving gimbal ring is.
  • the resulting respectively by the discharge current gap losses are in the three versions of different heights. So, above all, has the simple Relief piston surrounding radial gap a large gap current and thus a high efficiency drop of the centrifugal pump result.
  • the gap loss a stepped piston relief device, which - depending on the number of stages - on at least two radial gaps and one each between the radial gaps arranged axial gap has, however, is already much lower. Common to the two working with piston designs that they still need a thrust bearing, which receives a remaining residual thrust.
  • the version with relief disc needs such a thrust bearing basically not, since the relief disc acts self-regulating. Since the this essential axial gap between relief disc and not rotating counter-disc sets very tight, also the leakage of this remains Version relatively small. However, it can be used with centrifugal pumps high end pressures and high performance in transient driving style to a Slip the relief disc come on the opposite disc. But that is the reliability of such pumps no longer guaranteed.
  • the invention has for its object to provide a relief device which has minimal leakage with high reliability.
  • the relief device is designed so that In all operating conditions, a residual thrust results in the direction of the suction side the centrifugal pump acts, and that the gimbal ring is dimensioned so that he is elastically deformed by the residual thrust, wherein the spring constant of the Kardanic ring has such a characteristic that, starting from a maximum gap width at rest of the centrifugal pump, the axial gap under operating conditions to a minimum width, at which a Touch the axial gap limiting surfaces is still avoided.
  • the relief device a stepped piston with multiple axial Columns, the said condition applies to all axial column.
  • the invention is not only in relief with double piston or multi-stage piston use. It can also be used with relief discs be applied. Although caused an additional thrust bearing with gimbal Ring in a device with relief disc an increased effort. There but thus the reliability of centrifugal pumps with high end pressures and to ensure great performance even with transient driving is at least there justified the effort.
  • the invention is primarily in cooperation with a hydrodynamic Thrust bearing can be used with advantage.
  • the double piston 4 is an inventive Relief device attached on the shaft 2, moreover, the double piston 4 is an inventive Relief device attached.
  • the double piston 4 is surrounded by a Housing part 5, with which it forms two radial gaps 6 and 7. Between radial gaps 6 and 7 is an axial gap 8.
  • the axial gap 8 has a variable width s.
  • the thrust bearing 9 is a gimbal Ring 10 assigned.
  • the gimbal 10 initially serves in a known manner To compensate for misalignment, when mounting a multi-stage Centrifugal pump are inevitable. But it is new that the gimbal ring 10 so is dimensioned that it by the residual thrust occurring in the centrifugal pump is elastically deformed.
  • the spring constant of the gimbal ring is 10 adapted to the other conditions of the discharge device:
  • the relief device is designed so that in all operating conditions the centrifugal pump gives a residual thrust, which acts in the direction of the suction side.
  • the centrifugal pump is now characterized by an elastic deformation of the gimbal Ringes 10 of the gap 8 under operating conditions to a predetermined Minimum width closed, in which a touch of the gap. 8 delimiting surfaces of the double piston 4 and the housing part 5 still is avoided.
  • the relief device according to the invention Assume that the axial gap 8 has a self-regulating function, as in Similarly, in a relief disc is the case.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme des Axialschubes einer mehrstufigen Kreiselpumpe, mit einer Entlastungseinrichtung, welche einen oder mehrere axiale Spalte und einen oder mehrere radiale Spalte besitzt und bei welcher über die Spalte ein Entlastungsstrom geführt wird, und mit einem den verbleibenden Restschub aufnehmenden Axiallager, wobei dem Axiallager ein dem Ausgleich von Fluchtungsfehlern dienender kardanischer Ring zugeordnet ist. Eine derartige Einrichtung ist z.B. aus der Patentschrift DE 886 250 A bekannt.
Zur Aufnahme des Axialschubes bei mehrstufigen Kreiselpumpen sind im wesentlichen drei verschiedene Arten von Entlastungseinrichtungen bekannt: Entlastungsscheibe, Entlastungskolben und Stufenkolben. Letzterer ist in der überwiegend gebrauchten Form als Doppelkolben ausgebildet. Die genannten Einrichtungen werden in dem KSB-Kreiselpumpenlexikon, 3. Auflage, 1989, unter dem Stichwort "Axialschub" beschrieben.
Allen drei Ausführungen gemeinsam ist ein über Spalte geführter Entlastungsstrom. Der meist zum Einlauf der Kreiselpumpe zurückgeführte Entlastungsstrom stellt einen Leckverlust dar, den man durch möglichst geringe Spaltweiten zu minimieren versucht. Dabei ist aber dafür Sorge zu tragen, daß unter allen Betriebsbedingungen ein Anstreifen der bewegten Teile an den stehenden Teilen der Kreiselpumpe möglichst vermieden wird. Ein Anstreifen des Pumpenläufers im Gehäuse kann zu einem Fressen an einander gegenüberliegenden Flächen und damit zum Ausfall der Kreiselpumpe führen.
Die jeweils durch den Entlastungsstrom entstehenden Spaltverluste sind bei den drei Ausführungen unterschiedlich hoch. So hat vor allem der den einfachen Entlastungskolben umgebende radiale Spalt einen großen Spaltstrom und damit einen starken Wirkungsgradabfall der Kreiselpumpe zur Folge. Der Spaltverlust einer Stufenkolben-Entlastungseinrichtung, die - je nach Anzahl der Stufen - über mindestens zwei radiale Spalte und jeweils einen zwischen den radialen Spalten angeordneten axialen Spalt verfügt, ist dagegen schon wesentlich geringer. Gemeinsam ist den beiden mit Kolben arbeitenden Ausführungen, daß sie noch ein Axiallager benötigen, das einen verbleibenden Restschub aufnimmt.
Die Ausführung mit Entlastungsscheibe braucht ein solches Axiallager grundsätzlich nicht, da die Entlastungsscheibe selbstregelnd wirkt. Da sich der hierbei wesentliche axiale Spalt zwischen Entlastungsscheibe und nicht rotierender Gegenscheibe sehr eng einstellt, bleibt auch der Leckverlust dieser Ausführung verhältnismäßig klein. Allerdings kann es bei Kreiselpumpen mit hohen Enddrücken und großen Leistungen bei transienter Fahrweise zu einem Anstreifen der Entlastungsscheibe an der Gegenscheibe kommen. Damit ist aber die Betriebssicherheit solcher Pumpen nicht mehr gewährleistet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entlastungseinrichtung zu schaffen, die bei hoher Zuverlässigkeit nur minimale Leckverluste hat.
Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Entlastungseinrichtung so ausgelegt ist, daß sich in allen Betriebszuständen ein Restschub ergibt, der in Richtung der Saugseite der Kreiselpumpe wirkt, und daß der kardanische Ring so dimensioniert ist, daß er durch den Restschub elastisch verformt wird, wobei die Federkonstante des kardanischen Ringes eine solche Charakteristik besitzt, daß, ausgehend von einer maximalen Spaltweite im Ruhezustand der Kreiselpumpe, sich der axiale Spalt unter Betriebsbedingungen bis auf eine minimale Weite schließt, bei welcher eine Berührung der den axialen Spalt begrenzenden Flächen noch vermieden wird. Besitzt die Entlastungseinrichtung eine Stufenkolben mit mehreren axialen Spalten, gilt die genannte Bedingung für alle axialen Spalte.
Die Erfindung ist aber nicht nur bei Entlastungseinrichtungen mit Doppelkolben oder mehrstufigen Kolben einzusetzen. Sie kann ebenso bei Entlastungsscheiben angewandt werden. Zwar verursacht ein zusätzliches Axiallager mit kardanischem Ring bei einer Einrichtung mit Entlastungsscheibe einen erhöhten Aufwand. Da aber hierdurch die Betriebssicherheit bei Kreiselpumpen mit hohen Enddrücken und großen Leistungen auch bei transienter Fahrweise zu gewährleisten ist, ist zumindest dort der Aufwand gerechtfertigt.
Die Erfindung ist vor allem im Zusammenwirken mit einem hydrodynamischen Axiallager mit Vorteil anwendbar.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt aus einer im Schnitt dargestellten mehrstufigen Kreiselpumpe.
In dem Gehäuse 1 der Kreiselpumpe ist eine Welle 2 gelagert, die mehrere Laufräder 3 trägt. In der Zeichnung sind nur zwei der Laufräder 3 erkennbar.
Auf der Welle 2 ist im übrigen der Doppelkolben 4 einer erfindungsgemäßen Entlastungseinrichtung befestigt. Der Doppelkolben 4 wird umgeben von einem Gehäuseteil 5, mit dem er zwei radiale Spalte 6 und 7 bildet. Zwischen den radialen Spalten 6 und 7 befindet sich ein axialer Spalt 8. Der axiale Spalt 8 hat eine veränderliche Weite s.
Am druckseitigen Ende der Kreiselpumpe wird die Welle 2 durch ein hydrodynamisches Axiallager 9 aufgenommen. Dem Axiallager 9 ist ein kardanischer Ring 10 zugeordnet. Der kardanische Ring 10 dient zunächst in bekannter Weise dem Ausgleich von Fluchtungsfehlern, die bei der Montage einer mehrstufigen Kreiselpumpe unvermeidlich sind. Neu ist aber, daß der kardanische Ring 10 so dimensioniert ist, daß er durch den in der Kreiselpumpe auftretenden Restschub elastisch verformt wird. Dabei ist die Federkonstante des kardanischen Ringes 10 an die übrigen Gegebenheiten der Entlastungseinrichtung angepaßt:
Die Entlastungseinrichtung ist so ausgelegt, daß sich in allen Betriebszuständen der Kreiselpumpe ein Restschub ergibt, der in Richtung der Saugseite wirkt. Ausgehend von einer maximalen Weite s des axialen Spaltes 8 im Ruhezustand der Kreiselpumpe wird nun durch eine elastische Verformung des kardanischen Ringes 10 der Spalt 8 unter Betriebsbedingungen bis auf eine vorgegebene Minimalweite geschlossen, bei welcher eine Berührung der den Spalt 8 begrenzenden Flächen des Doppelkolbens 4 und des Gehäuseteils 5 noch vermieden wird. Dabei kommt der erfindungsgemäßen Entlastungseinrichtung zustatten, daß der axiale Spalt 8 eine selbstregelnde Funktion besitzt, so wie es in ähnlicher Weise bei einer Entlastungsscheibe der Fall ist.

Claims (6)

  1. Einrichtung zur Aufnahme des Axialschubes einer mehrstufigen Kreiselpumpe, mit einer Entlastungseinrichtung, welche einen axialen Spalt (8) und einen oder mehrere radiale Spalte (6, 7) besitzt und bei welcher über die Spalte (6, 7, 8) ein Entlastungsstrom geführt wird, und mit einem den verbleibenden Restschub aufnehmenden Axiallager (9), wobei dem Axiallager (9) ein dem Ausgleich von Fluchtungsfehlem dienender kardanischer Ring (10) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung so ausgelegt ist, daß sich in allen Betriebszuständen ein Restschub ergibt, der in Richtung der Saugseite der Kreiselpumpe wirkt, und daß der kardanische Ring (10) so dimensioniert ist, daß er durch den Restschub elastisch verformt wird, wobei die Federkonstante des kardanischen Ringes (10) eine solche Charakteristik besitzt, daß, ausgehend von einer maximalen Spaltweite (s) im Ruhezustand der Kreiselpumpe, sich der axiale Spalt (8) unter Betriebsbedingungen bis auf eine minimale Weite schließt, bei welcher eine Berührung der den axialen Spalt (8) begrenzenden Flächen noch vermieden wird.
  2. Einrichtung zur Aufnahme des Axialschubes einer mehrstufigen Kreiselpumpe, mit einer Entlastungseinrichtung, welche mehrere axiale und radiale Spalte (6, 7, 8) besitzt und bei welcher über die Spalte (6, 7, 8) ein Entlastungsstrom geführt wird, und mit einem den verbleibenden Restschub aufnehmenden Axiallager (9), wobei dem Axiallager (9) ein dem Ausgleich von Fluchtungsfehlem dienender kardanischer Ring (10) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung so ausgelegt ist, daß sich in allen Betriebszuständen ein Restschub ergibt, der in Richtung der Saugseite der Kreiselpumpe wirkt, und daß der kardanische Ring (10) so dimensioniert ist, daß er durch den Restschub elastisch verformt wird, wobei die Federkonstante des kardanischen Ringes (10) eine solche Charakteristik besitzt, daß, ausgehend von einer maximalen Spaltweite (s) im Ruhezustand der Kreiselpumpe, sich die axialen Spalte unter Betriebsbedingungen bis auf eine minimale Weite schließen, bei welcher eine Berührung der die axialen Spalte begrenzenden Flächen noch vermieden wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung durch einen Doppelkolben (4) mit einem zwischen den beiden Kolbenteilen gelegenen Axialspalt (8) gebildet wird.
  4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung durch einen Stufenkolben mit jeweils einem zwischen zwei Stufen gelegenen Axialspalt gebildet wird.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung durch eine Entlastungsscheibe gebildet wird, die mit einer gehäuseseitigen Gegenscheibe einen Axialspalt bildet.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Axiallager ein hydrodynamisches Axiallager (9) eingesetzt ist.
EP00941982A 1999-06-15 2000-05-25 Entlastungseinrichtung fur mehrstufige kreiselpumpen Expired - Lifetime EP1185795B1 (de)

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