EP1559916B1 - Einsatz von druck- und biegebeanspruchten keramischen Bauteilen in Pumpen - Google Patents

Einsatz von druck- und biegebeanspruchten keramischen Bauteilen in Pumpen Download PDF

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EP1559916B1
EP1559916B1 EP05001629A EP05001629A EP1559916B1 EP 1559916 B1 EP1559916 B1 EP 1559916B1 EP 05001629 A EP05001629 A EP 05001629A EP 05001629 A EP05001629 A EP 05001629A EP 1559916 B1 EP1559916 B1 EP 1559916B1
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EP
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housing
compensation elements
drive shaft
way
partition walls
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EP05001629A
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EP1559916A2 (de
EP1559916A3 (de
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Edgar Czudnochowski
Stefan Leuchtenberger
Roland Fach
Klaus Engels
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Venator Germany GmbH
Original Assignee
Sachtleben Chemie GmbH
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
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    • F04D29/0465—Ceramic bearing designs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/40—Organic materials
    • F05D2300/43—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber

Definitions

  • the invention relates to a pump with a arranged in a metallic housing drive shaft which is connected in a pumping chamber with an impeller for conveying liquid media, wherein the delivery chamber is connected to a drive side of the drive shaft via a sealing space and the sealing space on the drive shaft in Axial direction behind one another arranged impellers consists, which rotate between axially in succession arranged partitions of the housing.
  • Pumps or circulating pumps are used, for example, in the chemical industry for conveying and / or circulating aggressive media (see DE 2 556 931 A1 , which discloses all features of the preamble of claim 1, and EP 0 867 620 A1 . EP 0 476 744 B1 . EP 1 225 379 A1 . EP 1 225 342 A1 ).
  • the invention is based on the object of finding an intermediate wall system for the shaft sealing system in the sealing space, which increases the reliability and availability and reduces the maintenance costs.
  • this object is achieved in that the intermediate walls are made of a ceramic and rest against each other and the housing via elastic compensation elements.
  • Ceramic materials are generally prone to brittle fracture under compression and flexing loads as well as stress from shock and heat stress. However, these materials are extremely resistant to aggressive media.
  • the ceramic partitions according to the invention are therefore almost resistant to these aggressive media. Since these ceramic partitions have a different thermal expansion than the surrounding housing, according to the invention, the intermediate walls abut against each other and on the housing via elastic compensation elements.
  • the elastic compensation elements of a fluoro-elastomer preferably Viton B.
  • This material is particularly suitable as a compensation element, because it has both a high chemical resistance and sealing property and an extremely high elasticity.
  • the ceramic partitions abut each other via flat gaskets as compensation elements.
  • the partitions are on the housing in the axial direction as well on flat gaskets as compensation elements.
  • the intermediate walls are preferably on O-rings as compensation walls.
  • This single figure shows a shaft sealing system (hereinafter also referred to as sealing space) of a pump which promotes aggressive media.
  • a drive shaft 1 drives an impeller (not shown) in a delivery chamber 8.
  • the delivery chamber 8 is separated from the drive side 9 via a shaft sealing system in the sealing space 10.
  • wheels 6 on the drive shaft 1 are wheels 6 (in this embodiment, there are two wheels 6) arranged to rotate with the drive shaft 1 and are arranged one behind the other in the axial direction of the drive shaft 1.
  • the wheels 6 rotate in this case between axially arranged in succession ceramic intermediate walls 3 a, 3 b, 3 c.
  • the sealing space 10 is closed off by a metallic rear wall 7.
  • the intermediate walls 3 a, 3 b, 3 c abut each other and on the housing 2 or its parts via elastic compensation elements 5 d - i.
  • compensation elements 5 d - i are in this case fluoroelastomers, preferably Viton B.
  • the conveyor chamber 8 facing intermediate wall 3 a is located on the housing 2 in the radial direction via an O-ring 5 d and in the axial direction via a flat gasket 5 i.
  • intermediate wall 3 a at the adjacent intermediate wall 3 b via a flat gasket 5 e.
  • intermediate wall 3 b is located on the intermediate wall 3 c via a flat gasket 5 f.
  • the facing to the drive side 9 intermediate wall 3 c is in the radial direction of the drive shaft 1 on the rear wall 7 via an O-ring 5 g and in the axial direction via a flat gasket 5 h.
  • a ceramic-ceramic seal pairing (5 e, 5 f) always takes place via flat seals and a ceramic-metal seal pairing preferably via O-rings.
  • a bore is arranged in these, in which a centering and guide unit 4 is inserted, which preferably consists of wood or plastic.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einer in einem metallischen Gehäuse angeordneten Antriebswelle, die in einem Förderraum mit einem Laufrad zum Fördern flüssiger Medien verbunden ist, bei der der Förderraum zu einer Antriebseite der Antriebswelle über einen Abdichtungsraum verbunden ist und der Abdichtungsraum aus auf der Antriebswelle in Axialrichtung hintereinander angeordneten Laufrädern besteht, die zwischen in Axialrichtung hintereinander angeordneten Zwischenwänden des Gehäuses rotieren.
  • Pumpen bzw. Umwälzpumpen werden zum Beispiel in der chemischen Industrie zum Fördern und/oder Umwälzen von zum Teil aggressiven Medien verwendet (siehe DE 2 556 931 A1 , die alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart, und EP 0 867 620 A1 , EP 0 476 744 B1 , EP 1 225 379 A1 , EP 1 225 342 A1 ).
  • Diese aggressiven Medien bewirken, dass die medienberührten Bauteile einer Pumpe sehr starken Belastungen unterliegen und dadurch eine beschränkte Laufzeit aufweisen. Diese Bauteile unterliegen dann einem Verschleiß und müssen aus Sicherheitsgründen nach festgelegten Laufzeiten ausgetauscht werden.
  • Diesem Verschleiß unterliegen auch die Zwischenwände im Abdichtungsraum. Zum Austausch dieser Zwischenwände muss die Pumpe abgestellt und durch eine funktionierende Einheit gewechselt werden. Bei einem kontinuierlichen Produktionsprozess fallen neben den Reparaturkosten auch noch Produktionsausfallkosten an.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Zwischenwandsystem für das Wellenabdichtungssystem im Abdichtungsraum zu finden, dass die Betriebssicherheit- und -verfügbarkeit erhöht und die Instandhaltungskosten reduziert.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zwischenwände aus einer Keramik bestehen und aneinander und am Gehäuse über elastische Kompensationselemente anliegen.
  • Keramische Werkstoffe neigen allgemein zu Sprödbruch bei einer Druck- und Biegebelastung sowie bei Beanspruchungen aus einer Stoß- und Wärmebelastung. Diese Werkstoffe sind jedoch äußerst widerstandsfähig gegenüber aggressiven Medien.
  • Die erfindungsgemäßen keramischen Zwischenwände sind daher nahezu resistent gegenüber diesen aggressiven Medien. Da diese keramischen Zwischenwände eine andere Wärmeausdehnung als das umgebende Gehäuse aufweisen, liegen erfindungsgemäß die Zwischenwände aneinander und am Gehäuse über elastische Kompensationselemente an.
  • Hierdurch ist ein technisches Konzept geschaffen, welches sowohl die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Werkstoffe, auch bei hohen Betriebseinsatztemperaturen, als auch eine Kompensation der auftretenden Spannungen aus einer druck- und dynamischen Belastung auffängt. Die Druck- und Biegebeanspruchung wird über die elastischen Kompensationselemente spannungsfrei aufgenommen.
  • Vorteilhafterweise bestehen die elastischen Kompensationselemente aus einem Fluor-Elastomer, bevorzugt Viton B. Dieser Werkstoff eignet sich vorzüglich als Kompensationselement, weil er sowohl eine hohe chemische Beständigkeit und Dichtungseigenschaft als auch eine äußerst hohe Elastizität aufweist.
  • Um die auftretenden Spannungen aufzufangen, liegen die keramischen Zwischenwände aneinander über Flachdichtungen als Kompensationselemente an. Die Zwischenwände liegen am Gehäuse in Axialrichtung ebenso über Flachdichtungen als Kompensationselemente an. Am Gehäuse in Radialrichtung liegen die Zwischenwände bevorzugt über O-Ringe als Kompensationswände an.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer Figur näher erläutert.
  • Diese einzige Figur zeigt ein Wellenabdichtungssystem (im folgenden auch Abdichtungsraum genannt) einer Pumpe, die aggressive Medien fördert.
  • Eine Antriebswelle 1 treibt ein nicht gezeigtes Laufrad in einem Förderraum 8 an. Der Förderraum 8 ist von der Antriebsseite 9 über ein Wellenabdichtungssystem im Abdichtungsraum 10 getrennt. Auf der Antriebswelle 1 sind Laufräder 6 (bei dieser Ausführungsform sind es zwei Laufräder 6) angeordnet, die sich mit der Antriebswelle 1 drehen und in Axialrichtung der Antriebswelle 1 hintereinander angeordnet sind. Die Laufräder 6 rotieren hierbei zwischen in Axialrichtung hintereinander angeordneten keramischen Zwischenwänden 3 a, 3 b, 3 c. Zur Antriebsseite 9 hin ist der Abdichtungsraum 10 durch eine metallische Rückwand 7 abgeschlossen.
  • Damit die auftretenden thermischen und mechanischen Spannungen aufgefangen werden, liegen die Zwischenwände 3 a, 3 b, 3 c aneinander und am Gehäuse 2 bzw. dessen Teile über elastische Kompensationselemente 5 d - i an.
  • Diese Kompensationselemente 5 d - i sind in diesem Falle Fluor-Elastomere, bevorzugt Viton B.
  • Die zum Förderraum 8 gewandte Zwischenwand 3 a liegt am Gehäuse 2 in Radialrichtung über einen O-Ring 5 d und in Axialrichtung über eine Flachdichtung 5 i an.
  • Weiterhin liegt die Zwischenwand 3 a an der benachbarten Zwischenwand 3 b über eine Flachdichtung 5 e an. Ebenso liegt auch die Zwischenwand 3 b an der Zwischenwand 3 c über eine Flachdichtung 5 f an.
  • Die zur Antriebsseite 9 gewandte Zwischenwand 3 c liegt in Radialrichtung der Antriebswelle 1 an der Rückwand 7 über einen O-Ring 5 g und in Axialrichtung über eine Flachdichtung 5 h an.
  • Somit erfolgt eine Keramik-Keramik-Abdichtungspaarung (5 e, 5 f) immer über Flachdichtungen und eine Keramik-Metall-Abdichtungspaarung bevorzugt über O-Ringe.
  • Zur Zentrierung der Zwischenwände 3 a, 3 b, 3c bei der Montage ist eine Bohrung in diesen angeordnet, in die eine Zentrier- und Führungseinheit 4 gesteckt wird, die bevorzugt aus Holz oder Kunststoff besteht.

Claims (5)

  1. Pumpe mit einer in einem metallischen Gehäuse (2) angeordneten Antriebswelle (1), die in einem Förderraum (8) mit einem Laufrad zum Fördern flüssiger Medien verbunden ist, bei der der Förderraum (8) zu einer Antriebseite (9) der Antriebswelle (1) über einen Abdichtungsraum (10) verbunden ist und der Abdichtungsraum (10) aus auf der Antriebswelle (1) in Axialrichtung hintereinander angeordneten Laufrädern (6) besteht, die zwischen in Axialrichtung hintereinander angeordneten Zwischenwänden (3a, 3 b, 3 c) des Gehäuses (2) rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (3 a, 3 b, 3 c) aus einer Keramik bestehen und aneinander und am Gehäuse (2) über elastische Kompensationselemente (5 d - i) anliegen.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Kompensationselemente (5 d - i) aus einem Fluor-Elastomer, bevorzugt Viton B bestehen.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (3 a, 3 b, 3 c) aneinander über Flachdichtungen (5 e, 5 f) als Kompensationselemente anliegen.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (3 a, 3 b, 3 c) am Gehäuse (2) in Radialrichtung über O-Ringe (5 d, 5 g) als Kompensationselemente anliegen.
  5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (3 a, 3 b, 3 c) am Gehäuse (2) in Axialrichtung über Flachdichtungen (5 i, 5 h) als Kompensationselemente anliegen.
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