DE10013152A1

DE10013152A1 - Seal housing

Info

Publication number: DE10013152A1
Application number: DE10013152A
Authority: DE
Inventors: Christopher Hamkins
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-20
Also published as: EP1134424A2; EP1134424A3; DE50114410D1; EP1134424B1; DK1134424T3

Abstract

Aggregat zur Aufnahme heißer Fluide, insbesondere Kreiselpumpe zur Förderung heißer Fluide, wobei eine Welle einen Dichtungsraum durchdringt, im Dichtungsraum mindestens eine Gleitringdichtung angeordnet ist, zwischen Aggregat und Dichtungsraum eine fluidführende Verbindung besteht, und die Gleitringdichtung durch das Aggregat entstammende Fluid gekühlt und gespült wird. An oder in der aggregatseitigen Wandfläche des Dichtungsraumes ist im Bereich der Wellendurchführung ein Isolierteil angeordnet.Unit for receiving hot fluids, in particular a centrifugal pump for delivering hot fluids, whereby a shaft penetrates a sealing chamber, at least one mechanical seal is arranged in the sealing chamber, there is a fluid-carrying connection between the unit and the sealing chamber, and the mechanical seal is cooled and flushed by the fluid from the unit. An insulating part is arranged on or in the wall surface of the sealing space on the assembly side.

Description

Die Erfindung betrifft ein Aggregat zur Aufnahme heißer Fluide, insbesondere Kreiselpumpe zur Förderung heißer Fluide, wobei eine Welle einen Dichtungs raum mit mindestens einer darin angeordneten Gleitringdichtung durchdringt, zwischen Aggregat und Dichtungsraum eine fluidführende Verbindung besteht, und das dem Aggregat entnommene Fluid die Gleitringdichtung kühlt und spült.The invention relates to an assembly for receiving hot fluids, in particular Centrifugal pump to deliver hot fluids, with a shaft sealing penetrates space with at least one mechanical seal arranged therein, There is a fluid-carrying connection between the unit and the sealing chamber, and the fluid removed from the unit cools and flushes the mechanical seal.

Aggregate zur Aufnahme heißer Medien, beispielsweise Kreiselpumpen zur Förderung heißer Medien mit Temperaturen bis zu 350°C oder mehr, erfordern Sicherungsmaßnahmen, um die zur Abdichtung eingesetzten Gleitringdichtungen vor einer Überhitzung zu schützen. Die im Bereich der Dichtungsflächen einer Gleitringdichtung sich ausbildende Temperatur sollte für einen sicheren Gleitringdichtungsbetrieb möglichst niedrig sein. Zusätzliche Kühleinrichtungen stellen einen erhöhten Aufwand dar, der die Gesamtkosten eines Aggregates verteuert. Weiterhin verursachen Kühleinrichtungen für einen Betreiber zusätzliche laufende Energiekosten. Es besteht daher das Bestreben, durch einfache konstruktive Maßnahmen die Temperaturen innerhalb eines Dichtungsraumes in Grenzen zu halten.Units for holding hot media, for example centrifugal pumps for Pumping hot media with temperatures up to 350 ° C or more Security measures to the mechanical seals used for sealing to protect against overheating. The one in the area of the sealing surfaces Mechanical seal forming temperature should be safe Mechanical seal operation should be as low as possible. Additional cooling devices represent an increased effort, the total cost of an aggregate more expensive. Furthermore cause cooling devices for an operator additional ongoing energy costs. There is therefore an endeavor to simple design measures the temperatures within a Keep the sealing space within limits.

Dazu ist es bekannt, denjenigen Gehäuseabschnitt, durch den eine Welle hindurchgeführt wird und der eine Verbindung zwischen einem heiße Fluide enthaltenden Gehäuse und einem Dichtungsraum herstellt, die Funktion einer Wärmesperre zu übertragen. Dies erfolgt durch dessen dünnwandige Ausbildung und eine entsprechend gewählte Baulänge, um die Wärmeleitung zu verringern und die Wärmeabstrahlung zu vergrößern. Bei Aggregaten in Form von Pumpen, deren Außenabmessungen beispielsweise durch Normabmessungen begrenzt sind, sind damit jedoch der maximalen Länge eines solchen verbindenden Gehäuseabschnittes Grenzen gesetzt. Weiterhin sind der Maßnahme zur Verringerung der Wärmeleitung, wonach die Gehäuseabmessungen von dem als Verbindungsteil zwischen Gehäuse und Dichtungsraum dienenden Gehäuse abschnitt minimiert werden, aus Festigkeitsgründen jedoch Grenzen gesetzt.For this purpose, it is known that section of the housing through which a shaft is passed through and a connection between a hot fluid Containing housing and a seal chamber, the function of a Transfer heat barrier. This is done through its thin-walled design and an appropriately selected overall length in order to reduce the heat conduction and to increase the heat radiation. For units in the form of pumps, whose outer dimensions are limited, for example, by standard dimensions are, however, are the maximum length of such a connecting Limits of the housing section. Furthermore, the measure is Reduction in heat conduction, after which the housing dimensions of the as Connection part between the housing and the sealing space serving housing section are minimized, but there are limits for reasons of strength.

Durch die WO 96/27740 ist eine Pumpe zur Förderung heißer Medien bekannt, bei der das Dichtungsgehäuse über einen rohrförmigen Abschnitt geringen Querschnittes mit dem Pumpengehäuse verbunden ist. Mit Hilfe eines auf der Pumpenwelle befestigten Lüfterrades wird das Dichtungsgehäuse gekühlt. Zusätzlich deckt eine Blechscheibe den druckseitigen Pumpendeckel ab und schließt mit diesen einen als Wärmedämmeinrichtung dienenden Raum ein. Damit soll die Wärmeabgabe vom Pumpendeckel auf die Umgebungsluft reduziert werden.A pump for conveying hot media is known from WO 96/27740, in which the seal housing is small over a tubular section Cross section is connected to the pump housing. With the help of one on the Fan shaft attached to the pump shaft, the seal housing is cooled. In addition, a sheet metal plate covers the pump cover on the pressure side and encloses with these a room serving as thermal insulation. In order to the heat emission from the pump cover is reduced to the ambient air become.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, für heiße Fluide enthaltene Aggregate die Aufheizung eines Dichtungsraumes zu verhindern. Die Lösung dieses Problems erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1.The invention is based on the problem for aggregates containing hot fluids to prevent the heating of a sealing space. The solution to this Problem occurs with the features of claim 1.

Durch die Anordnung eines Isolierteiles an oder in der aggregatseitigen Wandfläche des Dichtungsraumes im Bereich der Wellendurchführung wird die Wärmeübertragung, die vom heißen Aggregat aus stattfindet, erheblich reduziert. Denn infolge des Isolierteiles kann die über den die Weile umgebenden, rohrförmigen Abschnitt eingetragene Wärme nicht direkt von der Wand des Dichtungsraumes auf die darin befindliche Flüssigkeit übertragen werden. Das an oder innerhalb der Wand angeordnete Isolierteil verlängert die effektive Länge der Wärmesperre. Der Wärmeübertragungsweg wird damit in radialer Richtung nach radial auswärts verlängert, weshalb der Wärmestrom diesem folgt, um dann erst im äußeren Bereich des Dichtungsraumes an die darin befindliche Flüssigkeit zu gelangen. Dadurch ergeben sich zwei Vorteile. Im Bereich des Isolierteiles bietet die radiale Wand zum einen einen inneren Widerstand gegen die Wärmeüber tragung und zum anderen durch die vergrößerte Wandfläche eine zusätzliche Möglichkeit zur Wärmeabstrahlung über die Außenfläche an die Umgebungsluft. By arranging an insulating part on or in the unit side The wall area of the seal chamber in the area of the shaft bushing is the Heat transfer, which takes place from the hot unit, is considerably reduced. Because as a result of the insulating part, the tubular section entered heat not directly from the wall of the Sealing space to be transferred to the liquid therein. That on or insulating part arranged inside the wall extends the effective length of the Thermal barrier. The heat transfer path is thus in the radial direction extended radially outwards, which is why the heat flow follows it, only then in the outer area of the seal chamber to the liquid therein reach. This has two advantages. Offers in the area of the insulating part the radial wall on the one hand an internal resistance to the heat transfer support and on the other hand an additional thanks to the enlarged wall surface Possibility to radiate heat via the outer surface to the ambient air.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß im Bereich der fluid führenden Verbindung zwischen Aggregat und Dichtungsraum am Gehäuse und/oder der Welle ein oder mehrere Drosselspalte geringster Spaltweite angeordnet sind, wobei mindestens eine den Drosselspalt begrenzende Wandfläche mit quer zur Drehachse der Welle angeordneten Rillen versehen ist. Mit dieser Lösung wird in entscheidendem Maße ein Wärmetransport über die fluidführende Verbindung entlang der Welle zwischen Aggregat und Dichtungs raum reduziert. Die Ausbildung der den Drosselspalt begrenzenden Wandfläche mit Rillen steigert die Drosselwirkung und damit das Einströmen eines Fluids mit hoher Temperatur. Weiterhin verhindern die Rillen bei einer Erwärmung der Bauteile und damit bei einer Ausdehnung der Bauteile, daß im Bereich des engen Drosselspaltes ein Festfressen stattfinden kann. Sollte es im Bereich der Spitzen der Rillen zu Berührungen zwischen stillstehendem und rotierendem Teil kommen, so schleifen sich die Spitzen im Bereich der Berührungszone schnell ab und gefährden nicht die Funktion des Aggregates.Another solution according to the invention provides that in the area of the fluid leading connection between the unit and the sealing space on the housing and / or the shaft one or more throttle gaps of the smallest gap width are arranged, at least one limiting the throttle gap Wall surface is provided with grooves arranged transversely to the axis of rotation of the shaft. With this solution, heat transport is crucial fluid-carrying connection along the shaft between the unit and the seal reduced space. The formation of the wall surface delimiting the throttle gap with grooves increases the throttling effect and thus the inflow of a fluid high temperature. Furthermore, the grooves prevent heating of the Components and thus with an expansion of the components that in the narrow range Throttle gap seizing can take place. Should it be in the area of the tips the grooves for contact between the stationary and rotating part come, the tips grind off quickly in the area of the contact zone and do not endanger the function of the unit.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Isolierteil innerhalb des Dichtungsraumes an der aggregatseitigen Wandfläche befestigt ist. Diese Lösung läßt sich mit den geringsten Kosten und in einfachster Weise verwirklichen.An embodiment of the invention provides that the insulating part within the Seal room is attached to the unit-side wall surface. This solution can be realized at the lowest cost and in the simplest way.

Versuche haben ergeben, daß sich eine besonders gute Isolierwirkung ergibt, wenn der materialbezogene Wärmeleitfähigkeitswert λ des Isolierteiles um mindestens 30% kleiner ist als der Wärmeleitfähigkeitswert λ eines den Dichtungsraum mit dem Aggregat verbindenden Gehäuseteiles. Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die radial zur Welle meßbaren Außenabmessungen des Isolierteiles mindestens um das doppelte größer sind als die Außenab messungen des den Dichtungsraum im Bereich der Welle mit dem Aggregat verbindenden Gehäuseteiles. Das Isolierteil kann hierbei aus einem Kunststoff, aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff bestehen oder das Isolierteil besitzt einen evakuierten oder gasgefüllten Hohlraum.Tests have shown that there is a particularly good insulating effect, if the material-related thermal conductivity value λ of the insulating part is around is at least 30% smaller than the thermal conductivity value λ of a Sealing space with the housing part connecting the unit. It also has proven to be advantageous if the outer dimensions measurable radially to the shaft of the insulating part are at least twice larger than the outside measurements of the seal space in the area of the shaft with the unit connecting housing part. The insulating part can be made of a plastic, consist of a metallic and / or ceramic material or that Insulating part has an evacuated or gas-filled cavity.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die An embodiment of the invention is shown in the drawings and will described in more detail below. They show

Fig. 1 eine Kreiselpumpe zur Förderung heißer Fluide, die Fig. 1 is a centrifugal pump for conveying hot fluids, the

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine Wellendurchführung im Bereich einer Wärmesperre und die Fig. 2 shows an enlarged view of a shaft bushing in the area of a heat barrier and the

Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Isolierteiles. Fig. 3 shows another embodiment of an insulating part.

In der Fig. 1 ist ein heiße Fluide enthaltende Aggregat 1 gezeigt, hier eine Kreiselpumpe, dessen Laufrad 2 von einer Welle 3 angetrieben wird. Die Welle 3 ist von einem Dichtungsgehäuse 4 umgeben und durchdringt einen darin enthaltenen Dichtungsraum 5, innerhalb dessen eine Gleitringdichtung 6 angeordnet ist. Zwischen Dichtungsgehäuse 4 und Aggregat 1 erstreckt sich eine die beiden Teile miteinander verbindende rohrförmige Wärmesperre 7. Die Wandflächen vom Gehäuse der Wärmesperre sind so dimensioniert, daß darüber eine gering mögliche Wärmeleitung erfolgt.In FIG. 1, a hot aggregate 1 containing fluids is shown, the impeller 2 is driven by a shaft 3 here is a centrifugal pump. The shaft 3 is surrounded by a seal housing 4 and penetrates a seal space 5 contained therein, within which a mechanical seal 6 is arranged. A tubular heat barrier 7 connecting the two parts extends between the seal housing 4 and the unit 1 . The wall surfaces of the housing of the heat barrier are dimensioned in such a way that heat conduction is minimal.

An der Wandfläche 8 des Dichtungsgehäuses 4, welche von der Wärmesperre 7 ausgeht, sich in radialer Richtung erstreckt und die den Dichtungsraum 5 nach außen hin begrenzt, ist ein Isolierteil 9 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel ist es mit Schrauben 10 befestigt. Anstelle der Schrauben 10 können auch andere bekannte Befestigungsarten Verwendung finden oder das Isolierteil 9 kann auch in die Wandfläche 8 ganz oder teilweise integriert sein.An insulating part 9 is arranged on the wall surface 8 of the seal housing 4 , which starts from the heat barrier 7 , extends in the radial direction and limits the seal space 5 towards the outside. In the example shown, it is fastened with screws 10 . Instead of the screws 10 , other known types of fastening can also be used, or the insulating part 9 can also be fully or partially integrated into the wall surface 8 .

Innerhalb der Wärmesperre 7 sind zwei Drosselstellen 11, 12 angeordnet, die einen intensiven Fluidaustausch zwischen dem heißen Aggregat 1 und dem Dichtungsraum 5 reduzieren. Die entlang der Welle 3 bestehende fluidführende Verbindung zwischen Aggregat 1 und Dichtungsraum 5 wird somit in ihrer Austauschleistung reduziert.Two throttling points 11 , 12 are arranged within the heat barrier 7 , which reduce intensive fluid exchange between the hot unit 1 and the sealing space 5 . The fluid-carrying connection between the unit 1 and the sealing chamber 5 along the shaft 3 is thus reduced in its exchange performance.

Diejenige Wärme, die vom Aggregat 1 durch die Wandflächen der Wärmesperre 7 zum Dichtungsraum 5 hin fließt, kann im Bereich des Isolierteiles 9 nicht auf die im Dichtungsraum 5 befindliche Flüssigkeit einwirken. Stattdessen bewirkt das Isolierteil 9 einen Wärmefluß von der Wärmesperre 7 in radialer Richtung nach außen in die Wandfläche 8. Da die dem Isolierteil 9 gegenüberliegende Wand fläche 8 zur Außenseite hin eine große wärmeabstrahlende Ringfläche darstellt, wird somit ein Großteil der Wärme nach außen abgestrahlt und gelangt gar nicht erst in den Dichtungsraum 5.The heat that flows from the unit 1 through the wall surfaces of the heat barrier 7 to the sealing chamber 5 cannot act on the liquid in the sealing chamber 5 in the region of the insulating part 9 . Instead, the insulating part 9 causes a heat flow from the heat barrier 7 in the radial direction outwards into the wall surface 8 . Since the insulating part 9 opposite wall surface 8 represents a large heat-radiating ring surface to the outside, a large part of the heat is thus radiated to the outside and does not even get into the sealing space 5 .

Die innere Wärmeleitfähigkeit vom Material des Isolierteiles 9, auch als der λ-Wert bekannt, ist mindestens 30% kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der Wärmesperre 7. Weiterhin sind die äußeren Abmessungen des Isolierteiles 9, Durchmesser-, oder Längen-/Breitenverhältnisse, entsprechend größer als der Außendurch messer der Wärmesperre 7 gewählt. Die Abmessungen des Isolierteiles 9 sind mindestens um die doppelte Wandstärke der Wärmesperre 7 größer ausgebildet.The internal thermal conductivity of the material of the insulating part 9 , also known as the λ value, is at least 30% less than the thermal conductivity of the heat barrier 7 . Furthermore, the outer dimensions of the insulating part 9 , diameter, or length / width ratios are chosen correspondingly larger than the outer diameter of the heat barrier 7 . The dimensions of the insulating part 9 are made larger by at least twice the wall thickness of the heat barrier 7 .

Das Material für das Isolierteil 9 kann entsprechend den im Aggregat 1 geförderten Fluiden ausgewählt werden. Bei einem Einsatz der Pumpe, beispielsweise zur Förderung von Heißwasser, können entsprechend den Temperaturgrenzen ausgewählte Kunststoffe Verwendung finden. Hierbei finden handelsübliche Materialien Verwendung, die preiswert zu beziehen sind.The material for the insulating part 9 can be selected in accordance with the fluids conveyed in the unit 1 . When the pump is used, for example to convey hot water, selected plastics can be used in accordance with the temperature limits. Here, commercially available materials are used, which are inexpensive to obtain.

Für Fluide, denen aggressive Eigenschaften zu eigen sind, kann auch ein in Fig. 3 gezeigtes Isolierteil 19 Verwendung finden. Es ist als Hohlkörper gefertigt, z. B. aus Blech, in dessen Innern ein evakuierter oder gasgefüllter Hohlraum 20 besteht. Ebenso ist es möglich, einen solchen Hohlraum 20 in die Wandfläche 8 des Dichtungsgehäuses 4 zu integrieren.An insulating part 19 shown in FIG. 3 can also be used for fluids which have aggressive properties. It is made as a hollow body, e.g. B. of sheet metal, in the interior of which there is an evacuated or gas-filled cavity 20 . It is also possible to integrate such a cavity 20 into the wall surface 8 of the seal housing 4 .

In der Fig. 2 ist in vergrößerter Darstellung die Wellendurchführung im Bereich der Wärmesperre 7 gezeigt. An den Drosselstellen 11, 12 verfügen die den Drosselspalt begrenzenden Gehäusewandflächen über mehrere Rillen 13, 14. Die Rillen 13, 14, die vorzugsweise am Eintritt der fluidführenden Verbindung der Wärmesperre 7 angeordnet sind, verhindern einen axialen Austausch von heißem Fluid. Ein entlang der Welle 3 in axialer Richtung erfolgender Austausch eines heißen Fluids vom heißen Aggregat 1 in den zu kühlenden Dichtungsraum 5 stellt eine unerwünschte Wärmeübertragung in axialer Richtung dar. Die während der Rotation der Welle 3 im Normalbetrieb auftretenden kleinen Schwingungen führen zu einer Quetsch- oder Pumpbewegung des Fluids im Bereich des Wellen durchganges der Wärmesperre 7. Diese Wellenschwingungen und das dadurch verursachte Quetschen der Flüssigkeit in den engen Spalten der fluidführenden Verbindung führt zwangsläufig zur Bewegung des Fluids in Längsrichtung und Umfangsrichtung. Die im Bereich der Drosselspalte 11, 12 angeordneten Rillen 13, 14 bewirken, daß das von den Wellenschwingungen verursachte Quetschen nur zu Bewegungen des heißen Fluids in Umfangsrichtung führt. Damit wird eine Pumprichtung in axialer Richtung zum Dichtungsraum 5 hin verhindert und ein in axialer Richtung über das heiße Fluid bedingter axialer Wärmeaustausch wesentlich vermindert.In FIG. 2 in an enlarged view, the shaft bushing is shown in the field of thermal barrier. 7 At the throttle points 11 , 12 , the housing wall surfaces delimiting the throttle gap have a plurality of grooves 13 , 14 . The grooves 13 , 14 , which are preferably arranged at the entry of the fluid-carrying connection of the heat barrier 7 , prevent an axial exchange of hot fluid. An exchange of a hot fluid from the hot unit 1 into the sealing space 5 to be cooled along the shaft 3 in the axial direction represents an undesirable heat transfer in the axial direction. The small vibrations occurring during the rotation of the shaft 3 in normal operation lead to a crushing or Pumping movement of the fluid in the area of the wave passage of the heat barrier 7 . This wave vibrations and the resulting squeezing of the liquid in the narrow gaps of the fluid-carrying connection inevitably leads to the movement of the fluid in the longitudinal and circumferential directions. The grooves 13 , 14 arranged in the region of the throttle gaps 11 , 12 have the effect that the squeezing caused by the shaft vibrations only leads to movements of the hot fluid in the circumferential direction. This prevents a pumping direction in the axial direction towards the sealing space 5 and significantly reduces an axial heat exchange caused by the hot fluid in the axial direction.

Claims

1. aggregate ( 1 ) for receiving hot fluids, in particular a centrifugal pump for conveying hot fluids, a shaft ( 3 ) penetrating a seal space ( 5 ) with at least one mechanical seal ( 6 ) arranged therein, between the aggregate ( 1 ) and the seal space ( 5 ) there is a fluid-carrying connection, and the fluid removed from the unit ( 1 ) cools and rinses the mechanical seal, characterized in that an insulating part ( 9 ) is arranged on or in the unit-side wall surface ( 8 ) of the sealing chamber ( 5 ) in the region of the shaft bushing.

2. Unit ( 1 ) for receiving hot fluids, in particular a centrifugal pump for conveying hot fluids, a shaft ( 3 ) penetrating a sealing space ( 5 ) with at least one mechanical seal ( 6 ) arranged therein, between the unit ( 1 ) and sealing space ( 5 ) there is a fluid-carrying connection, and the fluid removed from the unit ( 1 ) cools and rinses the mechanical seal ( 6 ), characterized in that in the area of the fluid-conducting connection between unit ( 1 ) and sealing chamber ( 5 ) on the housing and / or the shaft ( 3 ) one or more throttle gaps ( 11 , 12 ) with the smallest gap width are arranged, at least one wall surface delimiting a throttle gap ( 11 , 12 ) being provided with grooves ( 13 , 14 ) arranged transversely to the axis of rotation of the shaft ( 3 ).

3. Unit according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating part ( 9 ) within the sealing space ( 5 ) on the unit-side wall surface ( 8 ) is attached.

4. Unit according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the material-related thermal conductivity value λ of the insulating part ( 9 ) is at least 30% smaller than the thermal conductivity value λ of a sealing part ( 5 ) with the unit ( 1 ) connecting the housing part ( 7 ).

5. Unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radially to the shaft ( 3 ) measurable outer dimensions of the insulating part ( 9 ) are at least twice as large as the outer dimensions of the sealing space ( 5 ) in the region of the shaft ( 3rd ) with the unit ( 1 ) connecting the housing part ( 7 ).

6. Centrifugal pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insulating part ( 9 ) consists of a plastic.

7. Centrifugal pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insulating part ( 9 ) consists of a metallic and / or ceramic material.

8. Centrifugal pump according to claim 7, characterized in that the insulating part ( 19 ) has an evacuated or gas-filled cavity ( 20 ).