DE1279471B - Longitudinal bearing for a circulating centrifugal pump with an overhung impeller - Google Patents

Description

Längslager für eine Umwälz-Kreiselpumpe mit fliegend gelagertem Laufrad Die Erfindung bezieht sich auf ein Längslager für eine Umwälz-Kreiselpumpe mit fliegend gelagertem Laufrad zur Aufnahme des Axialschubes in wechselnden Richtungen mit zwei feststehenden Lagerflächen (eine davon als hydrodynamische Lagerfläche ausgebildet), die zu beiden Seiten einer auf der Welle befindlichen, gemeinsamen Spurscheibe angeordnet sind, wobei die Lagerfläche, an die sich der Läufer bei Stillstand anlegt, mittels Drucköl, das einen hydrostatischen Druck bildet, entlastet ist.Longitudinal bearing for a circulating centrifugal pump with overhung impeller The invention relates to a longitudinal bearing for a circulating centrifugal pump with overhung mounted impeller to absorb the axial thrust in alternating directions with two fixed bearing surfaces (one of which is designed as a hydrodynamic bearing surface), which are arranged on both sides of a common track disc located on the shaft are, whereby the bearing surface on which the rotor rests at standstill by means of Pressure oil, which forms a hydrostatic pressure, is relieved.

Bei dieser bekannten Umwälzkreiselpumpe entsteht deshalb ein Axialschub in wechselnden Richtungen, weil beim Stillstand der Pumpe der im Rohrleitungssystem herrschende Druck auf das Wellenende des fliegend gelagerten Laufrades einwirkt, während bei laufender Pumpe ein dem Standschub entgegengerichteter Laufradschub entsteht, welcher den Standschub bei voller Drehzahl überwiegt. Die Lagerfläche, an die sich der Läufer bei Stillstand anlegt, ist hierbei dadurch mittels Drucköl entlastet, daß das Drucköl einem durch eine Wellenstufe gebildeten Ringkolben mit einem Druck zugeführt wird, der in Abhängigkeit vom Druck im Rohrleitungssystem geregelt wird. Diese Regelvorrichtung ist aufwendig und störanfällig. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Regelvorrichtung zu vermeiden.In this known circulating centrifugal pump, there is therefore an axial thrust in alternating directions, because when the pump is at a standstill, it is in the pipeline system the prevailing pressure acts on the shaft end of the overhung impeller, while when the pump is running, the impeller thrust is opposite to the static thrust arises, which outweighs the static thrust at full speed. The storage area, to which the runner rests at standstill, is thereby by means of pressure oil relieved that the pressure oil with an annular piston formed by a wave step a pressure is supplied which is dependent on the pressure in the pipeline system is regulated. This control device is complex and prone to failure. The invention is therefore based on the task of avoiding such a control device.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei dem eingangs angeführten bekannten Längslager vor, daß das Drucköl in an sich bei Entlastungsscheiben bekannter Weise beiden Lagerflächen hintereinander zugeführt wird, so daß zuerst die der hydrodynamischen Lagerfläche gegenüberliegende, bei Stillstand beanspruchte Lagerfläche als hydrostatisches Lager und dann über die beiden Spurscheibenspalte das hydrodynamische Lager beaufschlagt ist.To solve this problem, the invention proposes in the case of the initially cited known longitudinal bearings that the pressure oil in itself known in relief disks Way is fed to both bearing surfaces one behind the other, so that first the hydrodynamic Opposite bearing surface, which is stressed during standstill, is a hydrostatic one Bearings and then acted upon the hydrodynamic bearing via the two track disc gaps is.

Eine erfindungsgemäße Bauform sieht vor, daß die Abdichtung der Welle auf der hydrostatischen Seite durch ein zur Wellenführung gebrauchtes, an sich bekanntes Querlager erfolgt. Dies kann in gleicher Weise mit Hilfe von an sich bekannten Wellenabdichtungen ausgeführt werden.A design according to the invention provides that the sealing of the shaft on the hydrostatic side by a well-known one used for wave guidance Transverse storage takes place. This can be done in the same way with the aid of shaft seals known per se are executed.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung besteht darin, daß nach dem Lager auf der hydrodynamischen Seite zur Erhaltung des Schmiermittels in diesem Lager ein an sich bekannter Überlauf vorgesehen ist.Another embodiment according to the invention is that after the bearing on the hydrodynamic side to maintain the lubricant in this camp a known overflow is provided.

Der Vorschlag gemäß der Erfindung hat vor allem den Vorteil, daß ähnlich wie bei einer Entlastungsscheibe eine betriebssichere Automatik geschaffen ist. Das An- und Abfahren der Pumpe erfordert keinen zusätzlichen Regelvorgang. Außerdem ist durch Einsparung des Ringkolbens die Baulänge der Pumpe vermindert worden.The proposal according to the invention has the main advantage that it is similar how a reliable automatic system is created with a relief disc. Starting and stopping the pump does not require any additional control process. aside from that the overall length of the pump has been reduced by saving the ring piston.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen. Es zeigt, in schematischen Skizzen, F i g. 1 die Lagerung einer vertikalen Hochdurckumwälzpumpe und F i g. 2 die Belastungsverhältnisse bei einer Lagerung gemäß der vorliegenden Erfindung.Further features of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the drawings and the claims. It shows, in schematic sketches, F i g. 1 the storage of a vertical high-pressure circulation pump and FIG. 2 shows the load conditions in a storage according to the present invention.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Lager ist eine Spurscheibe 1 zwischen der hydrostatischen Lagerseite 2 einerseits und der hydrodynamischen Lagerseite 3 andererseits vorgesehen und diese mit der Pumpenwelle fest verbunden.In the case of the one shown in FIG. 1 , a track disk 1 is provided between the hydrostatic bearing side 2 on the one hand and the hydrodynamic bearing side 3 on the other hand, and this is firmly connected to the pump shaft.

Es ist ferner ein Querlager 5 voreesehen und eine Druckölzuführung 4, durch die der Olstrom für beide Lagerseiten und für die Querlager zugeleitet wird. Ein kleiner Teil des Ölstroms wird durch das Querlager 5 unter erheblicher Drosselung zu dem Austritt 6 geleitet, während der restliche Teil radial nach außen durch den hydrostatischen Spalt 2 auf der hydrostatischen Seite strömt. Nach einer Umlenkung um 180' fließt dieser Teilstrom auf der hydrodynamischen Seite nach innen und gelangt zum Überlauf 7. There is also a transverse bearing 5 and a pressurized oil supply 4 through which the oil flow is fed for both sides of the bearing and for the transverse bearing. A small part of the oil flow is directed through the transverse bearing 5 with considerable throttling to the outlet 6 , while the remaining part flows radially outward through the hydrostatic gap 2 on the hydrostatic side. After a deflection by 180 ' , this partial flow flows inward on the hydrodynamic side and reaches the overflow 7.

Der größte Teil fließt von hier durch die Bohrungen 8 zum Austritt zu, während parallel dazu ein kleiner Teil durch das nicht näher bezeichnete untere Querlager geht.The largest part flows from here through the bores 8 to the outlet, while parallel to this a small part goes through the lower transverse bearing, which is not designated in any more detail.

Bei einer Pumpe vorstehender Art ergibt sich für die Kräfte- oder Schubbilanz unter Systemdruck a) im Stand: Aw - PR + PAdyn - PhStat # 0, b) im Betrieb: A. - AL - PR + Phdyn - Phstat = 0- Es bedeutet: A" = Wellenschub, AL = Laufradschub, PR = Rotoreigengewicht, PA d" = Lagerkraft der hydrodynarnischen Lagerseite, PA"t"t = Lagerkraft der hydrostatischen Lagerseite. Betrachtet man die erfindungsgemäße Lagerkombination mit der Ölzuführung bezüglich der aufnehmenden Kräfte in Abhängigkeit der Läuferlage, also den Spalten in 2 (hst"t) und in 3 (hd#1), so ist die Läuferverschiebung: hGes # hstat + hdyn-Geht z. B. hst#,t gegen Null, so wird hdyn - hG,##. Nimmt man an, der Spalt hotat wäre fast Null, so kann diese hydrostatische Seite in Abhängigkeit ihrer Flächen und des Oldruckes eine diesen entsprechende endlich große Kraft, also z. B. den Wellenschub der Pumpe aufnehmen. In diesem Spalt findet aber eine starke Drosselung statt, so daß in 3 der hydrodynamischen Seite nur ein sehr kleiner Öldruck herrscht und demzufolge nur eine sehr kleine Gegenkraft erzeugt werden kann.In the case of a pump of the above type, the balance of forces or thrust under system pressure results in a) when standing: Aw - PR + PAdyn - PhStat # 0, b) in operation: A. - AL - PR + Phdyn - Phstat = 0- It means : A " = shaft thrust, AL = impeller thrust, PR = rotor dead weight, PA d" = bearing force of the hydrodynamic bearing side, PA "t" t = bearing force of the hydrostatic bearing side. If one considers the bearing combination according to the invention with the oil supply with regard to the absorbing forces depending on the rotor position, i.e. the columns in 2 (hst "t) and in 3 (hd # 1), the rotor displacement is: hGes # hstat + hdyn-Geht z. B. hst # t to zero, so will Hdyn -. hG, ## Assuming, the gap would be hotat f ast zero, this can hydrostatic page in dependence on their surfaces and a Oldruckes corresponding thereto finally large force, ie For example, take up the shaft thrust of the pump. In this gap, however, there is a strong throttling, so that only a very low oil pressure prevails in FIG. 3 on the hydrodynamic side and consequently only a very small counterforce can be generated.

Das ist die Stellung, in welcher diese Einrichtung einen hohen Wellenschub aufnehmen kann, und zwar bei stehender oder laufender Pumpe.That is the position in which this device has a high wave thrust can absorb, with the pump stopped or running.

Die Verhältnisse werden anders, wenn die Pumpe mit dieser Einrichtung in Betrieb geht. Beim Hochfahren entsteht der Laufradschub, welcher dem Wellenschub entgegenwirkt. Demzufolge wird der Spalt in 2 größer und in 3 kleiner, d. h., auf der hydrostatischen Seite fällt der Öldruck und auf der hydrodynamischen Seite steigt er an. Gleichzeitig baut sich hier noch zwischen den Gleitschuhen und der Spurscheibe ein zusätzlicher Öldruck auf.The situation is different when the pump starts up with this device. When starting up, the impeller thrust occurs, which counteracts the shaft thrust. Accordingly, the gap in Figure 2 is greater and 3 is smaller, d. That is, the oil pressure falls on the hydrostatic side and increases on the hydrodynamic side. At the same time, an additional oil pressure builds up between the sliding shoes and the track disc.

Beim Erreichen des Spieles hdyn 0 kann diese Lagerseite eine sehr große Schubkraft, also den Überschuß des Laufradschubes aufnehmen.When the game hdyn 0 is reached , this side of the bearing can absorb a very large thrust, i.e. the excess of the impeller thrust.

Die F i g. 2 gibt als Beispiel die Belastbarkeit und die Wechselwirkung einer solchen Lagerkombination an. Die Kurve I stellt die Kraftaufnahme der hydrostatischen Lagerseite in Abhängigkeit des Spaltes in 2 und die Kurve II die Aufnahme der hydrodynamischen Seite in Abhängigkeit des Spaltes in 3 dar, wobei die Gegenkraft der anderen Seite unberücksichtigt ist. Die Kurven I' und II' berücksichtigen dann jeweils die Gegenkräfte der anderen Seite.The F i g. 2 gives the load capacity and the interaction of such a bearing combination as an example. Curve I shows the force absorption of the hydrostatic bearing side as a function of the gap in FIG. 2 and curve II the absorption of the hydrodynamic side as a function of the gap in FIG . 3 , the counterforce on the other side not being taken into account. The curves I ' and II' then each take into account the opposing forces on the other side.

In Punkt C der F i g. 2 herrscht im Lager Kräfteausgleich, d. h., an der Pumpe muß der Augenblickswert des Restschubes, also Att, - AL - PR = 0 sein. Überwiegt der Wellenschub A", so ist der hydrostatische Lagerteil unter Last, Kurve F. Unter maximalem Systemdruck und im Stand wird der Lastpunkt D erreicht, das ist z. B. der Einschaltpunkt.In point C of FIG. 2 there is a balance of forces in the camp, d. This means that the momentary value of the residual thrust at the pump, i.e. Att, - AL - PR = 0, must be. If the shaft thrust A " predominates, the hydrostatic bearing part is under load, curve F. Under maximum system pressure and when stationary, load point D is reached, which is the switch-on point, for example.

Wird die Pumpe eingeschaltet, so entsteht der Laufradschub und mit dessen Zunahme fällt die Belastung der hydrostatischen Seite, d. h. die Kurve I' wird befahren, und bei einer Zwischendrehzahl ist der Wellenschub gleich dem Laufradschub plus Rotorgewicht. Es wird also Punkt C erreicht; überwiegt dann beim weiteren Hochfahren der Laufradschub, so tritt die hydrodynamische Seite unter Belastung und kann ihr Maximum im Punkt B (auf Kurve II') erreichen.When the pump is switched on, the impeller thrust occurs and as it increases, the load on the hydrostatic side falls, i. H. the curve I ' is negotiated, and at an intermediate speed the shaft thrust is equal to the impeller thrust plus the rotor weight. So point C is reached; If the impeller thrust then predominates during further acceleration, the hydrodynamic side occurs under load and can reach its maximum at point B (on curve II ').

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Längslager für eine Umwälzkreiselpumpe mit fliegend gelagertem Laufrad zur Aufnahme des Axialschubes in wechselnden Richtungen mit zwei feststehenden Lagerflächen (eine davon als hydrodynamische Lagerfläche ausgebildet), die zu beiden Seiten einer auf der Welle befindlichen, gemeinsamen Spurscheibe angeordnet sind, wobei die Lagerfläche, an die sich der Läufer bei Stillstand anlegt, mittels Drucköl, das einen hydrostatischen Druck bildet, entlastet ist, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß das Drucköl in an sich bei Entlastungsscheiben bekannter Weise beiden Lagerflächen (2, 3) hintereinander zugeführt wird, so daß zuerst die der hydrodynamischen Lagerfläche (3) gegenüberliegende, bei Stillstand beanspruchte Lagerfläche (2) als hydrostatisches Lager und dann über die beiden Spurscheibenspalte das hydrodynamische Lager beaufschlagt ist. Claims: 1. Longitudinal bearing for a circulating centrifugal pump with a cantilevered impeller to absorb the axial thrust in alternating directions with two fixed bearing surfaces (one of which is designed as a hydrodynamic bearing surface), which are arranged on both sides of a common track disc located on the shaft, the bearing surface , the rotor bears against the at standstill, by means of pressurized oil, which forms a hydrostatic pressure relieved, d a d u rch g e k s nz eichnet that the pressure oil in known in relief discs manner two bearing surfaces (2, 3) is supplied one after the other, so that first the bearing surface (2) opposite the hydrodynamic bearing surface (3) and stressed at standstill is acted upon as a hydrostatic bearing and then the hydrodynamic bearing is acted upon via the two track disc gaps. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Welle auf der hydrostatischen Seite durch ein zur Wellenführung gebrauchtes, an sich bekanntes Querlager (5) erf olgt. 3. Lager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lager auf der hydrodynamischen Seite zur Erhaltung des Schmiermittels in diesem Lager ein an sich bekannter Überlauf (7) vorgesehen ist. 2. Bearing according to claim 1, characterized in that the sealing of the shaft on the hydrostatic side by a known transverse bearing (5) used for shaft guidance is carried out. 3. Bearing according to claim 1 and 2, characterized in that a known overflow (7) is provided after the bearing on the hydrodynamic side to maintain the lubricant in this bearing. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 209 219; schweizerische Patentschrift Nr. 151 437; USA.-Patentschrift Nr. 1936 066. Documents considered: German Patent No. 209 219; Swiss Patent No. 151 437; U.S. Patent No. 1936 066.