DE2105485B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialschubausgleichsvorrichtung
für Motorpumpen der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art.
Bei derartigen Vorrichtungen arbeitet die Druckausgleichskammer in der Weise, daß, wenn die veränderbare
öffnung verkleinert wird, der Druck innerhalb der Druckausgleichskammer ansteigt, um das Laufrad zu
entlasten und dadurch das unerwünschte Berühren zwischen Laufrad und Zwischenplatte zu verhindern
bzw. das Laufrad in seiner normalen Lage auszurichten, in der ein geeigneter Ausgleich des Axialdrucks
gegeben ist.
Bei einer bekannten Axialschubausgleichsvorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art (US-PS 31 11 090)
ist die feste öffnung durch einen achssymmetrischen, zylindrischen Ringspalt zwischen zwei zylindrischen
Flächen von unterschiedlichem Durchmesser gegeben, wobei die äußere zylindrische Fläche an der Zwischenplatte
und die innere zylindrische Fläche an dem Laufrad in der Weise angeordnet sind, daß die beiden
zylindrischen Flächen in axialer Richtung gegenüber einander verstellt werden können, ohne daß sich der
Querschnitt des Ringspalts ändert. An der radial innenliegenden Seite der Druckausgleichskammer ist
die veränderbare öffnung zwischen zwei Stirnflächen vorgesehen, die jeweils unmittelbar an der Zwischenplatte
und dem Laufrad ausgebildet sind. Die Stirnflächen begrenzen damit einen radialen Spalt, wobei sich
40 die Spaltweite bei Inbetriebnahme und Stillsetzen der Pumpe, beim Auftreten von Kavitationen und auch bei
Lastschwankungen, insbesondere sprunghaften Lastschwankungen, verändert. Diese Axialbewegungen des
Laufrads sollen durch den Druckausgleich mittels der Druckausgleichskammer reduziert werden. Dabei ist
jedoch der sich öffnende Spalt sehr klein und liegt in der Größenordnung zwischen 0,02 mm und 0,1 mm.
Wenn außerdem das Motorgehäuse oder auch die Welle durch andere Einflüsse, wie beispielsweise die
Last der am Pumpengehäuse angeordneten Rohrleitungen, die Verformung des Laufrads durch thermische
Einflüsse, einen ungenauen Zusammenbau der Pumpe, Abnutzung der verschleißbaren Lagerringe der Drucklager
des Motors, verzogen oder verspannt wird, gelangt, die Zwischenplatte auf einer Seite in Berührung
mit dem Laufrad während auf der anderen Seite die öffnung in einer Größenordnung geweitet wird, die
größer ist als der veränderbare Spalt, der ein wirksames Arbeiten der Druckausgleichskammer ermöglicht. Dadurch
kann der Druckausgleich nicht wirksam werden, während gleichzeitig zwischen der Zwischenplatte und
dem Impeller ein Reibungskontakt entsteht, der eine Abnutzung beider Teile zur Folge hat.
Die weitere Abnutzung der beiden Teile führt dazu, daß die Stirnfläche der Zwischenplatte und die
Stirnfläche des Laufrads weitgehend aufgerauht werden und deshalb selbst dann, wenn die Spaltweite auf ihren
normalen Wert zurückgeht, eine wirksame Drosselung mit allmählichem Nachlassen des Druckausgleichs nicht
erreichbar ist, was insbesondere beim Beginn und bei Beendigung des Betriebes oder beim Auftreten von
Kavitationen oddgL an mit der Pumos verbundenen
Steuerventilen des hydraulischen Ausgleichssystems stört Dieses ergibt sich insbesondere dann, wenn wie
bei der US-PS 31 11 090 die Motorwelle innerhalb des Motorgehäuses zwischen zwei Drucklagern mit Lagerringen
aus verschleißbarem Material angeordnet ist
Weiterhin ist es schwierig, die durch die Rotation des Laufrads der Zentrifugalpumpe während des Vollastbetriebes
der Pumpe hervorgerufene axiale Belastung ausreichend zu verringern, obwohl während des
Teillastbetriebes eine gewisse Verringerung erreicht werden kann. Außerdem wird bei einer Übersetzung
eine ausgewöhnlich hohe Last zwischen dem Lagerring eines der Drucklager und der zugeordneten Druckscheibe
übertragen, was eine beträchtliche Steigerung der Abnutzung des Drucklagers zur Folge hat.
Um die Belastung pro Flächeneinheit zwischen dem Lagerring und der Druckscheibe zu verringern, muß ein
Drucklager von größerem Durchmesser verwendet werden. In diesem Fall wird die Flächenbelastung
verringert, während die Umfangsgeschwindigkeit zunimmt Dies hat zur Folge, daß bei einem Lager, das
speziell in Spaltrohrmotorpumpen benutzt wird, wie beispielsweise einem Kohlelager mit einem begrenzten
PV-Wert, wobei P die zulässige Flächenbelastung und V
eine durchschnittliche Gleitgeschwindigkeit bedeuten, eine Verringerung von P eine Vergrößerung von V zur
Folge hat, so daß die Gesamtbelastung der Welle nicht erhöht wird, ohne die Abnutzung des Drucklagers zu
verringern.
Es wird deshalb der Druckausgleich mittels der Druckausgleichskammer vorgesehen. Hierbei besteht
jedoch die Gefahr, daß sich Schäden bzw. Bearbeitungsfehler längs der Achsrichtung einander überlagern, so
daß die Spaltweite der veränderbaren öffnung zu groß werden kann, um einen wirksamen Druckausgleich zu
ermöglichen, zumal wenn die Druckscheibe bereits an dem Lagerring des Drucklagers anliegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Axialschubausgleichsvorrichtung der bekannten
Art dahingehend zu verbessern, daß unvermeidbare Lagerschäden das System des Druckausgleichs nicht
beeinträchtigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei der Axialschubausgleichsvorrichtung der im Oberbegriff
von Anspruch 1 angegebenen Art erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß ein Verschleißteil eingesetzt wird, das selbst die volle
Wirksamkeit der Druckausgleichskammer über längere Betriebszeiten sicherstellt. Dieses spezielle Lagerteil
läßt sich leicht ausbauen bzw. auswechseln und kann zu diesem Zweck leicht zugänglich gemacht werden. Die
übrigen Axial-, Radial- oder Schräglager unterliegen damit einem weit geringeren Verschleiß. Der Verschleiß
braucht auch nicht ständig beobachtet zu werden, sondern man kann davon ausgehen, daß nach einer
bestimmten Betriebsdauer der Lagerring des Hilfslagers ersetzt werden muß. Es besteht nicht die Gefahr, daß
durch Verschleiß das System des Druckausgleichs beeinträchtigt wird, zumal sich ein gewisser Verschleiß
durch die unabdingbaren axialen Bewegungen der Motorwelle einschließlich des Laufrads nicht vermeiden
läßt Trotz Verschleiß bzw. Abnutzung behalt auf diese Weise die veränderbare Öffnung eine Spaltweite, die
einen stets wirksamen Druckausgleich gewährleistet
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt
in der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Motorpumpe mit der Axialschubausgleichsvorrichtung, teilweise im Schnitt,
F i g. 2 bis 8 Ausführungsbeispiele der Axialschubausgleichsvorrichtung
vergrößert im Schnitt
Gemäß Fig. 1 und 2 sind der Rotor 10 eines Motors und ein Laufrad 12 miteinander über eine Welle 14
verbunden, wobei sie in ein Pumpengehäuse eingesetzt und durch eine Zwischenplatte 16 voneinander getrennt
sind.
Die Welle 14 weist an den Stirnflächen des Rotors 10 Druckscheiben 18, 20 auf, die zusammen mit Lagerringen
22,24 Drucklager bilden, deren Lagerringe 22,24 im Inneren des Pumpengehäuses derart befestigt sind, daß
sie die Welle 14 mit Abstand von den Druckscheiben 18, 20 umschließen.
Die Lagerringe bestehen aus einem Material, das ein gewisses Maß an Abnutzung zuläßt, wie z. B. Kohlenstoffgraphit,
Teflon-Kohlenstoff-Keramik, einer Kupferlegierung od. dgl. Andererseits können die in
Reibungskontakt mit den Lagerringen kommenden Druckscheiben 18,20 vorteilhafterweise aus Stahlscheiben
bestehen, deren Oberfläche eine metallisierende Plattierung aufweist oder geschliffen ist.
Wenn auf die Welle 14 ein Axialschub ausgeübt wird, gelangt entsprechend der vorstehend beschriebenen
Konstruktion die Druckscheibe 18 in Reibungskontakt mit dem Lagerring 22, um einen übermäßigen Schub auf
der linken Seite der Welle 14 zu unterdrücken, während die Druckscheibe 20 in Reibungskontakt mit dem
Lagerring 24 gelangt, um einen übermäßigen Schub auf der rechten Seite der Welle 14 zu unterdrücken.
Ein Ende der Welle 14 ist mit dem Laufrad 12 verbunden, um durch einen Einlaßstutzen 26 Strömungsmittel
anzusaugen und dieses über einen Diffusor oder einen Auslaßstutzen 28 auszustoßen.
Die Zwischenplatte 16 ist an ihrer dem Laufrad 12 zugewandten Seitenwand mit einer ringförmigen
Ausnehmung 30 versehen, die die Welle 14 umgibt. Andererseits ist das Laufrad 12 an seiner Rückseite
symmetrisch zur ringförmigen Ausnehmung 30 mit einer ringförmigen, vorspringenden Rippe 32 versehen,
die einen Abstand von der Ausnehmung 30 einhält und dadurch eine öffnung 34 mit festem Querschnitt bildet.
In der Nähe der Welle 14 ist zwischen dem Laufrad 12 und der Zwischenplatte 16 eine veränderbare öffnung
36 vorgesehen. An ihrem innenliegenden, die veränderbare Öffnung 36 bildenden Randabschnitt ist die
Zwischenplatte 16 mit einem Drucklagerring 38 versehen, der wie die Lagerringe 22 und 24 aus dem
Material besteht, das ein gewisses Maß an Abnutzung zuläßt, wobei zur Befestigung dieses mindestens
teilweise verschleißbaren Lagerringes 38 geeignete Befestigungsmittel, wie Schraubbolzen 42, vorgesehen
sind, was am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist.
A.f diese Weise wird zwischen der öffnung 34 mit festem Querschnitt und der veränderbaren öffnung 36
eine Druckausgleichskammer 40 gebildet, um einen automatischen Ausgleich des Axialschubs des Laufrads
zu ermöglichen. Beim Beginn oder Beenden des Betriebes oder bei einer außergewöhnlichen, durch
einen äußeren Einfluß hervorgerufenen Betriebsweise wird die veränderbare öffnung 36 dadurch geschlossen,
daß die Stirnflächen einander berühren, wodurch dieser Bereich als Hilfsdrucklager zur Unterstützung des
Drucklagers 18/22 wirksam wird. Die Seitenwand des Laufrads, die zur Bildung der veränderbaren öffnung
dient, kann vorteilhafterweise eine bearbeitete Oberfläche aufweisen, um eine glatte Abriebfläche am
Lagerring zu erhalten, wenn die veränderbare Öffnung 36 als Hilfsdrucklager wirksam wird, so daß ein
hydraulischer Axialschubausgleich durch die öffnung 34 mit festem Querschnitt und die veränderbare Öffnung
36 während des gewöhnlichen Betriebes stets wirksam ist.
Wenn der Lagerring 38 aufgrund einer längeren Betriebsdauer oder ungünstigen Betriebsbedingungen
verschlissen ist, kann er leicht entfernt und durch einen neuen ersetzt werden. Auch die Lagerringe 22 und 24
können auswechselbar sein, um den Axialschubausgleich der Welle zu stabilisieren.
Wie am besten aus Fig.3 ersichtlich ist, kann ein Hilfsdrucklagerring 44 von L-förmigem Querschnitt an
einem inneren Abschnitt der Zwischenplatte 16 durch einen Metallring 46 und Schraubbolzen 48 derart
befestigt werden, daß eine Rippe entsteht, die eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung 36 bildet.
Außerdem kann ein Hilfsdrucklagerring 50 von rechteckiger Form parallel zu der Welle 14 angeordnet
werden, um gemäß Fig.4 als Radiallager der Welle 14
zu dienen.
Ein Hilfsdrucklagerring 52 kann außerdem lösbar an der Seitenwand des Laufrads 12 innerhalb eines
Innenrandes befestigt sein, um gemäß Fig.5 eine Stirnfläche der veränderlichen öffnung zu bilden.
Die Seitenwand des Laufrads, die dem Hilfsdrucklager zugewandt ist, daß die veränderbare öffnung bildet,
wird einer metallischen Oberflächenbehandlung ausgesetzt oder lösbar mit einem Druckring 54 (Fig.6)
versehen, der einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt worden ist, um beschleunigt eine glatte Fläche am
Hilfsdrucklagerring zu erhalten.
ίο Weiterhin kann gemäß Fig.7 eine hydraulische
Axialschubausgleichsvorrichtung zwischen dem Laufrad 12 und dem Einlaßstutzen 26 des Gehäuses 62
vorgesehen sein, die eine öffnung 56 mit festem Querschnitt, eine veränderbare Öffnung 58 und eine
j Druckkammer 60 umfaßt. Ein Hiifsdruckiagcrring 64 ist
an die Seitenwand des Gehäuses 62 lösbar angeschlossen und begrenzt die veränderbare öffnung 58.
In F i g. 8 sind die öffnung 34 mit festem Querschnitt,
die veränderbare öffnung 36 und die Druckausgleichskammer 40 an der Rückseite des Laufrads 12 und eine
öffnung 66 mit festem Querschnitt, eine veränderbare öffnung 68 und eine Druckausgleichskammer 70 an der
Vorderseite des Laufrads 12 vorgesehen. Eine der die veränderbaren öffnungen 36 und 68 bildenden Flächen
ist jeweils lösbar mit einem Hilfsdrucklagerring 72 und 74 versehen, um den hydraulischen Schub wirksamer
auszugleichen.
Die Lagerringe der Drucklager und des Hilfsdrucklagers der veränderbaren öffnungen bestehen jeweils aus
dem Material, das ein gewissen Maß an Abnutzung zuläßt, wodurch ein hydraulischer Schub ausgeglichen
und die Pumpe besser gegen Schäden geschützt wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Axialschubausgleichsvorrichtung für Motorpumpen mit einem Motorgehäuse und einem
Pumpengehäuse, die durch eine Zwischenplatte voneinander getrennt sind, wobei die ein mit axialem
Spiel gelagertes Laufrad tragende Motorwelle innerhalb des Motorgehäuses zwischen zwei Drucklagern
mit Lagerringen aus verschleißbarem Material angeordnet ist, deren Druckscheiben jeweils auf
der Seite des Rotors unter einem geringen Abstand von den Lagerringen angeordnet sind, und eine feste
und eine veränderbare öffnung einer Druckausgleichskammer zwischen der Zwischenplatte und
dem Laufrad zum hydraulischen Druckausgleich und zur Ausrichtung des Laufrads vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare öffnung (36) durch den Spalt eines
Hilfslagers mit einem mindestens teilweise verschleißbaren Lagerring (38, 44, 50, 52, 72) gebildet
ist, der in dem Bereich der Welle (14) an der Zwischenplatte (16) und/oder dem Laufrad (12)
lösbar angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt L-förmiger
Hilfsdrucklagerring (44) an einem geraden Abschnitt der Zwischenplatte (16) mittels eines Metallrings
(46) lösbar angeschlossen ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F i g. 3).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsdrucklagerring (50) von
rechteckigem Querschnitt an einem Fußabschnitt der Zwischenplatte (16) lösbar angeschlossen ist, sich
längs der Motorwelle (14) erstreckt und als Drehlager für diese ausgebildet ist sowie eine
Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F ig· 4).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hilfsdrucklagerring (52) an der Seitenwand des Laufrads (12) lösbar angeschlossen
ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F ig. 5).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche feste öffnung (56,66),
eine zusätzliche veränderbare öffnung (58, 68) und eine zusätzliche Druckkammer (60, 70) zwischen
dem Laufrad (12) und einem den Saugeinlaß der Pumpe bildenden Gehäuse (62) ausgebildet sind, ein
Hilfsdrucklagerring (64, 74) im Bereich der Welle (14) an dem Gehäuse (62) angeschlossen ist und eine
Stirnfläche der zusätzlichen veränderbaren öffnung (58,68)bildet(Fig. 7,8).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Hilfsdrucklagerring
(72) an der Zwischenplatte (16) lösbar angeschlossen ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung
(36) bildet
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mit dem
Hilfsdrucklagerring (38, 44, 50, 52, 64, 72, 74) versehenen inneren Wand gegenüberliegende Wand
eine Oberfläche aufweist, die die Abnutzung des Hilfsdrucklagerringes beschleunigt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Hilfsdrucklagerring
gegenüberliegende Wand einen Druck ring (54) trägt, der die Abnutzung des Hilfsdrucklagerrings
beschleunigt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8220 | Willingness to grant licences (paragraph 23) | ||
8235 | Patent refused |