DE2460748A1

DE2460748A1 - Umwaelzpumpe fuer insbesondere heizungs- und brauchwasseranlagen

Info

Publication number: DE2460748A1
Application number: DE19742460748
Authority: DE
Inventors: Poul Due Jensen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2460748B2; DE2460748C3

Description

Patentanwälte 2 4 6 O 7 A 8

Dr. H<— Wilcken
Dipl.-'.. . , - Wilcken 2 0. Dqz. 1974

Dipl.-Ch'i: . · . V f.,-η-Laufer

24 LübfeCk, LJi-eite Slraije 52-54

Anmelder:

Grundfos A/S, DK 8850 Bjerringbro, Dänemark

Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den elektrischen Pumpenantriebsmotor aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der von der Antriebswelle durchlaufenen Trennwand ein besonderer Durchlaß für die Füllung des zu entlüftenden Motorraums mit Wasser aus dem Pumpenraum vorgesehen ist.

Pumpen dieser Art werden vor allem zur Erzwingung des Wasserumlaufes in Rohrleitungen von Heizungsanlagen und auch Brauchwasseranlagen für die Warmwasserversorgung eingesetzt. Durch die Trennwand, in der sich eines der Motorlager befindet, soll der Wasseraustausch zwischen dem Pumpenkreislauf und dem Motorraum unterbunden werden, um eine Verschmutzung des Motors und die daraus resultierenden Betriebsstörungen durch Blockierung des Rotors zu verhindern.

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Wenn die Umwälzpumpe in ein Rohrleitungssystem eingebaut wird, dann kann der Motorraum durch Öffnen einer in der Achsmittellinie liegenden Entlüftungsvorrichtung vor der Inbetriebnahme bewässert werden, um eine. Schmierung und Kühlung der Motorlager zu gewährleisten. Dies ist jedoch nur möglich, wenn das Aggregat mit stehender Welle eingebaut wird. Falls die Pumpe mit waagerecht liegender Welle montiert werden muß, läßt sich der Motorraum nur etwa bis zur Hälfte mit Wasser füllen. Bei Inbetriebnahme der Pumpe wird das im Motorraum befindliche Wasser durch den Rotor in Drehung versetzt und bildet dabei einen Wasserring mit derFolge, daß die im Motorraum befindliche Luft zum Drehzentrum hin verdrängt wird. Die Luft kann nun zwar durch öffnen der erwähnten Entlüftungsvorrichtung entfernt werden, jedoch laufen während dieses Vorganges die Lager trocken, wodurch Beschädigungen der Pumpe auftreten können.

Da das Entlüften der Pumpe nicht nur nach der Erstmontage,sondern auch stets dann vorgenommen werden muß, wenn das System entleert wurde, sind alle Pumpenhersteller bemüht, eine selbstentlüftende Pumpe zu bauen, um Bedienungsfehler durch nichtgeschultes Personal auszuschalten.

Zu diesem Zweck sind Lösungen bekannt, die darin bestehen können, daß die genannte Trennwand mit einem Loch als Durchlaß versehen wird. Dadurch werden der Motor-und der Pumpenraum miteinander verbunden, so daß auch nach der Entlüftung des Motorraumes bzw. Rotorraumes ein ständiger Wasserstrom durch «· "5 mm

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den Durchlaß in den Motorraum und durch das in der Trennwand sitzende Lager in den Pumpenraum zurück entstehen wird. Durch das Wasser wird jedoch ständig Schmutz in den Motorraum getragen, was wiederum zum Blockieren des Rotors und zum Ausfall der Pumpe führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstentlüftende und betriebssichere Umwälzpumpe zu schaffen, in der nach Entfernen der Luft aus dem Motorraum kein Wasserfluß zwischen diesem und dem Pumpenkreislauf mehr auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Umwälzpumpe nach der Erfindung so ausgebildet, daß die in den Pumpenraum mündende Öffnung des zumindest einfach vorhandenen Durchlasses in einem größeren radialen Abstand zur Längsachse der Welle liegt als die zum Motorraum gerichtete Durchlaßöffnung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird so vorgegangen, daß der Rotor des Elektromotors auf der einen Trennwandseite und das Laufrad der Pumpe auf der anderen Trennwandseite in Verbindung mit der Trennwand hinsichtlich ihrer Formgestaltung so ausgelegt werden, daß die von ihnen beiderseits der Trennwand erzeugten Flüssigkeitsringe bei nicht entlüftetem Motorraum über den Durchlaß einen zum Motorraum gerichteten Druckgradienten erzeugen, der bei vollständiger Motorraumentlüftung abgebaut ist.

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-A-

Zweckmäßigerweise wird der Durchlaß als konzentrisch und radial um die Welle verlaufender Ringspalt ausgebildet, indem vorzugsweise zwei die Trennwand darstellenden Profilscheiben sich teilweise mit axialem Abstand überlappen und damit im Überlappungsbereich den radialen Ringspalt begrenzen."

Durch den in diesem Falle als Ringspalt ausgebildeten Durchlaß fließt wie bei jeder anderen Stromröhre nur dann Wasser, wenn die Spaltenden auf unterschiedlich hohem Druckniveau liegen. Wenn die Pumpe selbstentlüftend sein soll, dann muß während des Betriebs gemäß der Erfindung im Spalt ein zum Motorraum weisender Druckgradient vorliegen, solange sich Luft im Motorraum befindet. Dieser Druckgradient muß auf den Wert Null gebracht werden, wenn der Motorraum entlüftet ist, um einertweiteren Wasserzufluß in diesen Raum und damit das Eintragen von Schmutz und Fremdkörpern zu unterbinden. Diese Voraussetzungen und Bedingungen sind bei einer Pumpe nach der Erfindung unter Berücksichtigung der nachfolgenden Überlegungen zu erfüllen.

Bei der Drehung eines Körpers in einer Flüssigkeit haftet bekanntlich die Flüssigkeit einerseits am sich bewegenden Drehkörper und andererseits an einer diesem gegenüberstehenden Wand.Der zwischen den so gebildeten beiden Flächen liegende Flüssigkeitsring wird mit einer Winkelgeschwindigkeit

P - χ . CJ mitdrehen, die ein Bruchteil χ der Winkelgeschwindigkeit (D des Drehkörpers ausmacht. Dieser Faktor χ

« CZ mm

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hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des drehenden Körpers, der gegenüberliegenden feststehenden Wand, den geometrischen Abmessungen des Flüssigkeitsringes und von der Art der Flüssigkeit ab. In diesem Flüssigkeitsring bildet sich ein Druckfeld

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aus, das durch die Differentialgleichung dp· = /· r *(x*CJ) * dr beschrieben wird. Durch Integration dieser Gleichung kann man die Druckdifferenz zwischen zwei auf verschiedenen Radien r-j und ^ liegenden Punkten berechnen, und zwar nach der Gleichung

^P2 " ^P1 = x² "

Versuche an der hier zur Diskussion stehenden und auch in der Zeichnung dargestellten Umwälzpumpe haben gezeigt, daß der ν Flüssigkeitsring im Motor- bzw. Rotorraum zwischen dem Rotor und der Trennwand mit einem größeren Bruchteil x_M der Winkelgeschwindigkeit

CO rotiert als der zwischen der Trennwand und dem Laufrad der Pumpe liegende Flüssigkeitsring, dessen Bruchteil mit χ

bezeichnet wird.Hieraus folgt, daß bei entlüfteter Pumpe an der motorraumseitigen Oberfläche der Trennwand auf dem kleineren Radius bzw. radialen Abstand r_M der gleiche Druck gemessen wird, der auf dem größeren radialen Abstand bzw. Radius r_p auf der pumpenseitigen Oberfläche der Trennwand ansteht. Da die Durchlaß- oder Spaltöffnungen erfindungsgemäß auf diese Radien gelegt werden, tritt kein Flüssigkeitsstrom mit den hierdurch sonst bedingten Nachteilen im Spalt auf.

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Wenn sich im Motorraum dagegen Luft befindet, im Pumpenraum jedoch nicht, dann ist der Druck auf dem Radius r_M kleiner als der Druck auf dem Radius r , und es strömt Wasser aus dem Pumpenraum durch den Durchlaß bzw. Spalt in den Motorraum hinein. Durch das Auffüllen des Motorraumes wird die_r Luft -komprimiert und durch den Lagerspalt in der Trennwand in den Pumpenraum gepreßt.

Der besondere Vorteil eines so gestalteten Pumpenaggregates liegt darin, daß es eingebaut und ohne Entlüftungsprozedur in Betrieb genommen werden kann. Das Selbstentlüften.wiegt umso schwerer, weil die Gefahr des Festfahrens der Pumpe nach eventuellem Wasserwechsel im System auch bei nichtfachmännischer Inbetriebnahme entfällt.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.

Das Gehäuse 1 des Pumpenaggregats wird durch eine im wesentlichen radial zur Längsachse 2 verlaufenden Trennwand 3 in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum 4 und einen den Motor aufnehmenden Motorraum 5 unterteilt. Durch die Trennwand verläuft die vom Elektromotor angetriebene Welle 6, und zwar im Bereich des Axialdrucklagers 7, dessen gemäß der

links

Zeichnung - liegender Lagerring fest in einer an der Trennwand ausgebildeten Schale eingebettet ist, während der andere Lagerring mit der Welle 6 umläuft.

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Am pumpenseitigen Wellenende sitzt das Lauf- bzw. Kreiselrad 8 der Pumpe, deren Ansaugraum mit 9 und deren Druckraum mit 10 beziffert ist. Die Pfeile in diesen Räumen deuten die Förderrichtung an. Auf an sich gegebene und auch dargestellte Mög-

lichkeiten zur Regulierung der Fördermengen braucht in diesem Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden.

Das Rotorblechpaket 11 ist geeignet auf der Welle 6 befestigt, deren motorseitiges Ende mit dem feststehenden Radiallager 12 abgestützt wird. Dieses steht wiederum über die Lagerschale 13 mit dem Gehäuse 1 in Verbindung, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Der Rotor 11 ist gegenüber dem Statorblechpaket 14 und der elektrischen Wicklung.15 durch das Spaltrohr 16 flüssigkeitsdicht getrennt. Die elektrischen Wicklungsanschlüsse 17 liegen in einem dichten Anschlußkasten 18.

Der die Räume 4 und 5 kommunizierend verbindende Durchlaß 19 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als radial und konzentrisch um die Achse 2 bzw. die Welle 6 verlaufender Ringspalt ausgebildet, indem zwei die Trennwand 3 bildende Profilscheiben bzw. -ringe 3a und 3b sich teilweise mit axialem Abstand zueinander überlappen und damit im tiberlappungsbereich, wo die beiden Teile 3a und 3b im übrigen noch durch Punktschweißung verbunden sein können, den radialen Spalt 19 begrenzen.

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Die radiale Erstreckung s dieses Ringspaltes wird im Verhältnis zum Wellendurchmesser d sich zweckmäßigerweise in den Grenzen 0,3 < s/d < 1,5 bewegen. Weiterhin werden die Durchmesser der Scheiben bzw. Ringe 3.a und 3b so gewählt, daß die in den Pumpenraum 4 mündende Spaltöffnung in einem 'größeren radialen Abstand r_p zur Achse 2 liegt als die zum Motorraum 5 gerichtete Spaltöffnung,die auf dem Abstand r liegt. Der Spalt erstreckt sich also von r bis r .

Hierdurch ist die bereits vorher erläuterte Funktionsweise hinsichtlich der Selbstentlüftung des Motorraumes gewährleistet. Zu diesem Zweck sollten dann der Rotor 11 des Motors auf der einen Trennwandseite und das Laufrad 8 der Pumpe auf der anderen Trennwandseite in Verbindung mit der Trennwand 3 so ausgelegt werden, daß die von ihnen beiderseits der Trennwand erzeugten Flüssigkeitsringe bei nicht entlüftetem Motorraum 5 über den Durchlaß 19 einen zum Motorraum gerichteten Druckgradienten erzeugen, der schließlich bis zur vollständigen Motorentlüftung auf den Wert Null abgebaut wird.

über die hierdurch gegebenen Möglichkeiten hinaus kann auch zum schnellen Bewässern des hinteren Motorlagers 12 die Welle 6 mit einer gestrichelt angedeuteten Axialbohrung 6a und einer hieran angeschlossenen Radialbohrung als wasserführende Kanäle versehen werden. Die Schraube 20 dient auf nicht näher erläuterte Weise zur Schnellentlüftung.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Verbindung des .Pumpen- und Motorraumes über den Spalt 19 gegenüber der bekannten

Verbindung durch ein waagerechtes Loch ist der, daß der Spalt bei gleicher Querschnittsfläche wesentlich enger gehalten werden kann. Durch entsprechende Auslegung des Ringspaltes bezüglich der Spaltbreite kann somit der Ringspalt als Filter gegen die aus dem Pumpenraum zu erwartenden Fremdkörper wirken.

Das Spaltrohr 16, das den Motorraum zur flüssigkeitsdichten Trennung von Rotor 11 und Stator 14, 15 aufteilt, weist am trennwandseitigen Ende einen im wesentlichen radial nach außen verlaufenden Flansch 16a auf. Dieser Spaltrohrflansch bildet zusammen mit dem unmittelbar benachbarten Verlauf des Trennwandteils J3a einen Raum 21, dessen radiale Erstreckung größer als die des Spaltrohres ist. Hierdurch werden evtl. in den Motorraum gelangende Schmutzpartikel im vorliegenden Zentrifugalfeld aufgrund ihres größeren spezifischen Gewichtes in den Raum 21 hineingetragen und können somit nicht mehr zum Blockieren des Rotors im Spaltrohr führen.

Schließlich wird durch den Spaltrohrflansch 16ain Verbindung mit dem benachbarten Trennwandbereich außerdem die Wärmeaustauschfläche zwischen dem Motor und dem Pumpenraum im Vergleich zu anderen Pumpenkonstruktionen nahezu verdoppelt. Die Folge davon ist eine geringere übertemperatur des Wassers im Motorraum ,die zur Absenkung der Wxcklungstemperatur führt.

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Zweckmaßigerweise bewegt sich das Verhältnis des Außendurchmessers Da der Trennwand 3 zum Innendurchmesser Di des Spaltrohres 16 in den Grenzen 1 ,5 <£. ^Da/Di /L 2,5. -

Abschließend sei noch auf folgendes hingewiesen. Die bisherigen Ausführungen haben gezeigt, daß die Ausgestaltung des Trennwanddurchlasses in Form eines umlaufenden Radialspaltes besondere Vorteil bringt. Auszuschließen sollen deshalb aber nicht andere Möglichkeiten hinsichtlich der Form und Anzahl der gesondert vorzusehenden Durchlässe in der Trennwand sein.

So kann beispielsweise der Durchlaß auch aus einer oder mehreren Bohrungen in der Trennwand bestehen, die, bezogen auf die Längsachse des Aggregats, eine radiale Komponente haben müssen, und zwar dergestalt, daß unter Berücksichtigung der strömungstechnischen Gegebenheiten bei zu entlüftendem Motorraum ein auf diesen ge- . richteter Druckgradient erzeugt wird.

Weiterhin könnten anstelle des einen radialen Ringspaltes auch mehrere radiale Spalte vorgesehen werden, die dann ebenfalls konzentrisch zur Längsachse anzuordnen wären. Auch besteht die Möglichkeit, daß ein Ringspalt bzw. Spalte zur Anwendung kommen, die sowohl eine radiale als auch eine axiale Komponente bezüglich der Längsachse haben.

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Claims

Patentanwälte
Dr. Hup.o Wilcken /4b U /4o

Dipi.-^n- -v_: ,m--» wiicken 2 0, Dez, 1974

Dipl.-Che:.-i. D-. VV-^c ,:;n:3 Laufer

24 Lüb&ex, Breite Siraßa 52-54 » jfa .

Anmelder:

Grundfos A/S, DK 8850 Bjerringbro, Dänemark

Ansprüche

1J Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den Pumpenantriebsmotor aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der von der . Antriebswelle durchlaufenen Trennwand ein besonderer Durchlaß für die Füllung des zu entlüftenden Motorraums mit Wasser aus dem Pumpenraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Pumpenraum mündende Öffnung des mindestens einfach vorzusehenden Durchlasses in einem größeren radialen Abstand zur Längsachse der Welle liegt als die zum Motorraum gerichtete Durchlaßöffnung.
2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Motors auf der einen Trennwandseite und das Laufrad der Pumpe auf der anderen Trennwandseite in Verbindung mit der Trennwand hinsichtlich ihrer Formgestaltung so ausgelegt sind, daß die vom Rotor und vom Laufrad beiderseits der Trennwand erzeugten Flüssigkeitsringe bei nicht entlüftetem Motorraum über den Durchlaß einen zum Motorraum gerichteten Druckgradienten erzeugen, der bis zur vollständigen Motorraumentlüftung abgebaut ¹J wird. - 2. -

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3. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß als konzentrisch und radial um die Welle verlaufender Ringspalt ausgebildet ist, indem vorzugsweise zwei die Trennwand darstellenden Profilscheiben bzw.-ringe unterschiedlichen Durchmessers sich teilweise mit axialem Abstand überlappen und damit im Überlappungsbereich den radialen Ringspalt begrenzen.
4. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß bzw. Ringspalt bezüglich seiner Spaltbreite so ausgelegt ist, daß er als Filter für aus dem Pumpenraum zu erwartende Fremdkörper wirkt.
5. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung s des Ringspaltes im Verhältnis zum Durchmesser d der Antriebswelle sich in den Grenzen 0,3 < s/d < 1,5 bewegt.
6. Umwälzpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein Spaltrohr den Motorraum zur flüssigkeitsdichten Trennung des Rotors und Stators des Elektromotors aufteilt, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohr am trennwandseitigen Ende einen im wesentlichen radial nach außen verlaufenden Flansch aufweist.

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7. Umwälzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltrohrflansch zusammen mit dem benachbarten Verlauf der Trennwand einen Raum bildet, dessen radiale Erstreckung größer als die des Spaltrohres ist.
8. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verhältnis des Außendurchmessers Da der Trennwand zum Innendurchmesser Di des Spaltrohres in den Grenzen 1,5 ^ /Di <£. 2,5 bewegt.·

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