DE3905307A1 - Kreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kreiselpumpe und insbesondere auf eine Lageranordnung für eine dichtungslose Kreiselpumpe.

Bei einer dichtungslosen Kreiselpumpe ist das Laufrad und das Lager­ system von dem Antriebsmechanismus für das Laufrad durch eine Trennwand getrennt, die den Pumpenmechanismus gegenüber der Umgebung abdichtet und die Notwendigkeit beseitigt, umlaufende Dichtungen zu verwenden, um das gepumpte Fluid gegen ein Lecken oder Heraustreten längs der Welle abzu­ dichten.

Diese Art von Pumpe wird besonders dann eingesetzt, wenn korrodierende oder toxische Fluide gepumpt werden, die bei einem Lecken oder Austreten gefährlich sind. Der Antriebsmechanismus ist mit dem Pumpenlaufrad durch eine Anordnung von Magneten gekuppelt, die auf gegenüberliegenden Seiten der Trennwand liegen und über die hinweg durch magnetische Verbindung das Drehmoment von dem Antriebsmechanismus auf das Laufrad übertragen wird.

Eine dichtungslose Kreiselpumpe muß ein Lagersystem für das Laufrad auf­ weisen, das von den Lagern des Antriebsmotors unabhängig ist, wodurch es notwendig wird, daß das Lagersystem des Laufrads die volle, auf das Laufrad einwirkende Last, einschließlich sowohl radialer als auch axialer Kräfte aufnimmt und überträgt. In der Vergangenheit wurde allgemein ein geschlosse­ nes Laufrad verwendet, um die Axialbelastung des Lagersystems in tragbaren Grenzen zu halten. Jedoch ist die Verwendung eines geschlossenen Laufrads unerwünscht, wenn Fluide gepumpt werden, die mit Rückständen oder anderen festen Teilchen verunreinigt sind, weil das Laufrad dann leichter verstopft und schwieriger zu reinigen ist als ein offenes Laufrad.

Durch die Erfindung soll eine dichtungslose Kreiselpumpe geschaffen werden, die ein halb-offenes Laufrad und ein Lagersystem aufweist, das in der Lage ist, die durch das halb-offene Laufrad erzeugten Kräfte ohne vorzeitigen Ausfall aufzunehmen und zu übertragen. Außerdem soll eine dichtungslose Kreiselpumpe mit einem geeigneten Lagerschmiersystem geschaffen werden, und in dem Lagersystem soll das gepumpte Fluid als Schmiermittel und Kühl­ mittel verwendet werden.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein lotrechter Schnitt durch eine Kreiselpumpe längs der Achse des Laufrads und veranschaulicht das Lagersystem.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1, der die Ausbildung des Axiallagers am rückwärtigen Ende der Laufradwelle zeigt.

Die dichtungslose Kreiselpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 mit einem axialen Einlaß 2, einer Pumpenkammer 3 und einem Auslaß 4 auf, die alle miteinander durch Kanäle verbunden sind, die sich durch das Pumpengehäuse hindurch­ erstrecken.

Das Pumpengehäuse 1 weist auch einen Montagefuß 5 und einen Ringflansch 6 auf, der die Pumpenkammer 3 umgibt. Der Ringflansch 6 ist so ausgebildet, daß er eine Gehäuseabdeckung 7 aufnehmen kann, die einen Pumpeneinsatz 10 umgibt, der eine Anzahl von Bauteilen aufweist, unter anderem eine sich axial erstreckende Pumpenwelle 11, die ein halb-offenes Pumpenlaufrad 12 trägt, das in der Pumpenkammer 3 während des Pumpvorgangs umläuft. Der Pumpeneinsatz 10 wird im einzelnen später beschrieben. Das halb-offene Pumpenlaufrad 12 weist eine Abdeckung 13 und eine Anzahl von Flügeln 14 auf, deren eine Kante einstückig mit der Abdeckung 13 verbunden ist.

Über den Pumpeneinsatz 10 paßt ein Antriebsgehäuse 16, das mit dem Pumpen­ gehäuse 1 und der Gehäuseabdeckung 7 durch eine Reihe von Bolzen 17 verbun­ den ist, die auf einem Kreis an der Außenseite des Flansches 6 angeordnet sind. Das Antriebsgehäuse 16 weist weiter einen Montagefuß 18 auf, der so ausgebildet ist, daß er die Pumpe zusammen mit dem Montagefuß 5 an dem Pumpengehäuse 1 abstützt. Eine Antriebswelle 19 ist drehbar in dem Antriebs­ gehäuse 16 mittels eines Paares von axial mit Abstand angeordneten Lagern 20 und 21 gelagert, die in dem Gehäuse 16 an gegenüberliegenden Seiten einer Lagerkammer 22 befestigt sind, die zur Aufnahme eines Schmiermittels für die Lager 20 und 21 ausgebildet ist. Das äußere Ende der Welle 19 kann mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor über herkömmliche Kupplungsmit­ tel verbunden werden.

Die Gehäuseabdeckung 7 ist ein ringförmiges Glied, das gleitend in eine Ausnehmung in dem Pumpengehäuse 1 eingreift, die die Pumpenkammer 3 umgibt, und die Abdeckung 7 trägt eine Lippe 25, die den Flansch 6 mit Löchern übergreift, die die Bolzen 17 aufnehmen. Die ringförmige Lippe 25 ist sandwichartig zwischen dem Flansch 6 und einem Ringflansch 26 am offenen Ende des Antriebsgehäuses 16 angeordnet, wobei die Bolzen 17 dazu dienen, sowohl die Gehäuseabdeckung 7 als auch das Antriebsgehäuse 16 an dem Pumpen­ gehäuse 1 zu halten.

Der Körper 30 des Pumpeneinsatzes 10 paßt in die Gehäuseabdeckung 7 und trägt eine ringförmige Stufe 31, die gegen die äußere Oberfläche der Gehäuse­ abdeckung 7 anliegt bzw. mit dieser einen Sitz bildet, wodurch das Maß einstellbar ist, um das der Einsatzkörper 30 sich in die Gehäuseabdeckung 7 hinein erstreckt. Der Einsatzkörper 30 enthält an beiden Enden Ausnehmungen, die jeweils vordere und rückwärtige Lagerringe 33 und 34 umgeben. Die Pumpenwelle 11 erstreckt sich durch die Lagerringe 33 und 34 und trägt zugehörige Lagerhülsen 36 und 37, die in den Lagerringen 33 und 34 umlaufen. Die Lagerhülsen 36 und 37 sind auf die Pumpenwelle 11 aufgezogen, wobei eine Abstandshülse 39 zwischen ihnen angeordnet ist.

Das vordere Ende der Pumpenwelle 11 trägt einen sich nach außen erstrecken­ den Flansch 41 und einen Axiallaufring 42, der an dem Flansch 41 und an dem vorderen Ende des vorderen Lagerrings 33 anliegt. Der Axiallaufring 42 bestimmt oder steuert die nach hinten gerichtete axiale Bewegung der Pumpenwelle 11. Das Pumpenlaufrad 12 trägt ein Gewindeglied 44, das in eine Gewindebohrung im vorderen Ende der Pumpenwelle 11 eingeschraubt ist, und das Pumpenlaufrad 12 liegt gegen den Flansch 41 der Welle 11 an.

Das rückwärtige Ende der Pumpenwelle 11 trägt verschiedene Bauteile, darunter einen Satz von Beilegscheiben 46, einen Axiallagerring 47 und einen Ausricht­ ring 48, die alle gleitend auf der Welle 11 gelagert sind. Ein Magnethalter 50 ist mit der Welle 11 durch einen Keil 51 in einer Stellung derart ver­ keilt, daß er an der rückwärtigen Fläche des Ausrichtrings 48 anliegt, und er ist an Ort und Stelle gehalten durch eine Mutter 52, die auf das rückwärtige Ende der Pumpenwelle 11 aufgeschraubt ist. Die Mutter 52 verrie­ gelt alle sich drehenden oder umlaufenden Komponenten des Pumpeneinsatzes 10 in ihrer Stellung auf der Welle 11 in dem Einsatzkörper 30, die sich durch die Lagerringe 33 und 34 hindurch erstrecken. Die Dicke des Satzes der Beilegscheiben 46 bestimmt das Endspiel der Welle 11 in dem Einsatz­ körper 30.

Der Axiallagerring 47 dient als Axiallager und läuft auf dem rückwärtigen Ende des rückwärtigen Lagerrings 34 praktisch in der gleichen Art, wie der vordere Axiallaufring 42 auf dem vorderen Ende des vorderen Lagerrings 33 läuft. Jedoch ist der rückwärtige Axiallaufring 47 lose auf der Welle 11 gelagert und kann sich relativ zu der Wellenachse in exzentrische Stellungen bewegen. Die rückwärtige Oberfläche 54 des Axiallagerrings 47 ist unter einem Winkel von 45° relativ zu der Achse der Pumpenwelle 11 abgeschrägt und liegt an einer abgerundeten vorderen Sitzfläche 55 des Ausrichtrings 48 an. Die abgerundete vordere Sitzfläche 55 folgt einem Radius, der in einer Ebene liegt, die parallel zu der Achse der Pumpenwelle 11 ist und sich durch diese erstreckt.

Die Sitzfläche 55 und die abgeschrägte rückwärtige Fläche 54 des Axial­ lagerrings 47 sind so dimensioniert, daß der Axiallagerring 47 sich in eine exzentrische Position bewegen kann, falls nötig, damit die vordere Fläche des Axiallagerrings 47 flach gegen das rückwärtige Ende des rückwär­ tigen Lagerrings 34 anliegt. Diese Anordnung gestattet es dem Axiallager­ ring 47, sich in eine Stellung derart zu bewegen, daß er irgendwelche Fehl­ ausrichtungen zwischen der Pumpenwelle 11 und den Lagerungen ausgleicht oder korrigiert, die die Lagerhülsen 36 und 37 und die Lagerringe 33 und 34 aufweisen. Der Axiallagerring 47 ist zur gemeinsamen Drehung mit dem Magnet­ halter 50 durch mehrere Stifte 57 verkeilt, die an der rückwärtigen Fläche des Axiallagerrings 47 befestigt sind und die sich nach hinten und lose in entsprechende Löcher erstrecken, die in der vorderen Fläche des Magnet­ halters vorgesehen sind. Die Löcher sind groß genug, um die Stifte 57 mit ausreichendem Spiel zu versehen, um es dem Axiallagerring 47 zu gestatten, sich um eine ausreichende Entfernung in bezug auf die Wellenachse zu bewe­ gen, um die Ausrichtung des Axiallagerrings 47 an dem rückwärtigen Ende des benachbarten Lagerrings 34 einzustellen.

Der Umfang des Magnethalters 50 trägt eine Reihe von Magneten 58, die eng längs der Innenseite eines relativ dünnen haubenförmigen Mantels 59 rotieren, der über den Magnethalter 50 und über die anderen Teile des Pumpeneinsatzes 10 paßt.

Das Antriebsgehäuse 16 enthält einen äußeren Magnethalter 61, der an der Antriebswelle 19 befestigt ist und mit dieser um den haubenförmigen Mantel 59, eng benachbart zu diesem, umläuft. Der äußere Magnethalter 61 trägt eine Reihe von Magneten 62, die mit Abständen um seine Innenseite herum angeordnet sind und die magnetisch mit den Magneten 58 an dem inneren Magnethalter 50 verbunden sind, um ein Drehmoment von dem äußeren Magnet­ halter 61 auf die Pumpenwelle 11 zu übertragen. Für dichtungslose Pumpen ist es bekannt, die Pumpenwelle unter Verwendung von Magneten in dieser Art anzutreiben.

Die Gehäuseabdeckung 7 enthält einen Strömungskanal 64, der sich von ihrer vorderen Stirnfläche zu ihrer hinteren Stirnfläche erstreckt, um das gepumpte Fluid von der Pumpenkammer 3 in den Raum zu leiten, der den Magnet­ halter 50 enthält. Dieses Fluid fließt zu dem Axiallager, das den Axial­ lagerring 47 aufweist, geht durch dieses Axiallager hindurch und dann nach vorn längs der Pumpenwelle 11 durch die Wellenlagerungen hindurch, die die Lagerringe 33 und 34 und die Lagerhülsen 36 und 37 aufweisen, und es entweicht aus dem Axiallager 42 an der Pumpenwelle 11 benachbart dem Lauf­ rad 12. Dieses Fluid dient somit zum Schmieren und zum Kühlen der Lagerun­ gen. Die Verwendung des gepumpten Fluids als Schmiermittel ist möglich, wenn die Art des gepumpten Fluids dieses als Schmiermittel geeignet macht.

Wenn das gepumpte Fluid nicht als Schmiermittel dienen kann, wenn es bei­ spielsweise zu schmutzig ist, kann das vordere Ende des Strömungskanals 64 durch einen Gewindestopfen verschlossen werden, und Schmiermittel wird dann von außen durch einen Zweigkanal 65 eingeführt, der in den Strömungs­ kanal 64 mündet und der mit einem Gewindestopfen 66 verschlossen darge­ stellt ist. Normalerweise ist das Schmierfluid das gepumpte Fluid, das zur Reinigung durch ein Filtersystem geleitet wurde.

In der Vergangenheit wurde das Schmierfluid bei dichtungslosen Pumpen in das Lagersystem etwa in der Mitte zwischen den Wellenlagerungen einge­ bracht, wobei das Schmierfluid veranlaßt wurde, in beiden Richtungen längs der Pumpenwelle 11 zu fließen. Es hat sich herausgestellt, daß diese Art von Schmiersystem mit der hier beschriebenen Pumpe und unter den Bedingun­ gen für die diese Pumpe bestimmt ist, nicht zufriedenstellend arbeitet. Der Druck des Schmierfluids, das am vorderen Ende der Pumpenwelle 11 aus­ tritt, ist so hoch, daß eine unannehmbar hohe Belastung auf das Pumpen­ laufrad 12 ausgeübt wird, wodurch die Lagerungen schnell ausfallen. Diese hohe Axialbelastung könnte reduziert werden, indem man das Pumpenlaufrad 12 als geschlossenes Laufrad ausbildet, wie es in der Vergangenheit bei dieser Art von Pumpen bei der gleichen Problemstellung getan wurde. Jedoch haben geschlossene Pumpenlaufräder andere Probleme, beispielsweise sind sie schwer zu reinigen.

Die Oberflächen der hier beschriebenen Lagerungen können aus Silikon-Karbid hergestellt werden, welches eine sehr harte Oberfläche hat und das zur Aufnahme der bei der vorliegenden Konstruktion auftretenden Belastungen notwendig sein kann. Trotzdem konnten solche Lagerungen bisher keine lange Lebensdauer aufweisen, was jetzt dadurch möglich ist, daß das Schmierfluid durch das Axiallager 47 nach innen und dann nach vorn längs der Pumpenwelle 11 durch die Lagerungen hindurchgeführt wird, wobei das Schmierfluid vorn durch den Axiallaufring 42 benachbart zu dem Pumpenlaufrad 12 austritt.

Claims (6)

1. Kreiselpumpe mit einem Gehäuse, das eine Pumpenkammer, einen Pumpen­ einlaßkanal, der sich von einem Einlaß an dem Gehäuse erstreckt und sich in die Pumpenkammer öffnet, und einen Pumpenauslaßkanal aufweist, der von der Pumpenkammer zu einem Auslaß in dem Gehäuse verläuft, mit einer drehbar in dem Gehäuse gelagerten Welle, mit einem Pumpenlaufrad, das am vorderen Ende der Welle zur Drehung mit der Welle in der Pumpen­ kammer verbunden ist, wobei die Welle in wenigstens zwei Lagerungen gelagert ist, die längs der Welle mit Abstand voneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 7) einen Strömungs­ kanal (64) zum Führen von Schmierfluid zu einem Teil der Pumpenwelle (11) aufweist, der rückwärts von den Lagerungen (33, 34, 36, 37) in bezug auf das Pumpenlaufrad (12) liegt, und daß Einrichtungen vorgese­ hen sind, um das Schmierfluid nach vorn längs der Pumpenwelle (11) durch beide Lagerungen (33, 34, 36, 37) hindurchzuführen, bevor das Schmierfluid aus den Lagerungen benachbart zu dem Pumpenlaufrad (12) austritt, wodurch der Druck des Schmierfluids infolge des Durchgangs durch die Lagerungen automatisch vermindert und veranlaßt wird, einen wesentlich geringeren Wert anzunehmen, wenn es aus den Lagerungen benach­ bart zu dem Pumpenlaufrad (12) austritt.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Pumpenwelle (11) rückwärts von den Lagerungen (33, 34, 36, 37) ein Axiallager (47) angeordnet ist, wobei die Einrichtungen zum Zuführen des Schmierfluids so angeordnet sind, daß sie das Schmierfluid zuerst durch das Axiallager (47) hindurchführen, bevor das Fluid den anderen Lagerungen (33, 34, 36, 37) zugeführt wird, so daß der Druck des Schmierfluids dadurch vermindert wird, daß es der Reihe nach durch das Axiallager (47) und dann durch die anderen, längs der Pumpenwelle (11) angeordneten Lagerungen (33, 34, 36, 37) geführt wird.

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmier­ fluid ein Teil des gepumpten Fluids ist.

4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmier­ fluid von dem gepumpten Fluid getrennt ist.

5. Dichtungslose Kreiselpumpe mit einem Gehäuse, das eine Pumpenkammer, einen Pumpeneinlaßkanal, der sich von einem Einlaß in dem Gehäuse her erstreckt und in die Pumpenkammer öffnet, und einen Pumpenauslaßkanal aufweist, der von der Pumpenkammer zu einem Auslaß in dem Gehäuse verläuft, mit einer drehbar in dem Gehäuse gelagerten Pumpenwelle, mit einem mit dem vorderen Ende der Welle zur Drehung mit dieser verbundenen Pumpen­ laufrad in der Pumpenkammer und mit einem mit der Welle verbundenen Glied, das erste Magnete trägt, die magnetisch mit zweiten Magneten gekuppelt werden können, die durch eine Drehantriebsvorrichtung, z.B. einen Elektromotor, drehend angetrieben werden, wobei die Welle in wenig­ stens zwei Lagerungen gelagert ist, die mit Abstand voneinander längs der Welle angeordnet sind, wobei ein Mantel die Welle und die Lagerungen umgibt, um die Pumpe gegen das Äußere abzudichten und gepumptes Fluid am Lecken zu hindern, wobei der Mantel zwischen den beiden Gruppen von Magneten angeordnet und in der Lage ist, Magnetkräfte zwischen den bei­ den Gruppen von Magneten zur magnetischen Kupplung der beiden Gruppen miteinander zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 7) einen Strömungskanal (64) zum Führen von Schmierfluid zu einem Teil der Pumpenwelle (11) aufweist, der rückwärts von den Lagerungen (33, 34, 36, 37) in bezug auf das Pumpenlaufrad (12) liegt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um das Schmierfluid nach vorn längs der Pumpenwelle (11) durch beide Lagerungen (33, 34, 36, 37) hindurchzu­ führen, bevor das Schmierfluid aus den Lagerungen benachbart zu dem Pumpenlaufrad (12) austritt, wodurch der Druck des Schmierfluids infolge des Durchgangs durch die Lagerungen automatisch vermindert und veran­ laßt wird, einen wesentlich geringeren Wert anzunehmen, wenn es aus den Lagerungen benachbart zu dem Pumpenlaufrad (12) austritt.

6. Kreiselpumpe nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß auf der Pumpen­ welle (11) rückwärts von den Lagerungen (33, 34, 36, 37) und innerhalb des Mantels (59) ein Axiallager (47) angeordnet ist, wobei die Einrich­ tungen zum Zuführen des Schmierfluids so angeordnet sind, daß sie das Schmierfluid zuerst durch das Axiallager (47) hindurchführen, bevor das Fluid den anderen Lagerungen (33, 34, 36, 37) zugeführt wird, so daß der Druck des Schmierfluids dadurch vermindert wird, daß es der Reihe nach durch das Axiallager (47) und dann durch die anderen, längs der Pumpenwelle (11) angeordneten Lagerungen (33, 34, 36, 37) geführt wird.