EP0171514A1 - Kreiselpumpe mit einem Spaltrohrtopf - Google Patents

Kreiselpumpe mit einem Spaltrohrtopf Download PDF

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EP0171514A1
EP0171514A1 EP85105625A EP85105625A EP0171514A1 EP 0171514 A1 EP0171514 A1 EP 0171514A1 EP 85105625 A EP85105625 A EP 85105625A EP 85105625 A EP85105625 A EP 85105625A EP 0171514 A1 EP0171514 A1 EP 0171514A1
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pot
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wall
pump
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • F04D13/027—Details of the magnetic circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/40—Transmission of power
    • F05B2260/404—Transmission of power through magnetic drive coupling
    • F05B2260/4041—Transmission of power through magnetic drive coupling the driven magnets encircling the driver magnets

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump according to the preamble of claim 1.
  • Centrifugal pumps of this type are known from CH-PS 555 477 and DE-OS 26 20 502. As is customary with canned pumps, they have an external rotor connected to the motor and an internal rotor connected to the pump impeller. The pump impellers with their inner runners are at least partially supported on the bottom of the pot, the bottom of the pot being broken through in DE-OS 26 20 502 so that the so-called bearing shaft of the pump impeller can be stored in a bearing in the outer rotor shaft.
  • the invention has for its object to provide an economically advantageous, better efficiency centrifugal pump that is particularly suitable as a chemical process pump.
  • the whole thing can be designed so that almost only compressive stresses are generated from the pumped medium in the pot wall and tensile stresses occur only in the pot bottom and / or the rim of the pot, which can be easily absorbed there.
  • the preferred flying arrangement of the canned pot in which it is connected to other pump parts only at the pot wall edges, can be very beneficial to this project.
  • An inward curvature of the pot bottom i.e. if the pot bottom runs inwards from the pot wall from the pump impeller to the motor, is possible and allows a particularly favorable bearing arrangement to be selected.
  • the bottom of the pot and / or the rim of the pot can be made relatively thick enough without any problems, while a relatively thin wall of the pot can be used. So you can meet the electrical and magnetic requirements as well as the mechanical strength requirements.
  • the canned pot can preferably be designed without breakthroughs, thereby making optimal use of its tightness and mechanical strength.
  • the pump impeller together with the external rotor, rotates on an axis fastened in the intake port of the pump housing is stored bar, the aforementioned curvature of the pot base allows a particularly favorable bearing arrangement.
  • a canned pot 2 is inserted in a sealing manner, as a result of which the pump housing is tightly divided into a pump chamber 3 and a motor chamber 4, without the need for moving seals.
  • the canned pot 2 has a pot wall 20 consisting of electrically non-conductive material, which in the example shown consists of the pot bottom 21 and the pot rim 22 in one piece and is reproduced here as a ceramic material.
  • the pot wall 20 does not have to be electrically conductive, while this is not a condition for the pot base and possibly also for the pot rim, but should often be the case in the case of one-piece production.
  • the pot wall 20 is practically only exposed to compressive stresses from the pumped medium, which is conducive to its thin-walled design despite the use of electrically non-conductive material. Together with the formation of electrically non-conductive material, this results in an optimization of the efficiency.
  • a radial pump impeller 5 Provided in the pump chamber 3 is a radial pump impeller 5, the suction opening 50 of which is opposite the suction nozzle 8 of the pump housing 1, while its radial channels 51 convey to the pressure nozzle 11 of the pump housing 1. No other openings are provided on the pump impeller and it is only supported radially on the axis 7.
  • the space portion of the pump chamber 3 located on the front side 52 of the pump impeller is connected to the intake port 8 and, on the other hand, to the pressure port 11 via the gap between the throttle rings 520 and 521 (the latter is held by a retaining ring 522).
  • the space portion of the pump chamber 3 arranged on the rear side 53 of the pump impeller 5 is connected around the outer rotor 6 to the pressure port 11 and through the compensating channel 71 in the axis 7 to the intake port 8.
  • a throttle ring 530 is attached by means of retaining ring 531 to the rear 53 of the pump impeller.
  • the pump impeller 5 is mechanically firmly connected to the outer rotor 6, the inner rotor 9, which carries permanent magnets 90, is connected to the motor 10, which is equivalent to a reversal of the conventional design.
  • the bottom of the pot 21 is arched towards the motor 10, which in addition to favorable static properties is also a be particularly good balance of the impeller / external rotor complex allowed.
  • the construction according to the invention permits the attachment of an external lubrication channel 75 for the ceramic slide bearing 70.

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Abstract

Im Spaltrohrtopf (2) ist der vom Motor (10) getriebene Innenläufer (9), während der mit dem Pumpenlaufrad (5) verbundene Aussenläufer (6) ausserhalb der Topfwand (20) ist. Die Topfwand (20) ist elektrisch nicht leitend. Der Wirkungsgrad ist besser. Es können sonst nicht verwendbare Topfmaterialien, wie Keramika, verwendet werden, was die Anwendbarkeit der Pumpe steigert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
  • Derartige Kreiselpumpen sind aus der CH-PS 555 477 und der DE-OS 26 20 502 bekannt. Sie haben, wie dies bei Spaltrohrpumpen üblich ist, einen mit dem Motor verbundenen Aussenläufer und einen mit dem Pumpenlaufrad verbundenen Innenläufer. Die Pumpenlaufräder mit ihren Innenläufern sind wenigstens teilweise am Topfboden gelagert, wobei der Topfboden in der DE-OS 26 20 502 durchbrochen ist, damit die sogenannte Lagerwelle des Pumpenlaufrades in einem Lager in der Aussenläuferwelle gelagert werden kann.
  • Schon aus Gründen der mechanischen Kraftübertragung sind derartige bekannte Spaltrohrtöpfe meist metallen und somit elektrisch leitend, was zu Wirbelströmen, entsprechender Erhitzung und Leistungsverlusten führt. Bisherige aus Kunststoffen bestehende Spaltrohre sind nämlich nicht ausreichend chemisch und mechanisch beständig. Dabei sind die Konstruktionen vielteilig und kompliziert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine wirtschaftlich vorteilhaft herstellbare, besseren Wirkungsgrad aufweisende Kreiselpumpe zu schaffen, die sich besonders als Chemieprozesspumpe eignet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 definierte Kreiselpumpe vorgeschlagen.
  • Wenn man bei den herkömmlichen Konstruktionen die Wirbelstrombildung in der Topfwand durch nichtmetallische Werkstoffe zu vermeiden trachtet, so ergeben sich mechanische und wegen der dicken Wandungen auch magnetische Probleme, selbst wenn die chemischen Bedingungen erfüllbar wären. Man hat daher bislang die Topfwandungen möglichst dünn und die Magnetläufer möglichst nahe beisammen angeordnet, wenn es um eine Verbesserung des Wirkungsgrades ging. Das wiederum brachte einen grossen Präzisionsaufwand mit sich, welcher sich in der vielteiligen komplizierten Lagerung niederschlug.
  • Ueberraschenderweise wurde nun gefunden, dass bei der vollkommen umgekehrten Anordnung des Spalttopfes und der umgekehrten Zuordnung der Läufer zu Motor und Pumpenlaufrad, die Verwendung von elektrisch nicht leitendem Material für die Topfwandung bei gesteigertem Wirkungsgrad in der Kraftübertragung möglich ist.
  • Das Ganze lässt sich dabei so ausbilden, dass in der Topfwand beinahe nur Druckspannungen vom gepumpten Medium her erzeugt werden und nur im Topfboden und/oder dem Topfrand noch Zugspannungen auftreten, die dort problemlos aufgenommen werden können.
  • Die bevorzugte fliegende Anordnung des Spaltrohrtopfes, bei welcher er nur an den Topfwandrändern mit anderen Pumpenteilen verbunden ist, kann diesem Vorhaben sehr förderlich sein.
  • Eine einwärtsgerichtete Wölbung des Topfbodens, d.h., wenn der Topfboden vom der Topfwandung her vom Pumpenlaufrad zum Motor hin einwärts verläuft, ist dabei möglich und erlaubt es eine besonders günstige Lageranordnung zu wählen.
  • Man kann, insbesondere bei bevorzugter Ausbildung der Erfindung, sogar Keramika als Werkstoff der Topfwand oder gar des ganzen Topfes verwenden, was der Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkeit (falls heisse Medien gepumpt werden) sehr förderlich sein kann.
  • Der Topfboden und/oder der Topfrand können dabei relativ unbedenklich ausreichend dick ausgebildet werden, während man eine relativ dünne Topfwand nehmen kann. So kann man den elektrischen und magnetischen Anforderungen gleichermassen gerecht werden, wie den mechanischen Festigkeitsbedürfnissen.
  • Man kann den Spaltrohrtopf bevorzugt durchbruchsfrei ausführen und dadurch seine Dichtigkeit und seine mechanische Festigkeit optimal ausnutzen.
  • Insbesondere im letztgenannten Falle ist es vorteilhaft, wenn das Pumpenlaufrad mitsamt dem Aussenläufer auf einer im Ansaugstutzen des Pumpengehäuses befestigten Achse drehbar gelagert ist, wobei die erwähnte Wölbung des Topfbodens eine besonders günstige Lageranordnung erlaubt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise besprochen. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Pumpe von der Ansaugstutzen-Seite her gesehen, und
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch diese Pumpe.
  • In einem Pumpengehäuse 1 ist ein Spaltrohrtopf 2 dichtend eingesetzt, wodurch das Pumpengehäuse in einen Pumpenraum 3 und einen Motorraum 4 dicht unterteilt ist, ohne dass bewegte Dichtungen nötig sind.
  • Der Spaltrohrtopf 2 hat eine aus elektrisch nicht leitendem Material bestehende Topfwand 20, welcher im gezeichneten Beispiel mit dem Topfboden 21 und mit dem Topfrand 22 aus einem Stück besteht und hier als Keramikmaterial wiedergegeben ist. Die Topfwand 20 muss elektrisch nicht leitend sein, während dies für den Topfboden und allenfalls auch für den Topfrand nicht Bedingung ist, aber bei einstückiger Fertigung oft der Fall sein dürfte.
  • Durch die Anordnung und Gestaltung des Spaltrohrtopfes 2 ist die Topfwand 20 praktisch nur Druckspannungen vom gepumpten Medium her ausgesetzt, was seiner dünnwandigen Ausgestaltung trotz Verwendung elektrisch nicht leitenden Materials förderlich ist. Das ergibt zusammen mit der Ausbildung aus elektrisch nicht leitendem Material eine Optimierung des Wirkungsgrades.
  • Im Pumpenraum 3 ist ein Radial-Pumpenlaufrad 5 vorgesehen, dessen Ansaugöffnung 50 dem Ansaugstutzen 8 des Pumpengehäuses 1 gegenüberliegt, während seine Radialkanäle 51 zum Druckstutzen 11 des Pumpengehäuses 1 hin fördern. Andere Oeffnungen sind am Pumpenlaufrad nicht vorgesehen und es ist auch nur radial auf der Achse 7 gelagert.
  • Der auf der Vorderseite 52 des Pumpenlaufrades befindliche Raumanteil des Pumpenraumes 3 ist über den Spalt zwischen den Drosselringen 520 und 521 (letzterer ist durch einen Haltering 522 gehaltert) mit dem Ansaugstutzen 8 und andererseits auch mit dem Druckstutzen 11 mediumleitend verbunden. Der an der Rückseite 53 des Pumpenlaufrades 5 angeordnete Raumanteil des Pumpenraumes 3 ist um den Aussenläufer 6 herum mit dem Druckstutzen 11 und durch den Ausgleichskanal 71 in der Achse 7 mit dem Ansaugstutzen 8 verbunden. Ein Drosselring 530 ist mittels Haltering 531 an der Rückseite 53 des Pumpenlaufrades befestigt.
  • Diese Ausgestaltungsmerkmale zusammen mit den Kanalöffnungen 72 und 73 und der in einer Tragrippe 80 des Ansaugstutzens für die Achse 7 vorgesehenen Drosselschraube 74 bestimmen die Axiallage des Pumpenlaufrades 5 zusammen mit dem angebauten, Permanentmagnete 60 tragenden Aussenläufer, in einer anderen Patentanmeldung vom gleichen Tage (Anwaltszeichen 7075) genannten Weise.
  • Während, wie schon beschrieben, das Pumpenlaufrad 5 mit dem Aussenläufer 6 mechanisch fest verbunden ist, ist der Innenläufer 9, der Permanentmagnete 90 trägt, mit dem Motor 10 verbunden, was einer Umkehrung der üblichen Bauweise gleich kommt.
  • Dies, zusammen mit den genannten Merkmalen des Spaltrohrtopfes erbringt nicht nur eine Steigerung des Wirkungsgrades, sondern auch eine so erhebliche Temperatursenkung, dass auf besondere Kühlmassnahmen verzichtet werden kann.
  • Dazu trägt auch bei, dass der Spaltrohrtopf 2 nur an seinem Rand 22 mit dem Pumpengehäuse verbunden ist und sonst von Verbindungen frei ist, während sonst der Topfboden zumindest mittragend ausgebildet ist, was naturgemäss Kräfteberücksichtigungen erfordert, die hier vernachlässigbar sind.
  • Der Topfboden 21 ist zum Motor 10 hin eingewölbt, was neben günstigen statischen Eigenschaften hier auch eine besonders gute Ausbalancierung des Laufrad/Aussenläufer-Komplexes erlaubt. Man kann dabei eine im Ansaugstutzen 8 befestigte Achse 7 anwenden, was wiederum auch die Vorteile der bereits genannten anderen Patentanmeldung vom gleichen Tage (7075) fördert.
  • Zusätzlich gestattet die erfindungsgemässe Konstruktion die Anbringung eines Fremdschmierkanals 75 für das Keramik-Gleitlager 70.

Claims (9)

1. Kreiselpumpe mit einem ihr Pumpengehäuse antriebsseitig gegen ein gepumptes Medium dichtenden Spaltrohrtopf, dessen von seinem Topfboden abstehende Topfwand zwischen jeeinenmit Permanentmagneten bestückten Innen-und Aussenläufer eingreift, wobei je einer der Läufer mit einem Pumpenlaufrad bzw. einem Antriebsmotor mechanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass der im Spaltrohrtopf (2) angeordnete Innenläufer (9) im Betrieb mit dem Motor (10) verbunden ist, während der mit dem Pumpenlaufrad mechanisch verbundene Aussenläufer (6) ausserhalb der aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Topfwand (20) angeordnet ist.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb vom gepumpten Medium in der Topfwand (20) wenigstens grösstenteils, vorzugsweise wenigstens angenähert nur, Druckspannungen erzeugt werden.
3. Kreiselpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an seinem Topfrand (22) fliegend montierte Spaltrohrtopf (2) nur an seinem Topfrand (22) mit anderen Pumpenteilen verbunden ist.
4. Kreiselpumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfboden (21), an der Topfwand (20) beginnend, vom Pumpenlaufrad (5) zum Motor (10) hin einwärts geformt ausgebildet ist.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (20) dünner als der, vom gepumpten Medium Zugspannungen erhaltende, Topfboden (21) ausgebildet ist.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der, vom gepumpten Medium Zugspannungen erhaltende, Topfrand (22) dicker als die Topfwand (20) ausgebildet ist.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (5) mit dem daran befestigten Aussenläufer (6) auf einer in einem Ansaugstutzen (8) des Pumpengehäuses (1) befestigten Achse (7) drehbar gelagert ist.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- durch gekennzeichnet, dass der Spaltrohrtopf (2) durchbruchsfrei ist.
9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Topfwand (20) und vorzugsweise auch der mit ihr verbundene Topfboden (21) und/oder Topfrand (22) aus keramischem Werstoff bestehen.
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