EP0171515A1 - Kreiselpumpe mit Spaltrohrtopf - Google Patents

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EP0171515A1
EP0171515A1 EP85105626A EP85105626A EP0171515A1 EP 0171515 A1 EP0171515 A1 EP 0171515A1 EP 85105626 A EP85105626 A EP 85105626A EP 85105626 A EP85105626 A EP 85105626A EP 0171515 A1 EP0171515 A1 EP 0171515A1
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pump
pump impeller
impeller
centrifugal pump
pot
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Ernst Hauenstein
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CP Pumpen AG
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    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
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    • F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons
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    • F04D29/08—Sealings
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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 are known from DE-OS 26 20 502, the axis being at least partially held on the canned pot bottom, which can result in undesirable mechanical stress on the canned pot and can cause difficulties in equalizing pressure differences behind and in front of the pump impeller.
  • DE-OS 27 33 631 It is provided in DE-OS 27 33 631 to compensate for the fluctuating axial forces by controlling the passage of the compensating opening of the pump impeller, which can at least lead to undesired disturbances in the impeller flow and to loss of performance.
  • EP-A1 0 078 345 in turn, even provides a control device for increasing the cross section of compensation openings in the pump housing, which is from the axial position of the shaft is controlled.
  • CH-PS 529 929 wearable axial main bearings and axial auxiliary bearings are provided, the wear of which allows the axial displacement of the pump impeller under certain operating conditions, which should result in a reduction in axial force.
  • new wear and a new "run-in" is always necessary, which must ultimately lead to total wear of the thrust bearings.
  • the invention is based on the object of avoiding these disadvantages, the short stationary axis already having the advantage in comparison to the long idling shafts that one does not have to take into account the lubrication of a bearing located far away from the motor.
  • the aim was to have a construction that was as simple and economical as possible and easy to maintain.
  • This balancing effect is so excellent that you can do without an axial bearing of the pump impeller if you use both the space behind and in front of the pump impeller with the intake and pressure ports to conduct the medium, e.g. connects in a liquid-conducting manner, the size of the passage cross-sections being variable due to the axial position of the pump impeller and allowing the desired compensation to be achieved automatically.
  • drados rings which are attached to the front and rear of the impeller and are preferably located near the axle on the front. At least on the front, a mating ring on the housing is preferable, while on the back the bottom of the pot can serve as an emergency support.
  • These rings can advantageously have emergency running properties and consist, for example, of polytetrafluoroethylene, which is chemically stable and is well self-lubricating.
  • the throttle rings will hardly ever come into contact in normal operation, since they are separated from each other or from the bottom of the pot by a damping medium layer and, in the event of extreme movements of the pump impeller in one direction, will intercept and immediately regulate the balancing effect.
  • a canned pot 2 is inserted so tightly in the pump housing 1 that the canned pot 2 separates the pump chamber 3 from the motor chamber 4 in a sealed manner and without any movable seals.
  • the pump impeller 5 is housed connected to the associated external rotor 6 equipped with permanent magnets 60.
  • the electric drive motor 10 and the inner rotor 9 connected to it and equipped with permanent magnets 90 are accommodated in the engine compartment.
  • the pot wall 20 has an edge 22 which is mounted sealingly in the pump housing 1 and constitutes the only sealing point of the canned pot 2 at the pump housing. 1
  • the pot base 21 of the canned pot 2 is connected in one piece to the pot wall 20, with the entire canned pot 2 preferably being made of electrically non-conductive ceramic material.
  • the pot base 21 is arched towards the motor 10, which allows the pump impeller 5 to be balanced with the external rotor 6 in a favorable manner.
  • the pump impeller 5 is rotatably mounted on the stationary axis 7, this bearing being limited to a purely radial bearing.
  • An axial bearing is not necessary and is not provided: the axis 7 is fastened in the intake manifold 8 by means of supporting ribs 80, a ceramic sliding bearing 70 serving for the radial mounting of the pump impeller 5, and an external lubrication channel 75 through a supporting rib 80 and through the axis 7 to the ceramic Slide bearing 70 is guided. If the pump medium is unfavorable for bearing lubrication, external lubrication can take place.
  • the axis 7 has a generously dimensioned compensating channel 71, which has some front lateral openings 72 and a rear opening 73, so that the suction port 8 of the pump housing 1 located on the front 52 of the pump impeller 5 with that on the rear 53 of the pump impeller 5 located part of the pump chamber 3 is permeably connected by this channel 71 with low inertia for the pumped medium.
  • the pump impeller 5 of the illustrated type of a radial pump has a front suction opening 50 and radial channels 51 which lead to the pressure connection 11 of the pump housing 1 are arranged to promote.
  • the pump impeller 5 is otherwise free of openings.
  • the pump chamber located in front of the pump impeller is connected to the suction nozzle 8 and to the pressure nozzle 11 and the rear part of the pump chamber to the pressure nozzle 11 in a medium-conducting manner.
  • 5 throttle rings 520 and 530 are provided on the pump impeller 5 on the front 52 and on the rear 53 of the pump impeller, respectively, which allow a balanced axial self-adjustment of the pump impeller 5 to be optimized for the intended purpose.
  • the rear throttle ring 530 is held by a retaining ring 531 and has no counterpart on the pot base 21, which does not mean, however, that a counter ring should not be attached if necessary.
  • a counter ring 521 is fastened to the pump housing 1 close to the axis by means of retaining ring 522.
  • the operating conditions can also be taken into account with a throttle screw 74 which is designed as a grub screw in a rib 80 and is accessible from the outside and through which the free passage in the channel 71 can be changed.
  • the intended emergency running properties of the throttle rings 520/521 and 530 are used at most in exceptional cases if, due to extraordinary events, the pump impeller 5 travels a somewhat larger axial path than is planned in the axial mobility. Otherwise the pressure equalization through channel 71 acts so spontaneously that even violent pressure fluctuations can be absorbed.
  • the throttle rings have an optimized, regulating effect on the desired operating center position of the pump impeller 7.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Bei einer einen Spaltrohrtopf (2) aufweisenden Kreiselpumpe ist das Pumpenlaufrad (5) auf einer stationären Achse (7) nur radial gelagert. Die Achse (7) ist im Ansaugstutzen (8) mit Rippen (80) befestigt und hat einen Kanal (71), welcher den Pumpenraumteil an der Hinterseite (53) des Pumpenlaufrades (5) mit dem Ansaugstutzen (8) verbindet. Dieser an der Hinterseite (53) des Pumpenlaufrades (5) befindliche Pumpenraumteil ist zudem mit dem Druckstutzen (11) verbunden, während der an der Vorderseite (52) des Pumpenlaufrades (5) befindliche Pumpenraumteil sowohl mit dem Ansaugstutzen (8) als auch mit dem Druckstutzen (11) verbunden ist. Vorzugsweise sind noch Drosselringe (520/521 und 530) zur nach der Axiallage des Pumpenlaufrades selbstmessenden Durchlassdrosselung vorgesehen. Zudem kann mit einer Drosselschraube (74) der Kanal (71) im Durchlass geregelt werden. Dadurch kann das Pumpenlaufrad ohne Axiallager auskommen und sich den variablen Bedingungen selsttätig in einem vorbestimmbaren Rahmen anpassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
  • Derartige Kreiselpumpen sind aus der DE-OS 26 20 502 bekannt, wobei die Achse mindestens teilweise am Spaltrohrtopfboden gehaltert ist, was eine unerwünschte mechanische Beanspruchung des Spaltrohrtopfes mit sich bringen kann und Schwierigkeiten beim Ausgleich von Druckunterschieden hinter und vor dem Pumpenlaufrad mit sich bringen kann.
  • Bei mit der Welle umlaufenden Pumpenlaufrädern einer Spaltrohrpumpe (ohne Topfboden) ist es bereits bekannt die Druckunterschiede teilweise auszugleichen, soweit sie nicht zur Förderung eines Nebenstromes zur Kühlung und zum Schmieren des hinteren Lagers benötigt werden. Dazu hat man Ausgleichsöffnungen in das Pumpenlaufrad gemacht, welche von der Pumpenlaufrad-Hinterseite in das Innere des Pumpenlaufrades hineinreichen. Dass diese mit Leistungsverlusten verbunden ist und die Aufnahme der verbleibenden Axialkräfte durch Axiallager nötig macht geht aus allen Vorveröffentlichungen hervor, vgl. z.B. DE-OS 27 33 631, CH-PS 529 929 und EP-A1 0 078 345.
  • Es ist dabei in der DE-OS 27 33 631 vorgesehen die schwankenden Axialkräfte durch Steuerung des Durchlasses der Ausgleichsöffnung des Pumpenlaufrades auszugleichen, was zumindest zu unerwünschten Störungen der Laufradströmung und zu Leistungsverlusten führen kann.
  • In der EP-A1 0 078 345 wiederum ist sogar ein Steuerapparat zur Steigerung des Querschnittes von Ausgleichsöffnungen im Pumpengehäuse vorgesehen, welcher von der Axiallage der Welle her gesteuert wird. Bei der CH-PS 529 929 werden verachleissbare Axialhauptlager und Axielhilfalager vorgesehen, deren Verschleiss unter gewissen Betriebsbedingungen eine Axial-Lageverschiebung des Pumpenlaufrades erlauben, die eine Axialkraftminderung zu Folge haben soll. Soweit das überhaupt geht, ist bei sich ändernden Betriebsbedingungen, und das ist nicht gerade selten der Fall, immer wieder ein neuer Verschleiss und ein neues "Einlaufen" nötig, das schliesslich zum totalen Verschleiss der Axiallager führen muss.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diese Nachteile zu vermeiden, wobei die kurze stationäre Achse im Vergleich zu den langen mitlaufenden Wellen schon den Vorteil hat, dass man nicht die Schmierung eines weit motorseitig entfernt angeordneten Lagers berücksichtigen muss.
  • Ausgleichsöffnungen in das Innere des Pumpenlaufrades haben sich nicht als ausreichend vorteilhaft gezeigt und die Steuerung der Durchlässe nach Axiallage ergab dabei auch keine brauchbare Verbesserung.
  • Angestrebt wurde eine möglichst einfache wirtschaftliche und wartungsfreundliche Konstruktion.
  • Ueberraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich ein gut beherrschbarer, praktisch verzögerungsfreier bzw. trägheitsarmer Druckausgleich durch die hohle Achse bewirken lässt, ohne dass man Ausgleichsöffnungen am Pumpenlaufrad selbst benötigt.
  • Diese Ausgleichswirkung ist so hervorragend, dass man auf eine Axiallagerung des Pumpenlaufrades ganz verzichten kann, wenn man sowohl den Raum hinter als auch vor dem Pumpenlaufrad mit dem Ansaugstutzen und mit dem Druckstutzen mediumleitend, z.B. flüssigkeitsleitend verbindet, wobei durch die Axiallage des Pumpenlaufrades die Grösse der Durchlassquerschnitte veränderlich ist und den erwünschten Ausgleich selbsttätig erreichen lässt.
  • Damit dies auch bei vorübergehend ungünstigen Laufbedingungen nicht zu einem direkten Kontakt des Pumpenlaufrades mit dem Pumpengehäuse führt, ist es vorteilhaft Droaselringe vorzusehen, die vordereeitig und hinterseitig am Laufrad angebracht sind und sich vorderseitig vorzugsweise nahe der Achse befinden. Wenigstens vorderaeitig ist auch ein Gegenring am Gehäuse vorzuziehen, während rückseitig der Topfboden als Notabstützung dienen kann. Diese Ringe können vorteilhafterweise Notlaufeigenachaften haben und z.B. aus Polytetrafluoräthylen bestehen, das chemisch beständig und gut selbstschmierend ist.
  • Die Drosselringewerden aber kaum je im normalen Betrieb zur Anlage kommen, da sie voneinander bzw. vom Topfboden durch eine dämpfende Mediumschicht getrennt sind und bei extremen Bewegungen des Pumpenlaufradee in eine Richtung eine augenblickliche Ausgleichawirkung abfangend und rückregulierend wirken wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der rein schematischen Zeichnung näher besprochen. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Pumpe von der Ansaugseite her, und
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe.
  • Im Pumpengehäuse 1 ist ein Spaltrohrtopf 2 so dicht eingesetzt, dass der Spaltrohrtopf 2 den Pumpenraum 3 vom Motorraum 4 dicht und ohne bewegliche Dichtungen trennt.
  • Im Pumpenraum 3 ist das Pumpenlaufrad 5 mit dem zugehörigen, mit Permanentmagneten 60 bestückten Aussenläufer 6 verbunden untergebracht.
  • Im Motorraum ist der elektrische Antriebsmotor 10 und der mit ihm verbundene, mit Permanentmagneten 90 bestückte Innenläufer 9 untergebracht.
  • Es liegt hier also eine Umkehrung der Zuordnung der mit Permanentmagneten bestückten Läufer gegenüber der üblichen Konstruktion und eine Umkehr der Anordnung des Spaltrohrtopfes 2 vor, was es ermöglicht, die das Spaltrohr bildende Topfwand 20 mindestens angenähert nur mit Druckkräften zu beaufschlagen, was sich auf die Gesamtkonstruktion vorteilhaft auswirkt, und was Gegenstand einer am gleichen Tage mit Anwaltszeichen 7074 eingereichten Patentanmeldung ist.
  • Die Topfwand 20 hat einen Rand 22, welcher im Pumpenge- häuse 1 dichtend gehaltert ist und die einzige Dichtungsstelle des Spaltrohrtopfes 2 am Pumpengehäuse 1 darstellt.
  • Der Topfboden 21 des Spaltrohrtopfes 2 ist einstückig mit der Topfwand 20 verbunden, wobei hier beispielsweise der ganze Spaltrohrtopf 2 bevorzugterweise aus elektrisch nicht leitendem keramischen Material besteht.
  • Der Topfboden 21 ist gegen den Motor 10 hin eingewölbt, was eine günstige Ausbalancierung des Pumpenlaufrades 5 mit dem Aussenläufer 6 gestattet.
  • Dabei ist das Pumpenlaufrad 5 auf der stationären Achse 7 drehbar gelagert, wobei sich diese Lagerung auf eine reine Radiallagerung beschränkt. Eine Axiallagerung ist nicht nötig und nicht vorgesehen: Die Achse 7 ist im Ansaugstutzen 8 mittels Tragrippen 80 befestigt, wobei ein Keramikgleitlager 70 der radialen Lagerung des Pumpenlaufrades 5 dient, und wobei ein Fremdschmierkanal 75 durch eine Tragrippe 80 und durch die Achse 7 zum Keramik-Gleitlager 70 geführt ist. Bei für die Lagerschmierung ungünstigem Pumpmedium kann so eine Fremdschmierung erfolgen.
  • Die Achse 7 hat einen grosszügig dimensionierten dem Ausgleich dienenden Kanal 71, welcher einige vordere seitliche Oeffnungen 72 und eine hintere Oeffnung 73 aufweist, so dass der an der Vorderseite 52 des Pumpenlaufrades 5 befindliche Ansaugstutzen 8 des Pumpengehäuses 1 mit dem an der Hinterseite 53 des Pumpenlaufrades 5 befindlichen Teil des Pumpenraumes 3 durch diesen Kanal 71 trägheitsarm für das gepumpte Medium durchlässig verbunden ist.
  • Das Pumpenlaufrad 5 der gezeichneten Bauart einer Radialpumpe hat eine vordere Ansaugöffnung 50 und Radialkanäle 51, welche zum Druckstutzen 11 des Pumpengehäuses 1 fördernd angeordnet sind. Das Pumpenlaufrad 5 ist sonst frei von Oeffnungen. Dabei ist der vor dem Pumpenlaufrad befindliche Pumpenraum mit dem Ansaugstutzen 8 und mit dem Druckstutzen 11 und der hintere Pumpenraumteil mit dem Druckstutzen 11 mediumleitend verbunden.
  • Wenn die Pumpe in Betrieb ist, kann sich deshalb ein sich hinter dem Pumpenlaufrad aufbauender Druck mit einem sich vor dem Pumpenlaufrad aufbauenden unterschiedlichen Druck trägheitsarm ausgleichen, so dass das Pumpenlaufrad 5 keiner axialen Lagerung bedarf und selbstzentriert läuft.
  • Nun sind aber verschiedene Pumpen für ganz bestimmte Zwecke mit ganz bestimmten Eigenschaften ausgestattet, und es können auch gewisse Unterschiede in den Betriebsbedingungen auftreten.
  • Der Zweckbestimmung entsprechend sind an der Vorderseite 52 bzw. an der Rückseite 53 des Pumpenlaufrades 5 Drosselringe 520 bzw. 530 am Pumpenlaufrad 5 vorgesehen, welche ein ausgeglichenes axiales Selbsteinstellen des Pumpenlaufrades 5 zweckbestimmungsmässig optimieren lassen. Der rückseitige Drosselring 530 wird von einem Haltering 531 gehaltert und hat kein Gegenstück am Topfboden 21, was aber nicht heisst, dass man dort nötigenfalls keinen Gegenring anbringen dürfte. Dagegen ist am Pumpengehäuse 1 achsnah ein Gegenring 521 mittels Haltering 522 befestigt.
  • Den Betriebsbedingungen kann man darüberhinaus mit einer als Madenschraube in einer Rippe 80 ausgebildeten und von aussen zugänglichen Drosselschraube 74 Rechnung tragen, durch welche der freie Durchgang im Kanal 71 veränderbar ist.
  • Höchstens ausnahmsweise kommen die vorgesehenen Notlaufeigenschaften der Drosselringe 520/521 und 530 zum Einsatz, wenn durch ausserordentliche Ereignisse das Pumpenlaufrad 5 einen etwas grösseren Axialweg zurücklegt, als dies in der Axialbeweglichkeit eingeplant ist. Sonst wirkt der Druckausgleich durch den Kanal 71 so spontan, dass selbst heftige Druckschwankungen abgefangen werden - können. Die Drosselringe wirken dabei zweckbestimmungsgemäss optimiert regulierend auf die gewünschte Betriebs-Mittellage des Pumpenlaufrades 7.
  • Während hier eine Radialpumpe gezeichnet wurde, kann die Erfindung auch bei anderen Kreiselpumpen nutzbringend angewendet werden, so z.B. bei Radial-Axial-Pumpen.

Claims (9)

1. Kreiselpumpe mit einem ihr Pumpengehäuse antriebsseitig gegen ein gepumptes Medium dichtenden Spaltrohrtopf, auf dessen einer Seite ein motorgetriebener Permanentmagnet-Läufer angeordnet ist, während auf der anderen Topfseite ein zweiter Permanentmagnet-Läufer mit einem auf einer stationären Achse drehbaren Pumpenlaufrad mechanisch verbunden ist, wobei dieses Pumpenlaufrad seine Rückseite einem Topfboden des Spaltrohrtopfes zukehrt, während seine Vorderseite einem Ansaugstutzen des auch einen Druckstutzen aufweisenden Pumpengehäuses zugekehrt ist, dadurch gekennzeichnet , dass die stationäre Achse (7) im Ansaugstutzen (8) fliegend befestigt ist und einen Ausgleichskanal (71) aufweist, welcher vom Ansaugstutzen (8) zu einem hinter der Rückseite (53) des Pumpenlaufrades (5) liegenden hinteren Pumpenraumteil (31) führt, wobei das Pumpenlaufrad (5) nur radial gelagert ist, und wobei der hintere Pumpenraumteil (31) und ein den Ansaugstutzen (8) umgebender vorderer Pumpenraumteil (30) je mit dem Ansaugstutzen (8) und mit dem Druckstutzen (11) mediumleitend verbunden sind.
2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (5) zumindest auf einer Seite (52, 53) einen Drosselring (520, 530) aufweist, wobei vorzugsweise wenigstens dem vorderen Drosselring (520) gegenüberliegend ein Gehäusedrosselring (521) vorgesehen ist.
3. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,.dass ein, vorzugsweise als Schraube ausgebildeter,Drosselkörper (74), vorzugsweise von aussen betätigbar, im Ausgleichskanal (71) verstellbar ist.
4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Gleitlager (70) des Pumpenlaufrades (5) ein sogenannter Fremdschmierkanal (75) durch die Achse (7) geführt ist.
5. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Drosselringe (520, 521, 530) mit Notlaufeigenschaften vorgesehen sind.
6. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfboden (21) von der Achse (7) unberührt und von ihr hinweggewölbt verläuft.
7. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfwand (20) vom Pumpenlaufrad (5) hinweglaufend vom Topfboden (21) absteht und vom mit dem Pumpenlaufrad (5) verbundenen Permanentmagnet-Läufer (60) wenigstens teilweise umgeben ist.
8. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad frei von Ausgleichsöffnungen ist.
9. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vorderer Drosselring (520, 521) achsnah angeordnet ist.
EP85105626A 1984-07-16 1985-05-08 Kreiselpumpe mit Spaltrohrtopf Expired EP0171515B1 (de)

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CH3451/84 1984-07-16
CH345184 1984-07-16

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EP0171515A1 true EP0171515A1 (de) 1986-02-19
EP0171515B1 EP0171515B1 (de) 1987-09-02

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EP85105626A Expired EP0171515B1 (de) 1984-07-16 1985-05-08 Kreiselpumpe mit Spaltrohrtopf

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EP (1) EP0171515B1 (de)
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