DE1040376B

DE1040376B - Compensation device on motor-driven conveyor pumps for flowing media

Info

Publication number: DE1040376B
Application number: DEM18600A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Hans Moser
Original assignee: HANS MOSER DIPL ING DR
Current assignee: HANS MOSER DIPL ING DR
Priority date: 1953-05-16
Filing date: 1953-05-16
Publication date: 1958-10-02

Description

Ausgleichseinrichtung an motorisch angetriebenen Förderpumpen für strömende Medien Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausgleichseinrichtung zur Kompensation des hydraulischen Axialschubes an motorisch angetriebenen Förderpumpen mit einseitiger Durchflußrichtung strömender Medien, bei welchen der Rotor eines Elektromotors mit einem radiale Kanäle aufweisenden Laufrad mit einem auf der Druckseite desselben befindlichen Zentralraum zusammengebaut und die Tragwelle für den Rotor als Hohlwelle für das Laufrad ausgebildet ist, welche durch Radialgleitlager am Einlaßende und am Laufrad drehbar gelagert ist.Compensation device on motor-driven feed pumps for flowing media The invention relates to a compensation device for compensation of the hydraulic axial thrust on motor-driven feed pumps with one-sided Flow direction of flowing media in which the rotor of an electric motor with an impeller having radial channels with one on the pressure side of the same located central space assembled and the support shaft for the rotor as a hollow shaft is designed for the impeller, which by radial sliding bearings at the inlet end and is rotatably mounted on the impeller.

Das Ziel der Erfindung ist es, die schon verschiedentlich versuchte Kompensierung des hydraulischen Axialschubes mit einfacheren und wirkungsvolleren Mitteln als bisher so weit zu vervollkommnen, daß hei allen Betriebszuständen der Pumpe praktisch überhaupt keine Axialschübe mehr auftreten; das bedeutet, daß etwa vorhandene Axiallager sich auch im ununterbrochenen Betrieb, wie er beispielsweise in Zentralheizungsanlagen verlangt wird, nicht abnutzen und keiner Auswechslung bedürfen, so daß die Lebensdauer der Pumpe bei wartungsfreiem Lauf wesentlich erhöht wird.The aim of the invention is that which has been tried several times Compensation of the hydraulic axial thrust with simpler and more effective ones Means to perfect so far that in all operating states of the Pump, there are practically no more axial thrusts at all; that means about Existing thrust bearings can also be used in uninterrupted operation, as is the case, for example in central heating systems is required, no wear and no replacement require, so that the service life of the pump increases significantly with maintenance-free operation will.

Den bekannten Ausgleichsvorrichtungen zur Kompensation des hydraulischen Axialschubes ist eine derartig weitgehende und von den verschiedenen Betriebszuständen unabhängige Kompensation nicht gelungen, so daß diese Pumpen zur Aufnahme der verschiedentlich auftretenden und nicht unerheblichen Axialschübe Axialdrucklager benötigen. Auch die bekanntgewordene Verwendung von Ausgleichsbohrungen hat keine wesentliche Wirkung, weil das Radiallager sich im Bereich des Antriebsrotors befindet und an der Axialschubkompensation unbeteiligt ist. Diese Feststellung gilt auch für solche Pumpen, bei denen oberhalb des radiale Kanäle aufweisenden Laufrades auf der Druckseite desselben ein Zentralraum mit Ausgleichsbohrungen zur Hochdruckseite hin angeordnet ist, da die Radiallager der Pumpenwelle innerhalb dieses Hohlraumes angeordnet sind, so daß zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite der Pumpe ein Druckgefälle je nach der Größe des zwischen Laufrad und Pumpengehäuse vorhandenen Ringspaltes auftritt.The known compensating devices to compensate for the hydraulic Axial thrust is such a far-reaching one and depends on the various operating states independent compensation failed, so these pumps used to accommodate the various occurring and not inconsiderable axial thrusts require axial thrust bearings. Even the known use of compensating bores has no significant effect, because the radial bearing is located in the area of the drive rotor and at the axial thrust compensation is uninvolved. This statement also applies to pumps with those above of the impeller having radial channels on the pressure side of the same a central space is arranged with compensating bores towards the high pressure side, as the radial bearings the pump shaft are arranged within this cavity, so that between the The high pressure side and the low pressure side of the pump have a pressure gradient depending on the size the annular gap between the impeller and the pump housing occurs.

Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß bei den gattungsgemäßen Pumpen das eine der Radialgleitlager den Zentralraum, der in an sich bekannter Weise mit dem Hohlwellenraum durch Kanäle in Verbindung steht, umgibt und gegen den äußeren Hochdruckraum abschließt. Dadurch wird erreicht, daß die wartungslosen Gleitlager, die durch das Fördermedium geschmiert werden, die Trennstellen zwischen Hochdruck und Niederdruck des Fördermediums bilden. Zweckmäßig ist eine solche Ausbildung des einen Radialgleitlagers, daß das Laufrad jenseits seiner Hohlwelle eine zylindrische Abschlußbüchse trägt, die in zylindrischen Gegenflächen des im Pumpengehäuse befindlichen zentralen Hohlraumes läuft, wobei die Durchmesser der beiden Radialgleitlager am Einlaßende und am Laufrad vorteilhaft gleich sind. Es können auch in an sich. bekannter Weise Kanäle für die Rückführung der durch die Gleitlager von der Hochdruckseite her dringenden Förderflüssigkeit zur Niederdruckseite vorgesehen sein.According to the invention, these disadvantages are avoided in that at the generic pumps one of the radial plain bearings the central space, which is in communicates in a known manner with the hollow shaft space through channels, surrounds and closes off against the outer high-pressure chamber. It is thereby achieved that the maintenance-free plain bearings that are lubricated by the pumped medium, the Form separation points between high pressure and low pressure of the pumped medium. Appropriate is such a design of a radial plain bearing that the impeller on the other side its hollow shaft carries a cylindrical end sleeve, which is in cylindrical mating surfaces of the central cavity located in the pump housing runs, the diameter of the two radial plain bearings at the inlet end and at the impeller are advantageously the same. It can also be in itself. well-known channels for the return of the through the sliding bearings from the high pressure side to the low pressure side penetrating fluid be provided.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß sich alle Niederdruckkräfte kompensieren und daß sich ebenfalls alle Hochdruckkräfte kompensieren. Diese Kompensation des hydraulischen Axialschubes ist unabhängig von der Spaltbreite zwischen dem Laufrad und dem Gehäuse und ist für alle Betriebszustände der Pumpe so vollkommen, daß das Laufrad der Pumpe praktisch keine Axiallager benötigt. Es genügt, dem Laufrad beiderseits der Radiallager gleichsam als Längsanschläge je einen schmalen stirnseitigen Ringbund zu geben, der aber eigentliche Lagerdrücke überhaupt nicht aufzunehmen braucht.The invention ensures that all the low-pressure forces compensate and that all high pressure forces also compensate each other. This compensation of the hydraulic axial thrust is independent of the gap width between the impeller and the housing and is so perfect for all operating states of the pump that the Impeller of the pump practically no axial bearings required. It is enough to have the impeller on both sides the radial bearing, as it were, as longitudinal stops, each have a narrow end-face collar to give, but which does not need to absorb the actual bearing pressures at all.

Selbstverständlich ist dieses Grundprinzip der gleichen Lagerdurchmesser abwandelbar, wenn man, wie es in der Praxis vorkommen kann, hydraulische Axialschubkräfte im Zusammenwirken mit magnetischen oder statischen Kräften kompensieren muß. Es ist dann nur noch eine Angelegenheit der zweckmäßigen Wahl des geringen Unterschiedes der Durchmesser der beiden Radiallager, um neben den hydraulischen Axialschüben auch andere Kräfte wie das Eigengewicht von Rotor und Laufrad bei senkrechter Anordnung der Pumpe und einen magnetischen Axialschub zu kompensieren oder auf einen kleinen konstanten resultierenden Schub zur Vermeidung von Axialvibrationen zu reduzieren. Bei der im Prinzip vorhandenen Durchmessergleichheit der Radialgleitlager werden die variierenden hydraulischen Schübe vollkommen stetig und automatisch ausgeglichen.Of course, this basic principle is the same bearing diameter can be modified if, as can happen in practice, hydraulic axial thrust forces are used must compensate in interaction with magnetic or static forces. It is then only a matter of the appropriate choice of the slight difference the diameter of the two radial bearings to be next to the hydraulic Axial thrust also other forces such as the dead weight of the rotor and impeller in a vertical arrangement to compensate the pump and a magnetic axial thrust or to a small one constant resulting thrust to avoid axial vibrations. When the diameter of the radial plain bearings is identical in principle the varying hydraulic thrusts are balanced completely steadily and automatically.

Da das Lagerspiel, wie üblich, bei niedrigviskosen Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser, sehr enge Toleranzen hat, tritt nur sehr wenig Flüssigkeit, eben so viel, wie für die Flüssigkeitsreibung zur Lagerschmierung notwendig ist, durch die Lagerspalte hindurch, was sich in einem sehr guten hydraulischen Wirkungsgrad der Pumpe und in stetiger genauer Axialschubkompensation auswirkt.Since the bearing clearance, as usual, with low-viscosity liquids, for example water, has very tight tolerances, only very little liquid escapes, just as much as is necessary for the fluid friction for bearing lubrication, through the bearing gap, which results in a very good hydraulic efficiency of the pump and in constant precise axial thrust compensation.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt.The invention is shown in the drawing in an exemplary embodiment shown.

Im Gehäuse, das aus den Teilen 101 und 102 besteht, ist der geblechte Stator-Eisen-Kern 103 eines Asynchronmotors mit Wicklungen 104 eingebaut. Ein Spaltrohr 105 ist mit Hilfe der Dichtungsringe 106 feststehend in das Gehäuse eingebaut und schließt den Stator und Wicklungsteil fliissigkeits- und gasdicht vom Innenraum ab.In the housing, which consists of parts 101 and 102, it is laminated Stator iron core 103 of an asynchronous motor with windings 104 installed. A can 105 is installed and fixed in the housing with the aid of the sealing rings 106 closes the stator and winding part in a liquid and gas-tight manner from the interior away.

Der mit Kurzschlußringen 108 und eingelegten Käfigstäben versehene ferromagnetische Rotor 107 besteht mit der Hohlwelle 110 aus einem Stück, die an ihrem einen Ende als Laufrad 109 mit den Radialkanälen 122 ausgebildet ist. Der Hohlwellenraum ist mit 121 bezeichnet. Das mit dem Rotor zusammenhängende Laufrad ist durch an beiden Enden desselben befindliche zylindrische Büchsen 109a und 111a, die in zylindrischen Gegenflächen des Pumpengehäuses laufen und als radiale Gleitlager wirken, gelagert. Beide Lagerungen haben gleichen Durchmesser. Die Lagerbüchsen weisen schmale ringförmige Schulterflächen auf, die zur Begrenzung des axialen Spiels des Rotors und zum Auffangen etwaiger Restschübe (z. B. vom Eigengewicht des Rotors oder magnetischen Kräften herrührend) dienen. Selbst bei Hochdruckpumpen können ihre Abmessungen ohne Gefahr von Verschleiß klein gehalten werden, weil die Kompensation der großen hydraulischen Schübe, selbst wenn sie variieren, stets vollkommen und stetig selbsttätig erfolgt.The one provided with short-circuit rings 108 and inserted cage bars The ferromagnetic rotor 107 is made of one piece with the hollow shaft 110, which is connected to one end is designed as an impeller 109 with the radial channels 122. Of the Hollow shaft space is denoted by 121. The impeller connected to the rotor is through cylindrical bushings 109a and 111a located at both ends of the same, which run in cylindrical mating surfaces of the pump housing and as radial slide bearings act, stored. Both bearings have the same diameter. The bearing bushes have narrow annular shoulder surfaces that limit the axial play of the rotor and to absorb any residual thrusts (e.g. from the dead weight of the rotor or magnetic forces). Even with high pressure pumps you can their dimensions can be kept small without the risk of wear, because the compensation of the large hydraulic thrusts, even if they vary, always perfect and always takes place automatically.

Außerdem sind Graphit= oder Nylonlagerbüchsen 111 und 113 für die radiale Lagerung des Laufteiles der Pumpe vorgesehen, die insbesondere bei großen Pumpen zweckmäßig sind, um die sonst genügenden Lager 109a und 111a, die vorzugsweise abdichtende Wirkung haben sollen, zu entlasten. Sonst können an Stelle der Lagerbüchsen 111 und 113 an dieser Stelle auch Filter eingesetzt werden, die aber auch an anderer Stelle angeordnet sein können. Die untere Graphit- oder Nylonlagerbüchse 111 befindet sich in dem Ringraum 111 b, der durch eine zylindrische Aasdrehung am inneren Ende des in Verlängerung des Eingangskanals 120 liegenden Gehäuseteiles 102 zwischen diesem und dem Rotor 107 gebildet ist.In addition, graphite or nylon bearing bushes 111 and 113 are provided for the radial bearing of the running part of the pump, which are particularly useful for large pumps to relieve the otherwise sufficient bearings 109 a and 111 a, which should preferably have a sealing effect. Otherwise, instead of the bearing bushes 111 and 113, filters can also be used at this point, but they can also be arranged elsewhere. The lower graphite or nylon bearing bush 111 is located in the annular space 111 b, which is formed by a cylindrical rotation at the inner end of the housing part 102 lying in the extension of the input channel 120 between the latter and the rotor 107.

In dem den Ausflußkanal124 aufweisenden Gehäuseteil 101 befinden sich die feststehenden Leitradkanäle 123, die um den Gehäusekern 112 herumführen, welcher den Zentralraum 126 enthält, der durch die Lagerbüchse 109a des Laufteiles abgeschlossen wird. Die Kanäle 111c und 126a können für die Rückführung der durch die Gleitlager von der Hochdruckseite her dringenden Förderflüssigkeit zur Niederdruckseite vorgesehen sein. Sie sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Laufteil der Pumpe auf jeder Seite zwei Radiallager aufweist. Der Zentralraum 126 steht durch die Kanäle oder Löcher 126 b mit dem eintrittsseitigen Hohlwellenraum 121. welcher der Niederdruckraum ist, in druckabfalloser Verbindung.In the housing part 101 having the outflow channel 124 are located the stationary stator channels 123, which lead around the housing core 112, which contains the central space 126, which is closed off by the bearing bush 109a of the running part will. The channels 111c and 126a can be used for the return of the slide bearings provided from the high pressure side urging delivery fluid to the low pressure side be. They are especially beneficial when the running part of the pump is on everyone Side has two radial bearings. The central space 126 stands through the channels or Holes 126 b with the hollow shaft space 121 on the inlet side, which is the low-pressure space is, in pressure-waste connection.

Der Hochdruck entsteht in den radialen Kanälen 122 des Laufrades 109, dessen Ringspalte 125a und 125 b ein genügendes Spiel gegenüber dem Gehäuse geben, welches unterhalb des Laufrades zwischen sich und der Hohlwelle den Ringraum 127 bildet, der durch das Spaltrohr 105 gegen den Stator abgeschlossen ist.The high pressure arises in the radial channels 122 of the impeller 109, the ring gaps 125a and 125b of which give sufficient play in relation to the housing, which below the impeller between itself and the hollow shaft the annular space 127 forms, which is closed by the can 105 against the stator.

Die obere Lager- und Abschlußbüchse 109a trägt einen Zahnkranz 114, mit welchem ein Kegelrad 115 am Ende eines Zapfens 116 dadurch in Eingriff gebracht werden kann, daß der Zapfen 116 gegen die Kraft der Feder 117 in das Gehäuse hineingedrückt wird, wonach der Zapfen 116 am Kopf 118 gedreht werden kann. Der "Zapfen 116 ist gleitbar in einer Hülse 116a und könnte auch schräg zur Achse der Welle 110 eingesetzt sein. Eine überwurfmutter 119 deckt normalerweise den Kopf 118 dieser Deblockierungsvorrichtung, die nicht Gegenstand der Erfindung ist, ab und verhindert im Zusammenwirken mit dem Dichtungsring 119 b ein Austreten von Förderflüssigkeit.The upper bearing and end sleeve 109a carries a ring gear 114, with which a bevel gear 115 at the end of a pin 116 is thereby brought into engagement can be that the pin 116 is pressed against the force of the spring 117 into the housing after which the pin 116 on the head 118 can be rotated. The "pin 116 is slidable in a sleeve 116a and could also be inserted at an angle to the axis of the shaft 110 be. A union nut 119 normally covers the head 118 of this deblocking device, which is not the subject of the invention, and prevents in cooperation with the sealing ring 119 b a leakage of conveying liquid.

Im Betrieb wird Flüssigkeit durch den Kanal 120 und den Hohlwellenraum 121 angesaugt und durch die Laufradkanäle 122 des Laufrades 109 nach außen getrieben und gelangt durch die feststehenden Leitradkanäle 123 zum Ausflußkanal 124. In dem Hohlwellenraum 121 und dem mit ihm durch die Löcher 126b in Verbindung stehenden Zentralraum 126 herrscht Niederdruck, so daß sich die Niederdruckkräfte innerhalb des Querschnittskreises der Gleitlagerdurchmesser gegenseitig kompensieren. Außerhalb des Ouerschnittskreises der Lagerdurchmesser herrscht Hochdruck, und die hier auftretenden Hochdruckkräfte kompensieren sich bei gleichem Lagerdurchmesser ebenfalls.In operation, liquid is passed through channel 120 and the hollow shaft space 121 sucked in and driven through the impeller channels 122 of the impeller 109 to the outside and passes through the stationary stator channels 123 to the outflow channel 124. In the Hollow shaft space 121 and that communicating with it through the holes 126b Central space 126 is low pressure, so that the low pressure forces within of the cross-sectional circle of the plain bearing diameter compensate each other. Outside of of the cross-sectional circle of the bearing diameter, there is high pressure, and that which occurs here High pressure forces also compensate each other with the same bearing diameter.

Die Querschnittskreise der Lagerdurchmesser sind, da das obere Gleitlager den sich bis in den Laufradteil fortsetzenden Zentralraum 126 umgibt, außergewöhnlich groß, woraus sich eine geringe spezifische Flächenbelastung der Radialgieitlager und damit ein sehr geringer Verschleiß und eine erhöhte Lebensdauer ergeben.The cross-sectional circles of the bearing diameter are as the upper plain bearing the central space 126, which continues into the impeller part, is extraordinary large, resulting in a low specific surface loading of the radial friction bearings and thus result in very little wear and an increased service life.

Durch den durch die Kompensation der Axialschübe bedingten Wegfall der »Spaltverluste« des Fördermediums kann der Ringspalt zwischen dem Laufrad-Außendurchmesser und dem Gehäuse-Innendurchmesser viel größere Ausmaße als üblich erhalten. Damit muß die Bearbeitung von Laufrad und Gehäuse nicht mehr so genau wie bisher erfolgen, wodurch sich die Herstellungskosten vermindern, ohne daß der Wirkungsgrad der Pumpe beeinträchtigt wird.Due to the omission due to the compensation of the axial thrusts the "gap losses" of the pumped medium can be caused by the annular gap between the outer diameter of the impeller and the inside diameter of the housing is much larger than usual. In order to the impeller and housing no longer have to be machined as precisely as before, thereby reducing the manufacturing costs without reducing the efficiency of the pump is affected.

Für das Wesen der Erfindung ist es gleichgültig, ob das Laufrad ein- oder mehrstufig aufgebaut ist oder ob sie für eine andere Ausführungsform von Pumpe oder Förderaggregat beliebiger Fördermedien angewandt wird. Die Pumpe kann sowohl in senkrechter als auch in waagerechter Lage arbeiten.For the essence of the invention, it does not matter whether the impeller or multi-stage or whether it is for another embodiment of pump or conveying unit of any conveying media is used. The pump can do both work in a vertical as well as in a horizontal position.

Claims

PATENT CLAIM # 1. Compensating device for compensating the hydraulic Axial thrust on motor-driven feed pumps with one-sided flow direction flowing media, in which the rotor of an electric motor with a radial channels having impeller with a central space located on the pressure side of the same assembled and designed the support shaft for the rotor as a hollow shaft for the impeller is. which are rotatably supported by radial plain bearings at the inlet end and on the impeller is, characterized in that one of the radial slide bearings the central space (126), which in a manner known per se with the hollow shaft space (121) through channels (126b) communicates, surrounds and closes off from the outer high-pressure chamber.

2. Establishment according to claim 1, characterized by such a design of the one radial slide bearing, that the impeller (109) on the other side of its hollow shaft (121) has a cylindrical end sleeve (109a) which is located in the cylindrical mating surfaces of the pump housing central cavity (126) runs.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the diameters of the two radial plain bearings are the same.

4. A device according to claim 1, characterized in that channels (126a, 111c) are provided in a manner known per se for the return of the conveying fluid to the low-pressure side which passes through the plain bearings from the high-pressure side. Documents considered German Patent Nos. 251 418, 189 064: French Patent No. 997390; British Patent Nos. 582036, 210273,126,099 ; . A. US Patent Nos 2,537,310, 2,535,695, 2,524,269, 1,405,959; P f 1 eiderer, The centrifugal pumps. 1949, p. 363.