DE10322464A1

DE10322464A1 - Canned motor pump

Info

Publication number: DE10322464A1
Application number: DE10322464A
Authority: DE
Inventors: Ernst Graf; Jürgen Gröschel; Steffen Prager
Original assignee: KSB AG
Current assignee: KSB AG
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-17
Also published as: PL1477683T3; EP1477683A3; SI1477683T1; DE10322464A8; PT1477683E; EP1477683A2; ES2380820T3; DK1477683T3; DE10322464B4; EP1477683B1; ATE543003T1

Abstract

The centrifugal pump (1) has a rotor (7) with curved blades, an axial inlet and a tangential outlet (18). There are additional narrow blades (17) on the flat back of the pump rotor to fling fluid away from the pump and motor (2) bearing (10). This bearing is a ceramic friction bearing with a pair of thrust bearings (11,12). There is a bearing ring (13) in contact with the motor shaft (6). The cooling system has a heat exchanger (3) with a pipe (5) feeding fluid into a central bore in the motor shaft. Fluid may circulate through the bearing and an impeller pump (14) on the bearing returns cooling fluid through a pipe (4) to the heat exchanger. A labyrinth seal and a slinger ring (19) prevent ingress of solid particles into the bearing and motor.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Spaltrohrmotorpumpe mit einer dem Rotorraum des Motors vorgeschalteten Einrichtung zur Verhinderung eines Übertritts von in der Förderflüssigkeit enthaltenen Feststoffen und einem Flüssigkeitskreislauf zur Kühlung der im Rotorraum vorhandenen Flüssigkeit.object The invention is a canned motor pump with a rotor space upstream of the engine to prevent a crossing from in the fluid contained solids and a liquid circuit for cooling the in the rotor space existing liquid.

Einrichtungen zur Verhinderung eines Übertritts von Feststoffen wurden bisher in der Art von Filtern ausgeführt. Das heißt, in den zwischen dem Pumpen- und dem Rotorraum vorhandenen ständigen Flüssigkeitsstrom wurden eine oder mehrere Engstellen geschaltet, die Verunreinigungen ab einer vorgegebenen Partikelgröße zurückhielten. Dies konnte beispielsweise mit Hilfe eines Siebes erfolgen. Allerdings hatte dies den Nachteil, daß der Filter sich nach einem von der Anzahl der Partikel abhängigen Zeitraum zusetzte und einen weiteren Durchlaß von Flüssigkeit verhinderte. Hieraus wiederum ergab sich eine Unterbrechung des Flüssigkeitsaustausches zwischen Pumpen- und Motorraum, so daß die im Spaltrohrmotor entstehende Wärme nicht abgeführt werden konnte.facilities to prevent a transfer of solids have hitherto been carried out in the manner of filters. The called, in the existing between the pump and the rotor chamber continuous liquid flow one or more bottlenecks were switched, the impurities retained from a given particle size. This could for example be done with the help of a sieve. Indeed This had the disadvantage that the Filter according to a period of time dependent on the number of particles added and prevented further passage of liquid. From this again there was an interruption of the fluid exchange between Pump and engine room, so that in the Canned motor resulting heat not discharged could be.

Durch die EP 0 438 466 B1 wurde auch bereits eine Filtereinrichtung bekannt, die das Problem des Zusetzens bzw. Verstopfens dadurch bewältigte, daß zwischen dem Gehäuse und der Rotorwelle ein durch Buchsen aus hartem Material begrenzter Filterspalt gebildet wurde, in welchem vorhandene Partikel auf eine für die nachfolgenden Spalte unschädliche Größe vermindert wurden.By the EP 0 438 466 B1 A filter device has also been known which overcame the problem of clogging in that a filter gap defined by bushings of hard material has been formed between the housing and the rotor shaft, in which existing particles have been reduced to a size which is harmless for the subsequent column ,

Eine weitere, durch die EP 438 517 B1 bekannte Lösung sah vor, daß der Flüssigkeitsaustausch zwischen Pumpen- und Rotorraum nach dem notwendigen Auffüllen des Rotorraums mit Flüssigkeit weitgehend oder vollständig zum Erliegen kam, indem ein der Entlüftung dienender Spalt derart eng ausgeführt wurde, daß er durch die in der Flüssigkeit vorhandenen Partikel mit der Zeit zugesetzt wurde. Um dennoch eine Kühlung der im Rotorraum vorhandenen Flüssigkeit zu erreichen, wurde ein im Rotorraum angeordneter Wärmeaustauscher vorgesehen, der von einem von außen zugeführten Kühlmedium durchströmt wurde. Dieses Kühlmedium konnte gegebenenfalls das Fördermedium sein, das nun zwar weiterhin für die Kühlung des Motors sorgte, das aber mit der Flüssigkeit im Rotorraum nicht in direkten Kontakt kam.Another, through the EP 438 517 B1 Known solution provided that the liquid exchange between the pump and rotor chamber after the necessary filling of the rotor chamber with liquid largely or completely came to a halt by a serving of deaeration gap was made so tight that it is present through the particles present in the liquid with the Time was added. In order nevertheless to achieve cooling of the liquid present in the rotor space, a heat exchanger arranged in the rotor space was provided, through which a cooling medium supplied from outside was flowed through. If necessary, this cooling medium could be the pumped medium which, although still providing cooling to the motor, did not come into direct contact with the liquid in the rotor space.

Die hier zu beschreibende Erfindung geht einen anderen Weg. Wesentlich ist dabei, daß der zwischen dem Pumpen- und dem Rotorraum erfolgende Kreislauf durch eine Sperre auf ein Minimum beschränkt und ein Übertritt von Partikeln in den Rotorraum verhindert wird. Dies geschieht gemäß der Erfindung durch eine Kombination folgender Merkmale:

a) vor dem Übertritt des Radseitenraums der Pumpe in den Motorbereich ist eine auf der Welle der Spaltrohrmotorpumpe befestigte Schleuderscheibe angeordnet;
b) die Schleuderscheibe ist umgeben von einem Raum, der sich zur Pumpenseite hin konisch erweitert;
c) die Schleuderscheibe bildet einen Axialspalt mit einem zwischen Pumpen- und Motorteil angeordneten Gehäuseteil,
d) über einen außerhalb des Motors angeordneten Wärmeaustauscher wird die im Rotorraum vorhandene Flüssigkeit in einem Kreislauf geführt.

The invention to be described here takes a different approach. It is essential that the resulting between the pump and the rotor chamber circuit is limited by a barrier to a minimum and a transfer of particles is prevented in the rotor space. This is done according to the invention by a combination of the following features:

a) before the passage of the Radseitenraums the pump in the engine area a mounted on the shaft of the canned motor pump slinger is arranged;
b) the centrifugal disc is surrounded by a space which widens conically towards the pump side;
c) the centrifugal disc forms an axial gap with a housing part arranged between pump and motor part,
d) via a heat exchanger arranged outside the engine, the liquid present in the rotor chamber is guided in a circuit.

Die Gestaltung gemäß den Merkmalen a und b hat zur Folge, daß die von der Schleuderscheibe erzeugte, zentrifugal gerichtete Förderwirkung aufgrund des konischen Verlaufes des die Schleuderscheibe umgebenden Raumes an dessen Wandung eine zur Pumpenseite gerichtete Strömung verursacht, aus der in dem genannten Raum eine unausgesetzte Zirkulationsströmung resultiert. In dieser Zirkulationsströmung werden feste Partikel aufgefangen, die durch das Laufrad wieder in den zum Pumpenauslaß gerichteten Förderstrom zurückgeführt werden. Dies kann mit Hilfe der Oberflächenrauhigkeit des Laufrades oder mittels Rückenschaufeln am Laufrad erfolgen.The Design according to the characteristics a and b has the consequence that the produced by the centrifugal disc, centrifugally directed conveying action due to the conical shape of the surrounding the centrifugal disc Room on the wall causes a flow directed to the pump side, resulting in the said space an uninterrupted circulation flow. In this circulation flow solid particles are caught by the impeller again in the direction to the pump outlet flow to be led back. This can be done with the help of surface roughness of the impeller or by means of back vanes done on the impeller.

Das Merkmal c übernimmt dabei zusätzlich die Funktion einer Sperre, die nur einen sehr geringen Flüssigkeitsdurchlaß zur Folge hat.The Feature c takes over additionally the Function of a lock that results in only a very small fluid passage Has.

Die Wirkung der Merkmale a bis c macht einen Wärmeaustauscher für die im Rotorraum befindliche Flüssigkeit notwendig, wobei dieser das Aggregat vervollständigende Wärmeaustauscher außerhalb von Pumpen- und Motorteil angeordnet und über Rohrleitungen mit dem Rotorraum verbunden ist. Der Antrieb des Flüssigkeitskreislaufes kann extern erfolgen, bevorzugt wird jedoch eine Ausführung, bei der ein auf der Welle des Aggregates angeordnetes Pumpenrad die Aufrechterhaltung des gekühlten Kreislaufes übernimmt.The Effect of features a to c makes a heat exchanger for the in Rotor space located liquid necessary, this aggregate completing the heat exchanger outside arranged by pump and motor part and via pipes to the rotor space connected is. The drive of the liquid circuit can be external However, preferred is an embodiment in which a on the Shaft of the unit arranged impeller maintenance the cooled circuit takes over.

Eine Sperre gegen den Übertritt von heißem Fördermedium in den Rotorraum wird durch ein pumpenseitig angeordnetes Axiallager, welches einen engen Radialspalt mit dem das Axiallager umgebenden Gehäuseteil bildet, erzeugt Schließlich ist es auch möglich, ein an sich bekanntes, auf einem mit der Welle rotierenden Teil angeordnetes, in Richtung der Pumpenseite förderndes Gewinde vorzusehen, welches ebenfalls eine Sperrwirkung erzeugt.A Barrier to the transfer of hot fluid into the rotor space is by a thrust bearing arranged on the pump side, which has a narrow radial gap with the thrust bearing surrounding housing part Finally forms it is also possible a known per se, on a part rotating with the shaft arranged to provide, in the direction of the pump side promotional thread, which also produces a blocking effect.

Für die pumpenseitige Lagerung der Welle innerhalb des Rotorraumes wird ein Keramik-Gleitlager bevorzugt, welches einerseits unmittelbar und anderseits mittelbar über in der Welle angeordnete Bohrungen durch die im Rotorraum der Spaltrohrmotorpumpe befindliche Flüssigkeit geschmiert wird.For the pump-side mounting of the shaft within the rotor chamber, a ceramic plain bearing is preferred, which on the one hand directly and on the other hand indirectly via arranged in the shaft holes through the in the rotor space of the Spaltrohrmo Lubricating the gate pump fluid is lubricated.

Es wird im übrigen vorgeschlagen, die Schleuderscheibe als federndes Element auszubilden, um sie damit für ein Vorspannen des Keramik-Gleitlagers zu ertüchtigen. Dabei kann die Schleuderscheibe aus einer einzigen Scheibe bestehen oder aus mehreren Scheiben zusammengesetzt sein.It by the way proposed to form the centrifugal disc as a resilient element, for her with it to temper a preloading of the ceramic plain bearing. In this case, the centrifugal disc consist of a single disc or composed of several discs.

Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtBased two embodiments the invention will be closer explained. It shows

1 eine erfindungsgemäße Spaltrohrmotorpumpe in teilweise geschnittener Ansicht; 1 a canned motor pump according to the invention in a partially sectioned view;

2 einen Ausschnitt aus der Spaltrohrmotorpumpe der 1, mit einer einteiligen Schleuderscheibe; 2 a section of the canned motor of the 1 , with a one-piece centrifugal disc;

3 eine vergrößerte Darstellung der im Kreis X der 2 gezeigten Einzelheit; 3 an enlarged view of the circle in the X 2 detail shown;

4 einen im wesentlichen der 2 entsprechenden Ausschnitt, mit einer aus drei Federscheiben zusammengesetzten Schleuderscheibe. 4 one essentially the 2 corresponding cutout, with a composite of three spring discs slinger.

Die in der 1 dargestellte Spaltrohrmotorpumpe besteht im wesentlichen aus einem Pumpenteil 1 und einem Motorteil 2. Seitlich des Motorteils 2 ist ein Wärmeaustauscher 3, der mit dem Motorteil 2 über Rohrleitungen 4 und 5 verbunden ist, angeordnet. Gemeinsam ist den Teilen 1 und 2 des Aggregates eine Welle 6, auf welcher ein Laufrad 7 und ein Rotor 8 angeordnet sind. Im druckseitigen Gehäusedeckel 9 des Pumpenteils 1 ist ein Keramik-Gleitlager angeordnet, welches aus einer Lagerbuchse 10, einem motorseitigen Axiallager 11, einem pumpenseitigen Axiallager 12 und einer Lagerhülse 13 besteht. Auf der vom Pumpenteil 1 abgewandten Seite des Axiallagers 11 befindet sich ein Pumpenrad 14, durch welches die im Rotorraum 15 des Motorteils 2 vorhandene Flüssigkeit in einem über den Wärmeaustauscher 3 geführten Kreislauf bewegt wird.The in the 1 shown canned motor pump consists essentially of a pump part 1 and a motor part 2 , Side of the engine part 2 is a heat exchanger 3 that with the engine part 2 over pipelines 4 and 5 is connected, arranged. Common to the parts 1 and 2 of the aggregate a wave 6 on which an impeller 7 and a rotor 8th are arranged. In the pressure-side housing cover 9 the pump part 1 a ceramic plain bearing is arranged, which consists of a bearing bush 10 , a motor-side thrust bearing 11 , a pump-side thrust bearing 12 and a bearing sleeve 13 consists. On the part of the pump 1 opposite side of the thrust bearing 11 there is a pump wheel 14 through which the in the rotor space 15 of the engine part 2 existing liquid in one over the heat exchanger 3 guided circulation is moved.

Wie aus der 2 mit größerer Deutlichkeit erkennbar ist, besitzt das Laufrad 7 auf seiner dem druckseitigen Radseitenraum 16 zugewandten Seite Rückenschaufeln 17. Diese erhalten eine in Richtung des Pumpenauslasses 18 weisende Förderung aufrecht und führen somit in den Radseitenraum 16 einströmende, mit Beimengungen versetzte Förderflüssigkeit wieder ab. Eine solche Förderung würde allerdings bei einem herkömmlich gestalteten Radseitenraum die eingedrungenen Schmutzpartikel nur in unzulänglichem Maße abführen. Es käme aufgrund der dort herrschenden Strömungsverhältnisse zu Anreicherungen von Schmutz, die letztlich im Bereich der relativ zueinander bewegten Teile zu einer fortschreitenden Abrasion führen würden. Überdies könnten Schmutzpartikel in den Rotorraum 15 gelangen.Like from the 2 can be seen with greater clarity, owns the impeller 7 on his the pressure side wheel side room 16 facing side back buckets 17 , These receive one in the direction of the pump outlet 18 pointing promotion and thus lead into the Radseitenraum 16 inflowing, admixed with admixtures conveying fluid again. However, such a promotion would dissipate in a conventionally designed Radseitenraum the penetrated dirt particles only to an insufficient extent. Due to the prevailing flow conditions, it would lead to accumulations of dirt, which would ultimately lead to progressive abrasion in the region of the parts moving relative to one another. In addition, dirt particles could enter the rotor space 15 reach.

Eine derartige Wirkung wird bei der erfindungsgemäßen Spaltrohrmotorpumpe dadurch vermieden, daß eine auf der Welle 6 angeordnete Schleuderscheibe 19 die in ihren, dem Axiallager 12 vorgelagerten Bereich gelangende verunreinigte Flüssigkeit in Richtung der Innenwand 20 des Gehäusedeckels 9 schleudert Dabei führt eine konische Gestaltung des die Schleuderscheibe 19 umgebenden Raumes 21 dazu, daß sich auf der Innenwand 20 absetzende Schmutzpartikel der Fliehkraft folgend vom kleineren zum größeren Durchmesser abgleiten und von einer Drallströmung in Richtung des den Rückenschaufeln 17 benachbarten Radseitenraumes 16 gefördert werden. In den 2 und 3 sind die sich in den Räumen 16 und 21 ergebenden Hauptströmungen durch Pfeile angedeutet, wobei zu beachten ist, daß zwischen diesen Hauptströmungen ein gewisser Austausch erfolgt.Such an effect is avoided in the canned motor pump according to the invention in that one on the shaft 6 arranged slinger 19 those in their, the thrust bearing 12 upstream contaminated liquid entering the inner wall 20 of the housing cover 9 This causes a conical design of the centrifugal disc 19 surrounding space 21 to that on the inner wall 20 descending dirt particles of the centrifugal force to slide from smaller to larger diameter and from a swirl flow in the direction of the back buckets 17 adjacent Radseitenraumes 16 be encouraged. In the 2 and 3 they are in the rooms 16 and 21 resulting main flows indicated by arrows, it should be noted that between these main flows a certain exchange takes place.

Eine zusätzliche Sperre gegen ein Eindringen von noch vorhandenen Feststoffpartikeln in den Rotorraum 15 bildet ein Axialspalt 22, der zwischen der Schleuderscheibe 19 und dem Gehäusedeckel 9 vorhanden ist.An additional barrier against penetration of remaining solid particles into the rotor space 15 forms an axial gap 22 that is between the slinger 19 and the housing cover 9 is available.

Ein Radialspalt 23 zwischen dem Axiallager 12 und dem Gehäusedeckel 9 bildet eine Sperre gegen einen Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Raum 21 und dem Rotorraum 15, schützt also den Rotorraum vor in der Förderflüssigkeit enthaltener Wärme. Schließlich kann innerhalb des Radialspaltes 23 noch ein in Richtung des Raumes 21 förderndes Gewinde 24 auf dem mit der Welle 6 rotierenden Axiallager 12 vorgesehen werden. Die 3 zeigt dieses Merkmal.A radial gap 23 between the thrust bearing 12 and the housing cover 9 forms a barrier against fluid communication between the room 21 and the rotor space 15 , So protects the rotor space from heat contained in the pumped liquid. Finally, within the radial gap 23 another in the direction of the room 21 promotional thread 24 on the with the shaft 6 rotating thrust bearing 12 be provided. The 3 shows this feature.

Neben der Schleuderfunktion und der Funktion als ein Partner zur Bildung eines Axialspaltes 22 übernimmt die Schleuderscheibe 19 im dargestellten Aggregat noch eine weitere Aufgabe: sie dient zur Aufbringung einer auf die Lagerhülse 13 wirkenden Vorspannung. Hierdurch wird es möglich, daß sich die axiale Erstreckung der Lagerhülse 13 zur Anpassung an unterschiedliche Wärmedehnungen um einen vorgegebenen Betrag verändern kann. In der Ausführung der 2 übernimmt dies eine einteilige, aus Metall bestehende Schleuderscheibe 19, in der Ausführung der 4 ist es eine aus drei einzelnen Federscheiben 25 zusammengesetzte Schleuderscheibe 26.In addition to the spin function and the function as a partner to form an axial gap 22 takes over the slinger 19 in the illustrated unit yet another object: it serves to apply a on the bearing sleeve 13 acting bias. This makes it possible that the axial extent of the bearing sleeve 13 to adapt to different thermal expansions by a predetermined amount can change. In the execution of 2 This takes over a one-piece, made of metal centrifugal disk 19 , in the execution of 4 It is one of three individual spring washers 25 composite centrifugal disc 26 ,

Die im Rotorraum 15 befindliche, von dem Pumpenrad 14 umgewälzte Flüssigkeit dient auch zur Schmierung der Axiallager 11 und 12 Dies geschieht zum einen unmittelbar durch die umgebende Flüssigkeit, zum anderen sind in der Welle 6 Bohrungen 27 vorgesehen, die Flüssigkeit zu den Axiallagern 11 und 12 leiten. Über Bohrungen 28 und eine Nut 29 gelangt diese Flüssigkeit schließlich zu den Gleitflächen der Axiallager 11 und 12.The in the rotor room 15 located, from the impeller 14 circulating fluid also serves to lubricate the thrust bearings 11 and 12 This happens on the one hand directly by the surrounding liquid, on the other hand, in the wave 6 drilling 27 provided, the liquid to the thrust bearings 11 and 12 conduct. About holes 28 and a groove 29 finally, this liquid reaches the sliding surfaces of the thrust bearings 11 and 12 ,

Claims

Canned motor pump with a rotor space ( 15 ) of the motor ( 2 ) upstream device for preventing a transfer of solids contained in the pumped liquid and a liquid circuit for cooling in the rotor chamber ( 15 ), characterized by the combination of the following features: a) before the passage of the wheel side space ( 16 ) of the pump ( 1 ) in the engine area ( 2 ) is one on the wave ( 6 ) of the canned motor pump attached centrifugal disc ( 19 ; 26 ) arranged; b) the centrifugal disc ( 19 ; 26 ) is surrounded by a room ( 21 ), which widens conically towards the pump side; c) the centrifugal disc ( 19 ; 26 ) forms an axial gap ( 22 ) with one between the pump part ( 1 ) and engine part ( 2 ) arranged housing part ( 9 ); d) one outside the engine ( 2 ) arranged heat exchanger ( 3 ) in the rotor space ( 15 ) existing liquid in a circuit.

A canned motor pump according to claim 1, characterized by several on the back of the pump impeller ( 7 ) provided back buckets ( 17 ).

Canned motor pump according to claim 1 or 2, characterized by a in the rotor space ( 15 ) on the pump ( 1 ) directed side thrust bearing ( 12 ), which has a narrow radial gap ( 23 ) with which the thrust bearing ( 12 ) surrounding housing part ( 9 ).

A canned motor pump according to claim 3, characterized by one on one with the shaft ( 6 ) rotating thrust bearings ( 12 ), in the direction of the pump side promoting thread ( 24 ).

A canned motor pump according to any one of claims 1 to 4, characterized by a on the shaft ( 6 ) arranged impeller ( 14 ) to maintain the over the heat exchanger ( 3 ) guided circulation.

Canned motor pump according to Claim 5, characterized by a ceramic plain bearing ( 10 . 11 . 12 . 13 ), which on the one hand directly and on the other hand indirectly over in the wave ( 6 ) arranged bores ( 27 ) by the in the rotor space ( 15 ) of the canned motor pump fluid is lubricated.

Canned motor pump according to Claim 6, characterized by a spring-trained centrifugal disk ( 19 ), with which the bearing sleeve ( 13 ) with preload on the shaft ( 6 ) is attached.

Canned motor pump according to Claim 7, characterized in that the centrifugal disc ( 26 ) of several spring washers ( 25 ) is composed.