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Kreiselpumpe stehender Anordnung Die Erfindung bezieht sich auf Kreiselpumpen,
bei welchen der Rotor des elektrischen Antriebsmotors in der zu fördernden Flüssigkeit
läuft.
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Bei den Pur-npen dieser Bauart ist zwischen dem Stator und dem Rotor
des elektrischen Antriebsmotors ein sogenanntes, den Rotor umschließendes Spaltrohr
vorgesehen, dessen Innenraum mit dem Pumpenraum Verbindung hat. Der Vorteil dieser
Pumpen liegt darin, daß sie keine Stopfbüchse für die Durchführung der Antriebswelle
durch das Pumpengehäuse benötigen. Pumpen dieser Bauart werden insbesondere in der
chemischen Industrie in solchen Fällen angewendet, wo aggressive Flüssigkeiten zu
fördern sind bzw. Flüssigkeiten zu fördern sind, welche nicht mit Luft in Berührung
kommen dürfen oder in die Umgebung gelangen sollen.
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Da der Rotor innerhalb der zu fördernden Flüssigkeit läuft, werden
bei den bekannten Pumpen dieser Bauart die Lagerstellen des Rotors und Pumpenläufers
durch die zu fördernde Flüssigkeit geschmiert. Wenn diese Flüssigkeiten aber Verunreinigungen
oder Kristalle enthalten, unterliegen die Lagerbüchsen einem sehr hohen Verschleiß,
so daß sie in verhältnismäßig kurzen Abständen ausgetauscht werden müssen.
Außerdem ist es oft schwierig, beim Fördern. von Säuren oder anderen aggressiven
Chemikalien, z. B. flüssigern Chlor oder anderen Stoffen wie flüssigem Gas oder
Lösungsmittel für Kunststoffe, einen geeigneten Werkstoff für die Lagerung zu finden,
so daß jede neue Anwendung einer Pumpe umfangreiche Versuche voraussetzt.
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Zweck der Erfindung ist es, eine Pumpe der genannten Bauart zu schaffen,
bei welcher die Lager mit üblichen Schrnierflüssigkeiten geschmiert werden können
und die somit in gleicher Weise zur Förderung der verschiedensten Chemikalien geeignet
ist.
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Es ist bereits eine Kreiselpumpe zur Förderung korrodierender Flüssigkeiten
bekannt, bei der Motor und Pumpe übereinander angeordnet und durch eine gemeinsame
Welle miteinander verbunden sind. Das rilnere des Motorgehäuses ist bei dieser Pumpenanordnung
mit neutralem Gas oder neutraler Flüssigkeit gefüllt, die ein anderes spezifisches
Gewicht aufweist als die zu fördernde Flüssigkeit und sich mit dieser nicht mischt.
Hierdurch soll erreicht werden, (laß die zu fördernde Flüssigkeit nicht in das Innere
des Motorraumes eindringen kann.
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Zunächst steht für eine bestimmte zu fördernde Flüssigkeit nur eine
sehr beschränkte Zahl solcher neutraler Mittel zur Verfügung, da diese nicht nur
ein bestimmtes spezifisches Gewicht aufweisen müssen, sondern mit der zu fördernden
Flüssigkeit auch nicht mischbar sein dürfen und darüber hinaus auch, falls
es sich um eine Flüssigkeit handelt, eine Schmierwirkung für die Lager haben sollen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das der Pumpe benachbarte Wellenlager der
korrodierenden Wirkung der Flüssigkeit ausgesetzt ist und daher aus besonderem Werkstoff
gefertigt sein muß. Außerdem dringt die zu fördernde Flüssigkeit, insbesondere bei
Verwendun g eines neutralen Gases, je nach dem jeweiligen Druck auf
der Förderseite der Pumpe dennoch mehr oder weniger weit in das Motorgehäuse ein,
so daß keine Gewähr dafür gegeben ist, daß die weit vorstehenden Endbögen der Wicklung
nicht mit der Flüssigkeit in Berührung kommen. Weiterhin läßt sich eine Durchmischung
der Flüssigkeit und des Füllmittels durch die bei der Rotation in den Grenzschichten
auftretenden Wirbel nicht völlig vermeiden.
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Die vorgenannten Nachteile sind bei der Kreiselpumpe gemäß der Erfindung,
die gleichfalls eine Stehende Anordnung mit Spaltrohr und einem gegenüber dem Fördermittel
neutralen Gas im Spaltrohrgehäuse betrifft, dadurch vermieden, daß der mit dem Förderrad
verbundene Rotor des Antriebsmotors auf einer unten geschlossenen Hohlwelle sitzt,
welche über übliche flüssigkeitsgeschmierte Wälz- oder Gleitlager auf einem von
oben in sie hineinragenden feststehenden Zapfen 'gelagert ist. Die Hohlwelle ist
dabei so lang ausgeführt, daß der mit Schmiermittel gefüllte Innenraum über das
bzw. die Lager hinaus bis in das im oberen Teil des Antriebsmotorgehäuses vorgesehene
Kissen von neutralem Gas hineinragt, das unter dem Druck der in dem Spaltrohr befindlichen
Förderflüssigkeit steht.
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Die Anordnung des mit dem Förderrad verbundenen Rotors auf einer Hohlwelle,
welche mittels Gleit-oder Wälzlager auf einem in die Hohlwelle hineinragenden feststehenden
Zapfen gelagert ist, ist an sich von Kreiselpumpen mit Spaltrohr nicht stehender
Bauart her bekannt. Im Rahmen der Erfindung dient die Hohlwelle jedoch dem besonderen
Zweck, die
Schaffung eines nach unten geschlossenen Schmiermittelraumes
für die La,-er zu ermöglichen.
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Bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe sind die zu fördernde Flüssigkeit
und das Schmiermittel im Innern der Hohlwelle ständi- durch ein Druckkissen aus
Luft oder einem neutralen Gas getrennt, und zwar sowohl bei stillstehender wie bei
laufender Pumpe. Zur Schmierung der Lager können daher die üblichen Schmiermittel
Fette oder Öle - verwendet werden, ohne daß Rücksicht darauf genommen zu
werden braucht, ob dieses Schmiermittel von der zu fördernden Flüssigkeit nachteilig
beeinflußt wird. Der innenraum der Hohlwelle ist durch das Druckkissen gegenüber
der zu fördernden Flüssigkeit praktisch isoliert; es besteht auch keine Gefahr,
daß bei laufender Pumpe und den dabei auftretenden Strömungen eine Berührung oder
-ar eine Durchmischung der Flüssigkeit und des Schmiermittels auftreten kann.
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Zweckmäßigerweise wird im Spalt zwischen dem oberen Ende der Hohlwelle
und dem Lagerzapfen ein Dichtrin- vorgesehen, der lediglich die Aufgabe hat, das
Schiniermittel von dem Druckkissen - z. B. beim Einfüllen des Schmiermittels
- getrennt zu halten. Ein solcher Dichtring ist aber nicht notwendig, wenn
die Anordnung so getroffen ist, daß der Spiegel des Schiniermittels stets ein wenig
unterhalb des oberen Randes der Hohlwelle liegt.
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Die Kreiselpumpe gemäß der Erfindung kann so ausgebildet sein, daß
das Luft- bzw. Gaspolster bei allen im Betrieb vorkommenden Druckverhältnissen stets
den ganzen Innenraum des Spaltrohres einnimmt, so daß auch der Motorläufer
nicht mit der zu fördernden Flüssigkeit in Berührung kommt. Eine solche Ausführungsform
kann dann von Vorteil sein, wenn stark korrodierende Flüssigkeiten gefördert werden,
welche die Baustoffe des Läufers angreifen ZD würden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Kreiselptimpe nach der Erfindung ni mmt das Druckkissen bei im Betrieb befindlicher
Pumpe jedoch
nur den oberen Teil des Antriebsmotorgehäuses ein.
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Wenn es zum Abführen der im Motor entstehenden Wärme erwünscht ist,
daß die Flüssigkeit durch den Motorhinenrauin zirkuliert, wird gemäß der Erfindung
der obere Teil der Hohlwelle mit einem vom Gehäuse des Antriebsmotors nach unten
ragenden Kragen umgeben, welcher das, Luftpolster von außen her unischließt. Der
Raum außerhalb dieses Kra-ens stellt über eine Verbindungsleitung mit dem Säugraum
der Pumpe in Verbindung. so daß ständig ein Teil der zu fördernden Flüssigkeit durch
das Spaltrohr und über die Verbindungsleitung von der Druckseite zur Saugseite der
Fumpe strömt und die in dem .#l'lol#ir entstehende schädliche Wärme abführt. Die
durchströmende Flüssigkeitsmenge kann durch die Größe der durch Rotorumfang und
Spaltrohr gebildeten DrosSelstelle begrenzt sein. In diesem Falle steht das Druckkissen
und damit das Schmiermittel nur unter einem verhältnismäßig niedri ' gen
Druck. Vorteilhafterweise ist jedoch in der Verbindungsleitung ein Regelventil bzw.
eine regelbare Drosselstelle vorgesehen, um die Durchflußmenge und damit die Kühlwirktin,-
der Flüssi-keit einstellbar verändern zu Wenn es erwünscht ist, das Schmiermittel
zum in einem Umlauf zu halten, wird man oberhalb des in die Hohlwelle hineinragenden
Zapfens einen Schmiermittelbehälter anordnen müssen. Um in diesem Falle beim Einfüllen
des öls mit Sicherheit ein Übertreten des Schmiermittels in den Motorinnenratim
züi verhindern, muß am oberen Ende der Hohlwelle ein Dichtring vorgesehen sein.
Um diesen je-
doch nicht einer einseitigen Vorspannung auszusetzen, wird bei
dieser Ausführung gemäß der Erfindung in dem Schmiermittelbehälter eine Membran
vorgesehen, welche mit ihrer anderen Seite einen Raum abgrenzt, der über eine Leitung
mit einer solchen Stelle im System der zu fördernden Flüssigkeit in Verbindung steht,
an welcher etwa der Druck herrscht, unter dem die Flüssigkeit im Spaltrohrgehäuse
steht. Bei dieser Anordnung wird dann der Dichtring auf beiden Seiten, nämlich einmal
von der Seite des Luftkissens, zum anderen von der Seite des Schmiermittels her,
im Betriebe stets mit dem gleichen Druck beaufschlagt, so daß der Dichtring nur
als normaler Trennring wirkt.
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Der Kreislauf des Schmiermittels kann unter Ausnutzung des Temperaturgefälles
zwischen dem Schmiermittel im Innenraum der Hohlwelle und dem innerhalb eines Kühlers
erfolgen. Es können auch an der Hohlwelle oder dem Drehzapfen schraubenförmige Fördernuten
oder andere Mittel zur zwangsweisen Förderung des Schmiermittels vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert..
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Eine Kreiselpumpe gemäß der Erfindung umfaßt einen Motor
1, der in stehender Anordnung direkt oberhalb der Pumpe2 angeordnet ist.
Der Pumpenrotor 3 und der Läufer des Motors 4 sind auf einer gemeinsamen,
senkrecht stehenden Hohlwelle 5 befestigt, die an ihrem unteren Ende durch
den Pumpenrotor 3 dicht verschlossen ist. Die Hohlwelle ist auf einem von
dem oberen Deckel 7 des Motorgehäuses nach unten nahe an das geschlossene
Ende in die Hohlwelle 5 ragenden feststehenden Lagerzapfen 8
mittels
zweier Kugel- bzw. Rollenlager 9 und 10 gelagert. Gehäusedeckel
7 und Lagerzapfen 8 bilden hier eine Einheit.
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Der Läufer 4 und der Stator 11 des Antriebsmotors
1 sind in bekannter Weise durch ein Spaltrohr 12 -voneinander getrennt, welches
aus einem den Kraftfluß im Spalt nicht beeinträchtigenden Material hergestellt ist.
Das Spaltrohr 12 teilt das Gehäuse des Motors 1 flüssigkeits- und druckdicht
in einen Innenraum 13 und einen Außenraum 14. Der Innenraum 13
des
Spaltrohres 12 steht mit der Druckseite der Pumpe direkt in Verbindung, so daß die
zu fördernde Flüssigkeit in diesen Raum eindringen kann.
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Die Hohlwelle 5 ragt mit ihrem oberen Rand 5a, bis in die Nähe
der Unterseite des Gehäusedeckels 7.
Zwischen dem oberen Ende und dem Fuß
des Wellenzapfens 8 ist eine Dichtung 15 vorgesehen, die den Innenraum
16 der Hohlwelle 5 von dem Innenraum 13
des Spaltrohres
12 trennt. An der Unterseite des Gehäusedeckels 7 ist ein zylinderförmiger
Kragen 17
druck- und flüssigkeitsdi.cht angebracht, der nach unten in den
Innenraum 13 ragt und das obere Ende der Hohlwelle 5 im Abstand umgibt.
Der Raum außerhalb des Kragens weist in seinem oberen Teil eine Verbindung mit einem
Ringkanal 18 auf, der über eine Leitung 19 mit dem Ansaugkanal 20
der Pumpe 2 in Verbindung steht.
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Der Innenraum 16 der Hohlwelle 5 ist mit einem Schmiermittel,
z. B. einem Fett oder einem Öl, zum Schmieren der Lager 9 und
10 gefüllt und steht über zwei Ver.bindungsleitungen mit einem oberhalb des
Motors angeordneten Vorrätsraum oder Behälter für das Schmiermittel in Verbindung.
Die eine dieser Verbindungsleitungen wird durch eine zentrale Bohrung 22 durch den
Lagerzapfen 8 gebildet, die den
unterhalb des unteren Lagers
9 befindlichen Raum der Hohlwelle 5 mit dem Behälter 21 verbindet,
während der Raum oberhalb des oberen Lagers 10 über eine Austrittsöffnung
23, im Lagerzapfen 8 und eine Bohrung 24 mit dem Behälter 21 in Verbindung
steht.
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Der Behälter 21 weist zwei Bohrungen 25 und 26
auf, die
mittels Schrauben 27 und Dichtungen 28
druckdicht verschlossen werden
können. Diese Bohrungen dienen zum Einfüllen des Schmiermittels und zur Entlüftung
des Innenraums der Hohlwelle sowie des Behälters 21.
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In den Vorratsbehälter 21 ragt eine Druckausb Uleichskammer 29 hinein,
die von einem zylindrischen Federbalgen 30 begrenzt ist, der an seinem in
die Kammer hineinragenden Ende verschlossen ist. Die Druckausgleichskammer steht
über eine Leitung 31
mit der Verbindungsleitung 19 in direkter Verbindung.
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Zwischen dem Motorgehäuse und dem Schmiermittelvorratsbehälter 21
ist außerdem eine Kühleinrichtung 32 vorgesehen, die aus einem Kühlraum
33 sowie einem Zufluß 34 und einem Abfluß 35 für ein Kühlmittel besteht.
Hierbei ist der obere Austritt der zentralen Bohrung 22 in dem Lagerzapfen
8 über eine in dem Kühlraum angeordnete Kühlschlange 36 mit dem Vorratsbehälter
verbunden.
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Vor Inbetriebnahme der Pumpe werden der Innenraum 16 der Hohlwelle
5 und der Vorratsbehälter bei gleichzeitiger Entlüftung mit einem Schmiermittel
gefüllt. Der Dichtring 15 verhindert, daß dabei Schmiermittel über den oberen
Rand 5a der Hohlwelle 5 in den Innenraum 13 des Spaltrohrs 12 übertreten.
Darauf wird die Pumpe in Betrieb genommen.
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Ein Teil der zu fördernden Flüssigkeit tritt von der Druckseite der
Pumpe aus in den Innenraum 13
des Spaltrohres 12 und strömt bei steigendem
Druck durch diesen Raum, über den Ringkanal 18 und die Verbindungsleitung
19 in den Ansaugstutzen 20 der Pumpe zurück. Gleichzeitig dringt die Flüssigkeit
auch in den Raum zwischen dem Kragen 17 und dem oberen Teil der Hohlwelle
5 und drückt die darin enthaltene Luft in dem oberen Teil dieses Raumes zusammen.
Die Luft kann aus diesem Raum nicht in das Innere der Hohlwelle 5 entweichen,
da über die Verbindungsleitung 31 und dieDruckausgleichskammer29 das Schrniermittel
in der Hohlwelle im wesentlichen unter dem gleichen Druck steht wie die Flüssigkeit
unter dem Luftkissen innerhalb des Kragens 17. Es ist ersichtlich, daß der
Dichtring 15 nur die Aufgabe einer Scheide zwischen der Luft und dem Schmiermittel
zu erfüllen hat und keine Dichtung im eigentlichen Sinne darstellt. Ein solcher
Dichtring 15 kann daher in den Fällen, in denen keine Vorratskammer 2,1 vorgesehen
ist und der Spiegel des Schmiermittels stets unterhalb des oberen Randes 5a der
Hohlwelle 5
steht, fehlen, ohne daß die Wirkung des Luftkissens als Trennpolster
zwischen der zu fördernden Flüssig-]zeit und dem Schmiermittel beeinträchtigt würde.
Eine Berührung oder eine Durchmischung kann weder in einem solchen Fall noch bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel auftreten.
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In der Verbindungsleitung 19 ist zweckmäßigerweise eine regelbare
Drosselstelle (nicht dargestellt) vorgesehen, mit deren Hilfe die Durchflußmenge
der Flüssigkeit begrenzt und damit der Temperatur des Motors angepaßt werden kann.
Die Stellung des Drosselventils kann auch automatisch durch einen Temperaturfühler
im Motor gesteuert werden. Wenn der Flüssigkeitsstrom durch das Regulierventil stark
gedrosselt wird, so daß sich innerhalb der Flüssigkeit im Spaltrohr praktisch statische
Druckverhältnisse ausbilden können, kann die Verbindungsleitung 31 der Druckausgleichskammer
29, statt an die Leitung 14, auch direkt an die Druckseite der Pumpe angeschlossen
werden.
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In manchen Fällen ist eine Kühlung des Motors durch einen durch die
zu fördernde Flüssigkeit gebIldeten Kühlstrom nicht erforderlich, da durch die Kühlung
des Schmiermittels und eine Kühlung des Motors von außen (durch Kühlrippen oder
Kühlmantel) die Betriebsternperatur des Motors in den erforderlichen Grenzen gehalten
werden kann. Fig. 2 zeigt die Erfindung in der Anwendung auf einen solchen Fall.
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Die Kreiselpumpe nach Fig. 2 weist im wesentlichen den gleichen Aufbau
auf wie die Pumpe nach Fig. 1. Es ist daher nur der Teil im Schnitt darget'
In
stellt, dessen Aufbau von dem nach Fig. 1 abweicht. Gleiche Teile
sind im übrigen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig.
1.
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Außerdem ist in Fig. 2 eine andere Art der Verbindung des Lagerzapfens
mit dem Deckel des Motorgehäuses gezeigt. In diesem Fall ragt der Lagerzapfen
8 durch den Deckelteil 7 und die Kühlkamrner 32 bis in den
Vorratsbehälter 21 hinein und ist mittels einer Dichtung 40 druck- und flüssigkeitsdicht
mit dem Deckelteil verbunden. Die Verbindungsleitung 31 der Druckausgleichskammer
29 führt bei diesem Ausführungsbeispiel direkt zur Druckseite der Pumpe.
Die Kühlung des Schmiermittels erfolgt in der im Zusammenhang mit Fig.
1 beschriebenen Weise.
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In den Fällen, in denen die zu fördernde Flüssigkeit nicht mit Luft
in Berührung kommen darf, wird der Innenraum des Spaltrohres vor Inbetriebnahme
der Pumpe mit einem inerten oder ge- nüber der , tle Flüssigkeit neutralen
Gas gespült und gefüllt, so daß sich an Stelle eines Luftkissens ein Kissen aus
einem neutralen Gas ausbildet.