DE1110976B

DE1110976B - Backstop intended for machine shafts, especially for electrically driven pumps

Info

Publication number: DE1110976B
Application number: DEW17187A
Authority: DE
Inventors: Willard B Rice Jun
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1954-08-09
Filing date: 1955-07-29
Publication date: 1961-07-13

Description

Für Maschinenwellen insbesondere von elektrisch angetriebenen Pumpen bestimmte Rücklaufsperre Die Erfindung bezieht sich auf eine für Maschinenwellen insbesondere von elektrisch angetriebenen Pumpen bestimmte Rücklaufsperre, bestehend aus kugelförmigen Sperrgliedern, einem mit der Welle verbundenen Führungskörper für die Sperrkugeln und einem mit seiner zylindrischen Innenfläche koaxial zur Welle angeordneten, den Führungskörper mit geringem radialem Spiel umfassenden, feststehenden Teil. Rücklaufsperren werden insbesondere für vertikale Motoren benötigt, die Kreiselpumpen oder ähnliche Einheiten antreiben, um bei abgeschaltetem Motor einen Rücklauf der Pumpe unter der Wirkung der durch die Pumpe fließenden Flüssigkeit zu verhindern. Bei solchem Flüssigkeitsrücklauf besteht die Gefahr einer Beschädigung der Anlage, z. B. werden durch das aus einer beträchtlichen Höhe in einen Brunnen zurückfließende Wasser stoßartige Beanspruchungen der Rohrleitung hervorgerufen.For machine shafts, especially for electrically driven pumps Specific backstop The invention relates to one for machine shafts in particular, specific backstop, consisting of electrically driven pumps of spherical locking members, a guide body connected to the shaft for the locking balls and one with its cylindrical inner surface coaxial with the shaft arranged, the guide body with little radial play comprehensive, stationary Part. Backstops are particularly required for vertical motors, the centrifugal pumps or drive similar units to reverse the To prevent the pump from acting under the action of the liquid flowing through the pump. With such a liquid return there is a risk of damage to the system, z. B. are caused by flowing back into a well from a considerable height Water caused shock loads on the pipeline.

Die bisher verwendeten Rücklaufsperren haben den Nachteil, daß sie mit zu großer Verzögerung arbeiten, so daß die Sperrwirkung erst einsetzt, wenn die umlaufenden Teile bereits eine beachtliche rückläufige Drehzahl erreicht haben. Dabei sind die umlaufenden Teile Stößen und Schlägen ausgesetzt. Werden aber, um die Verzögerung bis zum Einsetzen der Sperrwirkung gering zu halten, die Rücklaufsperren mit Klemmrollen ausgeführt, die an einem äußeren Ring mit glatten Führungswänden ohne Ausnehmungen anliegen, dann laufen die Klemmrollen, ähnlich wie die Rollen eines Rollenlagers, dauernd mit um und verursachen erhebliche Geräusche.-Bei einer Rücklaufsperre nach der Erfindung treten diese Nachteile nicht auf. Erfindungsgemäß weist die Innenfläche des feststehenden Teils in an sich bekannter Weise taschenförmige Ausnehmungen auf, die etwa kreisbogenförmig beginnen und in der freien Drehrichtung der Welle etwa tangential zur Innenfläche verlaufen, und der Führungskörper besitzt zur Aufnahme der Sperrkugeln entsprechend Anzahl und Durchmesser der Kugeln Bohrungen, die so geformt sind, daß ihre Mittelachsen einen zur Welle konzentrischen Kreisbogen in einem dem Kugeldurchmesser etwa entsprechenden Abstand vom Bohrungsboden berühren.The backstops used so far have the disadvantage that they work with too long a delay, so that the locking effect only starts when the rotating parts have already reached a considerable declining speed. The rotating parts are exposed to shocks and impacts. But be around to keep the delay until the onset of the locking effect low, the backstops executed with pinch rollers attached to an outer ring with smooth guide walls if there are no recesses, the pinch rollers run in a similar way to the rollers of a roller bearing, constantly with around and cause considerable noise Backstop according to the invention do not have these disadvantages. According to the invention has the inner surface of the fixed part pocket-shaped in a manner known per se Recesses that begin approximately in the shape of a circular arc and in the free direction of rotation the shaft run approximately tangential to the inner surface, and the guide body has holes for holding the locking balls according to the number and diameter of the balls, which are shaped so that their central axes form an arc concentric to the shaft at a distance from the bottom of the hole that corresponds approximately to the diameter of the ball.

Bei Freilaufkupplungen ist es bekannt, einen Führungskörper mit Bohrungen zur Aufnahme von Kugeln zu versehen. Die Mittelachsen dieser Bohrungen berühren aber einen zur Welle konzentrischen Kreisbogen in einem nur dem Radius der Rollen entsprechenden Abstand vom Bohrungsboden. Dies ist bei einer Freilaufkupplung auch völlig genügend, da die Rollen während des Umlaufs des treibenden Kupplungsteils nicht den Bohrungsboden berühren, sondern zwischen dem treibenden Teil und dem getriebenen Teil eingeklemmt sind. Dagegen ist es für die Rücklaufsperre gemäß der Erfindung von wesentlicher Bedeutung, daß der Schwerpunkt jeder Kugel, die beim Anlaufen der Welle infolge ihres Beharrungsvermögens an den Bohrungsgrund gedrängt wird, in Drehrichtung der Welle hinter einer Radialebene liegt, die senkrecht zur Bohrungsachse gerichtet ist, da nur dann die Fliehkraft an der Kugel eine Komponente in Richtung der Mittelachse der Bohrung auf den Boden hin hervörruft, die Kugel also mit Sicherheit in dieser Lage bleibt. Wenn die Welle in der richtigen Drehrichtung umläuft, bleiben die Kugeln in dieser Ruhestellung. Es tritt hierbei innerhalb der Sperre keinerlei Reibung zwischen dem umlaufenden und dem feststehenden Teil und damit keinerlei Geräusch auf.In overrunning clutches, it is known to have a guide body with bores to accommodate balls. Touch the central axes of these holes but an arc which is concentric to the shaft in one only the radius of the rollers corresponding distance from the bottom of the hole. This is also the case with a one-way clutch completely sufficient, since the rollers during the rotation of the driving coupling part do not touch the bottom of the hole, but between the driving part and the driven part Part are jammed. In contrast, it is for the backstop according to the invention It is essential that the center of gravity of each ball that is approaching the Shaft is pushed to the bottom of the hole due to its inertia, in the direction of rotation the shaft lies behind a radial plane that is perpendicular to the axis of the bore is because only then is the centrifugal force on the ball a component in the direction of the central axis the hole on the ground, so the ball is certainly in this Location remains. If the shaft rotates in the correct direction of rotation, the balls stop in this rest position. There is no friction whatsoever within the lock between the rotating and the stationary part and therefore no noise whatsoever on.

Die Erfindung soll nun an Hand des in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung dargestellten -Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In Fig. 1 ist eine Pumpe schematisch dargestellt; die Fig. 2 ist ein Querschnitt, und die Fig.3 und 4 sind Längsschnitte durch die Rücklaufsperre in verschiedenen Ausführungen.The invention will now be based on the in Figs. 1 to 4 of the drawing -Example shown are explained in more detail. In Fig. 1 is a pump shown schematically; FIG. 2 is a cross-section, and FIG Fig. 3 and FIG. 4 are longitudinal sections through the backstop in various designs.

In Fig. 2 ist der Ring 1 der feststehende Teil einer Rücklaufsperre. Er bildet, wie aus Fig.1 hervorgeht, einen zwischen einem Motor 10 und einer Pumpe 11 angeordneten Teil des Pumpengestells 12, und er trägt zugleich die Lager der Welle 13. Dieser Ring 1 hat eine innere zylindrische Oberfläche, die mindestens mit einer, vorzugsweise aber mit mehreren taschenförmigen Ausnehmungen 2 versehen ist. Diese taschenförmigen Ausnehmungen sind so geformt, daß sie etwa kreisbogenförmig mit einem bestimmten Radius an der Innenfläche des Ringes beginnen und etwa tangential zur Innenfläche auslaufen. Koaxial zu der zylindrischen Innenfläche des Ringes 1 ist eine scheibenförmige Nabe 3 fest auf der Welle 13 angeordnet. Diese Nabe 3 ist mit mindestens einer Bohrung 4 versehen, die in die zylindrische Außenfläche der Scheibe 3 gebohrt und so angeordnet ist, daß ihre Mittelachse A parallel zu einem Radius 5 der Nabe 3 liegt. Die Bohrung 4 ist so tief, daß sie sich bis hinter einen zweiten Radius 6 erstreckt, der senkrecht auf dem ersten Radius 5 steht.In Fig. 2, the ring 1 is the fixed part of a backstop. As can be seen from FIG. 1, it forms one between a motor 10 and a pump 11 arranged part of the pump frame 12, and it also carries the bearings of the Shaft 13. This ring 1 has an inner cylindrical surface that is at least provided with one, but preferably with several pocket-shaped recesses 2 is. These pocket-shaped recesses are shaped so that they are approximately circular arc-shaped begin with a certain radius on the inner surface of the ring and are roughly tangential run out to the inner surface. Coaxial with the cylindrical inner surface of the ring 1 a disk-shaped hub 3 is fixedly arranged on the shaft 13. This hub 3 is provided with at least one bore 4, which in the cylindrical outer surface of the Disk 3 is drilled and arranged so that its central axis A is parallel to a Radius 5 of the hub 3 is located. The hole 4 is so deep that it extends behind you second radius 6, which is perpendicular to the first radius 5.

Vorzugsweise sind mehrere derartige Bohrungen 4 am Umfang der Nabe gleichmäßig verteilt. Der gleichmäßige Zwischenraum zwischen den Bohrungen gewährleistet eine gleichmäßige Gewichtsverteilung der Nabe 3. Es genügen zwei um 180' gegeneinander versetzte Bohrungen 4. Um aber die Verzögerungszeit, innerhalb der die Rücklaufsperre zur Wirkung kommt, auf ein Minimum herabzusetzen, wird der Ring 1 vorzugsweise mit soviel gleichmäßig verteilten Ausnehmungen 2 versehen, als es die zylindrische Innenfläche der Scheibe 3 zuläßt.A plurality of such bores 4 are preferably evenly distributed on the circumference of the hub. The even space between the bores ensures an even weight distribution of the hub 3. Two bores offset by 180 'are sufficient provided evenly distributed recesses 2 than the cylindrical inner surface of the disc 3 allows.

In den Bohrungen 4 sind Stahlkugeln angeordnet. Der Durchmesser der Kugeln ist etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrungen 4, so daß die Kugeln in den Bohrungen frei rollen können. Ebenso haben die kreisbogenförmigen Teile der Ausnehmungen 2 im Ring 1 einen etwas größeren Radius als die Kugeln 7. Die Tiefe der Bohrungen 4 ist so gewählt, daß sie sich jeweils hinter dem Radius 6 noch auf eine Länge erstrecken, die etwa gleich dem Durchmesser der Kugel ? ist.Steel balls are arranged in the bores 4. The diameter of the Balls is slightly smaller than the diameter of the holes 4, so that the balls can roll freely in the holes. Likewise, the circular arc-shaped parts of the Recesses 2 in the ring 1 have a slightly larger radius than the balls 7. The depth the holes 4 is chosen so that they are still behind the radius 6 extend a length approximately equal to the diameter of the sphere? is.

Läuft die Pumpenwelle 13 im Gegenzeigersinn, so ruft die Fliehkraft an der Kugel ? eine Kraftkomponente in Richtung der Mittelachse A auf den Boden 14 der Bohrung 4 hin hervor. Die Kugel 7 bleibt daher in der Lage, wie sie bei I in Fig. 2 dargestellt ist.If the pump shaft 13 runs counterclockwise, the centrifugal force calls at the ball? a force component in the direction of the central axis A on the ground 14 of the hole 4 out. The ball 7 therefore remains in the position as in I is shown in FIG.

Wenn der Motor 10 abgeschaltet wird und sich die Nabe 3 unter der Wirkung der durch die Pumpe 11 rückströmenden Flüssigkeit im Uhrzeigersinn zu beschleunigen beginnt, dann verursacht das Beharrungsvermögen der Kugel 7, daß sie in der Bohrung 4 in Richtung auf deren Mündung rollt. Sobald sich der Mittelpunkt der Kugel über den Radius 6 hinwegbewegt hat, wie bei 1I in Fig. 2 dargestellt ist, hat die Fliehkraft eine Komponente entlang der Mittelachse A von dem Boden 14 der Bohrung 4 hinweg auf die Mündung der Bohrung hin. Die Kugel rollt also aus der Bohrung heraus und legt sich gleich darauf in eine der Ausnehmungen 2, wie bei III in Fig. 2 gezeigt ist. Hier sperrt sie die Welle 13 gegen Rücklauf. Dabei werden auf die Kugel nur Druckkräfte, aber nicht Scherkräfte ausgeübt.When the motor 10 is switched off and the hub 3 is under the To accelerate the action of the liquid flowing back through the pump 11 in a clockwise direction begins, then the inertia of the ball 7 causes it in the bore 4 rolls in the direction of its mouth. Once the center of the sphere is over has moved the radius 6 away, as shown at 1I in Fig. 2, has the centrifugal force a component along the central axis A away from the bottom 14 of the bore 4 towards the mouth of the bore. So the ball rolls out of the hole and immediately afterwards lies down in one of the recesses 2, as shown at III in FIG. 2 is. Here it locks the shaft 13 against reverse flow. Doing so will be on the ball only Compressive forces, but not shear forces exerted.

Die Sperrung der Welle dauert an, solange sich die Welle in der Uhrzeigerrichtung drehen will. Dies dauert z. B. so lange, bis das Wasser in der Rohr-Leitung 15 (Fig. 1) durch die Pumpe 11 in den Brunnen zurückgeflossen ist.Locking of the shaft continues as long as the shaft is clockwise want to turn. This takes z. B. until the water in the pipe 15 (Fig. 1) flowed back into the well through the pump 11.

Soll die Pumpe 11 wieder anfahren, dann wird der Motor 10 eingeschaltet und treibt die Welle 13 entgegen dem Uhrzeigersinn an. Die Beschleunigung der Nabe 3 erfolgt nun ebenfalls entgegen der Uhrzeigerrichtung. Dadurch werden die Kugeln 7 durch die Stirnseiten 16 der Bohrungen 4 aus den Ausnehmungen 2 herausgeschoben, wie dies bei IV in Fig. 2 dargestellt ist, und sie werden dadurch in die bei I in Fig. 2 gezeigte Lage gebracht.If the pump 11 is to start up again, the motor 10 is switched on and drives the shaft 13 counterclockwise. The acceleration of the hub 3 now also takes place counterclockwise. This will make the balls 7 pushed out of the recesses 2 through the end faces 16 of the bores 4, as shown at IV in Fig. 2, and they are thereby in the at I in Fig. 2 brought position shown.

Im allgemeinen genügt die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigte waagerechte Anordnung der Bohrungen 4. Wenn aber das Wasser aus der Leitung 15 in den Brunnen zurückgeflossen ist, dann übt es eine rückdrehende Kraft auf die Welle 13 nicht mehr aus. Es ist daher an sich nicht notwendig, daß die Kugeln 7 noch länger ihre Lage zwischen dem Ring 1 und der Bohrung 4 beibehalten. Die Kugeln 7 können dann in ihre Betriebslage I am Boden 14 der Bohrungen 4 zurückrollen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Mittelachsen A der Bohrungen 4 etwas geneigt sind gegen eine zur Welle 13 senkrechte Ebene, wie dies in Fig.4 dargestellt ist. Dabei liegt der Boden 14 jeder Bohrung tiefer als die Bohrungsmündung.In general, the horizontal arrangement of the bores 4 shown in the exemplary embodiment according to FIG. 3 is sufficient. It is therefore not necessary that the balls 7 maintain their position between the ring 1 and the bore 4 for a longer period of time. The balls 7 can then roll back into their operating position I on the bottom 14 of the bores 4. This is achieved in that the central axes A of the bores 4 are slightly inclined with respect to a plane perpendicular to the shaft 13 , as shown in FIG. The bottom 14 of each bore is lower than the bore mouth.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Backstop intended for machine shafts, in particular for electrically driven pumps, consisting of spherical locking members, a disk-shaped hub connected to the shaft as a guide body for the locking balls and a stationary part with its cylindrical inner surface coaxially to the shaft and encompassing the guide body with little radial play , characterized in that the inner surface of the fixed part (1) has pocket-shaped recesses (2) in a manner known per se, which begin approximately in the shape of a circular arc and run out approximately tangentially to the inner surface in the free direction of rotation of the shaft (13), and that the guide body ( 3) has bores (4) for receiving the locking balls (7) according to the number and diameter of the balls, which are shaped so that their central axes (A) form an arc (K) concentric to the shaft (13) at a distance approximately corresponding to the ball diameter from the bottom of the hole (14) .

2. Backstop according to claim 1, characterized in that the bores (4) in the guide body (3) are arranged in a manner known per se near the outer circumference of the guide body and with their bottom (14) in the locked direction of rotation of the shaft (13) point.

3. Backstop according to claim 1 and 2, characterized in that when the shaft (13) is vertical, the central axes (A) of the bores (4) are slightly inclined with respect to a plane perpendicular to the shaft axis, in such a way that the bottom (14) of the bore is lower than the mouth.

4. Backstop after Claims 1 to 3, characterized in that in the case of pumps the stationary part (1) the backstop is part of the Pump frame forms and the bearings for the shaft (13). Publications considered: German Patent Specifications No. 355139, 394 984, 587 997; French Patent Nos. 580 209, 1034 787; U.S. Patents Nos. 1164,627, 1850 510, 2,232,090; Leaflet LFE / 1 »Freewheels« of the company Stieber Rollkupplung KG., Munich.