DE1403855A1

DE1403855A1 - Hohlwellenpumpe mit Lageranordnungen fuer Achsschubausgleich

Info

Publication number: DE1403855A1
Application number: DE19601403855
Authority: DE
Inventors: Moser Dr-Ing Dipl-Ing Hans
Original assignee: MOSER DR ING DIPL ING HANS
Current assignee: MOSER DR ING DIPL ING HANS
Priority date: 1959-12-14
Filing date: 1960-12-12
Publication date: 1968-10-24
Also published as: GB909550A

Description

DIpl.-lng. HanS AlbreCht _Berlin._{FrohnaU/ d}en ¹²V Dezember I960. Patentanwalt (w^w '14*03 ft ς Κ*

Edelhofdamm 26 I t U O O 0 O

Porticheck! Berlin-Wert 33636 _Farnruf, 40 95 68

Berliner Bank A. G. 43/9539, B.rlln-Frohnau Zeltinger Platz 9-13

Akten-Nr. 24-07/D _ «

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Dr;-Ing/ Hans Moser, Zürich 571 In der Hub 5

Hohlwellenpumpe mit Lager anordnungen für Achs schubausgleich

Die Erfindung richtet sich auf eine Einrichtung zum Ausgleich des Axialschubes an motorisch angetriebenen Förderpumpen mit einseitiger Durchflussrichtung strömender Medien, bei welchen der Rotor eines Elektromotors mit mindestens einem, vorwiegend radiale Kanäle aufweisenden Laufrad zusammengebaut ist und die Tragwelle für den Botor als Hohlwelle für den zentralen Durchfluss des Mediums ausgebildet ist, mit einem Axial- und einem Radialgleitlager ausserhalb der Hohlwelle auf der Eingangseite der Pumpe und einem Axial- und Radialgleitlager auf der Ausgangseite der Pumpe.

Es sind Anordnungen von Mörder einrichtungen für strömende Medien bekannt, wo der Rotor des Elektromotors mit dem Laufrad der Fördereinrichtung zusammengebaut ist und wo das Medium durch das zentrale hohle Innere des Rotors in einseitiger Richtung strömt. Die von dem Fördermedium (z.B. verunreinigtes Wasser in Zentralheizungsanlagen) .geschmierten Axial- und Radialgleitlager weisen bei den schlechten Schmiereigenschaften dee meist benutzten Fördermediums, insbesondere bei heissem Wasser, eine relativ hohe Abnützung und geringe Lebensdauer auf . Um die Abnützung in geringsten Grenzen zu halten, soll neben der Anwendung geeigneter Lagermaterialien eine so reichliche Lagerbemessung Verwendung

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finden, dass die spezifische Pressung auf die Lagergleitflächen klein, die Exzentrizität zwischen festem und beweglichem Lagerteil klein und damit "Schimmreibung", d.h. keine metallische Berührung zwischen den festen und beweglichen Lagerteilen auftritt. Dies ist durch richtige Bemessung der Dimensionen und des Spaltes zwischen festen und beweglichen Lagerteilen für das Radiallager relativ leicht möglich, nicht jedoch für das Axiallager. Hier muss das totale axiale Lagerspiel aus vielen technischen Gründen gross gemacht werden (ca. 1 mm). Sine reine Schwimm- oder Flüssigkeitsreibung ist beim Axiallager schwieriger zu erreichen, wenn die hydraulischen Axialschübe, evtl. vermehrt durch magnetische Kräfte und das Eigengewicht des Rotors, nicht genau ausgeglichen werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen genauen Ausgleich des hydraulischen Axialschubes bei allen Förder-

drücken und Fördermengen, bei ein- oder mehrstufiger Anordnung des Laufrades zu schaffen. Erreicht wird dies dadurch, dass der Axialspielraum immer mit der einen Druckseite (Hoch- oder Niederdruck) und der Radialspielraum immer mit mindestens der anderen Druckseite in Verbindung steht. Die erfindungsgemässen Anordnungen erlauben auch die weiter erwähnten axialen Kräfte zusätzlich auszugleichen.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Ausführung des Erfindungsgegenstandes dargestellt, bei welcher das Fördermedium zentral im Gehäuseteil 1 eintritt, durch die hohle Welle im Rotor 5 und durch die Kanäle 7 des Laufrades 6 fliesst und durch den Lagerschild 2 · spiralig austritt. Der Stator des Elektromotors 3

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bestellt in bekannter Wei s e aus einem BIe ehpaket und trägt die netzgespeisten Vierungen 4. Das eingangseitige Gleitlager.besteht aus dembewVglieheii IeIl 11, dem festen Teil 12 und einem elastischen üing 13 für die Zentrierung und ,Fixierung des festen Teils. Das ausgangseitige Lager besteht aus dem beweglichen Teil 16 und dem festen Teil 15 mit elastischem Ring 17» Der feste Teil 15 kann aus einem rollen Zylinder (Pig.l) oder einem Ringkörper (Pig.2) bestehen.

Es ist offensichtlich, dass vom Eingangsstutzen 9 und in der hohlen Welle und dank dem loch 8 bis ans ausgangs ei t ige Lager "Niederdruck¹¹ herrscht und ausserhalb des Laufrades im ganzen Gebiet vom elastischen Ring 13 bis zum elastischen Ring 17, wie auch im Austrittsstutzen IQ "Hochdruck" herrscht. Fördermedium kann im Bypass nur durch die in Serie geschalteten Axial- und Radiallager-Spielräume von Hochdruck zu Niederdruck zurückfliessen. Da die Radiallagersplelräume normalerweise bei kleinen Aggregaten weniger als 1/10 mm Radialspiel aufweisen, tritt in ihnen der volle Druckabfall längs der Radiallager-Gleitfläche auf. Sind die beiden Durchmesser D₁ und D₂ gleich (Durchmesser der Radiallager-Gleitflächen), dann ist der hydraulische Axialschub auf Rotor, Laufrad und auf die Axial-Lagergleitflachen genau gleich Null. Dies ist aber nur dann richtig. Wenn der Rotor sich in einer solchen Lage befindet, dass das eingangseitige Lagerspiel 18 des Axiallagers gleich dem ausgangseitigen Lagerspiel 19 ist, also z.B. je 0,5 mm. Dann ist dieses Lagerepiel im Verhältnis zum Radiallagerspiel so gross, dass im Axiallager praktisch kein Druckabfall auftritt. Ist aber das Axiallagerspiel 18, wie in Fig. 1 gezeichnet, praktisch gleich Null, d.h. etwa in der Grösaenordnung wie das Radiallagerspiel, dann fällt der Hochdruck, wie die Kraftpfeile K^ am eingangseitigen Axiallager andeuten, über der Axiallagergleitflache von

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aussen nach innen langsam ab, um dann in der hydraulisch in Serie geschalteten Radiallagergleitflache stetig bis auf Niederdruck abzufallen. Auf der Hochdruckseite sind die Verhältnisse anders. Hier fällt der gesamte Druck von Hochdruck zu Niederdruck längs der Eadiallager-Gleitfläche ab. Der hydraulisch in Serie geschaltete AxiallagerSpielraum 19» dessen Axialspiel laut Fig. ca. 1 mm beträgt, bewirkt praktisch keinen Druckabfall. Hier herrscht Niederdruck auf der ganzen Axiailagergleitflache. Die Summierung-aller Kraftpfeile ergibt für Fig. 1 einen gegen die Plussrichtung des Fördermediums resultierenden Axiallagerechub von Teil. 11 auf Seil 12, was dur&h den Kraftpfeil K_Ql dargestellt ist. Index 0 bedeutet die resultierende Schubkraft beim Axiallagerspiel 0 auf der Eingangseite 1 und der Index 1 weist auf die Kraft im Axiallager der Eingangseite hin. Wird aus irgend einem Grunde das ausgangseitige Axiallagerspiel 19 laut Fig. 2 gleich Null gemacht, dann wirkt sich die hydraulische Seriesehaltung der Eadial- und Axiallager-Druckabfälle in Axialschuben nach K™ aus, in dem Sinne, dass wieder eine resultierende Schubkraft K_Q2 im ausgangseitigen Axiallager bei Axialspiel 0, auftritt, die etwa ebenso gross und gleichgerichtet ist wie Kqi* Dies bedeutet, dass der Eotor dank dieser Kraft sofort bis zum Anschlag im eingangseitigen Axiallager axial bewegt wird, so dass der erwähnte hydraulische Schubausgleich für D₁=D₂ für die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeichneten Extrempositionen der axialen lagerspiele also nicht auftritt. Für den Schubausgleich bei der praktisch stets auftretenden Bndposition (ein Axialspiel stets etwa Null) muss daher der Durchmesser D₂ grosser als der Durchmesser D-, gemacht werden. Dann entfällt z.B. einer der längen Kraftpfeile K₂ in Fig. 1, was einer Kompensation von gleichkommt. Flissst das Fördermedium bei vertikaler

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Achse der Fördereinrichtung nach oben, so dass da* Bigengewicht von Rotor .und Laufrad in Hiehtung Kg₁ wirkt, dann ist eine weitere Yergröss^rung des Durchmessers D₂ gegenüber D₁ notwendig, um alle Kräfte auf dia eingangseitigen Axiallager-Gleitflachen amf anheben. Statt einer Yergrösserung you Dg, "kanu natürlich auch eine Verkleinerung τοη B₁ stattfinden. Will man bei vertikaler Achse dee federaggregat©© siaeh unten fördern, aο wirkt das Eigengewicht in Hio&tuzsg des ausgangseitigen Lagers und' es genggt sur Yorsingtaeuiig oder Kompensation der Eraftwirkuag de® Eigengewichtes aen Durchmesser des ausgangseitigen ßadiallage^- Spielraumes D₂ ±m Verhältnis zum entsprechenden Bureiimesser des eingangs ei t Igen Legers D₁ ssvl

Die in Pig« 1 und Fig. 2- dargestellte findet sich nochmals auf üqt Zuaammenstitlliusf in Blatt 2 der" Seiehnung unter- fig» 6a» hi@ mit eingange- und ausgaagseitig gl@ioii.eii Spielen. I¹Ur die praktische Auaf'öl&rimg "k&mn ©3 sein, die laut Fig. Sa drehend® WellenM®^®©, aus Nickelstahl, laut Fig, Sb In 0-ehäus© f@@t bringen und umgekehrt den festen Seil des BagsrsIsut Fig. -6a, z.B. aus Srafit* auf dem Eotee aaeö, flg.. 6fe aiszubringen. Für die Axialschubkräfte Kq^ vm& ändert sich dadurch nichts.

Zum Segenstand der vorliegenden Erfindung alle die Lageranordnungen, die in den Figuren 1 6b dargestellt sind» Di® Anordnungen Hg, 3 iis $ sind bei hydraulischem Seriespalträusen &&%> Ä Eadiallagei» jg temlnmxmgm glei^lLWfe^ti.go Hg₀ 3 ii dadurch gekesnzeiolmet«® ä®,@M fceis Siafäll iis sifigaßgeeitigpii lsiallagcr die >^CiismX1i

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Axiallager gegen das letztere wirkt, in ersten fall «gen die ?luasrichtung dt» strömenden Mediums, im zweiten Fall in dieser Richtung. In den fällen der flg. 3a und 31s ist also eine axiale Schubkraft gar nicht ausgleiohbar, es sei denn, durch besondere Hilfsmittel, wie viele radiale Sehmiernuten oder Löcher mit Ausgleichringnut in der Radiallager-GleitflÄehe des feile 15,derart, dass die hydraulische Seriesehaltung der Axial- und Radiallagerspielräume aufgegeben und durch eine Parallelschaltung dieser Bi»itionen 18/20 und 19/21 ersetzt wird. Dadurch wird in mehr oder weniger Tollkoms»«mer Weise ein Druckabfall ren Hochdruck zu Hiederdruek allein auf der Kadiallagergleitfläohe 20 und 21 erzwungen w& die Axialschub· bleiben unabhängig daron, wie gross o&tr klein die Axiallagerspielräume 18/19 sind, eisigersaaees konstant.

Sine Ausführung für hydraulisch« Parallelschaltung ist in fig« 1 uiia. 8 dargestellt, wo 22 der Ausgleichsring» kanal_s 23-die Löcher dazu, ia Seil 12 oder ¥?$a£ifällige Schmiernuten in feil 15 darstellen. Ausser einer Verteuerung der Konstruktion bringen, diese' Xassnahmen auch di& Gefahr des leichteren Eintritte« τ on Fremdkörpern und Beschädigungen dee Lagere, sowie T*r~ stopfe&e und damit Hinfall dieser zusätzlichen Auaglei oils vorrichtungen mit sich·

Während die Lageranordnung nach fig. 3 stets zu AxiallagerreibungsTerlusten und Abriab führt, zeigt die Lageranordnung nach Pig. 4a und 4b Pendelungen des Rotors in axialer Hichtung, weil beim zufälligen Kleinerwerden des Axialspieles 18 eine Kraft S K_Qi auftritt, die den Hot or gegen äie Ausgmngseits hin bewegt, wo -· fcssm bei Kleiaerwerdea dee Bpaltes 19 wieder eine . A;, W^m£% 1q_S auftritt r di© deas: Sete.r fegeu dl· Siagangß·» "** seife §m tetwtgt* Ms Mgsyaiiofänisf aaofe fig«·-5ft und 5fe ft&Fl; su einer Kr&ft Kq^ isad Kq*... die gleiohgültig|-

ob Spalt 18 oder 19 !full wird, lamer gegen das ausgangaeitlge Lager wirkt. Si· kann kompensiert werden, daduroh« das· der Durchmesser dee ausgangeeitigen Lagers Dg kleiner gemacht wird als der Durchmesser des tingangseltigen Lagers D₁.

Demnach stellen die Lageranordnungen nach Pig. 5 und die für' hydraulische Serieschaltung der Axial- und Sadialspielräume günstigsten Anordnungen des Erfindungflgegen· tandes dar, bei welchen geringste Axlalsohübe, geringste Lagerabnützung, geringste Lagerreibungs-Terluste und geringste Lagergeräusche auftreten.

Allen Konstruktionen gemeinsam ist bei Erfindung j dass das Fördermedium innerhalb des Hingangslagers eintritt, in einseitiger axialer Bißhteng durohflieeet und ausserhalfe 4@® smagasgB@itig®a Lagers abfliegst. Innerhalb de® aiasgaagsei^igea Sag©a?s befindet sich ein mit der Niedardruakseit© ist TsrMMung stehender {Zentralraum, der sich konstruktiv a «.υ* auf den Axiallagerepielraum des ausgangseitigen Lagere besohr&nkt«

Eine mehrstufige Atisfükning . des Laufrades g@igen 71g. 8 und Fig. 9· Das gemeinsame Gehäuse für äsri Motor and die Leiträder 27 wird durch 1 dargestellt. 2 ist ü&r Lagersahild, der die ausgangseitigen Lagerteile 15 !and IS aufweist. Die AmerdnuBgäe^ Lager entspricht Wig» 6a fpr ias eingangseitig® Lager und 61s f'Sr das ausgaxigesitige Lager. 5 ist ä®r

α Si® Wi©klimg₉ 5 d©r Bot or, 7 di© Saaäle des S&ufra&eB 6» Di® weiterem Laufräd@r 26 sincl sea£ ©iatä⁵ holalen oä©2? Tollen Welle 25 befestigt* Im falle der Fig« S ist @la@ Hohlwelle mit Mtik 8 Tor» g«s$h$Hf die den Eentralraura 28 imie^halb dessusgangssitigen Lager» hydraulisch an den Elederdriiok

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ansohliesst. Damit und weil der Durchmesser D₂ des ausgangseitigen Radiallager-Spielraumes 21 grosser ist als der Durchmesser D₁ des elngangseitigen Radialspielraumes 20, kann bei vertikaler Achse der Fördereinrichtung und Flussrichtung des Fördermediums von unten nach oben (Tiefbrunnenpumpe) auch das gesamte Eigengewicht nebst der Wirkung der hydraulischen Axialschübe völlig kompensiert werden.

In Fig. 9 ist eine ähnliche Anordnung einer dreistufigen Fördereinrichtung dargestellt, bei der die Welle 25 nur auf dem obeien Drittel in der Figur hohl ausgebildet 1st. Ein Loch 8a setzt den Zentralraum 28 innerhalb des ausgangseitigen Lagers hydraulisch in Verbindung mit dem Ansaugstutzen der dritten Laufradstufe. Durch den erhöhten Druck im Zentralraum 28 ergibt sich daher eine grössere hydraulische Schubkraft gegen die Flussrichtung des Fördermediums als in Fig. 8. Durch den Anschluss des Zentralraumes an eine beliebige Druckstufe und durch die Wahl der Durchmesser und deren Verhältnis hat man es somit in der Hand, für jede beliebige Achslage der Pumpe den Axiallagerdruck zu kompensieren.

Patentansprüche:

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Claims

Pat entansprüohe :

Einrichtung zum Ausgleich des AxialseiLubes an motorisch angetriebenen förderpumpen mit einseitiger Burehflussrichtung strömender Medien, h#i welchen der Eotor eines Elektromotors mit mindestens einem, vorwiegend radiale Kanäle aufweisenden imatrtA. smg&mmsngebaut ist und die fragwslle für den Rotor_·!· Hehl« welle für den zentralem Durchfluss des Mediiims Ausgebildet ist, mit einem Axial- und einen !axialgleitlager aus β erhalb der Hohlwelle auf der Bingasigseitö tor lumpe und einem Axial- und Radialgleitlager auf Beite der Pumpe, dadurch gekennzeichnet_g Axialspielraum ±wsk®r mit der «ingm oder liedtrdruele) tnsd des¹. HadialsfltfUOss ÄßS(»r mit mindestens der asdtrea Brmskesiit©

2, Binriehtuisg aaoli Afieprueh 1» dadursfe dass bei mindestens efiaöm der beidaa Spielraum mit d©r Hoofedrmolseits vmä raum mindestens mit 1«^ Hiaderdruckesita in steht (fig. 3» 7}·

3* Einrichtung nach Asisp^üca 1» daäisroh das· bei mindestens #inem der ~b9iS#n Spielraum mit der Hiederdni.e^seite und raum mindestens mit der HooMruclcseita in steht (Fig. 4, 7)·

4-· !Einrichtung nach Anspruch 1 mit @ia©a &mf && Auegange ei te der Pumpe befindlichen Zentralr&ism, d*r mit dem Hohlraum des Rot or a (Stm Hohlwellenraua) durch Kanäle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager den Zentr&lraum umgibt und g©g«n dtn äusseren Hochdruokraum absohliesst (7ig.2)v

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5* Einrichtung nach Anspruch 1 mit «in·» auf der Ausgangseite der Pump· befindlichen Zentralraum, d#r nit dem Hohlraum des Hotora durch Kanäle in Verbindung steht, dadurch gekennaeichnet, dass der Axialspielraum einen Seil des gesamten 3βηtralmum·β bildet, d«eaen eine axiale Begreneung das Lager darstellt· (fig,!)*

6« Einrichtung nach Anspruch I₉ dadurch f*k*nnseic3met, dass der feststehende feil sowohl des eisgasgseltlgen als auch des ausgangeeitigen Jiagers sich auaeerhal» der drehenden fellenbüe&ssn befinden (fig· 3a).

7« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch dass der feststehende feil sowohl des eingamgse&tigen als fiuoh des ftuegttegMttigttt £*g*rs «isJ* ienera*li der artenden f^llenfelio^pier. t,?ind«n (Vlg» ?b).

8· linrichttmg naoh As^^rmth l_t ds«? ü€T f$ft&t$h@B&9 Stil am @in#ii dar Iteid·» La«*r eich ciXaaWtalh und 4i-r ftstet#hende fell See anderen C-?,? etiS«n £ag@r «sieh innerhalb der dr*h9Me2. Wellea-Mehsea befinatn Cfig. 4*}« ^l ·

data der feststehet« feil it» sich ausserhalb a»d der ftstetshcmA« feil 4*β «auigaag-•eitigem lagere sich limerhmlb der dre&eaäsn bttohsen befinden (71g. l_f 2, 6a_t 7).

10. Hinrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet» dass die Durchmesser der {!leitflächen des elngangseltigen Badiallagers und des ausgabeseitigen Haalallagers ,^r * ungleich sind (Pig. 8, 9). . <

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11. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 1O₉ dadurch gekennzeichnet, dass statt einem mehrere hydraulisch in Serie geschaltete Laufräder angeordnet sind (flg. 8, 9).

12. Binrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem Lager einer der Lagerteile eine Ringnut in der Radiallagtr-Öleitfläohe mit radialen Löchern zur hydraulischen Verbindung der Hingnut mit der anderen Druckseite als diejenige, mit der der Radialepielr&um hydraulich rerbunden ist, angeordnet ist (Fig. 7, 8, 9)*

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