DE1703350A1 - Zentrifugalpumpe - Google Patents

Description

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Tecumseh Products Company

Tecumseh, Michigan/ USA

ZENTRIFUGALPUMPE

Die Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe bestehend aus einer hermetisch abgeschlossenen Motor-Kompressor-Einheit, in der Öl vom Kühlölsumpf des Kompressorgehäuses zentrifugal in Ölleitungen einer senkrecht angeordneten Kurbelwelle durch eine senkrecht ausgerichtete Ölaumahmeröhre gepumpt wird, die an dem unteren Ende der Kurbelwelle befestigt ist. Aufgrund ihres geringeren Durchmessers hat das untere Ende der Ölaufnahmeröhre eine Oberflächengeschwindigkeit wenn sich die Kurbelwelle mit Betriebsgeschwindigkeit dreht, die niedrig genug ist, um eine Kavitation der Ölflüssigkeit und des Kühlmittels in der Nähe der Einlaßöffnung der Aufnahmeröhre zu verhindern. Wenn irgendeine Kavitation in Erscheinung tritt, so tritt sie weiter oben auf, wo sie genügend weit von dem Einlaß entfernt ist, so daß eine Unterbrechung der Ölzufuhr durch den Einlaß verhindert wird.

Bei gewissen hermetisch abgeschlossenen Motor-Kompressor-Einheiten von geringer Kraft besitzt die Ölpumpe, die Öl von dem Sumpf in eine senkrecht ausgerichtete Kurbelwelle zuführe, die

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Form einer Aufnahmeröhre, in der die Antreibwirkimg allein oder hauptsächlich durch "Oberflächenreibung" der Innenwand der Röhre erzielt wird, wobei der Pumparm gleich der Progression des Innendurchmessers von dem an der Einlaßöffnung am unteren Ende der Röhre zu dem an der größeren Auslaßöffnung am oberen Ende der Röhre ist. Solche zum Stand der Technik gehörenden Aufnahmeröhren mit einer konischen Wandgestaltung sind in den US-Patents ehr if ten 2 287 203; 3 125 184; 3 187 994; 3 194 490 offenbart. Solche konischen Röhren wurden jedoch als nicht günstig befunden, unter anderem aufgrund der Schwierigkeit eines tiefen Ausdrückens der konischen Gestalt und der dadurch verursachten hohen Kosten bei der Herstellung dieser Gestalt. Als marktgängige Ölaumahmeröhren wurden solche verwandt, die eine zylindrische Gestaltung besitzen und einen konstanten Durchmesser von ihrem oberen Ende bis in die Nähe des unteren Endes wobei der gesamte Durchmesserübergang von dem zylindrischen Teil zu der kleineren Einlaßöffnung in Form einer ziemlich abgestumpft gestalteten kugelartigen Nase am unteren Ende der Röhre vorgesehen ist. Obgleich diese Gestaltung geringere Kosten bei der Herstellung als konische Röhren verursachen, ergab sich jedoch, daß aufgrund des großen Durchmessers der Röhre an ihrem Einlaß,

,öl daß dort die Röhre außen umgebende'mit einer genügenden Kraft bewegt wird, um Kavitation zu erzeugen, wobei Gastaschen am Einlaß erzeugt werden, die verhindern, daß Öl in den Einlaß der

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Röhre fließt. Dadurch wird die Zufuhr von Schmiermittel zu den Lagern der Kurbelwelle und V erbindungs stangen unterbrochen. In sehr kurzer Zeit kann das zu einer Schädigung des Kompressors führen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer Ölaufnahmeröhre für eine hermetisch abgeschlossene Λ

Motor-Kompressor-Einheit mit einer senkrecht angeordneten Welle, die die Kavitationsprobleme vermeidet ohne daß die Herstellungskosten der Röhre wesentlich vergrößert werden.

Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter B ezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer hermetisch abgeschlosse- .Jk

nen Motor-Kompressor-Einheit wobei Teile des Gehäuses, Motors, der Kurbelwelle und der Aufnahmeröhre weggebrochen sind und senkrechter Mittelschnitt gezeigt ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Aufnahmeröhre; und Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigte Aufnahmeröhre.

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In Fig, 1 ist eine Motor-Kompressor-Einheit 10 dargestellt, für kleine Kühlmaschinen herkömmlicher Bauart. Die Einheit ist abgedichtet in ein zweiteiliges Gehäuse 12 eingeschlossen und weist einen Gußrahmen 14 auf, der in dem Gehäuse aufgehängt ist. Der Kompressor ist als Kolbenkompressor dargestellt über dem ein elektrischer Antriebsmotor montiert ist und eine gemeinsame Antriebskurbelwelle 16 mit dem Monapressor aufweist, die in dem Gehäuse gelagert ist und den Rotor 18 trägt. Die Welle 16 dreht.sich um eine senkrechte Achse und ist an ihrem untersten Ende mit einer hohlen, abgestuften Ölaufnahmeröhre 20 gemäß derErfindung versehen. Die Röhre 20 ist eine Bohrung 21 in der Welle 16 eingesetzt, bis ihr oben offenes Ende an einer Schulter 22 anliegt, wo die Bohrung 21 in die axiale Hauptbohrung 23 der Welle 16 übergeht. Die Röhre 20 kann mittels Preßsitzt entfernbar oder fest in der Welle 16 befestigt werden, so daß sie sich mit dieser dreht und nach unten in das Öl und Kühlmittel 24 in dem Sumpf des Gehäuses 12 hineinragt. Die Bohrung 23 ist konzentrisch zur Achse der Welle 16 angeordnet und steht an ihrem oberen Ende mit einer axial sich erstreckenden Zuführröhre 26 in Verbindung, die seitlich von der Drehachse der Welle 16 abgebogen ist. Der Durchgang 26 erstreckt sich nach oben durch die Kröpfung der Kurbelwelle und endet an einer Öffnung am oberen Ende der Welle 16, Die Welle 16 kann auch radiale Öffnungen 30 aufweisen, die das obere Ende der Bohrung 23 mit

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- einer äußeren wendeiförmigen Ölnut 32 verbinden, um Schmiermittel zu dem Hauptlager der Welle zuzuführen.

In den Fig. 2 und 3 wie auch in der Fig. 1 ist die Ölaufnahmeröhre 20 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie am besten aus Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt die Röhre ein oberes Teil 34, das sich axial nach unten von dem oberen Ende 36 zu einer Schulter 38 an der Verbindung des Teils 34 mit einem abgestuften Zwischenteil 40 der Röhre erstreckt. Außen und innen ist das Teil 34 zylindrisch und besitzt einen Außendurchmesser der einen gewünschten Sitz mit dem Innendurchmesser der Bohrung 21 bildet. Das Teil 40 der Röhre 20 ist allgemein kegelstumpfförmig en seiner Gestalt und erstreckt sich axial von der Schulter 38 zu dem oberen Ende 42 des unteren Teils 44 der Röhre 20. Das Teil 44 ist ebenfalls innen und außen zylindrisch gestaltet und wie das Teil 34, konzentrisch zur Drehachse der φ

Röhre 20 angeordnet. Das Teil 44 läuft an seinem unteren Ende in eine kugelförmiggestaltete Nase 46 aus, die eine Einlaß-Öffnung 48 an ihrem untersten Ende besitzt, die ebenfalls konzentrisch zur Drehachse der Röhre 23 angeordnet ist. Die Innengestalt der Röhre 20 ist vorzugsweise entsprechend der Außengestalt vorgesehen, wobei die radiale Wanddicke der Röhre 20 im wesentlichen konstant über die gesamte Länge ist. Nachfolgend soll ein Beispiel einer abgestuften Ölaufnahmeröhre 20, wie sie 209811/0552

oben beschrieben wurde, in ihren Abmessungen wiedergegeben werden, die sich als bewährt ergeben haben:

Gesamtlänge der Röhre 20 5, 48 cm

Axiale Länge des Teils 34 2, 62 cm

Außendurchmesser des Teils 34 1,425 cm

Innendurchmesser des Teils 34 1, 22 cm

Axiale Länge der Teile 44 u.46 - 1, 91 cm

Außendurchmesser des Teils 44 0, 953 cm

Durchmesser der Einlaßröhre 48 0,435 cm

Außenradius der Nase 46 0,435 cm

Eine Ölaufnahmeröhre 20 mit den oben angegebenen Abmessungen hat sich bei AE-Kompressoren bewährt, die von der Tecumseh Products Company, Michigan, dem Anmelder, hergestellt werden und einen Leistungsbereich von 0, 037 kW bis 0,187 kW aufweisen, wobei bei einer Betriebsgeschwindigkeit von 3600 Upm die Ölzufuhr im Bereich von 370 - 660 g liegt. Außerdem wurde gefunden, daß bei einer Röhre 20 mit den oben angegebenen Abmessungen Kavitation bei Geschwindigkeiten bis zu 7000 Upm mit 3G-Ö1 mit einer Viskosität von 150 bei Temperaturen bis zu 120 C vermieden werden. Allgemein gesprochen, die Länge des Teiles 34 hängt von dem Abstand zwischen dem unteren Ende der Kurbelwelle 16 und der normalen oberen und unteren Grenze des Ölspiegels im Sumpf des Kompressors ab und kann über einen beträchtlichen

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Bereich verändert werden um eine Anpassung an Ölspiegelveränderungen vorzusehen» Kedoch sollte die Gesamtlänge der Teile 44 und 46 nicht viel unter 1, 83 cm liegen^ Der Außendurchmesser des unteren Teiles 44 sollte nicht 1 cm in dem oben genannten Modell eines AE-Kompressors überschreiten. Aber in anderen Fällen kann die Abmessung innerhalb der Grenzen variiert Aver den, die folgenden Parametern bestimmt werden; a

Einlaßöffnung 48, Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, Art der Flüssigkeit in der die Röhre eingetaucht wird und sich dreht und Temperatur und Viskosität der Flüssigkeit, wie allgemein dem Fachmann bekannt ist.

Die Ölaufnahmeröhre 20 kann wirtschaftlich hergestellt werden in einem stufenweise Ziehvorgang aus Aluminium oder beruhigtem kaltgewalztem Stahl mit Tief ziehe igenschaft. Um z. B. eine Aufnahmeröhre mit den obengenannten Abmessungen herzustellen, * wird aus einem Stahlblech von 0,127 cm Dicke eine runde Scheibe von 4,1 cm Durchmesser ausgestanzt. Die flache Scheibe wird dann stufenweise erst eine Kappengestalt und dann in drei Stufen in eine längliche zylindrische Röhre von gleichem Durchmesser mit einer Länge von 4,46 cm gezogen (zuzüglich etwa 0, 6 cm zum Festhalten am oberen Ende). Der Außendurchmesser beträgt 1,425 cm. In zwei weiteren Ziehvorgängen werden die Teile 40 und 44 ausgeformt, während dieses Vorgangs wird die 209811/0552

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Länge des gezogenen Teils der Röhre zur Endabmessung gebracht. Dann wird das Übermaß am oberen Ende der Röhre abgeschnitten, die Öffnung 48 am unteren Ende der Röhre ausgebohrt oder ausgestochen und ein letzter Gesenkarbeitsgang bringt die Röhre in die genaue Endabmessung. Aufgrund der zylindrischen Gestalt der oberen und unteren Teile 34 und 44 kann die Röhre 20 verhältnismäßig wirtschaftlich in einem Ziehvorgang hergestellt werden im Gegensatz zu konischen Röhren, die die gleiche Gesamtlänge und gleiche Einlaß- und Auslaßöffnungs durchmess er aufweisen.

Falls es erwünscht ist, kann die Röhre 20 mit einem Teiler 50 in der Form eines flachen rechtwinkligen Metallblattes versehen werden, das eine Breite aufweist, die etwas größer als der Durchmesser des Teiles 34 ist und dessen Länge etwas geringer als die axiale Länge des Teils 34 ist, sO daß der Teiler 40 vom Ende mit einem Preßsitz in die Stellung eingesetzt werden kann, wie es in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt ist, wobei er sich diametral quer zur Bohrung des Teils 34 erstreckt. Der Teilee erhöht den Ausstoß der Pumpe, in dem er den Schlupf zwischen dem Ölfilm und der Innenfläche der Röhre 20 verringert, in dem er wie ein Flügel in der Röhre wirkt. Der Teiler 50 zerstört auch sogenannte Freon-Blasen in einer schwerbeladenen Freonölmischung, wobei die Gas-Flüssiig^eitstrennwirkung, die in der Welle 16 über der Röhre 20 in Erscheinung tritt, unterstützt wird.

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Die Röhre 20 hängt von der Welle 16 herab, so daß ihr unteres Ende normalerweise in das Öl oder die Ölflüssigkeit 24 in dem Gehäusesumpf eingetaucht ist, wobei vorzugsweise die Oberfläche 52 der Flüssigkeit über der Verbindungsstelle 42 liegt, wie in

drückt

Fig. 1 gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen fifijrf die Schwerkraft vom Sumpf 24 in die Röhre 20 über die Öffnung 48 über

die Sumpfoberfläche 52. Wenn die Kompressoreinheit 10 sich im 'äjk

Betrieb befindet, wird die Röhre 20 gedreht und der Flüssigkeit, die durch die Öffnung 48 eingetreten ist, wird unverzüglich eine Drehbewegung erteilt durch den Reibungswiderstand der auf die Flüssigkeit durch die Innenwände der Teile 46 und 44 ausgeübt wird. Die so auf die Flüssigkeit einwirkende Zentrifugalkraft erzeugt, wenn die Flüssigkeit gegen die Innenflächen der Röhre wirkt, einen nach oben gerichteten Druck, der auf das Öl in zwei Stufen wirkt; die erste in unmittelbare!" Nähe der Öffnung 48 auf- _A

grund der nach außen und oben verlaufenden Abschrägung der Innenwand der Nase 46 und die zweite an der 5KeIIe, wo der Durchmesser der Röhre sieh an dem konischen Teil 40 abermals vergrößert.. Die auf das wirbelnde Öl wirkende Zentrifugalkraft ist somit genügend, um einen Ölfilm auf der Wand der Röhre 20 und der Bohrung 23 nach oben zu pumpen zu den bereits genannten Ölzufuhr durchgängen 26 und 32 zur Verteilung an die Schmierstellen. . ■

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Das Öl 24, das die Außenfläche des eingetauchten Teils der Röhre 20 umgibt, wird ebenfalls durch Oberflächenreibung dieser Fläche an dem dem Rand benachbarten Öl in Wirbelung versetzt. Aufgrund des vorbestimmten geringen Durchmessers des Teils 44 relativ zum Teil 34, ist die Oberflächengeschwindigkeit der Außenfläche des Teils 44 in der Nähe des Einlasses 48 gering genug um eine Kavitation des Öl und der Kühlmittelmischung in der Nähe der Öffnung 48 zu verhindern. Wenn irgendeine Kavitation in Erscheinung tritt, so weiter oben an der Röhre 20, z, B. in der Nähe des Teils 40 oder 34 wo sie genügend weit vom Einlaß 48 entfernt ist, um eine Unterbrechung der Ölzufuhr durch den Einlaß zu verhindern.

Aus der Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Ölaufnahmeröhre in wirtschaftlicher Weise das Problem einer Unterbrechung des Ölflusses durch Kavitation am Einlaß der Röhre löst. Aufgrund des unteren Teils 44, 46 der Röhre 20 mit einer zylindrischen Gestaltung wenigstens über den größten Teil seiner Länge ist die erste Stufe der Zentrifugalpumpwirkung eng benachbart dein Einlaß 48 und die Pumpwirkung bleibt genügend, um mindeste Erfordernisse bezüglich der Schmierung zu erfüllen, wenn der Flüssigkeitsspiegel 52 bis zum Spiegel des Einlaß 48 fällt.

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. \ Zentrifugalpumpe mit einer hohlen Röhre, die sich um ihre Längsachse dreht und mit einem Ende in die zu pumpende Flüssigkeit getaucht ist, wobei die Röhre an einem Ende einen Einlaß und an dem anderen Ende einen Auslaß aufweist, der in einem größeren radialen Abstand von der Achse als der Umfang des Einlasses angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre ein erstes zylindrisches Teil mit einem vorbestimmten Außendurchmesser und konzentrisch zur Achse angeordnet aufweist, daß sich axial vom Einlaß der Röhre in einem vorbestimmten Abstand erstreckt, daß die Röhre ein zweites Teil mit einem größeren Durchmesser als das erste Teil aufweist, wobei der Durchmesser des ersten Teils auf die Drehgeschwindigkeit der Röhre und die Kennwerte der Flüssigkeit abgestimmt ist, um eine Kavitation der Flüssigkeit zu verhindern, die in Berührung mit der Außenfläche des ersten Teils steht wobei der vorbestimmte axiale Abstand des ersten Teils genügend groß ist um die Flüssigkeitswirbel am zweiten Teil vom Einlaß fernzuhalten.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das erste Teil eine kugelförmig gestaltete Nase an seinem unteren Ende besitzt und daß der Einlaß aus einer einzigen runden Bohrung konzentrisch zur Achse in der Nase besteht.

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3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das,zweite Teil mit dem ersten Teil durch ein konzentrisch abgeschrägtes Verbindungsteil verbunden ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß am zweiten Teil so groß wie dessen Innendurchmesser ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten zylindrischen Teil eine Teilertrennwand montiert ist, die sich quer durch das innere des zweiten Teils erstreckt

. und etwa dessen Länge aufweist.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des ersten Teils im Bereich

W von einem Zentimeter und der axiale Abstand zwischen Einlaß und

oberen Ende des ersten Teils im Bereich von 1, 86 cm liegt.

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