DE2105485B2

DE2105485B2 -

Info

Publication number: DE2105485B2
Application number: DE2105485A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Tokio Sato
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-02-05
Publication date: 1980-01-03
Also published as: NL152635B; CA971823A; NL7100841A; CH529929A; DE2105485A1; FR2101348A5; JPS4938641B1; GB1300660A; US3664758A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialschubausgleichsvorrichtung für Motorpumpen der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art.

Bei derartigen Vorrichtungen arbeitet die Druckausgleichskammer in der Weise, daß, wenn die veränderbare öffnung verkleinert wird, der Druck innerhalb der Druckausgleichskammer ansteigt, um das Laufrad zu entlasten und dadurch das unerwünschte Berühren zwischen Laufrad und Zwischenplatte zu verhindern bzw. das Laufrad in seiner normalen Lage auszurichten, in der ein geeigneter Ausgleich des Axialdrucks gegeben ist.

Bei einer bekannten Axialschubausgleichsvorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art (US-PS 31 11 090) ist die feste öffnung durch einen achssymmetrischen, zylindrischen Ringspalt zwischen zwei zylindrischen Flächen von unterschiedlichem Durchmesser gegeben, wobei die äußere zylindrische Fläche an der Zwischenplatte und die innere zylindrische Fläche an dem Laufrad in der Weise angeordnet sind, daß die beiden zylindrischen Flächen in axialer Richtung gegenüber einander verstellt werden können, ohne daß sich der Querschnitt des Ringspalts ändert. An der radial innenliegenden Seite der Druckausgleichskammer ist die veränderbare öffnung zwischen zwei Stirnflächen vorgesehen, die jeweils unmittelbar an der Zwischenplatte und dem Laufrad ausgebildet sind. Die Stirnflächen begrenzen damit einen radialen Spalt, wobei sich

40 die Spaltweite bei Inbetriebnahme und Stillsetzen der Pumpe, beim Auftreten von Kavitationen und auch bei Lastschwankungen, insbesondere sprunghaften Lastschwankungen, verändert. Diese Axialbewegungen des Laufrads sollen durch den Druckausgleich mittels der Druckausgleichskammer reduziert werden. Dabei ist jedoch der sich öffnende Spalt sehr klein und liegt in der Größenordnung zwischen 0,02 mm und 0,1 mm.

Wenn außerdem das Motorgehäuse oder auch die Welle durch andere Einflüsse, wie beispielsweise die Last der am Pumpengehäuse angeordneten Rohrleitungen, die Verformung des Laufrads durch thermische Einflüsse, einen ungenauen Zusammenbau der Pumpe, Abnutzung der verschleißbaren Lagerringe der Drucklager des Motors, verzogen oder verspannt wird, gelangt, die Zwischenplatte auf einer Seite in Berührung mit dem Laufrad während auf der anderen Seite die öffnung in einer Größenordnung geweitet wird, die größer ist als der veränderbare Spalt, der ein wirksames Arbeiten der Druckausgleichskammer ermöglicht. Dadurch kann der Druckausgleich nicht wirksam werden, während gleichzeitig zwischen der Zwischenplatte und dem Impeller ein Reibungskontakt entsteht, der eine Abnutzung beider Teile zur Folge hat.

Die weitere Abnutzung der beiden Teile führt dazu, daß die Stirnfläche der Zwischenplatte und die Stirnfläche des Laufrads weitgehend aufgerauht werden und deshalb selbst dann, wenn die Spaltweite auf ihren

normalen Wert zurückgeht, eine wirksame Drosselung mit allmählichem Nachlassen des Druckausgleichs nicht erreichbar ist, was insbesondere beim Beginn und bei Beendigung des Betriebes oder beim Auftreten von Kavitationen oddgL an mit der Pumos verbundenen Steuerventilen des hydraulischen Ausgleichssystems stört Dieses ergibt sich insbesondere dann, wenn wie bei der US-PS 31 11 090 die Motorwelle innerhalb des Motorgehäuses zwischen zwei Drucklagern mit Lagerringen aus verschleißbarem Material angeordnet ist

Weiterhin ist es schwierig, die durch die Rotation des Laufrads der Zentrifugalpumpe während des Vollastbetriebes der Pumpe hervorgerufene axiale Belastung ausreichend zu verringern, obwohl während des Teillastbetriebes eine gewisse Verringerung erreicht werden kann. Außerdem wird bei einer Übersetzung eine ausgewöhnlich hohe Last zwischen dem Lagerring eines der Drucklager und der zugeordneten Druckscheibe übertragen, was eine beträchtliche Steigerung der Abnutzung des Drucklagers zur Folge hat.

Um die Belastung pro Flächeneinheit zwischen dem Lagerring und der Druckscheibe zu verringern, muß ein Drucklager von größerem Durchmesser verwendet werden. In diesem Fall wird die Flächenbelastung verringert, während die Umfangsgeschwindigkeit zunimmt Dies hat zur Folge, daß bei einem Lager, das speziell in Spaltrohrmotorpumpen benutzt wird, wie beispielsweise einem Kohlelager mit einem begrenzten PV-Wert, wobei P die zulässige Flächenbelastung und V eine durchschnittliche Gleitgeschwindigkeit bedeuten, eine Verringerung von P eine Vergrößerung von V zur Folge hat, so daß die Gesamtbelastung der Welle nicht erhöht wird, ohne die Abnutzung des Drucklagers zu verringern.

Es wird deshalb der Druckausgleich mittels der Druckausgleichskammer vorgesehen. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß sich Schäden bzw. Bearbeitungsfehler längs der Achsrichtung einander überlagern, so daß die Spaltweite der veränderbaren öffnung zu groß werden kann, um einen wirksamen Druckausgleich zu ermöglichen, zumal wenn die Druckscheibe bereits an dem Lagerring des Drucklagers anliegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Axialschubausgleichsvorrichtung der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß unvermeidbare Lagerschäden das System des Druckausgleichs nicht beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei der Axialschubausgleichsvorrichtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Art erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 vorgeschlagen.

Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß ein Verschleißteil eingesetzt wird, das selbst die volle Wirksamkeit der Druckausgleichskammer über längere Betriebszeiten sicherstellt. Dieses spezielle Lagerteil läßt sich leicht ausbauen bzw. auswechseln und kann zu diesem Zweck leicht zugänglich gemacht werden. Die übrigen Axial-, Radial- oder Schräglager unterliegen damit einem weit geringeren Verschleiß. Der Verschleiß braucht auch nicht ständig beobachtet zu werden, sondern man kann davon ausgehen, daß nach einer bestimmten Betriebsdauer der Lagerring des Hilfslagers ersetzt werden muß. Es besteht nicht die Gefahr, daß durch Verschleiß das System des Druckausgleichs beeinträchtigt wird, zumal sich ein gewisser Verschleiß durch die unabdingbaren axialen Bewegungen der Motorwelle einschließlich des Laufrads nicht vermeiden läßt Trotz Verschleiß bzw. Abnutzung behalt auf diese Weise die veränderbare Öffnung eine Spaltweite, die einen stets wirksamen Druckausgleich gewährleistet

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt

in der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, die anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Motorpumpe mit der Axialschubausgleichsvorrichtung, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 bis 8 Ausführungsbeispiele der Axialschubausgleichsvorrichtung vergrößert im Schnitt

Gemäß Fig. 1 und 2 sind der Rotor 10 eines Motors und ein Laufrad 12 miteinander über eine Welle 14 verbunden, wobei sie in ein Pumpengehäuse eingesetzt und durch eine Zwischenplatte 16 voneinander getrennt sind.

Die Welle 14 weist an den Stirnflächen des Rotors 10 Druckscheiben 18, 20 auf, die zusammen mit Lagerringen 22,24 Drucklager bilden, deren Lagerringe 22,24 im Inneren des Pumpengehäuses derart befestigt sind, daß sie die Welle 14 mit Abstand von den Druckscheiben 18, 20 umschließen.

Die Lagerringe bestehen aus einem Material, das ein gewisses Maß an Abnutzung zuläßt, wie z. B. Kohlenstoffgraphit, Teflon-Kohlenstoff-Keramik, einer Kupferlegierung od. dgl. Andererseits können die in Reibungskontakt mit den Lagerringen kommenden Druckscheiben 18,20 vorteilhafterweise aus Stahlscheiben bestehen, deren Oberfläche eine metallisierende Plattierung aufweist oder geschliffen ist.

Wenn auf die Welle 14 ein Axialschub ausgeübt wird, gelangt entsprechend der vorstehend beschriebenen Konstruktion die Druckscheibe 18 in Reibungskontakt mit dem Lagerring 22, um einen übermäßigen Schub auf der linken Seite der Welle 14 zu unterdrücken, während die Druckscheibe 20 in Reibungskontakt mit dem Lagerring 24 gelangt, um einen übermäßigen Schub auf der rechten Seite der Welle 14 zu unterdrücken.

Ein Ende der Welle 14 ist mit dem Laufrad 12 verbunden, um durch einen Einlaßstutzen 26 Strömungsmittel anzusaugen und dieses über einen Diffusor oder einen Auslaßstutzen 28 auszustoßen.

Die Zwischenplatte 16 ist an ihrer dem Laufrad 12 zugewandten Seitenwand mit einer ringförmigen Ausnehmung 30 versehen, die die Welle 14 umgibt. Andererseits ist das Laufrad 12 an seiner Rückseite symmetrisch zur ringförmigen Ausnehmung 30 mit einer ringförmigen, vorspringenden Rippe 32 versehen, die einen Abstand von der Ausnehmung 30 einhält und dadurch eine öffnung 34 mit festem Querschnitt bildet.

In der Nähe der Welle 14 ist zwischen dem Laufrad 12 und der Zwischenplatte 16 eine veränderbare öffnung 36 vorgesehen. An ihrem innenliegenden, die veränderbare Öffnung 36 bildenden Randabschnitt ist die Zwischenplatte 16 mit einem Drucklagerring 38 versehen, der wie die Lagerringe 22 und 24 aus dem Material besteht, das ein gewisses Maß an Abnutzung zuläßt, wobei zur Befestigung dieses mindestens teilweise verschleißbaren Lagerringes 38 geeignete Befestigungsmittel, wie Schraubbolzen 42, vorgesehen sind, was am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist.

A.f diese Weise wird zwischen der öffnung 34 mit festem Querschnitt und der veränderbaren öffnung 36 eine Druckausgleichskammer 40 gebildet, um einen automatischen Ausgleich des Axialschubs des Laufrads zu ermöglichen. Beim Beginn oder Beenden des Betriebes oder bei einer außergewöhnlichen, durch

einen äußeren Einfluß hervorgerufenen Betriebsweise wird die veränderbare öffnung 36 dadurch geschlossen, daß die Stirnflächen einander berühren, wodurch dieser Bereich als Hilfsdrucklager zur Unterstützung des Drucklagers 18/22 wirksam wird. Die Seitenwand des Laufrads, die zur Bildung der veränderbaren öffnung dient, kann vorteilhafterweise eine bearbeitete Oberfläche aufweisen, um eine glatte Abriebfläche am Lagerring zu erhalten, wenn die veränderbare Öffnung 36 als Hilfsdrucklager wirksam wird, so daß ein hydraulischer Axialschubausgleich durch die öffnung 34 mit festem Querschnitt und die veränderbare Öffnung 36 während des gewöhnlichen Betriebes stets wirksam ist.

Wenn der Lagerring 38 aufgrund einer längeren Betriebsdauer oder ungünstigen Betriebsbedingungen verschlissen ist, kann er leicht entfernt und durch einen neuen ersetzt werden. Auch die Lagerringe 22 und 24 können auswechselbar sein, um den Axialschubausgleich der Welle zu stabilisieren.

Wie am besten aus Fig.3 ersichtlich ist, kann ein Hilfsdrucklagerring 44 von L-förmigem Querschnitt an einem inneren Abschnitt der Zwischenplatte 16 durch einen Metallring 46 und Schraubbolzen 48 derart befestigt werden, daß eine Rippe entsteht, die eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung 36 bildet. Außerdem kann ein Hilfsdrucklagerring 50 von rechteckiger Form parallel zu der Welle 14 angeordnet werden, um gemäß Fig.4 als Radiallager der Welle 14 zu dienen.

Ein Hilfsdrucklagerring 52 kann außerdem lösbar an der Seitenwand des Laufrads 12 innerhalb eines Innenrandes befestigt sein, um gemäß Fig.5 eine Stirnfläche der veränderlichen öffnung zu bilden.

Die Seitenwand des Laufrads, die dem Hilfsdrucklager zugewandt ist, daß die veränderbare öffnung bildet, wird einer metallischen Oberflächenbehandlung ausgesetzt oder lösbar mit einem Druckring 54 (Fig.6) versehen, der einer Oberflächenbehandlung ausgesetzt worden ist, um beschleunigt eine glatte Fläche am Hilfsdrucklagerring zu erhalten.

ίο Weiterhin kann gemäß Fig.7 eine hydraulische Axialschubausgleichsvorrichtung zwischen dem Laufrad 12 und dem Einlaßstutzen 26 des Gehäuses 62 vorgesehen sein, die eine öffnung 56 mit festem Querschnitt, eine veränderbare Öffnung 58 und eine j Druckkammer 60 umfaßt. Ein Hiifsdruckiagcrring 64 ist an die Seitenwand des Gehäuses 62 lösbar angeschlossen und begrenzt die veränderbare öffnung 58.

In F i g. 8 sind die öffnung 34 mit festem Querschnitt, die veränderbare öffnung 36 und die Druckausgleichskammer 40 an der Rückseite des Laufrads 12 und eine öffnung 66 mit festem Querschnitt, eine veränderbare öffnung 68 und eine Druckausgleichskammer 70 an der Vorderseite des Laufrads 12 vorgesehen. Eine der die veränderbaren öffnungen 36 und 68 bildenden Flächen ist jeweils lösbar mit einem Hilfsdrucklagerring 72 und 74 versehen, um den hydraulischen Schub wirksamer auszugleichen.

Die Lagerringe der Drucklager und des Hilfsdrucklagers der veränderbaren öffnungen bestehen jeweils aus dem Material, das ein gewissen Maß an Abnutzung zuläßt, wodurch ein hydraulischer Schub ausgeglichen und die Pumpe besser gegen Schäden geschützt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Axialschubausgleichsvorrichtung für Motorpumpen mit einem Motorgehäuse und einem Pumpengehäuse, die durch eine Zwischenplatte voneinander getrennt sind, wobei die ein mit axialem Spiel gelagertes Laufrad tragende Motorwelle innerhalb des Motorgehäuses zwischen zwei Drucklagern mit Lagerringen aus verschleißbarem Material angeordnet ist, deren Druckscheiben jeweils auf der Seite des Rotors unter einem geringen Abstand von den Lagerringen angeordnet sind, und eine feste und eine veränderbare öffnung einer Druckausgleichskammer zwischen der Zwischenplatte und dem Laufrad zum hydraulischen Druckausgleich und zur Ausrichtung des Laufrads vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare öffnung (36) durch den Spalt eines Hilfslagers mit einem mindestens teilweise verschleißbaren Lagerring (38, 44, 50, 52, 72) gebildet ist, der in dem Bereich der Welle (14) an der Zwischenplatte (16) und/oder dem Laufrad (12) lösbar angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Querschnitt L-förmiger Hilfsdrucklagerring (44) an einem geraden Abschnitt der Zwischenplatte (16) mittels eines Metallrings (46) lösbar angeschlossen ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F i g. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsdrucklagerring (50) von rechteckigem Querschnitt an einem Fußabschnitt der Zwischenplatte (16) lösbar angeschlossen ist, sich längs der Motorwelle (14) erstreckt und als Drehlager für diese ausgebildet ist sowie eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F ig· 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsdrucklagerring (52) an der Seitenwand des Laufrads (12) lösbar angeschlossen ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet (F ig. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche feste öffnung (56,66), eine zusätzliche veränderbare öffnung (58, 68) und eine zusätzliche Druckkammer (60, 70) zwischen dem Laufrad (12) und einem den Saugeinlaß der Pumpe bildenden Gehäuse (62) ausgebildet sind, ein Hilfsdrucklagerring (64, 74) im Bereich der Welle (14) an dem Gehäuse (62) angeschlossen ist und eine Stirnfläche der zusätzlichen veränderbaren öffnung (58,68)bildet(Fig. 7,8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Hilfsdrucklagerring (72) an der Zwischenplatte (16) lösbar angeschlossen ist und eine Stirnfläche der veränderbaren öffnung (36) bildet

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mit dem Hilfsdrucklagerring (38, 44, 50, 52, 64, 72, 74) versehenen inneren Wand gegenüberliegende Wand eine Oberfläche aufweist, die die Abnutzung des Hilfsdrucklagerringes beschleunigt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Hilfsdrucklagerring gegenüberliegende Wand einen Druck ring (54) trägt, der die Abnutzung des Hilfsdrucklagerrings beschleunigt.