DE2254265A1

DE2254265A1 - Stopfbuechslose chemiekreiselpumpe

Info

Publication number: DE2254265A1
Application number: DE2254265A
Authority: DE
Inventors: Hans E Fichtner; Franz Klaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-06
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DE2254265B2; FR2226026A5; US3877844A; GB1451968A; NL176490C; NL176490B; DE2254265C3; JPS4978205A; JPS5233322B2; CH555477A; NL7315055A

Description

Stopfbüchslose Chemiekreiselpumpe

Die Erfindung betrifft eine stopfbüchslose Chemiekreiselpumpe, insbesondere mit Spaltrohr (Spaltrohrpumpe), bei der das Pumpenlaufrad und der Innenläufer des Antriebs, auf den die Kraftübertragung durch Permanentmagnete öder ein elektrisch induziertes Kraftfeld erfolgt, in einen gemeinsamen, abgeschlossenen Raum, untergebracht und gelagert sind, und bezieht sich auf die Lagerung von Pumpenlaufrad und Innenläufer.

Bei den bekannten Kreiselpumpen-Konstruktionen sind immer wieder Lager- und Dichtheitsprobleme aufgetreten, die den Einsatz der Pumpen zu einem mehr oder minder großen Unsicherheitsfaktor werden lassen konnten, insbesondere in chemischen Anlagen, in denen-giftige oder sehr wertvolle Medien zu pumpen waren. Man nahm daher in Kauf, daß sowohl die Lager als auch die Dichtelemente einer ständigen Überwachung bedurften. Diese generelle Feststellung trifft zu sowohl für Pampen mit Stopfbüchsen oder Gleitringdichtungen als auch für die seit einigen Jahren verwendeten stopfbüchslosen Chemiekreiselpumpen, insbesondere die Spaltrohrpumpen.

Seitdem vom Gesetzgeber ein größerer Schutz vor Immission, insbesondere beim Pumpen von giftigen Stoffen, gefordert hat,

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bestehen erhöhte Schwierigkeiten beim Einsatz der Kreiselpumpen in der chemischen Industrie, auch der Spaltrohrpumpen.

Die bekannten stopfbüchslosen Chemiekreiselpumpen zeichnen sich durch Besonderheiten in der Lagerung des vom Fördermedium zu schmierenden, rotierenden inneren Teils dieser Pumpen aus, welcher im wesentlichen durch das Pumpenlaufrad und den Innenläufer des Antriebs gebildet wird. Im wesentlichen wurde zylindrische Lagerbüchsen, deren Werkstoffe dem Pumpmedium, der Pumptemperatur und der Pumpendrehzahl angepaßt sind, eingebaut. Der Einbau dieser Lager bedurfte einer großen Sorgfalt bei der Montage.

Bei den stopfbüchsenlosen Chemiekreiselpumpen kann man zwei Bauarten unterscheiden. Bei der einen Bauart sind die das Pumpenlaufrad tragende Welle und der auf dieser Welle angeordnete Innenläufer von einem vom rückwärtigen Ende durch einen Boden abgeschlossenen Rohr (Spalttopf) nach außen abgeschlossen. Für den Antrieb des Innenläufers dient ein elektrisch induziertes Feld (Motorstator). Im anderen Fall ist an Stelle des elektrisch indzuierten Feldes ein Permanentmagnetsystem vorgesehen, welches den Antrieb des Innenläufers besorgt und selbi von einem Außenläufer getragen und in Rotation versetzt wird. Der Außenläufer ist durch einen getrennten Motor anzutreiben (Permanentmagnetpumpe). Diese beiden grundsätzlichen Bauarten können in vertikaler oder horizontaler Bauweise betrieben werden. In beiden Fällen müssen Innenläufer und Welle von Lagern geführt und getragen werden, welche vom Fördermedium geschmiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerung von Pumpenlaufrad und Innenläufer zu verbessern, um die bei den bekannten Lagerungen auftretenden Schwierigkeiten und Mängel zu mindern.

Diese Aufgabe ist für die eingangs genannte stopfbüchslose Chemiekreiselpumpe dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung das

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Pumpenlaufrad zusammen mit dem Innenläufer wellenlos gelagert ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die rotierenden Innenteile der Pumpe, nämlich das Pumpenlaufrad und das es antreibende System (Innenläufer) nicht, wie bekannt, auf einer Welle zu lagern, sondern in die Lagerung unmittelbar mit einzubeziehen. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte und stör- . unanfällige Lagerung erzielen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Hauptlager unmittelbar am kraftgebenden (Innenläufer) und feraftabnehmenden Teil (Pumpenlaufrad) kompakt an bzw. zwischen diesen angeordnet ist. Dafür sind für den Betrieb einer solchen Chemiekreiselpumpe andere und bessere Verhältnisse geschaffen worden, als sie bei den bekannten Pumpen vorlagen.

In Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Innenläufer auf seiner dem Laufrad zugewandten Seite zu einer Nabe, insbesondere einer Hohlnabe verlängert ist, an deren Stirnseite das Pumpenlaufrad befestigt ist und an deren Mantel ein Hauptlager zur Führung des Pumpenlaufrads und des Innenläufers vorgesehen ist. Dies führt zu einer stabilen und raumsparenden Lagerung. Die Nabe braucht nur etwas über die Lagerstirnseite vorzustehen, damit dort das Pumpenlaufrad befestigt werden kann. Das Hauptlager selbst wird zweckmäßig durch ein Lagerschild gehalten, welches an der Befestigungsringscheibe des Spaltrohrs oder dergleichen befestigt wird. Anschließend wird das Pumpengehäuse, in dem das Pumpenlaufrad umläuft und welches den Einlaß und den Auslaß hat, gegen den Stator der Pumpe unter Einklemmung der Befestigungsringscheibe des Spaltrohrs verschraubt.

Auf der dem Pumpenlaufrad. abgewandten Seite der umlaufenden Teile ist insbesondere bei größeren schnell laufenden Pumpen vorzugsweise noch ein .Hilfslager vorgesehen. Dieses ragt zweckmäßig in den Innenläufer von dessen rückwärtiger Stirnseite her hinein, so daß es als Radiallager ausgebildet sein kann und die Baulänge der Pumpe nicht oder nur unwesentlich erhöht.

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Das Hauptlager und/oder das Hilfslager können als zylindrische Bundlager ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist jedoch deren Ausbildung als konische feger, da der Einbau und die Justierung des Lagerspiels sowie dessen Nachjustierung nach Verschleiß besonders einfach möglich ist. Bei konischer Ausbildung des Hilfslagers sollte dies so ausgebildet sein, daß es mit einer Schubkraft, insbesondere Federkraft, gegen den Konus des ^wauptlagers mit konstant wirkender Anpressung gedrängt ist. Hierdurch wird erhöhte Sicherheit für die einwandfreie Funktionsweise des Hauptlagers erreicht.

Die Lager selbst werden, wie ausgeführt, vorteilhaft konisch ausgebildet und in ihrem Aufbau als hydraulische Lager ausgeführt, was sich insbesondere bei höheren Drehzahlen entgegen denbekannten Konstruktionen - überraschend vorteilhaft auswirkt.

Die Erfindung ist mit vorteilhaften Einzelheiten anhand einer maßstäblichen Konstruktionszeichnung näher erläutert, die die erfindungsgemäße Pumpe im Längsquerschnitt zeigt.

Pe rmanentmagnet-Die als/Spaltrohrpumpe ausgebildete Kreiselpumpe gemäß der

Erfindung besteht aus einem Stator 1, der mit seinem Fuß 2 auf einem Fundament befestigt waden kann. Er nimmt den Antrieb auf. Mit dem Stator 1 ist das Pumpengehäuse 3 verschraubt, das einen axialen Einlaß 4 und einen radialen Auslaß 5 hat. In ihm läuft das Pumpenlaufrad 6 um, das als axial ansaugendes Kreiselrad ausgebildet ist. Seine Ansaugnabe 7 ist mit ihrem zylindrischen Teil gegenüber dem Pumpgehäuse durch eine zylindrische ortsfeste Dichtung 8 abgedichtet.

Im von der Pumpflüssigkeit benetzten Innenraum der Pumpe befindet sich der das Pumpenlaufrad unmittelbar antreibende Innenläufer 9 des Antriebs. Dieser Innenraum ist nach außen hin durGh ein Spaltrohr 10 abgedichtet, welches am rückwärtigen Ende durch eine Stirnabschlußscheibe bzw. einem Spaltrohrboden 11 flüssigkeitsdicht abgeschlossen und auf der Stirnseite durch

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eine Befestigungsscheibe 12 zwischen dem Stator 1 und dem Pumpengehäuse 3 eingeklemmt und dadurch ortsfest in der richtigen Lage gehalten ist. Das Pumpengehäuse ist mit einem Flansch über Schrauben 13 und Muttern 14 mit einem Statorflansch verschraubt. Zwischen dem Pumpengehäuse 3 und dem Stator 1 ist die Befestigungsscheibe 12 des Spaltrohrs flüssigkeitsdicht in Rezessen gehalten.

Zum Antrieb des Innenläufers9, der an SBinem Außenumfang mit Permanentmagneten 15 bestückt ist, dient ein schusseiförmiger, das Spaltrohr übergreifender Außenläufer 16, dessen auf der Innenseite befestigte Permanentmagnete 17 den Permanentmagnet des Innenläufers 9 unmittelbar wirkungsmäßig zugeodnet sind und von diesen nur durch das Spaltrohr 10 getrennt sind. Der Außenläufer 16 sitzt auf einer Antriebswelle 18, welche mittels eines am rückwärtigen Ende des Stators 1 vorgesehenen Kugellagers und eines in einem schüsseiförmigen Lagerdeckel 20 mit Abstand von diesem vorgesehenen weiteren Kugellagers 21 gegen axiale Bewegung gesichert gelagert ist. Das Lager 19 ist mittels einer gesicherten Wellenmutter 22 auf der Antriebswelle 18 befestigt. Zur Drehsicherung des Außenläufers 16 gegenüber der Antriebswelle 18 dient eine Keil- und Nutverbindung und zur axialen Sicherung ein Sprengring 23.

Auf der Stirnseite des Innenläufers, die dem Pumpenlaufrad 6 zugewandt ist, ist er zu einer Nabe 25 verlängert, an deren Stirnseite das Pumpenlaufrad 6 anliegt und dort befestigt ist und an deren- Mantelfläche 26 ein Hauptlager 27 zur Führung des Pumpenlaufrads 6 und des Innenläufers 9 vorgesehen ist. Zur Befestigung des Pumpenlaufrads dient eine zur Drehachse koaxiale Schraube 28, die in eine in der Innebohrung 29 der Nabe 25 vorgesehene Scheibe 30 mit Innengewinde 31 eingeschraubt ist, welche an einen Innenbund 32 durch die Schraube 28 angezogen wird. Zu ihrer Drehsicherung dient ein durch die abe 25 radial in sie ragender, radial gerichteter Stift 33. Zur Drehsicherung des Pumpenlaufrads 6 gegenüber der Nabe 25 ist ein weiterer Sicherungsstift 34 vorgesehen, welcher einsetts die Stirnseite der

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Nabe 25 und andererseits in die Rückseite des Pumpenlaufrads 6 eingreift.

Zur Lagerung der Einheit aus Pumpenlaufrad 6 und Innenläufer 9 dient ein an der Mantelfläche der Nabe 25 vorgesehenes Hauptlager 27ι das als konisches, hydraulisch wirkendes Lager ausgebildet ist und dazu auf der Nabe einen Lagerkonus 40 aufweist, der kegelstumpfförmig sich zum Pumpeneinlaß 4 hin verjüngt. Das Gegenstück zum Lagerkonus ist eine konische Lagerschale 41, welche durch ein ringförmiges Lagerschild 42 über eine Zylinderbuchse43 gehalten ist. Das Lagerschild 42 ist mit der Befestigungsscheibe 12 des Spaltrohrs 10 mittels Kopfschrauben 44 verschraubt und durch einen Absatz 45 zentriert.

Auf der rückwertigen Seite des Innenläufers ragt inHessen Bohrung ein Hilfslager 50 hinein, welches ebenfalls als konisches Lager ausbildet ist. Auf einer mit der Stirnabschlußscheibe 11 des Spaltrohrs 10 befestigten Stützscheibe 51 ist axial verschieblich ein Lagerkonus 52 vorgesehen, welcher in Richtung des Pumpeneinlaß 4 mittels einer Schraubenfeder 53 vorgespannt ist. Zur Drehsicherung des Lagerkonus 52 ist wiederum ein radial gerichteter Sieherungsstift 54 vorgesehen, welcher in eine Längsnut eines Bundes 55 der Lagerstützscheibe 51 eingreift. Das Gegenstück zum Lagerkonus 52 ist eine konische Lageradiale 56, welche in der Innenbohrung des Innenläufers über eine gegen Verdrehung gesicherte Buchse 57 sich radial abstützt. Der Lagerkonus 52 des Hilfslagers 50 verjüngt sich ebenso wie der Lagerkonus 40 des JJauptlagers 27 zum Einlaß 4 hin. Die durch die Vorspannung der Schraubenfeder 53 erzeugte axiale Schubkraft stellt sicher, daß der Lagerkonus 40 des Hauptlagers jeweils seine günstigste Lage gegenüber der Lagersdaale 41 einnimmt. Ein axiales Spiel zwischen den beiden Lagern ist ausgeglichen. Die beiden konischen Lager 27 und 50 sind als hydraulische Lager ausgebildet. Die Pumpflüssiskeit hat unmittelbaren Zutritt vom Pumpraum hinter dem

dargestellte Bohrungen 24 und
Laufrad ο über/die Nuten, in die die Siehe rungs stifte 34 und 31 eingreifen sowie die Innenbohrung 29 des Innenläufers und eine

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Mittenbohrung 58 im Lagerkonus 52. Die rückwärtige Stirnfläche bzw. der größte Durchmesser des Lagerkonus 52 hat die Größe bzw. die Abmessung der Innenbohrung 29 und ist, da auch von hinten mit Pumpflüssigkeit beaufschlagbar, auf diese Weise druckentlastet. Insoweit ist ein axialer hydraulischer Schubausgleich geschaffen. Die Kraft, mit welcher die Lagerkonusse 40 und 52 in die Lagerschalen 41 und 56 gepreßt werden, ist über die Schraubenfeder 53 bestimmbar.

Durch den Verzicht auf eine Welle zur Lagerung des Pumpenlaufrads 6 und des Innenläufers 9 ist eine sehr gedrängte und kompakte Bauweise möglich und sind Lagerungsschwierigkeiten vermindert. Die konische Ausbildung der beiden Lager mit der Nachstellung durch die Schraubenfeder 53 führt zu einer weitgehenden Wartungsfreiheit der Pumpe, da eine selbständige Nachstellung erfolgt, die bei konischer Ausbildung der beiden Lager besonders einfach verwirklicht werden kann.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine.spezielle Ausbildung der konischen Lager 27 und 50 erwiesen, bei der in den stehenden konischen Lagerteilen 41, 52 extra drei oder mehrere Spiralnuten, die keine genaue geometrische Charakteristik zu haben brauchen, eingebracht sind. Sie sind so ausgebildet, z.B. in Axialrichtung so lang, daß Pumpflüssigkeit in sie eintreten kann. Bei drei Spiralnuten umschließt eine Nut etwa 120° des Lagerumfangs. Die drei Nuten sind so angeordnet, daß sie den gesamten Umfang des Lagers umschließen. Die Spiralnuten sind ferner zweckmäßig so ausgebildet, daß sie sich in Richtung des auslaufenden Konus zu, also in Richtung der Verjüngung, in der Tiefe und/oder'in der Breite, vorzugsweise in beiden Richtungen, verjüngen. Insbesondere hierdurch bauen sich durch den im. geschlossenen Pumpflüssigkeitsraum herrschenden Druck in den drei Dimensionsrichtungen Flüssigkeitskeile auf, welche den Lagerkonus 40 und, sofern ebenfalls mit Spiralnuten versehen, die Lagerschale 56, beide jeweils mit dem Innenläufer 9, tragen. Die Sprialnuten können auch im laufenden Teil des Lagers 40, 56 vorgesehen sein.

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Versuche haben überraschend gezeigt, daß durch diese Ausbildung die Lagerkonusse 40, 52 in den Lagerschalen 41, berührungslos über die Pumpflüssigkeit gelagert sein können, was für Pumpen der hier in Rede stehenden Bauart, nie mit Sicherheit erwartet werden konnte, denn in zyliridrJsshen Lagern von stopfbüchslosen Spaltrohrpumpen sind zur Schmierung durch die Pumpflüssigkeit Spiralmjten in den Lagerteilen bekannt, ohne daß eine berührungslose, rein hydraulische Lagerung erreichbar war. Bei einem Versuch waren beide Lagerteile aus demselben Werkstoff (rostfreier Stahl, V4A) gefertigt und waren nicht vergütet, so daß sie in weichem Zustand eingebaut wurden. Weder das eine Lagerteil 40, 52 (41, 56) noch das andere Lagerteil 41, 56 (40, 52) setzt sich im anderen Lagerteil fest oder führte zum Fressen. Die geschilderte Lagerausbildung verhindert also eine Lagerabnutzung und ermöglicht den Verzicht auf hohe Oberflächenqualitäten im Gegensatz zu zylindrischen Lagern.

Ansprüche

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Claims

ANSPRÜCHE

1.J Stopfbüchslose Chemiekreiselpumpe, insbesondere mit Spaltrohr (Spaltrohrpumpe), bei der das Pumpenlaufrad und der Innenläufer des Antriebs, auf den die Kraftübertragung durch Permanentmagnete oder ein elektrisch induziertes Kraftfeld erfolgt, in einem gemeinsamen Raum untergebracht und gelagert sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpenlaufrad (6) zusammen mit dem Innenläufer (9) wellenlos gelagert ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenläufer (9) auf seiner dem Pumpenlaufrad (6) zugewandten Seite zu einer Nabe (25) verengert ist, an deren Stirnseite das Pumpenlaufrad befestigt ist und an deren Mantel (26) ein Hauptlager (27) zur Führung des Pumpenlaufrads und des Innenläufers vorgesehen ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ze.ichnet , daß auf der dem Pumpenlaufrad (6) abgewandten Seite des Innenläufers (9) ein Hilfslager (50) vorgesehen ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfslager (50) in den Innenläufer (9) von dessen rückwärtiger Stirnseite her hineinragt.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Hauptlager (27) und/oder das Hilfslager (50) als zylindrische Bundlager ausgebildet sind.

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6. Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptlager (27) und/oder
das Hilfslager (50) als konische Lager (40, 41; 52, 56) ausgebildet sind.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfslager (50) mit einer Schubkraft, insbes. Federkraft (mittels Schraubenfeder 53) gegen den Konus (41)
des Hauptlagers (27) mit konstanijwirkender Anpressung gedrängt ist.

8. Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß die konisdßn Lager (27, 50) als hydraulisch wirkende Lager ausgebildet sind.

9» Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet ,daß im feststehenden Lagerteil (41, 52) oder im laufenden Lagerteil (40, 56) den ganzen Lagerumfang zusammen
umschließende Spiralnuten, vorzugsweise wenigsten drei, vorgesehen sind, in die Pumpflüssigkeit eintreten kann.

10„ Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spiralnuten in Richtung der Konusverjüngung in der Tiefe und/oder in der Breite verjüngen.

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