DE2516575A1

DE2516575A1 - Umwaelzpumpe fuer insbesondere heizungs- und brauchwasseranlagen

Info

Publication number: DE2516575A1
Application number: DE19752516575
Authority: DE
Inventors: Poul Due Jensen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1975-04-16
Filing date: 1975-04-16
Publication date: 1976-10-21
Also published as: DE2516575C3; DE2516575B2

Description

FWwttnwiH· Dr. Hugo Wilcken

Dipl.-Ing. Thomas Wilcken O C 1 C '~ 7 L

Dipl.-Chem. Dr. Wolfgang Laufer *-*** ' ^ D / J

24 LQbQCk₁ Breite Straße S2-54

Anmelder: 15. April 1975

Grundfos A/S, DK 8850 Bjerringbro, Dänemark

Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs-und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den elektrischen Antriebsmotor aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der Trennwand ein Radiallager des Pumpenaggregates eingebaut ist und wobei der Lagerspalt zwischen diesem Radiallager und der den Rotor tragenden Antriebswelle eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum und dem Motorraum darstellt, während der Motorraum und der Pumpenraum durch einen Entlüftungskanal in Verbindung stehen, der im Bereich des in der Trennwand befindlichen Radiallagers in der Welle verläuft.

Pumpen dieser Art werden vor. allem zum Erzwingen des Wasserumlaufes in Rohrleitungen von Heizungs- und Brauchwasseranlagen eingesetzt. Durch die Trennwand, in der sich eines der Motorlager befindet, soll der Wasaeraustausch zwischen dem Pumpenkreislauf und dem Motorraum unterbunden werden, um eine Verschmutzung des Motors und die daraus resultierenden Betriebsstörungen durch Blockierung des Rotors zu verhindern. —

Wenn die Umwälzpumpe in ein Rohrleitungssystem eingebaut wird, kanr. beispielsweise der Motorraum durch öffnen einer in der Achsmittel-

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linie liegenden Entlüftungsvorrichtung vor der Inbetriebnahme bewässert werden, um eine Schmierung und Kühlung der Motorlager durch Wasser zu gewährleisten. Dies ist jedoch nur möglich, wenn das Aggregat mit stehender Welle eingebaut wird. Falls die Pumpe mit waagerecht liegender Welle montiert werden muß, läßt sich der Motorraum nur etwa bis zur Hälfte mit Wasser füllen. Bei Inbetriebnahme der Pumpe wird das im Motorraum befindliche Wasser durch den Rotor in Drehung versetzt, wobei sich ein Wasserring bildet mit der Folge, daß die im Motorraum befindliche Luft zum Drehzentrum hin verdrängt wird. Die Luft kann nun -zwar durch öffnen der erwähnten Entlüftungsvorrichtung entfernt werden, jedoch laufen während dieses Vorganges die Lager trocken, wodurch Beschädigungen" der Pumpe auftreten können.

Da das Entlüften der Pumpe nicht nur nach der Erstmontage, sondern auch stets dann vorgenommen werden muß, wenn das System entleert wurde, sind die Pumpenhersteller bemüht, eine selbstenlüftende Pumpe zu bauen, um Bedienungsfehler durch ungeschultes Personal auszuschalten.

Zu diesem Zweck sind Lösungen bekannt, die darin bestehen können, daß die Trennwand mit einem Loch als Durchlaß versehen wird. Dadurch werden der Motor- und der Pumpenraum miteinander verbunden, so daß auch nach der Entlüftung des Motorraumes ein ständiger Wasserstrom durch den Durchlaß in den Motorraum und durch das in der Trennwand sitzende Lager in den Pumpenraum · zurück entstehen wird.

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Durch das Wasser wird jedoch ständig Schmutz in den Motorraum getragen, was wiederum zum Blockieren des Rotors und zum Ausfall der Pumpe führen kann.

Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen der in der Trennwand befindliche, den Motor- und Pumpenraum verbindende Kanal eine bestimmte radiale Erstreckung aufweist. Dadurch wird das Problem des Wasseraustausches zwischen den beiden Räumen zwar gelöst, jedoch ist die Herstellung einer solchen Trennwand relativ teuer.

Es ist auch bereits bekannt, einen vom Motorraum zum Pumpenraum verlaufenden Entlüftungskanal in der Weise zu schaffen, daß im Bereich der Trennwand und des in ihr befindlichen Lagers eine in die Welle eingearbeite Nut vorgesehen wird, welche den Lagerbereich überbrückt. Nachteilig ist diese Ausführungsform allerdings insofern, als die Nut den Motorraum nur auf einer Rotorstirnseite mit dem Pumpenraum verbindet und daß somit keine vollkommen selbsttätige Entlüftung des gesamten Motorraums gewährleistet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vollkommen selbstentlüfende, betriebssichere und zugleich kostengünstige Umwälzpumpe zu schaffen, in der nach Entfernen der Luft aus dem Motorraum kein Wasserfluß zwischen diesem und dem Pumpenkreislauf auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Umwälzpumpe erfindungsgemäß so ausgebildet, daß der Entlüftungskanal zu einem Teil durch einen Längskanal in der Welle gebildet wird, der mit

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dem Motorraum beiderseits der Rotorstirnseiten Verbindung hat, und daß das pumpenseitige Ende des Längskanals von einer über das Wellenende fassenden Kappe abgedeckt ist, wobei der Raum zwischen der Kappe und dem betreffenden Wellenende den anderen, mit seinem Ende auf den erwähnten Lagerspalt gerichteten Teil des Entlüftungskanals darstellt.

Wenn sich im Drehzentrum des Motorraumes Luft befindet, tritt Wasser.durch den Lagerspalt in den Motorraum ein und drückt die Luft entgegen der Fliehkraftwirkung in den Entlüftungskanal, über den sie in den Pumpenraum geleitet wird. Dieser Vorgang dauert so lange, bis der Motorraum und der Entlüftungskanal vollständig mit Wasser aufgefüllt sind und sich ein Druckausgleich zwischen der in den Pumpenraum weisenden Entlüftungskanalöffnung und dem pumpenseitigen Ende des LagerSpaltes eingestellt hat. Diese Bedingung ist zu erfüllen, da der Lagerspalt und die erwähnte Kanalaustritssöffnung auf gleichem Radius liegen sollen und da somit bei entlüftetem Motorraum die statischen Drücke am Lagerspalt und an der Austrittsöffnung des Entlüftungskanals gleich groß sind. Bei diesem Betriebszustand, bei dem also kein Wasser mehr aus dem Pumpenraum in den Motorraum gelangt, kann man quasi von einer "isostatischen Dichtung" sprechen.

Der wesentliche Vorteil eines so gestalteten Pumpenaggregates liegt darin, daß es montiert und'ohne Entlüftungsprozedur angefahren werden kann, wodurch die Pumpe im wesentlichen völlig wartungsfrei wird. - 5 -

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In weiterer Ausgesaltung der Erfindung kann der Längskanal in der Antriebswelle über wenigstens eine Radialbohrung in der Welle mit dem Motrraum auf einer Statorstirnseite Verbindung haben, während der Motorraum auf der anderen Statorstirnseite beispielsweise über den Lagerspalt eines weiteren Radiallagers mit dem freien Ende des Wellenlängskanals in Verbindung steht. Auf diese Weise ist eine vollkommene Entlüftung des Motorraums'auf sichere Weise gewährleistet.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 schematisch einen Längsschnitt durch ein Umwälzpumpenaggregat,

Figur 2 einen Querschnitt durch das pumpenseitige Ende der Antriebswelle mit aufgesetzter Abdeckkappe und mit einem Teil der Laufradnabe und

Figur 3 einen Längsschnitt durch die auf der Welle sitzende Abdeckkappe.

Das Gehäuse 1 des Pumpenaggregates wird durch eine im wesentlichen radial zur Längsachse 2 verlaufende Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum 4 und einen den Motor aufnehmenden Motorraum 5 unterteilt. Durch die Trennwand verläuft die vom Elektro-

motor angetriebene Welle 6, und zwar im Bereich des Radiallagers 7.

Auf dem der Pumpenseite zugewandten Wellenende sitzt das Lauf- bzw. Kreiselrad 8 der Pumpe, deren Ansaugraum mit 9 und deren Druckraum mit 10 beziffert ist. Die Pfeile in diesen Räumen deuten die Förderrichtung für das Wasser an.

Das Rotorblechpaket 11 ist auf der Antriebswelle 6 befestigt, deren motorseitiges Ende in einem weiteren Radiallager 12 geführt wird. Dieses ist im Hals 13 des später erwähnten Spaltrohres befestigt und steht mit dem Gehäuse 1 in Verbindung, wie es im einzelnen aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Der Rotor 11 ist gegenüber dem Statorpaket 14 und der elektrischen Wicklung 15 durch das Spaltrohr 16 flüssigkeitsdicht getrennt. Die elektrischen Wicklungsanschlüsse 17 liegen in einem dichten Anschlußkasten 18.

Durch den zwischen dem Lager 7 und dem benachbarten Umfang der Antriebswelle 6 gebildeten Lagerspalt 7a stehen der Pumpenraum 4 und der Motorraum 5 miteinander in Verbindung. Nach der Erfindung soll außerdem der Motorraum über einen gesonderten Entlüftungskanal mit dem Pumpenraum verbunden sein, wobei die in den Pumpenraum mündende, wirksame Austrittsöffnung des Entlüftungskanals auf den gleichen Radius wie der erwähnte Lagerspalt 7a zu legen

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Zu diesem Zweck wird die Welle 6 mit einem Längskanal oder mit einer Längsbohrung 19 und mit Radialbohrungen 20 versehen, die den Motorraum 5 auf der einen «Seite des Rotors 11 mit dem Längskanal 19 der Welle 6 verbinden. Über das pumpenseitige Ende der Antriebswelle 6 faßt mit Abstand hierzu eine Kappe 21, welche die auf den Pumpenraum gerichtete Austrittsöffnung des Längskanals 19 gegenüber der Saugseite des Laufrades 8 abdeckt, so daß sich ein freier Raum 22 im Bereich des Kappenbodens ausbildet. Von diesem Raum aus wird die zur Entlüftung des Motorraumes 5 aus dem Kanal 19 kommende Luft hinter das Laufrad 8 umgelenkt, und zwar in Richtung auf das der Pumpenseite zugewandte Ende des Lagerspaltes 7a.

Die Entlüftung des Motorraumes auf der anderen und nach der Figur 1 oberen Stirnseite des Rotors 11 erfolgt über den Lagerspalt 12a in das dortige freie Ende des Längskanals 19.

Der Weg des Entlüftungsstromes am pumpenseitigen Ende des Kanals 19 wird durch eine spezielle Ausbildung der in den Figuren 2 und 3 in größerem Maßstab dargestellten Abdeckkappe 21 erreicht.Die vorzugsweise aus federndem Metall hergestellte Kappe hat nämlich einen in Umfangsrichtung wellenartig verlaufenden Mantel, während der Kappenboden der Querschnittsform des Kappenmantels entspricht, also auf seinem Umfang ebenfalls in gleicher Weise wellenartig verläuft. Der Kappenmantel liegt mit seinen inneren Wellenbögen linienartig am Umfang der Antriebswelle 6 an, wodurch vom geschlossenen Kappenboden bzw. Kappenbodenraum 22 zur Rückseite des Laufrades 8 ver-

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- 8 laufende Kanäle 23 gebildet werden.

Das Laufrad 8 sitzt mit seiner Nabe kraftschlüssig auf den äußeren Bögen des Kappenmantels, so daß sich zwischen dem Nabendurchgang 24 und dem Kappenmantel weitere Kanäle 25 ausbilden, die beidendig offen sind und eine Verbindung zwischen der Rückseite des Laufrades 8 und dessen vorderer Saugseite darstellen.

Wenn die Pumpe in Betrieb genommen und Luft aus dem Motorraum 5 im Wege der Selbstentlüftung zu entfernen ist, werden folgende Vorgänge zu beobachten sein. Durch den Lagerspalt 7a gelangt Wasser in den Motorraum 5. Die hieraus zu entfernende Luft wird, da sie spezifisch leichter als Wasser ist, im Fliehkraftfeld zur Welle 6 hin verdrängt. Es strömt hierbei weiterhin Wasser in den Motorraum 5 nach, weil bei diesem Betriebszustand der am pumpenseitigen Ende des Lagerspaltes 7a anstehende statische Druck größer ist als der am motorseitigen Lagerspaltende. Entsprechendes gilt sinngemäß für den Lagerspalt 12a.

Die somit zwangsweise aus dem Motorraum verdrängte Luft entweicht über den zum Pumpenraum 4 führenden Entlüftungskanal. Zunächst tritt dabei die Luft einerseits in die Radialbohrungen und andererseits über den Lagerspalt 12a in den Längskanal 19 ein, um über diesen in Richtung auf das Ende der Antriebswelle im Bereich der Pumpe zu gelangen. Der Längskanal 19 stellt hierbei einen ersten Teilabschnitt des gesamten Entlüftungskanals dar, wobei die Bedingung erfüllt wird, daß die Mittellinien der Antriebswelle und des in der Welle befindlichen Teilabschnitts des Ent-

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lüftungskanals zumindest im Bereich der Trennwand 3 zusammen fallen.

Die schließlich aus dem Längskanal 19 austretende Luft kommt in den Kappenbodenraum 22 und wird durch die dargestellte Form der Kappe in die Kanäle 23 gelenkt. Nachdem die Luft auf der Rückseite des Laufrades 8 aus den Kanälen 23 ausgetreten ist, wird sie unter Saugeinwirkung und unter Umlenkung um 180 in die Kanäle 25 gelangen, um schließlich zur Vorderseite bzw. Saugseite des Laufrades 8 zu strömen und mit dem Förderwasser abgefördert zu werden.

Die in den Pumpenraum mündende Austrittsöffnung 26 des Entlüftungs kanals liegt auf dem gleichen Radius wie der Lagerspalt 7a, da diese Austrittsöffnung beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch die öffnungen der Kanäle 23 bestimmt ist, die von dem wellenförmigen freien Rand des Mantels der Kappe 21 und von dem diesem Rand benachbarten Umfang der Welle 6 begrenzt werden.

Da die Lagerspalte 7a und 12a und die Austrittsöffnung 26 des Entlüftungskanals auf gleichem Niveau liegen, stellt sich bei entlüftetem Motorraum 5 ein statisches Druckgleichgewicht im Bereich der Lagerspalte ein, da der statische Druck an der Austrittsöffnung 26 des dann mit Wasser gefüllten Entlüftungskanals dem statischen Druck an den Lagerspalten entspricht. Demzufolge wird auch kein Wasser mehr über den Lagerspalt 7a in den entlüftenten Motorraum treten, wodurch vermieden wird, daß evtl. Schmutzteile in den Motorraum gelangen können.

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Wie sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung ergeben hat, setzt sich der Entlüftungskanal insgesamt gesehen zusammen aus dem Längskanal 19 in der Antriebswelle 6, der auf beiden Rotorstirnseiten mit dem Motorraum 5 auf beschriebene Weise Verbindung hat, aus dem Kappenbodenraum 22 und aus den Kanälen 23 mit der abschließenden Austrittsöffnung 26, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch die einzelnen freien Querschnitte der offenen Enden der Kanäle 23 dargestellt wird.

Die speziell gestaltete Kappe 21 stellt eine äußerst vorteilhafte und einfache Lösung einerseits für die Befestigung des Laufrades auf der Welle 6 und andererseits für die Führung der aus dem Motorraum kommenden Luft dar. Allerdings sind auch andere Lösungsmöglichkeiten nicht ausgeschlossen, wenn nur Sorge dafür getroffen wird, daß die aus dem Längskanal 19 beim Entlüftungsvorgang austretende Luft geeignet in Richtung auf den Lagerspalt 7a umgelenkt und daß die wirksame Auslaßöffnung des Entlüftungskanals wenigstens annäherungsweise auf den Radius des Lagerspaltes gebracht wird, durch den Wasser vom Pumpenraum zum Motorraum gelangt.

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Claims

Dr. Hugo Wilcken

Dipl.-Ing. Thomsts Wilcken

Dipl.-Chem. Dr. Wolfgang Laufer

24 Lübeck, Breite Straße 62-54

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Anmelder:

Grundfos A/S, DK 8850 Bjerringbro, Dänemark

Ansprüche

1J Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen — die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den elektrischen Antriebsmotor aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der Trennwand ein Radiallager des Pumpenaggregates eingebaut ist und wobei der Lagerspalt zwischen diesem Radiallager und der den Rotor tragenden Antriebswelle eine Verbindung zwischen dem Pumpenraum und den Motorraum darstellt, während der Motorraum und der Pumpenraum durch einen Entlüftungskanal in Verbindung stehen, der im Bereich des in der Trennwand befindlichen Radiallagers in der Welle verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskanal zu einem' Teil durch einen Längskanal Cl 9) in der Antriebswelle (6) gebildet wird, daß der Längskanal mit dem Motorraum (5) beiderseits der Rotorstirnseiten Verbindung hat und daß das pumpenseitige Ende des Längskanals von einer über das Wellenende fassenden Kappe (21) abgedeckt ist, wobei der Raum (22, 23) zwischen der Kappe und dem Wellenende den anderen, mit seinem Ende auf den Lagerspalt (7a) gerichteten Teil des Entlüftungskanals darstellt.

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2. Umwälzpumpe nach Aspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (19) über wenigstens eine Radialbohrung (20) mit dem Motorraum (5) auf einer Statorstirnseite Verbindung hat/ während der Motorraum auf der anderen StatorStirnseite über den Spalt (12a) eines weiteren Lagers (12) mit dem Längskanal in Verbindung steht.
3. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Entlüftung des Motorraumes (5) aus dem Längskanal (19) kommende Luft durch die Kappe (21) hinter das Pumpenlaufrad (8) in Richtung auf das pumpenseitige Ende des Lagerspaltes 7a umgelenkt wird, von wo aus die Luft zur Pumpensaugseite abgeführt wird.
4.Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem freien Rand des Kappenmantels und dem ihm benachbarten Wellenumfang gebildete Öffnung (26) die in den Pumpenraum (8) mündende Austrittsöffnung des Entlüftungskanals darstellt, die auf dem gleichen Radius wie der Lagerspalt 7a liegt.
5. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Kappe (21) in Umfangsrichtung wellenartig ausgebildet ist und mit seinen inneren Wellenbögen linienartig am Umfang der Antriebswelle (6) anliegt/ um vom Kappenbodenraum (22) zur Rückseite des Laufrades (8) verlaufende Kanäle (23) zu bilden/ und daß die Laufradnabe kraftschlüssig auf den äußeren Wellenbögen des Kappenmantels sitzt, um von der Rückseite des Laufrades zur Saugseite des Laufrades verlaufende Kanäle (25) zu bilden.

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