DE2534740C3 - Spaltrohrkreiselpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Chemie-Spaltrohrkreiselpumpe mit achsparallelen Antriebs-Permanentmagneten und Kunststoffkorrosionsschutz für Antriebsleistungen von etwa 1 kW und mehr, bei der alle mit dem Fördermedium in Berührung kommenden Bauteile, insbesondere das Pumpengehäuse, der Läufer, der Spalttopf und der innere Rotor vollständig aus einem temperatur- und/oder säurebeständigen Kunststoff gefertigt sind.

Solche in der chemischen Industrie einzusetzende Kreiselpumpen haben vielfach korrodierende Medien zu pumpen, weshalb dem Korrosionsschutz eine besondere Bedeutung zukommt. Außer der Verwendung von gegenüber speziellen Fördermedien beständigen Werkstoffen werden zum Korrosionsschutz einige Teile der Pumpen, die insbesondere mit dem Fördermedium in Berührung kommen, aus Kunststoff gefertigt oder sind mit korrosionsbeständigen Kunststoffüberzügen versehen Insbesondere dann, wenn in chemischen Anlagen giftige und sehr wertvolle korrodierende Medien zu pumpen sind, ist auf einen nahtlosen Korrosionsschutz besonders zu achten. Es liegt daher der Einsatz von Kunststoff nahe.

So ist eine Spaltrohrpumpe bekannt, bei der alle mit dem Fördermedium inBerührung körnmendenTeil^aus Kunststoff gestaltet sind, wodurch die Gefahr einer Korrosion Weitgehend gebannt ist (FR-PS 15 40 100). Allerdings handelt es sich hierbei lim eine Pumpe mit eitler äußerst geringen Leistungsaufnahme, die entsprechend klein gestaltet ist. Bei diesen kleinen Pumpentypen jedoch treten die Schwierigkeiten! die bei .der Ausführung einer Spaltrohrpumpe mit einer Leistungsaufnahme von mehr als 1 kW auftreten, noch nicht in Erscheinung. Zum Beispiel können ohne Nachteile für die Magnetkupplung Permanentmagnete in Form von Polringen verwendet werden, deren übertragbares Moment jedoch für eine Ieistungss'arke Spaltrohrpumpe nicht ausreicht Weiterhin bereitet die Lagerung des Rotors unter der Einwirkung nur sehr geringer Kräfte bei dieser kleinen Pumpe keine Schwierigk*. iten. Bei

ίο schweren Rotoren jedoch, die darüber hinaus starken hydraulischen Kräften unterworfen sind, genügt das einfache Aufstecken des Rotors auf einen feststehenden Stift keineswegs, um die auftretenden Belastungen zu beherrschen. Weiterhin ist es geradezu unmöglich, eine

li leistungsstarke Spaltrohrpumpe mit einer so geringen Anzahl von Dichtungsstellen auszuführen, wie das bei der bekannten Pumpe auf Grund der kleinen Bauart möglich ist. Dabei ist zu beachten, daß an jeder Nahtstelle innerhalb des von dem agressiven Fördermedium benetzten Raumes die durch eine Flachdichtung abgedichtet ist, im Grunde zwei Gefahrenstellen vorhanden sind, nämlich jeweils auf beiden Seiten der Flachdichtung.

Bei den stopfbuchslosen Chemiekreiselpumpen mit Spaltrohr sind die das Pumpenlaufrad tragende Welle und der auf dieser Welle angeordnete innere Antriebsrotor (Innenläufer} von einem vom rückwärtigen Ende durch einen Boden abgeschlossenen Rohr, dem sogenannten Spalttopf, nach außen abgeschlossen.

Es lassen sich zwei Bauarten unterscheiden. Bei der einen Bauart, den sogenannten Spaltrohrmotorpumpen, dient für den Antrieb des inneren mit Magneten besetzten Abtriebsrotors ein von einem Motorstator elektrisch induziertes Drehfeld. Bei der anderen Bauart tritt an die Stelle des Motorstators ein Permanentmagnetsystem, welches aus auf einem durch einen getrennten Motor angetriebenen, dem inneren Rotor wirkungsmäLig zugeordneten Außenläufer angebrachten Permanentmagneten besteht (Permanentmagnetpumpe). Bei dieser Bauart können die Permanentmagnete achsparallel zu beiden Seiten des zylindrischen Teils des Spalttopfs oder radial zu beiden Seiten des Bodens des Spalttopfes ausgerichtet vorgesehen sein. Die beiden grundsätzlichen Bauarten können in vertikaler und horizontaler Bauweise ausgeführt sein. In jedem Fall müssen Innenläufer und Welle von Lagern geführt und getragen werden, welche vom Fördermedium geschmiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stopfbuchslose Spaltrohrkreiselpumpe mit einer Leistungsaufnahme von etwa i kW und mehr zu schaffen, bei der sich ein betriebssicherer Korrosionsschutz ohne Verkomplizierung und Verteuerung der Pumpe erzielen läßt, also die höheren Belastungen der Lager, die Dichtheitsanfälligkeit der mit dem zu fördernden Medium in Berührung kommenden Nahtstellen sowie den Festsitz der Permanentmagnete unter der hohen Belastung am inneren Rotor unter weitestgehender Verwendung von Kunststoff als Werkstoff für alle jene Pumpenteile, die mit dem /u fördernden aggressiven Medium in Berührung kommen, zu beherrschen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß der Magnetteil des Rotors aus mehreren achsparallelen Permanentmagneten besteht, deren diese axial begrenzenden Stirnwandebenen radial nach außen aufeinander £U verlaufen, daß an den Lagerstellen in den Kunststoff'Werkstoff den Lagern Härte und Reibungs^ koeffizient üblicher Lager verleihende Lagerstoffe

eingebettet sind, und daß die Teile des Pumpengehäuses an den radialen Teilungsflächen eine Dichtungsschicht geringerer Härte als im übrigen Bereich ausgebildet haben.

In den Kunststoff-Werkstoff werden an den Lagerstellen vorzugsweise Graphit und/oder Molybdändisulfid in die an den Lagerflächen angrenzenden Bereiche eingebettet.

Durch die Erfindung ist die vollständige Ausbildung aus Kunststoff einer Spaltrohrpumpe für eine Leitungsaufnahme von etwa 1 kW und mehr möglich geworden. Zur Übertragung des in diesem Leistungsbereich erforderlichen Antriebsmomentes sind in sich geschlossene Polringe nicht ausreichend, sondern an dem Rotor müssen mehrere achsparalle Permanentmagneten benutzt werden, deren sichere Verankerung auf dem Innenrotor dadurch gelingt, daß sie trapezförmig ausgebildet sind. Die in axialer Richtung die Permanentmagnete begrenzenden Stirnwandebenen sind wegen ihrer radial nach außen aufeinander zu verlaufenden Neigung quasi in dem Kunststoff des inneren Rotors verkeilt, so daß die vorherrschenden starken Magnet- und Fliehkräfte die Permanentmagneten bezüglich ihrer Lage nicht beeinflussen. Darüber hinaus vermögen die bezüglich Härte und Reibungskoeffizient verbesserten Lagerstellen sowohl das Eigengewicht der in diesem Leistungsbereich schweren Läufer als auch die auftretenden hydraulischen Belastungen zu verkraften, ohne daß es eines Rückgriffs auf metallische Lagerwerkstoffe bedarf. Schließlich ermöglichen die bezüglich ihrer Härte weichen Dichtungsschichten entlang der Teilungsflächen die Vermeidung jeglicher fremder Stoffe im Bereich der vorn Fördermedium benetzten Teile, und außerdem wird dadurch die Anzahl der bezüglich einer Leckage gefährdeten Stelle bei im übrigen unverändertem Gehäuseaufbau reduziert.

Die Permanentmagnete sind auf einfache Weise betriebssicher gehalten, was in erster Linie durch den Verlauf der sie in axialer Richtung begrenzenden Stirnebene- und die daraus folgende Verkeilung zurückzuführen ist. Der Spalttopf ist als frei im Raum stehender Körper nur mit seinem stirnseitigen Befestigungsflansch am Flansch zwischen Ständer (Antriebsgehäuse) und Pumpengehäuse gehalten, was allerdings, für sich gesehen, bereits bekannt ist.

Für dir Herstellung der Pump ~ kommen mehrere Kunststoff-Werkstoffe in Frage, nämlich solche. d\". sowohl temperaturbeständig bis 200⁰C als auch resistent gegen ca. 80% aller vorkommenden Medien sind und sehr gute r-echanische Eigenschaften hat. Kunststoffe mit diesen Eigenschaften vermag der Kunststo'f-Werkstoff-Fachmann ohne weiteres anzugeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spaltrohrpumpe ist an Hand einer Zeichnung, die die Pumpe im Längsquerschnitt zeigt, näher erläutert.

Die dargestellte Spaltrohrpumpe ist zweistufig. Das Pumpengehäuse, das mit dein Fördermedium in Berührung kommt, besteht aus einem Cehäusering 1 mit dem Pumpenauslauf, einem die erste Stufe aufnehmenden Spiralgehäusering 2 sowie einem axialen Einlauf= Mützen 3. Am druckseitigen Ende des Pümpengehäuses ist ein Spälttöpf 7 Vorgesehen, der einen axial nach innen vorspringenden Lagervörsprung 8 hat, innerhalb des Gehäuses ist ein einteiliger Pumpenläufer 5 vorgesehen, der auf seiner vorderen Seite zwei Kreiselräder ausgebildet hat und auf seiner rückwärtigen Seite als innerer Antriebsrotor 4 ausgebildet ist, in dessen rückseitige Aussparung 9 der Lagervorsprung des Spalttopfs 7 hineinragt. In den Inttenläufer 4 sind trapezförmige Antriebs-Permanentmagnete 10 vollständig vom Kunststoff-Werkstoff eingeschlossen derart eingebettet, daß sie sich nach außen mit ihren Stirnflächen 11 konisch verjüngen. Der Innenläufer wird außer auf dem Lagervorsprung des Spalttopfs 7 auf einem siirnseitig am Lagertopf befestigten geseilten Lagerring 6 gelagert. An den Lagerstellen des geteilten Lagerrings 6 und des Lagervorsprungs 8 des Spalttopfs 7 sind Graphit oder Molybdändisulfid in die an die Lagerflächen 22 zwischen Lagerring 6 und dem inneren Rotor sowie in die an die Lagerfläche 23 zwischen dem Lagervorsprung 8 und dem Läufer angrenzenden Bereiche eingebettet, was in der Zeichnung durch kleine Kreuze angedeutet ist.

Die Gehäuseteile 1, 2 und 3 sowie der Spalttopf 7 stoßen an radialen Teilungsfläc' .n 21 aneinander. Während üblicherweise an diesen Stell· η Dichtungsringe vorgesehen sind, ist im vorliegenden Fall eine Dichtungsschicht geringerer Härte als im übrigen Bereich ausgebildet. Auf diese Weise können Dichtungen e· tfallen. Die Aufgabe der Dichtungen wird durch die Bereiche geringerer Härte übernommen.

Die Gehäuseteile 1, 2 und 3 und der Spalttopf 7, die ebenso wie der innere Rotor 4, der Läufer 5 und der Lagerring 6 aus Kunststoff gefertigt sind, werden von einem Ständer 15 getragen, in welchem ein in Lagern 17 durch eine Antriebswelle 18 in Drehung versetzbarer äußerer Läufer 19, der die achsparallel ausgerichteten Antriebs-Permanentmagnete 20 trägt, gelagert ist.

Gegen den stirnseitigen Flansch des Ständers 15 werden die Gehäuseteile durch nicht dargestellte Zuganker verspannt, die zu einem stirnseitig am Gehäuseeinlaß 3 anliegenden Flanschring 16 führen Außenläufer. Ständer und Flanschring brauchen nicht aus korrc^ionsbeständigem Werkstoff bestehen. Sie sind vorzugsweise in herkömmlicher Weise aus einem metallischen Werks.off gefertigt, so daß sich die erfindungsgemäße Pumpe dadurch auszeichnet, daß nur alle mit dem Fördermedium in Berührung kommenden Bauteile aus Kunststoff gefertigt sind. Die Schmierung der Lagerstellen erfolgt in üblicher Weise. Dazu sind in der Zeichnung nicht dargestellte Schmierkanäle vorgesehen, die von der Druckseite des Läufers zu den Lagerstellen und zum Antriebsspalt führen. Der innere Rotor 4 kann sich, wie dargestellt, am Lagervorsprung 8 des Spalttopfs abstützen, da der Spalttopf im zylindrischen Teil mit ausreichender Wandstärke gefertigt sein kann, ohne daß dadurch zu höh? Antriebsverluste im Spalt zu bef'"<(vhten sind.

Die Lagerstoffe werden dadurch im Bereich der Lagerstellen eingebracht, daß entweder trim Formen der betreffenden Bauteile zunächst eine Schicht a ;s einer Mischung aus Lagerstoff und Kunststoff in die Form und. eventuell nach Vorabbinden oder Erstarren.

die übrige Kuiiststoffmenge eingebracht wird, oder zunächst nur eine Lagerstoffschicht im Bereich der Lagerstellen in die Form und anschließend nur der Klebstoff eingetragen wird* wöbe! der Lagerstoff ifi den Kunststoff ausreichend weit eindringt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spaltrohrkreiselpumpe mit achsparallelen Antriebs-Permanentmagneten und Kunststoffkorrosionsschutz für Antriebsleistungen von etwa 1 kW und mehr, bei der alle mit dem Fördermedium in Berührung kommenden Bauteile, insbesondere das Pumpengehäuse, der Läufer, der Spalttopf und der innere Rotor vollständig aus einem temperatur- und/oder säurebeständigen Kunststoff gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetteil des Rotors (4) aus mehreren achsparallelen Permanentmagneten (10) besteht, deren diese axial begrenzenden Stirnwandebenen (11) radial nach außen aufeinander zu verlaufen, daß an den Lagerstellen (22, 23) in den Kunststoff-Werkstoff den Lagern Härte und Reibungskoeffizient üblicher Lager verleihende Lagerstoffe eingebettet sind, und daß die Tci'a (1, 2,3,7) des Pumpengehäuses an den radialen Teilungsflächen (21) eine Dichtungsschicht geringerer Härte als im übrigen Bereich ausgebildet haben.

2. Spaltrohrkreiselpumpe nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kunststoff-Werkstoff an den Lagerstellen Graphit oder Molybdändisulfid in die an die Lagerflächen (22, 23) angrenzenden Bereiche eingebettet sind.

3. Spaltrohrkreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Foilttopf (7) nur mit einem stirnseitigen Flansch zwischen dem Pumpengehäuse (1, 2, 3) und dem Antriebsständer \15) eingeklemmt gehalten ist.