DE2639541A1

DE2639541A1 - Umwaelzpumpe fuer insbesondere heizungs- und brauchwasseranlagen

Info

Publication number: DE2639541A1
Application number: DE19762639541
Authority: DE
Inventors: Poul Due Jensen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1976-09-02
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1978-03-09

Description

Patentanwälte
Dr. Hugo Wilcken

Dipl.-Ing. Thomas Wilcken j. Sep.

bipl.-Chem. Dr. Wolfgang Laufap i

24 Lübeck, Breite Straße 52-64 *

Anmelder: Grundfos A/S, DK-8850 Bjerringbro (Dänemark)

Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und
Brauchwasseranlagen

Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe für insbesondere Heizungsund Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den Rotor des Pumpenantriebsmotors aufnehmenden Motorraum unterteilt
ist, wobei in der Trennwand ein besonderer Durchlaß für die Füllung des zu entlüftenden Motorraums mit Wasser aus dem Pumpenraum vorgesehen ist und wobei unter Verwendung eines beim Füllvorgang geöffneten Rückschlagventils ein weiteres Nachfüllen des mit Wasser gefüllten Motorraums durch Schließung dieses Ventils gesperrt wird.

Pumpen dieser Art werden vor allem zur Beschleunigung des Wasserumlaufes in Heizungs- und auch Brauchwasseranlagen eingesetzt. Durch die Trennwand, in der sich eines der Motorlager befindet, soll ein freier Wasseraustausch zwischen dem Pumpenkreislauf und dem Motorraum unterbunden werden, um eine Verschmutzung des Rotors und die
daraus resultierenden Betriebsstörungen durch Blockierung des Rotors zu verhindern.

Wenn die Umwälzpumpe in ein Rohrleitungssystem eingebaut ist, wird

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der Motorraum vor der Inbetriebnahme durch öffnen einer in der Achsmittellinie liegenden Entlüftungsvorrichtung bewässert, um eine Schmierung und Kühlung der Motorlager zu gewährleisten. Das erforderliche Bewässern des Motorraums ist aber nur dann in relativ kurzer Zeit möglich, wenn die Trennwand außer dem Lagerspalt einen weiteren Durchbruch bzw. Kanal hat. Je größer die Querschnittsflache dieses Kanals ist, umso schneller läßt sich verständlicherweise der Motorraum mit Wasser auffüllen, wobei die im Motorraum befindliche Luft durch die Rotation des Wassers zum Drehmittelpunkt hin verdrängt und über den in der Trennwand befindlichen Lagerspalt in den Pumpenraum gedrückt werden muß, falls die Entlüftungsvorrichtung nicht geöffnet sein sollte.

Es sind Lösungen für das beschriebene Problem bekannt, die darin bestehen können, die genannte Trennwand mit einem Loch als Durchlaß zu versehen. Dadurch werden der Motor- und Pumpenraum dauernd miteinander verbunden, so daß auch nach dem Bewässern des Motorraums ein ständiger Wasserstrom durch den Durchlaß und das in der Trennwand sitzende Lager in den Pumpenraum zurück entsteht, was schnell zu Verschmutzungen des Motorraumes führen wird.

Es ist auch bereits bekannt, den Motorraum über den Spalt des pumpenseitigen Wellenlagers mit Wasser aus dem Pumpenraum zu füllen und die Luft aus dem Motorraum über Bohrungen in der Welle zum Pumpenraum zu leiten. Bei vollständiger Entlüftung des Motorraums soll ein Rückschlagventil die Wellenbohrung sperren, um eine weitere Was-

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serzufuhr in den Motorraum zu verhindern.

Als Sperrorgan wird u.a. ein flexibler Streifen verwendet, der sich bei vollständiger Füllung des Motorraums aufgrund des auf ihn einwirkenden Flüssigkeitsringes gegen die in den Motorraum mündende Öffnung der Wellenbohrung legt und diese absperrt. Andererseits kann als Sperrorgan auch eine Kugel zur Anwendung kommen, die in einer axial verlaufenden Wellenbohrung liegt und auf einen Ventilsitz gelangen soll, sobald bei gefülltem Motorraum ein die Kugel verstellender, ausreichender Wasserdruck entsteht. Rückschlagventile dieser Art sind recht aufwendig beim Einbau und haben darüber hinaus den Nachteil, daß aufgrund von Ablagerungen die Ventilsitze unbrauchbar werden und damit ein sicheres Absperren verhindern. Außerdem unterliegen bei diesen vorbekannten Ausfuhrungsformen die jeweiligen Sperrorgane wegen der Rotation Fliehkräften, die einem sicheren Sperren des Ventils entgegenwirken.

Solche Nachteile sind bei Pumpen vermieden, bei denen öffnungen in der Trennwand von einer umlaufenden Ringmembran abgedeckt werden, die mittels Federelemente gegen die öffnungen gedrückt wird. Für ein Bewässern des Motorraums wird die Membran aufgrund eines zum Motorraum gerichteten Druckgradienten von den öffnungen abgehoben, so daß Wasser vom Pumpenraum zum Motorraum fließen wird, bis die Drücke beiderseits der Membran im wesentlichen gleich sind. Konstruktionen dieser Art sind recht aufwendig bei der Herstellung und Montage.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der aufgezeigten Nachteile und in der Schaffung einer über ein einfaches Ventil schnell zu bewässernden und betriebssicheren Umwälzpumpe.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Umwälzpumpe nach der Erfindung so ausgebildet, daß das Rückschlagventil im Strömungsquerschnitt des Durchlasses in der Trennwand liegt und daß der Durchlaß als konzentrisch zur Mittelachse liegender Ringspalt ausgebildet wird, der an seinem motorseitigen und den Ventilsatz bildenden Ende mit einer elastischen Ringdichtung als Sperrorgan des Rückschlagventils abgedeckt ist. Zu diesem Zweck kann die Trennwand aus zwei konzentrischen Formscheiben bestehen, die sich zur Bildung des spaltförmigen Durchlasses teilweise überlappen und im Überlappungsbereich durch Punktschweißung miteinander verbunden sind. Durch entsprechende Wahl der Durchlaßbreite hat man es in der Hand, den Durchlaß als Filter wirken zu lassen, über das das Eindringen von Schmutzteilen in den Motorraum weitgehend vermieden wird.

Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Ringspalt radial, wobei sein rotorseitiges Ende in einem größeren radialen Abstand zur Mittelachse liegt als sein pumpenseitiges Ende. Das im wesentlichen radial in den Motorraum mündende Spaltende dient in diesem Fall als Sitz für die erwähnte Ringdichtung, die als Rundschnurring aus Gummi bestehen kann und mit bestimmter Vorspannung das gesamte Spaltende verschließt. Durch den so mit einem Rückschlagventil versehenen

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Durchlaß fließt durch Abheben der Ringdichtung nur dann Wasser, wenn der statische Druck am Austritt des Spaltes unter dem am Spalteintritt herrschenden statischen Druck liegt, wobei vorausgesetzt wird, daß die Sperrfunktion des Rückschlagventils bzw. die Spannung des auf dem Ringspaltende sitzenden und um ein gewisses Maß gedehnten Ringes auf diese Situation entsprechend abgestimmt ist.

Aus dem Pumpenraum wird Wasser so lange durch den Durchlaß bzw. Ringspalt in den Motorraum eintreten, wie sich Luft im Motorraum befindet und die in der Drehachse des Gehäuses liegende Entlüftungsbohrung geöffnet ist. Wenn diese Bohrung und damit die Verbindung zwischen dem unter überdruck stehenden Rohrleitungssystem und der Atmosphäre verschlossen wird, baut sich im Motorraum ein überdruck auf. Dieser läßt das Rückschlagventil in der Trennwand schließen.

Das Sperren des Wassertransportes zwischen dem Motorraum und dem Pumpenraum bei entlüftetem Aggregat läßt sich wie folgt erklären. Bei der Drehung eines Körpers in einer Flüssigkeit haftet bekanntlich die Flüssigkeit einerseits am sich bewegenden Drehkörper und andererseits an einer diesem gegenüberstehenden Wand. Der zwischen den so gebildeten beiden Flächen liegende Flüssigkeitsring wird mit einer Winkelgeschwindigkeit Co = χ .co mitdrehen, die ein Bruchteil χ der Winkelgeschwindigkeit 03 des Drehkörpers ausmacht. Dieser Faktor χ hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des drehenden Körpers, der gegenüberliegenden feststehenden Wand, den geometrischen Abmessungen des Flüssigkeitsringes und von der Art der Flüssigkeit

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ab. In diesem Flüssigkeitsring bildet sich ein Druckfeld aus, das

2 durch die Differentialgleichung dp = f) . r . (x . Go ) . dr beschrieben wird. Durch Integration dieser Gleichung kann man die Druckdifferenz zwischen zwei auf verschiedenen Radien r., und r₂ liegenden Punkten berechnen, und zwar nach der Gleichung

2 η ,, 2 ,2 2. P₂ - P₁ = χ . J ■ 03 . (r₂ - r.j ) .

Versuche an der hier zur Diskussion stehenden und auch in der Zeichnung dargestellten Umwälzpumpe haben gezeigt, daß der Flüssigkeitsring im Motorraum zwischen dem Rotor und der Trennwand mit einem größeren Bruchteil der Winkelgeschwindigkeit 03 rotiert als der zwischen der Trennwand und dem Laufrad der Pumpe befindliche Flüssigkeitsring. Hieraus folgt, daß der statische Druck an einem bestimmten Durchmesser der Trennwand auf der Motorraumseite der entlüfteten Pumpe größer ist als auf der zum Pumpenraum zeigenden Seite der Trennwand. Dadurch wird das in der Trennwand liegende Rückschlagventil durch Aufdrücken der Ringdichtung auf das betreffende Ende des Ringspaltes gesperrt und die Verbindung zwischen Motor- und Pumpenraum verschlossen. In diesem Betriebszustand wird auch ein Wasseraustausch über den Lagerspalt vermieden, da die Druckverhältnisse beiderseits dieses Lagerspaltes gleich sind und hier im Prinzip eine isostatische Dichtung vorliegt.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.

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Das Gehäuse 1 des Pumpenaggregats wird durch eine im wesentlichen radial zur Längsachse 2 verlaufenden Trennwand 3 in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum 4 und einen den Motor bzw. Rotor aufnehmenden Motorraum 5 unterteilt. Durch die Trennwand verläuft die vom Elektromotor angetriebene Welle 6, und zwar im Bereich des Axialdrucklagers 7, dessen gemäß der Zeichnung links liegender Lagerring fest in einer an der Trennwand ausgebildeten Schale eingebettet ist, während der andere Lagerring mit der Welle 6 umläuft.

Am pumpenseitigen 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 an. Auf an sich gegebene und auch dargestellte Möglichkeiten zur Regulierung der Fördermengen braucht in diesem Zusammenhang nicht näher eingegangen zu werden.

Das Rotorblechpaket 11 ist geeignet auf der Welle 6 befestigt, deren motorseitiges Ende mit dem feststehenden Radiallager 12 abgestützt wird. Dieses steht wiederum über die Lagerschale 13 mit dem Gehäuse 1 in Verbindung, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

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

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Der die Räume 4 und 5 kommunizierend verbundene Durchlaß 19 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als radial und konzentrisch um die Achse 2 bzw. die Welle 6 verlaufender Ringspalt ausgebildet, indem zwei die Trennwand 3 bildende Formscheiben bzw. -ringe 3 a und 3 b sich teilweise mit axialem Abstand zueinander überlappen und damit im Überlappungsbereich, wo die beiden Teile 3 a und 3 b im übrigen noch durch Punktschweißung verbunden sein können, den radialen Spalt 19 begrenzen.

Der motorseitige radial bzw. im wesentlichen radial gerichtete Spaltquerschnitt ist durch den Rundschnurring 2O aus Gummi abgedeckt, so daß durch den Spalt 19 nur ein Wasserstrom vom Raum 4 zum Raum 5, nicht aber in umgekehrter Richtung möglich ist. Die Schraube 21 dient in an sich bekannter Weise zur Entlüftung des Motorraums, indem die Schraube etwas gelöst wird und Luft über die Gewindegänge in die umgebende Atmosphäre entweichen kann.

Um auch bei geschlossener Entlüftungsbohrung, also wenn die Schraube 21 fest angezogen ist, und damit auch in der Anlaufphase eine sichere Abfuhr der Luft aus dem nach der Zeichnung rechts neben dem Rotor 11 befindlichen Motorraum zu gewährleisten, könnte dieser Raum zusätzlich über einen Kanal mit dem links neben dem Rotor befindlichen Raum Verbindung haben. Dieser Kanal kann durch die Welle 6 verlaufen.

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Claims

Dipl.»lng. Thomas Wilcken ι <» ,,-,.., Dipl.-Chem. Dr. Wolfgang Laufer vit-i'b/b 24 Lübeck, Breite Slratie 52-54 2 6 3 9 5 4 ^ Anmelder: Grundfos A/S, DK-8850 Bjerringbro (Dänemark) Patentansprüche

1. Umwälzpumpe für insbesondere Heizungs- und Brauchwasseranlagen, bestehend aus einem Gehäuse, das durch eine Trennwand in einen die Pumpe aufnehmenden Pumpenraum und einen den Rotor des Pumpenantriebsmotors aufnehmenden Motorraum unterteilt ist, wobei in der Trennwand ein besonderer Durchlaß für die Füllung des zu entlüftenden Motorraums mit Wasser aus dem Pumpenraum vorgesehen ist und wobei unter Verwendung eines beim Füllvorgang geöffneten Rückschlagventils ein weiteres Nachfüllen des mit Wasser gefüllten Motorraums durch Schließen des Ventils gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß als konzentrisch zur Mittelachse liegender Ringspalt ausgebildet ist, der an seinem motorseitigen und den Ventilsitz bildenden Ende mit einer elastischen Ringdichtung als Sperrorgan des Rückschlagventils abgedeckt ist.

2. Umwälzpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringspalt radial erstreckt und daß das motorseitige Ringspaltende in einem größeren radialen Abstand zur Mittelachse liegt als das pumpenseitige Ringspaltende.

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3. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand aus zwei konzentrischen Formscheiben besteht, die sich zur Bildung des spaltförmigen Durchlasses teilweise überlappen und daß der den Ventilsitz bildende Endbereich des Durchlasses radial oder im wesentlichen radial gerichtet ist.

4. Umwälzpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdichtung als Rundschnurring aus Gummi ausgebildet ist, der mit Spannung auf das motorseitige Durchlaßende gelegt ist.

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