DE2706511A1

DE2706511A1 - Spaltrohrmotorpumpenaggregat

Info

Publication number: DE2706511A1
Application number: DE19772706511
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Kruemer
Original assignee: HERMETIC PUMPEN GmbH
Current assignee: HERMETIC PUMPEN GmbH
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1977-02-16
Publication date: 1978-08-17

Description

Spal trohrmo torpumpenaggregat
Die Erfindung betrifft ein Spaltrohrmotorpumpenaggregat mit einem Pumpenteil und einem Elektromotor als Antriebsteil, bei dem der Rotor des Elektromotors mit dem Pumpenlaufrad in Verbindung steht und im wesentlichen durch ein Spaltrohr od.dgl.
umschlossen ist, das den den Rotor sowie die Lagerung umschliesenden Spaltraum nach außen und gegenüber dem Motorstatordicht abschlseßt, wobei ein gsgebenenfalls zur Notorkühlung dienender abgezweigter Teilstrom des Fördermediums den Spaltraum durchfließt, und wenigstens ein Laufwellen-Lager des Aggregates in einem mit Schmiermittel gefüllten, gegenüber dem Rotorraum abgedichteten Schmiermittelraum angeordnet ist, der mit dem Rotorraum druckübertragend in Verbindung steht.
Derartige Spaltrohrmotorpumpenaggregate sind bereits bekannt.
Bei ihnen werden gewöhnlich das Pumpenlaufrad und der Motorrotor von einer gemeinsamen Welle getragen, die in zwei vorzugsweise an den Enden des Spaltraumes befindlichen Lagern gelagert ist, wobei die Lagerschmierung mit Hilfe des abgezweigten Teilstromes des Fördermediums vom Spaltraum aus besorgt wird. Dabei übernimmt der durch das jeweilige Lager abfließende Anteil des abgezweigten Teilstromes die Lagerschmierung und Lagerkiihlung. Oft sind diese Lager als kombinierte Radial-und Axialgleitlager ausgebildet, da vom Laufrad kommende Axialschubkräfte aufgenommen werden müssen.
Derartige Spaltrohrmotorpumpenaggregate besitzen zahlreiche Vorteile, insbesondere, weil sie eine stopfbüchsenlose Ausbildung dieses Aggregates ermöglichen. Sie werden insbesondere zur Förderung aggressiver, giftiger, explosiver, radioaktiver oder bei Dcrtilrung mit der Atmosphäre reagiercnden Flüssigkeiten eingesetzt.
Die Lager bilden bei diesen Spalbrohrmotorpumpenaggregaten jedoch noch einen vergleichsweise empfindlichen Teil des Gesamtaggregates.
Im allgemeinen werden Gleitlager verwendet, deren Schmierung durch den abgczweigten Teilstrom des Fördermcdiums übernommen wird. Nachteilig sind bei diesen Gleitlagern vor allem deren schlechte Trockenlaufeigenschaften sowie ihre Empfindlichkeit gegenüber Feststoffgehalt im Fördermedium.
Ein weiterer Nachteil der Gleitlager besteht darin, daß wegen der begrenzten axialen Belastbarkeit ein erheblicher zusätzlicher Aufwand für einen zumindest weitgehenden Axialschubausgleich nötig ist. Bei den bisher bekannten Aggregaten haben z. B. die Axialgleitlager meist nur einen geringen Teil des AxialschubeS der Pumpe aufnehmen können. Neben dem zusätzlichen Aufwand mußte man auch noch etliche Unsicherheiten betreffend die Lagerlebensdauer in Kauf nehmen.
Mit Wälzlagern wären diese Probleme zwar zu lösen, jedoch sind u. a. wegen der meist vorliegenden, niedrigen Viskositätswerte der Fördermedien und wegen des gegebenenfalls vorhandenen Feststoffgehaltes, Wälzlager praktisch nicht verwendbar.
Um diesen Ubelstand zu vermeiden, hat man auch schon ein Spaltrohrmotorpumpenaggregat konstruiert, bei der die gemeinsame, den Pumpenläufer und den Rotor des Antriebsmotors tragende Welle innerhalb des Motorraumes als mit Lagerschmiermittel gefüllte Hohlwelle ausgebildet und auf einem feststelenden Zapfen gelagert ist. Zwischen dem Motorraum und dem Lagerraum sind dabei Mittel zum Druckausgleich vorgesehen.
Außerdem ist an dem offenen Ende der Hohlwelle eine Gleitringdichtung zwischen Motorraum und Lagerraum vorgesehen. Innerhalb dicr, von dem Fördermedium abgetollten Lagerrtiume sind die darin befindlichen Lager z. B. auch vor in dem Fördermedium enthaltenen Feststoffen geschützt. Außerdem können in diesen mit Schmiermittel gefüllten Lagerräumen auch Wälzlager eingesetzt werden.
Problematisch ist bei diesem Aggregat jedoch die Druckübertragung und die Abdichtung zwischen dem Motorraum und dem Lagerraum. Außerdem ist die Konstruktion mit dem feststehenden Zapfen und der diesen umfassenden Hohlwelle aufwendig und teuer. Insbesondere, wenn sowohl das pumpenferne als auch das pumpennahe Lager innerhalb der Hohlwelle untergebracht ist, erstreckt sich der feststehende Zapfen etwa über die gesamte axiale Länge des Motors. Durch die nur einseitige mögliche Befestigung des Zapfens ist dadurch nur eine vergleichsweise geringe Aufnahme von Radialkräften möglich. Für dieses Aggregat ist deshalb auch eine vertikale Betriebslage vorgesehen, bei der der Antriebsmotor unterhalb der Pumpe angeordnet ist.
Dadurch sind, schon aus theoretischen Gründen, seine Einsatzmöglichkeiten stark eingeschränkt.
Ein weiterer Nachteil dieses Aggregates besteht darin, daß die Welle nun nicht mehr zum Rücktransport des zur Kühlung abgezweigten Teilstromes des Fördermediums verwendet werden kann.
Vielmehr ist hier eine äußere Zuleitung des Teilstromes zu dem pumpenfernen Ende vorgesehen, von wo aus dieser durch den Spaltraum zurückströmt. Wegen dieser ungünstigen Führung des Teil stromes ist am pumpenfernen Ende des Motors auch ein zusätzliches Schaufelrad zur Förderung des Teilstromes vorgesehen.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Aggregat der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem einerseits die Vorteile der bisher bekannten Spaltrohrmotorpumpen erhalten bleiben, andere scits die mit der Lagerung zusammenhängenden Schwierigkeiten vermieden oder doch weitgehend vermindert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Aggregat der eingangs erwähnten Art vor, das sich insbesondere dadurch kennzeichnet, daß ein im wesentlichen rohr- oder glockenförmiger, am Gehäuse befestigter, das Lager umfassender Lagerträger einen im wesentlichen geschlossenen Schmiermittelraum bildet, wobei der Lagerträger an seinem dem Rotorraum zugewandten, die Welle umfassenden Ende mit einer Wellendichtung zusammenarbeitet, und wobei dessen Innenraum über ein etwas verschiebliches, abdichtendes Trennelement vom abgezweigten Teilstrom druckbeaufschlagt wird.
Dieses erfindungsgemäße Aggregat weist eine stabile, belastbare Konstruktion insbesondere auch des oder der Lagerbereiche auf, wobei es aber trotzdem - etwa mit herkömmlichen Spaltrohrmotorpumpenaggregaten vergleichbar - einfach aufgebaut und damit auch leicht montierbar bzw. demontierbar ist. Auch ist durch die Wellendichtung und das Trennelement eine sichere Abgrenzung des Schmiermittelraumes gegeben, wobei das etwas verschiebliche bzw. auslenkbare Trennelement eine kurzwegige Druckübertragung von dem mit Fördermediumdurchströmten Spaltraum zu dem Schmiermittelraum ergibt.
besonders vorteilhaft ist es, daß jetzt auch Wälzlager mit ihren besonderen Vorzügen vorteilhaft eingesetzt werden können. Insbesondere kann dadurch eine erhöhte Lebensdauer der Lagerung bei störungsfreiem Lauf erzielt werden. Außerdem kann man ihre Mindestdauerstandzeit bei den nun vergleichsweise konstanten Betriebsbedingungen mit einiger Genauigkeit abschätzen. Insbesondere haben derartige Wälzlager aber auch den Vorteil, daß sie sowohl große radiale als auch erhebliche axiale Belastungen aufnehmen können. Der Aufwand für einen Axialschubausgleich bei der Pumpe kann dementsprechend erheblich vermindert werden. Ferner haben in einem geschlossenen Schmiermittelraum befindliche Wälzlager gegenüber den sonst in Spaltrohrmotorpumpenaggregaten verwendbaren Gleitlagern den Vorteil, daß sie die guten Laufeigenschaften der Wälzlager praktisch über den gesamten Betriebsbereich des Aggregates haben. Z. B. kann das bei vorbekannten Spaltrohrmotorpumpenaggregaten gefürchtete Trockenlaufen der Lager bei Aussetzen der Pumpenförderleistung nicht auftreten.
Das Trennelement kann beispielsweise als dünne, in sich selbst durchbiegbare Membrane ausgebildet sein, deren eine Flachseite zu dem Schmiermittelraum und deren andere Flach seite zu einem mit dem Rotorraum in Verbindung stehenden (Teilstrom-) Raum weist, wobei die Membrane vorzugsweise aus einem gegenüber dem Fördermedium und dem Schmiermittel neutral reagierenden Werkstoff besteht, vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff, gegebenenfalls aus nichtrostendem Stahl od. dgl. Diese Membrane ermöglicht bei guter Stabilität und Haltbarkeit eine dämpfung und hysteresisarme Druckübertragung.
Eine abgewandelte, vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spaltrohrmotorpumpenaggregates sieht vor, daß als Trennelement ein vorzugsweise innerhalb der Welle gelagerter, verschiebbarer Kolben dient, dessen eine Stirnseite zum Schmiermittelraum und dessen andere Stirnseite zu einem Wellenhöhlungsabschnitt weist, der mit dem Rotorraum in Verbindung steht. Die Anordnung des drückübertragenden Elementes innerhalb der Laufwelle vereinfacht die Konstruktion und damit auch die Iferstellung. Trotzdem ist eine gute Druckübertragung zwischen dem Spaltraum und dem Schmiermittelraum gegeben, so daß praktisch eine einseitige Druckbelastung der Wellendichtung auftritt.
Sowohl bei dem eingangs erwähnten Ausführungsbeispiel mit der Membrane als Trennelement als auch bei der zuletzt beschriebenen, abgewandelten Ausführungsform kann als Wellendichtung eine Lippendichtung dienen, die vorzugsweise als thermoelastische Dichtung ausgebildet ist. Eine derartige Dichtung ergibt einen einfachen und langlebigen Abschluß zwischen dem Schmiermittelraum einerseits und dem Spaltraum andererseits unter den hier herrschenden Betriebsbedingungen.
Eine andere Ausführungsform einer Wellendichtung, die insbesondere bei vergleichsweise hohem Feststoffgehalt des Fördermediums vorteilhaft ist, kann eine Gleitringdichtung aufweisen, deren einer Gleitring vorzugsweise durch eine Feder druckbeaufschlagt ist.
Gleitringdichtungen weisen eine radial orientierte Dichtstrecke mit zwei z. B. federbelasteten aneinanderliegenden Kreisringflächen auf, wobei der eine Gleitring umläuft und der andere Gleitring feststeht. Dies hat neben guten Dichteigenschaften auch den wesentlichen Vorteil, daß Schmutzteile und dergleichen Festkörper fliehkraftbedingt von der Dichtfläche ferngehalten werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Laufwellenlager jeweils am Ende des gesamten Motorpumpenaggregates, vorzugsweise innerhalb von Lagerschilden angeordnet sind. Bei einem Motorpumpenaggregat der vorerwähnten Art ist diese Anordnung der Lager besonders gut möglich, da eine Durchströmung der Lager mit Fördermedium wie bei üblichen Spaltrohrmotorpumpenaggregaten hier nicht vorgeschen ist.
Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, daß die außen liegenden Lagerbereiche gut zugänglich sind, so daß eine Demontage bzw.
Montage von Lagern einfach durchführbar ist. Ein Abflanschen der Pumpe von dem Antriebsmotor kann in diesem Falle also vermieden werden.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Spaltrohrmotorpumpenaggregates, Fig. 2 einen Teillängsschnitt eines pumpenfernen Motorendbereiches, Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines pumpennahen Lagerbereiches, Fig. 4 ebenfalls einen Teillängsschnitt eines nur etwa halbseitig dargestellten Pumpenaggregates, Fig. 5 eine Darstellung zum Druck des abgezweigten Teilstromes, Fig. 6 einen Teilausschnitt aus Fig. 2 und Fig. 7 eine abgewandelte Ausführungsform eines Lagerbereiches.
Ein Spaltrohrmotorpumpenaggregat 1 (Fig. 1) weist als wesentliche Bestandteile einen Pumpenteil 2 und einen Spaltrohrmotor 3 auf, der mit dem Pumpenlaufrad 5 in Verbindung steht.
Der Pumpenteil 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel dreistufig mit jeweils einem Pumpenlaufrad 5 a, 5 b bzw. 5 c ausgerüstet.
Das zu fördernde Medium wird in den Pumpeneinlaß 6 gesaugt und bei dem Pumpenauslaß 7 herausgedrückt.
Der Spaltrohrmotor 3 weist einen Rotor 4 auf, der auf einer Welle 8 sitzt, die in Lagern 9 und 10 gehalten ist. Auf einer pumpenseitigen Verlängerung dieser Welle 8 sitzen auch die Pumpenlaufräder 5 a, 5 b, 5 c des Punipenteiles 2.
Der Motorraum 11 ist in bekannter Weise durch ein Spaltrohr 12 gegenüber dem Statorraum 13 flüssigkeitsdicht abgetrennt.
Der Statorraum 13 ist von einem Gehäusemantel 14 umschlossen.
Bei diesem Spaltrohrmotorpumpenaggregat 1 werden zur Lagerung der Welle 8 Wälzlager 15 verwendet. In dem in den Figuren 1 bis 4 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei jeweils eine doppelte Lagerung vorgesehen. Wegen der im pumpennahen Bereich erhöhten Radialbelastung der Lagerung sind in diesem Bereich Zylinderrollenlager verwendet. In den Figuren 2 und 3 ist dies deutlich erkennbar.
Die Lager 9, 10 befinden sich in einem mit Schmiermittel od.
dgl. gefüllten, geschlossenen Schmiermittelraum 16, der gegenüber dem den Rotor 4 aufweisenden Raum 11 abgedichtet ist.
Zur Verdeutlichung ist dieser Schmiermittelraum 16, der eine Ausgleichsleitung 18 von dem pumpennahen zu dem pumpenfernen Lagerbereich aufweist, mit gepunktet dargestellten Schmiermittel 19 gekennzeichnet. Gegenüber dem Rotorraum 11 ist der Schmiermittelraum 16 druckübertragend abgedichtet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel in dem pumpenfernen Bereich eine Membrane 20 vorgesehen ist. Im Bereich der Welle 8 sind hier als Abdichtungen Lippendichtungen 21 vorgesehen. Der pumpennahe Teilraum 16 a des Schmiermittelraumes 16 ist dabei beidseitig von einer Ringlippendichtung 21 begrenzt, während der pumpenferne Teilraum 16 b im Wellenbereich ebenfalls eine Ringlippendichtung 21, an seinem pumpenfernen Ende jedoch die schon vorerwähntc druckübertragende Membrane 20 aufweist.
Der dem Teilraum 16 b benachbarte, durch die Membrane 20 abgegrenzte Raum 22 ist über Kanäle 23 mit dem Rotorraum 11 verbunden (Fig. 2).
Das pumpenseitige Laufwellenlager kann jedoch auch am Ende des gesamten Pumpenaggregates angeordnet sein, wobei dann der Pumpeneinlaß 6 etwa radial seitlich angeordnet ist. Der Aufbau dieses Lagerbereiches entspricht dann spiegelbildlich dem pumpenfernen Lagerbereich. Je nach den Erfordernissen können hier jedoch gegebenenfalls Zylinderrollenlager verwendet werden.
Das druckübertragende Element (z. B. Membrane 20) weist bei der Lageranordnung am pumpenseitigen äußeren Ende des Aggregates mit seiner einen Flachseite zu dem Schmiermittelraum und mit seiner anderen Flachseite zu dem Ansaugraum der Pumpe.
Die vorerwähnte Ausführungsform mit jeweils an den äußeren Enden z. B. in Lagerträgern angeordneten Laufwellenlagerntvereinfacht erheblich die gesamte Konstruktion und außerdem sind die Lager bzw. die Lagerbereiche u. a. zu Wartungszwecken gut zugänglich. Auch ist die Druckanpassung der beiden benachbarten, von dem Trennelement abgegrenzten Druckräume hier besonders günstig.
Der Rotorraum 11 ist mit Fördermedium gefüllt, das von einem abgezweigten Teilstrom aus dem Pumpenauslaß 7 herrührt. Der abgezweigte Teilstrom gelangt dabei über Zuführkanäle 24 in den eigentlichen Rotorraum 11 und durch den Spalt 29 zwischen dem Rotor 4 und dem Spaltrohr 12 hindurch auch zu dem pumpenfernen Ende des Spaltraumes. Außerdem wird dieser Teilstrom auch über die schon vorerwähnten Kanäle 23 zu dem Raum 22 geleitet. Der pumpenferne freie Rotorraum 11 b weist über eine axiale Höhlung 25 in der Welle 8 eine Verbindung zu einem Pumpenbereich auf, in dem gegenüber dem Druck in dem Pumpenauslaß 7 ein niedrigerer Druck herrscht. Dadurch kommt ein Kreislauf des abgezweigten Teilstromes von Fördermedium zustande, der in erster Linie zum Abtransport der Motorwärme dient. Fig. 4 läßt gut erkennen, daß der zurlickgeführte Teilstrom in den Ansaugbereich des Pumpenlaufrades 5 b der zweiten Stufe des Pumpenteiles 2 geführt wird. Dazu ist das stirnseitige, dem Pumpeneinlaß 6 zugewandte Ende der Welle 8 durch eine Schraube 26 verschlossen, so daß der Teilstrom an den radialen Querbohrungen 27 in den Ansaugbereich des Pumpenlaufrades 5 b gelangt. Durch Zurückleiten des abgezweigten Teilstromes in eine Pumpenstufe von gegenüber dem Ansaugdruck erhöhtem Druck, wird eine sonst gegebenenfalls auftretende Verdampfung des zurückgeführten Fördermediums und damit insgesamt eine Verschlechterung der Pumpwirkung vermieden.
Der Schmiermittelraum 16 ist im wesentlichen durch einen rohr-oder glockenförmigen, am Gehäuse 55 befestigten, das Lager umfassenden Lagerträger 54 gebildet (Fig. 1, 2, 7). Dieser Lagerträger 54 weist an seinem dem Rotorraum 11 zugewandten, die Welle 8 umfassenden Ende die Wellendichtung 21 auf. Der Innenraum des Schmiermittelraumes 16 wird über das Trennelement 20 von dem abgezweigten Teilstrom druckbeaufschlagt. Das Trennelement 20 ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Lagerbereich an dem der Wellendichtung 21 gegenüberliegenden Ende des Schmiermittelraumes 16 angeordnet. Der vorbeschriebene konstruktive Aufbau der Lagerhalterung ergibt eine stabile, belastbare Verbindung des die Laufwelle 8 tragenden Lagers und des Aggregatgehäuses 55. Darüber hinaus ist das Lager und der Schmiermittelraum einfach zugänglich. Dazu kann entweder der äußere Abschlußdeckel 56 oder aber der gesamte Lagerträger 54 abgenommen werden.
Der in dem Rotorraum 11 sowie in dem damit verbundenen Raum 22 (Fig. 2) herrschende Druck des abgezweigten Teilstromes des Fördermediums wird durch die Membrane 20 auch auf den Schmiermittelraum 16 übertragen. Zur Druckübertragung von dem pumpenfernen Teilraum 16 b zu dem pumpennahen Teilraum 16 a ist dabei die Ausgleichsleitung 18 vorgesehen, die auch einen Entlüftungsverschluß 28 aufweist. Durch die Druckübertragung mit Hilfe der Membrane 20 herrscht sowohl in dem Rotorraum 11 als auch in dem Schmiermittelraum 16 etwa gleicher Druck. Es treten dadurch im Bereich der Wellenabdichtungen mittels der Ringlippendichtungen 21 praktisch keine Druckdifferenzen auf, so daß die Druckbelastung dieser Ringlippendichtungen praktisch sehr klein und dadurch eine gute Abdichtung gewährleistet ist. Ein Übertritt von Fördermedium in den Schmiermittelraum 16 oder ein Übertritt von Schmiermittel in den Spaltrohrraum 11 kann auf diese Weise wirksam vermieden werden. Dementsprechend kann man als Lager Wälzlager 9 und 10 verwenden, die sich in Schmiermittel bewegen.
Derartige Wälzlager 15 haben unter anderem den Vorteil, daß sie auch größere nicht ausgeglichene Axialschubkräfte aufnehmen können.Auch haben sie für die Betriebsverhältnisse bei derartigen Pumpen gegenüber Gleitlagern bessere Laufeigenschaften, insbesondere beim Ausfall der Pumpenförderung.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind im pumpennahen Bereich wegen der dort namentlich bei fliegender Lagerung des Pumpenlaufrades 5 auftretenden höheren Radialbelastung Zylinderrollenlager 15 a vorgesehen. Dabei hat man, ebenfalls in Weiterbildung der Erfindung, am pumpenfernen Ende Rillenkugellager 15 b vorgesehen. Diese haben bei den hier meist herrschenden Verhältnissen eine sehr gute Axialbelastbarkeit. Der beim Betrieb des Aggregates 1 auftretende axial gerichtete Schub kann durch diese Rillenkugellager 15 b oft ohne weitere Maßnahmen gut aufgefangen werden. Wenn im Pumpenteil 2 größere Axialschübe auftreten, wird man diese in Weiterbildung der Erfindung durch an sich bekannte Schubausgleichsvorrichtungen weitgehend abbauen. Beispielsweise können derartige Schubausgleichsvorrichtungen durch an den Pumpenlaufrädern vorgesehene Entlastungsbohrungen realisiert werden. Gegebenenfalls kann man auch Ausgleichsscheiben od. dgl.
mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagte Scheiben oder Schaufelrückseiten verwenden. Der dann noch verbleibende Rest-Axialschub kann von den Rollenlagern 15, vorzugsweise dem oder den Rillenkugellagern 15 b übernommen werden. Regelmäßig kommt man bei der Verwendung von Rollenlagern 15 mit geringerem Aufwand für den Axialschubausgleich aus, weil derartige Rollenlager 15 größere Axialschübe aufnehmen können als Axial-Gleitlager.
Wie schon vorerwähnt, gelangt der abgezweigte Teilstrom des Fördermediums durch den Rotorspalt 29 zwischen dem Rotor 4 und dem Spaltrohr 12 hindurch zu dem pumpenfernen freien Spaltrohrraum 11 b. Der Rotorspalt 29 soll dabei einerseits wegen des Motorwirkungsgrades möglichst klein sein, andererseits soll aber seine Drosselwirkung auf den abgezweigten Teilstrom nur so groß sein, daß die Durchflußmenge des Teilstromes zur Motor- und auch Lagerkühlung ausreicht. Zweckmäßigerweise ist die Breite des Motorspaltes auch auf die Zähigkeit der Förderflüssigkeit abgestimmt, und beträgt vorzugsweise bei dünnflüssigem Fördermedium etwa 0,5 mm und bei etwas dickflüssigem Medium etwa 0,5 bis 1 mm. Gegebenenfalls kann bei sehr dickflüssigen Medien die Spaltbreite auch noch etwas größer sein.
Der Motorspalt 29 hat auf den abgezweigten Teilstrom des Fördermediums eine Drosselwirkung, durch die der Teilstromdruck P1 im pumpennahen freien Rotorraum 11 a, das heißt, vor" dem Rotor 4, größer ist als im pumpenfernen Bereich(P2>. Um diese Druckdifferenz möglichst klein zu halten und damit auch eine weitgehend gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Ringlippendichtungen 21 sowohl von der Seite des Schmiermittelraumes 16 (bzw. 16 a, 16 b) her, als auch von dem Spraltraum zu erreichen, ist im Eintrittsbereich der Rückführung des Teilstromes durch die axiale Höhlung 25 der Welle 8, eine Drossel 30 vorgesehen (Fig. 2 und 6). Diese Drossel 30 ist durch eine Verengung der radialen Querbohrung(en) 31 geschaffen. Bei der Bemessung dieser Drossel 30 ist einerseits von Bedeutung, daß die zur Kühlung notwendige Teilstrommenge umströmen kann; andererseits soll aber die Drosselwirkung gegenüber der des Motorspaltes 29 vergleichsweise groß sein. Dadurch kann die Druckdifferenz zwischen dem pumpenseitigen Bereich des Spaltrohrraumes 11 und dessen pumpcnfernen Bereiches klein gehalten werden. Mit steigender Drosselwirkung der Drossel 30 verliert nämlich die durch den Motorspalt 29 gebildete Drossel an Wirksamkeit, und insbesondere kann der Leistungsabfall der Pumpe durch den abgezweigten Teilstrom kleingehalten werden (vgl. Fig. 5).
Aus den vorerwähnten Zusammenhängen ist erkennbar, daß es vorteilhaft sein kann, wenn der pumpenseitige freie Rotorraum 11 a und der pumpenferne Rotorraum 11 b zusätzlich zu$ dem Motorspalt 29 einen Verbindungskanal aufweist. Dadurch kann der Motorspalt 29 weitgehend unabhängig einerseits von der Viskosität des Fördermediums und andererseits auch unabhängig von der Menge des durchlaufenden Medienteilstromes dimensioniert werden. In erster Linie kann deshalb die Breite des Motorspaltes 29 auf einen günstigen Motorwirkungsgrad hin bemessen werden.
Da eine Druckübertragung zwischen dem Rotorraum 11 und dem Schmiermittelraum 16 nur dann in der gewünschten Weise funktioniert, wenn diese Räume luftfrei mit Flüssigkeit gefüllt sind, weist auch der Rotorraum 11, insbesondere der Raumm 22 eine Entlüftungsschraube 34 auf. Durch die Inkompressibilität von Flüssigkeiten ist dann nämlich eine exakte Übertragung des in dem Rotorraum herrschenden Druckes des Medienteilstromes auf die Schmiermittelfüllung des Schmiermittelraumes 16 gewährleistet.
Die Membrane 20 besteht zweckmäßigerweise aus einem Werkstoff, der neutral zum Fördermedium sowie zum Schmiermittel reagiert.
Beispielsweise kann als Werkstoff Gummi oder Kunststoff verwendet werden, was besonders preisgünstig ist. Gegebenenfalls kann die Membrane 20 aber auch aus rostfreiem Stahl od. dgl.
bestehen.
Fig. 7 zeigt einen abgewandelt ausgebildeten, pumpenfernen Lagerbereich. In diesem, insbesondere auch wegen seiner Einfachheit vorteilhaften Ausführungsbeispiel, dient als Trennelement 20 ein innerhalb der Welle 8 gelagerter, verschiebbarer Kolben 50, dessen eine Stirnseite 51 zum Schmiermittelraum 16 und dessen andere Stirnseite 51 a zu einem Wellenhöhlungsabschnitt 52 weist, der mit dem Rotorraum 11 in Verbindung steht. Der Kolben 50 ist in Verschieberichtung zu dem Schmiermittelraum 16 hin zusätzlich durch eine Druckfeder 53 beaufschlagt. Diese zusätzliche Druckbeaufschlagung dient zum Ausgleich der sich einstellenden Druckdifferenz zwischen dem im Bereich der Dichtung 21 herrschenden Druck des im Rotorraum 11 befindlichen Fördermediums und dem die Stirnseite 51 a des Kolbens 50 beaufschlagenden Druckes. Diese Druckdifferenz ist bedingt durch den Widerstand der Zuleitung 58 des Fördermediums von dem Rotorraum zu dem dem Kolben 50 benachbarten Wellenhöhlungsabschnitt 52.
Im Gegensatz zu der beispielsweise in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist hier (Fig. 7) deshalb die Drossel 30 nicht innerhalb dieser Zuleitung 58 angeordnet. Vielmehr ist deren Querschnitt vergleichsweise groß, um die Druckdifferenz möglichst klein zu halten, so daß auch die ausgleichende, zusätzliche Druckbeaufschlagung des Kolbens 50 durch die Druckfeder 53 klein bleiben kann. Vorteilhaft ist in diesem Sinne auch, wenn die Zuleitung 58 möglichst nahe bei der Kolbenführung angeordnet ist.
Die Laufwelle 8 weist, wie bereits vorerwähnt, einen Rücklaufkanal auf, der durch die axiale Höhlung 25 gebildet ist.
Um nun den in dem Wellenhöhlungsabschnitt 52 herrschenden Druck durch die Verbindung mit dem Ansaugbereich oder gegebenenfalls mit einer Pumpenstufe mit gegenüber dem Ansaugdruck erhöhten Druck, nicht zu stark abzubauen, kann der RUcklaufkanal 25 in seinem Querschnitt gegenüber der Zuleitung 58 reduziert sein, so daß sich in dessen Verlauf eine verstärkte Drosselwirkung ergibt. Diese kann aber auch durch die in Fig. 7 innerhalb der Höhlung 25 angeordnete Drossel 30 a erzielt werden.
Insgesamt ist durch die vorerwähnten Maßnahmen eine gute Druckanpassung der benachbarten, voneinander durch die Dichtung 21 abgetrennten Medien - einerseits in dem Rotorraum 11 und andererseits in dem Schmiermittelraum 16 - gegeben, so daß die Dichtung 21 nur vergleichsweise gering belastet wird.
Als Dichtung 21 wird in dem Ausführungsbeispiel (Fig. 7) eine Gleitringdichtung 21 b verwendet. Sie weist einen feststehenden, mit dem Lagerträger 54 verbundenen Dichtungsring 59 und einen mit der Welle 8 mitlaufenden Dichtungsring 59 a auf, der durch eine Feder 60 an den feststehenden Dichtungsring 59 angedrückt wird. Die Gleitringdichtung 21 b weist zwischen ihren Dichtungsringen 5>, 59 a eine radial orientierte Dichtfläche 61 auf. Im Ausführungsbeispiel sind auf den durch die Mittellängsachse des Aggregates geteilten Seiten unterschiedlich ausgebildete Gleitringdichtungen dargestellt. Die Verwendung einer Gleitringdichtung hat den Vorteil, daß in dem Fördermedium enthaltene Festkörper, die durch den Teilstrom auch in dem Bereich der Dichtungen kommen können, von der Dichtfläche 61 fliehkraftbedingt weggeschleudert werden. Eine Beschädigung oder Beeinträchtigung der Lebensdauer der Dichtung kann somit vermieden werden.
Fig. 7 läßt auch noch erkennen, daß der Endbereich der sich bis zum pumpenfernen Ende der Laufwelle erstreckenden Wellenhöhlung im Durchmesser erweitert ist und daß darin der Kolben 50 sowie die ihn druckbeaufschlagende Feder 53 untergebracht sind.
Dabei dient der durch die Querschnittserweiterung in der Wellenhöhlung gebildete Absatz als Anlage für die Druckfeder 53.
Die Lage des Absatzes ist dabei auf die Betriebsposition des Kolbens 50 sowie auf den eriYiinschten Druck der Feder 53 abgestimmt. Andererseits kann in der Praxis aber auch die Druckfeder 53 Je nach den Erfordernissen ausgewechselt und somit eine Zusatzdruckanpassung vorgenommen werden.
Um eine gute Abdichtung zwischen dem Kolben 50 und dessen Führung zu crreichen, weist der Kolben 50 einen in einer Radialnut gelagerten Dichtungsring 62 auf. Erwähnt sei noch, daß die Betriebsbowegung des Kolbens 50 nur gering ist, so daß entsprechend auch die Belastung des Dichtungsringes 62 klein bleibt.
Der Schmiermittelraum 16 weist auch hier durch Schrauben verschlos sene Einfüll- bzw. Entlüftun;söffntmgen auf.
Insgesamt können durch die Aufteilung des Motorraumes im wesentlichen in einen Rotorraum 11 und in einen gegenüber diesem abgedichteten, gegebenenfalls zwei Teilräume 16 a, 16 b (Fig. 2 und 3) aufweisenden Schmiermittelraum 16, die Vorzüge bekannter Spaltrohrmotorpumpenaggregate mit Gleitlagern beibehalten werden, ohne deren insbesondere mit den Gleitlagern verbundeiien Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Auch können bei dem erfindiingsgeitiäßcn Aggregat 1 häufig besondere Axialschubausgleichsvorrichtungen vermieden werden. Das erfindunesgemäße Aggregat ist dariiber hinaus langlebig und wenig störanfällig, da mit einfachen, verschleißarmen Mitteln die erwünschte Druckangleichung des Scrniermi tteldrucke s an den Teils tromdruck beidseitig der Dichtungsstellen insbesondere im Wellenbereich erreicht wird.
Erwähnt sei, daß jeder Teilraum 16 a oder 16 b auch eine eigene druckübertragende Verbindung (z. B. eine Membrane 20 od. dgl.) zu dem Fördermedienteilstrom haben kann.
Für die an den Dichtungsstellen zwischen dem Rotorraum 11 und dem Schmiermittelraum 16 u. a. vorgesehenen Ringlippendichtungen 21 haben sich insbesondere solche mit Polytetrafluoräthylen-ähnlichem Lippenmaterial bewährt. Diese weisen unter anderem geringe Reibungswerte, eine hohe Temperaturbeständig keit und auch eine gute Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien auf.
Durch die Membrane 20, die im Regelfall eine größere Elastizität besitzt als die Ringlippendichtungen 21a, wird demgemäß erreicht, daß der Druck im Schmiermittelraum 16 stets genüsend genau dem Druck in diesem Ringlippendichtungen 21 bebenachbarten Bereich des Spaltraumes entspricht. Insbesondere crfolgt eine Druckanpassung an die unterschiedlichen Betriebsvcrhältnisse des Aggregates, z. B. beim Stillstand, im Anlauf-und Auslaufbereich sowie in den unterschiedlichen Lastzuständen des Aggregates. Dadurch ist die Dichtigkeit über den gesamten Betriebsbereich gewährleistet.
In Fig. 6, die einen etwas abgewandelten Teillängsscl1nitt des pumpenfernen Motorcndbereiches zeiet, ist beispielsweise dargestellt, wie eine Drossel 30 durch einen rohrartigen Einsatzteil 37 gebildet sein kann, der leicht auswechselbar ist. Dadurch lassen sich unterschiedliche Drosseleffekte beim abgezweigten Teilstrom leicht ausprobieren und an die für den jeweiligen praktischen Fall notwendigen Abmessungen anpassen.
Das Einsatzteil 37 ist in seinem mittleren Bereich mit einer Einschnürung 38 versehen, die eine oder mehrere radiale Bohrungen 39 aufweist. Durch diese Bohrung kann der abgezweigte Teilstrom gemäß dem Pfeil Pf 10 in die axiale Höhlung 25 einströmen.
Die Druckverhältnisse des abgezweigten Teilstromes sind anhand der Figur 5 in unmaßstäblicher Darstellung gezeigt. Insgesamt kann das Druckgefälle etwa der Druckdifferenz zwischen dem Pumpenauslaß-Druck PA und dem Ansaugdruck PE entsprechen. Da der abgezweigte Teilstrom jedoch in eine Pumpenstufe mit gegenüber dem Ansaugdruck PE erhöhtem Druck zurückgeführt wird, ergibt sich in dem Ausführungsbeispiel eine Gesa;ntdruckdifferenz #PTGesamtdes Teilstromes, der um den Druck EJ5a der Pumpenstufe 5a vermindert ist. ei P24 ist der Druckabfall in den Zuffillrkanälen 24. Des weiteren setzt sich die Gesamtdruckdifferenz L PTGesamtaus dem Druckabfall PSpalt des Rotorspaltes 29, dem Druckabfall d PDrossel Spalt der Drossel 30 und dem Druckabfall 6 P25/27, der durch die axiale zus Höhlung 25 und die Querbohrung 27 hervorgerufen wird, lelurde nun das durch die Drossel 30 hervorgerufene Druckgefälle entfallen, so würde die DruckdifferenzbPSpalt des Rotorspaltes 29 und damit auch der Druckunterschied zwischen dem pumpennahen freien Rotorraum lla und dem pumpenfernen freien Rotorraum lib ansteigen.
Dies hätte eine erhöhte Belastung der Ringlippendichtungen 21 zur Folge, da ein Druckaus- bzw. Angleich in dem erwünschten Maße zwischen dem Schmiermittelraum 16 und dem Rotorraum 11 beeinträchtigt wäre. Diese Verhältnisse gelten für eine Anordnung mit nur einer Membrane 20. In der Praxis ist von Vorteil, daß die Drossel 30 als auswechselbares Einsatzstück 37 ausgebildet ist, so daß ein einfaches Anpassen der Druckverhältnisse möglich ist.
Erwähnt sei noch, daß das erfindungsgemäße Spaltrohrmotorpumpenaggregat 1 vergleichswe einfach im Aufbau ci"Aufbau und billig in der herstellung und Wartung ist.
Alle in der Beschreibung, den nachrolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Spaltrohrmotorpumpenaggregat mit einem Pumpenteil und einem Elektromotor als Antriebsteil, bei dem der Rotor des Elektromotors mit dem Pumpenlaufrad über eine Laufwelle in Verbindung steht und im wesentlichen durch ein Spaltrohr od. dgl. umschlossen ist, das den den Rotor umschließenden Spaltraum nach außen und gegenüber dem Motor-Stator dicht abschließt, wobei ein gegebenenfalls zur Motorkühlung dienender abgezweigter Teilstrom des Fördermediums den Spaltraum durchfließt, und wenigstens ein Laufwellenlager des Aggregates in einem mit Schmiermittel gefüllten, gegenüber dem Rotorraum abgedichteten Schmiermittelraum angeordnet ist, der mit dem Rotorraum druckübertragend in Verbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein im wesentlichen rohr- oder glockenförmiger, am Gehäuse (55) befestigter, das Lager umfassender Lagerträger (54) einen im wesentlichen geschlossenen Schmiermittelraum (16) bildet, daß der Lagerträger (54) an seinem dem Rotorraum (11) zugewandten, die Welle (8) umfassenden Ende mit einer Wellendichtung (21) zusammenarbeitet, und dessen Innenraum über ein etwas verschiebliches, abdichtendes Trennelement (20) vom abgezweigten Teilstrom druckbeaufschlagt wird.
2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager als Wälzlager (15) ausgebildet sind.
3. Aggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennclement (20) als dünne, in sich selbst durchbiegbare Membrane (20 a) ausgebildet ist, deren eine Flachseite zu dem Schmiermittelraum (16) und deren andere Flachseite zu einem mit dem Rotorraum (11) in Verbindung stehenden (Teilstrom-) Raum weist, und daß die Membrane (20 a) vorzugsweise aus einem gegenüber dem Fördermedium und dem Schmiermittel neutral reagierenden Werkstoff besteht, vorzugsweise aus Gummi oder Kunststoff, gegebenenfalls aus nicht rostendem Stahl od. dgl.
4. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das als Wellendichtung (21) eine Lippendichtung (21 a) dient, die vorzugsweise als thermoelastische Dichtung ausgebildet ist.
5. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Membrane (20 a) des pumpenfernen Lagerbereiches im Trennbereich zwischen dem Motorgehäuse bzw. dem Lagerträger (54) und einem abschließenden Deckel (56) angeordnet ist.
6. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennelement (20) ein vorzugsweise innerhalb der Welle (8) gelagerter, verschiebbarer Kolben (50) dient, dessen eine Stirnseite (51) zum Schmiermittelraum (16) und dessen andere Stirnseite (51 a) zu einem Wellenhöhlungsabschnitt (52) eist, der mit dem Rotorraum (11) in Verbindung steht.
7. Aggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (o) zusätzlich in Verschieberichtung zu dem Schmiermittelraum (16) druckbeaufschlagt ist, vorzugsweise durch ein als Druckfeder ausgebildetes Stellelement, das an der zu dem Wellenhöhlungsabschnitt (52) weisenden Stirnseite (51a) des Kolbens (50) angreift.
8. Aggregat nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwelle (8) in an sich bekannter Weise zumindest bereichsweise hohl als Rücklaufkanal zum Rücktransport des abgezweigten Teilstromes des FUrdermediums ausgebildet ist, daß diese Innenhöhlung (25) der Laufwelle (8) sich bis zu deren pumpenfernen Ende erstreckt und daß in diesem Endbereich der Höhlung der Kolben (50) gelagert ist.
9. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Htihlungsendbereichim Durchmesser erweitert ist und daß darin der Kolben (50) sowie die ihn druckbeaufschlagende Feder (53) untergebracht sind.
10. Aggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Querschnittserweiterung in der Wellenhöhlung (25) gebildete Absatz als Anlage für die Druckfeder (53) dient und daß seine Lage auf die Betriebsposition des Kolbens (50) sowie auf den erwünschten Druck der Feder (53) abgestimmt ist.
11. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (50) einen in einer Nut gelagerten Dichtungsring (62) aufweist.
12. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Wellendichtung (21) eine Gleitringdichtung (21 b) dient, deren einer Gleitring (59 a) vorzugsweise durch eine Feder (60) druckbeaufschlagt ist.
13. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenhöhlung nahe bei der Kolbenführung eine Verbindung zu dem pumpenfernen Spaltrohrraum (11 b) aufweist, der die die Wellendichtung (21) beaufschlagende Flüssigkeit enthält.
14. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rücklaufkanales (25 a) eine Drossel (3aS angeordnet ist.
15. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufkanal (25) in an sich bekannter Weise in eine Pumpenstufe (5 b) von gegenüber dem Ansaugdruck (pO) erhöhtem Druck mündet.
16. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsquerschnitte für den abgezweigten Teilstrom des Fördermediums auf die für die Lager- und Motorkühlung erforderliche Menge abgestimmt sind.
17. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwelle (8) in an sich bekannter Weise etwa glatt durchgehend ausgebildet ist und in ihren Lagerbereichen die Innenringe der Lager trägt.
18. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lagerung ein Schmiermittelraum (16, 16 a, 16 b) zugeordnet ist.
19. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen wälzlagern (15) zugeordneten Schmiermittelräume (16; 16 a, 16 b) über eine Druckausgleichsleitung (18) in Verbindung stehen, an die vorzugsweise eine Entlüftungseinrichtung für die Schmiermittelräume (16 a, 16 b) angeschlossen ist.
20. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ftihrungsleitungen od. dgl.
(23, 24, 29) für den abgezweigten Teilstrom eine Entlüftungseinrichtung (34) besitzen, 21. Aggregat nach eincm oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Pumpenlaufräder (5) und der Motorrotor(4) in an sich bekannter Weise auf einer gemeinsamen Laufwelle (8) sitzen und vorzugsweise das pumpennahe Lager als Zylinderrollenlager sowie das pumpenferne Lager als Rillenkugellager ausgebildet sindi.
22. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufwellenlager Jeweils am Ende des gesamten Motorpumpenaggregates innerhalb von Lagerträgern (54) angeordnet sind.
23. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Pumpenteil axialschubausgleichende Mittel vorgesehen sind, während die Wälzlager (15) den Rest-Axialschub übernehmen.
24. Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der pumpenseitige Lager-Spaltrohrraum (11 a) und der pumpenferne Lager-Spaltrohrraua (11 b) über wenigstens einen Verbindungskanal (40) in Verbindung stehen.