DE2722228A1

DE2722228A1 - Gleitlager fuer umwaelzpumpen

Info

Publication number: DE2722228A1
Application number: DE19772722228
Authority: DE
Inventors: Poul Due Jensen
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1978-11-23

Description

Patentanwalt»

Diol.-Chem. Dr. Woif^ng Laufer O

.4 Lübeck. ßrüto S.r.3. 82-54

Anmelder: Grundfos A/S, DK-885O Bjerringbro

Gleitlager für Umwälzpumpen

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager für Umwälzpumpen, dessen
eines als Lagerring ausgebildetes Lagerelement von einer Trennwand gehalten wird, welche das Pumpengehäuse in eine den Rotor
des elektrischen Antriebsmotors aufnehmenden Rotorraum und einen das Pumpenlaufrad aufnehmenden Pumpenraum unterteilt, während
das andere Lagerelement mit der den Rotor und das Laufrad tragenden Pumpenwelle umläuft.

Im Vergleich zu Lagern anderer Maschinen werden an die Lager von Umwälzpumpen für Heizungs- und Brauchwasseranlagen wegen der geforderten hohen Betriebsstundenzahl und wegen der speziellen Eigenschaften des als Schmiermittel verwendeten Förderwassers besondere Anforderungen gestellt, da die Pumpen normalerweise schon während der Garantiezeit mehr als I0.000 Betriebsstunden laufen und das
Förderwasser bei der relativ hohen Betriebstemperatur eine sehr
geringe Zähigkeit und damit keine guten Schmiereigenschaften hat« Es kommt noch eine nicht vermeidbare Verunreinigung des Wassers
durch Schmutz, Rost und dgl. hinzu, so daß diese Bedingungen
insgesamt gesehen zu einem entsprechend schnellen Verschleiß der Lager führen werden.

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Man kann zwar diesem Verschleiß durch Einsatz harter Lagerwerkstoffe, wie Oxydkeramik oder Hartmetall, entgegenwirken und damit die Lebensdauer der Lager beachtlich erhöhen, jedoch kann man trotz allem das Lagerproblem nicht abschließend und zufriedenstellend lösen, wenn man mit den bisher verwendeten Lageranordnungen und Lageraufbauten arbeitet. Diese bestehen bekanntlich aus getrennten Radial- und Axiallagern im Bereich der Trennwand. Durch Verschleiß im Radiallager wird das Lagerspiel und somit auch der Querschnitt der Verbindung zwischen dem Pumpenraum und dem Rotorraum größer, was einen erhöhten Wasseraustausch zwischen diesen beiden Räumen zur Folge hat« Dies führt zwangsweise dazu, daß auch mehr Schmutzteile in den Rotorraum gelangen, so daß es früher oder später zum Blockieren des Rotors im Spaltrohr kommen wird.

Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Pumpenkonstruktionen besteht darin, daß zum Anfahren einer Pumpe, die mit zylinderischen Gleitlagern arbeitet, ein relativ großes Haftreibmoment zu überwinden ist. Dieses Moment ist in verschmutzten Systemen häufig größer als das Anfahrmoment des Pumpenmotors, so daß der Rotor über die Deblockierungseinrichtung von Hand angeworfen werden muß. Zur Durchführung dieser Arbeit ist in den meisten Fällen ein Fachmann heranzuziehen, was wiederum für den Betreiber der Anlage einen entsprechenden Kostenaufwand verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aufgezeigten Mängel durch Anwendung eines bestimmten und einfach zu fertigenden Lager-

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typs zu vermeiden. Insbesondere soll ein Gleitlager für Umwälzpumpen vorgeschlagen werden, bei dem im Zusammenwirken mit den übrigen Pumpenteilen für eine selbsttätige Lagernachstellung und auch dafür gesorgt ist, daß beim Anfahren der Pumpe ein nur geringes Haftreibungsmomer^t zu überwinden ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat das Gleitlager kegelstumpfförmige Gleitflächen, wobei die Mantellinien dieser Gleitflächen zum Rotorraum hin divergieren.

Vorzugsweise hat der von der Trennwand gehaltene Lagerring neben der kegelstumpfförmigen Gleitfläche zusätzlich eine zylindrische Gleitfläche, mit der er (Sie Antriebswelle umfaßt.

Kegelförmige Gleitlager sind im Prinzip bekannt. Mit ihnen können sowohl Axialkräfte als auch Radialkräfte übertragen werden. Durch die Verwendung eines solchen Lagers anstelle der bisher benutzten Axial-Radial-Drucklager bei Umwälzpumpen und durch einen sinnvoll gelegten Verlauf der kegelstumpfförmigen Gleitflächen ergeben sich einige wesentliche und nachfolgend erläuterte Vorteile.

Wenn die Pumpe abgestellt wird, lösen sich bei normaler waage- . rechter Einbaulage der Welle die Lagerflächen voneinander, und zwar aufgrund der Schwerkraft des sich dann vom feststehenden Lagerring axial fortbewegenden Rotors. Beim Wiederanfahren der Pumpe ist demnach nur ein kleines Haftmoment zu überwinden, zumal der zylindrische Teil des feststehenden Lagerringes entsprechend schmal ist. Beispielsweise kann der Quotient aus der Breite der zylin-

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drischen Gleitfläche und dem Wellendurchmesser kleiner als 0,4 sein.

Die auf unterschiedlichem Durchmesser liegende und mit der Welle umlaufende Kegelfläche hat, in Axialrichtung zum Rotorraum gesehen, eine in dieser Richtung anteigende Umfangsgeschwindigkeit, so daß das Lager quasi als Reibungspumpe wirkt und den Rotorraum unter Druck setzt. Hierdurch kann weitestgehend eine Dampfbildung und ein im Zusammenhang hiermit häufig auftretender Trockenlauf der Lager verhindert werden.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich das Lager durch den am Laufrad entwickelnden Achsschub stets selbsttätig nachstellen wird, so daß eine unerwünschte Vergrößerung des den Pumpenraum und den Rotorraum verbindenden Lagerspaltes verhindert wird. Das Lager wirkt also praktisch wie eine Gleitringdichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die Seitenansicht einer Umwälzpumpe in teilweisem Schnitt

und
Figur 2 das erfindungsgemäße Gleitlager in größerem Maßstab

Der Innenraum des Gehäuses 1 wird durch eine im wesentlichen radial verlaufende und scheibenförmige Trennwand 2 in einen den Rotor 3 aufnehmenden Raum 4 und einen Pumpenraum 5 unterteilt, in dem sich das auf dem einen Ende der Pumpenwelle 6 sitzende Laufrad 7 befindet.

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Die Welle 6 wird an dem nach der Zeichnung rechten Ende von einem Radiallager abgestützt, dessen Lagerring 8 in einer mit dem Gehäuse 1 geeignet verbundenen Lagerschale 9 sitzt. Bei der vorliegenden Erfindung geht es um die Ausbildung, Anordnung und Funktion des anderen im Bereich der Trennwand 2 vorgesehenen Gleitlagers.

Dieses Gleitlager ist ein kegelförmiges Lager mit einem ersten als Lagerring 10 ausgebildeten Lagerelement, das in einen topfartig eingezogenen Teil der Trennwand 2 eingepreßt ist und eine kegelstumpf förmige Gleitfläche 10a sowie eine zylindrische Gleitfläche 10b hat, mit dem der Lagerring 10 die Antriebswelle 6 umfaßt. Das andere Lagerelement wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen auf der Welle 6 sitzenden Lagerring 11 dargestellt, der eine kegelstumpfförmige Gleitfläche 11a hat, die mit der Fläche 10a zusammenarbeitet.

Die Lagerringe 10 und 11 können aus Hartmetall oder auch aus Oxydkeramik bestehen. Jedenfalls hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wenn zumindest eine der Gleitflächen aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht.

Man erkennt aus der Darstellung das wesentliche Merkmal, daß nämlich die Gleitflächen 10 a und 11a bzw. die Mantellinien dieser Gleitflächen zum Rotorraum 4 hin divergieren, wobei sich die Mantellinien unter einem Winkel von 60° bis 120° schneiden sollten.

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Hierdurch werden die schon einleitend genannten Vorteile und Funktioner erreicht, nämlich ein selbsttätiges Nachstellen des Lagers mit einer damit bedingten hohen Lebensdauer und eine in den Rotorraum pumpende Lagerpumpe, die diesen Raum zur Unterdrückung von Dampfbildung unter einen entsprechend hohen Druck setzt, welcher der Summe aus deA Systemdruck und dem von Laufrad erzeugten Pumpendruck entspricht. Weiterhin besteht das gleichzeitig axial und radial tragende und wie eine Gleitringdichtung wirkende Gleitlager aus wenigen und einfach zu fertigenden Teilen.

Durch die die Welle 6 umfassende zylindrische Gleitfläche 10b wird die Welle und damit der Rotor 3 vor allem bei der selbsttäigen Ent-1 üftung des Rotorraums 4 zentriert. Bei dem meist unsymmetrischen Luftaustritt durch den zwischen den Gleitflächen 1Oa und 11a gebildeten Lagerspalt könnten sonst beim Entlüftungsvorgang unkontrollierbare Radialbewegungen des Rotors auftreten, die gegebenenfalls zu Beschädigungen der betroffenen Aggregatteile führen würden.

Der gesonderte Lagerring 11 kann auch entfallen, wenn man dort die Welle 6 mit einer kegeligen Gleitfläche versieht, die dann entsprechend mit der Gleitfläche 10a zusammenarbeitet. In diesem Fall müßte die Welle zumindest im Lagerbereich aus Lagerwerkstoff bestehen, also beispielsweise aus Oxydkeramik.

Abschließend sei noch erwähnt, daß zur Erzielung ausgewogener Druck- und Belastungsverhältnisse die axiale Projektion der zusammenarbeitenden kegelstumpfförmigen Gleitflächen mindestens gleich dem Querschnitt der Pumpenwelle im Bereich der Laufradbe-

festigung sein sollte.

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Claims

Patentanwälte Dr. Huno Wilckerr · <« Dipl.-!ng· Thomas Wilcken , Dipl.-Che.-T». Dr. Wolfgang Laufer M Lübeck. Srr.ite S.raGe δ*-54 9 7 ? 9 ? 9 ft Anmelder: Grundfos A/S, DK-8850 Bjerringbro (Dänemark) Patentansprüche

1.) Gleitlager für Umwälzpumpen/ dessen eines als Lagerring ausgebildetes Lagerelement von einer Trennwand gehalten wird, welche das Pumpengehäuse in einen den Rotor des elektrischen Antriebsmotors aufnehmenden Rotorraum und einen das Pumpenlaufrad aufnehmenden Pumpenraum unterteilt, während das andere Lagerelement mit der den Rotor und das Laufrad tragenden Pumpenwelle umläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (10,11) kegelstumpfförmige Gleitflächen (10a, 11a) hat und daß die Mantellinien der Gleitflächen zum Rotorraum (4) hin divergieren.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Trennwand (2) gehaltene Lagerring (10) die Welle (6) mit einer zylindrischen Gleitfläche (10b) umfaßt.

3. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mantellinien der kegelstumpfförmigen Gleitflächen (10a, 11a) unter einem Winkel von 60° bis 120° schneiden.

4. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Lagerelement durch einen gesonderten Lagerring (11) oder durch eine an der Welle (6) ausgebildete Kegelstumpffläche gebildet wird.

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5. Gleitlager nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Projektion der gegeneinander anliegenden kegelstumpf förmigen Gleitflächen (10a, 11a) mindestens gleich dem Querschnitt der Welle (6) im Bereich der Laufradbefestigung ist.

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