DE3210761C1

DE3210761C1 - Pumpenaggregat fuer Wasser fuehrende Anlagen,insbesondere fuer Heizungs- und Brauchwasseranlagen

Info

Publication number: DE3210761C1
Application number: DE3210761A
Authority: DE
Inventors: Jensen Nils Due; Nielsen Kurt Frank
Original assignee: Grundfos AS
Current assignee: Grundfos AS
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1983-09-29
Also published as: FR2524080B1; GB2120321A; JPH0240877B2; JPS58174195A; US4516915A; FR2524080A1; GB2120321B; GB8307895D0

Description

0,5 < d/D < 0,9
0,5 < x/J < 0,9
0,1 < x/b < 0,8

35

40

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat für Wasser führende Anlagen mit einem Spaltrohr-Motor und mit einer von diesem angetriebenen Kreiselpumpe, deren Laufrad auf dem im Pumpenraum befindlichen Ende der Welle sitzt, die durch zwei beiderseits des Rotorblechpakets vorgesehene Radialgleitlager getragen wird, zumindest im Bereich dieser Gleitlager aus Keramik besteht und bei axial auf das Laufrad wirkenden Kräften relativ zu den Keramik-Lagerringen der Radialgleitlager längsbeweglich ist, wobei die größtmögliche Strecke χ dieser Längsbewegung durch zwei Axialgleitlager begrenzt ist.

Das Wasser aus dem üblichen Wasserversorgungsnetz enthält je nach Art und Ort seiner Gewinnung mehr oder weniger große Anteile an Beimengungen, die zur Korrosion oder Versteinung der Anlage führen können. Dabei sind Störungen des Pumpenaggregates weniger durch Korrosion, sondern vor allem durch Steinablagerungen bedingt, deren Ursache in den meisten Fällen das im Wasser gelöste Hydrogencarbonat des Calciums Ca (HCC^ ist, das beim Erwärmen des Wassers als unlösliches Calciumcarbonat CaCo₃ ausfällt und den sogenannten Kesselstein bildet.

Dieses Calciumcarbonat setzt sich auch auf dem Umfang der Pumpenwelle als Belag ab, so daß der Belag bei Axialbewegungen der Welle in die die Welle tragenden Radialgleitlager hineingezogen wird, was häufig zu einem Blockieren der Welle führt. Im übrigen sind längsgerichtete Verstellbewegungen der Welle bei Brauchwasseranlagen unvermeidlich. Sie werden z. B. hervorgerufen durch schlagartiges Öffnen von Wasserhähnen, da hierbei entstehende Kräfte impulsartig auf das Laufrad der Pumpe einwirken und dieses zusammen mit der Welle axial verstellen, und zwar aus einer für den stationären Betriebsfall maßgebenden Position in eine instationäre Position, aus der die Welle nach Ende des Kraftimpulses schließlich wieder selbsttätig in die Ausgangslage zurückkehrt.

Das Axialspiel der Welle zwischen beiden Positionen ist im übrigen durch die jeweilige Fertigungstechnik und speziell auch durch die axiale Kompressibilität der elastischen Dichtungen möglich und nicht zuletzt auch erforderlich, um übermäßige Belastungen der Welle zu vermeiden. Die größtmögliche Strecke der axialen Wellenverstellung wird allerdings definitiv durch zwei Axiallager festgelegt und begrenzt.

Unter den gegebenen Umständen bietet sich hier also nicht die Möglichkeit an, die vorher angesprochene Gefahr einer Wellenblockierung einfach dadurch auszuschließen, daß man kein Axialspiel der Welle zuläßt, so daß man bei den bisher bekannten Lösungen stets damit rechnen muß, daß bei einer axialen Wellenverstellung Ablagerungen bzw. Beläge auf dem Wellenumfang in die Radiallager hineingezogen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und auch billige Lösung für das Problem vorzuschlagen, wie trotz der nicht zu verhindernden Ablagerungen auf dem Wellenumfang ein Blockieren der Welle in den Radialgleitlagern ausgeschlossen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem eingangs erwähnten Pumpenaggregat ausgegangen und dieses erfindungsgemäß so ausgebildet, daß in der Welle unmittelbar neben den beiden Lagerbereichen der Radialgleitlager je eine Ringnut vorgesehen ist, und zwar jeweils angrenzend an das zum Laufrad gerichtete Ende dieser Lagerbereiche, und daß die größtmögliche Strecke der Wellenlängsbewegung kleiner ist als die Breite der Radialgleitlager und auch kleiner ist als die Breite der Ringnuten.

Bei stationärer Betriebsweise werden sich die Gleitflächen der beiden Radiallagerringe voll auf dem betreffenden Umfangsteil der Welle abstützen können, wobei nicht zu erwarten ist, daß im Wasser befindliche Partikel in entscheidendem Maße in die Lagerspalte gelangen und zu Störungen führen können. Links und rechts der Lagerbereiche wird sich jedoch ein Belag auf der Welle absetzen. Dabei kann im Hinblick auf eine axiale Wellenbewegung aber nur der Belag kritisch werden, der bei dieser Wellenbewegung in der einen Richtung, die durch den Übergang von der stationären auf die instationäre Betriebsweise bestimmt ist, in die Lagerspalte gezogen werden wird. Dieser Belag wird sich jedoch der aufgezeigten Lösung entsprechend in den Ringnuten und somit auf einem Niveau absetzen, das radial gesehen niedriger bzw. weiter zur Wellenmitte hin liegt als der unmittelbar benachbarte Wellenumfang im Lagerbereich, so daß bei einer Verstellung der Welle in der betreffenden einen Richtung kein Belag in die Lagerspalte gelangen wird.

Da beim instationären Zustand die Ringnuten zum Teil in die Radiallagerringe eingetreten sind, werden diese Lagerringe nicht mehr voll auf dem Wellenumfang aufliegen, so daß zu erwarten ist, daß die Radiallager nicht mehr im Bereich einer hydrodynamischen

Schmierung ohne Kontakt der Gleitflächen, sondern im Mischreibungsbereich arbeiten werden. Abgesehen davon, daß der instationäre Betriebszustand nur kurzzeitig auftritt und insofern schon keine Lagerschäden zu befürchten sind, bringt dieser Zustand aber noch den Vorteil, daß evtl. doch in den Lagerspalten befindliche Ablagerungen zerrieben und schließlich vom Wasser ausgespült werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen schematischen und vereinfachten Längsschnitt durch ein Pumpenaggregat nach der Erfindung und

F i g. 2 den in F i g. 1 von einem Kreis eingeschlossenen Teil im größeren Maßstab.

Im Gehäuse 1 des Spaltrohr-Motors sind der im wesentlichen aus dem Blechpaket 2 und den Wicklungen 3 bestehende Stator und der Rotor mit seinen Teilen untergebracht. Hierzu gehören die Welle 4 mit den sie beiderseits des Rotorblechpaketes 5 abstützenden Radialgleitlagern 6, 7. In der Welle sind der Ze^: *hnung entsprechend links neben den beiden Lagerringen bzw. Radialgleitlagern 6, 7 Ringnuten 4a und 4b vorgesehen. Das Gehäuse 10 der Kreiselpumpe umgibt den Pumpenraum 11, in den das eine Ende der Welle 4 mündet, auf dem das Laufrad 12 sitzt. Zwischen dem Pumpenraum 11 und dem Motorraum ist eine Trennwand 13 eingebaut. Der mit Wasser gefüllte Rotorraum 14 ist gegenüber dem trockenen Statorraum 15 durch das Spaltrohr 16 flüssigkeitsdicht abgetrennt. Das Wasser wird in Richtung der eingezeichneten Pfeile A durch das Pumpengehäuse 10 gefördert. Es tritt also durch den Ansaugstutzen 10a ein und gelangt über das Laufrad 12 zum Druckstutzen 10Zj, wo es wieder aus dem Pumpengehäuse austritt. Im übrigen sind diese und sonstige Funktionen sowie baulichen Merkmale derartiger Pumpenaggregate allgemein bekannt, so daß eine weitergehende Erläuterung nicht notwendig erscheint. In diesem Zusammenhang soll deshalb nur noch hingewiesen werden auf vorbekannte Pumpenaggregate, wie sie unter anderem in den deutschen Offenlegungsschriften 25 16 575, 25 29 399 und 26 39 541 dargestellt und beschrieben sind.

Während des normalen stationären und ohne wesentliche Wasserdruckänderungen erfolgenden Betriebes hat die Welle 4 die in F i g. 1 gezeigte Position, bei der also der Lagerring 8 des pumpenseitigen Axiallagers an der gegenüberliegenden geschliffenen Stirnfläche des Radiallagerringes 6 anliegt. Dabei besteht zwischen dem anderen Radiallagerring 7 und dem am Rotor sitzenden Axiallagerring 9 ein Abstand x, der durch Fertigungstoleranzen und durch das Setzen der zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Spaltrohr 16 befindlichen Flachdichtungen 17 bestimmt ist. Dieser Abstand χ stellt die größtmögliche Strecke dar, um die sich die Welle 4 aus der dargestellten Lage nach rechts bewegen kann. Im übrigen beträgt das 4 am Lagerbereich ist.

Wenn der Wasseranlage plötzlich Wasser entnommen wird, entstehen bekanntlich Impulskräfte, die so wirken können, daß das Laufrad 12 und somit zwangsläufig auch die Welle 4 nach rechts (Fig. 1) verschoben werden, wobei normalerweise der tatsächlich zurückgelegte Verschiebeweg der Strecke χ entsprechen wird und somit der Lagerring 9 gegen die gegenüberliegende Stirnfläche des Lagerringes 7 zur Anlage kommt. Gleichzeitig treten die in der Welle 4 befindlichen Ringnuten 4a und 4b aus der in F i g. 1 für den stationären Fall geltenden Position teilweise in die Radiallagerringe 6, 7 ein, ohne daß hierbei Ablagerungen auf der Welle mit in die Lagerspalte gezogen werden können, da eben die für diesen Fall kritischen Ablagerungen auf der Oberfläche der Nut und somit auf einem tieferen Niveau als der Lagerspalt liegen. Im übrigen gilt jetzt im Vergleich zum stationären Betriebsfall natürlich ein neues Verhältnis von Breite zu Durchmesser an den Radiallagern, das für den Grenzfall (b—x)/D sein wird, nämlich wenn die Welle 4 um die volle Strecke χ nach rechts verschoben wurde.

Während im stationären Betrieb gemäß F i g. 1 die Radiallager 6_S 7 über die volle Breite der Lagerringgleitflächen tragen können und im Bereich hydrodynamischer Schmierung ohne Kontakt der Gleitflächen laufen können, werden im instationären Betrieb bei nach rechts verschobener Welle 4 beide Radiallager aufgrund der geringeren wirksamen Lagerfläche im Mischreibungsbetrieb laufen. Da aber die Welle 4 zumindest an den Lagerbereichen und auch die Lagerringe 6,7 aus harter Oxidkeramik hergestellt sein sollen, besteht durch den nur kurzzeitigen Mischreibungsbetrieb keine Gefahr für die Lager. Wie schon einleitend erwähnt wurde, hat der Zustand der Mischreibung ggf. noch Vorteile insofern, als auf der Gleitfläche 4c der Welle 4 befindliche Ablagerungen, die möglicherweise während des normalen stationären Betriebes doch angefallen sein könnten, zwischen den Gleitflächen zerrieben und schließlich mit dem Wasser abgeführt werden können.

Im übrigen ist es verständlich, daß die zugelassene Strecke χ für die Axialbewegung der Welle 4 kleiner sein muß als die Breite b der Radiallagerringe 6, 7 und auch kleiner sein muß als die Breite bzw. Länge / der Ringnuten 4a, 4b, damit im instationären Betriebsfall eine noch ausreichende Überdeckung zwischen den Lagerringgleitflächen und dem Wellenumfang besteht. Als Anhaltspunkt für die Dimensionierung der betreffenden Strecken und Durchmesser können etwa folgende Bedingungen gelten, nämlich 0,5 < x/1 < 0,9 und 0,1 < x/b < 0,8. Für den über den Nutengrund gemessenen Durchmesser d und für den Wellendurchmesser D am Lagerbereich kann die Beziehung 0,5 < d/D < 0,9 gelten.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Lösung im Prinzip bei allen Wasser führenden Anlagen zur Anwendung kommen kann, sofern bei solchen Anlagen die vorher beschriebenen Probleme auftreten. Insbesondere wird dies bei

wirksame Verhältnis von Breite zu Durchmesser der xiw_Ui_C«,_c auuicien. insDesonaere wird die: Radiallager b/D, wobei b die axial gemessene Breite der ⁶⁰ Heizungs- und Brauchwasseranlagen der Fall sein Radiallagerringe 6,7 und D der Druchmesser der Welle

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

- Leerseite

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche:

1. Pumpenaggregat für Wasser führende Anlagen mit einem Spaltrohr-Motor und mit einer von diesem angetriebenen Kreiselpumpe, deren Laufrad (12) auf dem im Pumpenraum (11) befindlichen Ende der Welle (4) sitzt, die durch zwei beiderseits des Rotorblechpakets (5) vorgesehene Radialgleitlager (6, 7) getragen wird, zumindest im Bereich dieser _]0 Gleitlager aus Keramik besteht und bei axial auf das Laufrad (12) wirkenden Kräften relativ zu den Keramik-Lagerringen der Radialgleitlager (6, 7) längsbeweglich ist, wobei die größtmögliche Strecke χ dieser Längsbewegung durch zwei Axialgleitlager ^ (8, 9) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle (4) unmittelbar neben den beiden Lagerbereichen der Radialgleitlager (6, 7) je eine Ringnut (4a, 4b) vorgesehen ist, und zwar jeweils angrenzend an das zum Laufrad (12) gerichtete Ende dieser Lagerbereiche, und daß die erwähnte Strecke χ kleiner ist als die Breite b der Radialgleitlager (6, 7) und auch kleiner ist als die Breite /der Ringnuten (4a, 4b).

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den über den Nutengrund gemessenen Durchmesser d der Ringnuten (4a, 4b), für den Durchmesser D der Welle (4) im Radiallagerbereich, für die erwähnte Strecke x, für die Breite 1 der Ringnuten (4a, 4b) und für die Breite b der Laufflächen der Radialgleitlager (6,7) folgende Bedingungen gelten: