DE3305174C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit Spaltrohr- Magnetkupplungsantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Pumpen sind, z. B. durch die DE-OS 32 07 166, be­ kannt und haben sich in etlichen Bereichen als vorteil­ haft erwiesen. Sie haben jedoch bezüglich des sich bei ihnen ergebenden Axialschubes bzw. eines Axialschubaus­ gleichs noch Nachteile.

Der Erfindung liegt daher die Auf­ gabe zugrunde, die gattungsgemäße Kreiselpumpe dahingehend zu verbessern, daß ein sich selbsttätig einstellender Axialschubausgleich möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kreisel­ pumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß zwischen dem Boden des Spaltrohrs und der antrieb­ seitigen Stirnfläche des Läufers ein auf eine Axialver­ schiebung des Läufers ansprechendes Drosselventil vorge­ sehen ist. Dadurch erhält man im Wege des abgezweigten Teil­ stromes eine konstante und eine veränderliche Drossel, wodurch auch mit verhältnismäßig geringen Axialverschie­ bungen des Läufers ein sich sicher und selbsttätig ein­ stellender Axialschubausgleich erreicht wird.

Zwar ist aus der FR-PS 14 32 982 auch bereits eine Kreisel­ pumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplung bekannt, die zwei Drosselstellen aufweist. Bei dieser vorbekannten Kreisel­ pumpe bilden jedoch das antriebseitige Pumpenlaufrad so­ wie der Magnetkupplungs-Innenrotor keinen ineinander über­ gehenden Läufer sondern das dortige Pumpenlaufrad und der zugehörige Magnetkupplungs-Innenrotor stehen in der üb­ lichen Weise über eine Antriebswelle in Verbindung, die in einem zwischen Pumpenlaufrad und Magnetkupplungs-Innen­ rotor eingreifenden Lagerträger gelagert ist, wodurch sich bereits bezüglich des abgezweigten Teilstromes eine an­ dere Problematik ergibt. Außerdem sind bei dieser vorbekannten Kreiselpumpe zwei entgegengesetzt wirkende veränderliche Drosseln vorgesehen, wodurch eine Instabilität des Rotors bezüglich des Axialschubausgleiches erzeugt werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Dabei begünstigen die Merkmale von Anspruch 2 eine einfache Montage. Die Merkmale des dritten Anspruches begünstigen die Abfuhr von mit in den abgezweigten Teil­ strom hineingelangtem Gas zur Pumpensaugseite hin. Durch die Merkmale des vierten Anspruches erhält man auf kon­ struktiv einfache Weise beim Drosselventil Durchflußquerschnitte, deren Flächen sich passend zur Läufer-Axialverschiebung ändern.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenan­ sicht einer Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnet­ kupplungsantrieb, und jeweils schematisiert

Fig. 2 die Druckbeaufschlagung des Laufrades nach Fig. 1 sowie

Fig. 3 die Druckbeaufschlagung der antriebsseitigen Stirnseite des Läufers nach Fig. 1.

Eine im ganzen mit 101 bezeichnete Kreiselpumpe hat ein Pumpengehäuse 2 mit einem Ansaugstutzen 24. Im Gehäuse 2 be­ findet sich ein Pumpenlaufrad 109 üblicher Bauart mit einer axial orientierten Ansaugöffnung 150, bei der außen in bekannter Weise ein Dichtring 151 vorgesehen ist. An­ triebsseitig ist das Innere des Pumpengehäuses 2 mittels eines Spaltrohrtopfes 103 abgeschlossen, der sich aus dem Spaltrohr 135 und dessen Boden 159 zusammensetzt. Der Antrieb des Pumpenlaufrades 109 erfolgt mit Hilfe einer Spaltrohr-Magnetkupplung 5, zu der ein außerhalb des Spalt­ rohrtopfes 103 angeordneter Außenmagnetträger 6 und ein innerhalb des Spaltrohrtopfes 103 angeordneter Magnet­ kupplungs-Innenrotor 104 (kurz: "Innenrotor 104") gehören. Der Pumpenläufer könnte mehrere Pumpenlaufräder haben. Dabei wird das antriebsseitige Pumpenlaufrad, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das einzige Pumpenlaufrad 109, zusammen mit dem Innenrotor 104 einen ineinander übergehenden Läufer 139 bilden. Der Innenrotor 104 steht über einen Ringflansch 44 mit dem Pumpenlaufrad 109 in Verbindung und trägt dort einen Innenring 38. Diesen um­ greift ein im Pumpengehäuse 2 angeordneter Spaltring 111. Ein vom Fördermedium abgezweigter Teilstrom gelangt vom rückwärtigen Laufradseitenraum 152 (vgl. Pfeil Pf 1) über den beim Spaltring 111 bestehenden Spalt zwischen dem Innenrotor 104 und dem Spaltrohr 135 hindurch und wird dann über eine Rücklaufbohrung 123 durch den Innenrotor 104 bis zu einer Stelle verminderten Drucks in der Pumpe 101 zurück­ geführt (vgl. Pfeile Pf 2), wozu im Pumpenlaufrad 109 ein Laufrad-Durchtritt 145 vorgesehen ist. Antriebsseitig weist das Pumpengehäuse einen Anschlußflansch 33 auf, der zu einem Lagerträger führt, in dem der Außenmagnetträger 6 gelagert ist.

Gemäß der Erfindung ist zwischen dem das Spaltrohr 103 an­ triebsseitig abschließenden Boden 159 und der antriebs­ seitigen Stirnfläche 156 des Läufers 139 ein auf eine Axialverschiebung des Läufers ansprechendes Drosselven­ til 155 vorgesehen, was zu dem weiter unten noch in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 näher erläuterten, sich selbsttätig einstellenden Axialschubausgleich führt.

Der Durchmesser D 1 des Spaltringes 111 ist etwas größer als der Innendurchmesser D 2 des Spaltrohres 135. Der Innenrotor 104 ist zwischen seiner antriebssei­ tigen Rückwand und seinem Ringflansch 44, also etwa im Bereich des Spaltrohrtopfes 103, hohl und rohr­ artig ausgebildet. Dies hat einerseits, wie gut aus Fig. 1 erkennbar, den Vorteil, daß der voluminöse Läufer 139 verhältnismäßig leicht bleibt, was eine geringere Massenträgheit zur Folge hat und die Axialschubausgleichsbewegung begünstigt. Außerdem be­ günstigt diese hohle, rohrartige Ausbildung des Innen­ rotors 104, wie einleitend bereits kurz erwähnt, eine schnelle Rückführung von im abgezweigten Teilstrom hineingelangtem Gas in Richtung auf die Pumpensaugseite. In den abgezweigten Teilstrom des Fördermediums hinein­ gelangtes Gas sammelt sich nämlich aufgrund seines geringen spezifischen Gewichtes und der dortigen Rotations­ bewegung des Fördermediums sowie der entsprechend unter­ schiedlichen Fliehkräfte zwangsweise im Bereich der Rotationsachse des Läufers 139 und es kann dann ohne Behinderung auf kürzestem Wege von einem Ventildurchtritt 157 des Drosselventils 155, durch die Höh­ lung 158 des Innenrotors 104 sowie durch den zentralen Laufrad-Durch­ tritt 145 zur Ansaugöffnung 150 des Laufrades 109 gelangen. Der Steuerspalt 161 des Drosselventils 155 ist von einem rohrartig in Richtung auf den Boden 159 des Spaltrohr­ topfes 103 verlängerten Teil 160 gebildet.

Nachstehend wird die Funktionsweise des sich selbsttätig einstellenden Axialschubausgleiches, insbesondere in Ver­ bindung mit den Fig. 2 und 3, näher erläutert.

Die Kreiselpumpe 101 nach Fig. 1 besitzt ein Pumpenlaufrad 109 üblicher Bauart mit axialem Einlauf. Ist das Pumpenlaufrad 109 saugseitig durch einen Dichtring 151 abgedichtet, baut sich im Betriebszustand auf der Vorderseite 153 des Pumpenlaufrades 109 ein durch die Pfeile p 1 in Fig. 2 dargestelltes Druckfeld auf, dessen resultierende Kraft mit B bezeichnet ist. Vom rückwärtigen Laufradseitenraum 152 her wird auf die Rückseite 154 des Pumpenlaufrades 109 ein dem vorerwähnten Druckfeld entgegengerichtetes Druck­ feld entsprechend den dort eingezeichneten Pfeilen p 2 auf, dem die resultierende Kraft C 1 entspricht. Da der Durchmesser D 1 des Spaltringes 111, der aus konstruktiven Gründen an den Innendurchmesser D 2 des Spaltrohrs 135 angepaßt ist, merk­ bar größer als der Innendurchmesser des Dichtringes 151 ist, und im vorderen sowie im rückwärtigen Laufradseitenraum etwa gleiche Druckverhältnisse herrschen, ist die resul­ tierende Kraft C 1 stets kleiner als die resultierende Kraft B. Dementsprechend sucht im Pumpenbetrieb das Fördermedium den sich aus dem Pumpenlaufrad 109 und dem daran befestig­ ten Innenrotor 104 zusammensetzenden Läufer 139 in Richtung des Pfeiles Pf 4 (Fig. 1) zu drücken. Der vom rückwärtigen Laufradseitenraum 152 kommende abgezweigte Teilstrom beaufschlagt entsprechend den Pfeilen p 3 die antriebsseitige Stirnfläche 156 des Läufers 139 und es baut sich dort ein weiteres Druckfeld mit der resultierenden Kraft C 2 auf (Fig. 3). Dabei muß die Pumpe 101 so dimensioniert sein, daß die resultierenden Kräfte C 1 und C 2 bei in Schließstellung befindlichem Drosselventil 155 größer sind als die Axial­ schubkomponente B. Dementsprechend suchen die Kräfte C 1 und C 2 den Läufer 139 axial nach links zu schieben. Dadurch wird die Durchtrittsfläche für den abgezweigten Teilstrom beim Drosselventil 155 vergrößert und der abgezweigte Teilstrom kann schneller den Bereich der Ansaugöffnung 150 des Pumpenlaufrades 109 erreichen. Dabei fällt der Druck p 3 , der auf der antriebsseitigen Stirnfläche 156 wirkt, ab, so daß sich die Kraft C 2 verkleinert. Es pendelt sich automatisch eine Mittelstellung des Läufers 139 ein, bei welcher der Axialschub ausgeglichen ist. Da der Spaltring 111 auch bei erheblich geöffnetem Drosselventil 155 keine beliebige, sich aus der Öffnungsweite des Drossel­ ventils 150 ergebende Menge durchfließen läßt, kommt es auch bei weite geöffnetem Drosselventil 155 im Bereich der Rückseite 154 des Pumpenlaufrades 109 nicht zu praktisch ins Gewicht fallenden Veränderungen bezüglich der Kraft C 1. Dagegen kann derjenige Teil des abgezweigten Teilstromes, der auf die Stirnfläche 156 des Läufers 139 wirkt, bei entsprechend geöffnetem Drosselventil 155 in Richtung zur Saugseite des Pumpenlaufrades 109 oder gar zur Saugseite einer mehrstufigen Pumpe, jedenfalls zu einer Stelle von erheblich geringerem Druck, schnell abfließen. Dementsprechend fällt auch der Druck p 3 verhältnismäßig schnell ab, was in Fig. 3 durch die gestrichelte Druck­ kurve 164 angedeutet ist. Dieser schnelle Druckabfall wird also durch die in Durchflußrichtung des abgezweigten Teil­ stromes liegende Drosselwirkung des Spaltrings 111 be­ günstigt, die ein schnelles Nachfließen verhindert. Dem­ entsprechend kann auch mit verhältnismäßig geringen Axialverschiebungen des Läufers 139 ein sicherer, sich selbsttätig einstellender Axialschubausgleich erreicht werden. Man erhält praktisch einen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung im Betriebszustand "schwimmenden" Läufer 139. Wegen der vorbeschriebenen Arbeitsweise kann bei der Kreiselpumpe 101 - unter sonst vergleichbaren Ver­ hältnissen - die Durchflußmenge des abgezweigten Teil­ stromes klein gehalten werden; dadurch wird auch der Gesamt-Wirkungsgrad der Kreiselpumpe 101 verbessert.

Claims (4)

1. Kreiselpumpe mit Spaltrohr-Magnetkupplungsantrieb, bei der ein antriebseitiges Pumpenlaufrad sowie der Magnet­ kupplungs-Innenrotor einen ineinander übergehenden Läufer bilden, wobei ein abgezweigter Teilstrom des Fördermediums über einen Spaltring geleitet, anschließend zwischen dem Magnetkupplungs-Innenrotor und dem Spalt­ rohr der Magnetkupplung hindurchgeführt und dann über eine Rücklaufbohrung durch diesen Innenrotor bis zu einer Stelle verminderten Druckes in der Pumpe zurück­ geführt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Boden (159) des Spaltrohres (103) und der antriebsseitigen Stirnfläche (156) des Läufers (139) ein auf eine Axialverschiebung des Läufers ansprechendes Drosselventil (155) vorgesehen ist.

2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D 1) des Spaltringes (111) etwas größer ist als der Innendurchmesser (D 2) des Spalt­ rohres (135).

3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rücklaufbohrung (123) vom Drosselven­ til (155) unmittelbar in den Saugbereich der Pumpe (101) führt, wobei der Innenmagnetträger (104) zumindest etwa im Bereich des Spaltrohrtopfes (103) rohrartig hohl aus­ gebildet ist.

4. Kreiselpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspalt (161) des Drossel­ ventils (155) von einem rohrartig in Richtung auf den Boden (159) des Spaltrohrtopfes (103) verlängerten Teil (160) und dem Boden des Spaltrohrtopfes gebildet ist.