DE3520360C2 - Pumpenaggregat mit einer mehrstufigen Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Pumpenaggregat gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1.

Man kennt bereits Pumpenaggregate mit mehrstufigem Pumpen­ teil und einem elektrischen Antriebsmotor, wobei dieses Aggregat vorzugsweise zahlreiche Pumpenstufen aufweist. Der­ artige Aggregate dienen insbesondere dazu, bei einem guten Pumpenwirkungsgrad verhältnismäßig kleine Fördermengen auf hohe Förderhöhen zu bringen. Solche Aggregate besitzen da­ bei gewöhnlich etwa 6 bis 12, gegebenenfalls noch mehr Pumpstufen. Diese vorbekannten Pumpen weisen jedoch noch etliche Nachteile auf. Oft sind bei ihnen etwa 8 oder mehr Stufen hintereinander freifliegend gelagert, wodurch sich bei horizontaler Bauweise erhebliche Lagerprobleme ergeben. Gewöhnlich versucht man diese durch Verwendung von Hilfs­ lagern zu vermindern, wodurch man jedoch andere Nachteile (höherer Aufwand, schwierigere Montage und Wartung) in Kauf nehmen muß. Zur Vermeidung der letztgenannten Nach­ teile hat man auch bereits Pumpenaggregate der eingangs beschriebenen Art in Vertikalbauweise geschaffen; die da­ bei erreichten, etwas günstigeren Lagerbedingungen muß man aber durch ungünstigere Einbau- und Betriebsbedingun­ gen erkaufen.

Einen erheblichen Fortschritt gegenüber diesen vorbekann­ ten Pumpaggregaten hat man dann durch ein gattungsgemäßes Pumpaggregat gemäß DE-OS 30 14 103 erreicht, das mit einer mehrstufigen, in zwei getrennten, hintereinander durchströmten Pumpen­ teile aufgeteilten Pumpe und eine zwischen diesen Pumpen­ teilen angeordneten elektrischen Motor versehen ist, dessen Rotor mit den Pumpenlaufrädern der beiden Pumpenteile über eine Antriebswelle in Verbindung steht, wobei der Rotorraum einen Durchströmquerschnitt aufweist, durch den den haupt­ sächliche Förderstrom vom ersten Pumpenteil zum zweiten Pumpenteil geführt ist. Diese Lösung hat einerseits die Vor­ teile, daß die gemeinsame helle für den Motorrotor und die Pumpenlaufräder der beiden Pumpenteile eine günstige, zen­ trale Doppellagerung beiderseits des Motors erhalten und die über diese Lager vorstehenden freien Wellenenden ver­ hältnismäßig kurz gehalten werden können und daß man eine kurze Bauweise des Pumpenaggregates erhält, bei der auch außen um den Motor herumführende Leitungen vermieden und die Zahl der Dichtstellen klein gehalten werden kann. Nachteilig ist dabei jedoch, daß der Förderstrom vom ersten Pumpenteil zum zweiten Pumpenteil durch besondere, im Motorrotor unter­ gebrachte Durchtrittsquerschnitte erfolgen muß, so daß der Wirkungsgrad des Aggregates und insbesondere seines Elektro­ motors beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenaggregat der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß einer­ seits die Vorteile eines Pumpenaggregates mit einer mehr­ stufigen, in zwei getrennten, hintereinander durchströmten Pumpenteilen aufgeteilte Pumpe mit einem zwischen diesen Pumpenteilen angeordneten Motor praktisch erhalten bleiben, andererseits jedoch der Wirkungsgrad des Aggregates und ins­ besondere seines Elektromotors verbessert werden, ohne daß dadurch ins Gewicht fallende Herstellungs- oder Montage­ schwierigkeiten in Kauf genommen werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem Pumpenaggre­ gat der eingangs erwähnten Art in den Kennzeichnungsmerk­ malen von Anspruch 1. Dadurch, daß der Hauptteil des vom ersten Pumpenteil zum zweiten Pumpenteil fließenden Förder­ stroms durch die besonders ausgebildete Hohlwelle fließen kann, erreicht man eine bessere magnetische Ausnutzung beim Motor und einen besseren Wirkungsgrad des Gesamtaggregates. Dabei bleiben die umlaufenden Teile des Aggregates einfach in der Herstellung bzw. sie sind im Vergleich zum eingangs erwähnten Pumpenaggregat u. U. noch einfacher herzustellen.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit der Zeichnung noch näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine teilweise im Schnitt gehaltene Seiten­ ansicht eines erfindungsgemäßen Pumpenaggregates.

Ein im ganzen mit 1 bezeichnetes Pumpenaggregat (kurz "Aggre­ gat 1") hat als Antriebsmotor einen Spaltrohrmotor 2. Die ge­ meinsame Antriebswelle 3 ist an den beiden Seiten des Motors 2 in zwei kombinierten Radial-Axial-Lagern 4a und 4b gela­ gert und steht mit ihren Wellenenden 3a und 3b über diese Lager 4a, 4b vor. Das Aggregat 1 hat insgesamt acht Pumpen­ laufräder 5a, 6a, 7a, 8a und 5b, 6b, 7b sowie 8b. Da­ bei sind die Laufräder 5a bis 8a auf dem freien Wellenende 3a untergebracht, während sich die anderen Laufräder 5b bis 8b auf dem anderen Wellenende 3b befinden. Dementsprechend ist der gesamte Pumpenteil 9 des Aggregates 1 in zwei ge­ trennte, jeweils im ganzen mit 9a und 9b bezeichnete Pum­ penteile aufgeteilt. Zwischen diesen befindet sich der Motor 2. Die Strömungsrichtungs-Pfeile Pf1 zeigen, wie der Förder­ strom am Einlaßstutzen 10 eintritt, den ersten Pumpenteil 9a durchfließt und durch besondere Durchtritte 11, die in einem Gehäuseflansch 40 angeordnet sind, in den einlaßnahen Teil des Rotorraumes 12 des Motors 2 gelangen. Von dort kann der Hauptteil des Förderstroms gemäß den weiteren Pfeilen Pf1 durch die Einströmöffnungen 27 in die Höhlung 30 der Welle 3 eintreten und durch deren Ausströmöffnungen 28 in den auslaßfernen Teil 12b des Rotorraumes 12 sowie über besondere Einlaßöffnungen 15 in den zweiten Pumpenteil 9b fließen. Ein vergleichsweise kleiner Teil des gesamten Förderstromes fließt in der bei Spaltrohrmotoren üblichen Weise durch den in der Zeichnung durch eine stärkere Linie angedeuteten Spalt 16, der zwischen dem Spaltrohr 19 und dem Außenmantel 41 des Rotorblechpaketes 18 frei bleibt (Pf2). Das Spaltrohr 19 schließt dabei in bekannter Weise den Motor­ stator 17 mit seiner Wicklung 42 gegenüber dem Rotorraum 12 dichtend ab. Unter dem Hauptteil des Förderstroms wird dabei in dieser Anmeldung der gesamte Förderstrom der Pumpe 9, vermindert um den durch den Spalt 16 fließenden Anteil (Pf2) verstanden, also derjenige, ganz überwiegende Anteil des Förderstromes, der durch die Höhlung 30 der Welle 3 hindurch­ tritt. Der gesamte Förderstrom fließt dann durch die Einlaß­ öffnungen 15 zu den Pumpenlaufrädern 5b bis 8b und verläßt durch den Druckstutzen 43 das Aggregat 1. Die Lager 4a, 4b können dabei in der bei Spaltrohr-Motoren üblichen Weise z. B. von im Rotorraum 12 befindlichem Fördermedium mitge­ schmiert und gegebenenfalls gekühlt werden. Der durch den Spalt 16 fließende kleine Anteil des Förderstromes und der durch die Wellenhöhlung 30 fließende hauptsächliche Förder­ strom können dabei sowohl die Lager- als auch die Verlust­ wärme des Motors 2 aufnehmen. Beim gesamten Förderstrom führt dies nur zu einer geringfügigen Temperaturerhöhung. Da der Förderstrom, bevor er dieser Temperaturerhöhung aus­ gesetzt ist, bereits im ersten Pumpenteil 9a eine erheb­ liche Druckerhöhung erfahren hat und im zweiten Pumpenteil 9b eine weitere Druckerhöhung erfolgt, wird auch beim Fördern von kritischen Medien wie z. B. Flüssiggas die Ge­ fahr der Verdampfung des Fördermediums weitestgehend ver­ mieden.

Die Verwendung eines Spaltrohrmotors 2 als Antriebsmotor hat hier nicht nur den bei Verwendung von Spaltrohrmotoren üblichen Vorteil, daß besondere Dichtungen wie z. B. Stopf­ büchsen am Eintritt einer Antriebswelle vermieden werden können. Hier werden auch besondere Führungen, Bohrungen od. dgl. Teile, die sonst bei Spaltrohrmotoren zur Führung eines abgezweigten, die Lagerschmierung sowie die Lager- und Motorkühlung bewirkender Teilstrom vermieden. Dabei erreicht man mit Hilfe der Wellenhöhlung 30 für den haupt­ sächlichen Förderstrom nicht nur die bereits erwähnte bes­ sere magnetische Ausnutzung beim Spaltrohrmotor 2, sondern der Durchfluß des gesamten Förderstromes wird strömungstech­ nisch weitestgehend ungestört. Rotierende Durchtritte werden weitestgehend vermieden.

Die Antriebswelle 3 ist aus zwei Wellenabschnitten 3c und 3d hergestellt. Ihr später im Bereich des Rotorblechpaketes 18 und benachbart dazu liegender mittlerer Bereich ist von der Wellenmitte 44 her entsprechend der späteren Wellen­ höhlung 30 hohlgebohrt und die so angefertigten Wellenab­ schnitte 3c, 3d sind dann an der Wellenmitte, vorzugs­ weise durch Verschweißung, zusammengesetzt. Im Bereich rechts und links neben dem Rotorblechpaket 18 sind die Ein­ ström- und Ausströmöffnungen 27 und 28 der Wellenhöhlung 30 angebracht. Ein mit einer solchen Antriebswelle 3 ausge­ rüstetes Aggregat ist vergleichsweise einfach herzustellen. Wie an sich bekannt, besitzt das Aggregat 1 in seinen beiden Pumpenteilen 9a und 9b je eine Entlastungsscheibe 25 und 26, die dem Axialschubausgleich dienen. Für eine Steuerung des Axialschubausgleichs verwendet man bekanntermaßen eine Druckbeaufschlagung von Entlastungsscheiben mit unterschied­ lichen Drücken und man kennt z. B. bei Spaltrohrmotorpumpen die Führung eines abgezweigten Teilstromes des Fördermediums in Verbindung mit der Entlastungsscheibe von einer Stelle höheren Pumpdruckes zu einer Stelle niedrigeren Pumpdruckes, wobei eine Hohlbohrung in der Antriebswelle einen Wellen­ rückflußkanal als Abschnitt der Führung des abgezweigten Teilstromes dient. Bei der Erfindung besteht nun eine vor­ teilhafte Weiterbildung darin, daß wenigstens das eine Wellenende 3b, welches die Entlastungsscheibe 26 trägt, einen Wellenrückflußkanal 35 aufweist, der sich an die Hohlbohrung 30 anschließt. Auf diese Weise steht mit denk­ bar einfachen Mitteln im freien Wellenende 3a oder 3b, im bevorzugten Ausführungsbeispiel am motorfernen Ende des Wellenteiles 3b ein gegenüber dem Enddruck p3 niedrigerer Pumpendruck p2 zur Verfügung, wie er etwa im Rotorraum 12 herrscht. Auf die Rückseite 45 der Entlastungsscheibe 26 kann dann in der üblichen, steuerbaren Weise ein verminder­ ter Gegendruck des Fördermediums wirken. Die Herstellung einer solchen Antriebswelle 30 mit Wellenrückflußkanal 35 ist denkbar einfach.

Auch kann mit einer solchen Welle 3 der Rotor 14 in vor­ teilhafter Weise beidseits in zwei Hauptlager 4a und 4b gelagert werden. Wenn es zweckmäßig ist, kann dabei im Be­ reich der Entlastungsscheibe 26 noch ein Nebenlager 36 vor­ gesehen sein.

Die Abschlußdeckel, in denen Teile der Entlastungsscheiben 25 und 26 eingreifen, sind mit 46 und 47 bezeichnet.

Claims (5)

1. Pumpenaggregat mit einer mehrstufigen, in zwei ge­ trennten, hintereinander durchströmten Pumpenteilen aufgeteilten Pumpe sowie einem zwischen diesen Pum­ penteilen angeordneten elektrischen Motor, dessen Rotor mit den Pumpenlaufrädern der beiden Pumpen­ teile über eine Antriebswelle in Verbindung steht, wobei beim Motor-Rotorraum ein Durchströmquerschnitt vorge­ sehen ist, durch den der Förderstrom von ersten Pumpen­ teil zum zweiten Pumpenteil fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) mindestens im Bereich des Motor-Rotors (14) als Hohlwelle mit seitlich neben dem Motor-Rotor (14) angeordneten Ein- und Ausströmöffnungen (27, 28) für den Hauptteil des Förderstroms zwischen den Pumpenteilen (9a, 9b) ausgebildet ist.

2. Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Motor als Spaltrohrmotor (2) ausge­ bildet ist.

3. Pumpenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebswelle (3) aus zwei von der Mitte (44) her hohlgebohrten Wellenabschnitten (3c, 3d) besteht, die in der Wellenmitte zusammengesetzt, vor­ zugsweise zusammengeschweißt sind.

4. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit wenigstens einer Entlastungsscheibe und einem von einer Stelle höheren Pumpendrucks zu einer Stelle nied­ rigeren Pumpdrucks führenden Rückflußkanal, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rückfluß­ kanal (35) an die Hohlbohrung (30) der Antriebswelle (3) an­ schließt.

5. Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) in zwei Hauptlagern, zweckmäßigerweise kombinierten Axial- und Radiallagern (4a und 4b) sowie vorzugs­ weise in einem Nebenlager (36) gelagert ist, welches sich im Bereich des die Entlastungsscheibe (26) tra­ genden Wellenendes (3b) befindet.