DE3701562C2 - Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor.

Kreiselpumpen mit Spaltrohrmotor werden insbesondere für das Umwälzen von Heizungswasser eingesetzt. Die Motoren dieser Pumpen erwärmen sich erheblich und im Motorraum innerhalb des Spaltrohrs kann sich Luft ansammeln. Diese Luft kann insbesondere dann nicht mehr aus dem Motor heraus, wenn die Pumpe mit senkrechter Welle eingebaut wird, wobei der Elektromotor oben angeordnet ist.

In der DE-AS 15 28 718 ist eine Flüssigkeitspumpe mit einem Spaltrohrmotor dargestellt, bei der im Rotorraum des Naßläufers ein vom Fördermedium gefüllter, interner Kreislauf umgewälzt wird, der zur Schmierung der Lager vorgesehen ist. Auch die DE-OS 21 60 861 zeigt eine Umwälzpumpe mit einem Spaltrohrmotor, wobei im Lagerschild ein Filter für das zur Schmierung der Lager eingesetzte Fördermedium vorgesehen ist. Außerdem ist eine Entlüftung für das Motorgehäuse vorgesehen, für die die Pumpenwelle hohl ist und an der Pumpenseite einen so feinen Öffnungsquerschnitt aufweist, daß praktisch nur Gas austreten kann. Eine Innenkühlung des Pumpenmotors wird auf diese Weise nicht erreicht.

In der US-PS 2,931,307 ist eine Spaltrohrmotorpumpe mit einem Kurzschlußläufer offenbart, die zwei achsparallele Bohrungen durch den Rotor aufweist. Innerhalb des Spaltrohres befindet sich ein weitgehend abgeschlossenes Volumen, das mit Fördermedium gefüllt ist. Im Betrieb der Pumpe wird durch die achsparallelen Bohrungen Fördermedium innerhalb des Rotorraumes umgewälzt, so daß es zu einer gewissen Innenkühlung des Rotors kommt. Eine wesentliche Motorkühlung ist mit dieser Anordnung nicht möglich, da der Inhalt des Rotorraumes nicht mit dem übrigen Fördermedium ausgetauscht wird.

Die FR-PS 1.152.344 zeigt eine Spaltrohrmotorpumpe mit einem Kühlkreislauf im Inneren des Rotorraumes, der den Rotor an seiner Außenseite umspült und an dem pumpenfernen Ende in das Innere der Hohlwelle eintritt. Zwischen dem Rotor und der pumpennahen Seite des Spaltrohrmotors tritt das umgewälzte Fördermedium aus der Hohlwelle aus und kann erneut den Rotor umspülen. Auf diese Weise wird eine gewisse Kühlung des Rotors erreicht. Es ist außerdem vorgesehen, über eine Drosselschraube in einem gewissen Maße frisches Fördermedium von außen zuzuführen, was aber bewußt mit geringem Querschnitt erfolgt, weil an sich lediglich eine Entlüftung der Pumpe während der Inbetriebnahme vorgesehen sein soll. Nach der Entlüftung kann die Drosselschraube weitgehend geschlossen werden, so daß ein nennenswerter Austausch des in der Pumpe umgewälzten Fördermediums nicht beabsichtigt ist und auch nicht erreicht wird. Eine effiziente Kühlung des Rotors ist auf diese Weise nicht zu erreichen. Es sind außerdem keine Maßnahmen vorgesehen, um das in den Motorraum eintretende Fördermedium zu filtern, so daß Schmutzeintragungen in den Motorraum unvermeidbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den Spaltrohrmotor einer derartigen Kreiselpumpe wirkungsvoll zu kühlen, Dampfbildung und Schmutzeintragungen in den Motorraum zu verhindern sowie für eine sichere Entlüftung des Motorraums zu sorgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Der im Motor angeordnete interne Kreislauf wird dazu genutzt, eine Strömung der Förderflüssigkeit durch den Motorraum innerhalb des Spaltrohres zwangsweise zu erzeugen. Eine solche Strömung über die gesamte Länge des Motors bis zum hintersten, dem Pumpenläufer abgewandten Ende des Motorenraums führt zu einer optimalen Kühlung des Motors, und darüber hinaus werden Gasansammlungen und Dampfbildungen als auch Schmutzablagerungen sicher verhindert. Die zusätzlich erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind gering, und es wird an Gewicht gespart.

Da zwischen den beiden Enden der Welle ein Flüssigkeits­ druckgefälle stets besteht, ist auch für eine ständige Strömung des Fördermediums gesorgt, so daß eine Entlüftung und Kühlung während des Pumpenlaufs mit Sicherheit immer gegeben ist.

Eine konstruktiv besonders einfache Lösung bei einer sicheren internen Umwälzung wird dann geschaffen, wenn zum Antrieb des internen Kreislaufes der Rotor einen zur Welle nicht parallelen Kanal, insbesondere eine Bohrung aufweist.

Der Kreislauf kann unterschiedlich ausgebildet sein. Konstruktiv einfache Lösungen sind,

• - wenn der externe Kreislauf auf dem Hinweg zwischen der Rotoraußenseite und der Spaltrohrinnenseite und auf dem Rückweg durch den Hohlraum in der Welle verläuft.
• - der Kanal ein Schaufelrad aufweist, das seitlich des Rotors befestigt ist.

Bei der letzteren Lösung wird zusätzlich eine besonders starke interne Strömung erzeugt. Das gleiche gilt auch, wenn der seitlich der Welle im Rotor angeordnete Kanal zum Fördern des internen Kreislaufes schräg zur Welle und insbesondere schraubenförmig ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem inneren Hohlraum der Welle eine insbesondere verstellbare Drossel angeordnet ist. Durch eine solche Drossel, insbesondere an dem dem Läufer abgewandten Ende des Wellenhohlraumes, kann der Durchfluß des Fördermediums exakt bestimmt werden. Außerdem kann durch Öffnen der äußeren Entlüftungs- und Deblockierschraube einer solchen Pumpe der Fördermedium-Austritt durch die Wellenbohrung aufgrund des statischen Systemdrucks reduziert werden.

Auch wird vorgeschlagen, daß in, vor oder hinter der Öffnung in der Trennwand ein Sieb und/oder Filter angeordnet ist. Ein solches Filter stellt sicher, daß in den Motorenraum Schmutzteile mit der Strömung nicht eindringen können.

Beim Abschalten der Pumpe drückt das Fördermedium, das sich noch in Bewegung befindet, auf die Stirnseite der Welle in Höhe des Läufers. Mit diesem in umgekehrter Richtung fließenden Strom können Schmutzteilchen in den Motorenraum gelangen. Dies wird dadurch verhindert, daß in, vor oder hinter der Öffnung, mit der der Wellenhohlraum in den Pumpenraum mündet, ein Sieb und/oder Filter angeordnet ist.

Obwohl meist schon die Druckdifferenz zwischen beiden Wellenenden ausreicht, um eine Strömung innerhalb des Motorraums zu erreichen, kann eine Strömung zusätzlich oder verstärkt auch dadurch erreicht werden, daß die Öffnung der Welle, aus der die Förderflüssigkeit aus dem Wellenhohlraum heraustritt, etwa radial oder schräg zur Wellenachse angeordnet sein. Hierbei kann die Welle in einem Bereich innerhalb des Motorenraums eine radiale oder zur Achse schräge Öffnung, insbesondere Bohrung aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Längsschnitt ausschnittweise dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Eine Spaltrohrmotorpumpe 1 ist mit ihrer Welle 2 senkrecht angeordnet, wobei der die Pumpe antreibende Elektromotor oberhalb des Pumpenraums 3 angeordnet ist. Der Motorraum 4 ist durch ein Spaltrohr 5 geteilt, das koaxial zur Welle 2 angeordnet ist und zwischen dem Rotor 6 des Elektromotors und dem nicht dargestellten Stator liegt. Innerhalb des Spaltrohrs 5 befindet sich Förderflüssigkeit.

Die Welle 2 ist als Hohlwelle ausgeführt und trägt sowohl den Rotor 6 des Elektromotors als auch das Laufrad 7 der Kreiselpumpe. Vom Laufrad 7 ist in der Zeichnung nur ein Teil der Nabe dargestellt. Die Welle 2 ist in einem oberen Radialkohlelager 8 und einem unteren Radialkohlelager 9 gelagert, wobei das Lager 8 nahe dem dem Laufrad 7 abgewandten Ende der Welle 2 und das Lager 9 nahe dem Laufrad 7 im Bereich der Trennwand (Lagerschild) 10 angeordnet ist, die den Pumpenraum 3 vom Motorraum 4 trennt. In der Trennwand 10 befindet sich zwischen Lager 9 und Laufrad 7 eine Gleitringdichtung 11, die das Eindringen von Schmutzpartikeln in den Rotorraum 4 über den wellennahen Bereich verhindert.

In der Trennwand 10 ist koaxial innen ein Trägerring 12 befestigt, der die Welle 2 umgibt und in den mindestens eine Bohrung oder Öffnung 13 eingebracht ist, durch die Förderflüssigkeit vom Pumpenraum 3 zum Motorraum 4 strömen kann. Hinter der Bohrung 13 befindet sich ein insbesondere scheibenförmiger, ringförmiger Filter 14 aus Sintermetall. Die Förderflüssigkeit strömt durch die Bohrung 13 und den Filter 14 in den Motorraum 4 außen am Radialkohlelager 9 vorbei und tritt durch das flanschförmige obere Axiallager 9a hindurch zu einem radialen Spalt zwischen Axiallager 9a und einer Stahlscheibe 15, die auf der Welle 2 drehfest ist und am Axiallager 9a anliegt. Die Flüssigkeit strömt dann zwischen der Außenseite des Rotors 6 und der Innenseite des Spaltrohrs 5 zum hinteren Ende der Welle 2, um dort an der Stirnseite der Welle in deren Hohlraum 17 einzutreten. An dieser Stelle befindet sich im Wellenhohlraum eine Drossel 16, die von einer Drosselschraube gebildet sein kann, durch die die Drosselöffnung in ihrer Größe verstellbar ist. Die Drosselschraube ist durch die äußere nicht dargestellte Entlüftungsschraube an der Stirnseite des Elektromotors erreichbar.

Die Förderflüssigkeit strömt vom äußeren Ende her durch die Welle 2 hindurch bis zum Saughals des Laufrades und wird dort angesaugt, da an dieser Stelle ein Unterdruck gegenüber dem Druck im Spaltrohr ist. An der Austrittsstelle des Wellenhohlraums 17 befindet sich im Hohlraumende ein Kugel-Rückschlagventil c, das dafür sorgt, daß verschmutztes Wasser in die Welle 2 nicht eintreten kann. Ferner hat das Ventil c die Aufgabe, daß bei einem Öffnen der Schraube 23 in der Pumpenstirnseite oberhalb der Drossel 16 heiße Flüssigkeit aus der Pumpe nicht austritt. Schließlich kann aber auch die Drossel 16 fehlen, wenn in den Kreisläufen größere Mengen umgewälzt werden sollen.

In einer Alternative kann in der Welle 2 nahe des Laufrades 7 mindestens eine radiale Bohrung 2a angeordnet sein, die die Außenseite der Welle 2 mit deren Hohlraum 17 verbindet, um hierdurch eine zusätzliche oder alternative Pumpwirkung für die durch den Motorenraum fließende Strömung zu erreichen. Hierbei kann dann die Welle an der läufernahen Stirnseite geschlossen sein.

Am Rotor 6 ist auf der dem Laufrad 7 zugewandten Seite ein Schaufelrad b befestigt, das die Flüssigkeit im Motorraum 4 im internen Kreislauf umwälzt. Dieses Schaufelrad b erhält die Flüssigkeit über Bohrungen d, die achsparallel in regelmäßigen Abständen im Rotor 6 angeordnet sind. In einer weiteren Alternative kann das Schaufelrad b fehlen und die durch die Bohrungen d fließende Flüssigkeit dadurch gefördert werden, daß diese Bohrungen d schräg zur Welle 2 oder schraubenförmig verlaufen.

In der einzigen Zeichnung sind somit mehrere Pumpenbauarten ineinandergezeichnet, wobei ein externer und ein interner Kreislauf besteht.

Der sowohl kühlende als auch Wasserdampf und Gase abtransportierende externe Kreislauf hat folgenden Weg: Die Flüssigkeit tritt über die Bohrung 13 und das Filter 14 vom Pumpenraum 3 in den Motorraum 4 ein und fließt über mindestens einen achsparallelen Kanal 20 und radiale Kanäle 21 zum Rotor 6. Die Flüssigkeit passiert den Rotor durch den Spalt zwischen der Außenseite des Rotors 6 und dem Spaltrohr 5 nach oben, um dort im Bereich des Radialkohlelagers durch einen Spalt 22 oder Kanäle so weit nach innen zu gelangen, um am Außenumfang der Welle 2 zum oberen Wellenende zu fließen und dort über die Drossel 16 in den Wellenhohlraum 17. Die Flüssigkeit fließt dann durch den Wellenhohlraum 17 nach unten zum Rückschlagventil c und tritt dort in den Pumpenraum aus. Im Bereich des Radialkohlelagers 8 kann die Flüssigkeit auch außen am Lager hochfließen, um zur Drossel 16 zu gelangen.

Für den internen Flüssigkeitskreislauf, der für eine Kühlung des Motors sorgt, können entsprechend den verschiedenen Bauweisen folgende Wege vorhanden sein:

• 1. In dem Rotor 6 sind in regelmäßigen Abständen achsparallele Bohrungen d vorgesehen, durch die die Flüssigkeit aus dem oberen Bereich des Motorraums 4 nach unten fließt zum Schaufelrad b und von diesem an die Außenseite des Rotors 6 wieder nach oben.
• 2. Der interne Kreislauf fließt wiederum durch die Bohrung d, aber in diesem Fall fehlt das Schaufelrad b, und der interne Kreislauf wird dadurch angetrieben, daß die Bohrung d schräg zur Welle 2 oder schraubenförmig verläuft.

In diesen Fällen wird eine optimale Kühlung des Rotors erreicht, wobei ein ständiger Austausch der Flüssigkeit des internen Kreislaufes mit dem des externen Kreislaufes erfolgt.

Claims (8)

1. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor, wobei

• - auf einer Welle (2) das Laufrad (7) der Kreiselpumpe und der Rotor (6) des Elektromotors angeordnet sind;
• - die Welle (2) eine Trennwand (10) durchdringt, die zwischen dem Pumpenraum (3) und dem Motorraum (4) angeordnet ist;
• - die Welle (2) mit einer Gleitringdichtung (11) im Bereich der Trennwand (10) abgedichtet ist;
• - die Welle (2) hohl ist;
• - ein externer Kreislauf für einen Teilstrom der Förderflüssigkeit zwischen Pumpenraum (3) und Motorraum (4) gebildet ist durch mindestens eine Öffnung (13) in der Trennwand (10) und den Hohlraum (17) in der Welle (2);
• - in, vor oder hinter der Öffnung (13) in der Trennwand (10) ein Sieb und/oder Filter (14) angeordnet ist;
• - ein interner Kreislauf durch einen Kanal (d) verläuft, der seitlich der Welle im Rotor (6) angeordnet ist.

2. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des internen Kreislaufes der Rotor (6) einen zur Welle (2) nicht parallelen Kanal, insbesondere eine Bohrung aufweist.

3. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Kreislauf auf dem Hinweg zwischen der Rotoraußenseite und der Spaltrohrinnenseite und auf dem Rückweg durch den Hohlraum (17) in der Welle (2) verläuft.

4. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal ein Schaufelrad (b) aufweist, das seitlich des Rotors (6) befestigt ist.

5. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der seitlich der Welle (2) im Rotor (6) angeordnete Kanal (d) zum Fördern des internen Kreislaufes schräg zur Welle (2) und insbesondere schraubenförmig ist.

6. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Kreislauf über eine Drossel (16) fließt, die am pumpenfernen Ende im Hohlraum (17) der Welle (2) befestigt ist.

7. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in, vor oder hinter der Öffnung, mit der der Hohlraum (17) der Welle (2) in den Pumpenraum (3) mündet, ein Sieb und/oder Filter angeordnet ist.

8. Kreiselpumpe mit Spaltrohrmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2a) der Welle (2), aus der die Förderflüssigkeit aus dem Hohlraum (17) der Welle (2) in den Pumpenraum (3) tritt, etwa radial oder schräg zur Wellenachse angeordnet ist.