DE69421931T2

DE69421931T2 - CENTRIFUGAL PUMP WITH TORQUE COMPENSATION

Info

Publication number: DE69421931T2
Application number: DE69421931T
Authority: DE
Inventors: Bengt Olsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-16
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2014-08-17
Also published as: EP0715691B1; DE69421931D1; EP0715691A1; SE9302739L; SE503575C2; WO1995006206A1; DK0715691T3; SE9302739D0

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pumpsystem mit einer Tauchmotor-Kreiselpumpe, bei dem dem Reaktionsmoment des Pumpenlaufrads in einer für die praktische Handhabung des Pumpsystems vorteilhaften Weise entgegengewirkt wird.[0001] The present invention relates to a pumping system with a submersible centrifugal pump, in which the reaction torque of the pump impeller is counteracted in a manner that is advantageous for the practical handling of the pumping system.

[0002] Die beigefügten Abbildungen, die sich auf die folgende Beschreibung der Erfindung beziehen, sind:[0002] The accompanying drawings, which relate to the following description of the invention, are:

Abb. 1: zeigt die Pumpe von der Saugseite (Einlaufseite) gesehen bei leichter Betriebslast;Fig. 1: shows the pump viewed from the suction side (inlet side) at light operating load;

Abb. 2: zeigt die Pumpe in der gleichen Ansicht wie Abb. 1 bei erhöhter Dauerbetriebslast;Fig. 2: shows the pump in the same view as Fig. 1 at increased continuous operating load;

Abb. 3: zeigt die Pumpe in der gleichen Ansicht wie die Abb. 1 und 2, jedoch in einer speziell für erhöhte Belastung vorgesehenen Ausführung;Fig. 3: shows the pump in the same view as Fig. 1 and 2, but in a version specially designed for increased loads;

Abb. 4: zeigt die Pumpe in schematischer Darstellung gegenüber den Abb. 1, 2 und 3 um 90º versetzt.Fig. 4: shows the pump in a schematic representation offset by 90º compared to Figs. 1, 2 and 3.

[0003] Einfache Kreiselpumpen, die von elektrischen oder hydraulischen Tauchmotoren angetrieben werden, welche mehr oder weniger direkt am Pumpengehäuse montiert sind, sind schon bekannt; siehe beispielsweise FI- B-54 185. Ein Nachteil solcher Pumpen ist ein um die Laufradachse wirkendes Reaktionsmoment, das so wirkt, dass das gesamte Pumpengehäuse in die Richtung entgegen der Richtung der Laufraddrehung gedreht wird, so dass es häufig erforderlich ist, die Pumpe am Boden oder an den Seitenwänden des Pumpenschachtes zu befestigen oder ein stabiles, starres, drehmomentfestes Eisenrohr oder dergleichen als Druckleitung für die Pumpe zu verwenden und diese Leitung zu befestigen. Insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich kann es häufig wünschenswert sein, eine leicht zu biegende Komponente (beispielsweise einen Schlauch) zu verwenden, die als Druckleitung direkt an die Pumpe angeschlossen ist, so dass die Leitung bei am Ende angeschlossener Pumpe und am Ende angeschlossenem Motor aufgerollt werden kann, damit die komplette Einheit von einer Einsatzstelle zur nächsten versetzt werden kann. Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Pumpsystem mit einer Tauchmotor-Kreiselpumpe mit Motor und Laufrad zu realisieren, bei welchem dem Pumpengehäuse-Reaktionsmoment, das durch das Laufradantriebsmoment verursacht wird, so entgegengewirkt wird, dass die Pumpe lediglich durch Abhängung mit einem Schlauch ohne weitere Befestigungsmittel installiert und betrieben werden kann. Der Schlauch dient vorzugsweise auch als Druckleitung für die Pumpe. Dies wird dadurch erreicht, dass man das Pumpenlaufrad (1 in Abb. 1) so anordnet, dass es vertikal in die Flüssigkeit eingetaucht läuft, wobei seine Welle horizontal in den Motor (5 in Abb. 4) eintritt, und dass man den Schlauch (4 in Abb. 1) an das Pumpengehäuse (2 in Abb. 1) oder an ein vom Pumpengehäuse ausgehendes starr befestigtes starres Element (7 in Abb. 3) in einem bestimmten Vertikalabstand (r in Abb. 1) von der Pumpenlaufradachse anschließt. Indem bei Erhöhung der Last (des Drehmoments) die komplette Pumpe in Bezug auf den Schlauch (4) schwenkt, so dass der Horizontalabstand (s in Abb. 1) zwischen dem Pumpenschwerpunkt (Tp in Abb. 2) und dem Anschlusspunkt (3 in Abb. 2) der Nase (4) am Pumpengehäuse (2) oder am starren Element (7) sich um den Abstand (s' in Abb. 2) erhöht, entsteht durch Multiplikation mit dem Gewicht der Pumpe ein Moment, das dem Laufradantriebsmoment entgegenwirkt.[0003] Simple centrifugal pumps driven by submersible electric or hydraulic motors mounted more or less directly on the pump casing are already known; see for example FI-B-54 185. A disadvantage of such pumps is a reaction torque acting around the impeller axis which acts to rotate the entire pump casing in the direction opposite to the direction of impeller rotation, so that it is often necessary to fasten the pump to the bottom or side walls of the pump shaft or to use a stable, rigid, torque-resistant iron pipe or the like as a pressure line for the pump and to fasten this line. In the agricultural sector in particular, it may often be desirable to use an easily bendable component (for example a hose) connected directly to the pump as a pressure line so that the line can be rolled up with the pump and motor connected at the end so that the complete unit can be moved from one location to the next. The main purpose of the present invention is to realize a pumping system with a submersible centrifugal pump with motor and impeller, in which the pump housing reaction moment caused by the impeller drive moment is counteracted in such a way that the pump can be installed and operated simply by hanging it with a hose without any further fastening means. The hose serves preferably also as a pressure line for the pump. This is achieved by arranging the pump impeller (1 in Fig. 1) so that it runs vertically immersed in the liquid, with its shaft entering the motor (5 in Fig. 4) horizontally, and by connecting the hose (4 in Fig. 1) to the pump casing (2 in Fig. 1) or to a rigid element (7 in Fig. 3) rigidly attached to the pump casing at a certain vertical distance (r in Fig. 1) from the pump impeller axis. When the load (torque) increases, the entire pump pivots with respect to the hose (4) so that the horizontal distance (s in Fig. 1) between the pump's centre of gravity (Tp in Fig. 2) and the connection point (3 in Fig. 2) of the nose (4) on the pump casing (2) or on the rigid element (7) increases by the distance (s' in Fig. 2), multiplying this by the weight of the pump creates a moment which counteracts the impeller drive torque.

[0004] Gemäß den Symbolen in den Abbildungen gilt folgendes: Das Eigengewicht der Pumpe (g in Abb. 1), das bei (Tp in Abb. 1) wirkt, erzeugt, multipliziert mit dem Hebel (s in Abb. 1) oder (s + s' in den Abb. 2 und 3), ein Moment um den Schlauchanschluss (3 in Abb. 2), das dem Moment entgegenwirkt, das vom Pumpenlaufrad- Drehmoment am selben Punkt (3) erzeugt wird.[0004] According to the symbols in the figures, the following applies: The pump's own weight (g in Fig. 1) acting at (Tp in Fig. 1) multiplied by the lever (s in Fig. 1) or (s + s' in Figs. 2 and 3) creates a moment around the hose connection (3 in Fig. 2) which counteracts the moment created by the pump impeller torque at the same point (3).

[0005] Für hohe Betriebslasten kann das Pumpengehäuse (2 in Abb. 3) mit einem starr befestigten starren Auslasselement (7 in Abb. 3) ausgestattet werden. Dieses Element kann länger ausgeführt werden, als zum festen Anschluss des Schlauches (4) mittels einer Schlauchklemme erforderlich ist. Das Auslasselement kann beispielsweise aus einem angeschweissten Eisenrohr bestehen, an das der Schlauch (4) im wesentlichen über dem Mittelpunkt des Pumpenlaufrads angeschlossen ist. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass bei Seitwärtsschwenken der Pumpe in Bezug auf den Schlauch (4) bei Erhöhung des Drehmoments der Abstand (s) sich beträchtlich erhöht, ohne dass eine übermässige Biegung des Schlauches (4) erfolgt (siehe Abbildung). Dadurch entsteht ausserdem ein stabilerer Gleichgewichtspunkt für die Pumpe, wenn diese in Betrieb ist, da die entgegenwirkende-Kraft, die durch einen gebogenen, schweren (großen) Schlauch erzeugt wird, schwer zu bestimmen ist.[0005] For high operating loads, the pump housing (2 in Fig. 3) can be equipped with a rigidly attached rigid outlet element (7 in Fig. 3). This element can be made longer than is necessary for the fixed connection of the hose (4) by means of a hose clamp. The outlet element can, for example, consist of a welded iron pipe to which the hose (4) is connected substantially above the center of the pump impeller. The advantage of this arrangement is that when the pump is pivoted sideways in relation to the hose (4) as the torque increases, the distance (s) increases considerably without excessive bending of the hose (4) (see figure). This also creates a more stable equilibrium point for the pump when it is in operation, since the counteracting force generated by a bent, heavy (large) hose is difficult to determine.

[0006] Es sind mehrere Pumpen gemäß der Erfindung gebaut und im praktischen Einsatz getestet worden. Insbesondere können Ausführungen mit geringer Leistung für Fördermengen bis wenige m³/min und Drücke bis etwa ein bar extrem flexibel, bedienerfreundlich und leicht montierbar gestaltet werden, so dass sie manuell von Einsatzort zu Einsatzort versetzt werden können. Hierbei sind von Traktoren angetriebene Hydromotoren aufgrund ihres geringen Gewicht-Leistungsverhältnisses vorzuziehen. Obwohl die meisten heutigen Leichtschläuche auch eine akzeptable Zugfestigkeit besitzen, sind sie nicht in der Lage, einem größeren Verdrehmoment standzuhalten, das gegeben wäre, wenn eine Kreiselpumpe, die mit horizontalem Laufrad (bei vertikaler Welle) läuft, einfach durch Abhängung von einem Schlauch montiert wäre. Das beste Beispiel hierfür ist der sonst zweckmäßige und kostengünstige flach aufgewickelte Schlauch in der Art, wie er beispielsweise von Feuerwehren benutzt wird, der bei Ausübung geringster Torsionskraft zu Verdrehen neigt. Bei der Konstruktion der Pumpe wurde ausserdem festgestellt, dass es vorteilhaft ist, das starre Rohr (7) je nach Pumpengröße etwa 10 bis 50 cm lang auszuführen. Die Erfindung kann natürlich im Rahmen der Patentansprüche variiert werden; zum Beispiel kann die für ein großes Moment beschriebene Anordnung auch erzielt werden, wenn der Schlauch (4) direkt an das Pumpengehäuse angeschlossen ist, indem das Pumpengehäuse mit einem anderen starr vorstehenden starren Element als dem Auslaufrohr (7) ausgestattet wird, an dem der Schlauch im wesentlichen über dem Mittelpunkt des Pumpenlaufrads befestigt wird, beispielsweise durch Festklemmen an der Aussenseite des Schlauches mit einer äusseren Schlauchklemme. Eine andere Möglichkeit ist die Abhängung der Pumpe an einem der Schläuche oder an beiden Schläuchen, durch die das Medium für den Hydromotor strömt (6 in Abb. 4) und die Befestigung des Schlauches/der Schläuche an dem vorgenannten starren Element in einem gewissen Abstand weiter oben.[0006] Several pumps have been built according to the invention and tested in practical use. In particular, low-power versions for flow rates of up to a few m³/min and pressures of up to about one bar can be designed to be extremely flexible, user-friendly and easy to assemble, so that they can be moved manually from one location to another. In this case, tractor-driven hydraulic motors are preferable due to their low weight-to-power ratio. Although most of today's lightweight hoses also have an acceptable tensile strength, they are not able to withstand a greater torsional moment, which would arise if a centrifugal pump running with a horizontal impeller (on a vertical shaft) were mounted simply by suspending it from a hose. The best example of this is the otherwise practical and inexpensive flat-wound hose of the type used, for example, by fire brigades, which tends to twist when the slightest torsional force is applied. In designing the pump, it was also found that it is advantageous to make the rigid tube (7) about 10 to 50 cm long, depending on the size of the pump. The invention can of course be varied within the scope of the patent claims; for example, the arrangement described for a high torque can also be obtained when the hose (4) is connected directly to the pump casing, by providing the pump casing with a rigid element projecting outwards other than the discharge pipe (7), to which the hose is attached substantially above the centre of the pump impeller, for example by clamping it to the outside of the hose with an external hose clamp. Another possibility is to suspend the pump from one or both of the hoses through which the medium for the hydraulic motor flows (6 in fig. 4) and to attach the hose(s) to the aforementioned rigid element at a certain distance higher up.

Claims

1. Pump system with centrifugal pump, equipped with an impeller (1) which, during operation, is immersed in the pumped medium together with a hydraulic drive motor (5), with hoses leading down to the pump (4, 6) for the pumped medium and the hydraulic drive motor, at least one of which is attached to the pump or to a rigid element projecting rigidly away from the pump so that it is substantially straightened between its upper attachment point and the pump or element, characterized in that the pump impeller (1) runs substantially vertically; i.e. with the shaft entering the motor (5) horizontally, and the aforementioned straight hose is attached to the pump or to the rigid element at a certain vertical distance (r) from the center of the impeller so that the reaction moment of the pump due to the impeller operation is counteracted.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rigid element consists of a tube which forms an enlarged pressure nozzle (7).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the rigid element consists of an extended part other than a pressure nozzle to which the outer side of the hose is attached.