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Mit einem im Wege des Fördermittels liegenden Tauchmotor angetriebene
Zentrifugalpumpe für die Förderung heißer Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich
auf Zentrifugalpumpen, insbesondere zum Fördern von Flüssigkeiten mit hoher Temperatur
und gegebenenfalls hohem Druck, und zwar eine an sich bekannte Konstruktion von
diesem Zweck dienenden Zentrifugalpumpen, die durch einen im Wege des Fördermittels
liegenden Tauchmotor angetrieben werden, wobei das Pumpen- und das Motorgehäuse
zu einem gemeinsamen Gehäuse kombiniert sind, das zwischen Motor und Pumpe eine
Einschnürung aufweist, durch welche die das Laufrad der Pumpe mit dem Rotor des
Motors verbindende Welle hindurchgeführt ist.
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Die Erfindung bezweckt, einen wesentlichen Nachteil der bekannten
Pumpen dieser Art zu beheben, der darin besteht, daß bei diesen durch die Förderflüssigkeit
längs der Welle über den eingeschnürten Teil eine schädliche Wärmeübertragung auf
den Motor erfolgen kann. Gemäß der Erfindung wird die Möglichkeit einer solchen
Wärmeübertragung dadurch verhindert, daß auf der der Einlaßöffnung abgewendeten
Seite des Pumpenlaufrades in einem flüssigkeitserfüllten Raum des Pumpengehäuses
auf einer die Welle mit geringem Spiel umgebenden Hülse der Wärmedämmung dienende
feststehende Prallplatten angeordnet sind. Hierdurch werden zwischen den Prallplatten
in unmittelbarer Nähe der Welle Schichten von praktisch im Ruhezustande verbleibender
Flüssigkeit gebildet, die voneinander durch die Platten getrennt sind, so daß eine
sehr erhebliche Verringerung der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung in diesem
Bereich erfolgt. Dadurch, daß die Prallplatten an der die Welle umgebenden feststehenden
Hülse angeordnet, vorzugsweise mit ihren inneren Kanten an dieser befestigt sind,
ist die Flüssigkeit zwischen den Prallplatten völlig den Einflüssen der sich drehenden
Welle entzogen.
Vorzugsweise «erden die Prallplatten so angeordnet,
daß sie mit ihren äußeren Kanten die Innenflächen des flüssigkeitserfüllten Raumes
berühren.
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Die Anordnung von der Wärmedämmung dienenden Prallplatten ist bei
Zentrifugalpumpen von grundsätzlich anderer Konstruktion, nämlich solchen, bei denen
der Motor nicht in die Förderflüssigkeit eingetaucht ist, sondern in einem besonderen
Kühlsystem liegt, bekannt. Es ist aber offensichtlich, daß diese Maßnahme schon
aufgabenmäßig mit der gemäß der Erfindung, bei der der Motor in der Förderflüssigkeit
und nicht in einem besonderen Kühlsystem liegt, nichts zu tun hat. Bei der bekannten
Anordnung liegt außerdem der Ringraum, in dem die Prallplatten angeordnet sind,
in erheblichem Abstand von der Welle, wobei die Platten lediglich den Zweck und
die Wirkung haben, eine Erwärmung der oberen Ölschichten zu verhindern.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform einer Zentrifugalpumpe gemäß
der Erfindung an Hand der Abbildung beschrieben, die einen Axialschnitt der neuen
Pumpenkonstruktion darstellt.
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In der Abbildung ist der obere, den Antriebsmotor aufnehmende Teil
des gesamten Aggregates fortgelassen und lediglich das der Pumpe zugekehrte Ende
des Motorgehäuses mit i bezeichnet, angedeutet.
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Das Motorgehäuse ist mit dem Pumpengehäuse 3, in welchem das Pumpenlaufrad
2 umläuft, durch einen -eingeschnürten Teil 4 zu einem gemeinsamen Gehäuse vereinigt.
In der Einschnürung 4. ist eines der Lager einer Welle 5 angeordnet, die der Pumpe
und dem Motor gemeinsam ist. Ferner wird die Flüssigkeit in dem gemeinsamen Gehäuse
dadurch gekühlt, daß sie im Kreislauf vom oberen Ende des Motorgehäuses (nicht dargestellt)
durch eine in einem Kühltank befindliche Schlange (nicht dargestellt) und über eine
in der Wandung der Einschnürung 4 vorgesehene Öffnung durch eine Rohrleitung 6 wieder
-zurück zum gemeinsamen Gehäuse geleitet wird.
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Das Laufrad :2 ist am unteren Ende der Welle 5 angeordnet. Es saugt
die Flüssigkeit in Achsrichtung durch eine Eintrittsöffnung 7 am unteren Ende des
Pumpengehäuses an und gibt sie radial durch einen Auslaß 8 in der Ebene des Laufrades
ab. Zwischen dem Laufrad und dem Auslaß 8 ist ein Diffusor 9 angeordnet. Dieser
wird im nachfolgenden nicht näher beschrieben.
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Gemäß der Erfindung ist im Pumpengehäuse auf der der Einlaßöffnung
7 abgewandten Seite des Pumpenlaufrades a ein zylindrischer Raum io von erheblicher
axialer Länge angeordnet. Das Lager für die Welle 5 ist vom Pumpenlaufrad :2 so
weit zurückliegend angeordnet, daß es nicht in den rückseitigen Raum io hineinreicht.
In diesem zylindrischen rückseitigen Raum io ist eine Mehrzahl von scheibenförmig
gestalteten Prallvorrichtungen i i koaxial zu der Welle 5 angeordnet.
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Der rückseitige Raum io ist auf übliche Weise über Bohrungen 1a im
Pumpenlaufrad mit dem Pumpeneinlaß verbunden und daher mit Flüssigkeit gefüllt.
Normalerweise würde die Temperatur dieser Flüssigkeit sich infolge der starken Konvektion
schnell in dem gesamten Raum der der gepumpten Flüssigkeit nähern, so daß, wenn
z. B. die Temperatur der zu pumpenden Flüssigkeit stark ansteigt, die Flüssigkeit
in dem rückseitigen Raum die gleiche Temperatur schnell, beispielsweise auf das
Wellenlager, übertragen würde.
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Sind jedoch die beschriebenen Prallvorrichtungen vorhanden, so wird
eine Mehrzahl von Schichten im wesentlichen im Ruhezustand verbleibender Flüssigkeit
zwischen den verschiedenen Prallplatten und zwischen der Endprallplatte und der
Endfläche des rückseitigen Raumes gebildet, und die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung
durch diese verschiedenen Schichten, die nur durch Leitung und natürliche Konvektion
erfolgen kann, ist viel geringer als die durch die starke Konvektion verursachte,
wenn die Prallvorrichtungen nicht vorhanden wären. So verbleibt das Wellenlager
z. B. auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur.
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Die Prallvorrichtungen i i sind erfindungsgemäß mit ihren inneren
Kanten an einer festen Hülse 13 befestigt, welche die Welle 5 dicht umschließt.
Mit ihren äußeren Kanten können sie erfindungsgemäß die Innenfläche des rückseitigen
Raumes berühren. Die Hülse 13 kann an ihrem von der Pumpe abliegenden Ende einen
Flansch 14 aufweisen, mittels welchem sie an der Rückwand des Pumpengehäuses befestigt
ist. Um den Prallplatten i i eine erhöhte Festigkeit zu geben, ist eine Anzahl von
Stangen 15 vorgesehen, die, mit ihrem oberen Ende an der Rückwand des Pumpengehäuses
befestigt, sich abwärts durch Lochungen in den Prallplatten erstrecken. Geeignete
Abstandsbüchsen sind auf den Stangen 15 zwischen den Prallplatten vorgesehen.
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Da das Metall der Prallplatten i i dein Wärmedurchgang keinesfalls
einen hohen Widerstand entgegensetzt, ist es empfehlenswert, sie aus verhältnismäßig
dünnwandigem Metall herzustellen und die sie tragende Hülse 13 nur so stark zu gestalten,
daß sie den Beanspruchungen infolge von Stößen der sich bewegenden Flüssigkeit widersteht.
Es ergibt sich, daß keine dichte Abdichtung zwischen den Prallvorrichtungen und
den anliegenden Teilen erforderlich ist, wenn gewährleistet ist, daß die Schichten
der Flüssigkeit, wie erläutert, im wesentlichen im Ruhezustand verbleiben.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform besteht der Hauptzweck
der Prallplatten i i darin, zu gewährleisten, daß, falls der oben beschriebene Kühlumlauf
über die Kühlschlange und das Rohr 6 versagen sollte, beispielsweise wegen Stillstandes
des Motors zufolge Ausbleibens des elektrischen Stromes, kein starker Wärmefluß
von der innerhalb des Pumpengehäuses befindlichen Flüssigkeitsmasse oder von dem
das Pumpengehäuse bildenden Metall zum Elektromotor hin stattfindet.
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Wie dargestellt, besteht das Pumpengehäuse 3 aus zwei Teilen 3a und
311, die eine ringförmige Verbindungsfläche 16 in einer Ebene quer zur Welle 5 aufweisen.
Ein weiterer Zweck dieser Ausführungsform besteht darin, die Höchstgeschwindigkeit
des
Temperaturwechsels an der Stelle dieser Verbindungsfläche zu begrenzen. Der zylindrische,
rückseitige Raum io, in dem die Prallvorrichtungen i i angeordnet sind, besteht
aus einer zylindrischen Aussparung im rückseitigen oder oberen Teil 3a des Pumpengehäuses
3, d. h. dem Teil, der die Stopfbuchse enthält. Die äußere Fläche 17 dieses Teiles
3a ist ebenfalls auf dem größten Teil der Länge des rückwärtigen Raumes zylindrisch
gestaltet. Der vordere oder untere Teil 3b des Pumpengehäuses, in welchem der Einlaß
und der Auslaß angeordnet sind, weist einen rückseitigen, ringförmigen Ansatz 18
auf, welcher die äußere zylindrische Fläche 17 des Teiles 3a umgibt. Die ringförmige
Fläche am rückwärtigen Ende dieses Ansatzes 18 grenzt an die vordere Fläche eines
an dem Teil 3a angeordneten Flansches i9. Die beiden Teile sind mittels Schrauben
2o an diesen zwei Anlageflächen, welche so die Verbindungsflächen des Pumpengehäuses
bilden, miteinander verbunden. Zufolge der Prallplatten i i wird die Geschwindigkeit
des Wärmeflusses von der Innenseite des rückseitigen Raumes zu der Verbindungsfläche
am Teil 3a des Gehäuses erheblich herabgesetzt. Die Geschwindigkeit des Wärmeflusses
zu der Verbindungsstelle an dem Teil 3b des Gehäuses, die von der Leitfähigkeit
durch die tatsächliche Wandstärke des rückwärtigen Ansatzes 18 abhängt, ist ebenfalls
verhältnismäßig niedrig. Der Wärmefluß zu der Verbindungsstelle ist daher in vorteilhafter
Weise gering, und die Temperatur der Verbindungsflächen steigt und fällt langsam,
so daß die Verbindungsflächen die Möglichkeit haben, die gleiche Temperatur durch
Strahlung und Leitung von der einen Seite der Verbindung zur anderen zu erreichen.
Die Anordnung besitzt die zusätzliche wünschenswerte Eigenschaft, daß die Verminderung
der Geschwindigkeit des Temperaturwechsels der Verbindung auch die Temperaturdifferenz
zwischen dem erwähnten Flansch i9 an dem Teil 311 des Gehäuses und den durch diesen
Flansch hindurchgehenden Schrauben 2o auf ein Mindestmaß verringert. Diese Schrauben
20, die fast unvermeidlicherweise von einer dünnen Schicht Luft umgeben sind, sprechen
im allgemeinen langsamer auf Temperaturwechsel an, da sie ihre Wärme entweder in
axialer Richtung von dem in das Metall eingeschraubten Teil oder durch Strahlung
und Konvektion durch die Luftschicht hindurch empfangen müssen. Jeder dieser beiden
Vorgänge verläuft langsam. Wenn die Temperatur des Flansches i9 schnell fällt, so
verringert sich die Temperatur der Schrauben 2o erheblich langsamer, so daß die
Schrauben gegenüber der Stärke des Flansches länger werden, und dies vermindert
den Festspannungsdruck, der die Verbindung dicht hält. Die neue Konstruktion erhöht
durch Herabminderung der Geschwindigkeit des Temperaturwechsels an der Stelle der
Verbindungsflächen die Neigung der Schrauben 2o, die gleiche Temperatur anzunehmen,
wie die beiden Teile, die sie zusammenschrauben. Sie bewirken daher, daß die Verbindung
dicht und völlig unverändert bleibt.
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Weitere Konstruktionseinzelheiten ergeben sich im wesentlichen hinreichend
klar aus der Zeichnung. Es ist ersichtlich, daß die Welle 5 auf einige Entfernung
von ihrem unteren Ende hohl gestaltet ist; das Laufrad 2 ist auf einem Zapfenteil
angebracht, der in das untere offene Ende der Welle eingeschweißt ist. Durch die
hohle Gestaltung der Welle wird die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung von der
Pumpe zum Motor hin noch weiterhin vermindert.
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Es ist ferner ersichtlich, daß die Außenfläche der Einschnürung viele
ringförmige Rippen 21 aufweist. Diese erhöhen die Oberflächenwärmestrahlung dieser
Einschnürung und vermindern noch weiter die Wärmeübertragung von der Pumpe zum Motor
hin.
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Bei der beschriebenen besonderen Ausführungsform gelangt für die Welle
5 ein Kipplager zur Anwendung. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet die Kippkörper. Die
Lagerflächen dieser Körper umfassen eine Hülse 23, die fest auf der Welle 5 angeordnet
ist, und sie liegen kippbar einer sie umgebenden Hülse 2,4 an, die eine Auskleidung
innerhalb der Einschnürung q. bildet. Das Teil 24 weist eine konische Innenfläche
auf, gegen die die Kippkörper 22 anliegen. Ein in das Teil 24 eingeschraubter Käfig
25 zwingt die Kippkörper gegen die konische Fläche.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist das Teil 24 an seinem Ende
einen Flansch auf, mit dem es an der Rückwand des Pumpengehäuses mittels der gleichen
Schrauben befestigt ist, die die Hülse 13 halten.