DEP0000883MA - Elektromotorisch angetriebene Tauchkreiselpumpe mit großer Stufenzahl - Google Patents

Description

Bei den bekannten Bauarten der mit ihrem elektrischen Antriebsmotor zu einem einheitlichen Maschinensatz zusammengebauten Tauchkreiselpumpen werden die Pumpenstufen im allgemeinen aus einzelnen die Laufräder und Leitvorrichtungen enthaltenden Gliedern gebildet, die je nach der gewünschten Stufenzahl zusammengesetzt und durch Spannglieder untereinander und mit dem Motorgehäuse verbunden werden. Eine derartige Gliederpumpe ermöglicht zwar in einfacher Weise mit gleichen Bauelementen eine verschiedene Stufenzahl der Pumpe, hat aber den Nachteil, daß die Anzahl der Pumpenstufen nicht beliebig groß gewählt werden kann, da die Pumpe bei großer Stufenzahl nicht stabil genug wird. Bei Tauchkreiselpumpen, die in sehr enge Rohrbrunnen in der Größenordnung von etwa 100 mm eingebaut werden und eine genügend große Förderleistung aufweisen sollen, ist wegen des geringen zur Verfügung stehenden Pumpendurchmessers eine große Anzahl von Pumpenstufen erforderlich. Mit den bisher bekannten Bauarten läßt sich diese Aufgabe nicht befriedigend lösen, so daß Tauchkreiselpumpen mit einem Außendurchmesser in der Grö- ßenordnung von etwa 90 mm bisher nicht für genügende Leistungen gebaut werden konnten. Wenn man weiterhin die Aufgabe stellt, derartige Pumpen für enge Bohrlochdurchmesser mit einphasigem Wechselstrom anzutreiben, was besonders bei Hauswasseranlagen von starkem wirtschaftlichem Interesse ist, so versagen die bisher bekannten Konstruktionen, weil sie zu große Lager- und Spaltreibung aufweisen, denn durch das Aufeinanderstecken der Vielzahl von Gliedern summieren sich die Passungsfehler, so daß das notwendige Spiel in den Lagerbuchsen und Spalten nicht gewährleistet ist. Besonders bei Wechselstrom, aber auch bei Drehstrom ist das Anlaufmoment des elektrischen Antriebsmotors so gering, daß es nicht zum Anlauf derartiger Pumpen ausreicht, insbesondere bei den zur Verfügung stehenden üblichen elektrischen Netzspannungen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß sämtliche Pumpenstufen in ein vorzugsweise nahtloses Rohr eingesetzt werden, das mit dem elektrischen Antriebsmotor verbunden wird. Zweckmässig wird die Pumpe in bekannter Weise oberhalb des Antriebsmotors angeordnet, der in der üblichen Weise als langgestreckter mit Wasser gefüllter Kurzschlußläufermotor für den Betrieb mit Wechsel- oder Drehstrom ausgebildet ist. Das als Pumpengehäuse dienende Rohr enthält alle Teile der Pumpe einschließlich der Lagerung der Pumpenwelle und bildet dadurch ein selbstständiges Bauelement, das mit dem Antriebsmotor vorteilhaft in der Weise verbunden wird, daß das Gehäuserohr an seinem unteren Ende durch eine Verschraubung mit dem gleichfalls zylinderförmigen Motor vereinigt wird, während die Pumpenwelle mit der Motorwelle durch eine geeignete Kupplung, zweckmäßig eine einfache axial zusammenfügbare Hülsenkupplung verbunden wird. Es empfiehlt sich, die Motorwelle ebenso wie die Pumpenwelle für sich zu lagern, so daß ein genaues Fluchten der beiden Wellen erspart werden kann, wenn die Kupplung genügendes radiales Spiel hat. Dies ist beispielsweise der Fall bei einer Steckkupplung, deren vorzugsweise an der Pumpenwelle befestigte, als Hülse ausgebildete eine Hälfte mit klauenförmigen Ausnehmungen über die andere Kupplungshälfte bildende radiale Ansätze der Motorwelle greift. Eine derartige Kupplung ermöglicht einen sehr einfachen Zusammenbau der Pumpe, da die Kupplungshülse nur über das Ende der Motorwelle gesteckt zu werden braucht, worauf das Pumpengehäuse mit dem Motor verschraubt wird.

Wie oben erwähnt, ist das Anlaufmoment des Motors besonders beim Betrieb mit einphasigem Wechselstrom nur gering. Es empfiehlt sich daher, zwischen den Ansätzen der Motorwelle und den klauenförmigen Ausnehmungen der Kupplungshülse ein tangentiales Spiel vorzusehen, um einen unbelasteten Anlauf des Motors zu ermöglichen. Diese Spiel braucht nur verhältnismäßig gering zu sein, da das Drehmoment des Motors schon nach kürzesten Anlaufzeiten und verhältnismäßig kleinen Winkelbewegungen stark ansteigt. Auf diese Weise wird zunächst die ruhende

Rotorreibung überwunden und erst, nachdem die Ansätze der Motorwelle zum Anliegen an die Ausnehmungen der Kupplungshülse gekommen sind, wird die Pumpenwelle mitgenommen.

Die Anordnung des Motors unterhalb der Pumpe hat zur Folge, daß sich die Saugöffnungen zwischen Pumpe und Motor, und zwar vorzugsweise etwa in der Höhe der unteren Lagerung der Pumpenwelle befinden. Die in dem angesaugten Brunnenwasser enthaltenen Verunreinigungen, wie Sand u.dgl. vergrößern daher die Reibung dieses Lagers ganz erheblich. Um es vor dem Eindringen der Verunreinigungen zu schützen, empfiehlt es sich, dieses Lager unterhalb der Begrenzung des Saugraumes anzuordnen und zusätzlich durch eine Sandglocke zu schützen, die oberhalb des Lagers auf der Pumpenwelle befestigt ist. Hat dieses Lager Wasserschmierung, so wird das zur Schmierung dienende Wasser vorteilhaft unterhalb der Sandglocke entnommen, wo infolge der Schleuderwirkung der Glocke keine Verunreinigungen vorhanden sein können.

Damit das Pumpengehäuse als einteiliges Rohr vom Druckstutzen bis zu seiner Verbindungsstelle mit dem Motor durchgeführt werden kann, ist zwischen dem untersten Pumpenteil und dem Gehäuse der unteren Lagerung der Pumpenwelle ein Distanzrohr erforderlich, das zweckmäßig als Sieb zum Fernhalten grober Verunreinigungen von der Pumpen dienen kann. Dies ergibt eine besonders raumsparende Anordnung. Das Gehäuse der unteren Pumpenlagerung wird zweckmäßig gegen einen Sprengring abgestützt, der in dem als Pumpengehäuse dienenden Rohr eingelassen ist.

Gegen diesen Sprengring werden sämtliche Pumpenteile einschließlich des siebartigen Distanzrohres mittels des am oberen Ende des rohrförmigen Pumpengehäuses befestigten Druckstutzens gepreßt, wodurch der Zusammenbau der Pumpe bedeutend vereinfacht wird.

Bei der vorzugsweise durch Verschrauben gebildeten Verbindung der Pumpe mit dem Motor muß berücksichtigt werden, daß das Kabel aus dem Motor herausgeführt werden kann, um dann an dem rohrförmigen Pumpengehäuse und der Rohrleitung entlang an die Stromzuführungsleitung angeschlossen zu werden. Für die Herausführung des Kabels aus dem Motor ist zweckmäßig ein Gewindering vorgesehen, der vorzugsweise mit Außengewinde in den Motorkopf eingreift und mit Innengewinde das rohrförmige Pumpengehäuse aufnimmt. Dieser Gewindering erhält eine Aussparung für die Herausführung des Stromzuführungskabels aus dem Motor.

Die oben angegebenen Maßnahmen, den wirtschaftlich ausnutzbaren Durchmesser der Pumpenlaufräder so groß wie möglich zu erhalten, würden aber trotzdem zu einer unzulänglich hohen Stufenzahl führen, wenn die Pumpe eine normale Welle haben würde, bei der die Laufräder in der üblichen Weise mittels Nut und Feder befestigt sind; denn bei der hohen Stufenzahl ist mit Rücksicht auf die kritische Drehzahl ein verhältnismäßig großer Wellendurchmesser erforderlich, insbesondere wenn die Welle durch Keilnuten geschwächt ist.

Der sich heraus ergebende Querschnitt der Saugseite verringert die erreichbare Druckhöhe je Stufe sehr stark.

Um diesen Ansaugdurchmesser klein zu halten, ist die Pumpenwelle in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit Längsriefen versehen, durch die Laufräder einen festen Halt auf der Welle bekommen. Diese Riefen entsprechen den bei Kerbstiften bekannten Riefen, die für diesen Fall eine ausreichende Festigkeit für den Sitz der Laufräder ergeben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, die als Ausführungsbeispiel den Längsschnitt einer Tauchkreiselpumpe mit einem Außendurchmesser von etwa 90 mm und etwa 10 Pumpenstufen entsprechend einem Förderdruck von beispielsweise 5 atü zeigt.

Das Gehäuse der Pumpe besteht aus einem einteiligen nahtlosen Rohr 1, in das die Leitvorrichtungen 2 der einzelnen Pumpenstufen eingesetzt sind. Die Pumpenwelle 3 trägt die Laufräder 4, die durch Längsriefen 5 der Pumpenwelle in ihrer Lage gehalten sind. Das untere Ende der Pumpenwelle 3 ist in einem Gleitlager 6 geführt, dessen mit Öffnungen 7 für den Umlauf des Reinwassers versehenes Gehäuse 8 auf einem in einer Ringnut des Gehäuserohres 1 eingesetzten Sprengring 9 ruht. Das obere Ende der Pumpenwelle 3 ist in einem Gleitlager 10 geführt, dessen mit Austrittsöffnungen für das geförderte Wasser versehenes Gehäuse 11 den oberen Abschluß der Pumpe bildet und mit dem Gehäuserohr 1 verschraubt ist. Der Gehäuseteil 11 bildet den Druckstutzen der Pumpe und nimmt das übliche Rückschlagventil für die an ihn angeschlossene Steigleitung auf.

Das Gehäuserohr 1 ist an seinem unteren Ende mit Schraubengewinde 12 versehen, das im Innengewinde eines zylindrischen Ringes 13 eingreift. Dieser ist auf ein Rohrstück 14 geschraubt, das den oberen Teil des Gehäuses für den elektrischen Antriebsmotor 15 bildet. Das untere Ende der Pumpenwelle 2 trägt eine durch einen Stift 16 gehaltene Kupplungshülse 17, die über das obere Ende der Motorwelle 18 greift. Letztere ist von einem radialen Bolzen 19 durchsetzt, dessen Enden zwischen klauenförmige Ansätze 20 am unteren Ende der Kupplungshülse 17 hineinragen. Die Ansätze 20 weisen in der Umfangsrichtung einen größeren Zwischenraum auf, als dem Durchmesser des Bolzens 19 entspricht, so daß die Kupplung neben einem radialen auch ein tangentiales Spiel hat. Zwischen den beiden Stirnseiten der Pumpenwelle 3 und der Motorwelle 18 ist in entsprechenden Ausnehmungen der beiden Wellen eine Kugel 21 angebracht, die den axialen Druck der nur in den Halslagern 6 und 10 geführten Pumpenwelle 3 auf die Motorwelle 18 überträgt, deren axialer Druck von der auf dem oberen Ende der Motorwelle 18 sitzenden, durch eine Ringmutter 32 gehaltenen Spurscheibe 22 bzw. deren Anlauffläche 23 aufgenommen wird. Letztere ist in einem Gehäuseteil 24 befestigt, die in den zylindrischen Teil 13 des Motorgehäuses eingesetzt ist und auch das Führungslager 25 der Motorwelle 18 trägt. Das Spurlager 22, 23, das durch die über der Kupplungshülse 17 auf der Pumpenwelle 3 sitzende Gegenspurscheibe 33 ergänzt wird, nimmt daher sowohl den Axialdruck des Pumpenläufers als auch das Gewicht des unter ihm befindlichen Motorläufers auf, so daß das untere, nicht dargestellte Ende der Motorwelle nur in einem Hals- lager geführt zu werden braucht. Das Gehäuse des Motors ist daher nicht auf Zug beansprucht und kann deshalb in seinem mittleren Teil durch das Ständerblechpaket selbst gebildet werden, das zu seinem Abschluß keinen besonderen Gehäusemantel erfordert.

Das untere Führungslager 6 der Pumpenwelle 3 liegt unterhalb der Wassereintrittsöffnungen 26 des Gehäuserohres 1 und ist durch eine auf der Pumpenwelle 3 befestigte Glocke 27 vor Verunreinigungen geschützt, die in dem durch die Öffnungen 26 der Pumpe zuströmenden Brunnenwasser enthalten sind. Das Lager 6 wird durch Wasser geschmiert, das unterhalb der Sandglocke 27 durch einen zwischen dem Lagergehäuse 8 und der Pumpenwelle 3 befindlichen Spalt 28 den Laufflächen des Lagers 6 zufließt. Um gröbere Verunreinigungen von der Pumpe fernzuhalten, sind die Wassereintrittsöffnungen 26 des Gehäuserohres 1 an der Innenseite durch ein mit siebartigen Durchbrechungen versehenes Rohr 29 abgedeckt, das eng an der Innenwand des Gehäuserohres 1 anliegt und sich an seinem unteren Ende gegen das Lagergehäuse 8 und an seinem oberen Ende gegen den Pumpenteil 2 der untersten Pumpenstufe legt. Dieses siebartige Rohr 29 dient gleichzeitig auch als Distanzstück, da es beim Einschrauben des Druckstutzens 11 in das Gehäuserohr 1 den auf sämtliche Pumpenstufen ausgeübten Preßdruck auf das von dem Sprengring 9 gehaltene Lagergehäuse 8 überträgt, so daß ein sehr fester Halt der ganzen Pumpenteile in dem Gehäuserohr 1 und damit ein sehr stabiler Aufgabe der Pumpe erreicht wird.

Der Motor erhält seinen Strom durch das Kabel 30, das vorzugsweise als Flachkabel ausgebildet und außen am Gehäuserohr 1 an der Pumpe entlang geführt ist, so daß es in radialer Richtung nur wenig Raum beansprucht. Das Einschrauben des Gehäuserohres 1 der Pumpe in den Gehäusering 13 des Motors wird durch das Kabel 30 nicht behindert, denn dieses ist in einer Aussparung 31 des Gehäuseringes 13 unterhalb des Gehäuserohres 1 seitlich aus dem Motor herausgeführt. Die Aussparung 31 wird dann zweckmäßig durch geeignete Dichtungsmassen vergossen.

Die vorgeschlagene Bauart ermöglicht in besonders einfacher Weise lediglich durch Zusammenschrauben der Gehäuseteile und Zusammenstecken der Wellenenden in die Kupplungshülse der Pumpenwelle einen Zusammenbau von Pumpe und Motor, da jeder dieser beiden Teile für sich und unabhängig von dem anderen mit einer Lagerung für seine Welle versehen ist. Die Unterbringung der Pumpe in dem Gehäuserohr hat den weiteren Vorteil, daß bei kleinstem Außendurchmesser beliebig viele Pumpenstufen vorgesehen werden können, so daß auch bei sehr geringem Durchmesser der Pumpenwelle ein einwandfreier Sitz der Laufräder und eine genügend stabile Ausbildung der ganzen Pumpe gesichert ist. Die hierbei vorgesehene Steckkupplung hat den weiteren Vorteil, daß beispielsweise bei Verwendung von zwei diametral gegenüberliegenden Klauen ein so großes tangentiales Spiel erhalten werden kann, daß der Motor beim Anlauf nur seine Lagerreibung zu überwinden braucht und erst bei einer gewissen Geschwindigkeit mit der Pumpe gekuppelt wird, da erst dann der Bolzen 19 zum Anliegen an der Kupplungshülse 17 kommt. Das Anlaufmoment des Motors kann somit gering sein, so daß auch ein Einphasen-Induktionsmotor, dessen Anlaufmoment bekanntlich bedeutend kleiner ist als bei einem Drehstrommotor, zum Antrieb der Pumpe verwendet werden kann. Die Lagerreibung des Motors ist schon wegen des im Motorteil befindlichen Spurlagers etwas größer als die des Pumpenläufers, so daß der Motorläufer beim Auslauf gegenüber dem Pumpenläufer zurückbleibt. Außerdem fließt das Wasser kurz vor dem Schließen des am Fuße der Steigleitung angebrachten Rückschlagventils in die Pumpe zurück und treibt diese als Turbine an. Durch diese Differenz der Lagerreibungen und die sich beim Auslauf ergebende Turbinenwirkung wird erreicht, daß sich der Bolzen 19 in die für den Anlauf günstige Lager zur Kupplungshülse 17 einstellt, indem das Spiel der Kupplung in der Drehrichtung vor dem Bolzen 19 liegt.

Bei Zusammenbau von Pumpe und Motor kann die axiale Einspielung der beiden Wellen in besonders einfacher Weise dadurch erhalten werden, daß man das Gehäuserohr 1 der Pumpe soweit in den Gehäusering 13 des Motorkopfes einschraubt, bis die auf der Pumpenwelle 3 sitzende Gegenspurscheibe 33 zur Anlage an dem unteren Ende des Halslagers 6 kommt. Der notwendige Spalt zwischen der Gegenspurscheibe 33 und dem Lager 6 wird dadurch erreicht, daß man das Gewinde im Motorkopf 13 um eine der Steigung von z.B. 0,5 mm entsprechenden Gewindelänge zurückschraubt und dann beispielsweise durch eine kurze radiale Schraube sichert.

Infolge der Anordnung des Spurlagers 22, 23 an der Oberseite des Motorteiles ist die untere Lagerung der Motorwelle nicht belastet. Das untere Lagerschild braucht somit keine Kräfte aufzunehmen und kann unmittelbar unter Fortfall eines Gehäuses an dem Ständerblechpaket befestigt werden. Die Ersparung des Gehäusemantels ermöglicht eine weitere Verringerung des Außendurchmessers des Motors. Der Zusammenhalt der Ständerbleche kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß an der Außenseite des Blechpaketes eine oder mehrere Längsschweißnähte vorgesehen werden, die eine ausreichende Festigkeit des keiner Zugbeanspruchung ausgesetzten Ständerblechpaketes sichert.

Das innere des Motors wird in üblicher Weise mit Reinwasser angefüllt, das durch in dem oberen Lagerdeckel 24 des Motorteiles vorgesehene Durchbrechungen 34 auch in den die Kupplung 17, 19 enthaltenden Raum gelangt, in dem es durch den im unteren Lagergehäuse 8 des Pumpenteiles vorgesehenen Kanal 7 und den Spalt 28 unterhalb der Sandglocke 28 dauernd ergänzt wird.

Die übrige Ausbildung des Motors hinsichtlich seiner wasserfesten Wicklung, seinen wassergeschmierten Lagerungen usw. entspricht der an sich bekannten Bauweise.

Claims (10)

1) Elektromotorisch angetriebene Tauchkreiselpumpe mit großer Stufenzahl zum Einbau in enge Rohrbrunnen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Pumpenstufen in einem einteiligen vorzugsweise nahtlosen Rohr eingebaut sind, das mit dem annähernd den gleichen Durchmesser wie das Rohr aufweisenden, unterhalb der Pumpe angeordneten Motor verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.

2) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Pumpengehäuse dienende Rohr an seinem unteren Ende eine Lagerung für die Pumpenwelle enthält, die durch eine axial zusammensteckbare Kupplung mit der Motorwelle verbunden ist.

3) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ende der Pumpenwelle eine Kupplungshülse befestigt ist, in deren klauenförmige Ausnehmungen radiale Ansätze der Motorwelle, vorzugsweise die Enden eines die Motorwelle durchsetzenden radialen Bolzens eingreifen.

4) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung ein tangentiales Spiel hat, durch das ein unbelasteter Anlauf des Motors ermöglicht wird.

5) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Lager der Pumpenwelle in einem die untere Begrenzung der Pumpensaugöffnung bildenden Gehäuse angeordnet ist, das von einer Sandglocke zum Schutz des Lagers vor Verunreinigungen überdeckt ist.

6) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenstufen durch einen in das obere Ende des Gehäuserohres eingeschraubten, vorzugsweise als Druckstutzen ausgebildeten Kopfteil gegen ein an einem inneren Ansatz des Gehäuserohres, z.B. einem Sprengring über das untere Lagergehäuse abgestütztes Rohrstück gedrückt und dadurch fest zusammengehalten sind.

7) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Pumpenstufen abstützende Rohrstück als Sieb ausgebildet ist, daß die in dem Pumpengehäuse angebrachten Saugöffnungen an der Innenseite abdeckt.

8) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeteilte Pumpenwelle mit mehreren, vorzugsweise drei Längsriefen versehen ist, durch die die auf die Welle geschobenen Laufräder einen festen Sitze erhalten.

9) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Wellenenden der Pumpe und des Motors eine Kugel zur Übertragung der axialen Belastung des Pumpenläufers auf ein im Motorteil, vorzugsweise an der Oberseite des Motors angeordnetes Spurlager geschaltet ist.

10) Tauchkreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Pumpengehäuse mit dem oberen Teil des Motors durch einen Gewindering verbunden ist, der mit einer Aussparung für die Einführung des Stromzuführungskabels in den Motor versehen ist.