DEP0002552BA

DEP0002552BA - Device for lubricating the upper neck bearing of centrifugal pumps with a vertical shaft

Info

Publication number: DEP0002552BA
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr. Hamburg-Blenkenese Busmann
Original assignee: Pleuger-Pumpen KG, Hamburg
Publication date: 1950-08-31

Description

Bei den mit senkrechter Welle versehenen Kreiselpumpen, wie sie beispielsweise bei Unterwasserpumpen verwendet werden, ist an dem oberen Ende der Pumpenwelle unterhalb des Halslagers häufig eine Entlastungsvorrichtung, z.B. ein Kolben vorgesehen, der unter dem Förderdruck der Pumpe steht und beim Betrieb die Pumpenwelle etwas anhebt, um das Spurlager zu entlasten. Der von dem Förderstrom der Pumpe abgezweigte, durch die Entlastungsvorrichtung geführte Wasserstrom gelangt dann im allgemeinen über das Halslager in den Brunnenschacht, wobei das als Gleitlager ausgebildete Halslager durch das die Entlastungsvorrichtung verlassende Wasser geschmiert wird. Eine derartige Führung des Entlastungswassers hat den Nachteil, daß die im Wasser enthaltenen Fremdkörper, wie Sand oder Verunreinigungen einen raschen Verschleiß des Gleitlagers zur Folge haben. Wird das Halslager nicht von dem Strom des Entlastungswassers bestrichen, sondern im toten Winkel hierzu angeordnet, so erhält es eine ungenügende Schmierung, wenn nicht Vorkehrungen getroffen werden, um einen Umlauf des zur Schmierung dienenden Wassers in dem Halslager sicherzustellen. Mit den bisher bekannten Bauarten derartiger Lager konnte diese Aufgabe jedoch nicht befriedigend gelöst werden.In centrifugal pumps with a vertical shaft, such as those used in submersible pumps, a relief device, e.g. a piston, is often provided at the upper end of the pump shaft below the neck bearing, which is under the delivery pressure of the pump and which lifts the pump shaft slightly during operation. to relieve the thrust bearing. The water flow branched off from the delivery flow of the pump and passed through the relief device then generally reaches the well shaft via the neck bearing, the neck bearing, designed as a slide bearing, being lubricated by the water leaving the relief device. Such a management of the relief water has the disadvantage that the foreign bodies contained in the water, such as sand or impurities, result in rapid wear of the slide bearing. If the neck bearing is not swept by the flow of the relief water, but is arranged in the blind spot to it, it receives insufficient lubrication if precautions are not taken to ensure that the water used for lubrication circulates in the neck bearing. With the previously known types of such bearings, however, this task could not be satisfactorily achieved.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine sichere Schmierung des als Gleitlager ausgebildeten Halslagers dadurch erreicht werden, daß ein Teil des Wassers, das die unterhalb des Halsla- gers angeordnete Entlastungsvorrichtung verläßt, durch die Pumpwirkung von auf dem Wellenende vorgesehenen Befestigungselementen, z.B. für eine Wellenbuchse in dauerndem Umlauf über die Laufflächen des Halslagers geführt wird. Der das Entlassungswasser aufnehmende Sammelkanal steht hierbei in offener Verbindung mit der Lauffläche des Halslagers, so daß ein Teilstrom des Entlastungswassers infolge der Pumpwirkung der Welle durch den Lagerspalt gesaugt wird und die Laufflächen schmiert. Zur Rückführung dieses Schmierwassers wird zweckmäßig in dem Gehäuse des Halslagers ein z.B. aus einer Nute bestehender Kanal vorgesehen, der etwa in Höhe der Befestigungselemente des Wellenendes beginnt und in den Sammelkanal des Entlastungswassers mündet. Infolge der Pumpwirkung des Wellenendes wird daher ein dauernder Kreislauf eines Teilstromes des Entlastungswassers durch den Lagerspalt des Halslagers geleitet, so daß dieses eine gute Schmierung erhält. Um die Schmierwirkung zu verbessern, empfiehlt es sich, auf dem Wellenende außer den Befestigungselementen zusätzliche Fördervorrichtungen vorzusehen. So ist es vorteilhaft, zwischen den beiden auf das Wellenende geschraubten Muttern für die Wellenbuchse eine Scheibe anzuordnen, die den die Muttern umgebenden, von der oberen Wand des Lagergehäuses begrenzten Wirbelraum in zwei Teile unterteilt. Der der Teile zugekehrte untere Wirbelraum wird zweckmäßig durch den Rückführungskanal mit dem Sammelkanal des Entlastungswassers verbunden, so daß oben aus dem Lagerspalt tretende Schmierwasser in gleichmäßigem Strome abgeführt wird. In dem über dieser Scheibe liegenden oberen Teil des Wirbelraumes wird das Wasser infolge der Fliehkraft der Mutter unter einen bestimmten Druck gesetzt, der gegen die Scheibe wirkt und ein Austreten des Wassers von dem unteren in den oberen Teil des Wirbelraumes vermindert. Die Wand des oberen Lagergehäuses wird zweckmäßig möglichst dicht um die Muttern herumgeführt, um deren Pumpwirkung zu verbessern. Man kann auch die untere der beiden Befestigungsmittel nach Art eines Kreiselrades ausbilden, z.B. mit als Schaufeln wirkenden Ansätzen versehen, wodurch eine weitere Steigerung der Pumpwirkung erreicht wird.According to the present invention, reliable lubrication of the neck bearing, which is designed as a slide bearing, can be achieved in that part of the water that reaches the underneath the neck bearing Gers arranged relief device leaves, is guided by the pumping action of fastening elements provided on the shaft end, e.g. for a shaft bushing in continuous circulation over the running surfaces of the neck bearing. The collecting channel receiving the discharge water is in open connection with the running surface of the neck bearing, so that a partial flow of the discharge water is sucked through the bearing gap as a result of the pumping action of the shaft and lubricates the running surfaces. For the return of this lubricating water, a channel consisting e.g. of a groove is expediently provided in the housing of the neck bearing, which begins approximately at the level of the fastening elements of the shaft end and opens into the collecting channel of the relief water. As a result of the pumping action of the shaft end, a continuous circulation of a partial flow of the relief water is therefore passed through the bearing gap of the neck bearing, so that this receives good lubrication. In order to improve the lubricating effect, it is advisable to provide additional conveying devices on the shaft end in addition to the fastening elements. So it is advantageous to arrange a washer between the two nuts screwed onto the shaft end for the shaft bushing, which divides the swirl space surrounding the nuts and delimited by the upper wall of the bearing housing into two parts. The lower vortex space facing the parts is expediently connected by the return channel to the collecting channel of the relief water, so that lubricating water emerging from the bearing gap at the top is discharged in a uniform flow. In the upper part of the vortex space above this disc, the water is placed under a certain pressure due to the centrifugal force of the nut, which acts against the disc and prevents the water from escaping from the lower to the upper part of the vortex space. The wall of the upper bearing housing is expediently guided as tightly as possible around the nuts in order to improve their pumping action. The lower of the two fastening means can also be designed in the manner of a rotary wheel, e.g. provided with lugs acting as blades, whereby a further increase in the pumping effect is achieved.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im Schnitt dargestellt. Das obere Ende der senkrechten Welle 1 einer Unterwasserpumpe, deren elektrischer Antriebsmotor in der üblichen Weise unterhalb der Pumpe angeordnet und mit dieser an einem einheitlichen Maschinensatz zusammengebaut ist, ist in dem Halslager 2 geführt das in einem glockenförmigen Gehäuseteil 3 angeordnet ist. Dieses enthält den Druckkanal 4 der Pumpe und ist mit seinem Außenteil 5 an dem zylindrischen Pumpengehäuse 6 z.B. durch Schraubengewinde 7 befestigt. Unterhalb des Halslagers 2 ist auf der Pumpenwelle ein Entlastungskolben 8 befestigt, der in einer zylindrischen Bohrung 9 des Gehäuseteils 3 geführt ist. Unterhalb des Entlastungskolbens 8 sind die Laufräder 10 der mehrstufigen Unterwasserpumpe angeordnet, die in dem Druckkanal 4 fördern. Ein Teilstrom des geförderten Wassers wird durch den Spalt 11 in den Ringkanal 12 unter den Entlastungskolben 8 geführt. Das den Entlastungskolben 8 verlassende Wasser gelangt in den ringförmigen Sammelraum 13, von wo es durch den Kanal 14 in den Brunnenschacht zurückfließt.An embodiment of the invention is shown in section in the drawing. The upper end of the vertical shaft 1 of an underwater pump, the electric drive motor of which is arranged in the usual way below the pump and assembled with it in a unitary machine set, is guided in the neck bearing 2, which is arranged in a bell-shaped housing part 3. This contains the pressure channel 4 of the pump and is attached with its outer part 5 to the cylindrical pump housing 6, e.g. by screw thread 7. A relief piston 8, which is guided in a cylindrical bore 9 of the housing part 3, is fastened on the pump shaft below the neck bearing 2. The impellers 10 of the multistage underwater pump, which deliver in the pressure channel 4, are arranged below the relief piston 8. A partial flow of the pumped water is guided through the gap 11 into the annular channel 12 under the relief piston 8. The water leaving the relief piston 8 reaches the annular collecting space 13, from where it flows back through the channel 14 into the well shaft.

Das obere mit einer Laufbuchse 15 versehene Ende der Welle 1 ist in dem Halslager 2 geführt, wobei die Laufbuchse 15 mittels der Unterlegscheibe 16 und der beiden Muttern 17 und 19 mit der Welle 1 befestigt ist. Zwischen den beiden Muttern 17 und 19 ist eine glatte Scheibe 18 angeordnet, die einen größeren Durchmesser als die beiden Muttern hat und bis dicht an die Innenwand des glockenförmigen Lagergehäuses 3 reicht, das die beiden Muttern 17 und 19 mit geringem Abstand umschließt. Von dem oberen Teil des Gehäuses 3 ist ein Wirbelraum 20 begrenzt, der durch die Scheibe 18 in zwei Teile geteilt ist. Der untere Teil des Wirbelraumes 20 steht in offener Verbindung mit einem in dem Lagergehäuse 3 angebrachten Rückführkanal 21, der bis zur Höhe der Scheibe 18 reicht und mit seinem unteren Ende in dem ringförmigen Sammelraum 13 mündet.The upper end of the shaft 1 provided with a bushing 15 is guided in the neck bearing 2, the bushing 15 being fastened to the shaft 1 by means of the washer 16 and the two nuts 17 and 19. Between the two nuts 17 and 19 a smooth washer 18 is arranged, which has a larger diameter than the two nuts and extends right up to the inner wall of the bell-shaped bearing housing 3, which encloses the two nuts 17 and 19 at a small distance. A vortex space 20 is delimited by the upper part of the housing 3 and is divided into two parts by the disk 18. The lower part of the vertebral space 20 is in open connection with a return duct 21 which is mounted in the bearing housing 3 and extends up to the level of the disk 18 its lower end opens into the annular collecting space 13.

Beim Umlauf der Welle wird durch die Muttern 17 und 19 eine Pumpwirkung erzeugt, unter deren Einfluß ein Teil des den Entlastungskolben 8 verlassenden Wassers aus dem ringförmigen Sammelraum 13 in den Lagerspalt zwischen den Teilen 2, 15 des Halslagers entsprechend dem eingezeichneten Pfeil hochgesaugt wird. Es gelangt dann in den unteren, von der Scheibe 18 begrenzten Teil des Wirbelraumes 20 und tritt von dort in den Kanal 21. Das oberhalb der Scheibe 19 im Wirbelraum befindliche Wasser steht infolge der Pumpwirkung der Mutter 17 unter einem bestimmten Druck, der das Schmierwasser unterhalb der Scheibe 18 gegen den Raum oberhalb derselben absperrt. Das aus dem oberen Ende des Lagerspaltes austretende Schmierwasser gelangt somit in gleichmäßigem Strome in den Rückführkanal 21 und in den ringförmigen Sammelraum 13, von wo es mit dem überschüssigen Entlastungswasser durch den Kanal 14 in den Brunnenschacht abfließt.As the shaft rotates, the nuts 17 and 19 generate a pumping action, under the influence of which some of the water leaving the relief piston 8 is sucked up from the annular collecting space 13 into the bearing gap between the parts 2, 15 of the neck bearing according to the arrow shown. It then reaches the lower part of the vortex space 20, bounded by the disk 18, and from there enters the channel 21. The water located above the disk 19 in the vortex space is under a certain pressure as a result of the pumping action of the nut 17, which is below the lubricating water the disk 18 closes off from the space above the same. The lubricating water emerging from the upper end of the bearing gap thus reaches the return channel 21 and the annular collecting space 13 in a uniform flow, from where it flows off with the excess discharge water through the channel 14 into the well shaft.

Der Lagerspalt des Halslagers wird infolgedessen dauernd von einem Wasserstrom bestrichen, der infolge der Pumpwirkung der beiden Muttern 17 und 19 einen stetigen Kreislauf durch das Halslager ausführt.The bearing gap of the neck bearing is consequently continuously swept by a flow of water which, as a result of the pumping action of the two nuts 17 and 19, carries out a continuous cycle through the neck bearing.

Da das zum Schmieren des Halslagers dienende Wasser von dem Strom des den Entlastungskolben verlassenden Wassers abgezweigt wird, können etwaige in letzterem enthaltene Verunreinigungen nicht in das Halslager gelangen. Diese Verunreinigungen werden vielmehr von dem Strom des Entlastungswassers mitgerissen und auf kürzestem Wege durch den Kanal 14 in den Brunnenschacht zurückgeführt, wobei die Verunreinigungen infolge der Fliehkraftwirkung nach außen geschleudert und dadurch zwangsläufig in den Kanal 14 gelangen. Schon wegen der kleinere Umfangsgeschwindigkeit der Laufbuchse 15 gegenüber derjenigen des Entlastungskolbens 8 können selbst bei starker Verunreinigung des Wassers keine schädlichen Bestandteile in das Halslager gelangen. Infolge der Anordnung der Eintrittsöffnung des Schmierwassers in das Halslager an einer Stelle, deren Umfangsgeschwindigkeit niedriger ist als an der Stelle, an der das Wasser aus dem Entlastungskolben austritt, ist die Gewähr dafür gegeben, daß eine vollkommen einwandfreie und sichere Schmierung des Halslagers erreicht wird, das auch bei starker Verunreinigung des Förderwassers keinem nennenswerten Verschleiß ausgesetzt ist, weil das Schmierwasser praktisch frei von Verunreinigungen ist. Bei einer Unterwasserpumpe, die auch unter schwierigen Betriebsverhältnissen lange Zeit ohne jegliche Wartung arbeiten muß, sind bekanntlich die Lagerstellen die am meisten gefährdeten Teile der Maschine. Die durch die Erfindung erzielte Verbesserung der Schmierung des Halslagers bedeutet somit eine beträchtliche Steigerung der Betriebssicherheit und Lebensdauer der ganzen Unterwasserpumpe.Since the water used to lubricate the neck bearing is diverted from the flow of the water leaving the relief piston, any impurities contained in the latter cannot get into the neck bearing. Rather, these impurities are carried away by the flow of the discharge water and returned to the well shaft via the shortest possible route through the channel 14, the impurities being thrown outwards as a result of the effect of centrifugal force and thus inevitably entering the channel 14. Already because of the lower circumferential speed of the liner 15 compared to that of the relief piston 8, even if the water is heavily contaminated, none can harmful components get into the neck bearing. As a result of the arrangement of the inlet opening of the lubricating water in the neck bearing at a point whose circumferential speed is lower than at the point at which the water exits the relief piston, there is a guarantee that perfectly flawless and safe lubrication of the neck bearing is achieved, which is not exposed to any significant wear even if the conveyed water is heavily contaminated, because the lubricating water is practically free from contamination. In the case of an underwater pump which has to work for a long time without any maintenance even under difficult operating conditions, the bearing points are known to be the most endangered parts of the machine. The improvement in the lubrication of the neck bearing achieved by the invention thus means a considerable increase in the operational reliability and service life of the entire underwater pump.

Claims

1) device for lubricating the upper neck bearing of centrifugal pumps with a vertical shaft, in particular of underwater pumps, which are provided with a relief device arranged below the neck bearing, characterized in that from a collecting space which receives the water emerging from the relief device, part of the Relief water branches off and as a result of the pumping action of fasteners attached to the shaft end, e.g. for the shaft bushing, is sucked into the bearing gap for lubrication and is returned through a preferably axially parallel channel in the bearing housing into the collecting space for the relief water.

2) Device according to claim 1, characterized in that two nuts are attached to the shaft end and a disk of larger diameter than the nuts is arranged between them, which is divided from preferably bell-shaped bearing housing into an upper and lower vortex space.

3) Device according to claim 2, characterized in that the return duct opening into the collecting space for the relief water extends approximately up to the height of the washer arranged between the nuts.

4) Device according to claim 1 and 2, characterized in that one of the fastening elements of the shaft end, preferably the lower nut, is designed in the manner of a pump impeller.