EP0408569B1 - Welle - Google Patents

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EP0408569B1
EP0408569B1 EP89902254A EP89902254A EP0408569B1 EP 0408569 B1 EP0408569 B1 EP 0408569B1 EP 89902254 A EP89902254 A EP 89902254A EP 89902254 A EP89902254 A EP 89902254A EP 0408569 B1 EP0408569 B1 EP 0408569B1
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EP
European Patent Office
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shaft
bearing
parts
adjacent
sleeves
Prior art date
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EP89902254A
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English (en)
French (fr)
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EP0408569A1 (de
Inventor
Horst SCHÄFER
Günter Beiss
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KSB AG
Original Assignee
KSB AG
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/20—Mounting rotors on shafts

Definitions

  • the invention relates to the shaft of a centrifugal pump according to the preamble of claim 1.
  • DE-B-10 44 621 shows a shaft that has its maximum thickness in the area of the drive and tapers continuously up to the opposite shaft end.
  • a collar is provided in the area of the drive against which the inner ring of a roller bearing rests.
  • the impeller is positioned on the shaft with the help of spacer rings as well as shaft protection sleeves and a conical surface, and a tensioning device attached to the outer end of the shaft keeps the individual parts arranged on the shaft together. This requires a great deal of effort during production, since the machining of the shaft provides for a large number of fits.
  • the assembly also requires precise adjustment of the individual parts.
  • the shaft is formed in two parts, the coupling of the two shaft parts being carried out by means of spur gearing.
  • the one shaft part is provided with a clamping bolt, over which the other shaft part is pushed and the two shaft parts are clamped together by a screw connection.
  • the impellers are pushed onto shoulders of the shaft and are held in place by circlips. Necks pushed onto the shaft ends serve to accommodate the bearings and the gland seals.
  • the bearings are held in their position by means of threads cut on or in the shaft ends and appropriately attached screw elements.
  • the clamping mechanism for the shaft connection is located outside the bearings, at the outer shaft end.
  • the DD-A-126 125 shows a shaft corresponding to the generic term.
  • separate clamping devices are provided on the shaft ends. Under the influence of heat or overloading, permanent deformations can occur inside the shaft, which can lead to the shaft breaking or the connection becoming loose.
  • the invention has for its object to develop a rotor for a turbomachine, the parts can be easily manufactured and assembled and disassembled in a low cost. This object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.
  • the spring elements which are arranged between the parts mounted on the shaft and the clamping device, bring about a reliable contact of the individual parts under all operating conditions.
  • the pre-tensioning forces also protect against rotation.
  • the spring elements can be designed as disc springs, ring springs or the like. This enables a space-saving design with high security against unintentional loosening.
  • the shaft has a constant diameter in the area of the shaft protection sleeves, spacer sleeves and impellers mounted on it.
  • Shaft ends In the area of the shaft bearings Shaft ends have the same or smaller shaft diameters. This enables the use of drawn round material for shaft production. Time-consuming adjustment and fitting work and the associated controls can be omitted.
  • a turbomachine (1) here a centrifugal pump with a single-stage design.
  • a roller bearing (3) is secured to the tapered force-introducing shaft end (2) by means of retaining rings (4).
  • Spacers (5), shaft protection sleeves (6) and impeller (7) are supported on the inner ring of the roller bearing (3).
  • a roller bearing (9) mounted on the output shaft end (8) on a diameter that is also smaller here is pressed by a clamping device (10) designed as a nut against the spacer sleeve (5) and ultimately against the fixed bearing (3).
  • a disc spring (11) is arranged, by means of which a reliable pressing and positioning of the parts on the shaft is ensured.
  • the bearing housing construction flanged onto the pump housing enables the respective bearing to be dismantled in the simplest manner at its shaft end in the event of bearing damage.
  • Sealing rings (12) cooperating with the shaft protection sleeves (6) prevent the medium from getting between the shaft and the parts mounted on it.
  • Fig. 2 shows in an enlarged view and without a surrounding housing the so-called rotor, a fully assembled shaft with impeller, seals and bearings.
  • a fixed roller bearing (3) is attached by means of a circlip (4) on the smaller shaft journal. It forms the fixed bearing in this embodiment and in contrast to FIG. 1.
  • a shaft protection sleeve which is also designed as a liner (13) and interacts with a corresponding slide bearing (14).
  • ceramics are suitable as suitable bearing materials.
  • the parts arranged on the shaft (15) are pressed together by a clamping device (10) designed as a nut, as well as disc springs (11).
  • a second nut (12) serves as a lock nut if no self-locking nuts are used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betriff die Welle einer Zentrifugalpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Für die Befestigung der Laufräder von gegenläufigen Pumpen sind die unterschiedlichsten Lösungen bekannt. So zeigt die DE-B-10 44 621 eine Welle, die im Bereich des Antriebes ihre maximale Dicke aufweist und sich bis zu dem gegenüberliegenden Wellenende kontinuierlich verjüngt. Im Bereich des Antriebes ist ein Bund vorgesehen, gegen den der Innenring eines Rollenlagers anliegt. Mit Hilfe von Abstandsringen sowie Wellenschutzhülsen und einer Kegelfläche wird das Laufrad auf der Welle positioniert und eine am Außenende der Welle angebrachte Spanneinrichtung bewirkt den Zusammenhalt der auf der Welle angeordneten Einzelteile. Dies erfordert bei der Herstellung einen hohen Aufwand, da die spanabhebende Bearbeitung der Welle eine Vielzahl von Passungen vorsieht. Die Montage erfordert desweiteren ein genaues Justieren der Einzelteile.
  • Eine andere Lösung zeigt die in der DE-B-22 04 892 gezeigte Kreirelpumpe. Die Welle ist hierbei zweiteilig ausgebildet, wobei die Kupplung der beiden Wellenteile mittels einer Stirnverzahnung erfolgt. Hierbei ist der eine Wellenteil mit einem Spannbolzen versehen, über den der andere Wellenteil geschoben und durch eine Schraubverbindung die beiden Wellenteile miteinander verspannt werden. Die Laufräder sind auf Absätze der Welle aufgeschoben und werden durch Sicherungsringe in ihrer Position gehalten. Auf die Wellenenden aufgeschobene Hälsen dienen zur Aufnahme der Lager sowie der Stopfbuchsdichtungen. Mittels auf bzw. in die Wellenenden geschnittenen Gewinden sowie entsprechend angebrachten Schraubelementen werden die Lager in ihrer Position gehalten. Dor Spannmechanismus für die Wellenverbindung befindet sich außerhalb der Lager, am äußeren Wellenende.
  • Und bei der DE-A-23 45 742 wird das auf der Welle angeordnete Laufrad durch eine auf die Welle aufgeschraubte Wellenschutzhülse fixiert. Dies erfordert eine aufwendige Wellenbearbeitung sowie spezielle Werkzeuge zur Demontage des sogenannten Läufers, also der Pumpenwelle mit darauf montierten Laufrädern.
  • Die DD-A-126 125 zeigt eine dem Oberbegriff entsprechende Welle. Zur genauen Justierung der Teile sind jeweils an den Wellenenden separate Spanneinrichtungen vorgesehen. Unter Wärmeeinflüssen bzw. bei Überlastungen können bleibende Verformungen innerhalb der Welle auftreten, welche zum Bruch der Welle oder zum Lösen der Verbindung führen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Strömungsmaschine einen Läufer zu entwickeln, dessen Teile einfach hergestellt und in wenig aufwendiger Weise montiert und demontiert werden können. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
  • Infolge der einen gleichen oder kleineren Durchmesser aufweisenden Wellenenden brauchen bei Bedarf nur diese spanabhebend bearbeitet werden, wodurch der eigentliche Bearbeitungsvorgang auf ein Minimum abgesenkt werden kann. Desweiteren ist somit eine Montage von beiden Seiten der Welle möglich. Die Federelemente, welche zwischen den auf der Welle montierten Teilen und der Spanneinrichtung angeordnet sind, bewirken unter allen Betriebszuständen eine zuverlässige Anlage der einzelnen Teile. Die einwirkenden Vorspannkräfte sichern auch gegen Verdrehung.Die Federelemente können als Tellerfedern, Ringfedern oder dergleichen ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine raumsparende Gestaltung bei gleichzeitiger hoher Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Lösen.
  • Die Welle weist im Bereich der darauf montierten Wellenschutzhülsen, Distanzhülsen sowie Laufräder einen konstanten Durchmesser auf. Im Bereich der die Wellenlager aufnehmenden Wellenenden bestehen gleiche oder kleinere Wellendurchmesser. Dies ermöglicht die Verwendung gezogenen Rundmaterials zur Wellenherstellung. Aufwendige Justier- und Paßarbeiten sowie die damit verbundenen Kontrollen können entfallen.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen einer am Laufrad anliegenden Hülse und dem Laufrad angeordnete Dichtringe die Welle gegenüber dem Fördermedium abdichten. Somit wird in zuverlässiger Weise der Zutritt vom Fördermedium zwischen Laufrad und Welle bzw. zwischen Wellenschutshülse und Welle oder Distanzhülse und Welle verhindert. Dies schließt eine mögliche Passungskorrosion in zuverlässiger Weise aus, welches wiederum einen geringen Herstellungsaufwand und Demontageaufwand bedingt. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die
    • Fig. 1 eine längsgeteile doppelflutige Strömungsmachine mit wälzgelagerter Pumpenwelle und die
    • Fig. 2 einen Läufer einer derartigen Maschine, dessen Welle in einem Wälzlager und einem mediumgeschmierten Gleitlager gelagert ist.
  • In der Fig. 1 ist eine Strömungsmaschine (1), hier eine einstufig doppelflutig ausgebildete Kreiselpumpe gezeigt. Am verjüngt ausgebildeten krafteinleitenden Wellenende (2) ist ein Wälzlager (3) mittels Sicherungsringen (4) festgelegt. Am Innenring des Wälzlagers (3) stützen sich Distanzhülsen (5), Wellenschutzhülsen (6) und Laufrad (7) ab. Ein am abtriebsseitigen Wellenende (8) auf einem hier ebenfalls kleineren Durchmesser montiertes Wälzlager (9) wird durch eine als Mutter ausgebildete Spanneinrichtung (10) gegen die Distanzhülse (5) und letztendlich gegen das festgelegte Lager (3) gepreßt. Zwischen der Spanneinrichvung (10) und dem Lager (9) ist eine Tellerfeder (11) angeordnet, mit deren Hilfe eine zuverlässige Anpressung und Positionierung der auf der Welle befindlichen Teile sichergestellt wird. Die am Pumpengehäuse angeflanschte Lagergehäusekonstruktion ermöglicht es, daß bei einem eventuellen Lagerschaden das jeweilige Lager in einfahster Weise an seinem Wellenende abgebaut wird. Mit den Wellenschutzhülsen (6) zusammenwirkende Dichtringe (12) verhindern, daß Fördermedium zwischen die Welle und die darauf montierten Teile gelangen kann.
  • Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung und ohne ein umgebendes Gehäuse den sogenannten Läufer, eine fertig montierte Welle mit Laufrad, Dichtungen und Lager. Am antriebsseitigen Wellenende (2) ist wieder ein festgelegtes Wälzlager (3) mittels Sicherungsring (4) auf dem im Durchmesser Kleineren Wellenzapfen angebracht. Es bildet bei dieser Ausführung und im Gegensatz zur Fig. 1 das Festlager. Am freien Wellenende befindet sich eine Wellenschutzhülse, die gleichzeitig als Laufbuchse (13) ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Gleitlager (14) zusammenwirkt. In vorteilhafter Weise bieten sich hier Keramiken als geeignete Lagerwerkstoffe an. Die auf der Welle (15) angeordneten Teile werden durch eine als Mutter ausgebildete Spanneinrichtung (10), sowie Tellerfedern (11) zusammengepreßt. Eine zweite Mutter (12) dient hier als Kontermutter, wenn keine selbstsichernden Muttern zum Einsatz kommen.

Claims (2)

1. Welle einer Strömungsmaschine mit ein oder mehreren darauf montierten und mittels Wellenschutzhülsen und/oder Distanzhülsen sowie Lagern positionierten Laufrädern, wobei die auf der Welle angeordneten Teile mittels einer am freien Wellenende angeordneten Spanneinrichtung gegen ein im Bereich des kräfteeinleitenden Wellenendes angeordnetes Lager gepreßt werden, wobei die Welle im Bereich der Wellenschutzhülsen, Distanzhülsen sowie Laufräder einen konstanten Durchmesser und im Bereich der die Wellenlager aufnehmenden Wellenenden sowie im Bereich des kräfteeinleitenden Wellenendes gleiche oder kleinere Wellendurchmesser aufweist, insbesondere für mehrflutige Strömungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (10) unter Zwischenschaltung von ein oder mehreren Federelementen (11) auf der Welle drehfest angeordnete Teile (5,6,7) gegen ein im kräfteeinleitenden Wellenbereich (2) angeordnetes Lager (3) oder Anlageelement preßt, wobei am abtriebseitigen Wellenende (8) die Federelemente (11) zwischen Spanneinrichtung (10) und auf der Welle angeordneten Teilen angeordnet sind.
2. Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer am Laufrad anliegenden Hülse (5, 6) und dem Laufrad (7) angeordnete Dichtringe (12) die Welle gegenüber dem Fördermedium abdichten.
EP89902254A 1988-02-25 1989-02-10 Welle Expired - Lifetime EP0408569B1 (de)

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