WO2000023714A1

WO2000023714A1 - Flüssigkeitsringpumpe

Info

Publication number: WO2000023714A1
Application number: PCT/DE1999/003279
Authority: WO
Inventors: Edmund Kraner
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2000-04-27
Also published as: CN1323376A; US20010026759A1; US6497555B2; KR20010080154A; EP1121533A1; DE19847681C1; JP2002527682A

Abstract

Eine einfache und kompakte Bauweise wird durch eine Flüssigkeitsringpumpe erreicht, die folgende Merkmale aufweist: mindestens ein Arbeitsraumgehäuse (8) mit mindestens einem darin umlaufenden Laufrad (3); Lagerung der Achse (7) des Laufrades (3) im Arbeitsraumgehäuse (8); Antrieb des Laufrades (3) am Aussenumfang (5).

Description

Beschreibung

Flussigkeitsringpumpe

Die Erfindung betrifft eine Flussigkeitsringpumpe .

Aus der DE 27 31 451 ist eine Flussigkeitsringpumpe bekannt, deren Laufrad auf einem verlängerten Wellenende des Antriebsmotors fliegend befestigt ist. Das Motorgehäuse ist dabei so ausgeführt, daß es von der Betriebsflüssigkeit des Verdichters oder der Pumpe kühlend durchflössen wird. Es sind hierbei nicht nur Sonderausführungen der Motorgehäuse erforderlich, sondern auch verstärkte Motorwellen und Wellenlager sowie aufwendige Abdichtungen zwischen Verdichter bzw. Pumpe und dem Antriebsmotor, wobei der Raum für diese Abdichtungen klein und wahrend des Betriebs unzugänglich ist.

Durch die DE 26 45 305 ist eine Flussigkeitsringpumpe bekannt, bei der die Abdichtung mittels Stopfbuchsen oder Glei- tringdichtungen dadurch verbessert wurde, daß ein Schaufelrad in einem hermetisch dichten Gehäuse untergebracht ist, welches durch ein von einem im Gehäuse induzierten Wanderfeld angetrieben wird. Dies setzt jedoch voraus, daß das Schaufelrad mir dem Wanderfeld magnetisch in Eingriff kommen kann. Schaufelrader aus amagnetischen Werkstoffen wie Edelstahle Hochnickellegierungen oder Kunststoffe scheiden deshalb aus . Gerade diese Werkstoffe sind auch bei giftigen und/oder aggressiven Fordermedien für das Schaufelrad besonders geeignet. Bei dem erwähnten induzierten Wanderfeld ist eine Uber- rragung der Antriebskräfte nur mit einem verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad möglich.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist auch bereits eine Flussigkeitsringpumpe der eingangs erwähnten Art bekannt gewor- den, bei der als Antriebsanschluß eine dem Pumpenteil gegenüber den Antrieb hermetisch dicht abschließende mit einem Spaltrohrtopf versehenen Magnetkupplung vorgesehen ist (DE 29 12 938), dort sind günstige Antriebsverhaltnisse mit einer hermetischen Abdichtung des Pumpengehauses vereinigt. Spaltrohrmagnetkupplungen, die auch den Vorteil geringer Verlustwarme haben, sind u.a. nur für Pumpenleistungen bis ca. 50 KW geeignet.

Beispielsweise sind dort zwei im Pumpeninnenraum angeordnete Gleitlager für eine, einen Innenmagnettrager der Magnetkupplung tragenden Pumpenwelle, ferner zwei einen Außenmagnettra- ger der Magnetkupplung haltende Walzlager und zusätzlich die beiden üblichen Lager eines separaten Elektromotors, insgesamt also sechs Lager erforderlich. Dies ist nicht nur aufwendig, sondern ergibt auch eine verhältnismäßig große Baulange des gesamten sich aus der Pumpe der Spaltrohrmagnet- kupplung und dem Elektromotor zusammengesetzten Aggregats. Gegenüber Beschädigungen, insbesondere des Spaltrohrtopfes, ist dabei die Magnetkupplung und die sie haltende Lagerung verhältnismäßig empfindlich. Es ist somit nicht einfach, Maßnahmen zu treffen, die bei Beschädigung des Spaltrohrtopfes das unerwünschte Austreten von Fordermedien oder Betriebsflüssigkeit der Gaspumpe ausschalten oder wenigstens stark vermindern können. Dies ist jedoch gerade bei giftigen, aggressiven und/oder wertvollen Fordermedien sehr erwünscht.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine Flussigkeitsringpumpe zu schaffen, die eine kompakte und einfache Bauweise sowie eine sichere Übertragung der Antriebsleistungen auf das Schaufelrad aufweist und sich für nahezu alle Fordermedien eignet .

Die Losung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Flussigkeitsringpumpe, die folgende Merkmale aufweist

- mindestens ein Arbeitsraumgehause mit mindestens einem darin umlaufenden Laufrad, - Lagerung der Achse des Laufrades im Arbeitsraumgehause,

- Antrieb des Laufrades am Außenumfang. Die Lager der Achse des Laufrades einer derartigen erfm- dungsgemaßen Flussigkeitsringpumpe sind vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt und werden durch die Betriebsflüssigkeit geschmiert bzw. gekühlt. Das Laufrad und die Achse des Laufrades sind vorzugsweise aus dem gleichen Material, z.B. einem einteiligen Gußstuck hergestellt. Das Arbeitsraumgehause ist vorzugsweise horizontal geteilt. Damit wird eine Vereinfachung der Herstellung erreicht. Der Außenumfang des Laufrades ist vorzugsweise als Zahnrad ausgeführt, so daß ein Antrieb über einen Zahnriemen oder direkt eine Ritzelemheit erfolgen kann, die sich auf dem Arbeitsraumgehause befindet. Die Ritzelemheit wird mit der Betriebsflüssigkeit geschmiert und weist Gleitlager auf. Es ist nur eine Wellendurchfuhrung für die Ritzelwelle erforderlich; diese kann mit wenig Auf- wand durch eine Stopfbuchs- oder Gleitringdichtung versehen werden.

Durch einen derartigen Aufbau besitzt die Flussigkeitsringpumpe einen besseren Wirkungsgrad als vergleichbare Flussig- keitsringpumpe und es ist außerdem ein geringeres Drehmoment des Antriebs erforderlich. Der nutzbare Arbeitsraum wird gegenüber herkömmlichen Flussigkeitsnngpumpen bei gleichen Außenabmessungen vergrößert. Die Achse des Laufrades weist einen gegenüber herkömmlichen Flussigkeitsnngpumpen geringeren Durchmesser auf, da das erforderliche Antriebsdrehmoment nicht über eine Welle auf das Laufrad übertragen wird. Durch die mitdrehende Trennwand des Laufrades treten weniger Reibungsverluste auf. Gegenüber herkömmlichen Flussigkeitsnngpumpen weist die erfmdungsgemaße Flussigkeitsringpumpe einen geringeren Platzbedarf und eine geringere Anzahl von Bauteilen auf. Diese Flussigkeitsringpumpe hat keinen Schmiermittelbedarf; sie ist somit komplett fettfrei. Es sind damit auch zwei- oder mehrstufige Ausfuhrungen als Vakuumpumpe und Kompressor möglich, da unterschiedlich geteilte axiale Rad- halften unterschiedliche Durchmesser aufweisen können. Dieses System ist bis auf die Durchfuhrung der Ritzelwelle zu einer Antriebseinheit hermetisch komplett abgeschlossen, so daß nur eine abzudichtende Stelle vorhanden ist.

Vorzugsweise können Laufrad und Achse aus einem einteiligen Gußstuck hergestellt werden. Dieses Prinzip des Antriebs von Flussigkeitsnngpumpen ist für sämtlich bekannte Konstruktionsprinzipien so auch für die Konusbauart von Flussigkeitsnngpumpen anwendbar. Es existiert kein Spaltabdichtungspro- blem zwischen den einzelnen Stufen einer mehrstufig ausge- führten Flussigkeitsringpumpe, da die Trennwand über den ganzen Umfang in den Flussigkeitsrmg eingetaucht ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird das Laufrad über ein Ritzel von einem externen Elektromotor ange- trieben. Dabei ist die Antriebsachse des Elektromotors axial nicht fluchtend mit der Laufradachse. Das Drehmoment kann über ein Ritzel oder über einen Zahnriemen übertragen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird das Lauf- rad über eine, die Drehzahl der Flussigkeitsnngpumpen beeinflussende Vorrichtung angetrieben, dabei kann der Elektromotor über einen Umrichter oder über ein Getriebe das Laufrad antreiben. Damit laßt sich die Flussigkeitsringpumpe für unterschiedlichste industrielle Prozesse einsetzen, bei denen es auf unterschiedliche Drehzahlen, d.h. unterschiedliche Kompressionsverhaltnisse ankommt.

E ne weitere stufenlose Drehzahlregelung einer derartigen Flussigkeitsringpumpe wird dadurch erreicht, daß der Außenum- fang der Trennwand des Laufrades wasserturbmenrad-ahnlich ausgeführt ist und somit das Laufrad über einen Gas- oder vorzugsweise Flussigkeitsstrahl antreibbar ist. Damit laßt sich die Drehzahl über Wasserdruck bzw. die -menge steuern. Der Vorteil dieses hydrodynamischen Antriebs ist, daß kein Antriebsmotor erforderlich ist, und somit die äußeren Abmessungen der Flussigkeitsrmgpumpenanordnung weiter reduziert werden. Der Wasserdruck und die Wassermenge wird von einer Kreiselpumpe erzeugt, dabei wird das Wasser in einem geschlossenen Kreislauf gefuhrt oder von^' einem Kuhlwassernetz gespeist. Die Kreislaufwassermenge wird dabei so groß sein, daß eine Ruckkuhlung nicht erforderlich ist. Der Vorratsbe- halter, der vorzugsweise als Abscheider ausgeführt ist, kann dennoch mit einer Kuhlschlange zur Ruckkuhlung des Betriebswassers ausgerüstet sein. Somit ist das Antriebswasser des Laufrades gleichzeitig das Betriebswasser der Flussigkeitsringpumpe .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmal der Unteranspruche werden im folgenden anhand der schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiele m der Zeichnung naher erläutert. Dabei zeigen:

FIG 1 einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe, FIG 2 einen weiteren Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe, FIG 3 einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe mit ko- nusformigem Laufrad,

FIG 4 einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe mit einer Motorachse, die senkrecht zur Laufradacnse angeord¬

FIG 5 einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe mit ei- ner axial verschiebbaren Zwischenrolle zwischen Antriebsachse und Laufradachse, FIG 6 einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe mit was- serturb enradahnlicher Außenumfang eines Laufrades und FIG 7 prinzipielle Anordnung der Düse.

FIG 1 zeigt eine zweiflutige Flussigkeitsringpumpe 1, deren Trennwand 2 des Laufrades 3 auf der dem Scheitel 4 gegenüberliegenden Seite aus der Kontur des Arbeitsraumgehauses 8 ragt und dessen Außenumfang 5 ein Zahnrad 6 aufweist. Eine Laufra- dachse 7 stutzt sich m einem horizontal geteilten Arbeitsraumgehause 8 auf zwei Gleitlagern 9 ab. Diese Gleitlager 9 werden durch die m der Flussigkeitsringpumpe 1 vorhandene Betriebsflüssigkeit geschmiert und gekühlt. Der Antrieb des Laufrades 3 erfolgt über den Teil der Trennwand 2 des Laufrades 3, der aus dem Arbeitsraumgehause 8 der Flussigkeitsringpumpe 1 ragt und der von einem Ritzel 10, das aus Kunststoff oder einem anderen Material bestehen kann, und mit einer Antriebswelle 1 drehfest verbunden ist, antreibbar ist. Das Ritzel 10 selbst wird ebenfalls durch die Betriebsflüssigkeit gekühlt und geschmiert, so daß die gesamte Flussigkeitsringpumpe 1 nur eine Abdichtung 12 benötigt. Die Notwendigkeit dieser Abdichtung 12 ergibt sich aus der Durchführung 13 der Antriebswelle 11 eines Elektromotors 15 in eine Ausbuchtung 16 des Arbeitsraumgehauses 8. Das Arbeitsraumgehause selbst weist vorzugsweise zwei identische Hälften auf. Der dabei nicht benutzte Durchgriff kann beispielsweise durch einen Stopfen verschlossen werden. Das Ritzel 10 kann durch Abstandshalter 17 fixiert werden, so daß auch während des Betriebs immer ein vollständiger Eingriff in das Zahnrad 6, das sich am Außenumfang 5 des Laufrades 3 befindet, vorhanden ist. Laufrad 3 und Laufradachse 7 bestehen vorzugsweise aus einem einstückigen Gußteil. Steuerscheiben 18 befinden sich jeweils an den Stirnseite der Flussigkeitsringpumpe 1, d.h. parallel zu der Trennwand 2 des Laufrads 3.

FIG 2 zeigt einen Längsschnitt einer Flussigkeitsringpumpe 1, mit den angedeuteten Ein- und Auslässen 19, 20 des geförderten Mediums über die Steuerscheibe 18, die sich an den jeweiligen Stirnseiten der Flussigkeitsringpumpe 1 befinden. Das Ritzel 10, das vorzugsweise als Reibrolle oder Riemenscheibe ausgebildet ist, wird durch einen Elektromotor 15 angetrie- ben, der sein Drehmoment über ein, aus dem Arbeitsraumgehause 8 ragenden Zahnrad 6 überträgt. Das Laufrad wird in diesem Fall über feststehende Achsen 7, 9 geführt. Diese sind Teil der stirnseitigen Steuerscheiben. Als Laufrad 3 sind auch Ausbildungen von konusmäßigen Laufrädern 3 möglich, wie FIG 3 zeigt, dabei befinden sich die Ein- und Auslässe 19, 20 in axial-fluchtenden Bereichen des Laufrades. Der Antrieb dieses Laufrades 3 erfolgt, wie in FIG 2, über ein Ritzel 10, eine Reibrolle oder einen Zahnriemen, die ein Elektromotor 15 antreibt.

FIG 4 zeigt eine Flussigkeitsringpumpe 1, deren Antriebswelle 11 senkrecht zur Laufradachse 7 steht und die über einen

Reibradantrieb, der von einer Stutzrolle 21 unterstützt wird, das Drehmoment vom Elektromotor 15 auf das Laufrad 3 übertragt. Durch eine auf der Antriebswelle 11 axial verschiebbare Antriebsrolle 22 laßt sich die Winkelgeschwindigkeit und damit die Drehzahl des Laufrades 3 variieren. Ein- und Auslasse 19, 20 der Flussigkeitsringpumpe 1 sind an den Stirnseiten der Flussigkeitsringpumpe 1 oder liegen an der Oberseite der Flussigkeitsringpumpe 1.

FIG 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Drehzahlanderung des Laufrades 3, in dem ein Elektromotor 15, dessen Antriebswelle 11 axial parallel zur Laufradachse 7 ausgerichtet ist, über Kegelrader 23 und verschiebbare Zwischenrollen 24 eine Variation der Drehzahl herbeiführt.

FIG 6 zeigt einen Außenumfang des Laufrades 3, der wassertur- binenahnlich, vorzugsweise pelton- oder francisartig 30 ausgebildet ist. Eine oder mehrere am Umfang des Laufrades 3 verteilte Düsen 31 treiben das Laufrad 3 an. Dabei ist über den Volumenstrom, den Druck oder der Anzahl der Düsen 30 die Drehzahl des Laufrades 3 einstellbar. Es entfallt somit ein direkter motorischer Antrieb.

FIG 7 zeigt die prinzipielle Anordnung der Düse 31, die durch einen Wasser- oder anderen Flussigkeitsstrahl das Laufrad 3 antreiben. Über eine oder mehrere im wesentlichen tangential angeordnete Düsen 31, können Drehzahl des Laufrades 3 und übertragenes Drehmoment beeinflußt werden.

Alle diese Ausfuhrungsformen haben gemeinsam, daß der Antrieb auf einen entsprechend gestalteten Außenumfang des Laufrades 3 wirkt um somit das erforderliche Drehmoment zu übertragen. Durch unterschiedliche Laufraddurchmesser beider Hälften können auch zweistufige Kompressoren damit^* realisiert werden. Durch eine flach ausgeführte Gehauseoberseite können direkt kuppelbare Motoren angebracht werden.

D e Erfindung beschrankt sich nicht nur auf Flussigkeitsrmg- Verdichter, sondern ist aucn bei anderen Pumpen und Verdichtern einsetzbar.

Claims

Patentansprüche

1. Flussigkeitsringpumpe (1), die folgende Merkmale aufweist:

- mindestens ein Arbeitsraumgehause (8) mit mindestens einem darin umlaufenden Laufrad (3) ,

- Lagerung der Achse (7) des Laufrades (3) im Arbeitsraumgehause (8) ,

- Antrieb des Laufrades (3) am Außenumfang (5) .

2. Flussigkeitsringpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Laufrad (3) von einem externen Elektromotor (15) antreibbar ist, dessen Antriebswelle (11) mit der Laufradachse (7) nicht axial fluchtet.

3. Flussigkeitsringpumpe nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Laufrad (3) von einem Elektromotor (15) über ein die Drehzahl der Flussigkeitsringpumpe (1) beeinflussende Vorrichtung antreibbar ist.

4. Flussigkeitsringpumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über einen wasserturbi- nenrad-ähnlichen Außenumfang (5) der Trennwand (2) des Laufrades (3) das Laufrad (3) über mindestens einen Flüssigkeitsstrahl antreibbar ist.