DE60015018T2

DE60015018T2 - Dichtungslose integrierte Motorpumpe mit Seitenkanallaufrad

Info

Publication number: DE60015018T2
Application number: DE60015018T
Authority: DE
Inventors: Paul Titusville Cooper
Original assignee: Flowserve Management Co
Current assignee: Flowserve Management Co
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: DE60015018D1; JP2001123978A; HK1035019A1; US6280157B1; EP1065383B1; EP1065383A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigkeitspumpen und insbesondere auf Beschickungspumpen für hohen Druckanstieg und niedrige Fließgeschwindigkeit zum Liefern von Zusatzflüssigkeiten an geschlossene Hochdrucksysteme.
Für Anwendungen wie etwa Beschickungspumpen zum Zuführen von Zusatzflüssigkeit zu geschlossenen Hochdrucksystemen müssen Pumpen verwendet werden, die Flüssigkeit mit verhältnismäßig niedriger Fließgeschwindigkeit bei hohem Druck zuführen können. Wegen der Arten der Flüssigkeiten und der betroffenen Drücke ist es erwünscht, daß diese Pumpen sehr leckbeständig sind. Das am meisten bevorzugte Verfahren zur Schaffung dieser Leckbeständigkeit ist die Verwendung dichtungsloser Pumpen. Dichtungslose Pumpen enthalten häufig Motoren, die sich innerhalb des Pumpengehäuses befinden, so daß es keine Wellendurchführungen gibt, die gegen eine Leckage der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet werden müssen.
Gegenwärtige Pumpen für hohen Druckanstieg und niedrige Fließgeschwindigkeit sind typisch Verdrängerhubkolbenpumpen, die hocheffizient, wegen der erforderlichen Umsetzer der Drehbewegung in die Hubbewegung aber groß und schwer als dichtungslose Pumpen zu konfigurieren sind. Somit wird das Merkmal der Dichtungslosigkeit wichtiger und werden Verdrängerhubkolbenpumpen wegen der Schwierigkeit, einen Hubkolbenantrieb an einen dichtungslosen pumpenverträglichen Kopplungsmechanismus anzupassen, weniger praktisch, wenn Umgebungsbetrachtungen wichtig sind. Da sich viele dichtungslose Anwendungen auf produktgeschmierte Lager stützen, um die Reibung und den Abrieb in der Pumpenausrüstung zu verringern, ist dies ein ernsthafter Nachteil.
Obgleich Kreiselpumpen weniger effizient als Verdrängerpumpen sind, besitzen sie den Vorteil, daß sie dichtungslosen Entwürfen wesentlich zugänglicher als Verdrängerhubkolbenentwürfe sind. Außerdem lassen sich Kreiselpumpen leichter als dichtungslose Mehrstufenmaschinen konfigurieren, was es ermöglicht, sie in Anwendungen für sehr hohe Drücke zu verwenden. Obgleich Verdrängerhubkolbenpumpen effizienter als Einstufenkreiselpumpen sind, verlieren sie somit einen Teil dieses Effizienzvorteils, wenn dichtungslose Mehrstufenmerkmale verwendet werden. Flüssigkeitspumpen in Übereinstimmung mit den Oberbegriffen der beigefügten Ansprüche 1 und 11 sind in der US-A-5 545 017 offenbart.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkeitspumpe geschaffen, mit einer zylindrischen Welle; einem Gehäuse, das Enden der Welle lagert und mindestens einen Flüssigkeitsdurchlaß hat, der bezüglich der Welle radial außen liegt und sich in Umfangsrichtung zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlaß und mindestens einem Flüssigkeitsauslaß erstreckt, wobei Ein- und Auslaß durch eine Unterbrechung des Flüssigkeitsdurchlasses getrennt sind, die stromaufwärts des mindestens einen Einlasses und stromabwärts des mindestens einen Auslasses angeordnet ist mindestens einer drehbaren selbstansaugenden Rotorscheibe, die an der Welle angebracht ist, wobei die Scheibe eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Laufradschaufeln hat, die um deren Umfang in dem Flüssigkeitsdurchlaß gelegen sind, wobei sie außerdem eine Mehrzahl von Permanentmagneten, die in der Scheibe in einem Kreisbogen um die Welle eingebettet sind, wobei die Magnete gegen die gepumpte Flüssigkeit abgedichtet sind; mindestens einen Satz von Motorwicklungen, der in mindestens einer Wand des Gehäuses axial angrenzend an die Permanentmagnete in der mindestens einen selbstansaugenden Rotorscheibe eingekapselt ist, der ebenfalls gegen die gepumpte Flüssigkeit abgedichtet ist; und Mittel zum Steuern eines Flusses von elektrischem Strom durch die Motorwicklungen, um die Rotorscheibe drehend anzutreiben, besitzt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkeitspumpe geschaffen, mit einem Gehäuse, das zwei Endwände hat, wobei jede Endwand eine kreisförmige Ausnehmung aufweist, die durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Flüssigkeitsdurchlaßaussparung begrenzt ist, so daß im zusammengefügten Zustand die Ausnehmungen eine Pumpenkammer bilden und die Aussparungen einen Flüssigkeitsdurchlaß bilden, der sich zwischen mindestens einem Einlaß und einem Auslaß erstreckt, wobei der Flüssigkeitsdurchlaß eine Unterbrechung an einer stromaufwärts gelegenen Kante des Einlasses und einer stromabwärts gelegenen Kante des Auslasses hat; einer kreisförmigen selbstansaugenden Rotorscheibe in der Pumpenkammer zwischen den Gehäuseendwänden, wobei die Rotorscheibe eine Mehrzahl von sich im wesentlichen radial erstreckenden Laufradschaufeln hat, die über ihren Umfang verteilt sind, und mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten, die in einem Kreisbogen um das Zentrum der Rotorscheibe herum eingebettet sind, wobei die Magnete gegen einen Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet sind; Motorwicklungen, die in den Gehäuseendwänden eingekapselt und gegen einen Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet sind, zum Zusammenwirken mit den Permanentmagneten, um die Rotorscheibe drehend anzutreiben; Mitteln zum Versorgen der Motorwicklungen mit elektrischer Energie; und Mitteln zum Drehlagern der Rotorscheibe in dem Gehäuse.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1a eine schematische radiale Teilschnittansicht einer einzelnen Stufe einer selbstansaugenden Single-Pass-Pumpe ist;
1b eine schematische axiale Schnittansicht längs der Linie b-b in 1a einer dichtungslosen, axial magnetisch nicht ausbalancierten Einstufenausführungsform einer selbstansaugenden Single-Pass-Pumpe ist;
1c eine schematische axiale Teilschnittansicht längs der Linie c-c in 1a einer einzelnen Stufe einer axial magnetisch ausbalancierten Ausführungsform einer dichtungslosen selbstansaugenden Single-Pass-Pumpe ist;
1d eine schematische axiale Schnittansicht einer dichtungslosen selbstansaugenden Zweistufen-Single-Pass-Pumpe ist;
2a eine schematische radiale Teilschnittansicht einer dichtungslosen selbstansaugenden Double-Pass-Pumpe ist;
2b ein schematischer axialer Schnitt längs der Linie b-b in 2a einer dichtungslosen selbstansaugenden Zweistufen-Double-Pass-Pumpe ist;
3a eine axiale Teilschnittansicht einer Rotorscheibe ist, die an einer Welle angebracht ist, die in produktgeschmierten Lagern einer dichtungslosen Pumpe gelagert ist;
3b eine Ansicht wie in 3a einer Welle ist, die in Magnetlagern in einer dichtungslosen Pumpe gelagert ist;
4a eine axiale Teilschnittansicht einer Rotorscheibe ist, die in produktgeschmierten Lagern an einer stationären Welle einer dichtungslosen Pumpe gelagert ist;
4b eine Ansicht wie in 4a eines in Magnetlagern gelagerten Rotors ist;
5 eine schematische Teilansicht einer einzelnen Stufe einer weiteren Ausführungsform wie in 1c der axial magnetisch ausbalancierten, dichtungslosen selbstansaugenden Integralmotor-Rotorscheibenpumpe ist
6a und 6b Teilschnittansichten der Welle bzw. der selbstansaugenden Rotorscheibe sind, die in Magnetkegellagern in dem Gehäuse drehgelagert sind; und
6c eine Teilschnittansicht einer Ausnehmung in dem Gehäuse zum Lagern entweder der Welle oder der Rotorscheibe in Magnetlagern ist.
1a zeigt eine Teilschnittansicht einer einzelnen Stufe einer selbstansaugenden Single-Pass-Pumpe. Die Pumpe besitzt ein Gehäuse 20 mit einem einzelnen Einlaß 25 und einem einzelnen Auslaß 30, die durch einen Flüssigkeitsdurchlaß 27 verbunden sind, der sich in Umfangsrichtung zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt. Eine Unterbrechung 29 des Flüssigkeitsdurchlasses trennt den stromaufwärtigen Rand des Einlasses 25 und den strömabwärtigen Rand des Auslasses 30. Somit wird die in den Einlaß 25 eintretende Flüssigkeit von Laufradschaufeln 12 an dem Rotor 10, der sich an einer Welle 15 dreht, die in den axialen Endwänden des Gehäuses 20 gelagert ist, erfaßt und entlang des Flüssigkeitsdurchlasses 27 zu dem Auslaß 30 getrieben. Die Unterbrechung 29 des Durchlasses führt die Flüssigkeit in den Auslaß. Der Einlaß 25 und der Auslaß 30 sind lediglich als eine vereinfachte Darstellung mit Ecken gezeigt, während sie normalerweise mit Radien versehen sind, die in Übereinstimmung mit der wohlbekannten Ein- und Auslaßpraxis für die gepumpte Flüssigkeit geeignet sind. Die Schaufeln 12 sind zur Vereinfachung der Darstellung als gerade und radial gezeigt. Tatsächlich können sie mit einem Neigungswinkel zur Achse oder zur Tangente der Rotorscheibe 10 gerade und/oder in axialer und/oder radialer Richtung gekrümmt sein. Die spezifische Anwendung bestimmt die Flügelkonfiguration. Axial gegenüberliegende Flügel der Scheibe können gegeneinander versetzt oder axial ausgerichtet sein. Wegen des Druckanstiegs zwischen dem Einlaß 25 und dem Auslaß 30 in dem Flüssigkeitsdurchlaß 27, der zu einer resultierenden radialen hydrodynamischen Kraft etwa gegenüberliegend zu dem Auslaß 30 führt, sind die gezeigten Single-Pass-Rotoren jeweils radial hydrodynamisch nicht ausbalanciert. In Mehrstufenpumpen können diese hydrodynamischen Kräfte dadurch ausgeglichen werden, daß die Einlässe und die Auslässe in Zweistufenpumpen diametral gegenüberliegend angeordnet werden oder in Pumpen, die zwei Stufen übersteigen, radial um die Gehäuse verteilt werden, um die hydrodynamischen Kräfte auszubalancieren.
Die 1b und 1c sind Ansichten längs der Linie b/c-b/c in 1a, die die Integralmotormerkmale der selbstansaugenden Rotorpumpe zeigen. Mittels der eingebetteten kreisförmigen Anordnung von Permanentmagneten 110 in der Rotorscheibe 10 in Verbindung mit einem Stator, der die in dem Gehäuse 20 eingekapselten Motorwicklungen 120 umfaßt, wird ein bürstenloser Gleichstrommotor bereitgestellt. Die resultierende magnetische Kopplung zwischen den Permanentmagneten 110 und den Motorwicklungen 120 stellt den für die dichtungslose Pumpe gewünschten Antrieb des bürstenlosen Motors bereit. 1b veranschaulicht eine axial magnetisch nicht ausbalancierte Rotorscheibe 10 mit eingebetteten Permanentmagneten 110 an einer Seite, die an die Motorwicklungen 120 angrenzt, die in das Gehäuse 20 eingebettet sind und durch elektrischen Strom, der durch Elektroleitungen 240 eingeführt wird, die durch das stationäre Gehäuse 20 zu einer Motorsteuereinheit 250 geführt sind, mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Magnete 110 und die Motorwicklungen 120 sind gegen Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet. Die Welle 15, an der die Scheibe 10 angebracht ist, ist in dem Gehäuse 20 in Lagern 40 gelagert, die vom Trag- oder Wälzlagertyp sein können. Der Flüssigkeitsdurchlaß 27 ist wieder lediglich als eine vereinfachte Darstellung mit einem rechteckigen Querschnitt gezeigt, kann aber vorzugsweise mit einer Querschnittsgeometrie versehen sein, die mit dem selbstansaugenden Fließprofil der gepumpten Flüssigkeit, das durch die Pumpwirkung der Laufradschaufeln 12 verursacht wird, verträglich ist. Die Teilansicht in 1c ist die einer einzelnen Stufe einer axial magnetisch ausbalancierten selbstansaugenden Integralmotor-Rotorscheibe 10'. In diesem Entwurf sind in beide Flächen der Rotorscheibe 10 Permanentmagnete 110 eingebettet, die durch die elektromagnetischen Kräfte von den Motorwicklungen 120 in den Wänden des Gehäuses 20, die an die flache Seite der Rotorscheibe angrenzen, drehend angetrieben werden. In 5 ist eine alternative Ausführungsform dieser axial magnetisch ausbalancierten Pumpe gezeigt, in der ein einziger Satz von Permanentmagneten 210 in den Rotor 10" eingebettet ist, um mit den Motorwicklungen 120 in beiden axial angrenzenden Gehäusewänden zu reagieren. Dies hat den Vorteil, daß die Masse und das Volumen verringert werden und das radiale Profil der flachen Seite der Rotorscheibe 10" gegenüber dem der Scheibe 10' in 1c geglättet wird, wodurch der Entwurf und die Herstellung der Rotorscheibe 10" und der axial angrenzenden Wände des Gehäuses 20 vereinfacht werden.
Die 1d und 2b zeigen dichtungslose selbstansaugende Zweistufenpumpen, und zwar Single-Pass- und Double-Pass-Versionen. Es wird angemerkt, daß das Gehäuse 20 in allen Figuren schematisch ohne Nähte gezeigt ist. In der Realität kann das Gehäuse eine Mehrzahl ringförmiger Scheiben umfassen, die mehrere Rotorscheiben mit festen Endwänden begrenzen, die die Scheiben einschließen. In beiden Fällen sind die Pumpen wegen der gegenüberliegend angeordneten Motorwicklungen 120 in den Endwänden des Gehäuses 20, die auf in die Flächen der Scheiben 10 eingebettete Permanentmagnete 110 wirken, die an die Endwände angrenzen, in denen die Wicklungen eingekapselt sind, axial magnetisch ausbalanciert. Natürlich kann dieser Entwurf an viel mehr als zwei Stufen angepaßt werden, wobei das axiale Ausbalancieren in diesem Fall lediglich gleiche Anzahlen gegenüberliegender Motorwicklungssätze erfordert. In beiden 1d und 2b lagert das Gehäuse 20 die Wellen 15 in Lagern 40. Die selbstansaugenden Rotorscheiben 10 mit den im wesentlichen radial ausgerichteten Laufradschaufeln 12 sind an Wellen 15 angebracht und drehen sich in den Flüssigkeitsdurchlässen 27 (in 2b nicht sichtbar) zwischen den Einlässen 25 und den Auslässen 30, die durch die Flüssigkeitsdurchlaßunterbrechungen 29 getrennt sind. Die Permanentmagnete 110 sind in den Rotorscheiben 10 eingebettet und werden durch die Motorwicklungen 120 in den Endwänden des Gehäuses 20 elektromagnetisch angetrieben.
Obgleich die in den 1d und 2b gezeigten Pumpen axial ausbalanciert sind, sind zwischen den Stufen Axiallagerbaueinheiten 60 vorgesehen, die verhindern, daß die Rotoren im Fall mechanischer oder hydraulischer axialer Stöße an den Gehäusewänden scheuern. In einigen Diensten werden eventuell keine Axiallager benötigt; somit berühren sie dann, wenn enthalten, mit Ausnahme dessen, wenn eine axiale Stauchung in das System eingeführt wird, die Rotoren während des normalen Betriebs nicht. Die Axiallagerbaueinheiten 60 und die Radiallager 40 können produktgeschmierte (oder pumpengeschmierte) Trag- oder Wälzlager sein oder können Magnetlager sein. Der besondere Typ ist durch Dienst- oder Leistungsfaktoren bestimmt.
Die Lager in den 3a, 3b, 4a und 4b sind als Radiallager veranschaulicht. Diese können mechanische Trag- oder Wälzradiallager 140 sein (3a und 4a), die produktgeschmiert (oder pumpengeschmiert) und gekühlt sein können. Alternativ können sie Magnetlager sein, die aus Permanentmagneten 210, 230, die in das rotierende Element 10', 10", 15, 115 eingebettet sind, und aus Elektromagneten (oder optional Permanentmagneten), die gegenüberliegend in das stationäre Element 15", 20 eingebettet sind, bestehen, um die geforderte magnetische Lagerung zu schaffen. Falls in dem stationären Element Elektromagnete vorgesehen sind, sind die Elektroleitungen 240 zu einer äußeren Leistungsquelle herausgeführt. Diese Radiallagersysteme stellen eine Radiallagerung für das rotierende Element bzw. die rotierenden Elemente innerhalb des stationären Elements bzw. der stationären Elemente oder in dem stationären Element bzw. den stationären Elementen bereit.
Der in 5 gezeigte Einstufenrotor 10" ist durch die Magnetkräfte zwischen den Motorwicklungen 120 in dem Gehäuse 20 und den Permanentmagneten 210 in dem Rotor axial magnetisch ausbalanciert. Es ist lediglich eine einzelne Stufe veranschaulicht, wobei aber in zusätzlichen Abschnitten des Gehäuses 20 irgendeine Anzahl magnetisch ausbalancierter Stufen an der Welle 15 angebracht sein kann. Der Rotor 10" besitzt die gleichen Laufradblätter 12 und das Gehäuse den gleichen Flüssigkeitsdurchlaß wie oben diskutiert, wobei hier aber jede Stufe unabhängig von irgendwelchen anderen Stufen axial magnetisch ausbalanciert ist.
Natürlich können ebenfalls Kegellager irgendeines Typs, einschließlich produktgeschmierter Traglager, produktgeschmierter Wälzlager oder Magnetlager, die sowohl die radiale als auch die axiale Lagerung bereitstellen, verwendet werden. Die 6a und 6b zeigen einen Magnetkegellagertyp zur Verwendung mit einem Rotor, der aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff wie etwa Aluminium, Bronze, Polymere usw. hergestellt ist. In 6a ist die drehbare Welle 15' in Magnetlagern gelagert, die die Permanentmagnete 315 in der Welle und die Elektromagnete 320 in der Gehäusewand 20' umfassen. Das zwischen den Magneten 315, 320 erzeugte Kraftfeld läßt die Welle innerhalb des kegelförmigen Hohlraums der Gehäusewand 20' schweben und stellt für die Welle 15' eine reibungsfreie axiale und radiale Lagerung bereit. Wenn die Magnetkräfte abstoßend anstatt anziehend sind, könnten sowohl in der Welle 15' als auch in der Wand 20' Permanentmagnete verwendet werden. Andernfalls sind Elektromagnete erforderlich, um die Stellung der Welle fein abzustimmen, da sie die Einstellung der Schwebekräfte ermöglichen. 6b zeigt einen Rotor, der ohne Welle in Kegellagern des Gehäuses 20" gelagert ist. In diesem Fall besitzt das sich drehende Element (der Rotor 10*), das wie in 6a aus einem nichtmagnetischen Werkstoff ist, Permanentmagnete 310, die um gegenüberliegende Kegelausnehmungen angeordnet sind, die radial an der Rotorscheibe zentriert sind. Zur Aufhängung des Magnetlagers braucht lediglich das sich drehende Element aus einem magnetisierbaren Werkstoff hergestellt zu sein. In diesen Fällen wirken die Elektromagnete und, falls sie verwendet werden, die Permanentmagnete direkt auf das magnetisierbare sich drehende Element, um die magnetische Aufhängung zu erzeugen. Wenn das sich drehende Element aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff hergestellt ist, kann es alternativ am geeigneten Ort mit einem magnetisierbaren Suszeptor versehen sein. Ob die Vorsprünge an dem Gehäuse oder an der Scheibe angeordnet sind, wird durch Herstellungsbetrachtungen bestimmt, da die Magnetlager in beiden Fällen gleich effektiv sind. In dem in 6b veranschaulichten Beispiel sind die Elektromagnete 320 oder die Permanentmagnete 310 um die axialen Kegelvorsprünge des Gehäuses 20" angeordnet. Das durch diese Magnete erzeugte Kraftfeld stellt ohne Verwendung einer Welle eine magnetische kombinierte radiale und axiale Lagerung für die Rotorscheibe 10* bereit. Die Vorsprünge und Ausnehmungen sind oben als kegelförmig beschrieben worden, können aber irgendeine Form wie etwa halbkugelförmig, zylindrisch oder Kombinationen der Formen sein.
In Fällen, in denen Magnetlager verwendet werden, sind wie in 6c bevorzugt kleine Abstandstraglager oder -wälzlager 26 vorgesehen, um den Rotor 10* und/oder die Welle 15' näherungsweise in dem Gehäuse 20", 20' zu zentrieren. Dies schützt die Magnete einschließlich der Permanentmagnete, die ebenfalls die für die Leistungsübertragung verwendeten sein können, in Abwesenheit von elektrischer Energie. In diesem Fall sind die Permanentmagnete 310, 315 in der drehbaren Rotorscheibe 10* oder in der Welle 15' eingebettet, während die Elektromagnete 320 vorzugsweise an den Kegelvorsprüngen des Gehäuses 20" oder der Welle 15' vorgesehen sind. Die Abstandstraglager 26 können aus irgendeinem geeigneten Lagerwerkstoff sein, um während des Anfahrens oder während Übergangsbetriebsbedingungen zu dienen, und sind während des stationären Betriebs der Flüssigkeitspumpe normalerweise nicht in Kontakt mit dem sich drehenden Element. Wenn die Rotorscheibe aus einem magnetisierbaren Werkstoff hergestellt ist oder ein Suszeptormerkmal besitzt, das aus einem magnetisierbaren Werkstoff hergestellt ist, können die Permanentmagnete in der Scheibe für die magnetische Aufhängung nicht erforderlich sein. Allerdings sind sie weiter erforderlich für das zuvor beschriebene Merkmal des bürstenlosen Gleichstrom-Integralmotorrotors. Schließlich kann eine kombinierte Rotorantriebs- und Magnetlageraufhängung erreicht werden, indem mindestens einige der Permanentmagnete in einer radialen Stellung in dem Rotor angeordnet werden, so daß sie sowohl auf die elektromagnetischen Felder der Motorwicklungen als auch auf das magnetische Kraftfeld der Aufhängungslagerelektromagnete reagieren können. In allen Fällen sind die Permanentmagnete, falls sie benötigt werden, in das sich drehende Element eingebettet; während die Motorwicklungen und die Elektromagnete in das stationäre Element eingebettet sind, so daß kein sich drehender elektrischer Kontakt erforderlich ist.
Die vorliegenden Konstruktionen schaffen die Vorteile einer Integralmotorpumpe vom Kreiseltyp, die einem dichtungslosen Entwurf, einer Mehrstufenausführung und dem Betrieb, bei dem weniger als alle Stufen laufen, leicht zugänglich ist. Durch geeignete Rohrverzweigungen zwischen den Auslässen vorausgehender Phasen oder Stufen und den Einlässen nachfolgender Phasen oder Stufen kann der Gesamtbetriebsdruckanstieg bei Bedarf ge nau variiert werden. Zum Beispiel liefert der Hintereinanderbetrieb mehrerer Stufen einen im wesentlichen additiven Endauslaßdruck; während der Parallelbetrieb der gleichen Pumpenstufen ein im wesentlichen additives Endauslaßvolumen liefert. Wenn die Rotoren individuell an einer Drehwelle drehgelagert sind oder wenn wie oben beschrieben ein wellenloser Rotorentwurf integriert ist, kann die Pumpe mit einer, mit einigen oder mit allen Stufen einer laufenden Mehrstufenkonfiguration betrieben werden. Gemeinsam mit der obigen Rohrverzweigung ermöglicht dies eine bisher unerreichte Vielseitigkeit des Betriebs.
Die hier beschriebene selbstansaugende Laufradscheibenpumpe besitzt den Vorteil, daß sie wegen der Tatsache, daß der Einlaß und der Auslaß am Umfang der Pumpenkammer sind, leicht in mehreren Stufen angeordnet werden kann. Somit kann Flüssigkeit, die von einer Stufe oder von einer Phase zur nächsten übergeht, dies ohne leistungsverbrauchende Vorkehrungen tun, die die Flüssigkeit radial zu einem mittigen Auslaß lenken, wie es bei einer Standardkreiselpumpe erforderlich ist. Dieses Merkmal führt zu einer erhöhten Pumpeffizienz.

Claims

Flüssigkeitspumpe mit einer zylindrischen Welle (15); einem Gehäuse (20), das Enden der Welle lagert und mindestens einen Flüssigkeitsdurchlaß (27) hat, der bezüglich der Welle radial außen liegt und sich in Umfangsrichtung zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlaß (25) und mindestens einem Flüssigkeitsauslaß (30) erstreckt, wobei Ein- und Auslaß durch eine Unterbrechung (29) des Flüssigkeitsdurchlasses getrennt sind, die stromaufwärts des mindestens einen Einlasses (25) und stromabwärts des mindestens einen Auslasses (30) angeordnet ist; mindestens einer drehbaren selbstansaugenden Rotorscheibe (10), die an der Welle angebracht ist, wobei die Scheibe eine Mehrzahl von radial ausgerichteten Laufradschaufeln (12) hat, die um deren Umfang in dem Flüssigkeitsdurchlaß (27) gelegen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Permanentmagneten (110) in der Scheibe in einem Kreisbogen um die Welle (15) eingebettet sind, wobei die Magnete gegen die gepumpte Flüssigkeit abgedichtet sind; daß mindestens ein Satz von Motorwicklungen (120) in mindestens einer Wand des Gehäuses axial angrenzend an die Permanentmagnete in der mindestens einen selbstansaugenden Rotorscheibe (10) eingekapselt ist, der ebenfalls gegen die gepumpte Flüssigkeit abgedichtet ist; und daß Mittel (250) zum Steuern eines Flusses von elektrischem Strom durch die Motorwicklungen vorgesehen sind, um die Rotorscheibe drehend anzutreiben.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (20) eine Mehrzahl von diametral gegenüberliegenden Flüssigkeitseinlässen (25) und eine Mehrzahl von diametral gegenüberliegenden Flüssigkeitsauslässen (30) hat, die in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitsdurchlaß (27) um die Schaufeln (12) der mindestens einen Rotorscheibe (10) stehen, so daß der Rotor radial hydrodynamisch ausbalanciert ist, wobei jeder Ein- und Auslaß durch eine Unterbrechung (29) getrennt ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (20) eine einzelne drehbare selbstansaugende Rotorscheibe (10) enthält, die an der Welle (15) zwischen zwei axialen Endwänden des Gehäuses angebracht ist, wobei jede Endwand einen Satz von Motorwicklungen (120) einkapselt, so daß der Rotor axial magnetisch ausbalanciert ist.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (20) zwei sich in radialer Richtung erstreckende Endwände und mindestens eine sich in radialer Richtung erstreckende Innenwand aufweist, die axial angrenzt an und zwischen eine Mehrzahl von selbstansaugenden Rotorscheiben (10) eingefügt ist, wobei jede sich in radialer Richtung erstreckende Wand mindestens einen Flüssigkeitsdurchlaß (27) hat, der sich zwischen mindestens einem Flüssigkeitseinlaß (25) und einem Flüssigkeitsauslaß (30) erstreckt.
Pumpe nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Flüssigkeitskanal, der sich von dem Flüssigkeitsauslaß (30) eines ersten Flüssigkeitsdurchlasses zu dem Flüssigkeitseinlaß (25) eines zweiten Flüssigkeitsdurchlasses erstreckt, und so weiter, so daß jede nachfolgende selbstansaugende Rotorscheibe (10) der Mehrzahl von Rotorscheiben einen höheren Einlaß- und Auslaßdruck hat als die vorhergehende Scheibe.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (15) in dem Gehäuse (20) in geschmierten Lagern (40) drehgelagert ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Welle (15) in dem Gehäuse (20) in Magnetlagern (210, 230) drehgelagert ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Enden der Welle (15) in dem Gehäuse (20) festgelagert sind und der mindestens eine Rotor (10) auf der Welle auf geschmierten Lagern (140) drehgelagert ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Enden der Welle (15) in dem Gehäuse (20) festgelagert sind und der mindestens eine Rotor (10) auf der Welle auf Magnetlagern (230) drehgelagert ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bezüglich der Welle (15) radial außen liegende Flüssigkeitsdurchlaß (27) durch eine Umfangsaussparung in dem Gehäuse (20) ausgebildet ist, wobei die Aussparung durch die Unterbrechung (29) unterbrochen ist.
Flüssigkeitspumpe mit einem Gehäuse (20), das zwei Endwände hat, wobei jede Endwand eine kreisförmige Ausnehmung aufweist, die durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Flüssigkeitsdurchlaßaussparung begrenzt ist, so daß im zusammengefügten Zustand die Ausnehmungen eine Pumpenkammer bilden und die Aussparungen einen Flüssigkeitsdurchlaß (27) bilden, der sich zwischen mindestens einem Einlaß (25) und einem Auslaß (30) erstreckt, wobei der Flüssigkeitsdurchlaß eine Unterbrechung (29) an einer stromaufwärts gelegenen Kante des Einlasses und einer stromabwärts gelegenen Kante des Auslasses hat; einer kreisförmigen selbstansaugenden Rotorscheibe (10) in der Pumpenkammer zwischen den Gehäuseendwänden, wobei die Rotorscheibe eine Mehrzahl von sich im wesentlichen radial erstreckenden Laufradschaufeln (12) hat, die über ihren Umfang verteilt sind, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Permanentmagneten (110), die in einem Kreisbogen um das Zentrum der Rotorscheibe herum eingebettet sind, wobei die Magnete gegen einen Kontakt mit der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet sind; Motorwicklungen (120), die in den Gehäuseendwänden eingekapselt und gegen einen Kon takt mit der gepumpten Flüssigkeit abgedichtet sind, zum Zusammenwirken mit den Permanentmagneten, um die Rotorscheibe drehend anzutreiben; Mittel (250) zum Versorgen der Motorwicklungen mit elektrischer Energie; und Mittel zum Drehlagern der Rotorscheibe in dem Gehäuse.
Pumpe nach Anspruch 11, wobei die Mittel zum Drehlagern der Rotorscheibe in dem Gehäuse Kegellager aufweisen, die sich axial von den Gehäuseendwänden weg in Kegelausnehmungen in der Rotorscheibe hinein erstrecken.
Pumpe nach Anspruch 11, wobei die Mittel zum Drehlagern der Rotorscheibe in dem Gehäuse Kegellager an den Enden einer Welle aufweisen, an der die Rotorscheibe angebracht ist, wobei die Kegellager in Kegelausnehmungen in den Gehäuseendwänden eingreifen.
Pumpe nach Anspruch 11, wobei die Mittel zum Drehlagern der Rotorscheibe in dem Gehäuse Vorsprünge aufweisen, die sich axial von der Rotorscheibe oder den Gehäusewänden wegerstrecken, wobei die Vorsprünge mit Lagern für einen Eingriff in kongruente Ausnehmungen in den Gehäusewänden bzw. der Rotorscheibe versehen sind.
Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner umfassend mindestens eine Gehäuseinnenwand, die eine kreisförmige Ausnehmung und eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung an jeder Stirnseite hat, so daß, wenn sie zwischen die Endwände eingefügt ist, die mindestens eine Innenwand mindestens zwei Pumpenkammern ausbildet, welche durch mindestens zwei Flüssigkeitsdurchlässe (27) umgeben sind, die sich zwischen mindestens zwei Einlässen (25, 25') und zwei Auslässen (30, 30') erstrecken; und mindestens zwei kreisförmige selbstansaugende Rotorscheiben (10), welche in den mindestens zwei Pumpenkammern drehgelagert sind.
Pumpe nach Anspruch 15, ferner umfassend mindestens einen Flüssigkeitskanal, der außerhalb der Pumpenkammern liegt und sich zwischen dem Auslaß einer Pumpenkammer und dem Einlaß einer zweiten Pumpenkammer erstreckt.
Pumpe nach Anspruch 15, ferner umfassend einen Flüssigkeitskanal zur gleichzeitigen Aufnahme von gepumpter Flüssigkeit von allen Auslässen, um den Volumenstrom von allen Pumpenstufen zu vereinigen.
Pumpe nach einem der Ansprüche 11 bis 17, ferner umfassend mindestens eine Gehäuseinnenwand, die eine kreisförmige Ausnehmung und eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung an jeder Stirnseite hat, so daß, wenn sie zwischen die Endwände eingefügt ist, die mindestens eine Innenwand mindestens zwei Pumpenkammern ausbildet, welche durch mindestens zwei Flüssigkeitsdurchlässe (27) umgeben sind, die sich zwischen mindestens zwei Einlässen (25, 25') und zwei Auslässen (30, 30') erstrecken; mindestens zwei kreisförmige selbstansaugende Rotorscheiben (10), welche in den mindestens zwei Pumpenkammern drehgelagert sind; Mittel zur separaten Aufnahme von gepumpter Flüssigkeit von jedem der mindestens zwei Auslässe, um entweder die Ströme zu vereinigen oder die Trennung der Ströme aufrechtzuerhalten; und Mittel zum individuellen Drehantreiben der selbstansaugenden Rotorscheiben (10), so daß nur diejenigen Scheiben angetrieben werden, die für die Pumpenerfordernisse zu einer gegebenen Zeit benötigt werden.