JP4195291B2 - ポンプユニットを作動する方法およびポンプユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のプリアンブルに明記されている特徴によるポンプユニットを作動する方法、および、請求項２のプリアンブルに明記されている特徴によるポンプユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、最高技術水準の部分であるより小さいか、あるいは、平均的な動力の遠心ポンプユニットは、通常、湿式ランナーとして構成されている、すなわち、それらは、特に、排出流体の浸透から、ステータスペースに対してロータスペースをシールするスプリットチューブを備えている。特に、ロータスペース内に配置される排出流体は、ロータシャフトを支持するベアリングの潤滑としても作用する。この構造のタイプのポンプは、それらが、可動部分の領域に対していかなるシールをも必要としないので、ロータスペースが、従って、ポンプスペースに連通するように接続されることができるということを立証した。
【０００３】
他方では、最高技術水準から、乾式ランナーを利用すること、すなわち、モータに対してポンプインペラを支持するシャフトをシールすることが周知である。ここでは、信頼性のある方法で、長期間、排出流体に対してロータスペースをシールするために、費用がかかり、摩耗をこうむることが多い複雑なシーリングデザインが要求されている。
【０００４】
ロータとステータとの間の間隔が短縮され、これらのコンポーネント間の磁界が、スプリットチューブによって弱められないので、乾式ランナーは、本質的に、効率に対して湿式ランナーより優れているが、シールと、長期間作動にさらに必要とされるメンテナンスとに対する余分の費用が、大きいので、せいぜい小さいか、あるいは、平均的な構造サイズを有する湿式運転モータをもっぱら使用することが多い。さもなければ、ベアリングの永久潤滑を確実とする必要がある。
【０００５】
そのような遠心ポンプの水力およびそれらの効率を増大するために、モータの前部に連結され、主周波数と主電圧とに無関係に、事実上無限のモータの高速回転を可能とする周波数変換器をそのユニットに配置することは周知である。しかしながら、回転速度の増大につれて、ロータとスプリットチューブ間の流体摩擦が顕著になり、そのために、この構造のタイプでは、特定の限度を超えて回転速度が増すことはきわめて実用的でない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最高技術水準に対して、本発明の目的は、ポンプの作動が高速回転で可能であるポンプユニットを作動する方法を考案することである。さらに、周知のタイプによるポンプユニットは、２つのシステム（湿式ランナー／乾式ランナー）についての冒頭に略述した不利な点を持たない高速回転で作動されることができるように構成されることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その方法に関する本目的の部分は、請求項１に明記されている特徴によって達成され、その装置に関する部分は、請求項２に明記されている特徴によって達成される。本発明の利点のある構造は、従属の請求項と、次に続く説明と、図面とに示されている。
【０００８】
本発明の基本的な概念は、これが、その構造上のタイプに関して湿式運転モータとして構成されることができるが、それが作動において乾式ランナーの特性を有し、特に、湿式運転モータを用いて、通常ロータスペース内に配置される液体を伴うことなく運転するように湿式運転モータを作動することにある。このために、ポンプとモータとの間の複雑なシールを必要としない湿式運転モータのデザイン上の利点は、特に、高速回転速度で有利である乾式ランナーの特性なしで済まさなければならないことなく維持されることができる。従って本発明は、モータの回転数を上げる前、間および／または後に、ロータスペース内に配置される流体を少なくとも部分的に取り除くことを構想している。同時に、ロータとスプリットチューブとの間に配置される流体は、加熱の効果によって蒸発されることが好ましい。最大の摩擦出力が、ロータとスプリットチューブとの間の高い相対速度のために生じるので、流体の取り除きが、特に重要であるのは、実際に、精密にはこの領域においてである。
【０００９】
多数のデザインの相違は、ポンプユニットを作動する装置に関する構成には可能である。これは、特に簡単なデザインで達成されることができ、従って、ロータスペースが、圧力を制限するように、排出流体に対してシールされるという点で費用がかからない。そのような圧力制限シーリングは、作動の間、ロータスペースを主として流体がないように保持する目的で十分である。同時に、そのデザインは、実際に、モータの運転のスタート前、ロータスペースには、流体が充填されるということを構想している。しかしながら、流体は、実際に、このために特に構想されるバルブによってか、特定の圧力までだけに効果的なシールによってか、あるいは、加熱のために、流体が蒸発し、従って、体積が増加されるという点で他の適切な手段によってかのいずれかにより、ロータスペースから取り除かれる。このために、ロータスペースの圧力制限が限度を超え、ここに配置される流体が、ガス形状であろうと、あるいは、液体形状であろうと、漏れ出るまで、圧力は上昇する。同時に、その時に、ここに作用する蒸気圧により、新たな排出流体が、ロータスペースに入り込まないということになる。さらに、ポンプデザインは、特に、高速回転に好都合な流体潤滑スライディングベアリングが適用されることができるように、湿式運転モータを用いるように構想されることができることは有利なことである。
【００１０】
ロータスペースが、モータの作動回転速度で、主として流体がない場合、さらに、ベアリングに流体を供給することを確実とすることを可能とするために、本発明は、ロータスペースの外側にロータを支持するベアリングを配置することを構想している。しかしながら同時に、ポンプのインペラから最も遠くにあることが好ましいロータを支持する少なくとも１つのベアリングは、流体供給が、たとえば、中央シャフト孔を介して行われることができ、従って、主としてシャフトへの軸方向の圧力補正が行われることができるので、スプリットチューブ内に配置されている。
【００１１】
シャフトの両端部がロータスペースの外に導かれる場合に好ましく、その時、インペラは、１つのシャフトの端部に設けられ、ロータスペースの外に遠くに離れて導かれる流体は、インペラに対して遠いシャフトの端部近くに、遠くに離れて導かれることができる。特に、以前に略述されているように、圧力補正が、シャフトの孔、あるいは、別の導管連結を介して存在する場合、ロータスペースからの流体の取り除きは、ほとんど圧力なくもたらされることができ、ポンプの排出圧力に対してもたらされる必要がない。そのような取り除きは、シャフトのこの端部が、たとえば、ポンプの吸込側の圧力によって押される場合、シャフトを介する導管連結で特に簡単に可能である。
【００１２】
軸方向面シールは、圧力制限シーリング手段として適用されることが好ましく、圧力制限設定は、軸方向面シールリングが接触して保持される適切なスプリングの選択によってもたらされる。
【００１３】
それぞれの場合における軸方向面シールが、ロータと隣接するベアリングとの間に配置される場合に有益であり、インペラから取り外されるベアリングのためのベアリング受けは、スプリットチューブ内に着座される。同時に、ベアリング受けは、通常、スプリットチューブに対しては、外側シールによって、軸方向面シールの固定の部分に対しては、内側シールによって、シールされることが有益である。
【００１４】
できるだけ完全にロータスペースから流体を取り除くことを可能とするために、ベアリング受けか、あるいは、軸方向面シールのいずれかが、端部面においてロータに遊びを持って圧接するか、または、それらのために、ロータの端部面とベアリング受けとの間の自由体積を減少する１つの独立した移動コンポーネントが、ベアリング受けとロータとの間に設けられることは有益であり、前記体積は、作動時、流体によって充填されることができる。この移動コンポーネントは、端部面で遠く離れて導かれてここに配置される流体を蒸発するロータスペースにおいてゆっくりと生成される熱を防止するために、あるいは、この領域において発生する凝縮を防止するために、有益には、断熱材から、好ましくは、プラスチックから製造される。このために、さらに、ベアリング受けを断熱材から製造することは有益である。
【００１５】
ロータスペースに配置される流体をできるだけ迅速に、完全に蒸発するために、少なくとも一部分のみの領域においてスプリットチューブを加熱可能に構成することは有利な点である。原則として、熱生成は、ロータとスプリットチューブとの間の領域において摩擦によってもたらされることがあり、そのために、流体は、モータの回転数を上げる際自動的に加熱され、それから蒸発される。これを補うために、あるいは、蒸発のため、しかしながら、さらに、それが、電気抵抗加熱のためであろうと、あるいは、特に、作動時にロータとステータとの間に形成される磁界による誘導加熱のためであろうと、モータのスタート前に、スプリットチューブの加熱が行われることができる。モータについて、特に、永久磁石モータを適用することが利点である。
【００１６】
本発明は、図面に示されている実施の形態の例示によってより詳細に下文に記述されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面に示されているポンプユニットは、下方端部面に、吸込側入口２が形成され、上方端部面に、圧力側出口３が形成される円形断面のハウジング１を備えている。排出される流体は、その入口２で吸い込まれ、ここから、ポンプのインペラ５の吸込開口４に達し、そこから、その流体は、径方向外側に環状チャンネル６の方に向い出口３に進む。
【００１８】
そのチャンネル６は、その外側が、ハウジング１によって、その内側が、ハウジング１内に固定されるモータハウジング７によって境界が画定されている。ユニットの電気供給は、モータハウジング７の横外方向に導かれ、チャンネルを通って、ハウジング１の外へ導かれる電気接続部８によってもたらされる。モータハウジング７は、スプリットチューブ１０によってその内側が制限されるステータ９を収容する。スプリットチューブ１０内において、シャフト１２に着座されるロータ１１が作動し、そのシャフト１２は、その両端部近くで、スライディングベアリング１３，１４に装着され、そのスライディングベアリング１３，１４は、スプリットチューブ１０内に、従って、モータハウジング７内に固定されるベアリング受け１５，１６に着座されている。
【００１９】
スプリットチューブ１０は、端部面において、軸方向面シール１８，１９によって残っているスプリットチューブスペースに対して、空間的に、圧力を制限するように、制限されるロータスペース１７を径方向に境界を画定する。
【００２０】
スライディングベアリング１３，１４に装着されるシャフト１２は、下方端部に、インペラ５と、さらに、ロータ１１とを支持している。シャフト１２は、吸込開口４と図１において頂部に位置するモータハウジング７の上方端部との間の連通接続を形成する中央通路孔２０を備えている。そのシャフト１２は、湿式運転モータにはよくあることだが、ポンプスペースに対してシールされていないので、孔２０を介して上方ベアリング１３、そしてまた、下方ベアリング１４には、排出流体が供給される。こうして、ポンプの排出圧力が、下方ベアリング１４に作用するのに対して、吸込側の圧力は、上方ベアリング１３に作用する。ロータスペース１７は、軸方向面シール１８，１９を介して、作動時にのみ、流体が充填されるスプリットチューブスペースに対してシールされる。そのような軸方向面シールの構造は、図２において、上方の軸方向面シール１８によって表わされている。
【００２１】
その軸方向面シール１８は、ベアリング受け１５を形成するコンポーネント内に一体化されて、Ｏ−リング２２によってこれに対して径方向にシールされ、シャフト１２の軸方向に移動可能に装着される固定の軸方向面シールリング２１から構成されている。この固定の軸方向面シールリング２１は、シャフト１２周りを囲むらせんスプリング２３による圧力の力で押されている。らせんスプリング２３は、同様に、ベアリング受け１５を形成するコンポーネント内に配置されている。シャフト１２とベアリング受け１５を形成するコンポーネントとの間に形成されるこの環状スペースは、孔２０に連通するように接続される上方ベアリング１３の領域におけるチャンネル２４を介して、モータハウジング７によって境界が画定されるスペースに接続されている。
【００２２】
回転軸方向面シールリング２５は、その端部面において、固定の軸方向シールリング２１に圧接し、シャフトの肩部に着座され、シャフト１２とともに回転する。
【００２３】
このように形成された軸方向面シール１８は、残っているスプリットチューブスペースに対してロータスペース１７をシールし、対応するシーリングは、ロータ１１のもう１つの側に設けられている。
【００２４】
ポンプをスタート時、そのロータスペース１７には、排出流体が、完全に、あるいは、部分的に充填されることができる。モータの回転速度が増すとすぐに、ロータスペース内に配置される流体は、最終的に流体が蒸発し、ロータスペース１７内の圧力が急速に増大するまで加熱される。軸方向面シール１８によって形成され、スプリング２３の圧力の力によって決定される制限圧力が、限界を越える場合、固定の軸方向面シールリングは、回転軸方向面シールリング２５から離昇し、従って、図１による表示のように、上方に移動し、それによって、ロータスペース１７は、チャンネル２４を介して、ベアリング１３の周りを囲むスペースに連通するように接続される。ロータスペースは、最終的に蒸気だけが、ロータスペース内に配置されて、流体がなくなるまで、ロータスペース１７に形成される圧力によって、軸方向面シール１８を介して自動的に空にされる。モータは、その後、いわば、乾式運転モータとして機能する。そのようなモータの作動回転速度は、たとえば、分当たり４０，０００回転と１００，０００回転の間である。この記述した手順は、ロータスペース１７に再度流体が充填される間、モータをスタートする毎に繰り返される。
【００２５】
ロータ１１の端部面において、ロータスペース１７からできるだけ完全に流体を取り除くことを確実にするために、ロータの端部面に配置される協働作動の第１の移動体２６に加えて、Ｏ−リング２８を介してスプリットチューブ１０にきつく圧接する第２の固定の移動体２７が設けられている。移動体２６，２７は、断熱プラスチックから形成され、本質的に、２つのタスクを有している。一方では、それらは、ロータスペース１７の自由体積、従って、これへの可能な流体の収容を最小とするために、ロータ１１とベアリング受け１５との間のロータスペース１７に残っているスペースを広範囲に塞ぐことである。他方では、この領域における凝縮の生成と摩擦の増大を回避するために、これらの本体２６，２７は、残っているベアリングスペースから、作動時に加熱されるロータスペース１７を断熱する断熱体の代わりをつとめる。ロータ１１のもう１つの側に配置される軸方向面シール１９の構造および配置は、軸方向面シール１８に関して記述される構造と機能的に一致する。ここでもまた、移動体２６，２７が設けられている。そのデザインによっては、ロータスペース１７からの流体の取り除きは、軸方向面シール１８，１９の１つ、あるいは、両方を介してもたらされることができる。しかしながら、このことは、上方軸方向面シール１８を介してもたらされることが好ましく、というのは、吸込側圧力だけが、ここでは孔１２を介して作用するのに対して、圧力側の圧力は、もう１つの軸方向面シール１９に作用し、このことは、ロータスペースからの流体の取り除きについて解消される必要があることである。
【００２６】
上述の実施の形態の例示の場合、ロータスペース内に配置される流体の加熱および蒸発は、適切な回転速度領域が達せられるとすぐに、自動的にもたらされる。しかしながら、本発明によれば、追加の電気加熱、あるいは、別のタイプの加熱が供給されることができ、たとえば、特に、スプリットチューブは、ロータ１１の外側の領域において、従って、移動体２６，２７が配置される所において、加熱されることができる。さらに、軸方向面シールの代わりに、流体を取り除くために、ロータスペース内における、たとえば、スプリットチューブ内における適切なロケーションに圧力安全バルブが設けられることができる。実施形態の例示に表わされているモータは、直流モータであるが、交流モータ、あるいは、高速モータを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による遠心ポンプ全体の長手方向断面図である。
【図２】 拡大図による図１におけるＩＩの詳細である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 入口
３ 出口
４ 吸込開口
５ インペラ
６ チャンネル
７ モータハウジング
８ 電気接続部
９ ステータ
１０ スプリットチューブ
１１ ロータ
１２ シャフト
１３ 上方ベアリング
１４ 下方ベアリング
１５ 上方ベアリング受け
１６ 下方ベアリング受け
１７ ロータスペース
１８ 上方軸方向面シール
１９ 下方軸方向面シール
２０ シャフト孔
２１ 固定の軸方向面シールリング
２２ Ｏ−リング
２３ らせんスプリング
２４ チャンネル
２５ 回転軸方向面シールリング
２６ 移動体
２７ 移動体
２８ Ｏ−リング

Claims (14)

1. 遠心ポンプとこれを駆動するモータとを有するポンプユニットを作動する方法であって、ロータ（１１）を、当該ロータ（１１）とスプリットチューブ（１０）との間のロータスペース（１７）がステータ（９）に対して、流体密に分離された前記スプリットチューブ（１０）内で作動させ、前記モータを、作動可能な回転速度に回転数を上げる間および／または前記モータを、作動可能な回転速度に回転数を上げた後、このモータの回転数の上昇にともない、前記ロータ（１１）と前記スプリットチューブ（１０）との間の領域において生成される摩擦熱により、前記スプリットチューブ（１０）を加熱し、これにより、前記ロータスペース（１７）内に配置される流体を、少なくとも部分的に蒸発させて取り除くとともに、１つの独立した移動コンポーネント（２６，２７）を、前記スプリットチューブ（１０）に一体化されたベアリング受け（１５，１６）と前記ロータ（１１）との間に設けることにより、当該ベアリング受け（１５，１６）と前記ロータ（１１）との間へ浸透し得る流体の体積を減少させるよう構成し、その状態で前記モータの駆動を継続するポンプユニットを作動する方法。
2. 遠心ポンプとこれを駆動するモータとを有するポンプユニットを作動する請求項１に記載の方法により、作動するポンプユニットであって、ロータ（１１）が、ロータ（１１）とスプリットチューブ（１０）との間のロータスペース（１７）をステータ（９）に対して、流体密に分離された前記スプリットチューブ（１０）内で作動され、前記モータを、作動可能な回転速度に回転数を上げる間および／または前記モータを、作動可能な回転速度に回転数を上げた後、このモータの回転数の上昇にともない、前記ロータ（１１）と前記スプリットチューブ（１０）との間の領域において生成される摩擦熱により、前記スプリットチューブ（１０）が加熱され、これにより、前記ロータスペース（１７）内に配置される流体が、少なくとも部分的に蒸発して取り除かれるとともに、１つの独立した移動コンポーネント（２６，２７）が、前記スプリットチューブ（１０）に一体化されたベアリング受け（１５，１６）と前記ロータ（１１）との間に設けられることにより、当該ベアリング受け（１５，１６）と前記ロータ（１１）との間へ浸透し得る流体の体積を減少させるよう構成されており、圧力を制限するように、排出流体に対して前記ロータスペース（１７）をシールする手段（１８，１９，２３）が設けられているポンプユニット。
3. 請求項２に記載のポンプユニットにおいて、前記ロータ（１１）を支持するベアリング（１３，１４）が、前記ロータスペース（１７）の外側に配置されているポンプユニット。
4. 請求項２または請求項３に記載のポンプユニットにおいて、前記ロータ（１１）を支持する少なくとも１つのベアリング（１３，１４）が、前記スプリットチューブ（１０）内に配置されているポンプユニット。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、シャフトの両端部が、前記ロータスペース（１７）の外へ導かれ、インペラ（５）が、１つのシャフト端部に設けられ、取り除かれる流体が、前記インペラ（５）に対して遠いシャフトの端部近くに、離れて導かれているポンプユニット。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、圧力を制限するように排出流体に対して前記ロータスペース（１７）をシールする手段が、少なくとも１つの軸方向面シール（１８，１９）によって形成されているポンプユニット。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、前記ポンプユニットは水中ポンプユニットであり、前記ロータ（１１）の前記シャフト（１２）を収容するベアリング（１３，１４）が、前記スプリットチューブ（１０）に一体化されるベアリング受け（１５，１６）に着座され、前記軸方向面シール（１８，１９）が、前記ロータ（１１）と前記ベアリング受け（１５，１６）との間に配置されているポンプユニット。
8. 請求項７に記載のポンプユニットにおいて、前記ベアリング受け（１５，１６）が、前記スプリットチューブ（１０）に対しては、外側シール（２８）によって、前記軸方向面シール（１８，１９）の固定の部分（２１）に対しては、内側シール（２２）によってシールされているポンプユニット。
9. 請求項７又は請求項８のいずれかに記載のポンプユニットにおいて、前記ベアリング受け（１５，１６）と前記スプリットチューブ（１０）との間のシール（２２，２８）、および、前記ベアリング受け（１５，１６）と前記軸方向面シール（１８，１９）の前記固定の部分（２１）との間のシール（２２，２８）が、Ｏ−リング（２２，２８）によって形成されているポンプユニット。
10. 請求項７〜９のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、前記ベアリング受け（１５，１６）および／または前記移動コンポーネント（２６，２７）が、断熱材から構成されているポンプユニット。
11. 請求項７〜１０のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、前記スプリットチューブ（１０）が、少なくとも一部分だけの領域において加熱可能であり、さらにその領域を加熱する加熱手段を備えるポンプユニット。
12. 請求項１１に記載のポンプユニットにおいて、前記スプリットチューブ（１０）が、電気的に加熱可能であり、前記加熱手段は電気的加熱手段であるポンプユニット。
13. 請求項１１に記載のポンプユニットにおいて、前記スプリットチューブ（１０）が、特に、作動時、前記ロータ（１１）とステータ（９）との間に形成される磁界によって、誘導的に加熱可能であり、前記加熱手段は誘導加熱手段であるポンプユニット。
14. 請求項７〜１３のいずれか一項に記載のポンプユニットにおいて、前記モータが、永久磁石モータであるポンプユニット。

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