DK170449B1 - El-drevet centrifugalpumpe - Google Patents

Description

DK 170449 B1

Den foreliggende opfindelse angår en centrifugalpumpe af den type, der har en el-motor, hvor rotoren er indbygget i pumpehuset .

I en kendt pumpe drives et skovlhjul med en magnet eller en 5 sekundær leder direkte af statorspoler, således som det findes beskrevet i offentliggjort japansk patentansøgning nr.

49-129.106.

I fig. 1 er vist et længdesnit gennem en sådan kendt pumpe.

På tegningen er vist et skovlhjul 13 anbragt i et pumpehus 6 10 med en ringformet permamagnet 16 placeret ved skovlhjulets yderste, bageste ende vinkelret på skovlhjulet 13's rotationsakse 12, idet den ringformede permamagnet 16's flade er påført en syntetisk harpiks (ikke vist), der forhindrer, at permamagneten kommer i kontakt med væske i huset 6. Huset 6's 15 bageste ende er lukket ved hjælp af en bageste plade 20,.på hvilken der er monteret statorspoler 23 og et bageste leje 24 til understøtning af skovlhjulet 13. Et forreste leje 25 til understøtning af skovlhjulet 13 er monteret i huset 6. Sta-torspolerne 23 er dækket af en plastfilm 27 til at forhindre, 20 at statorspolerne kommer i kontakt med væsken.

Når skovlhjulet 13 står stille, forspændes skovlhjulet 13 mod den bageste plade 20 som følge af tiltrækningskraften fra permamagneten 16, og, når skovlhjulet 13 roterer, forskydes skovlhjulet 13 sædvanligvis fremefter i pumpehuset 6 som 25 følge af pumpens afgivelsestryk. Lejerne 24 og 25 er følgelig konstrueret til at kunne understøtte dels den radiale belastning, dels den aksielle belastning. Det i fig. 1 viste skovlhjul 13 er af den såkaldte åbne type, der er af passende konstruktion til håndtering af væsker indeholdende faste partik-30 ler, såsom krystaller.

I den i fig. 1 viste pumpe kan der være tilvejebragt en sekundær leder i skovlhjulet 13 i stedet for permamagneten 16. I dette tilfælde er statorspolerne 23 viklet på en sådan DK 170449 B1 2 måde, at de frembringer roterende magnetfelter, når der tilføres en vekselstrøm til statorspolerne 23 .

I fig. 2 er vist en anden kendt pumpe. I denne udførelsesform har en motor 1 en rotationsaksel 2 og et jernåg 3 fastgjort 5 til den frie ende af rotationsakslen 2. Til jernåget 3 er der fastgjort en ringformet permamagnet 4, og N- og S-polerne magnetiseres alternerende i samme afstand i periferiretningen fra den ringformede permamagnet 4. En nederste konsol 5 af motoren l er monteret til et pumpehus 6 ved hjælp af en ikke-10 magnetisk skilleplade 7 ved hjælp af bolte og møtrikker 8. I en sugeåbning 9 i pumpehuset 6 er der radialt placeret flere armdele 10, idet sugevejene defineres af armdelene 10. I centrum af armdelene 10 er placeret et nav 11, og en pumperotationsaksel 12, som er koaxial med motoren l's rotations-15 aksel 2, er monteret til navet 11. En lejebøsning 14 med flanger er prespasningsindføjet i et centralt hul af skovl-' hjulet 13 og indføjet på pumperotationsakslen 12. En pakningsring 15 er prespasningsindføjet i sugeåbningsdelen af pumpehuset 6 for at tætne mellemrummet mellem yderperiferien 20 af skovlhjulet 13's sugetilgang og pumpehuset 6's inderflade.

I den øverste ende af skovlhjulet 13 er der alternerende og radialt anbragt permamagneter 16 med forskellige N- og S-poler modsat motoren l's ringformede permamagnet 4 adskilt af skillepladen 7.

25 Når motoren 1 drives, roterer rotationsakslen 2 sammen med åget 3 og den ringformede permamagnet 4, og følgelig drives permamagneterne 16 i skovlhjulet 13 af magnetkraften fra den ringformede permamagnet 4, hvorved skovlhjulet 13 bringes i rotation omkring pumpeakslen 12. Følgelig suges væsken fra 30 sugeåbningen 9 i pumpehuset 6 og derefter op ved hjælp af Y

skovlhjulet 13, og væske, der er under tryk, afgives fra et ' udløb 21 i pumpehuset 6. Den del af væsken, som er under t tryk, og som strømmer mellem den øverste del af skovlhjulet 13 og skillepladen 7 mod den centrale del, passerer gennem 35 balanceringshuller 22 og føres derefter tilbage til lavtryks- DK 170449 B1 3 siden af skovlhjulet 13 med det resultat, at pumpetrykket udbalanceres.

I den ovenfor beskrevne pumpe er motoren l's rotationsaksel 2 . adskilte fra pumpens rotationsaksel 12, og følgelig er der 5 ikke behov for noget specielt tætningsorgan til akslen, og væsken på pumpesiden adskilles fra motorsiden ved hjælp af skillepladen 7. En kraftig syreholdig væske, en kraftig basisk væske, en meget giftig væske eller en væske, som skal afholdes fra at lække til omgivelserne, kan følgelig over-10 føres med en pumpe af denne type og yderligere kan en væske, som skal behandles, ved benyttelse af denne pumpe forhindres i at blive blandet med et forurenende produkt udefra ved fremstillingen af levnedsmidler, medicin, drikkevarer, halvledere etc.

15 I de i fig. 1 og 2 viste kendte pumper understøttes skovl-hjulet imidlertid af lejer, som er i kontakt med skovlhjulet, og dermed frembringes der, når skovlhjulet roterer, slibepulver fra lejedelene. I den i fig. 2 viste kendte pumpe forøges det magnetiske mellemrum mellem den ringformede permamagnet 4 20 på drivsiden og skovlhjulet 13's permamagneter 16, og følgelig kan der ikke opnås en pumpe med stor ydelse. I disse kendte pumper udsættes materialet i lejerne yderligere, når pumperne standses i længere tid, for en plastisk deformation som følge af trækkraften fra permamagneterne, og når pumpen 25 skal sættes i drift igen, er det umuligt at aktivere pumpen, eller der kræves et stort startmoment til at starte pumpen. I de kendte pumper begrænses skovlhjulets længde og dermed pumpens længde i aksial retning og kan ikke reduceres, da skovlhjulets rotationsaksel understøttes af lejeorganerne, 30 eller da skovlhjulet understøttes roterbart på sin aksel ved hjælp af lejeorganerne, dvs. det kendte skovlhjul kræver en rotationsaksel med en vis længde efter skovlhjulets aksel.

Fra US patentskrift nr. 3,951,573 kendes en lejekonstruktion med væskesmøring. Denne konstruktion har et leje med to 35 modstående lejeflader, af hvilke den ene er plan, og den DK 170449 B1 4 anden er forsynet med i det mindste én spiralformet rille eller rende, der strækker sig indefter fra den anden lejeflades periferi, hvor den ene af lejefladerne har en aksial væske-tæt brønd, en kilde med flydende smøremiddel grænsende 5 op til den anden lejeflades periferi og organer til- at dreje lejefladerne i forhold til hinanden for at forårsage, at smøremidlet trækkes gennem renden og flyder mellem lejefladerne, hvorved der opbygges et tilstrækkeligt stort tryk mellem lejefladerne og i brønden til, at dette tryk vil virke 10 i retning af at adskille lejefladerne.

Det er imidlertid en ulempe ved denne konstruktion, at den har en bemærkelsesværdig lang aksial længde og et antal af radiale lejer, der bruges til at støtte de drejelige dele inklusive en motor-rotor.

15 Det er følgelig et formål med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en pumpe med et magnetisk mellemrum i pumpens aksielle retning, uden de ovennævnte skavanker og ulemper ved pumperne ifølge den kendte teknik, hvilken pumpe er i stand til at reducere startmomentet, kan understøtte et driftstryk 20 eller aksialtryk i pumpen med et lille effekttab under drift, kan forhindre fremstillingen af slibepulver fra lejedelene, er effektiv til fjernelse af varme genereret i statorspoler-ne, kan minimere væskens opholdstid i pumpehuset og frembringe en stor ydelse og yderligere er af simpel og kompakt 25 konstruktion.

Ved opfindelsen er der blevet tilvejebragt en centrifugalpumpe med et pumpehus, et skovlhjul anbragt i huset, en elmotor, der har en rotor, som er anbragt i skovlhjulet, og en stator, der er anbragt i huset til overførsel af en magnetisk 30 drivkraft til rotoren, og et første leje af keramisk materiale med en drejelige del, der er fastgjort til den ene ende af skovlhjulet således, at den har en første plan flade vinkelret på skovlhjulets rotationsakse, og med en stationær del, der er anbragt i huset over for den første plane flade og har 35 en med denne parallel anden plan flade, af hvilke plane DK 170449 B1 5 flader den ene har et spiralformet rille- eller rendemønster. Centrifugalpumpen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at el-motorens rotor og stator med et aksialt indbyrdes mellemrum er anbragt over for hinanden i skovlhjulets akseretning 5 således, at den magnetiske kraft mellem rotoren og statoren understøtter skovlhjulet radialt.

Den radiale understøtning af skovlhjulet sker ved, at det magnetiske felt, der dannes ved at tilføre en styret strøm til statoren, drejer omkring en centerlinie, som svarer til 10 skovlhjulets rotationsakse, så at drivmomentet kan overføres til rotoren eller permamagneten. Den magnetiske tiltrækningskraft genereres mellem det roterende magnetfelt og permamagneten i skovlhjulet således, at skovlhjulet trækkes imod statoren ved hjælp af permamagneten. Denne magnetiske til-15 trækningskraft tjener også det formål at understøtte skovlhjulet radialt og afholde det fra at blive forskubbet væk fra den ideelle rotationsakse.

I overensstemmelse med en foretrukken udførelsesform for opfindelsen omfatter pumpen yderligere adskillelsesplader, 20 der strækker sig i et plan vinkelret på skovlhjulets rotationsakse, og som er fastgjort til huset til adskillelse af skovlhjulet fra statoren.

I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er det keramiske materiale et sintret legeme, udvalgt blandt gruppen 25 bestående af a-SiC, β-SiC, A1203 og Si3N4, idet det spiralformede rillemønster er fremstillet ved en sandblæsningsproces.

I overensstemmelse med en anden foretrukken udførelsesform for opfindelsen er det første lejes drejelige del fastgjort 30 til den centrale del af skovlhjulets bageste ende, som vender mod adskillelsespladerne, hvilken drejelig del har et spiralformet rillemønster på sin plane flade. Det første lejes drejelige del kan i stedet være fastgjort til den centrale del af skovlhjulets forreste ende, medens skovlhjulets bage- DK 170449 B1 6 ste ende vender mod adskillelsespladerne, idet det første lejes stationære del kan have det spiralformede rillemønster på sin plane flade.

I en anden foretrukken udførelsesform for opfindelsen er det 5 første lejes drejelige del en ringformet plade, og det første lejes stationære del er en ringformet plade med samme form som det første lejes drejelige del, hvilken stationær del er monteret til husets tilgangs- eller indløbsdel. Pumpen har yderligere et andet leje med en drejelig del og en stationær 10 del, hvilken drejelig del er fastgjort til den centrale del af skovlhjulets bageste ende i et plan vinkelret på skovl-hjulets rotationsakse, hvilken stationær del er anbragt i huset modsat det andet lejes drejelige del og parallelt med samme, og hvilken drejelig del og stationær del er fremstil-15 let af keramiske materiale.

'Skovlhjulet har et centralt gennemgående hul langs sin rotationsakse, idet det første lejes drejelige del er en ringformet plade, der er fastgjort til skovlhjulet koaxialt med det centrale gennemgående hul. Det første lejes drejelige del 20 er en cirkulær plade, der er fastgjort til skovlhjulet koaxialt med skovlhjulets rotationsakse.

De drivkraftoptagende organer kan være en ringformet perma-magnet, der er anbragt i skovlhjulets yderste, bageste ende og omslutter det første lejes drejelige del.

25 Andre og yderligere formål, træk og fordele ved opfindelsen fremgår af den efterfølgende, detaljerede beskrivelse af foretrukne udførelsesformer for opfindelsen under henvisning til tegningen på hvilken

Fig. 1 viser et længdesnit gennem en kendt pumpe, 30 Fig. 2 et længdesnit gennem en anden kendt pumpe,

Fig. 3 et længdesnit gennem en udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse, DK 170449 B1 7

Fig. 4 en skiveformet plade, som afgrænser en rotations-glideflade i den i fig 3 viste pumpe, set fra enden,

Fig. 5 et skovlhjul i den i fig. 3 viste pumpe, set fra enden, 5 Fig. 6 et længdesnit gennem en anden udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse,

Fig. 7 et længdesnit gennem en lejedel i den i fig. 6 viste pumpe,

Fig. 8 en lejeplade i den i fig. 6 viste pumpe, set fra 10 enden

Fig. 9 et længdesnit gennem en anden udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse og

Fig. 10 en skiveformet plade monteret til et skovlhjul i den i fig. 9 viste pumpe, set oppefra.

15 På tegningen angiver samme henvisningsbetegnelser samme eller tilsvarende komponenter i de forskellige figurer, idet der i fig. 3 er vist én udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse.

På tegningen er et skovlhjul 113 anbragt i et pumpehus 106 20 med en ringformet permamagnet 128 indlejret i en yderste, bageste endedel af skovlhjulet 113 vinkelret på skovlhjulets rotationsakse. En ringformet, tynd keramisk beskyttelsesplade 126 er klæbet fast til ydersiden af magneten 128 for at beskytte magneten 128. I den ringformede permamagnet 128 er 25 der med samme afstand i magnetens periferiretning frembragt alternerende forskellige magnetiske poler. Henvisningsbetegnelserne 129 og 130 angiver henholdsvis skovle på skovlhjul 113 og strømningsbaner.

Skovlhjulet 113 har i sin centrale bageste ende en keramisk, 30 plan skiveformet plade 131, som udgør en lejedel, og som er fremstillet af et siliciumcarbidsintret legeme ved. en sintringsproces i atmosfæren og afgrænser en rotationsglidefla-de. Rotationsglidefladen på den keramiske, skiveformede plade 131 er fremstillet plan og glat, fx med Rmax s; 3 μτη eller 35 lignende ved en slibeproces, hvorefter der ved en sandblæs- DK 170449 B1 8 ningsproces er fremstillet spiralformede riller eller render 138 med en dybde på ca. 3-50 μτη.

Henvisningsbetegnelserne 109, 115, 117, 121 og 122 angiver henholdsvis et indløb, en pakningsring, der er prespasnings-5 indføjet i huset 106, en bendel, et udløb og et udbalanceringshul, som er udformet i skovlhjulet 113.

Den bageste åbning i pumpehuset 106 er lukket ved hjælp af et bageste hus 135 ved, at husenes flangedele er spændt sammen ved hjælp af bolte og møtrikker (ikke vist), medens der til 10 indervæggen af det bageste hus 135 svarende til den ringformede permamagnet 128's poler er radialt monterede statorspo-ler 123. Forsiderne af statorspolerne 123 er dækket og forseglet ved hjælp af syntetisk harpiks 134 for at forhindre, at spolerne kommer i kontakt med væsken i pumpehuset 106. Til 15 den syntetiske harpiks 134, der er anbragt modsat den skive-- formede plade 131, er der fastklæbet' en cirkulær, keramisk lejeplade 132 fremstillet af det samme materiale som den keramiske, skiveformede plade 131, idet lejepladen 132 er indrettet til at lægge an mod lejepladen 131 og er placeret i 20 centrum i forhold til statorspolerne 123. Overfladen af den keramiske lejeplade 132 er fremstillet glat på samme måde som den keramiske, skiveformede plade 131's overflade og afgrænser en glideflade svarende til den keramiske, skiveformede plade 131's glideflade. Til den syntetiske harpiks 134 modsat 25 den ringformede permamagnet 128 er der fastklæbet en ringformet, keramisk plade 132A med et mellemrum mellem disse for at forhindre, at overfladen af den syntetiske harpiks 134, som dækker statorspolerne 123, bliver slidt.af af faste partikler i væsken eller af forskydningsbelastninger i væ-30 sken. Den ringformede, keramiske plade 132A kan være fremstillet af det samme materiale som den keramiske, skiveformede plade 131, og i betragtning af, at den ringformede, keramiske plade 132A understøttes af den syntetiske harpiks 134 og statorspolerne 123, og at den ringformede, keramiske plade 35 132A er fastgjort til den syntetiske harpiks 134 som en slidmodstandsdygtig del, kan den ringformede, keramiske plade DK 170449 B1 9 132A være tyndere sammenlignet med den keramiske lejeplade 132, hvilket resulterer i, at det magnetiske mellemrum kan reduceres.

I pumpehuset 106's inderste flade er der udformet en rende, 5 og i renden er der indføjet en O-ring 133 til at tætne kontaktfladerne mellem den keramiske plade 132A og pumpehusét 106 i forhold til væsken i pumpehuset 106. Statorspolerne 123 er forbundet til en elektrisk forsyningskilde (ikke vist) via elektriske ledninger 136. Til bagsiden af den keramiske plade 10 132A er der fastgjort et hult element (ikke vist) til detek tering af polerne i den ringformede permamagnet 128. Detekteringen af polerne sendes til et styreorgan (ikke vist) og skovlhjulet 113 kan bringes til at rotere under de bedste betingelser ved styring af statorspolerne 123 ved hjælp af 15 styreorganet.

I fig. 4 er vist en rotationsglideflade af den i fig. 3 viste keramiske, skivefomede plade 131. På rotationsgiidefladen af den keramiske, skivef omede plade 131 er der udformet flere spiralf omede render 138, som varierer i dybde fra ca. 3-20 50 μτη mellem toppe eller områder mellem de spiralfomede render 138. Den keramiske, skiveformede plade 131 har en central udsparet del 140, som fører til samtlige spiralfomede render 138.

Den keramiske, skivefomede plade 131 fremstilles på følgende 25 måde. Først forarbejdes glidefladen af den keramiske, skiveformede plade 131 med en glathed, såsom Rmax s 3 μτη eller lignende ved en slibeproces som beskrevet ovenfor, hvorefter den glatte flade dækkes med en plastmaske eller metalmaske svarende til formen af områderne 139. Derefter bearbejdes den 30 afmaskede glideflade af den keramiske, skivefomede plade 131 i en sandblæsningsproces til fremstilling af de spiralfomede render 138. De spiralfomede render 138's fom kan være et kendt spiralfomet mønster.

DK 170449 B1 10

En pil 141 i fig. 4 angiver skovlhjulet 113's drejningsretning. Når skovlhjulet 113 roterer, suges væsken ind mellem den roterende glideflade af den keramiske, skiveformede plade 131 og glidefladen af den keramiske lejeplade 132, og det 5 roterende skovlhjul kommer i umiddelbar nærhed af pumpehuset ; 106. Skovlhjulet 113 understøttes således i alt væsentligt af væskefilmen mellem den keramiske, skiveformede plade 131 og den keramiske lejeplade 132 under skovlhjulet 113's rotation.

Den keramiske, skiveformede plade 131 af skovlhjulet 113 er 10 følgelig ikke i direkte kontakt med den keramiske lejeplade 132 på den stationære side under skovlhjulet 113's rotation.

I fig. 5 er vist skovlhjulet 113 set fra skovlhjulets sugeåbningsside. Dette skovlhjul 113 er af den såkaldte lukkede type og har en radial væskebane 130 indvendigt. I dette 15 tilfælde er der magnetiseret seks poler i den ringformede permamagnet 128 med samme afstand, idet der i den ringformede permamagnet 128 generelt kan være frembragt flere poier.

Flere vinger 129, som afgrænser væskebanerne 130 udvider sig i retning udefter, men denne konstruktion er ikke afgørende.

20 Henvisningsbetegnelsen 142 angiver i fig. 5 en punkteret snitlinie for skovlhjulet 113 vist i fig. 3.

I fig. 6 er vist en anden udførelsesform for pumpen ifølge den foreliggende opfindelse. Denne udførelsesform for pumpen indeholder et omdrejningslejeorgan og et dynamisk tryklejeor-25 gan, som vil blive beskrevet mere detaljeret nedenfor. I

dette tilfælde er pumpehuset 206 og et bageste hus 235 koblet til hinanden ved hjælp af bolte og møtrikker 208, idet der i pumpehuset 206 er monteret et skovlhjul 213.

Det bageste hus 235, som er fremstillet af rustfri stålplade, 30 er udformet med et bageste, periferisk ringformet udragende rum, idet der med ens indbyrdes afstand radialt er placeret flere magnetiske kerner 242, som hver har en reduceret udragende del 242A i sin forreste ende i det bageste, periferiske ringformede udragende rum i det bageste hus 235. Omkring 35 fremspringene 242A er der langs fremspringenes hele længde DK 170449 B1 11 viklet flere statorspolere 245, af hvilke der i fig. 6 er vist en del, idet de forreste ender af kernerne 242 og sta-torspolerne 245 beskyttes af en ringformet, keramisk beskyttelsesplade 237. I centrum af det bageste hus 235 er fast-5 gjort en.hård keramiske lejeplade 247 med en halvcirkulær rende 251 i sin centrale flade ved hjælp af en syntetisk harpiks 254. Den syntetiske harpiks 254 er også påført sta-torspolerne 245 mellem den ringformede keramiske beskyttelsesplade 237 og statorspolerne 245 og påført inderfladen af 10 flangedelen 255 af det bageste hus 235.

I praksis er den keramiske leje 247 og den keramiske beskyttelsesplade 237 sammen med kernerne 242 og statorspolerne 245 fastgjort til det bagest hus 235 på følgende måde. Først monteres kernerne 242, på hvilke statorspolerne 245 forud er 15 viklet, i det bageste hus 235 ved hjælp af skruer eller lignende. Derefter monteres den keramiske lejeplade 247 med den halvcirkulære rende 251, den keramiske beskyttelsesplade 237 og det bageste hus 235 sammen med kernerne 242 og statorspolerne 245 i en metalform i et injektionsstøbeapparat, 20 hvorefter der i metalformen injiceres smeltet syntetisk harpiks 254, som dernæst får lov til at hærde i formen. I dette tilfælde strømmer den syntetiske harpiks ikke blot ind i rummet mellem den keramiske lejeplade 247 og det bageste hus 235, men også ind mellem den keramiske beskyttelsesplade 25 237 og statorspolerne 245, ind i selve statorspolerne og ind til inderfladen af flangedelen 255 i det bageste hus 235. Følgelig kommer væsken i pumpehuset 206 kun i kontakt med de keramiske dele og den syntetiske harpiks i det bageste hus 235.

30 Til indervæggen af pumpehuset 206 er der fastklæbet en ringformet, hård keramisk lejeplade 249 ved den bageste ende af en sugeåbning 209 i pumpehuset i et plan vinkelret på pumpe-huset 206's akse ved brug af et klæbemiddel, samtidig med, at der til den forreste ende af skovlhjulet 213 modsat fladen af 35 den ringformede, hårde keramiske lejeplade 249 er fastgjort en ringformet, hård keramisk endeplade 250. De modstående DK 170449 Bl 12 flader af den ringformede, hårde keramiske lejeplade 249 og den ringformede, hårde keramiske endeflade 250 er forarbejdet glatte på samme måde som den i fig. 3 viste udførelsesfom, idet der i den ringf omede, hårde keramiske lejeplade 249 er 5 udfomet spiralf omede render på samme måde som i den i fig.

3 viste udførelsesf om. Den ringf omede, hårde keramiske lejeplade 249 og ringfomede, hårde keramiske endeplade 250 udgør et lejeorgan.

Skovlhjulet 213 har en ringfomet permamagnet 243 ved sin 10 ydre bageste endedel. Mellem den ringf omede pemamagnet 243 og skovlhjulet 213 er der anbragt en ringfomet, tynd jernplade 244 til fremme af den magnetiske virkningsgrad, samtidig med, at der til overfladen af den ringf omede permamagnet 243 er klæbet en ringfomet, keramisk beskyttelsesplade 226 15 til beskyttelse af permamagneten. Skovlhjulet 213 er fremstillet af syntetisk harpiksmateriale såsom fluorharpiks og polypropylenharpiks. Skovlhjulet 213 er udfomet med en hård keramisk, bageste endeplade 248 på sin centrale bageste ende, idet den keramiske, bageste endeplade 248 har en halvcirkulær 20 rende 252 i sin centrale flade samt et fremspring 253 på sin centrale forreste ende modsat den halvcirkulære rende 252 til komplettering af styrketabet i den keramiske endeplade 248 som følge af dannelsen af den halvcirkulære rende 252. I dette tilfælde rager den bageste endeflade af den keramiske 25 endeplade 248 længere bagud end den bageste endeflade af den keramiske beskyttelsesplade 226 i aksial retning, og følgelig er mellemrummet eller gabet mellem den keramiske lejeplade 247 og den keramiske endeplade 248 mindre end mellemrummet mellem de keramiske beskyttelsesplader 226 og 237.

30 De halvcirkulære render 251 og 252 i den keramiske lejeplade 247 og i den keramiske endeplade 248 er placeret på en sådan måde langs skovlhjulet 213's rotationsakse, at de i alt væsentligt udgør et sfærisk rum, idet der i det sfæriske rum dannet af de halvcirkulære render 251 og 252 er anbragt en 35 hård, keramiske kugle 246, idet diameteren af den keramiske kugle 246 kan være lidt større end diameteren af det sfæriske DK 170449 B1 13 rum dannet af de halvcirkulære render 251 og 252 med det resultat, at den keramiske lejeplade 247, den keramiske endeplade 248 og den lille keramiske kugle 246 udgør et rotationslejeorgan. De modstående flader af den keramiske 5 lejeplade 247 og den keramiske endeplade 248 er udformet glatte på samme måde som den keramiske lejeplade i den i fig. 3 viste udførelsesform.

I fig. 6 er afstanden mellem forsiden af den forreste keramiske endeplade 250 og bagsiden af den bageste keramiske ende-10 plade 248 af skovlhjulet 213 mindre end afstanden mellem fladen af den forreste keramiske lejeplade 249 og fladen af den bageste keramiske lejeplade 247. Statorspolerne 245 er. forbundet til en elektrisk forsyningskilde (ikke vist) via elektriske ledninger 236. Da den keramiske beskyttelsesplade 15 237 forstærkes af den syntetiske harpiks 254 kan tykkelsen af den keramiske beskyttelsesplade 237 reduceres. Ved sammenkobling af pumpehuset 206 og det bageste hus 235 ved brug af bolte og møtrikker, forsegles kontaktfladerne mellem disse to dele på passende måde ved hjælp af syntetisk harpiks 254, som 20 påføres inderfladen af flangedelen 255 i det bageste hus 235. Der kan mellem kontaktfladerne af pumpehuset 206 og det bageste hus 235 i stedet benyttes en O-ring eller klæbemiddel til etablering af tætning mellem husene.

I fig. 7 er vist et længdesnit gennem de halvkugleformede 25 render 251 og 252 i den keramiske lejeplade 247 og i den keramiske endeplade 248 samt gennem den lille keramiske kugle 246, som er anbragt i det kugleformede rum dannet af de halvkugleformede render 251 og 252. Som det fremgår af fig. 7 har den lille keramiske kugle 246 form af en rigtig kugle 30 eller sfære, medens det kugleformede rum, som dannes af de halvkugleformede render 251 og 252 er svagt elliptisk, set i længdesnit. Når den lille keramiske kugle 246 er i. kontakt med bundene af de halvkugleformede render 251 og 252 i den keramiske lejeplade 247 og i den keramiske endeplade 248, 35 bliver det gennemsnitlige mellemrum mellem den keramiske lejeplade 249 og den keramiske endeplade 250 i pumpehuset DK 170449 B1 14 206's sugeåbning 209 i praksis som vist i fig. 7 af størrelsesordenen 0,1-0,3 mm.

Derefter, når statorspolerne 245 tilsluttes, trækkes skovlhjulet 213 mod statorspolerne 245 som følge af den magnetiske 5 kraft ved en lav hastighed, og skovlhjulet 213 understøttes ved sin bageste ende af drejningslejeorganet bestående af den lille keramiske kugle 246, den keramiske lejeplade 247 og den keramiske endeplade 248. Når skovlhjulet 213's rotationshastighed forøges, stiger pumpet rykket derefter, og som følge 10 deraf bevæges skovlhjulet 213 mod sugeåbningen 209 som følge af returtrykket. Mellemrummet mellem den keramiske lejeplade 249 og den keramiske endeplade 250 reduceres dernæst, og skovlhjulet 213 bringes til at rotere i umiddelbar nærhed af pumpehuset 206 med et dynamisk tryklejeorgan bestående af den 15 keramiske lejeplade 249 og den keramiske endeplade 250.

Følgelig frembringes der et dynamisk tryk i dette dynamiske ' tryklej eorgan, og følgelig dannes væskefilmen mellem den keramiske lejeplade 249 og den keramiske endeplade 250, selv når det store aksiale tryk eller den store aksiale belastning 20 overføres til det dynamiske tryklejeorgan. Følgelig er den keramiske endeplade 250 af skovlhjulet 213 ikke i direkte kontakt med pumpehuset 206's keramiske lejeplade 249 under skovlhjulet 213's normale rotation. Man vil således umiddelbart forstå, den aksiale belastning på skovlhjulet under-25 støttes afhængigt af skovlhjulets rotation, i det lave hastighedsområde af omdrejningslejeorganet og ved den normale hastighed af det dynamiske tryklejeorgan. Den radiale belastning på skovlhjulet 213 understøttes af den magnetiske kraft og den lille keramiske kugle 246.

30 Når afgivelsestrykket i pumpen er lille, skal omdrejningslej eorganet mellem den bageste ende af skovlhjulet 213 og statorspolen 215 ændres til et dynamisk tryklejeorgan som vist i den i fig. 3 viste udførelsesform, da skovlhjulet 213 altid trækkes mod statorspolerne 245 som følge af den magne-35 tiske kraft. I denne modificerede udførelsesform er diameteren af den lille keramiske kugle 246 reduceret til en diame- DK 170449 B1 15 ter ganske lidt mindre end diameteren af det kugleformede rum dannet af de halvkugleformede render 251 og 252, og i den keramiske lejeplade 247 eller den keramiske endeplade 248 er der udformet spiralformede render omkring pladens halvkugle-5 formede rende 251 og 252 på samme måde som beskrevet ovenfor. I dette tilfælde understøtter den lille keramiske kugle 246 kun den radiale belastning på skovlhjulet 213, medens deri aksiale belastning på skovlhjulet 213 understøttes af det dynamiske tryklejeorgan dannet af den keramiske lejeplade 247 10 og den keramiske endeplade 248.

I fig. 8 er vist en flade, i hvilken der er udformet render, af den keramiske lejeplade 249 monteret i sugeåbningen 209 i pumpehuset 206, medens en pil 256 angiver skovlhjulet 213's normale drejningsretning. Når skovlhjulet 213 roterer med 15 normal hastighed, påtrykkes den aksiale belastning på forsiden af pumpehuset 206, og den keramiske endeplade 250 bringes i umiddelbar nærhed af den keramiske lejeplade 249. Derefter strømmer væsken i pumpehuset 206 ind i de spiralformede render 238 fra rendernes periferier mod centrum, og da 20 strømningsbanerne indsnævres mod de inderste områder 239a, genereres det dynamiske tryk på denne glideflade.

I fig. 9 er vist en anden udførelsesform for en pumpe ifølge den foreliggende opfindelse. Den lodret placerede pumpe har et pumpehus 306 med en sugetilgang 309 og en afgang 321, et 25 skovlhjul 313, der er fremstillet af syntetisk harpiksmateriale og anbragt i pumpehuset 206, samt et øverste hus eller en øverste indkapsling 335, der er monteret på pumpehuset 306.

På det øverste hus 335 er der monteret flere magnetiske kerner 342, medens en mangfoldighed af statorspoler 323 er 30 viklet omkring de respektive kerner 342. En stor keramisk skiveformet plade 332 dækker de nederste ender af statorspo-lerne 323 og kernerne-342, og er klæbet fast til den nederste ende af det øverste hus 335 og til statorspolerne 323 og kernerne 342 ved benyttelse af en syntetisk harpiks 354.

DK 170449 B1 16

Skovlhjulet 313 har en ringformet permamagnet 343 placeret i sin yderste øverste endedel, og under den ringformede permamagnet 343 er der anbragt en ringformet, tynd jernplade 344. Skovlhjulet 313 er udformet med et afbalanceringshul 322 5 strækkende sig langs skovlhjulets rotationsakse, og til den centrale øverste ende af skovlhjulet 313 er der koaxialt med afbalanceringshullet 322 fastgjort en keramisk ring- og skiveformet plade 331. Den keramiske ring-og skiveformede plade 331 er udformet med spiralformede render på samme måde 10 som renderne i de ovenfor beskrevne udførelsesforner, således som det er vist i fig. 10. Den keramiske ring- og skiveformede plade 331 har i sit øverste centrum et cirkulært område 339, så at der på det spiralformede rendeområde kan frembringes et dynamisk tryk.

15 I denne udførelsesform afbalanceres returtrykket til skovl-hjulet 313 med trykket i tilgangen 309 ved tilvejebringelse af afbalanceringshullet 322 langs skovlhjulet 3137s akse. Returtrykket i skovlhjulet 313's centrale del fjernes følgelig, og skovlhjulet 313 forspændes mod statorspolerne 323, 20 når skovlhjulet 313 optager den aksiale belastning. I denne udførelsesform er der ikke noget leje til understøtning af den radiale belastning. Den syntetiske harpiks 354 er påført mellem den store keramiske skiveformede plade 332 og statorspolerne 323, og følgelig kan tykkelsen af den store kerami-25 ske skiveformede plade 332 reduceres. Henvisningsbetegnelsen 300 angiver en ringformet understøtningsdel, der er monteret på pumpehuset 306 til understøtning af den store keramiske ring- og skiveformede plade 332.

I de foretrukne udførelsesformer for opfindelsen er antallet 30 af poler på statorspolerne, når den til skovlhjulet monterede permamagnets poler udgør fire poler, fortrinsvis fem eller seks. Når antallet af permamagnetens poler i skovlhjulet er seks, således som det er vist i fig. 6, er antallet af sta-torspolernes poler fortrinsvis seks til otte.

DK 170449 B1 17 I de foretrukne udførelsesformer for opfindelsen er det keramiske materiale til fremstilling af lejepladerne og andre dele a-SiC, β-SiC, A1203; Si3N4 eller lignende.

Man vil umiddelbart forstå af beskrivelsen ovenfor, at det 5 spiralformede rille- eller rendemønster i pumpen ifølge den foreliggende opfindelse er udformet ved en sandblæsningsproces i den ene af de modstående flader af skovlhjulets keramiske endeplade og pumpehusets keramiske lejeplade til frembringelse af det dynamiske tryk, og at den keramiske endepla-10 de og den keramiske lejeplade udgør et dynamisk tryklejeor-gan. Når skovlhjulet roterer, og skovlhjulet forspændes mod det dynamiske tryklejeorgan som følge af den aksiale belastning eller skovlhjulets vægt, dannes væskefilmen mellem de to lejedele ved hjælp af de spiralformede render, og følgelig er 15 skovlhjulet ikke i direkte kontakt med huset i det dynamiske tryklejeorgan. De keramiske dele, som benyttes i lejeorganet og andre dele-af pumpen, har yderligere overlegne egenskaber såsom korrosionsmodstandsevne overfor forskellige væsker, slidstyrke osv.

20 Fx i det dynamiske tryklejeorgan omfattende to hårde keramiske, skiveformede plader med en diameter på 86 mm, hvor den ene skiveformede plade har et spiralformet rille- eller rendemønster fremstillet ved sandblæsningsprocessen, kan dette lejeorgan modstå en aksial belastning på mere end 1 ton 25 ved 2.000 omdr./min. under vand ved omgivelses temperatur, og følgelig kan en aksial belastning på mindre end 50 kgf, som sædvanligvis frembringes i en pumpe af denne type, understøttes på tilstrækkelig måde. I dette tilfælde er effekttabet ganske lille.

30 I den.i fig. 6 viste pumpe kan et fremmed materiale (fast materiale) ikke let komme ind mellem skovlhjulet og stator-spolerne, men selv hvis et fremmed materiale kommer ind imellem skovlhjulet og statorspolerne, er endepladen og skovlhjulets beskyttelsesplade samt lejepladen og beskyttel-35 sespladen på statorspolesiden fremstillet af hårdt, keramisk DK 170449 B1 18 materiale, hvorved der opnås en overordentlig stor holdbarhed. Selv når de keramiske beskyttelsesplader knækker, kan væsken ikke lække til omgivelserne, da beskyttelsespladerne er understøttet af den syntetiske harpiks, og følgelig kan 5 komponenterne ikke korrodere.

I den i fig. 6 viste pumpe understøttes skovlhjulet, når pumpen startes til drift, af den lille kugle i drejnings-lejeorganet, og følgelig er det nødvendige startmoment ganske lille. Dette træk er meget fordelagtigt ved håndtering af en 10 væske indeholdende en viskøs eller klæbrig substans. Da statorspolerne er i kontakt med væsken via den tynde keramiske beskyttelsesplade, kan den varne, som genereres i statorspolerne og i kernerne endvidere hurtigt frigives til væsken med stor varmestrålingsvirkning.

15 I pumperne ifølge den foreliggende opfindelse kan rensning af pumpens indre endvidere let foretages, da den væskemængde, som forbliver i pumpens hus er meget lille. En let ødelæggende væske kan yderligere håndteres på bekvem måde, og sådan væske bør ikke forblive i lang tid i pumpen for at forhindre 20 ødelæggelsen.

Da magnetfelterne i statorspolerne virker fra kernerne til permamagneten i skovlhjulet via de tynde keramiske beskyttelsesplader, kan der endvidere opnås et stort rotationsmoment..

Ved start og standsning af pumpen udføres den faste kontakt i 25 den i fig. 6 viste pumpe i omdrejningslejeorganet, alene når pumpetrykket er lavt, men da den relative rotationshastighed er lav i omdrejningslejeorganet, kan der ikke opstå nævneværdig slitage. Under den normale driftshastighed understøt- * tes skovlhjulet af det dynamiske tryklejeorgan, og selv når 30 der frembringes slibepulver i pumpen,. kan væsken, som skal pumpes, følgelig ikke blive kontamineret.

I den lodrette pumpe ifølge opfindelsen kan den radial belastning reduceres meget, da skovlhjulet roterer omkring en

Claims (22)

1. Centrifugalpumpe med et pumpehus (106, 135; 206, 235; 306, et skovlhjul (113; 213; 313) anbragt i huset (106, 135; 206, 25 235; 306, 335), en el-motor, der har en rotor (128; 243; 343), som er anbragt i skovlhjulet (113; 213; 313), og en stator (123; 242, 245; 323, 342), der er anbragt i huset (106, 135; 206, 235; 306, 335) til overførsel af en magnetisk drivkraft til rotoren (128; 243; 343), og et første leje af 30 keramisk materiale med en drejelige del (131; 250; 331), der er fastgjort til den ene ende af skovlhjulet (113; 213; 313) således, at den har en første plan flade vinkelret på skovl-hjulets rotationsakse, og med en stationær del (132; 249; DK 170449 B1 20 332), der er anbragt i huset (106, 135; 206, 235; 306, 335) over for den første plane flade og har en med denne parallel anden plan flade, af hvilke plane flader den ene har et spiralformet rille- eller rendemønster (138; 238), 5 kendetegnet ved, at el-motorens rotor (128; 243; 343) og stator (123; 242, 245; 323, 342) med et aksialt indbyrdes mellemrum er anbragt over for hinanden i skovl-hjulets (113; 213; 313) akseretning således, at den magnetiske kraft mellem rotoren og statoren understøtter skovlhjulet 10 (113; 213; 313) radialt.

2. Centrifugalpumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at pumpen yderligere omfatter adskillelsesplader (132A; 237; 332), der strækker sig i en plan vinkelret på skovlhjulets (113; 213; 313) rotationsakse, 15 og som er fastgjort til huset (106, 135; 206, 235; 306, 335) til adskillelse af skovlhjulet fra statoren (123; 242, 245; " 323, 342).

3. Centrifugalpumpe ifølge krav 1 eller 2, - kendetegnet ved, at det keramiske materiale er et 20 sintret legeme udvalgt fra gruppen bestående af a-SiC, β-SiC, A1203 og Si3N4.

4. Centrifugalpumpe ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det spiralformede mønster er . fremstillet ved en sandblæsningsproces.

5. Centrifugalpumpe ifølge krav 2, kendetegnet ved, at det første lejes drejelige del (131; 331) er fastgjort til den centrale del af den bageste ende af skovlhjulet (113; 313), hvilken bageste ende af skovlhjulet vender mod adskillelsespladerne (132A; 332), og 30 at den drejelige del (131; 331) har det spiralformede rillemønster (138) på sin plane flade. DK 170449 B1 21

6. Centrifugalpumpe ifølge krav 2, kendetegn.et ved, at det første lejes drejelige del (250) er fastgjort til den centrale del af den forreste ende af skovlhjulet (213), idet den bageste ende af skovlhjulet 5 vender mod adskillelsespladerne (237), og dét første lejes stationære del (249) har det spiralformede rillemønster (238) på sin plane flade.

7. Centrifugalpumpe ifølge krav 5, kendetegnet ved, at skovlhjulet (313) har et 10 centralt gennemgående hul (322) langs sin rotationsakse, og det første lejes drejelige del (331) er en ringformet eller cirkulær plade, der er fastgjort til skovlhjulet (313) ko-axialt med det centrale gennemgående hul.

8. Centrifugalpumpe ifølge krav 5, 15 kendetegnet ved, at det første lejes drejelige del (131; 331) er en ringformet eller cirkulær plade, der er fastgjort til skovlhjulet (113; 313) koaxialt med skovlhjulets rotationsakse.

9. Centrifugalpumpe ifølge krav 6, 20 kendetegnet ved, at det første lejes drejelige del (250) er en ringformet eller cirkulær plade, og at det første lejes stationære del (249) er en ringformet eller cirkulær plade med samme form som det første lejes drejelige del (250), idet den stationære del (249) er mon-25 teret til en tilgang (209) i huset (206).

10. Centrifugalpumpe ifølge krav 9, kendetegnet ved, at pumpen yderligere har et andet leje med en drejelig del (248) og en stationær (247) del, hvor det andet lejes drejelige del (248) er fastgjort til den 30 centrale del af skovlhjulets (213) bageste ende i et plan vinkelret på skovlhjulets rotationsakse, og det andet lejes stationære del (247) er anbragt i huset (235) modsat det andet lejes drejelige del (248) og parallelt med dette, idet DK 170449 B1 22 det andet lejes drejelige del (248) og stationære del (247) er fremstillet af et keramisk materiale.

11. Centrifugalpumpe ifølge krav 7, kendetegnet ved, at rotoren (343) omfatter en 5 ringformet permamagnet, der er anbragt i den yderste bageste ende af skovlhjulet (313) og omslutter det første lejes drejelige del (331).

12. Centrifugalpumpe ifølge krav 8, kendetegnet ved, at rotoren (343) omfatter en 10 ringformet sekundær leder, der er anbragt i den yderste bageste ende af skovlhjulet (313) og omslutter det første lejes drejelige del (331) .

13. Centrifugalpumpe ifølge krav 10, kendetegnet ved, at rotoren (243) omfatter en 15 ringformet permamagnet, der er anbragt i den yderste«bageste ende af skovlhjulet (213) og omslutter det andet lejes drejelige del (248).

14. Centrifugalpumpe ifølge krav 10, kendetegnet ved, at det andet lejes drejelige del 20 (248) og det andet lejes stationære del (247) hver har riller eller render (252, 251) på deres modstående flader langs skovlhjulets (213) rotationsakse, og at der i et rum sammensat af rillerne eller renderne er anbragt en lille kugle (246).

15. Centrifugalpumpe ifølge krav 11, kendetegnet ved, at den ringformede permamagnet (343) er dækket af en tynd, ringformet keramisk plade på sin yderside og har en ringformet jernplade (344) på sin bagside.

16. Centrifugalpumpe ifølge krav 13, 30 kendetegnet ved, at den ringformede permamagnet (243) er dækket af en tynd, ringformet keramisk plade (226) DK 170449 B1 23 på sin yderside og har en ringformet jernplade (244) på sin bagside.

17. Centrifugalpumpe ifølge krav 12, kendetegnet ved, at den ringformede sekundære 5 leder er dækket af en tynd, ringformet keramisk plade på sin yderside.

18. Centrifugalpumpe ifølge krav 14, kendetegnet ved, at diameteren af den lille kugle (246) er større end diameteren af rummet, så at modstående 10 flader af det andet lejes drejelige del (248) og det andet lejes stationære del (247) kan være indbyrdes adskilt.

19. Centrifugalpumpe ifølge krav 14, kendetegnet ved, at diameteren af den lille kugle (246) er mindre end diameteren af rummet, idet det andet 15 lejes drejelige del (248) og det andet lejes stationære del (247) er indrettet til at ligge an mod hinanden ved deres plane flader, idet den ene af de modstående plane flader af det andet lejes drejelige del (248) og det andet lejes stationære del (247) har et spiralformet rille- eller rendemøn- 20 ster.

20. Centrifugalpumpe ifølge krav 15, kendetegnet ved, at det første lejes stationære del (332) er en tynd, keramisk plade, som dækker statoren (323, 342) på den ene ende modsat skovlhjulet (313) og er 25 fastgjort til huset (335) ved hjælp af en syntetisk harpiks (354), så at statoren tætnes i forhold til væsken, og statoren adskilles fra skovlhjulet.

21. Centrifugalpumpe ifølge krav 16, kendetegnet ved, at statoren (242, 245) på den ene 30 ende modsat skovlhjulet (213) er dækket af en tynd keramisk plade (237), og at det andet lejes stationære del (247) er fastgjort til huset (235) ved hjælp af en syntetisk harpiks (254), idet den tynde keramiske plade, den syntetiske harpiks DK 170449 B1 24 og det andet lejes stationære del (247) tætner statoren i forhold til væsken og separerer statoren fra skovlhjulet.

22. Centrifugalpumpe ifølge krav 17, kendetegnet ved, at statoren (123/ 323, 342) på 5 den ene ende modsat skovlhjulet (113; 313) er dækket af en tynd keramisk plade (132A; 332), og at det første lejes stationære del (132; 332) er fastgjort til huset (133; 335) ved hjælp af en syntetisk harpiks (134; 354), idet den tynde keramiske plade, den syntetiske harpiks og den stationære del 10 (132; 332) tætner statoren i forhold til væsken og adskiller statoren fra skovlhjulet.