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Axialschub an Kreiselpumpen bestimmen

Aufbau einer Zentrifugalpumpe

Zentrifugalpumpe im Schnitt; lila: Laufrad; grün: Zylinderrollenlager; orange: doppelreihiges Schrägkugellager

Kreiselpumpen oder Zentrifugalpumpen nutzen die Fliehkraft, um Flüssigkeit zu fördern. Diese Pumpen haben ein oder mehrere Laufräder (lila), ein Lager für die radiale Stützung (grün) und ein Schrägkugellager (orange), um die axialen Kräfte vom Laufrad aufzunehmen.

Das vordere Lager (grün), welches nur Radialkräfte aufnimmt, ist in der Regel als Zylinderrollenlager oder als Gleitlager aufgebaut.

Die Hydraulik ist so ausgelegt, dass möglichst wenig Axialkraft entsteht. Die übrig bleibende Axialkraft, die auch durch Ausgleichsventile nicht mehr kompensiert werden kann, wird als Axialschub bezeichnet. Der Axialschub wird von der hinteren Lageranordnung (orange) aufgenommen. Die hintere Lageranordnung ist entweder als doppelreihiges Schrägkugellager oder als zwei Schrägkugellager in O- bzw. X-Anordnung ausgeführt. Schrägkugellager, um die hohen Kräfte aufzunehmen, die im Prozess entstehen können. Doppelreihig, weil es auch zu einer axialen Schubumkehr kommen kann. In bestimmten Situationen kann das Flügelrad auch ziehen anstatt zu drücken.

Die Pumpen sind so ausgelegt, dass sie im Arbeitspunkt möglichst geringe axiale Kräfte ausüben. Dies wird durch bestimmte Geometrien und Querkanäle erreicht. Wird die Pumpe aber anders betrieben, oder fährt diese durch bestimmte Ereignisse (Ventil wird geschlossen, Pumpe wird hochgefahren, Rohr platzt) außerhalb des Arbeitspunktes, führt dies zu Veränderungen im Axialschub.

Problemstellung

Die axiale Kraft ist eine entscheidende Größe im Prozess und kann aber bisher nur sehr aufwändig erfasst werden. Zum Beispiel werden Kraftmessdosen in die Welle verbaut. Das hat die Nachteile, dass es die Konstruktion verändert und dass es nicht für den Serieneinsatz geeignet ist.

Die axiale Kraft beeinflusst auch maßgeblich die Lebensdauer des Schrägkugellagers. Hohe axiale Kräfte verkürzen die Lebensdauer des Lagers dramatisch.

Lebensdauer eines Schraegkugellagers mit Axialschub

Lösung

Mit BeMoS® one kann die Käfigdrehzahl sehr genau bestimmt werden. Zusammen mit der Wellendrehzahl kann daraus der Druckwinkel berechnet werden und dieser lässt wiederum Schlüsse auf den Axialschub zu.

BeMoS® one ist serientauglich und der Pumpenaufbau wird durch die Messung nicht verändert.

Lagerungen einer Zentrifugalpumpe

Druckwinkel des Schraegkugellagers in Abhaengigkeit von der Axiallast

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