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Aus einer Kreiselpumpe und einem Elektromotor bestehendes Pumpenaggregat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus einer Kreiselpumpe und einem Elektromotor bestehendes
Pumpenaggregat, bei welchem das Pumpenlaufrad und der Motorläufer gleichachsig zueinander in mit- einander kommunizierenden Räumen angeordnet sind und das Magneteisen des Motorständers gegen den
Luftspalt hin geschlossene Nuten aufweist.
Bekannte Pumpenaggregate, bei denen das Pumpenlaufrad und der Motorläufer in miteinander kom- munizierenden Räumen angeordnet sind, weisen im Luftspalt des Motors ein mit dem Motorständer verbundenes Spaltrohr auf, das den Zutritt von Förderflüssigkeit zur Wicklung und zum Magneteisen des Motorständers verhindert. Das metallische Spaltrohr bedingt wegen der durch Wirbelströme und magnetische Einflüsse verursachten inneren Erwärmung eine ständige Kühlung des Motorständers und des Motorläufers.
Aus naheliegenden Gründen muss die Wandstärke des Spaltrohres verhältnismässig dünn gehalten sein, woraus der Nachteil erwächst, dass bei der Verwendung des Pumpenaggregates zur Förderung von korrosiven und oxydierenden Flüssigkeiten das Spaltrohr verhältnismässig rasch durchgefressen wird. Ein metallisches Spaltrohr hat somit in bezug auf die chemischen und die magnetischen Anforderungen einander zuwiderlaufende Eigenschaften.
Bei einem andern, ebenfalls bekannten Pumpenaggregat besitzt das Magneteisen des Motorständers gegen den Luftspalt hin geschlossene und radial nach aussen offene Nuten, in welche die Wicklung eingelegt ist, sowie einen den genuteten Magneteisenteil aussen dicht umschliessenden ringförmigen Magneteisenteil. Ferner sind bei dieser Bauart die Nuten des Motorläufers gegen den Luftspalt hin ebenfalls geschlossen. Die Magneteisenteile des Läufers und des Ständers sind in üblicher Weise aus Dynamoblechen geschichtet. Trotz der Anwendung von imprägnierten Papierdichtungsmitteln zwischen den Dynamoblechen und ausserhalb derselben ergibt sich der Nachteil, dass weder die Dichtungsstellen noch die Dynamobleche selbst gegen aggressive Medien, wie Säuren und Basen, chemisch beständig sind.
Zwar ist es auch bekannt, bei Tauchpumpenmotoren das Statorblechpaket gegen den Rotor hin mit einem dichten Überzug zu versehen, der z. B. aus Kunststoff oder aus Zinn besteht. Durch diese Massnahme sind Tauchpumpenmotoren ohne das sonst übliche Spaltrohr zwischen Stator und Rotor geschaffen. Wenngleich Kunststoffen auch Korrosionsfestigkeit zugeschrieben wird, so trifft diese Eigenschaft nur in beschränktem Mass zu. Zum Beispiel für eigentliche Säurepumpen, wie sie in chemischen Betrieben oft benötigt werden, würde ein Schutzüberzug aus Kunststoff oder gar aus Zinn nicht genügen, ebenso in dem Fall, wo stark abrasive Teilchen in dem zu fördernden Medium enthalten sind. Ferner sind Kunststoffuber- züge in der Regel auch gegen Wärmeeinwirkungen nicht genügend widerstandsfähig.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die geschilderten Nachteile der bekannten Konstruktionen zu beseitigen. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch erreicht, dass mindestens die Magneteisenpakete des Motorständers und des Motorläufers an ihren dem Luftspalt zugekehrten Umfangsflächen mit einer gegen Säuren und Basen widerstandsfähigen Emailschicht versehen sind.
Emailschichten haben den Vorteil, dass sie wirklich dicht und gegen korrodierende und abrasive Wirkungen vollkommen widerstandsfähig sind und zudem verhältnismässig hohe Temperaturen ertragen.
Nur Schutzschichten aus Email können bei der erforderlichen Resistenz und Dichtigkeit genügend dünn gemacht werden, um den magnetischen Fluss nicht zu stark zu schwächen. Wollte man den gleich guten
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chemischen Schutz durch Kunstharze od. dgl. erzielen, so müssten die Schichten beträchtlich dicker sein.
Dickere Schichten aus Kunstharz sind aber für die magnetischen Eigenschaften des Motors ungünstig.
Das Pumpenaggregat gemäss der Erfindung ist daher zur Förderung praktisch aller in der chemischen
Industrie verwendeten Chemikalien anwendbar.
Inder beigefügten Zeichnung ist rein beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Fig. 1 zeigt ein Pumpenaggregat teils in Ansicht und teils im axialen Schnitt ; Fig. 2 stellt einenteilweisen Querschnitt nach der Linie H-II in Fig. 1 dar ; Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein An- wendungsbeispiel des Pumpenaggregates.
Auf einem Traggestell 10 ist gemäss Fig. 1 ein Gehäuse 11 einer Zentrifugalpumpe abgestützt, die unten eine Einlauföffnung 12 und seitlich einen Auslaufstutzen 13 aufweist. Nach oben hin ist das Pumpen- gehäuse 11 mit einem ringförmigen Deckel 14 versehen, der eine Trennwand zwischen der Pumpe und dem Elektromotor zum Antrieb derselben bildet. Auf der unteren Endpartie einer der Pumpe und dem Mo- tor gemeinsamen, vertikalen Welle 15, deren Lagerung später erläutert wird, sitzt ein Pumpenlaufrad 16, das durch eine aussen konisch geformte Mutter 17 festgehalten ist, welche auf einen Gewindeteil der
Welle 15 aufgeschraubt ist.
Das Magneteisen des Motorständers besteht aus zwei koaxial ineinander angeordneten, ringförmigen
Dynamoblechpaketen 21 und 22, von denen das innere zwischen zwei Stützringen 23 und 24 gehalten ist.
Der untere Stützring 23 sitzt auf dem Deckel 14 auf, wogegen auf dem oberen Stützring 24 ein Flansch 25 einer Lagermanschette 26 aufliegt, in welcher die Welle 15 drehbar gelagert ist. Das äussere Dynamo- blechpaket 22 sitzt in einem hülsenförmigen Gehäuse 27 des Motors. Mit Hilfe von Schrauben 28 ist das
Gehäuse am Flansch 25 befestigt und durch Gewindebolzen 29 und zugehörige Muttern 30 mit dem Trag- gestell 10 verbunden, wodurch die Teile 10,11, 14,23, 21,24, 25 und 27 zusammengehalten sind. Die
Stützringe 23 und 24 ragen axial über die Köpfe der elektrischen Ständerwicklung 31 hinaus.
Die letztere ist gemäss Fig. 2 in Nuten 32 untergebracht, die im inneren Magneteisenteil 21 derart angeordnet sind, dass sie radial nach aussen hin offen und gegen den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer des
Motors geschlossen sind. Die Wicklungsstäbe können daher vom äusseren Umfang des inneren Magneteisen- teiles 21 her in die Nuten 32 eingelegt werden, bevor der äussere Magneteisenteil 22 darüber geschoben wird. Mit Hilfe von Nutenkeilen 33 wird die Wicklung 31 in den Nuten 32 gesichert.
Das Magneteisen 35 des Motorläufers ist durch ein ringförmiges Dynamoblechpaket gebildet und weist gegen den Luftspalt des Motors hin geschlossene Nuten 36 auf, wie Fig. 2 zeigt. In den Nuten 36 befinden sich die aus Aluminium bestehenden Leiter 37 einer Kurzschlussankerwicklung. Die Enden der Leiter 37 sind durch Ringe 38, die ebenfalls aus Aluminium bestehen, elektrisch leitend miteinander verbunden.
Das Magneteisen 35 und die Kurzschlussankerwicklung 37,38 sind in einen Metallteil 39 eingebettet, der die Kurzschlussankerwicklung vollständig umschliesst. Sowohl das Magneteisen 35 als auch der Metall- teil 39 haben einen beträchtlich höheren Schmelzpunkt als die Kurzschlussankerwicklung 37,38. Der ganze
Motorläufer hat dieForm einer nach oben offenen Glocke, an deren Boden eine auf der Welle 15 sitzende
Nabe 40 ausgebildet ist. Der Boden der erwähnten Glocke weist wenige Durchbrechungen 41 auf, die sich in einigem Abstand von der gegen die Manschette 26 gekehrten zylindrischen Innenfläche des Metall- teiles 39 befinden. Gegen das obere Ende des Motorläufers weist die Innenfläche 42 einen radial einwärts vorstehenden Umfangswulst 43 auf, der bis nahe an die Manschette 26 heranreicht.
Unmittelbar über der oberen Stirnfläche des Motorläufers ist im Flansch 25 der Lagermanschette 26 ein ringförmiger Hohlraum 45 vorhanden, dei als Kühler dient und zum Durchleiten eines Kühlmediums
Anschlüsse für Rohrleitungen aufweist.
Auf der oberen Endpartie der Welle 15 ist mittels einer Mutter 46 eine Hülse 47 mit einem Aussen- flansch 48 befestigt. Die Hülse 47 ist von einer Lagerhülse 50 umgeben, die im oberen Teil der Man- schette 26 fest angeordnet ist. Der Flansch 48 ist auf einem Spurring 51 abgestützt, der mittels eines Hal- teringes 52 auf einem Endflansch 53 der Manschette 26 zentriert ist. Das ganze Spurlager ist durch einen auf dem Endflansch 53 aufgesetzten, haubenförmigen Deckel 54 abgeschlossen. Ein Kanal 55 zum Zu- führen einer Schmierflüssigkeit mündet in einen Ringraum zwischen der Lagerhülse 50 und dem Spurring 51 ein. Ein anderer Kanal 56 für Schmierflüssigkeit führt vom Hohlraum unter dem Deckel 54 zu einem die
Welle 15 umgebenden ringförmigen Hohlraum unterhalb der Lagerhülse 50.
Im unteren Endteil. der Man- schette 26 befindet sich eine Lagerhülse 58, in welcher eine auf der Welle 15 festsitzende Hülse 59 dreh- bar gelagert ist. Die beiden zuletzt genannten Hülsen 58 und 59 sind an ihren einander zugekehrten Flä- chen kegelig ausgebildet, derart, dass sie eine axiale Bewegung der Welle 15 nach oben nicht zulassen.
Der Deckel 14 weist an seinem Umfang eine Gewindebohrung 60 auf, die von dem den Motorläufer enthaltenden Raum nach aussen führt.
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Das Pumpengehäuse 11, der Deckel 14, die Welle 15, das Laufrad 16, die Mutter 17, der Flansch 25 und die Manschette 26, die Mutter 46, die Lagerhülse 47 mit Flansch 48, die Lagerhülse 50, die Ringe 51 und 52, der Deckel 54 sowie die Hülsen 58 und 59 bestehen aus Materialien, die gegenüber aggressiven chemischen Substanzen widerstandsfähig sind. Die geforderten magnetischen Eigenschaften der Dynamoblechpakete 21, 22 und 35 machen es jedoch unmöglich, auch die Magneteisenteile aus gegen aggressive chemische Substanzen widerstandsfähigem Werkstoff herzustellen. Aus diesem Grunde sind besondere Massnahmen zum Schutze der Magneiteisenteile getroffen.
Die dem Luftspalt zugekehrte Innenfläche des Ständereisenpaketes 21 und die in gleicher Flucht liegenden Flächen der Stützringe 23 und 24 sind mit einem gegen Säuren und Basen widerstandsfähigen Überzug 61 versehen, der bis über die axialen Stirnenden der Stützringe 23 und 24 fortgesetzt ist und eine Emailschicht ist. Mit Vorteil sind die einander benachbarten Dynamobleche des Magneteisenpaketes 21 zusätzlich durch das gleiche Emailmaterial voneinander isoliert und miteinander verklebt. Die Stützringe 23 und 24 könnten auch auf ihrer radial äusseren Seite den Überzug 61 aufweisen. In analoger Weise ist der gesamte Motorläufer 37, 38, 39 mit einem gegen Säuren und Basen widerstandsfähigen Überzug 62 überzogen, der wieder eine Emailschicht ist.
Die einzelnen Dynamobleche des Magneteisenpaketes sind mit Vorteil ebenfalls durch das gleiche Emailmaterial voneinander isoliert und miteinander verklebt.
Emailüberzüge an Gegenständen aller Art müssen bekanntlich bei verhältnismässig hoher Temperatur eingebrannt werden. Dies geschieht bei den Teilen 21,23 und 24 bevor die Wicklung 31 in die nach aussen offenen Nuten 32 eingelegt wird. Beim Motorlaufer muss die Kurzschlussankerwicklung 37,38 jedoch bereits vor dem Anbringen und Einbrennen des Überzuges 62 eingebaut sein. Bei der für das Einbrennen erforderlichen Temperatur wird das Aluminium der Kurzschlussankerwicklung schmelzen oder doch zumindest sehr weich werden. Das schadet jedoch nichts, da das Aluminium überall von Material mit höherem Schmelzpunkt umgeben ist und daher nicht auslaufen kann.
Am Pumpenlaufrad 16 ist ein Hohlkörper 65 ausgebildet, der mit dem Deckel 14 eine Labyrinthdichtung 66 bildet und zugleich als zusätzliches Zentrifugalförderrad ausgebildet ist, um die in den den Motorläufer enthaltenden Raum des Motors eingedrungene Flüssigkeit in den Druckraum der Pumpe zu fördern.
Zum besseren Verständnis der Gebrauchs- und Wirkungsweise des beschriebenen Pumpenaggregates sei auf Fig. 3 verwiesen, die schematisch eine Anwendung des Pumpenaggregates zeigt. Die Einlauföffnung 12 der Pumpe ist durch eine Rohrleitung 70 mit dem Auslass eines Chemiegefässes 71 verbunden, in welchem beispielsweise eine Säure enthalten ist, die ständig umgewälzt werden soll. Vom Auslaufstutzen 13 der Pumpe führt eine andere Rohrleitung 73 zum oberen Teil des Gefässes 71 zurück. Ferner weist die Rohrleitung'73 eine Abzweigung 74 auf, die zu einem nur schematisch angedeuteten Filter 75 führt, der seinerseits durch eine Rohrleitung 76 mit dem bereits erwähnten Kanal 55 für eine Schmierflüssigkeit in Verbindung steht. Die Lager der Welle 15 werden somit durch die gleiche chemisch aggressive Flüssigkeit geschmiert, welche mittels der Pumpe gefördert werden soll.
An die ebenfalls schon beschrie- bene Gewindebohrung 60 ist eine Rohrleitung 77 angeschlossen, welche zum oberen Teil des Gefässes. 71 führt. Der als Kühler dienende Hohlraum 45 des Motors ist durch eine Rohrleitung 78 mit der Druckseite einer kleinen Hilfspumpe verbunden, die mit einem Reservoir 80 für ein Kühlmedium zusammengebaut ist. Für denRücklauf des Kühlmediums vom Hohlraum 45 zum Reservoir 80 ist eine weitere Rohrleitung 81 vorhanden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage und insbesondere des Pumpenaggregates ist wie folgt : Wenn die Wicklung 31 des Motors unter Strom gesetzt ist, drehen sich der Motorläufer, die Welle 15 und das Pumpenlaufrad 16. Es wird dadurch Flüssigkeit aus dem Behälter 71 durch die Leitung 70, die Pumpe und die Leitung 73 zum Behälter 71 zurück gefördert. Ein kleiner Teil der geförderten Flüssigkeitmenge wird über die Leitung 74, den Filter 75 und die Leitung 76 in den Schmiermittelkanal 55 geleitet und gelangt von dort zu den Gleitflächen zwischen den Lagerhülsen 47 und 50 sowie zwischen dem Flansch 48 und dem Spurring 51, wodurch die betreffenden Lager geschmiert werden.
Infolge Zentrifugalwirkung des Flansches 48 wird ein erheblicher Teil der Schmierflüssigkeit zwischen dem Flansch 48 und dem Spurring 51 radial nach aussen in den Raum unter dem haubenförmigen Deckel 54 gefördert. Durch den Kanal 56 fliesst nachher die Schmierflüssigkeit in den die Welle 15 unmittelbar umgebenden Ringraum unterhalb der Lagerhülsen 47 und 50, um auf diese Weise auch zu den kegeligen Lagerhülsen 58 und 59 zu gelangen und die Gleitflächen zwischen diesen Hülsen zu schmieren. Da die Schmierflüssigkeit von der Druckseite der Pumpe abgezweigt wird, steht sie unter einem beträchtlichen statischen Druck.
Durch den Flüssigkeitsfilm zwischen dem Flansch 48 und dem Spurring 51 wird der gesamte Läufer des Pumpenaggregates aus einer Stillstands-Ruhelage in axialer Richtung etwas angehoben, soweit es die kegeligen
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Lagerringe 58 und 59 bzw. der zwischen denselben sich bildende Flüssigkeitsfilm gestatten. Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein.
Die zwischen den Lagerhülsen 58 und 59 nach unten austretende Flüssigkeit gelangt auf den Boden der durch den Motorläufer gebildeten Glocke und wird dann infolge Zentrifugalwirkung gegen die zylindrische i Innenfläche des Metallteiles 39, d. h. gegen den dortigen Überzug 62, geschleudert und auf der genannten
Fläche ausgebreitet. Der Umfangswulst 43 verhindert, dass die Flüssigkeit gegen den Luftspalt zwischen den Magneteisenteilen des Motorläufers und des Motorständers ausgeschleudert wird. Im Betrieb des Mo- tors erfährt der Motorläufer eine Erwärmung. Die Wärme wird grösstenteils durch den Flüssigkeitsring an der zylindrischen Innenfläche des Motorläufers aufgenommen, wobei die Flüssigkeit verdampfen wird, und eine der Verdampfungstemperatur entsprechende, im wesentlichen konstante Temperatur des Motorläufers erzielt wird.
Die nach oben steigenden Dämpfe werden durch das den ringförmigen Hohlraum 45 durch- strömende Medium gekühlt und die Flüssigkeit rückkondensiert. Die Kondensattropfen fallen dabei auf die obere Stirnfläche des Motorläufers und werden radial auswärts gegen den Belag 61 des Motorständers ge- schleudert, welcher dadurch ebenfalls eine Kühlung erfährt. Da auf die beschriebene Weise nur ver- dampfte und wieder kondensierte Flüssigkeit in den Luftspalt zwischen den Magneteisenteilen 21 und 35 des Motors gelangt, ist diese Flüssigkeit völlig frei von Fremdbestandteilen und kann somit keine Ver- stopfung des engen Luftspaltes erfolgen. Die Stützringe 23 und 24 verhindern den Zutritt von Flüssigkeit in den die Wicklung 31 enthaltenden Raum.
Die den Luftspalt nach unten verlassende Kühlflüssigkeit sammelt sich auf dem Deckel 14, der eine
Trennwand zwischen dem den Motorläufer enthaltenden Raum des Motors und dem das Laufrad 16 ent- haltenden Raum der Pumpe bildet. Der einen Bestandteil des Pumpenlaufrades 16 bildende Hohlkörper 65 fördert die sich oberhalb des Deckels 14 ansammelnde Flüssigkeit in den Druckraum der Pumpe. Gelangt zwischen den kegeligen Lagerringen 58 und 59 mehr Flüssigkeit in den Innenraum des glockenförmigen Motorläufers als verdampft, so kann die überschüssige Flüssigkeit durch die Öffnungen 41 nach der Aussenseite der Läuferglocke abfliessen, wonach diese Flüssigkeit ebenfalls mittels des Hohlkörpers 65 in den Druckraum der Pumpe gefördert wird.
Setzt man das Pumpenaggregat still, so gelangt der Innenraum des Pumpengehäuses 11 unter den statischen Druck der im Behälter 71 vorhandenen Flüssigkeit. Da jetzt eine Förderwirkung des Hohlkörpers 65 fehlt, steigt die Flüssigkeit aus dem das Pumpenlaufrad 16 enthaltenden Raum in den den Motorläufer enthaltenden Raum hoch, wobei das dort vorhandene Gas, z. B. Luft, komprimiert wird und einen Luftpolster bildet, der dem weiteren Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels entgegenwirkt. Die Stützringe 23 und 24 sowie der Überzug 61 verhindern das Eindringen von Flüssigkeit in den die Wicklung 31 enthaltenden Raum.
Die in die Gewindebohrung 60 einmündende Leitung 77 ermöglicht das Nachströmen von Gas oder Luft in den den Motorläufer enthaltenden Raum, wenn das Pumpenaggregat wieder in Betrieb gesetzt und dadurch aus dem genannten Raum die Flüssigkeit mittels des Hohlkörpers 65 weggefördert wird.
Das beschriebene Pumpenaggregat hat den Vorteil, dass es kein Spaltrohr im Luftspalt des Motors benötigt. Die verhältnismässig dünnen Emailüberzüge 61 und 62 haben ausser der entsprechenden Verbreiterung des Luftspaltes keine nachteiligen Einflüsse auf das Magnetfeld im Luftspalt. Die Überzüge 61 und 62 haben jedoch den grossen Vorteil, die darunterliegenden Teile, insbesondere das Magneteisen, gegen die zerstörenden Einflüsse aggressiver chemischer Substanzen zu schützen. Gegenüber Motoren mit einem Spaltrohr tritt folglich durch die Überzüge 61 und 62 keine Verminderung des Wirkungsgrades ein. Gewünschtenfalls kann man dem Glasbrand zur Erzeugung der Überzüge 61 und 62 noch magnetisch leitende, chemisch beständige Substanzen in feiner Verteilung beimengen.
Die beschriebene Weise der Motorkühlung durch die zugleich als Schmiermittel benutzte Flüssigkeit macht die Ausbildung von Ventilatorflügeln am Motorläufer überflüssig. Solche Flügel hätten bei dem beschriebenen Pumpenaggregat den Nachteil, dass sie ihrer zahlreichen Kanten und Ecken wegen schlecht mit einem vollständig geschlossenen Emailüberzug versehen werden könnten.
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