DE102004003400B4 - A centrifugal pump unit - Google Patents
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Abstract
Kreiselpumpenaggregat, mit mindestens einem innerhalb eines Pumpengehäuses angeordneten Laufrad, einer das Pumpengehäuse (1) durchdringenden Pumpenwelle (3) und einem an das Pumpengehäuse (1) angrenzenden Antrieb (2), auf der Pumpenwelle (3) ist ein mit Dauermagneten (6) bestückter Antriebsrotor (4) befestigt und äußere Antriebselemente (5) übertragen ein Drehmoment auf den Antriebsrotor (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsrotor (4) als ein Gleichteil für die verschiedenen Antriebsmöglichkeiten des äußeren Antriebselementes (5) in Form einer permanent erregten äußeren Magnetkupplungshälfte, in Form einer Hysteresewerkstoffe aufweisenden Hysteresekupplungshälfte oder in Form eines Motorständers mit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung ausgebildet ist.Centrifugal pump unit, with at least one impeller arranged inside a pump housing, a pump shaft (3) penetrating the pump housing (1) and a drive (2) adjoining the pump housing (1), on the pump shaft (3) there is a permanent magnet (6) Drive rotor (4) attached and outer drive elements (5) transmit a torque to the drive rotor (4), characterized in that the drive rotor (4) as a common part for the various drive options of the outer drive element (5) in the form of a permanently excited outer magnetic coupling half , in the form of a hysteresis coupling half having hysteresis materials or in the form of a motor stand with a winding producing a rotating field.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kreiselpumpenaggregat, mit mindestens einem innerhalb eines Pumpengehäuses angeordneten Laufrad, einer ein Pumpengehäuse durchdringenden Pumpenwelle und einem an das Pumpengehäuse angrenzenden Antrieb, im Bereich des Antriebes ist auf der Pumpenwelle ein mit Dauermagneten bestückter Antriebsrotor befestigt und äußere Antriebselemente übertragen ein Drehmoment auf den Antriebsrotor.The invention relates to a centrifugal pump unit, with at least one disposed within a pump housing impeller, a pump housing penetrating the pump shaft and adjacent to the pump housing drive in the region of the drive is mounted on the pump shaft equipped with a permanent magnet drive rotor and external drive elements transmit a torque to the drive rotor.
Bei solchen gattungsgemäßen Kreiselpumpenaggregaten ist üblicherweise unmittelbar angrenzend an das Pumpengehäuse der Antrieb angebaut. Ein solches Kreiselpumpenaggregat findet häufig als Kreiselpumpe nach Bauart einer Heizungsumwälzpumpe Verwendung und ist üblicherweise mit einem drehzahlveränderbaren Motor ausgerüstet, um über dessen variable Antriebsdrehzahl einen besseren Gesamtwirkungsgrad innerhalb eines Rohrleitungssystem zu erzeugen. Bekannt ist dies beispielsweise bei den Grundfos Heizungsumwälzpumpen Typ MAGNA, deren Antriebsmotor als Permanent- oder Dauermagnetmotor ausgebildet ist und mit einer elektronischen Drehzahlregelung versehen ist. Solche elektronisch kommutierten Antriebe mit ihrem permanent erregten AC-Servomotor verbessern den Wirkungsgrad einer Heizungsanlage.In such generic centrifugal pump units, the drive is usually mounted directly adjacent to the pump housing. Such a centrifugal pump assembly is often used as a centrifugal pump on the design of a heating circulation pump and is usually equipped with a variable speed motor to produce over the variable drive speed better overall efficiency within a piping system. This is known for example in the Grundfos heating circulation pump type MAGNA, the drive motor is designed as a permanent or permanent magnet motor and is provided with an electronic speed control. Such electronically commutated drives with their permanently energized AC servo motor improve the efficiency of a heating system.
Andere gattungsgemäße Kreiselpumpenaggregate verwenden als Antrieb einen mit dem Pumpengehäuse verbundenen Magnetkupplungsantrieb. Solche Kreiselpumpenaggregate finden häufig im Bereich der Förderung gefährlicher Medien Verwendung, insbesondere im Bereich der Chemie. Beide Bauformen dieser Kreiselpumpenaggregate sind mit oder ohne einem Spalttopf bzw. Spaltrohr zwischen dem Antriebsrotor und dem äußeren Antriebselement ausgerüstet.Other generic centrifugal pump units use a drive connected to the pump housing magnetic coupling drive. Such centrifugal pump units are often used in the promotion of hazardous media, especially in the field of chemistry. Both types of centrifugal pump units are equipped with or without a split pot or canned between the drive rotor and the outer drive element.
Bei Kreiselpumpenaggregaten mit einem Antrieb durch eine Magnetkupplung ist es durch die
Die
Die
Die Spaltrohrpumpe der
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, für Kreiselpumpenaggregate, bei denen auf der Pumpenwelle ein mit Dauermagneten bestückter Antriebsrotor angeordnet ist, den Anwendungsbereich solcher Kreiselpumpenaggregate zu vergrößern. Die Lösung dieses Problems sieht vor, dass der Antriebsrotor als ein Gleichteil für äußere Antriebselemente in Form einer permanent erregten äußeren Magnetkupplungshälfte, in Form einer Hysteresewerkstoffe aufweisenden Hysteresekupplungshälfte oder in Form eines Motorständers mit einer ein Drehfeld erzeugenden Wicklung ausgebildet ist.The invention is based on the problem for centrifugal pump units, in which a drive rotor equipped with permanent magnets is arranged on the pump shaft, to increase the field of application of such centrifugal pump units. The solution to this problem provides that the drive rotor is designed as a common part for external drive elements in the form of a permanently excited outer magnetic coupling half, in the form of a Hysteresewerkstoffe having Hysteresekupplungshälfte or in the form of a motor stator with a rotating field generating winding.
Mit dieser Lösung ist es erstmals möglich, für an sich völlig verschiedene Bauarten von Kreiselpumpenaggregaten ein zentrales funktionelles Antriebselement in Form eines Gleichteiles Anwendung finden zu lassen, welches einen gemeinsamen Rotor für an sich unterschiedliche Pumpenbauarten darstellt. Somit wird in entscheidender Weise der logistische Aufwand bei der Herstellung und der Wartung von Kreiselpumpen verringert und es werden die Fertigungskapazitäten optimiert.With this solution, it is possible for the first time to find a central functional drive element in the form of a common part for completely different types of centrifugal pump units, which represents a common rotor for different pump types per se. Thus, the logistical effort in the manufacture and maintenance of centrifugal pumps is decisively reduced and the production capacities are optimized.
Eine weitere Verringerung des gesamten Entwicklungs- und Herstellungsprozesses ergibt sich, wenn der Antriebsrotor und eine damit verbundene Pumpenwelle als ein gemeinsames Gleichteil ausgebildet sind. Somit kann mit nur einem zentralen Bauteil für eine Vielzahl von Pumpentypen die Förderprobleme in den verschiedensten Einsatzbereichen in einfachster Weise gelöst werden.A further reduction of the entire development and manufacturing process results when the drive rotor and a pump shaft connected thereto are designed as a common identical part. Thus, with only a central component for a variety of pump types, the delivery problems in a variety of applications can be solved in the simplest way.
Nach Ausgestaltungen der Erfindung ist der Antriebsrotor zylinderförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet. Ebenso kann das äußere Antriebselement hohlzylinderförmig und/oder scheibenförmig ausgebildet sein. Somit ist die Erfindung sowohl bei den üblichen Antriebsformen zylindrischer Bauart als auch bei den sogenannten Scheibenläufer-Bauformen verwendbar.According to embodiments of the invention, the drive rotor is cylindrical and / or disc-shaped. Likewise, the outer drive element may be formed in the form of a hollow cylinder and / or a disk. Thus, the invention can be used both in the conventional drive types of cylindrical design and in the so-called pancake designs.
Die Übertragungsleistung verbessern andere Ausgestaltungen, wonach der Antriebsrotor an seiner dem äußeren Antriebselement zugekehrten Fläche mit Seltenerd-Dauermagneten bestückt ist. Weiter muss die mit dem Seltenerd-Dauermagneten ausgeführte Polzahl 2p der Grundpolzahl des äußeren Antriebselementes entsprechen, damit ein stationärer synchroner Betrieb stattfinden kann. Und zum Schutz der Magnete vor einem zu fördernden aggressiven, korrosiven, erosiven der in sonstiger Weise gefährlichen Fluid sind die Magnete und/oder der Antriebsrotor von einer Hülse aus amagnetischem Material, zum Beispiel amagnetischem Stahl, umgeben.The transmission performance improves other embodiments, according to which the drive rotor is equipped on its outer drive element facing surface with rare earth permanent magnets. Furthermore, the number of poles 2p made with the rare-earth permanent magnet must correspond to the base-pole number of the outer driving element, so that stationary synchronous operation can take place. And to protect the magnets from an aggressive, corrosive, erosive, otherwise dangerous fluid to be delivered, the magnets and / or the drive rotor are surrounded by a sleeve of non-magnetic material, for example non-magnetic steel.
Eine weitere Ausgestaltung sieht die Ausbildung der Hülse als Dämpferelement vor. Mittels dieser Maßnahme nach Art eines Dämpferkäfigs kann der Verwendungszweck des Antriebsrotors in einfachster Weise erweitert werden hin zu Antriebsmotoren, die für einen gesteuerten Betrieb durch einen Frequenzumformer ausgelegt sind. Dazu kann auch, ähnlich wie bei einem Käfigläufermotor, ein Dämpferelement zusätzlich oder ausschließlich unterhalb der Magnete angeordnet sein.Another embodiment provides for the formation of the sleeve as a damper element. By means of this measure in the manner of a damper cage, the intended use of the drive rotor can be extended in the simplest way to drive motors, which are designed for controlled operation by a frequency converter. For this purpose, similar to a squirrel cage motor, a damper element may be arranged additionally or exclusively below the magnets.
Weiter ist in an sich bekannter Weise zwischen Antriebsrotor und äußeren Antriebselement ein Spaltelement angeordnet. Hierbei handelt es sich um bekannte Bauteile in Form eines Spalttopfes, Spaltrohres oder einer Spaltwand. Somit kann diese Lösung sowohl bei trockenen Antrieben als auch bei nassen Antrieben in Form von Spaltrohr, Spaltwandmotoren oder hermetisch dichten Magnetkupplungsantrieben Anwendung finden. Dazu ist lediglich am Antriebsrotor oder am äußeren Antriebselement eine entsprechende Durchmesseranpassung vorzunehmen, um den Platzbedarf für die Spaltelemente zu berücksichtigen. In vorteilhafter Weise ist dabei ein Spaltelement in Form eines Spalttopfes mit seiner Öffnung am Pumpengehäuse befestigt. Damit kann in einem Servicefall das äußere Antriebselement gewechselt werden, ohne dabei einen sogenannten nassen Bereich einer Pumpe öffnen zu müssen.Furthermore, a gap element is arranged in a manner known per se between the drive rotor and the outer drive element. These are known components in the form of a split pot, split tube or a split wall. Thus, this solution can be used both in dry drives as well as wet drives in the form of canned, split wall motors or hermetically sealed magnetic drive drives application. For this purpose, a corresponding diameter adjustment is to be made only on the drive rotor or on the outer drive element in order to take into account the space required for the gap elements. Advantageously, a gap element in the form of a split pot is fastened with its opening on the pump housing. Thus, in a service case, the outer drive element can be changed without having to open a so-called wet area of a pump.
Nach einer anderen Ausgestaltung ist im Spaltelement eine an sich bekannte Lagerstelle für den Antriebsrotor angeordnet. Dies ermöglicht die Beherrschung größerer Antriebskräfte.According to another embodiment, a known bearing for the drive rotor is arranged in the gap element. This allows the mastering of larger driving forces.
Für eine Vielzahl von Baugrößen solcher Kreiselpumpenaggregat-Baureihen wird durch eine Standardisierung des Antriebsrotors eine wesentliche Fertigungsvereinfachung erreicht sowie der Aufwand für Wartung und Reparaturen erheblich reduziert.For a variety of sizes of such centrifugal pump unit series is achieved by standardizing the drive rotor a significant manufacturing simplification and significantly reduces the cost of maintenance and repairs.
Durch die Ausbildung des äußeren Antriebselementes als ein mit Magnetwerkstoffen ausgeprägter Hystereseeigenschaften versehener Außenrotor bilden Außenrotor und Antriebsrotor eine Hysteresekupplung. Somit ergibt sich eine abrisssichere Bauart eines mit einem Magnetkupplungsantrieb ausgerüsteten Kreiselpumpenaggregat. Durch diesen Antrieb bleibt im Gegensatz zu üblichen Magnetkupplungen bei unerwarteten Überlastungen des Kreiselpumpenaggregat dessen Fördereigenschaft gewährleistet.Owing to the design of the outer drive element as an outer rotor provided with magnetic materials with pronounced hysteresis properties, the outer rotor and the drive rotor form a hysteresis clutch. This results in a tear-resistant design of a centrifugal pump unit equipped with a magnetic drive. By this drive, in contrast to conventional magnetic clutches in unexpected overloads of the centrifugal pump unit whose delivery property is guaranteed.
Zur direkten Erfassung von Rotordrehzahl und/oder Rotorlage sind am Antriebsrotor und äußerem Antriebselement Sensorelemente angeordnet, die eine elektronische Regelung und Überwachung eines solchen Antriebes ermöglichen. Die Erfassung dieser Größen ist jedoch auch im Sinne einer sensorlosen Regelung indirekt möglich. Somit können das äußere Antriebselement und der Antriebsrotor einen elektronisch kommutierten AC-Servomotor bilden. Auch hierbei sind das äußere Antriebselement in Form eines Motorständers oder in Form einer äußeren Magnetkupplungshälfte oder in Form einer äußeren Hysteresekupplungshälfte auswechselbar ausgebildet. Dies vereinfacht in einem eventuellen Wartungsfall den Austausch von Komponenten. Beim Vorhandensein von eines Spalttopfes ist ein solcher Austausch möglich, ohne die Dichtigkeit des Pumpenaggregates zu gefährden.For direct detection of rotor speed and / or rotor position sensor elements are arranged on the drive rotor and the outer drive element, which enable electronic control and monitoring of such a drive. However, the detection of these variables is also indirectly possible in the sense of a sensorless control. Thus, the outer drive element and the drive rotor may form an electronically commutated AC servomotor. Again, the outer drive element in the form of an engine stand or in the form of an outer magnetic coupling half or in the form of an outer Hysteresekupplungshälfte are interchangeable. This simplifies the replacement of components in a possible maintenance case. In the presence of a split pot such an exchange is possible without jeopardizing the tightness of the pump unit.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgen näher beschrieben. Es zeigen dieEmbodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. It show the
Je nach Ausbildung des Antriebes
Am Antriebsrotor
Das äußere Antriebselement
Dem gegenüber hat ein äußeres Antriebselement
Die in
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