DE102005003476A1 - Motor for e.g. under water motor pump, has fissure pipe arranged in gap formed between rotor and stator, where pipe interior filled with oil is enclosed opposite to exterior which is limited by motor housing and which is filled with water - Google Patents
Motor for e.g. under water motor pump, has fissure pipe arranged in gap formed between rotor and stator, where pipe interior filled with oil is enclosed opposite to exterior which is limited by motor housing and which is filled with water Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere zur Verwendung in Unterwassermotorpumpen, mit einer nach außen geführten Motorwelle, einem Rotor, welcher mit der Motorwelle verbunden sein oder durch diese gebildet sein kann, und einem Stator. Der Motor ist umgeben von einem gekapselten Motorgehäuse, welches mit einem ersten Kühlmedium befüllbar ist.The The invention relates to a motor, in particular for use in submersible motor pumps, with one outwards out Motor shaft, a rotor, which may be connected to the motor shaft or may be formed by these, and a stator. The engine is surrounded by a sealed motor housing, which with a first cooling medium fillable is.
Solche komplett mit Kühlmedium gefüllten Motoren kommen vor allem in Unterwassermotorpumpen beispielsweise zur Wassergewinnung, -aufbereitung, -versorgung oder zur Wasserhaltung zum Einsatz. Die Motoren befinden sich bei dieser Art von Anwendung typischerweise unterhalb der eigentlichen Pumpeinheit und werden soweit in einen Brunnen oder ein Bohrloch abgesenkt, bis sie vollständig unter der Wasserlinie stehen. Da die Kosten für ein Bohrloch unter anderem von dessen Durchmesser abhängen, besteht der Wunsch die Abmessungen der Unterwassermotorpumpen so gering wie möglich zu halten. Deshalb sind die Motoren in einem sehr engen, meist zylinderförmigen, von dem Außenmantel begrenzten Gehäuse untergebracht. Dies erschwert einerseits die Kühlung der Motoren, weshalb diese vollständig mit dem Kühlmedium befüllt werden. Andererseits sind die Motoren – einmal in das Bohrloch eingesetzt – von außen nicht mehr ohne Weiteres zugänglich. Sie müssen deshalb im Falle eines Defekts samt Steigleitung aus dem Bohrloch herausgenommen werden. Auf Grund des damit verbundenen Aufwands müssen diese Motoren zuverlässig laufen und sehr wartungsarm sein. Zu diesem Zweck wird als Kühlmedium, insbesondere bei höheren Temperaturen des Fördermediums, meistens Öl verwendet, welches zugleich Schmierstoff für die Motorwellenlagerung ist.Such complete with cooling medium filled engines come especially in underwater motor pumps, for example, for water, preparation, supply or for drainage used. The Engines are typically found in this type of application below the actual pump unit and so far into one Lower well or wellbore until completely below the waterline. As the cost of a borehole among others depend on its diameter, there is a desire the dimensions of the submersible motor pumps so low as possible too hold. Therefore, the engines are in a very narrow, mostly cylindrical, from the outer jacket limited housing accommodated. On the one hand, this makes the cooling of the engines more difficult, which is why these Completely with the cooling medium filled become. On the other hand, the motors - once inserted into the borehole - are not from the outside more easily accessible. You need to therefore in the case of a defect including riser from the borehole be taken out. Due to the associated effort have to these engines reliable run and be very low maintenance. For this purpose, as cooling medium, especially at higher levels Temperatures of the pumped medium, mostly used oil, which at the same time lubricant for the motor shaft bearing is.
Das Kühlmedium zirkuliert bei den bekannten Unterwassermotoren zwischen den zu kühlenden Teilen, insbesondere zwischen den Statorwicklungen und Lagern einerseits und dem Außenmantel andererseits und transportiert so die Wärme – in der Regel via Konvektion – nach außen zum Außenmantel hin ab. Der Außenmantel besteht typischerweise aus nicht-rostendem Stahl und wird seinerseits von außen durch das den Pumpenmotor umgebende Wasser gekühlt. Ist die Oberfläche des Außenmantels zu klein, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, wird bekanntermaßen zusätzlich ein Wärmetauscher axial an den zylindrischen Außenmantel angehängt, der beispielsweise in Form von Lamellen oder einem Rohrsystem eine größere Oberfläche bildet.The cooling medium circulates in the known underwater engines between the zu cooling parts, in particular between the stator windings and bearings on the one hand and the outer jacket on the other hand, and thus transports the heat - usually via convection - out to the outside outer sheath down. The outer jacket is typically made of stainless steel and in turn becomes from the outside cooled by the water surrounding the pump motor. Is the surface of the outer shell too small to provide adequate cooling to ensure, becomes known additionally a heat exchanger axially to the cylindrical outer shell attached, the example in the form of slats or a pipe system a larger surface forms.
Das Öl dehnt sich bekanntermaßen in dem Motorgehäuse bei Erwärmung aus. Da das Öl selbst nicht kompressibel ist, muss ein Druck- oder Volumenausgleichselement vorgesehen werden. Je größer das Ölvolumen ist, desto größer muss auch das Ausgleichsvolumen sein. Bei üblichen ölgefüllten Unterwassermotoren wird zum Beispiel ein Druckausgleichsbehälter vorgesehen, der zum Teil mit Öl und zum Teil mit Gas gefüllt ist und über eine Rohrleitung mit dem Gehäuse des Unterwassermotors in Verbindung steht. Dehnt sich das Öl aufgrund der Erwärmung in dem Gehäuse aus, so kann es über die Rohrleitung in den Druckbehälter entweichen, wo sich daraufhin das Gas komprimiert. Kühlt der Motor und somit das Öl ab, drückt der Gasdruck das Öl in das Motorgehäuse zurück. Entsprechende konstruktive Maßnahmen erfordern jedoch, je nach Größe des Ausgleichvolumens, zusätzlichen Platz.The oil stretches known in the motor housing when heated out. Because the oil itself is not compressible, must have a pressure or volume compensation element be provided. The larger the oil volume is, the bigger it must be also be the equalization volume. In conventional oil-filled submersible motors is For example, provided a surge tank, in part with oil and partly filled with gas is and about a pipeline with the housing of the submersible motor. The oil expands due to the warming in the case out, it may over the pipeline into the pressure vessel escape, where then the gas compresses. Cools the Engine and thus the oil off, presses the gas pressure the oil in the motor housing back. Appropriate constructive measures however, depending on the size of the compensation volume, additional Space.
Ein weiterer Nachteil bekannter ölgefüllter Unterwassermotoren ist die Gefahr einer Leckage, bei der das Kühlmedium austritt und das umgebende, beispielsweise zu fördernde Grundwasser oder dergleichen zu verschmutzten droht.One Another disadvantage of known oil-filled submersible motors is the risk of leakage, in which the cooling medium escapes and the surrounding, for example to be promoted Groundwater or the like to pollute threatens.
Auch ist der Wärmetransport durch das Kühlmedium Öl oftmals nicht befriedigend, insbesondere dann, wenn dieses allein durch Konvektion angetrieben ist.Also is the heat transport through the cooling medium oil often not satisfactory, especially if this alone by Convection is driven.
Die vorliegende Erfindung löst die genannten Probleme durch einen Motor der eingangs genannten Art, bei dem ein Spaltrohr in einem Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator ausgebildeten Spalt angeordnet ist und der Spaltrohrinnenraum gegenüber dem von dem Motorgehäuse begrenzten Außenraum gekapselt und mit einem zweiten Kühlmedium befüllbar ist.The present invention solves the problems mentioned by an engine of the aforementioned Type in which a split tube in a space between the rotor and the stator formed gap is disposed and the canned interior across from that of the motor housing limited outdoor space encapsulated and filled with a second cooling medium.
Spaltrohrmotoren sind, obgleich nicht als Motoren der eingangs genannten Art mit einem Kühlmedium-befüllbaren Motorgehäuse, bekannt. Sie kommen in Form von Nassläufermotoren beispielsweise für Heizungs-Umwälzpumpen zum Einsatz, in denen das Fördermedium selbst (z.B. Wasser) den Motor durchströmt. Das Spaltrohr isoliert und schützt in diesen Fällen den außen liegenden Stator vor dem Fördermedium. Das Prinzip des getrennten Motorgehäuses für Rotor und Stator wird bei dem erfindungsgemäßen Motor dahingehend weitergebildet, dass der Innen- und Außenraum – gleich wie darin der Rotor und Stator angeordnet sind – getrennt gekapselt sind und daher mit unterschiedlichen Kühlmedien befüllt werden können. Auf diese Weise kann selbst bei einer Leckage vom Spaltrohrinnenraum in den vom Motorgehäuse begrenzten Außenraum eine Verschmutzung des Fördermediums (z.B. Grundwassers), in welches der Motor eingetaucht ist, verhindert werden.Canned motors are, although not as motors of the type mentioned with a cooling medium-fillable Motor housing, known. They come in the form of wet-rotor motors, for example for heating circulation pumps used, in which the fluid itself (e.g., water) flows through the engine. The can is insulated and protects in these cases the outside lying stator in front of the pumped medium. The principle of the separate motor housing for rotor and stator is at the engine according to the invention developed to the effect that the interior and exterior - same as in the rotor and stator are arranged - are separated and encapsulated therefore with different cooling media filled can be. In this way, even with a leakage from the canned interior in the engine case limited outdoor space a contamination of the pumped medium (e.g., groundwater) in which the engine is submerged.
Dies gilt insbesondere dann, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Stator im Außenraum das Spaltrohr koaxial umgibt, in dessen Innenraum der Rotor drehbar angeordnet ist. Dann nämlich kann als zweites Kühlmedium für den Spaltrohrinnenraum beispielsweise Öl verwendet werden, welches zugleich als Schmierstoff für die Drehlagerung des Rotors bzw. der Motorwelle dient. Daher können die für die Motorwelle von Unterwassermotoren bewährten Gleitlager auch in dem ertindungsgemäßen Motor verwendet werden, ohne dass die Wartungsanfälligkeit sich erhöht. Der im Außenraum befindliche Stator kann hingegen beispielsweise mittels Wasser als erstes Kühlmedium einerseits sehr viel besser gekühlt werden und andererseits kann so auch bei einer Leckage aus dem gekapselten Motorgehäuse in die Umgebung eine Umweltverschmutzung vermieden werden. Erst wenn sowohl der Spaltrohrinnenraum und das Motorgehäuse undicht sein sollten, droht die Gefahr, dass das zweite Kühlmedium (Öl) in die Umgebung gelangt. Auch kann durch die erfindungsgemäße Lösung das Volumen des zweiten Kühlmediums erheblich reduziert werden.This is especially true when according to a preferred embodiment, the stator in Au ßenraum coaxially surrounds the gap tube, in the interior of which the rotor is rotatably arranged. For example, then oil can be used as the second cooling medium for the canned interior, which also serves as a lubricant for the rotary mounting of the rotor or the motor shaft. Therefore, the proven for the engine shaft of submersible motors plain bearings can also be used in the engine according to the invention, without the maintenance susceptibility increases. By contrast, the stator located in the outer space, on the other hand, can be cooled much better, for example, by means of water as the first cooling medium and, on the other hand, environmental pollution can thus be avoided even if there is leakage from the encased motor housing into the environment. Only if both the crevice interior and the motor housing should be leaking, there is the danger that the second cooling medium (oil) will enter the environment. Also, the volume of the second cooling medium can be significantly reduced by the inventive solution.
Die Kühlwirkung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch noch verbessert werden, dass ein Kühlkreislauf im Außenraum vorgesehen ist. Dieser wird bevorzugt mittels einer das Spaltrohr im Wesentlichen koaxial umgebenden Zwischenwand in einen Erwärmungspfad entlang des Spaltrohr und einen Kühlungspfad entlang einem Außenmantel des Motorgehäuses unterteilt. Eine weitere Verbesserung der Kühlungsleistung wird durch einen einerseits mit dem Erwärmungspfad und andererseits mit dem Kühlungspfad verbundenen Wärmetauscher erzielt. Schließlich kann die Kühlleistung nochmals verbessert werden, indem in den Kühlkreislauf eine Umwälzpumpe eingeschaltet ist. Durch diese lässt sich die Kühlung im Außenraum soweit verbessern, dass beispielweise die Wicklungen für den Stator aus Drähten der Wärmeklasse Y (90°C-beständig) statt aus Drähten der Wärmeklasse E (bis 120° C) aufgebaut werden können. Der Motor lässt sich dadurch bei einer Änderung der Anforderungen, z. B. aus Umweltschutzgründen, leicht auf komplette Wasserkühlung umstellen.The cooling effect can according to a advantageous development of the invention thereby still improved be that a cooling circuit in the outdoor area is provided. This is preferably by means of a can essentially coaxially surrounding intermediate wall in a heating path along of the can and a cooling path along an outer jacket of the motor housing divided. A further improvement of the cooling performance is by a on the one hand with the heating path and, on the other hand, connected to the cooling path heat exchangers achieved. Finally, can the cooling capacity be further improved by a circulating pump in the cooling circuit is turned on. Through this leaves the cooling in the outdoor area improve so far that, for example, the windings for the stator from wires the thermal class Y (90 ° C resistant) instead from wires the thermal class E (up to 120 ° C) can be built. The engine leaves This is due to a change in the Requirements, e.g. B. for environmental reasons, easy on complete water cooling change.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Motorwelle mittels in dem Spaltrohrinnenraum angeordneter Axial- und/oder Radiallager abgestützt. In einer alternativen und einer weitergebildeten vorteilhaften Ausführungsform steht das Spaltrohr mit einem Lagergehäuse für Axial- und/oder Radiallager in Verbindung, wobei bevorzugt das Spaltrohr und/oder das Lagergehäuse den Konturen der eingeschlossen Axiallager, Radiallager und dem Rotor entlang der Welle im Wesentlichen eng anliegend folgt und der Spaltrohrinnenraum mit dem Innenraum des Lagergehäuses kommuniziert.In an advantageous embodiment the motor shaft is arranged by means of in the canned interior Axial and / or radial bearings supported. In an alternative and a further developed advantageous embodiment is the can with a bearing housing for axial and / or radial bearings in connection, wherein preferably the can and / or the bearing housing the contours of the included thrust bearings, radial bearings and the Rotor follows the shaft substantially tightly fitting and the canned interior communicates with the interior of the bearing housing.
Hierdurch kann die Menge des zweiten Kühlmediums im Spaltohrinnenraum bzw. im Spaltrohrinnenraum und dem Lagergehäuse minimiert werden, wodurch die Kühlung verbessert und dennoch stets die Schmierung der Lager sichergestellt ist. Denn hierdurch ist selbst bei schlechten Wärmeleiteigenschaften des zweiten Kühlmediums aufgrund des nur geringen Abstands von den zu kühlenden Lagern bzw. dem Rotor zu dem Spaltrohr ein guter Wärmetransport gewährleistet. Zusammen mit der effizienten Kühlung im Außenraum kann der Motor daher auch in Medien mit höherer Umgebungstemperatur eingesetzt werden.hereby can the amount of the second cooling medium Minimized in the crevice inner space or in the canned interior and the bearing housing which causes cooling improved and yet always ensured the lubrication of the bearings is. Because this is even with poor thermal conductivity of the second cooling medium due to the small distance from the bearings to be cooled or the rotor to the canned a good heat transfer guaranteed. Along with the efficient cooling in the outdoor area Therefore, the motor can also be used in media with higher ambient temperatures become.
Durch die Minimierung des Volumens des zweiten Kühlmediums ist dessen Volumenausdehnung gleichfalls sehr viel geringer. Der Volumenausgleich ist dadurch wesentlich einfacher mit Hilfe eines elastischen Diaphragmas zu lösen und der Motor ist dadurch deutlich einfacher aufgebaut.By the minimization of the volume of the second cooling medium is its volume expansion also much lower. The volume compensation is thereby much easier with the help of an elastic diaphragm too solve and the engine is thus much simpler.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Ringdichtung um die nach außen geführte Motorwelle herum den Außenraum gegenüber der Umwelt und eine zweite Ringdichtung um die nach außen geführte Motorwelle herum den Spaltrohrinnenraum gegenüber dem Außenraum abdichtet.In A preferred embodiment of the invention provides that a first ring seal around the outside guided motor shaft around the outside space across from the environment and a second ring seal around the outwardly guided motor shaft around seals the crevice interior from the outside.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Further Objects, features and advantages of the invention will now be apparent an embodiment closer with the help of the drawings explained. Show it:
Der
Motor gemäß
Damit
ein in den vom Außenmantel
Der
Außenraum
Die
Strömung
kann durch Konvektion angetrieben sein oder, wie in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel,
mittels einer Umwälzpumpe
Auf
der Innenseite der Zwischenwand
Im
Spaltrohrinnenraum
Das
zweite Kühlmedium
dient zugleich als Schmiermittel für die als Gleitlager ausgebildeten
Radiallager
Das
Axiallager
Das
Motorgehäuse
Das
Spaltrohr besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material,
um die Magnetfelder des Stators
Durch
die vollständige
Kapselung mittels Spaltrohr können
im Bereich des Außenraums
Der
erfindungsgemäße Motor
kann aufgrund seiner Konstruktion, wie sie dem in
In
Am
oberen Ende der Zwischenwand
Die
Umwälzpumpe
kann beispielsweise unmittelbar vom Rotor des Motors angetrieben
werden, wobei hierfür
eine magnetische Kopplung bevorzugt wird, so dass die Motorwelle
nicht auch auf der Unterseite aus den Spaltrohrinnenraum
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
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