DE102012019423B3 - Double can - Google Patents
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Abstract
Doppelspalttopf, insbesondere zum Einbau in eine Magnetkupplungsanordnung, mit einem Innentopf (1) und einem Außentopf (2), deren Wände einen Zwischenraum (Z) mit einem zylindrischen Bereich einschließen, wobei der zylindrische Bereich mit einer insbesondere festen Einlage aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Grafiteinlage (3) ausgefüllt ist.Double gap pot, in particular for installation in a magnetic coupling arrangement, with an inner pot (1) and an outer pot (2), the walls of which include a space (Z) with a cylindrical area, the cylindrical area having a particularly solid insert of a material with high heat conductivity , in particular a graphite insert (3) is filled.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Doppelspalttopf, insbesondere zum Einbau in eine Magnetkupplungsanordnung.The present invention relates to a double-gap pot, in particular for installation in a magnetic coupling arrangement.
Derartige Spalttöpfe finden Verwendung als Bauteil in Magnetkupplungen in Pumpen, Rührwerken, Lüftern, Mischern, Zentrifugen, etc. welche insbesondere in der chemischen Industrie und in der Reaktortechnik im Umgang mit aggressiven, giftigen oder explosiven Fördermedien eingesetzt werden.Such splitters are used as a component in magnetic clutches in pumps, agitators, fans, mixers, centrifuges, etc. which are used in particular in the chemical industry and in reactor technology in dealing with aggressive, toxic or explosive media.
In der europäischen Patentanmeldung
Auch in der europäischen Patentanmeldung
Die genannten Systeme haben jedoch Nachteile. So führen die systembedingt entstehenden Wirbelströme der rotierenden Magnetkupplung zu einer Temperaturerhöhung im Spalttopf. Die Erwärmung des Innentopfes kann hierbei durch einen inneren, zirkulierenden Flüssigkeitsstrom abgeführt werden. Die Wärme des Außentopfes kann jedoch nicht ausreichend abgeführt werden. Dies ist einerseits auf die nicht ausreichende Abstrahlung an die Atmosphäre und andererseits auf die niedrige Wärmeleitfähigkeit der luftgefüllten Zwischenräume zwischen Innen- und Außentopf zurückzuführen. Bei übermäßiger Erwärmung kann es deshalb zu Verformungen des Außentopfes kommen. Um hier eine Verbesserung zuschaffen und eine höhere Wärmeleitfähigkeit zwischen Innen- und Außentopf zu erreichen, wird in dem Wegenetz ein flüssiges Medium mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingebracht. Dies hat aber den Nachteil, dass dadurch ein Zugang für das flüssige Medium, eine entsprechende Entlüftung und ggf. ein weiterer Überwachungsanschluss benötigt werden. Da Flüssigkeiten im Allgemeinen inkompressibel sind, muss die Einsatztemperatur stark eingeschränkt werden oder der sich durch die Erwärmung bildende Druck zwischen den beiden Töpfen durch eine aufwändige Druckentlastungsmaßnahme kompensiert werden. Nur dann ist eine korrekte Drucküberwachung des Zwischenraumes zwischen dem Außentopf und dem Innentopf möglich und eine Verformung des Innen- bzw. Außentopfes durch Überlastung zu verhindern. Nachteilig bei diesen Systemen ist auch, dass sie aufwändige Messapparaturen und zusätzliche Anschlüsse im Bereich des Spalttopflansches erfordern. Auch das Temperaturgefälle zwischen Innen- und Außentopf und die Druckbeaufschlagung des Zwischenraums werden nachteilig gesehen.However, the systems mentioned have disadvantages. Thus, the system-induced eddy currents of the rotating magnetic coupling lead to an increase in temperature in the containment shell. The heating of the inner pot can be dissipated by an inner, circulating liquid stream. However, the heat of the outer pot can not be sufficiently dissipated. On the one hand, this is due to the insufficient radiation to the atmosphere and, on the other hand, to the low thermal conductivity of the air-filled gaps between the inner and outer pot. Excessive heating may therefore cause deformation of the outer pot. To create an improvement here and to achieve a higher thermal conductivity between inner and outer pot, a liquid medium with high thermal conductivity is introduced in the road network. However, this has the disadvantage that thereby an access for the liquid medium, a corresponding vent and possibly another monitoring connection are needed. Since liquids are generally incompressible, the use temperature must be severely restricted or the pressure between the two pots, which forms as a result of the heating, must be compensated for by a complicated pressure relief measure. Only then is a correct pressure monitoring of the gap between the outer pot and the inner pot possible and to prevent deformation of the inner or outer pot by overloading. Another disadvantage of these systems is that they require expensive measuring equipment and additional connections in the area of the gap-top flange. The temperature gradient between the inner and outer pot and the pressurization of the gap are considered disadvantageous.
Der in dem Sonderdruck der Fa. Burgmann (Dr.-Ing. Bertold Matz, Dipl.-Ing. Hans Georg Scherer: „Grundlagen der Magnetkupplung. Funktionsweise und Auslegung”, Sonderdruckreihe Fa. Burgmann 56D) beschriebene doppelwandige Spalttopf ist nur bei sehr niedrigen Wirbelstromverlusten einsetzbar, da der mit Luft gefüllte Zwischenraum zwischen dem Innen- und dem Außentopf eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt und es so zu einem großen Anstieg der Temperatur des Außentopfes kommen kann. Um dies zu vermeiden muss eine ausreichend große Menge an Kühlflüssigkeit durch den Zwischenraum zirkulieren, um die Wirbelstromverluste abzuführen.The double-walled containment shell described in the special edition of Burgmann (Dr.-Ing. Bertold Matz, Dipl.-Ing. Hans Georg Scherer: "Fundamentals of Magnetic Coupling, Functioning and Design", special edition series Fa. Burgmann 56D) is only at very low Eddy current losses can be used, since the air-filled gap between the inner and the outer pot has a very poor thermal conductivity and it can lead to a large increase in the temperature of the outer pot. To avoid this, a sufficient amount of cooling fluid must circulate through the gap to dissipate the eddy current losses.
Es sind auch doppelwandige Spalttöpfe bekannt, in deren Zwischenraum zur Überwachung der Unversehrtheit der Spalttöpfe ein überwachtes Vakuum erzeugt wird. Hierbei ist stets der Dampfdruck des Fördermediums zu beachten.There are also known double-walled split pans, in the interspace to monitor the integrity of the containment pots a monitored vacuum is generated. In doing so, the vapor pressure of the pumped medium must always be taken into account.
Die Übertragungsleistung bzw. das Drehmoment einer Magnetkupplung wird stark beeinflusst durch den Spalt zwischen dem Innen- und Außenmagneten bzw. von dem Verhältnis zwischen Magnetspalt und Rotordurchmesser. Je kleiner der Spalt zwischen den Magneten, desto größer ist das übertragbare Drehmoment bei gleichbleibendem Rotordurchmesser, während die Kosten für das Magnetmaterial annähernd gleich bleiben. Der Reduzierung des Magnetspaltes sind aus sicherheitstechnischen Gründen Grenzen gesetzt. Die Spalte zwischen dem Spalttopf und den Innen- und Außenmagneten sind so zu wählen, dass unter allen Betriebsbedingungen ein sicherer Betrieb ohne Anlaufen der Magnetkupplung an den Spalttopf gewährleistet ist.The transmission power or the torque of a magnetic coupling is strongly influenced by the gap between the inner and outer magnet or by the ratio between the magnetic gap and the rotor diameter. The smaller the gap between the magnets, the greater the transmittable torque with the rotor diameter remaining the same, while the cost of the magnetic material remains approximately the same. The reduction of the magnetic gap are set for safety reasons limits. The gaps between the containment shell and the inner and outer magnets must be selected so that safe operation without starting the magnetic coupling against the containment shell is ensured under all operating conditions.
Neuerdings spielt der Sicherheitsgedanke gerade bei der Forderung hochgefährlicher und toxischer Fördermedien eine immer wichtigere Rolle. Der Trend geht dahin, dass bei solchen Fördermedien eine zweite Barriere dafür sorgen soll, dass bei einem Spalttopfschaden kein Fördermedium zur Atmosphäre hin austritt. Wie schon beschrieben gibt es hierzu unterschiedliche Ansätze, die alle mehr oder weniger mit Nachteilen behaftet sind.Recently, the idea of safety plays an increasingly important role in the demand for highly dangerous and toxic media. The trend is that with such media a second barrier should ensure that in a split pot damage no fluid escapes to the atmosphere. As already described, there are different approaches to this, all of which are more or less subject to disadvantages.
Die
In der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spalttopf vorzuschlagen, bei dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden oder zumindest stark verringert werden und mit welchem eine Überwachung eines Doppelspalttopfes auf sicheren Betrieb möglich ist.The invention has for its object to provide a containment shell, in which the disadvantages known from the prior art avoided or at least greatly reduced and with which a monitoring of a double-gap pot on safe operation is possible.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Spalttopf gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 4, nämlich einem Doppelspalttopf, insbesondere zum Einbau in eine Magnetkupplungsanordnung, mit einem Innentopf und einem Außentopf, deren Wände einen Zwischenraum mit einem zylindrischen Bereich einschließen, wobei der zylindrische Bereich mit einer insbesondere festen Einlage aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere einer Grafiteinlage ausgefüllt ist. Die im Betrieb der Kupplung entstehende Temperaturerhöhung des Außentopfes durch die Wirbelstromverluste kann aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Grafit sehr gut nach innen an den Innentopf abgeleitet werden und durch den im Inneren der Pumpe zirkulierenden Flüssigkeitsstrom des Fördermediums abgeführt werden. Darüber hinaus hat Grafit eine hohe chemische Korrosionsbeständigkeit gegenüber nahezu allen denkbaren Fördermedien.The object is achieved with a split pot according to
In der Erfindung weist die Grafiteinlage des Doppelspalttopfs ein isoliertes Thermoelement, welches insbesondere als Thermoelementdraht ausgebildet ist, auf. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass für den Fall einer Leckage im Innentopf und im Außentopf die Isolierung des Thermoelements angegriffen bzw. diese durch einen chemischen Angriff aufgelöst wird, die abisolierte blanke Stelle des Thermoelements, bzw. Thermoelementdrahts entweder am Innen- oder Außentopf anliegt. Dadurch kommt es zu einem Überschlag, welcher messtechnisch ausgewertet werden kann.In the invention, the graphite insert of the double-slit pot has an insulated thermocouple, which is designed in particular as a thermocouple wire on. This arrangement has the advantage that in the event of leakage in the inner pot and the outer pot, the insulation of the thermocouple attacked or this is resolved by a chemical attack, the stripped bare spot of the thermocouple, or thermocouple wire rests either on the inner or outer pot. This leads to a rollover, which can be evaluated by measurement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist das Thermoelement über einen Leiter mit einer Anschlussbuchse verbunden, welche zur Kommunikation mit einer Messeinrichtung geeignet ist. Der mit dem Thermoelement verbundene Leiter kann aus dem Zwischenraum nach außen gezogen und für Überwachungszwecke zu einer Messeinrichtung geführt werden. Hiermit können mit dem Thermoelement vorteilhafterweise z. B. nachfolgende Überwachungen durchgeführt werden: die zuvor genannte Leckageüberwachung, Drahtbruch durch einen beschädigten Innen- oder Außentopf, hervorgerufen z. B. durch einen schleifenden Innen- oder Außenmagneten und ein Temperaturanstieg in der Kupplung. Der (Norm-)Widerstand wird im zusammengebauten Zustand bei Raumtemperatur ermittelt bzw. kalibriert. Jede Temperaturänderung hat auch eine Widerstandsänderung zur Folge.In a further advantageous embodiment of the invention, the thermocouple is connected via a conductor to a connection socket, which is suitable for communication with a measuring device. The connected to the thermocouple conductor can be pulled out of the gap to the outside and performed for monitoring purposes to a measuring device. This can advantageously with the thermocouple z. B. subsequent monitoring be performed: the aforementioned leakage monitoring, broken wire through a damaged inner or outer pot, caused z. B. by a dragging inner or outer magnet and a temperature rise in the clutch. The (standard) resistance is determined or calibrated in the assembled state at room temperature. Any temperature change will also result in a change in resistance.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung eines Doppelspalttopfs mit einem Thermoelement, welches insbesondere als Thermoelementdraht ausgebildet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 3 vorgeschlagen. Dieses Verfahren stellt vorteilhafterweise eine einfache und ökonomische Betriebsweise eines Doppelspalttopfs sicher.In a further advantageous embodiment of the invention, a method for monitoring a double-gap pot with a thermocouple, which is in particular designed as a thermocouple wire, proposed according to one of
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment with the aid of a drawing.
In dem in
Das Material des äußeren Spalttopfs
Mit dieser Anordnung können über das Thermoelement bzw. den Thermoelementdraht
- – Wird die Isolierung des Thermoelementdrahtes
3 ,4 angegriffen bzw. löst sich diese durch einen chemischen Angriff auf, liegt die abisolierte blanke Stelle des Drahtes entwederam Innentopf 1 oder am Außentopf 2 an. Es kommt zu einem elektrischen Überschlag, welcher messtechnisch ausgewertet werden kann. - – Es ist ein Drahtbruch durch einen beschädigten Innentopf
1 oder Außentopf 2 , hervorgerufen z. B. durch einen schleifenden Innen- oder Außenmagnet, detektierbar. - – Messung eines Temperaturanstiegs: Der Widerstand wird im zusammengebauten Zustand bei Raumtemperatur ermittelt bzw. kalibriert. Jede Temperaturänderung hat auch eine Widerstandsänderung zur Folge. Bei der beispielhaften in
3 und4 gezeigten Konstruktion sind derInnentopf 1 ,der Außentopf 2 und dieGrafiteinlage 3 kraftschlüssig miteinander verbunden. Die durch die Wirbelstromverluste entstehende Temperaturerhöhung des Außentopfes2 kann aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit der festen Zwischenschicht3 nach innen abgeleitet werden und weiter durch den im Inneren der Pumpe zirkulierenden Flüssigkeitsstrom abgeführt werden.
- - Will the insulation of the
thermocouple wire 3 .4 attacked or dissolves it by a chemical attack, the stripped bare spot of the wire is either on theinner pot 1 or on theouter pot 2 at. It comes to an electrical flashover, which can be evaluated metrologically. - - There is a wire break through a damaged
inner pot 1 orouter pot 2 , caused z. B. by a dragging inner or outer magnet, detectable. - - Measurement of a temperature rise: The resistance is determined or calibrated in the assembled state at room temperature. Any temperature change will also result in a change in resistance. In the exemplary in
3 and4 shown construction are theinner pot 1 , theouter pot 2 and thegraphite insert 3 positively connected with each other. The resulting from the eddy current losses increase in temperature of theouter pot 2 can due to the very good thermal conductivity of the solidintermediate layer 3 are derived to the inside and continue to be dissipated by the circulating inside the pump liquid flow.
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