DE1053647B - Hermetically sealed, electric motor-pump unit - Google Patents
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Description
Hermetisch gekapseltes, elektrisches Motor-Pumpen-Aggregat Hermetisch gekapselte elektrische Motor-Pumpen-Aggregate zur Förderung korrosiver Flüssigkeiten hohen Druckes und hoher Temperatur, insbesondere des Wassers, das durch einen Kernreaktor der Druckwassertype strömt, bestehend aus einem umlaufenden Pumpenrad in einem Gehäuse, einem Elektromotor, dessen Rotorwelle an beiden Enden in Lagern laufende Verlängerungen besitzt und an einer dieser Verlängerungen das Pumpenrad trägt, einem feststehenden, rohrförmigen Rahmen einer Statorwicklung und Mitteln für die hermetische Kapselung eines Stators, die einen den Rotor und die Lager enthaltenden Innenraum einschließen, sind bekannt.Hermetically sealed, electric motor-pump unit, hermetically sealed encapsulated electric motor-pump units for pumping corrosive liquids high pressure and high temperature, especially of the water flowing through a nuclear reactor the pressurized water type flows, consisting of a rotating pump wheel in a housing, an electric motor, the rotor shaft of which has extensions running in bearings at both ends owns and carries the impeller on one of these extensions, a fixed, tubular frame of a stator winding and means for hermetic encapsulation a stator, which enclose an interior containing the rotor and the bearings, are known.
Bei einer bekannten Ausführungsform ist zur Kühlung .der Flüssigkeit in dem Innenraum ein äußerer Kühlapparat vorgesehen, jedoch sind keine Vorkehrungen für eine direkte Kühlung des Statorkerns und der Wicklungen getroffen.In a known embodiment, the liquid is used for cooling an external refrigerator is provided in the interior, but no provisions are made taken for direct cooling of the stator core and windings.
Bei einer anderen bekannten Ausführung findet ebenfalls ein äußerer Kühlapparat Verwendung; außerdem sind im Innern des Gehäusemantels Kühlwindungen vorgesehen. Der Stator ist jedoch nicht hermetisch abgeschlossen, und es fehlt die Zirkulation eines Kühlmediums durch den Statorkern und über die Wicklungsköpfe der Statorwicklung.In another known embodiment, there is also an external one Refrigerator use; In addition, there are cooling windings inside the housing jacket intended. However, the stator is not hermetically sealed and it is missing Circulation of a cooling medium through the stator core and over the winding heads of the Stator winding.
Bei weiteren bekannten Ausführungsformen handelt es sich nicht um hermetisch abgeschlossene Statoren mit Kühlung des Statorkerns und der Wicklungen durch ein eigenes Kühlmedium.In other known embodiments it is not Hermetically sealed stators with cooling of the stator core and the windings with its own cooling medium.
Gegenüber diesen bekannten Lösungen kennzeichnet sich die Erfindung durch ein Außengehäuse, welches mit dem Motorrahmen einen mit dem Innenraum an beiden Enden kommunizierenden Ringraum bildet, eine Labyrinthdichtung, welche den Zulauf von zur Füllung des Innenraumes und dieses Ringraumes ausreichender Flüssigkeit aus dem Pumpengehäuse gestattet, das freie Strömen dieser Flüssigkeit zwischen dem Pumpengehäuse einerseits und dem Innenraum und dem Ringraum andererseits jedoch verhindert, und durch eine von dem Pumpenrad unabhängige Pumpeneinrichtung zur Erzeugung einer Zirkulation der in dem Innenraum und dem Ringraum enthaltenen Flüssigkeit im Zusammenwirken mit einem Statorkühlsystem, das die Zirkulation eines eigenen Kühlmediums im Kreislauf um die Wickelköpfe der Statorwicklung an der einen Stirnseite des Stators, durch den Statorkern auf einem Weg nächst der inneren Umfangsfläche des Stators, um die Wickelköpfe der Statorwicklung an der anderen Statorstirnseite herum und zurück durch den Statorkern auf einem Weg nächst der äußeren Umfangsfläche des Stators bewirkt.The invention is distinguished from these known solutions by an outer housing, which is connected to the motor frame one with the interior of both Annular space communicating at the ends forms a labyrinth seal, which is the inlet of sufficient liquid to fill the interior space and this annular space from the pump housing allows the free flow of this liquid between the Pump housing on the one hand and the interior and the annular space on the other hand, however prevented, and by a pump device independent of the pump wheel for generation a circulation of the liquid contained in the interior and the annular space in conjunction with a stator cooling system that has its own circulation Cooling medium in the circuit around the end windings of the stator winding on one end face of the stator, through the stator core on a path closest to the inner peripheral surface of the stator to the end windings of the stator winding on the other stator face around and back through the stator core on a path closest to the outer peripheral surface of the stator causes.
Es sind somit zwei Kühlsysteme vorhanden; einmal zirkuliert ein eigenes Kühlmedium auf einem Weg, der die Wickelköpfe der Statorwicklung an einem Ende des Stators, axiale Kanäle durch den Statorkern nächst der inneren Umfangsfläche des Stators, die Enden am anderen Ende des Stators und axiale Kanäle durch den Statorkern nächst der äußeren Umfangsfläche des Stators umfaßt. Zum anderen zirkuliert die Flüssigkeit in axialer Richtung durch den Ringspalt zwischen dem Stator und dem Rotor und kehrt durch einen zwischen der Außenfläche des Motorrahmens und einem den Motorrahmen umgebenden äußeren Gehäuse angeordneten Ringraum wieder zurück.There are thus two cooling systems; once its own circulates Cooling medium in a way that the end turns of the stator winding at one end of the Stator, axial channels through the stator core closest to the inner peripheral surface of the Stator, the ends at the other end of the stator and axial channels through the stator core next to the outer peripheral surface of the stator. On the other hand, the circulates Liquid in the axial direction through the annular gap between the stator and the Rotor and returns through one between the outer surface of the motor frame and one the motor frame surrounding the outer housing arranged annular space back again.
Das ersterwähnte Kühlsystem kühlt nicht nur direkt die Statorwicklung und den Kern, sondern auch die zirkulierende Flüssigkeit, die wiederum .den Rotor und die Lager des Motors kühlt.The first-mentioned cooling system not only directly cools the stator winding and the core, but also the circulating fluid, which in turn .the rotor and cools the motor bearings.
Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet nicht bloß eine wirksame Kühlung, sondern erhöht auch die Sicherheit des Betriebes, weil die ganze ätzende Flüssigkeit hohen Drucks innerhalb des Motors auf diesen Bereich beschränkt bleibt und somit die Gefahr eines Leckwerdens nach außen nicht besteht.The device according to the invention not only ensures an effective one Cooling, it also increases the safety of operation because the whole corrosive High pressure fluid within the engine is restricted to this area and thus there is no risk of leakage to the outside.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel. Es stellt dar Fi.1 einen teilweisen Längsschnitt des oberen Teils' eines Motor-Pumpen-Aggregats der erfindungsgemäßen Art, Fig.2 den zugehörigen unteren Teil dieses Aggregats im Längsschnitt. Das Motor-Pumpen-Aggregat besteht aus einem Motorrahmen 101 mit angeschweißten Endplatten 102 und 103. Die Statorlamellenpakete 104 besitzen Schlitze oder Nuten zur Aufnahme von Wicklungen 106 und sind hermetisch in dem Motorrahmen 1Ö1 durch einen dünnwandigen Zylinder 112 abgeschlossen, der durch die Statorlamellen und Zylinder 108 und 109 sowie Ringe 110 und 111 abgestützt ist. Wickelköpfe 107 (an dem einen Ende 104) sind durch einen Außenzylinder 105 gekapselt, der an einem Ende in einer Ringnut 110' des Ringes 110 getragen und am anderen Ende mit einem Ring 105' verschweißt ist, der an seinem Innenumfang an dem Zylinder 108 festgeschweißt ist.The figures show an exemplary embodiment. It represents Fi.1 one partial longitudinal section of the upper part 'of a motor-pump unit of the invention Art, Fig.2 the associated lower part of this unit in longitudinal section. That The motor-pump unit consists of a motor frame 101 with welded-on end plates 102 and 103. The stator lamination packs 104 have slots or grooves for receiving them of windings 106 and are hermetically sealed in the motor frame 1Ö1 by a thin-walled Cylinder 112 completed by the stator bars and cylinders 108 and 109 as well as rings 110 and 111 is supported. End winding 107 (at one end 104) are encapsulated by an outer cylinder 105 which, at one end, is in an annular groove 110 'of the ring 110 and welded at the other end to a ring 105' which is welded to the cylinder 108 at its inner circumference.
Ein Rotor 115 ist durch einen dünnwandigen Zylinder 137 abgeschlossen; er besitzt an gegenüberliegenden Enden Wellenverlängerungen 117 und 118. Auf diese Wellenverlängerungen sind Achslager 120 und 121 aufgezogen, die in Gleitlagern 122 bzw. 123 laufen. Letztere werden von Ringen 130 bzw. 131 getragen. Der Trägerteil 130 ist an der Endplatte 102 auf geeignete Weise befestigt, z. B. durch Bolzen, die durch einen Flansch dieses Trägers 130 greifen. Letzterer dient zugleich als Kappe für den Abschluß der Öffnung der Platte 102 und kann durch eine schmale Schweißnaht 170 abgedichtet sein, die ein Lecken durch die Öffnung der Endplatte ausschließt. Der Axialschub wird durch einen Druckring 132 der Wellenverlängerung 118 aufgenommen; dieser Druckring arbeitet zusammen mit Drucklagern 133, 134, die ihrerseits durch Trägerteile 131 und 136 bzw. gehalten sind. Der Zylinder 112 bildet mit den Trägerteilen 108, 102, 130, 109, 131 und 136 den Motor-Innenraum 149, der den Rotor 115 und die Lager 122 und 123 enthält.A rotor 115 is closed by a thin-walled cylinder 137; it has shaft extensions 117 and 118 on opposite ends Shaft extensions are mounted on axle bearings 120 and 121, which are mounted in plain bearings 122 or 123 run. The latter are carried by rings 130 and 131, respectively. The carrier part 130 is attached to the end plate 102 in a suitable manner, e.g. B. by bolts, which engage through a flange of this carrier 130. The latter also serves as Cap for closing the opening of the plate 102 and can be welded through a narrow seam 170, which prevents leakage through the opening of the end plate. The axial thrust is absorbed by a pressure ring 132 of the shaft extension 118; this pressure ring works together with pressure bearings 133, 134, which in turn go through Carrier parts 131 and 136 are held, respectively. The cylinder 112 forms with the support members 108, 102, 130, 109, 131 and 136 the motor interior 149, the rotor 115 and the Contains bearings 122 and 123.
Ein Pumpenflügelrad 140 einer Zentrifugalpumpe sitzt auf der Wellenverlängerung 118; es saugt Flüssigkeit durch einen Einlaß 141 des Pumpengehäuses 144 und gibt diese Flüssigkeit durch den Auslaß 143 ab. In dem Pumpenrad 140 ist eine Vielzahl von Kanälen 140' (von denen nur einer gezeigt ist) vorgesehen, um die Ausbreitung des Saugdruckes in eine Ringkammer 142' auf der gegenüberliegenden Seite des Rades 140 und damit einen teilweisen Ausgleich der hydraulischen Unbalanz des Rades 140 zu ermöglichen. Labyrinthdichtungen 147 verhindern das freie Überströmen von Flüssigkeit in den Raum 142' aus dem Pumpenraum 142. Die Flüssigkeit in dem Raum 142' wird ihrerseits an einem freien Überströmen in das Motoraggregat durch eine Labyrinthdichtung 148 gehindert; die Flüssigkeit kann aber durchsickern; so daß der Innenraum 149 und der übrige Raum der Motoreinheit mit Flüssigkeit bei im wesentlichen vollem Systemdruck gefüllt werden. Der rohrförmige Motorrahmen 101 ist unter Wahrung eines Zwischenraumes von einem rohrförmigen Außenmantel 156 umgeben, der an einem Ende an dem Pumpengehäuse 144 festgeschweißt ist (Fig. 2).A pump impeller 140 of a centrifugal pump sits on the shaft extension 118; it sucks liquid through an inlet 141 of the pump housing 144 and gives this liquid through the outlet 143 from. There are a plurality in the impeller 140 of channels 140 '(only one of which is shown) are provided to facilitate the propagation of the suction pressure into an annular chamber 142 'on the opposite side of the wheel 140 and thus a partial compensation of the hydraulic imbalance of the wheel 140 to enable. Labyrinth seals 147 prevent liquid from flowing over freely into the space 142 'from the pump space 142. The liquid in the space 142' is in turn a free overflow into the motor unit through a labyrinth seal 148 hindered; however, the liquid can seep through; so that the interior 149 and the remaining space of the motor unit with liquid at essentially full system pressure be filled. The tubular motor frame 101 is while maintaining a space surrounded by a tubular outer jacket 156 attached at one end to the pump housing 144 is welded in place (Fig. 2).
Die Motoreinheit, bestehend aus dem Rahmen 101, Lagern, dem eigentlichen Motor und dem Pumpenflügelrad, ist an dem Pumpengehäuse 15'6 befestigt, und zwar durch einen Haltering 175, der an einem schweren Ringflansch 158 des Außenmantels 156 in beliebiger Weise befestigt, z. B. verschweißt ist und mit einem Flansch 176 der Motorendplatte 102 zusammenarbeitet derart, daß die Motoreinheit druckdicht an dem benachbarten Ende des Außenmantels 156 anliegt. Eine Dichtung 177, vorzugsweise aus leitendem Werkstoff, wie Kupfer, ist zwischen dem Flansch 176 und dem Ende des Außenmantels 156 angeordnet. Der hermetische Abschluß des Motoraggre-Bates gegen den Außenmantel 156 erfolgt durch eine schmale Schweißnaht 179.The motor unit, consisting of the frame 101, bearings, the actual motor and the pump impeller, is fastened to the pump housing 15'6 by a retaining ring 175 which is fastened to a heavy annular flange 158 of the outer jacket 156 in any desired manner, e.g. B. is welded and cooperates with a flange 176 of the motor end plate 102 such that the motor unit rests against the adjacent end of the outer shell 156 in a pressure-tight manner. A seal 177, preferably made of a conductive material such as copper, is disposed between the flange 176 and the end of the outer jacket 156. The motor assembly is hermetically sealed against the outer jacket 156 by a narrow weld seam 179.
Zwecks Kühlung des Motors und Schmierung der Lager treibt ein Hilfspumpenrad 150, das im Innenraum 149 auf der Wellenverlängerung 117 vor dem Lager 120 aufgezogen ist, den überwiegenden Teil der Flüssigkeit durch den Ringspalt 149' zwischen Statur und Rotor; der Rest der Flüssigkeit fließt nach oben über das Lager 122 und kehrt zur Saugseite der Hilfspumpe 150 zurück. Der überwiegende Teil der Flüssigkeit fließt nach dem Durchgang durch den Spalt zwischen Rotor und Statur über Lager 123 und die Drucklager 133 und 134 in den Ringraum 93. Sodann strömt die Flüssigkeit zurück durch den Ringraum 155 zwischen dem Motorrahmen 101 und dem Außenmantel 156 und kehrt durch Kanäle 157 in der Endplatte 102 und dem Lagerträger 130 zur Saugseite der Hilfspumpe 150 zurück. Um eine gute Kühlung zu gewährleisten, ist der Querschnitt des Ringraumes 155 klein gehalten und zugleich die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit hoch gewählt, was einer Steigerung des Wärmeüberganges von dem Motorrahmen 101 auf die Flüssigkeit gleichkommt.An auxiliary pump wheel drives to cool the motor and lubricate the bearings 150, which is drawn up in the interior 149 on the shaft extension 117 in front of the bearing 120 is, the majority of the liquid through the annular gap 149 'between stature and rotor; the remainder of the liquid flows up over the bearing 122 and reverses back to the suction side of the auxiliary pump 150. Most of the liquid flows after passing through the gap between rotor and stator via bearings 123 and the thrust bearings 133 and 134 in the annular space 93. The liquid then flows back through the annulus 155 between the motor frame 101 and the outer shell 156 and returns to the suction side through channels 157 in end plate 102 and bearing bracket 130 the auxiliary pump 150 back. To ensure good cooling, the cross-section is of the annular space 155 kept small and at the same time the flow rate of the Cooling liquid chosen high, which increases the heat transfer from the engine frame 101 equates to the liquid.
Für den Statur 104 wird von außen ein Kühlmittel, vorzugsweise isolierendes Öl, zugeführt durch einen Einlaß 160, der durch die Endplatte 102 und Ring 105' in einem Ringraum 161 des Stators mündet, wo das Kühlmedium um die Wickelköpfe 107 in dem Raum 161 zirkuliert. Das Kühlmittel fließt dann durch eine Anzahl von Längsschlitzen 162 am Innenumfang des Stators 104; diese Längsschlitze sind durch den Zylinder 112 an der Innenbohrung des Stators abgeschlossen. Das Kühlmittel strömt hierauf in einen Ringraum 163, wo es um die Wickelköpfe 107 am anderen Ende der Statorwicklungen 106 zirkuliert, hierauf um das freie Ende eines Leitrohres 163', das mit seinem anderen Ende an dem Ring 110 (Fig. 2) festgeschweißt ist, und schließlich durch Längsschlitze 164 in den Statorlamellen 104 und dem Motorrahmen 101 über einen Auslaß 165 in der Motorendplatte 102 zurück zu der außenliegenden Kühlungsquelle.A coolant, preferably an insulating one, is used for the stator 104 from the outside Oil supplied through inlet 160 passed through end plate 102 and ring 105 ' opens into an annular space 161 of the stator, where the cooling medium around the winding heads 107 circulates in room 161. The coolant then flows through a number of longitudinal slots 162 on the inner circumference of the stator 104; these longitudinal slots are through the cylinder 112 completed at the inner bore of the stator. The coolant flows on it into an annular space 163, where it is around the end turns 107 at the other end of the stator windings 106 circulates, then around the free end of a guide tube 163 ', which with his other end is welded to the ring 110 (Fig. 2), and finally through Longitudinal slots 164 in stator bars 104 and motor frame 101 via an outlet 165 in the motor end plate 102 back to the external cooling source.
Dieses Kühlsystem gewährleistet trotz seiner Einfachheit eine wirksame Kühlung des Stators und dessen Wicklungen. Das durch viele enge Längsschlitze an dem Innenumfang des Stators strömende Kühlmedium ist mit einem weiten Bereich des Stators in Berührung; dank des kleinen Querschnitts der erwähnten Schlitze muß das Kühlmedium mit hoher Geschwindigkeit strömen; dabei vollzieht sich eine wirksame Kühlung des Stators, ohne daß eine Vergrößerung des Aggregates oder eine Komplizierung im Aufbau :desselben in Kauf genommen werden muß. Das Kühlmittel ist überdies iti Kontakt mit der Außenoberfläche des dünnwandigen Zylinders 1.12, der den Starar in dem Motorrahmen abschließt; hierdurch wird die Kühlung der übrigen Teile des Aggregates insofern gefördert, als von der in dem Innenraum 149 zirkulierenden Flüssigkeit Wärme absorbiert wird. Infolge der Rückführung der Flüssigkeit zu der außenliegenden Duelle über Längsschlitze an dein Außenumfang des Statbrs ergeben sich zusätzliche Berührungsflächen zwischen der Flüssigkeit und dein Statur und damit eine zusätzliche Abfühtüng von Wärme aus der Motoreinheit.Despite its simplicity, this cooling system ensures an effective one Cooling of the stator and its windings. That through many narrow longitudinal slits the inner circumference of the stator flowing cooling medium is with a wide range of the Stator in contact; thanks to the small cross-section of the slots mentioned, it must Flow cooling medium at high speed; an effective one takes place Cooling of the stator without enlarging the unit or complicating it under construction: the same must be accepted. The coolant is also iti Contact with the outer surface of the thin-walled cylinder 1.12, which is the Starar terminates in the engine frame; This will cool the remaining parts of the Aggregates promoted insofar as by the liquid circulating in the interior 149 Heat is absorbed. As a result of the return of the liquid to the external one Duels over longitudinal slots on your outer circumference of the Statbrs result in additional Contact surfaces between the liquid and your stature and thus an additional Removal of heat from the motor unit.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1053647XA | 1954-07-01 | 1954-07-01 |
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Family Applications (1)
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