DE1149448B - Mit einem Kuehlmedium gefuellter Unterwasserelektromotor mit angebautem Waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Mit einem Kühlmedium gefüllter Unterwasserelektromotor mit angebautem Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen mit einem Kühlmedium gefüllten Unterwasserelektromotor, der mit einem zum Abführen der im Motor erzeugten Wärme dienenden, unmittelbar am Motor und zweckmäßig an dessen Unterseite angebauten und mit ihm zu einer Baueinheit zusammengefaßten Wärmneaustauscher so in Wirkverbindung steht, daß das Kühlmedium einen geschlossenen Kreislauf durchlaufen muß, der den Motor und den Wärmeaustauscher enthält.
• Wärmeaustauscher der obengenannten Art dienen zum Abführen der Verlustwärme bei Unterwasserelektromotoren großer Leistung und auch bei Motoren mittlerer und kleinerer Leistung, wenn bei diesen die Gefahr besteht, daß sie sich infolge besonderer Umstände am Einsatzort leicht mit einer Schmutzschicht bedecken oder mit einer Algenschicht überziehen und infolgedessen die Wärme weniger gut nach außen abgeleitet wird.
• Bei einer bekannten elektrischen Motortauchpumpe mit an den Motor angeschlossenem Wärmeaustauscher ist der Ständer vom Läufer durch einen Spalt getrennt und gegen diesen durch ein Spaltrohr abgeschlossen. Der Axialschub wird in diesem Fall durch eine Entlastungsscheibe aufgenommen und das Kühlmedium mittels einer Hilfspumpe durch den Spalt zwischen dem Läufer und dem Ständer des Elektromoters hindurchgedrückt. Außer dem Kühlmedium enthält das Aggregat noch eine von der Förderflüssigkeit unabhängige Druckflüssigkeit für die Entlastungsscheibe, die mit Hilfe einer Pumpe in Umlauf gesetzt wird. Die Kreisläufe der beiden Flüssigkeiten überschneiden sich hierbei.
• Zur Herstellung von Pumpen dieser Art sind zum Teil sehr komplizierte und teure Bauelemente erforderlich, was die Herstellung derartiger Pumpen sehr aufwendig werden läßt, wobei diese Art der Ausführung noch den Nachteil aufweist, daß nur der Läufer und, was zu einer erheblichen Heraufsetzung der Wärmeableitung führt, nicht auch der Ständer von allen Seiten bespült und durchspült wird.
• Bei ebenfalls bekannten wassergefüllten Unterwassermotoren mit Wärmneaustauscher, die wiederum einen durch einen Spalt vom Ständer getrennten Läufer aufweisen, der durch ein Spaltrohr abgekapselt ist, wird das Kühlmedium durch Zentrifugalkraft in Umlauf gesetzt, indem als Förderorgan zwei oder mehrere unmittelbar in das Läufereisenpaket gebohrte und von der Achse aus schräg nach aufwärts gerichtete Löcher benutzt werden. Jene Hälfte der Kühlwasserinenge, die durch die dem Wärmetauscher abgewandte Läuferspalthälfte fließt, wird dabei mittels Rückführnuten in der Welle auf die Seite des Wärmeaustauschers zurückgeleitet.
• Abgesehen davon, daß diese bekannte Anordnung wiederum sehr aufwendig ist, ergeben sich hierbei insbesondere dadurch Schwierigkeiten, daß das Kühlmedium entgegen dem Einfluß der Zentrifugalkraft aus dem Spalt in die Rückführnuten der Welle eingeführt werden muß, was sich störend auswirken kann.
• Zur Beseitigung dieser Nachteile sind gemäß der Erfindung der Stator des Motors mit Längskanälen für das Kühlmedium und der Wärmeaustauscher mit einer Anzahl von zweckmäßig parallel zur Motorachse verlaufenden Vor- und Rücklaufkanälen versehen und die Vor- und Rücklaufkanäle des Wärmeaustauschers mit den Stator-Längskanälen und den Rotor-Längskanälen so verbunden, daß das Kühlmedium einerseits den Rotor und andererseits den Stator bespült und auf seinem Weg zwischen Rotor und Stator im Wärineaustauscher die jeweils aufgenommene Wärme abgibt.
• Abgesehen davon, daß bei diesen Unterwasserelektromotoren nur relativ einfache Bauelemente verwendet werden, wird durch die Be- und Durchspülung sowohl des Rotors als auch des Stators von allen Seiten eine wesentlich erhöhte Wärineabführung erzielt. Darüber hinaus wird auch das Spurlager der Motorwelle gut gekühlt. Die bei den vorbekannten Anordnungen erfolgte Trennung des Stators vom Rotor durch einen Spalt und dessen Abschheßung gegen den Spalt durch ein Spaltrohr entfällt. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Motor gemäß der Erfindung in einem senkrechten Schnitt, Fig. la den Motor nach Fig. 1 in einem Schnitt gemäß der Linie 1-1 der Fig. 1, Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung, bei der das Kühlmedium mit Hilfe der Spurscheibe umgewälzt wird, Fig. 3 eine weitere Ausfährunggsform des erfindungsgemäßen Motors mit einer gegenüber der Ausführung nach Fig. 2 entgegengesetzien Durchflußrichtung g des Kühlmediums und Fig. 4 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Erfindunggsgegenstandes in einem senkrechten Schnitt.
• Bei allen in der Zeichnung dargesrtellten Ausführungsbeispielen ist der mit dem Mcofor zusammenwirkendc Wärm2tzuszher an den Motor angebaut, wobei er inh diesem ein zu einer Baucinheit zusaimmengefaßzes Agg regat bildet. Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsionnen ist der Wärmeaustauscher an der tUnterseite des Motors und keaxial mit ihm angeordnet und mit dem Motor zu einer Baueinheit in Gesivli eines Zyiinders mit einem dein Motordurchinesser entsprechendcn Durchmesser zusammengefaßt. EIr steht mit dem Motor so in Wirkverbindung, daß das Kühlmeaium einen geschlossenen Krrislauf zwischen Motor und Wärmeaustauscher durchlaufen muß.
• Der erfindungsgemäße Wärmetatischer besitzt hieibei eine Anzahl von parallel zur Motorachse verlaufenden Vor- und Rücklaufkanälen, durch die das Kühlraittel auf seinem zwischen Motor und Wärmeaustauscher verlaufenden geschlossenen Kreislauf hindurchgeführt wird.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Statorgehäuse mit 1 bezeichnet, während das Statorblechpaket bei 2, die Wicklung bei 3 und der Rotor bei 4 dargestellt ist. 5 ist das untere Lagergehäuse, an das der Wärmeaustauscher 6 angebaut ist, der Vorlaufkanäle 25 und 26 und Rücklaufkanäle 27 besitzt, die durch eine Dichtung 9 voneinander getrennt sind. Zum Umwälzen des im Motor eingefüllten Kühlmediums dient das Pumpenlaufrad 10, das z. B. aus den Kurzschlußringen oder den auf der Welle des Rotors befindlichen Wuchtscheiben bestehen kann. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß das Kühlmedium zunächst den Rotor und dann den Wärmeaustauscher durchläuft, um nach Verlassen des Wärmeaustauschers über in entgegengesetzter Richtung durchflossene Längskanäle am Stator in den Rotor zurückzugelangen. Das Kühlmedium geht hierbei durch die Längskanäle 11 des Rotors und anschließend gemäß Pfeil 12 durch den unteren Lagerkörper 5, die Vorlaufkanäle 25 und 26 und die Rücklaufkanäle 27 hindurch, und gelangt sodann in die Rücklaufkanäle 13 des unteren Lagerkörpers und von dort aus in die Stator-Längskanäle 14, von wo aus es in den oberen Wickelkopfraum 15 eintritt. Die Stator-Längskanäle sind nicht eigens auf den Statormantel aufgesetzt, sie entstehen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel viehmehr durch die Abdeckung nach außen hin der Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Kühlrippen am Umfang des Stators. Bei Motoren ohne Kühlrippen werden diese Kanäle durch geeignete Ausnehmungen und Bohrungen im Joch der Statorbleche gebildet. Da zwischen dem oberen Wickelkopfraum 15 und dem unteren Wickelkopfraum 16 eine Druckdifferenz besteht, werden der Luftspalt und die Statornuten in Längsrichtung vom Kühlmittel durchflossen und gekühlt.
• Durch geeignete Ausbildung des auf der Welle des Motors sitzenden Pumpenlaufrades kann der Kühlmittelkreislauf auch in umgekehrter Richtung betrieben werden, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit dem Pfeil 17 gezeigt ist. In diesem Falle fließt das Kühlmedium zunächst durch einen Teil des Wärmeaustauschers. Von hier aus wird es durch den Rotor hindurchgeführt, um sodann durch die Stator-Länoskanäle hindurch in umgekehrter Richtun 'g zum Wänneaustauscher zurückzufließen.
• Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist an Stelle des Pumpenlaufrades zum Fördern und Umwälzen des Kühlmediums eine Spurscheibe 18 vorgesehen, die das Medium infolge und unter Ausnutzung ihrer Schleuderwirkung in Umkauf bringt. Sie wirkt hierbei mit dem radial verlaufenden Schmiemuten 19 im Spurlagyerring 20 zusammen. Die Durchflußrichtung des Kühlmediums entspricht derjenigen nach Fig. 1, wie mit den Pfeilen 21, 22 fintgedeutet ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besitzt auch hier der Wärmeaustauscher aii seinem dem Motor ab-ewandten Ende einen annähernd zylindrischen und durch eine Verschlußkappe 23 nach außen hin abgeschlossenen Endumkehrraum 24 und im Körperinneren entlang von drei konzentrischen Kreisen angeordnete zylindrische Rohre 25, 26, 27, von denen die inneren Rohre 25-, 26 die Verbindung zwischen dem Motorinnenraum und dem Endumkehrraum herstellen, während die äußeren Rohre 27 den Endumkehrraum mit den Stator-Längskaaälen 14 verbinden.
• Wenn, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, der Spurscheibee 29 das Förderrnediuni von unt le r her gemäß g Pfeil 30 zugeführt wird, kann der Kühlmittelkreislauf in um-ekehrter Richtung betrieben werden gemäß den Pfeilen 30, 31. 32 ist der Spurlagerring, der radiale Szhmiernuten 33 besitzt.
• Zur zusätzlichen Kühlung des Motors im Falle besonders schwieriger Betriebsverhältnisse kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, ein äußerer zylindrischer SaugMantel 34 vorgesehen werden, der den gesamten Motor 37 mit dem Wänneaustauscher 6 umgibt und durch den das Förderwasser gemäß Pfeil 35 zwangsweise entlang der Motoroberfläche geführt wird, um auf diese Weise die Kühlwirkung zu erhöhen. Der Austritt dieses zusätzlichen Kühlmediums erfolgt bei 36, an dem dem Wärmeaustauscher abgewandten Ende des Motors. Die Eintrittsöffnung 39 des Sauginantels liegt an dem dem Motor abgewandten Ende des Wärmeaustauschers.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Mit einem Kühlm,-diumc",efüllter Unterwasserelektromotor, der mit einem zum Abführen der im Motor erzeugten Wärme dienenden, unmittelbar am Motor und zweckmäßig an dessen Unterseite angebauten und mit ihm zu einer Baueinheit zusammengefaßten Wärmeaustauscher so in Wirkverbindung steht, daß das Kühlmedium einen geschlossenen Kreislauf durchlaufen muß, der den Motor und den Wänneaustauscher enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Motors mit Längskanälen für das Kühlmedium und der Wärmeaustauscher mit einer Anzahl von zweckmäßig parallel zur Motorachse verlaufenden Vor- und Rücklaufkanälen versehen ist und die Vor- und Rücklaufkanäle des Wärmeaustauscheis mit den Stator-Längskanälen und den Rotor-Längskanälen so verbunden sind, daß das Kühlmedium einerseits den Rotor und andererseits den Stator bespült und auf seinem Weg zwischen Rotor und Stator im Wärmeaustauscher die jeweils aufgenommene Wärme abgibt.
2. 2. Unterwasserelcktromotor nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Kreislaufbahn für das Kühlmittel aus mehreren Roior-Längskanälen, dem unteren Wickelkopfraum, dem Innenraum des unteren Lagerkörpers, dem das Spurlager des Elektromoiors umgebender Rauin, den Vior- und Rücklaufkanälen des Wärmeaustauschers, aus Rücklaufkanälen im unteren Lagerkörper. den Stator-Längskanälen und aus dem an die Rotor-Länaskanäle anceschlossenen oberen Wickelkopfraum besteht und die einzelnen Bahn, in der obigen Reihenfolge miteinander stehen.
3. 3 Uaterwassereickiromotor nach Anspruch 1 oder 2,e dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium zunächst den Rotor durch dessen Längskcanäre hindurch und sodana den Wärmeaustausczher durchläuft, urtm nach Verlassen des über die in entgegengesetzter durchflossenen Stator-Längskanäle in die Rotor-Längskanäle zurückzugelagen.
4. 4. Unterwassserelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium zunächst durch einen Teil des Wärarneaustauschers und von diesem aus durch den Motor hindur c hgeführt g 1. wird, um sodann durch die Stitor-Längskanäle hindurch in umgekehrter Richtung zum Wärmeaustauscher zurückzuffießen.
5. 5. Unterwasserlektromotor nach einem der 5. Unterwasserlektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern und Umwälzen des Kühlmediums ein Panapenlaufrad dient, das auf der Welle des Mocois sitzt und der zu erzielenden Förderrichturng eatsprechend ausgebildet ist, wobei als Pumponlaufrad z. B. die auf der Rotorwelle angeordneten Wuchtscheibein, die Kurzschlußringe od. dgl. verwendet werden können.
6. 6. Unterwasserelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Fördern und Umwälzen des Kühlmediums die Spurscheibe auf der Rotorwelle und im Zusammenwirken hiermit die radial verlaufenden Schmiernuten im Spurlag gerring dienen.
7. 7. Unterwasserelektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Längskanäle aus den nach außen hin abgedezknen Vertiefungen zwischen jeweils zwei b2nachbarten Kühlrippen am Umfang des Stators bestehen.
8. 8. Uwerwasserelektromotor nach einem der Ansprüche 1. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Längskanäle durch entsprechende Ausnehmungen und Bohrungen im Joch der Statorbleche aebildet werden.
9. 9. Unterwasserelchktromotor nach einem der Aiisprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vzfcärmcaustauscher aiin seinem dem Motor abgewvandten Ende einen annähernd zylindrischen und durch eine Versdhiliußkappe nach außen hin Endumkehrraum und im Körperinneren entlang von drei konzentrischen Kreisen angeordnete Rohre besnzt, voii denen die inneren Rohre die Verbindung zwischen dem Motorinnenmum und dein Eadunikehrraum herstellen, während die äußeren Rohre den vorg enannten Endumkehrraum mit den Stator-Längskanälen ver-10. Unterwasserelektrornotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit dem Wänneaustauscher von einem zylindrischen Saugmaniel umgeben ist, dessen 7--inirittsöffnun- an dem deai Motor abgewandten Erde des Wäiineausil--gusciieis und dessen Austriasöffnung an denn dem Wärineaustauscher abgewandten Ende des Motors liegt und durch den das Förderwasser zwangsweise entlang der Moioroberfläche hindurcligeführt wird. .ta Betracht gezo--Viie Druckschriften: Deutsche Patenischrit',en Nr. 680 2-17, 94-2 338; USA.-Patentschrift Nr. 2,055 480.