DE1453711A1 - Elektromotor-Pumpenaggregat - Google Patents

Description

ALLIS-CHALMEfiS MANUFACTURING COMPANY 1126 South 70th Street, West Allia 14, Wisconsin, USA

Elektromotor-Pumpenaggregat Priorität: USA Hr. 129 099 vom 3. August 1961

Die Erfindung "betrifft eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe, wobei der Elektromotor und die Pumpe zu einem Aggregat vereinigt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Elektromotor-Pumpenaggregat, bei dem der Elektromotor mit einem "Spaltrohr" versehen ist·

Ein "Spaltrohr"-Elektromotor ist aus der Elektrotechnik bekannt} er besitzt einen Spaltrohr-Ständer, d.h. der Ständer ist nach dem Einbau in den Motor dicht in ein Gehäuse oder "Spaltrohr" eingeschlossen, welches aus einer zylindrischen Hülse besteht, die zwischen Läufer und Ständer angeordnet ist. Dadurch wird eine Läuferkammer gebildet, die von dem Ständer durch das Spaltrohr getrennt ist. Dieses dient zum Schutz der elektrischen Wicklungen des Ständers vor einem durch die Läuferkammer fließenden flüssigen oder gasförmigen Strömungsmittel· In vielen Fällen ist auch

to der Läufer in ein eigenes Gehäuse oder "Spaltrohr" dicht eingeo . .

to schlossen, um die Läuferwicklungen vor Flüssigkeit oder Gas in oo . .

""* der Läuferkammer zu schützen.

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JJ Bei einem Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat gemäß der Erfin- * ° dung ist das Stand er gehäuse oder das Ständerspalt rohr (im folgen-

• den kurz als "Spaltrohr" "bezeichnet) an einem Ende an dem Motorgehäuse und am anderen Ende an einem zv/isciien dem. Motor und der Pumpe angeordneten Lagerschild dicht angebracht. Im Betrieb flie ein Flüssigkeits- oder Gasstrom von der Pumpe entlang der Pumpen welle in die durch das Ständerspalt rohr gebildete Läuferlcammer und dann durch geeignete Leitungen zurück zu der Saugseite der Pumpe. Ein derartiges Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat ist in der Technik als dichtungsloses Motor-Pumpenaggregat bekannt.

Das Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat findet besonders dort Anwendung, wo hochexplosive, wertvolle oder giftige Flüssigkeite: auftreten. Der Energieverlust auf Grund der Läuferdrehung in ein mit Flüssigkeit gefüllten Läuferkammer ist jedoch bei diesen Motor-Pumpenaggregaten insbesondere bei hohen Drehzahlen und bei der Verwendung dichter Flüssigkeiten übermäßig hoch. Wenn z.B. ein Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat, dessen Rotor in einer flüssigkeitsgefüllten Kammer läuft, bei einer Drehzahl von 7200 U.p.M. arbeitet, wird mehr als 50% der Energie des Elektromotors zum Antrieb des Rotors anstatt zum Pumpen der Flüssigkeit verbraucht«

Das ist ein beträchtlicher Nachteil. Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregates, bei dem dieser Nachteil im wesentlichen vermieden wird und das Motor-Pumpenaggregat einen verbesserten Wirkungsgrad hat.

Ein Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat mit einem Motorgehäuse, welches wenigstens ein Endteil zur drehbaren Anbringung einer einen innerhalb des Gehäuses angeordneten' Läufer tragenden Lauf ei welle, einem den Läufer umgebenden Ständer und einem an dem Ge-

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häuae gehalterten zylindrischen Spaltrohr, welches in dem Luftspalt zwischen Läufer und Ständer angeordnet ist und eine Läuferkammer bildet, die im Betrieb einen zwischen der Welle und dem Endteil von einer Pumpe her fließenden Flüssigkeitsstrom aufnimmt, wobei die Pumpe an dem Motorgehäuse befestigt ist und ein an einer Verlängerung der Läuferwelle angebrachtes Pumpelement aufweist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch Mittel, welche zwischen der Läuferwelle und dem Endteil angeordnet sind und mit diesen Elementen zusammenarbeiten, um dazwischen einen verengten Kanal auszubilden, welcher die Flüssigkeitsströmung in die Läuferkammer in einem solchen Ausmaß begrenzt, daß während des Betriebes im wesentlichen die gesamte durch den verengten Kanal in die Läuferkammer gelangende Flüssigkeit durch die von dem Motor erzeugte Wärme verdampft wird.

Das Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat gemäß der Erfindung steuert das in die Läuferkammer fließende Flüssigkeitsvolumen, so daß sich dort eine sehr geringe die Läuferdrehung behindernde Flüssigkeitsmenge befindet. Diese sehr geringe in die Läuferkamme: strömende Flüssigkeitsmenge wird durch die Motorwärme erhitzt und verdampft. Der Dampf dehnt sich aus und übt einen geringfügig größeren Druck als die Flüssigkeit außerhalb der Läuferkammer aus daher fließt keine weitere Flüssigkeit in die Läuferkammer und der Läufer arbeitet in dem Dampf bei äußerst geringem Energieverlust.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben, welche einen teilweise geschnittenen Aufriß eines Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregates gemäß der Erfindung

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Nach der Zeichnung umfaßt ein Spaltrohr-Elektromotor-Puinpenag-•gregat 10 einen Elektromotor 11, der an einer Kreiselpumpe 14 befestigt ist. Der Motor besitzt eine Läuferwelle 12, deren Verlängerung mit dem Flügelrad 13 der Kreißelpumpe 14 in Verbindung steht.

Der Elektromotor 11 besitzt ein Gehäuse, welches ein den Ständer · 17 umgebendes ringförmiges Joch 16 umfaßt. Der Ständer umgibt seinerseits den auf der Läuferwelle 12 angebrachten Läufer 18. Das Motorgehäuse weist außerdem zwei ringförmige Stirndeckel 19 auf, die zur Bildung einer Ständerkammer miteinander und mit dem Joch 16 durch Bolzen verbunden sind. In dem Luftspalt zwischen dem Läufer 18 und dem Ständer 17 ist ein zylindrisches Ständer-Spaltrohr 20 angeordnet; dieses bildet eine Läuferkammer 21, innerhalb der der Läufer angeordnet ist.

Das Ständer-ßpaltrohr 20 ist an beiden Enden abgedichtet, um die Ständerkammer hydraulisch dicht von der Läuferkammer abzuschliessen. Diese Abdichtung erfolgt durch O-Ringe 22, welche an Jedem Ende des Ständer-Spaltrohres vorgesehen sind; diese sind zwischen dem betreffenden zu diesem Zwecke abgeflanschten Ende des Stator-Spaltrohres und einen Teil des Motorgehäuses bildenden, im folgenden beschriebenen Endteilen 30 und 35 eingeklemmt.

Der Läufer ist in ein zylindrisches Läufer-Spaltrohr 24· mit Endgliedern eingeschlossen, um die Läuferwicklungen vor der Flüssigkeit in der Läuferkammer 21 zu schützen.

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Während bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zu dem Spaltrohr-Elektromotor^Pumpenaggregat eine Kreiselpumpe gehört, kann natürlich auch jede andere Flüssigkeits-Pumpvorrichtung verwendet werden. An Stelle des Flügelrades 13 kann an der Verlängerung der Läuferwelle 12 je nach der Art der verwendeten Pumpvorrichtung irgend ein anderes geeignetes Pumpelement angebracht werden·

Das Flügelrad 13 i3t von einem Kreiselpumpengehäuse 26 mit einer axialen Einlaßöffnung 27 und einer im radialen Abstand hierzu angeordneten Auslaufkammer 28 umgeben.

Das Endteil 30 des Motorgehäuses bildet einen Lagerschild, welcher die Läuferwelle 12 umgibt und zwischen dem Elektromotor 11 und der Pumpe 14 angeordnet ist. Das Lagerschild-Endteil 30 (im folgenden kurz als "Lagerschild 30" bezeichnet) ist durch Bolzen 31 mit dem Pumpengehäuae 26 verbunden und bildet die Rückendeckplatte der Pumpe. Das andere Ende des Lagersohildes 30 ist mit dem Stirndeckel 19 des Motorgehäuses durch Bolzen 32 verbunden} es verschließt das eine lade der Läuferkammer 21.

Das Südteil 33 des Motorgehäuses bildet einen Lagerschild, weleher das andere lode der Lttuferwelle 12 auf der.von der Pumpe abgewandten Seite des Läufer« 18 umgibt. Das Lagerschild-Endteil (im folgenden kues als "Lagerschild 35" bezeichnet) ist glockenartig geformt und mit de» betreffenden Stirndeckel 19 des Motorgehäuses durch geeignete Bolzen 36 verbunden} es, verschließt das andere Xnde der Läuferkammer 21.

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Gleitlager 38 und 39 sind an der radialen Innenfläche der Lagerschilde 30 bzw. 35 angebracht. Die Gleitlager umgeben und lagern die drehbare Lauferwelle 12 in der üblichen Weise. Die Gleitlager .werden durch die gepumpte Flüssigkeit geschmiert; sie können natürlich auch von einer gesonderten Schiniermittelquelle aus geschmiert werden, wenn daa erwünscht ist.

Die gepumpte Flüssigkeit wird von der Auslaßseite der Kreiselpumpe durch im folgenden zu beschreibende Leitungen in die Gleitlager gebracht, um dort ale Sehmiermittel zu wirken. Eine Leitung 40 ist in dem Lagerschild 30 ausgebildet und verbandet die Auslaßseite der Pumpe 14 mit einem Ende dea Gleitlagers 38. Ein Rohr 41 verbindet die Auslaßöffnung 28a der Pumpe 14 mit dem anderen Gleitlagerschild 35· Die in den Lagerschild 35 eintretende Flüssigkeit dient zur Schmierung dee Gleitlagers 39· Weiter läuft etwas Flüssigkeit hinter dem Flügelrad der Pumpe und entlang der Verlängerung der Läuferwelle :
Schmierung dieses Lagers "bei.

Verlängerung der Läuferwelle zu dem Gleitlager 38 und trägt zur

Das Spaltrohr-Elektromotor- und Pumpenaggregat 10 ist außerdem mit Mitteln versehen, welche die zur Schmierung der Lager verwendete Flüssigkeit aurück zu der Elolaßaqitff der Pumpe fördern, so daß keine Flüssigkeit aus dem System heraufläuft?. Bei dieser besonderen Anordnung i»t die Läuferwelle 12 hohl ausgebildet, um eine AxLalleituBg 44 zu bilden, welch· aioh fast über die gesamte Läng» der Welle er»t»#okt. In der Läuferwelle sind radiale Bohrung en 45 vorgesehen, welche eine Verbindung zwischen der Axialleifrung 44 und ringförmigen Räumen 46 in der Mh e der Lager 38 bfv« 39 herstellen. Somit strömt zwecks Schmierung Flüs-

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pad ordinal./,

sigkeit zunächst um die Lager, dann in die Axialleitung 44 in der Läuferwell* 12 und von dort zu der Hiederdruck-Einlaßseite des Pumpenflügelrades 13*

Die wesentliche Forderung an Motor-Pumpenaggregate dieser Art ist die Vermeidung des Austretens von Flüssigkeit aus dem hydraulischen System. Es ist jedoch außerordentlich schwer, bei dem Pumpenaggregat insbesondere zwischen einem drehenden Teil,wie der Läuferwell· 12, und einem feststehenden Teil, wie dem Rückdeckel des Pumpengehäusee, eine vollkommene Dichtung zu schaffen. Bei dem Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat der beschriebenen Art wird das Herauslaufen von Flüssigkeit aus dem System dadurch verhindert, daß der Flüssigkeit absichtlich die Möglichkeit gegeben wird, hinter dem Pumpenflügelrad entlang der Läuferwelle durch den Hückdeokel der Pumpe und dann zurück durch die Läuferwelle zu der Einlaßseite des Flügelrades zu strömen. Normalerweise würde ein Teil der entlang der Läuferwelle laufenden Flüssigkeit in die Läuferkammer eindringen, so daß diese mit Flüssigkeit gefüllt würde. Wenn die Läuferkammer während des Betriebes des Motors mit Flüssigkeit gefüllt ist, entsteht eine beträchtliche Bremsung des Läufers und der Wirkungsgrad des Aggregates ist stark herabgesetzt.

Wie vorstehend beschrieben, dient die entlang der Läuferwelle laufende Flüssigkeit zur Schmierung der Lager des Motors. In vielen Fällen ist jedoch zusätzliche Flüssigkeit zur Schmierung der Lager erforderlich. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das Motor-Pumpenaggregat mit einem Lager an jedem Ende der Läuferwelle versehen ist, wie das bei dem an Hand der Zeichnung beschrie- ·

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benen Aggregat der Pall ist. Die zusätzliche Flüssigkeit wird bei der beschriebenen Anordnung von der Hochdruckflüssigkeit in der Auslaßkammer der Pumpe entnommen und,wie beschrieben,durch · das Rohr 41 zu dem Gleitlager gefördert. Die zusätzliche Flüssigkeit zur Schmierung der Lager vergrößert die Schwierigkeit einer Begrenzung der in die Läuferkammer 21 eindringenden Flüssigkeitsmenge. Der Flüssigkeitsstrom in die Läuferkammer kann jedoch dadurch gesteuert werden, daß der Druck der die Lager schmierenden Flüssigkeit herabgesetzt und der Druckabfall an der Läuferkammer gesteuert wird, so daß er vernachlässigbar wird. Das .kann z.B. dadurch erfolgen, daß ein geeignetes Steuerventil, wie das Ventil 48 in dem Rohr 41, oder andere Druckreduziermittel in den Leitungen zwischen der Auslaßseite der Pumpe und den Lagern vorgesehen v/erden.

Gemäß der Erfindung sind Mittel zu einer besseren Steuerung des Flüssickeitsstromes in die Läuferkammer 21 und des Druckabfalles an der Lauferkammer vorgesehen, welche zwischen der Läuferwelle 12 und den Lagerschilden 30 und 35 verengte Kanäle bilden, um den Flüssigkeitsstrom in die Läuferkammer zu begrenzen. Diese Mittel umfassen Buchsen 50, welche auf der Läuferwelle 12 auf jeder Seite der Läuferkammer 21 angebracht sind. Sie sind zwischen den zugehörigen Gleitlagern 38 bzw. 39 und der Läuferkammer 21 angeordnet. Diese Buchsen 50 sind drehfest auf der Läuferwelle 12 angebracht und wirken mit den Lagerschilden 30 bzw. 35 zusammen, um einen verengten Kanal 51 zwischen sich und dem zugehörigen umgebenden Lagerschild 30 bzw. 35 in dem hydraulischen Weg zwischen den Gleitlagern 38 und 39 und der Läuferkammer 21 zu bilden« Die verengten Kanäle 51 sind relativ lang und in ra-

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dialer Sichtung sehr wenig ausgedehnt, so daß sie einen Druckabfall an der Buchse bewirken und die Flüssigkeitsströmung in die ν Lauferkammer verzögern. Die Buchsen werden an beiden Enden des

Rotors verwendet, um den Druckabfall an der Läuferkammer möglichst t. stark herabzusetzen. Diese Buchsen dienen außerdem als Flammweg- ^; . ■ Buchsen, um von einer Explosion in der Lauferkaramer ausgehende -yiammen. einzugrenzen, zu verzögern und auszulöschen. Die Verwendung von Buchsen zur Auslöschung von Flammen ist in der Motortechnik bekannt.

Bei kleinen Motor-Pumpenaggregaten ist häufig nur ein Lager zur lagerring der Läuferwelle ausreichend. Dieses Lager ist im allge-Beinen zwischen dem Läufer und dem Pumpenflügelrad an der Stelle des Lagers 38 der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform angebracht, so daß der Läufer über das Lager hinaussteht. In die- _^^~jBßm. Falle ist nur ein verengter Kanal, z.B. in Form einer Buchse wie der Buchse 50 nach der Zeichnung zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung in die Läuferkammer vorgesehen· Der Rückweg verläuft in diesem Falle durch die Lauferwelle zu der Einlaßseite des Flügelrades. In diesem Rückweg ist eine Flammweg-Buchse zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung durch die Läuferkammer vorge-. sehen.

Die Buchsen 50 sind bei den bisher beschriebenen Ausführungstoeiapielen drehfest auf der Läuferwelle angebracht, wobei der verengte Kanal 51 zwischen der Buchse und dem Lagerschild ausgebildet ist. Wenn das jedoch erwünscht ist, kann die Buchse

auch von dem Lagerschild getragen werden, so daß sie feststehend "*.f ■'

!.st· 2)er verengte Kanal liegt dann zwischen der Buchse und der

: . Läuferwelle. gO98 18/0340 ' ·/·

. Beim Betrieb des Elektromotor- und Pumpenaggregates 10 nach der Zeichnung v/ird durch das !Flügelrad 13 Flüssigkeit in die Pumpe gesogen und über die Auslaßkammer nach außen geschleudert«. Ein* bestimmte Flüssigkeitsmenge fließt hinter das Flügelrad 13 tine strömt in axialer Richtung entlang der Läuferwelle 12. Ein Te-U, dieser Flüssigkeit wird zur Schmierung des vorderen Lagers 3B verwendet; der größte Teil fließt jedoch radial nach innen öur-v-b die radialen Bohrungen 45 in der Läuferwelle 12 in die sich innerhalb der Läuferwelle axial erstreckende Leitung 44 und von dort zurück zu der Hiederdruck-Eiiilaßseite des Flügelrades. Ein weiterer Teil der Flüssigkeit wird an der Auslaßseite der Pumpe abgenommen und durch die Leitung 4-0 in dem Lagerschild 30 geleitet, um das Lager 38 zu schmieren. Ein Teil dieser Flüssigkeit sucht durch den verengten Kanal 51. zwischen der Buchse 50 und dem Lagerschild 30 in die Läuferkammer 21 zu fließen.»

Ein weiterer Teil der Flüssigkeit wird an der. Äuslaßöffnung 28a der Pumpe abgenommen und durch das Rohr 41 und das Steuerventil 48 zu dem Lagerschild 35 sjsl anderen Ende der Lauf erwelie geleitet. Hier tritt die Flüssigkeit in den Lagerschild ein und strömt zur Schmierung des Lagers 39 ^m die Läuferwelle 12. Das Ende der von dem Lagerschild 35 umgebenen Läuferwelle ist verschlossen, so daß die Flüssigkeit in den Lagerschild eintreten muß und so um die Läuferwelle herum strömt und das Lager 39 schmiert. Wenn die Flüssigkeit das Lager durchlaufen hat, sucht ein Teil durch den verengten Kanal 51 an diesem Ende über die Buchse 50 hinaus in die Läuferkammer 21 zu fließen. Der Rest der Flüssigkeit fließt durch die radiale Bohrung 45 in die Leitung 44innerhalb der Läuferwelle und zurück zu der Einlaßseite der Pumpe."

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Die sehr geringe Flüssigkeitsmenge, welche durch die verengten Kanäle 51 in die Läuferkammer 21 fließt, wird durch die von dem Motor während des Betriebes der Pumpe erzeiigte Wärme sofort verdampft. Im Gaszustand nimmt die Temperatur des Dampfes innerhalb der Lauferkammer zu; da der Dampf außerdem bis zu einem gewissen Grade eingeschlossen ist, nimmt auch der Druck dieses Gases zu. Der angestiegene Druck wirkt in Richtung auf die Verhinderung einer weiteren Flüssigkeitsströmung in die Lauferkammer. Daher ist die Läuferkammer beim Betrieb des Motors statt mit einer Flüssigkeit mit einem Gas gefüllt. Wenn der Druck in der Lauferkammer übermäßig wird, entweicht ein Teil des Dampfes durch die verengten Kanäle 51 in die Lager. Dieser Dampf vermischt sich mit der Flüssigkeit in dem hydraulischen System und wird kondensiert und schließlich zu der Einlaßseite der Pumpe zurückgefördert.

Pat ent anspräche: ^909818/0340 -

Claims (4)

1. Pat ent ans ρ rüche

   .J Spaltrohr-Elektromotor-Pumpenaggregat mit einem Motorgehäuse, welches wenigstens ein Endteil zur drehbaren Anbringung einer einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Läufer tragenden Lauferwelle_f einem den Läufer umgebenden Ständer und einem an dem Gehäuse gehalterten zylindrischen Spaltrohr, welches in dem Luftspalt zwischen Läufer und Ständer angeordnet ist und eine Lauferkammer bildet, die im Betrieb einen' zwischen der Welle und dem Endteil von einer Pumpe her fließenden Flüssigkeitsstrom aufnimmt, wobei die Pump* an dem Motorgehäuse befestigt ist und ein an einer Verlängerung der.Lauferwelle angebrachtes Pumpelement aufweist, gekennzeichnet; durch Mittel, welche zwischen der Läuferwelle und dem Endteil angeordnet sind und mit diesen Elementen zusammenarbeiten, um dazwischen einen verengten Kanal (51) auszubilden, welcher die Flüssigkeitsströmung in die Läuferkammer in einem solchen Ausmaß begrenzt, daß während des Betriebes im wesentlichen die gesamte durch den verengten Kanal in die Läuferkammer gelangende Flüssigkeit durch die von dem Motor erzeugte Wärme verdampft wird.
2. 2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t , daß die Mittel zur Bildung des verengten Kanales (51) wenigstens eine Buchse (50) umfassen, welche die Läu-909818/0340

   ferwelle ("Γ2) umgibt und von dem Endteil (30, 35) umgeben wird.
3. 3, Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchae (50) drehfeat mit der Welle (12) verbunden iat.
4. 4. Aggregat nach Anapruoh 1, 2 oder 3_t dadurch g e k e η η - ' zeichnet , daß die Abmessung des verengten Kanalea (51) derart iaij, daß der Dampf, welcher innerhalb der Läuferkammer erzeugt wird, darin eingeschloaaen iat, ao daß der Druck innerhalb der Läuferkammer zur Verhinderung einer weiteren Flüaaigkeitaatrömung durch den Kanal in die Kammer führt. ^

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