DE1553249C - Gleichstrominduktionspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrominduktionspumpe zum Pumpen einer leitfähigen Flüssigkeit.

Es sind bereits Induktionspumpen mit mechanisch umlaufenden Feld polen bekannt. Diese lassen sich jedoch nicht für hohe Drehzahlen verwenden, da sich bei diesen Pumpen die Magnete drehen müssen. Auf Grund der dabei auftretenden strukturellen Probleme lassen sich nur begrenzte Wirkungsgrade erzielen, und os ist die Bewegung großer, schwerer Massen nötig, so daß sich derartige Pumpen wegen ihrer mechanischen Trägheit auch schwer regeln lassen.

Bei einer anderen Bauart ist zwar nur die mit einem schraubenförmigen Vorsprung versehene Welle zum Betrieb der Pumpe in Bewegung zu setzen. Da jedoch bei dieser Bauart das durch den Schraubenvorsprung fließende Magnetfeld in dem ringförmigen Polbereich sich in einer Spiralbahn bewegt, ist es nicht möglich, eine größere Anzahl von Strömungsmittelkreisen bei einer derartigen Pumpe zu verwenden, ohne den Wirkungsgrad der Pumpe oder die Magnetabmessungen ao ungünstig zu beeinflussen. Diese Bauart eignet sich daher auch nicht für hohe Drehzahlen.

Es ist ferner bereits eine Gleichstrominduktionspumpe zum Pumpen einer leitfähigen Flüssigkeit bekannt, mit einer Welle aus magnetisch gut leitfähigem Material, die mindestens einen magnetisch leitenden radialen Vorsprung aufweist, mit einer die Welle im Abstand umgebenden Hülse aus magnetisch gut leitfähigem Material, mit Wicklungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes zwischen der Hülse und der Welle, mit magnetisch leitfähigen Einrichtungen, die einen Magnetrückfluß zwischen der Hülse und der Welle bilden, und mit mindestens einem Strömungsmittelkreis, der zwischen der Welle und der Hülse angeordnet ist. Diese Gleichstrominduktionspunipe gehört zu der letztgenannten Bauart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrominduktionspumpe der vorstehend genannten Art so auszubilden, daß sie für den Betrieb bei hohen Drehzahlen mit einem guten Wirkungsgrad und hoher Betriebssicherheit geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß bei der vorstehend genannten Gleichstrominduktionspumpe auf der Welle eine Anzahl im axialen Abstand voneinander liegende radiale Vorsprünge vorgesehen sind, daß die die Welle umgebende Hülse radial nach außen weisende Ansätze an der Hülse umfaßt, welche magnetische Kerne bilden, daß diese Kerne in denselben Querebenen liegen wie die Vorsprünge der Welle, daß die Wicklungen auf den Magnetkernen sitzen, daß die radial äußeren Enden derselben über nvagnetisch leitfähige Einrichtungen magnetisch leitend mit der Welle verbunden sind und daß eine Anzahl parallelgeschalteter Strömungsmittelleitungen jeweils in der durch die radialen Vorsprünge und die Magnetkerne bestimmten Querebenen angeordnet sind.

Es ist zwar bei manchen bekannten Gleichstrominduktionspumpen auch möglich, mehrere Kreise parallel zu schälten. Neben gewissen elektrischen Nachteilen ergibt sich jedoch dabei eine ungewöhnlich große axiale Baulänge, während die Konstruktion nach der Erfindung äußerst kompakt ist. Diese Kompaktheit hat nicht nur den Vorteil eines verringerten Gewichtes, sondern auch einer höheren Schwingungs-Stabilität der sich bewegenden Welle, so daß diese mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann als bei bekannten Gleichstrominduktionspumpen, wenn man diese für mehrere parallelgeschaltete Strömungsmittelkreise einrichten würde.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer mit der Welle eines Turbogenerators verbundenen Pumpe gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Querschnitt der Antriebswelle an einer Stirnfläche;

F i g. 3 ist ein Querschnitt durch die Induktionspumpe nach der Linie 3-3 von F i g. 4;

Fig. 4 ist ein Axialschnitt durch die Induktionspumpe nach der Linie 4-4 von F i g. 2;

Fig. 5 ist eine Draufsicht der Induktionspumpe, die die Anordnung der Eintritte und Ausgänge der Strömungsmittelleitungen für das Flüssigmetall zeigt, wobei ein Teil der Magnetfeldanordnung zur Verbesserung der Darstellung fortgelassen ist;

F i g. 6 ist ein Axialschnitt eines Abschnittes einer Induktionspumpe, aus dem der typische Magnetflußweg erkennbar ist;

Fig. 7 ist ein Querschnitt durch die Welle mit der drehbaren Polanordnung und den angrenzenden feststehenden Polen, wobei diese Figur den Magnetflußweg und die Strömung des leitfähigen Strömungsmittels erkennen läßt;

F i g. 8 ist eine Darstellung eines Strömungsmittelrohres, welches durch eine Schutzmuffe in der magnetischen Hülse hindurchtritt, in größerem Maßstab.

Die in F i g. 4 dargestellte Induktionspumpe 10 nach der Erfindung weist eine axiale Welle 12 auf, die direkt mit der axialen Welle 14 eines Turbogenerators verbunden ist. Daher wird die Induktionspumpe mit der Wellendrehzahl des Turbogenerators angetrieben, die etwa bei 12 000 U/min oder höher liegt. Die Welle 12 ist in Lagern 16 in einem Rahmen 18 gelagert (F i g. 4). Diese einen Teil des Magnetkreises bildende Welle ist gemäß F i g. 4 vorzugsweise an der Stelle 20 flanschartig ausgebohrt, um eine konstante Magnetflußdichte an allen möglichen Querschnittstellen zu erreichen.

Die dargestellte Induktionspumpe ist zum Pumpen von sehzehn getrennten Strömungsmittelkreisen ausgebildet, wobei zwei Rohre für jede Strömungsmittelrohranordnung vorgesehen sind. Zu diesem Zweck ist die Welle 12 mit sechzehn Polstücken 22 (Vorsprünge) versehen, die paarweise an diametral gegenüberliegenden Stellen der Welle angeordnet sind, wobei jedes Paar für eine der Strömungsmittelrohranordnungen vorgesehen ist. Fig. 3 zeigt ein Paar Polstücke 22 im Querschnitt und Fig. 4 zeigt dieselben in Seitenansicht. Die Welle 12 und die Polstücke 22 bilden das einzige drehbare Teil der Pumpe, und es ist ersichtlich, daß die Pumpe auf Grund ihres dadurch bedingten leichten Gewichtes und des geringen Raumbedarfs des drehbaren Teiles besonders für einen Betrieb bei hohen Drehzahlen geeignet ist. Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Polstücke bei jeder Strömungsmittelrohranordnung vorgesehen sein, wobei die Anzahl von der Drehzahl, der Magnetfeldverteilung und dem gewünschten Wirkungsgrad abhängt.

Die feststehenden Teile der Pumpe umfassen ein linkes Rahmenteil 24 und ein rechtes Rahmenteil 26, die mit einem minimalen Abstand innerhalb der Lager 16 um die Welle 12 angeordnet sind und durch eine nicht dargestellte Anordnung drehfest gehalten

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sind. Jedes Rahmenteil weist zwölf radiale Arme 28 Arme 28 oder die Polstücke 22 geschichtet auszu-

auf, die jeweils einen im rechten Winkel zu diesen sich bilden.

erstreckenden Schenkel 30 aufweisen, die in axialen Beim Betrieb der Induktionspumpe werden die Ebenen liegen und einander zugekehrt sind. Diese Magnetspulen durch eine geeignete Gleichstromquelle Schenkel haben unterschiedliche Längen und halten 5 erregt. Die Anordnung ist so getroffen, daß eine vordie äußeren Stirnflächen der radial sich erstreckenden handene Kraft verwendet wird, die in Gleichstrom Kerne 32 der Elektromagnete, wobei jeder Schenkel umgewandelt wird von der vorhandenen Netzspandie Kerne von zwei aneinandergrenzenden Magneten nung, und die Spulen werden in Serie, parallel oder trägt. Die Magnete sind in zwölf Reihen zu je vier in einer Kombination von Serien- oder Parallelschal-Magneten angeordnet, von denen jeder in den ent- io tung angeschlossen, um die verfügbare Spannung am sprechenden gleichen Ebenen liegt wie die Schenkel besten zu nutzen.

30. Die Magnete stehen jedoch in aufeinanderfolgen- Der in den Kernen 32 der Elektromagnete 34

den Reihen versetzt gegeneinander, wodurch die induzierte Magnetfluß gelangt in die Schenkel 30 der

unterschiedliche Länge der Schenkel bedingt ist. linken Hülse 24 (F i g. 6). Von dort aus fließt er längs

Jeder Magnet umfaßt eine Wicklung 34, die um 15 der radialen Arme 28 und über den so klein wie mögden Kern 32 gewickelt ist. Aus F i g. 6 ist ersichtlich, lieh gehaltenen Luftspalt zur Welle 12. Von hier aus daß in dem Ausführungsbeispiel alle 48 Spulen im gelangt der Fluß von dem Nordpol 22 eines der drehgleichen Sinn gewickelt sind. Die Spulen können in baren Polstücke, die mit der Welle ein Teil bilden, Serie geschaltet sein oder in verschiedenen Gruppen über den durch die Isolierstoffhülse 46 gebildeten parallel geschaltet und diese Gruppen untereinander 20 Luftspalt, durchquert das Strömungsmittelrohr 42 in Serie geschaltet sein, je nach der verwendbaren und das darin befindliche flüssige Metall, gelangt Spannung. durch den Luftspalt der Isolierstoffhülse 38 zu der

Die inneren Stirnflächen sämtlicher Magnetkerne magnetischen Hülse 36 und sodann zurück zu dem 32 sind durch eine magnetische Hülse 36 miteinander Kern 32. Für diejenigen Magnete, die sich auf den verbunden. In dem Ausführungsbeispiel sind diese 25 Schenkeln 30 der rechten Hülse 26 befinden, besteht Hülse und die 48 Kerne einstückig ausgebildet. Inner- ein ähnlicher Magnetflußweg. Die Strömungsmittelhalb der Hülse 36 und durch eine Isolierstoff hülse 38 rohre können aus einem Metall hergestellt sein, welgetrennt ist eine verhältnismäßig schwere Hülse 40 ches ein schlechter Leiter ist, z. B. rostfreier Stahl, aus einem elektrisch gut leitenden Material angeord- Die Metallhülse 40, in die die Strömungsmittelrohre net, welche elektrisch mit den paarweise angeordneten 30 eingebettet sind, ist aus einem elektrisch gut leitfähi-Strömungsmittelrohren 42 und 44 verbunden ist. Die gen Material hergestellt, um einen guten Rückweg für Hülse 40 ist vorzugsweise aus Silber hergestellt. Ein die induzierten Rpumpströme zu bilden.
Paar der Rohre 42 und 44 ist am deutlichsten in Die Relativbewegung eines Polstückes und da-F i g. 3 dargestellt. Ferner ist noch eine zweite Isolier- her einer Magnetflußkonzentrationsstelle gegenüber stoff hülse 46 vorgesehen, die dazu dient, die dreh- 35 einem Strömungsmittelrohr ist in F i g. 7 dargestellt, baren magnetischen Polstücke der Welle gegen die Die drehbaren Polstücke auf der Welle bilden immer Hitze des in den Rohren 42 und 44 strömenden flüs- die Nordpole, wohingegen die magnetische Hülse 36 sigen Metalls abzuschirmen. und die inneren Stirnflächen der Elektromagnetkerne

Den F i g. 3 und 4 ist zu entnehmen, daß jeder 32 einen Südpol bilden. Wenn ein Polstück 22 im Reihe der Magnete ein Paar Strömungsmittelrohre 42 40 Gegenuhrzeigersinn an dem Kern 32 eines Magnets und 44 zugeordnet ist. Es sei nochmals daran erinnert, 34 vorbeibewegt wird, fließt ein konzentrierter Madaß die Lage der Kerne in aufeinanderfolgenden gnetfluß in radialer Richtung, wie durch den Pfeil Reihen der Magnete gegeneinander versetzt ist. Ge- angezeigt ist, von 'dem Nord- zu dem Südpol, wobei maß F i g. 3 bildet das Strömungsmittelrohr 42 einen Wirbelströme in dem Querschnittsbereich des Strö-Strömungsmittelweg durch die Pumpe, während das 45 mungsmittelrohres 42 induziert werden, die mit dem Rohr 44 einen getrennten Weg durch die Pumpe in Brimärfeld zusammenwirken und bestrebt sind, das der entgegengesetzten Richtung bildet, so daß insge- leitfähige Strömungsmittel in Richtung der Pfeile samt 16 Strömungsmittelwege durch die Pumpe für durch das Strömungsmittelrohr 42 zu bewegen. Auf zwei einander gegenüberliegende Reihen von Magne- diese Weise verursachen die Kräfte aus der Wechselten vorgesehen sind. 50 wirkung der beiden Felder und die induzierten

F i g. 5 läßt erkennen, in welcher Weise die Strö- Ströme einen Fluß des flüssigen Metalls in dem

mungsmittelrohre 42 und 44 zwischen den Kernen Strömungsmittelrohr in Drehrichtung der Pole,

herausgebracht werden. Die F i g. 3 und 8 lassen Auf diese Weise ist jeder Strömungsmittelweg für

außerdem Muffen 48 erkennen, die um die Rohre 42 flüssiges Metall durch die Pumpe unabhängig von den

und 44 an deren Durchtrittstellen durch die magne- 55 fünfzehn anderen Strömungsmittelwegen, so daß ein

tische Hülse 36 gelegt sind. Leck in einem Strömungsmittelrohr die Wirkungs-

Die dargestellte Induktionspumpe soll in Verbin- weise der anderen nicht beeinflußt,

dung mit einem Raumstrahler verwendet werden, bei Die Gleichstrominduktionspumpe gemäß der Er-

dem jeder der sechzehn getrennten Segmente des- findung ermöglicht die direkte Wellenverbindung mit

selben mit einem getrennten Strömungsmittelrohr der 60 einer schnell umlaufenden Turbine, wobei das einzige

Pumpe verbunden ist. Wird daher ein Segment des drehbare Teil der Pumpe in einer Welle besteht, die

Raumstrahlers leck oder beschädigt, so wird die Wir- kurze radiale Vorsprünge als Polstücke aufweist. Tn

kung der anderen 15 Segmente und damit die Wir- der Pumpe können eine große Anzahl voneinander

kung der Pumpe nicht beeinflußt. unabhängiger Strömungsmittelleitungen für flüssiges

Die Hülse 36 und die Kerne 32 sind in an sich be- 65 Metall vorgesehen sein, und der Betrieb der Pumpe

kennter Weise aus Blechen zusammengeschichtet, um kann mit Hilfe verschiedener Speisespannungen ge-

die Wirbelstromverluste zu verringern. Es ist jedoch schehen, indem lediglich die Zusammenschaltung der

nicht erforderlich, die Schenkel 30 und die radialen 48 Spulen geändert wird.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Gleichstrominduktionspumpe zum Pumpen einer leitfähigen Flüssigkeit, mit einer Welle aus magnetisch gut leitfähigem Material, die mindestens einen magnetisch leitenden radialen Vorsprung aufweist, mit einer die Welle im Abstand umgebenden Hülse aus magnetisch gut leitfähigem Material, mit Wicklungen zum Erzeugen eines Magnetfeldes zwischen der Hülse und der Welle, mit magnetisch leitfähigen Einrichtungen, die einen Magnetrückfluß zwischen der Hülse und der Welle bilden, und mit mindestens einem Strömungsmittelkreis, der zwischen der Welle und der Hülse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (12) eine Anzahl im axialen Abstand voneinander liegende radiale Vorsprünge (22) vorgesehen sind, daß die die Welle (12) umgebende Hülse (36) radial nach außen weisende Ansätze (32) an der Hülse umfaßt, welche magnetische Kerne bilden, daß diese Kerne in denselben Querebenen liegen wie die Vorsprünge (22) der Welle, daß die Wicklungen (34) auf den Magnetkernen (32) sitzen, daß die radial äußeren Enden derselben über magnetisch leitfähige Einrichtungen magnetisch leitend mit der Welle verbunden sind, und daß eine Anzahl parallel geschalteter Strömungsmittelleitungen (42, 44) jeweils in der durch die radialen Vorsprünge und die Magnetkerne bestimmten Querebene angeordnet sind.

2. Induktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Strömungsmittelrohre (42, 44) für jeden Strömungskreis an der Stelle jedes Magnets (34, 36) vorgesehen sind, wobei jedes Strömungsmittelrohr im wesentlichen den halben Ringraum zwischen der Welle (12) und der magnetischen Hülse (36) einnimmt und jeweils einen Einlaß sowie einen Auslaß hat, welche sich durch die magnetische Hülse (36) zwischen den Magnetkernen (32) nach außen erstrecken.

3. Induktionspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelrohre (42, 44) in eine Hülse (36) aus einem elektrisch gut leitenden Material eingebettet sind.

4. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (38) aus einem wärmeisolierenden Material zwischen den Strömungsmittelrohren (42, 44) und der magnetischen Hülse (36) angeordnet ist.

5. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (46) aus einem wärmeisolierenden Material zwischen den Strömungsmittelrohren (42, 44) und der Welle (12) angeordnet ist.

6. Induktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strömungsmittelrohre (42, 44) eines jeden Strömungskreises sich zwischen gegenüberliegenden Magnetkernen (32) erstrecken.

7. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsmitteleinlaß sowie -auslaß der Strömungsmittelrohre sich im allgemeinen radial durch die magnetische Hülse (36) erstreckt und daß Isoliermiiffen (48) an den Stellen um die Strömungsmittelrohre (42, 44) gelegt sind, wo diese die magnetische Hülse (36) durchqueren.

8. Induktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (22) als einander diametral gegenüberliegende radiale Vorsprünge der Welle ausgebildet sind und daß die magnetische Hülse (36) ein Paar diametral gegenüberliegender Kerne (32) für jedes Paar der Vorsprünge (22) der Welle (12) aufweist, wobei diese Kerne (32) in den gleichen Querebenen liegen wie die Vorsprünge (22) der Welle (12).

9. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) derselben direkt mit der Welle eines Turbogenerators (14) hoher Drehzahl verbunden ist.

10. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Vorsprünge (22) der Welle (12) das einzige drehbare Teil der Pumpe (10) bilden.

11. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (32) in kreisförmigen Reihen über den Umfang der Hülse (36) in den radialen Ebenen der Polstücke (22) angeordnet sind.

12. Induktionspumpe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch leitfähige Vorrichtung eine linke Hülse (24) sowie eine rechte Hülse (26) aus einem magnetisch leitfähigen Material umfaßt, durch welche hindurch sich die Welle (12) erstreckt, sowie in Längsrichtung verlaufende Schenkel (30), die mit den äußeren Stirnflächen der radial verlaufenden Kerne (32) der magnetischen Hülse (36) verbunden sind und diese magnetisch mit der Welle (12) verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen