DE1907677C2

DE1907677C2 - Spaltrohrmotor, vorzugsweise zum Antrieb einer Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE1907677C2
Application number: DE19691907677
Authority: DE
Inventors: Hermann 7800 Freiburg Krämer
Original assignee: Hermetic-Pumpen 7803 Gundelfingen De GmbH
Current assignee: Hermetic-Pumpen 7803 Gundelfingen De GmbH
Priority date: 1969-02-15
Filing date: 1969-02-15
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE1907677A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Spaltrohrmotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch I.

Derartige Spaltrohrmotoren sind bekannt (z. B. DE-PS 39 339), weisen jedoch noch erhebliche Nachteile auf. Der Rotor überragt dort in axialer Richtung das Statorpaket, und seitlich neben dem Statorpaket zwischen diesem und dem Motorgehäuse angeordnete, das Spaltrohr innen und außen umgebende Stützringe können das dünne Spaltrohr nicht ausreichend gegen einen hohen Innendruck abstützen. Auch erstreckt sich diese Abstützung nicht unterbrechungsfrei über die Länge des Spaltrohres.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Spaltrohrmotor zu schaffen, bei dem im Spaltrohr sehr hohe Drücke etwa zwischen 50 und 400 bar auftreten können und das Spaltrohr dabei ausreichend abgestützt ist. Solche Spaltrohrmotoren dienen vorzugsweise zum Antrieb von Hochdruckpumpen.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem Spaltrohrmotor der eingangs erwähnten Art darin, daß das Statorpaket den Rotor in Achsrichtung beidseitig überragt, daß das dem Rotor nächstgelegene Ende eines jeden Innenringes an dem vom Statorpaket umfaßten Bereichs des Spaltrohres anliegt und dort zumindest je eine Dichtung vorgesehen ist. Dadurch ist das aus Gründen des elektrischen Wirkungsgrades dünn gehaltene Spaltrohr in radialer Richtung einerseits sicher abgestützt, anderseits vor zu großen Belastungen geschützt, so daß innerhalb des Rotorraumes auch sehr hohe Innendrücke ohne Beschädigung des Spaltrohres auftreten können. Insbesondere kann die Druckbeaufschlagung des Spaltrohres von seiner Innenseite her bereichsweise durch dickwandige Innenringe gut abgefangen werden, die ihrerseits sich mit ihren inneren Enden über das Spaltrohr auf das Statorpaket abstützen können, was auch für ein sicheres Wirken der im dortigen Bereich liegenden Dichtung günstig ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Unteransprüche aufgeführt.

Gemäß den Maßnahmen des dritten Anspruches kann gegebenenfalls an den stirnseitigen Enden des Spaltrohres Leckflüssigkeit störungsfrei entfernt werden, so daß sich zwischen den inneren Stützringen und dem Spaltrohr kein zu hoher Druck aufbaut. Die Maßnahmen des vierten Anspruches ermöglichen, daß das Spaltrohr außen umgebende Stützringe in axialer Richtung Platz für Wärmedehnungen haben. Die Maßnahmen des fünften Anspruches begünstigen eine gute Ausnutzung der beengten Platzverhältnisse sowie eine einfache Montierbarkeit des gesamten Spaltrohrmotors. Durch die Maßnahmen des sechsten Anspruches erreicht man, daß die Abdichtung In der Gegend des inneren Endes des inneren Stützringes stattfindet, also eventuell am Dichtring auf dem Kriechwege vorbeifließende Flüssigkeit in ihrem Druck so stark herabgesetzt wird, daß sie keine unerwünschten Verformungen mehr im Bereich eines Dehnungspaltes hervorruft. Die Maßnahmen des siebten Anspruches begünstigen ein einfaches Zusammensetzen und Auseinandernehmen des Spaltrohrmotors und darüber hinaus eine einfache Unterbringung der Bohrung, die vom nahe einem Spaltrohrende angebrachten Ringkanal zur Außenseite des Spaltrohrmotors führt. Schließlich wird durch die Maßnahmen des achten Anspruches erreicht, daß die Einleitung des abgezweigten Teilstromes des Spaltrohrmotors in den Rotorinnenraum auf einfache Welse und ohne Schwächung des pumpenseitigen Innenringes erfolgt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Spaltrohrmotors,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Spaltrohrmotor entsprechend der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1 bei weggelassener Statorwicklung,

Fig. 3 eine Hälfte eines etwas abgewandelten Spaltrohrmotors ähnlich Flg. 1 und

Fig. 4 eine Vergrößerung des Bereiches IV gemäß Fig. 3 in einer gegenüber Fig. 3 etwas veränderten Ausführung.

Ein Spaltrohrmotor enthält einen Rotor 1, der mit einer Motorwelle 2 verbunden ist. Diese trägt auch das nicht dargestellte Pumpenlaufrad und ist zweifach in Laufbuchsen 5 und 6 sowie Lagerbuchsen 15 und 16 gelagert. Der Pfeil Pf ί weist zu der n^ht dargestellten Pumpe, etwa einer Kreiselpumpe. Der Spaltraum 30 wird radial durch ein langgestrecktes, zur Motorwelle 2 koaxiales, dünnes unmagnetisches Spaltrohr 7 begrenzt. Außerhalb aavon befindet sich der im ganzen mit S bezeichnete Stator des Spaltrohrmotors. Dazu gehören die Statorwicklungen 3 und 4 sowie das Statorpaket 8, welches aus geschichteten Blechen aufgebaut ist. Der Spaltrohrmotor sitzt in einem Motorgehäuse 10, das im wesentlichen aus einem dicken, runden Stahlmantel besteht, an dem zur Ausbildung der Stirnflächen Ringe 17 und 18 angeschweißt sind.

Es gehört mit zur Erfindung, daß das Statorpaket 8 den Rotor 1 in Achsrichtung beidseitig überragt. Ferner sind im Spaltraum 30 Innenringe 21 und 22 vorgesehen, deren dem Rotor 1 nächstgelegenen Enden jeweils an dem vom Statorpaket 8 umfaßten Bereich des Spaltrohres 7 anliegen, wo auch eine Dichtung in Form eines Dichtringes 24 vorgesehen ist.

Außen ist das Spaltrohr 7 in seinem axial mittleren Bereich durch das Statorpaket 8 eingeschlossen und radial nach außen abgestützt. Seitlich neben dem Statorpaket 8 wird das Spaltrohr 7 außen von zwei Stützringen 11 und 12 umfaßt. Diese sitzen eingelassen in Statorpaket 8 sowie im pumpennahen Ring 17 bzw. im pumpj.nfernen Ring 18 des Motorgehäuses 10. Dabei sind die Stützringe 11 und 12 in radialer Richtung unbeweglich festgehalten, haben aber in axialer Richtung etwas Spiel bei den beiden Spalten 19 und 20, in die sie bei Wärmedehnungen ausweichen können. Die bereits erwähnten Innenringe 21 und 22 liegen koaxial zu den Stützringen 11 und 12 an de.^r Innenseite des Spaltrohres 7. Sowohl die Stützringe 11 und 12 als auch die Innenringe 21 und 22 bestehen aus einer unmagnetischen Metallegierung, etwa Hastalloy. Die Innenringe 21 und 22 sind etwas länger als die ihnen benachbarten Stützringe 11 und 12 und überdecken diejenigen Bereiche des Spaltrohres 7, die über die Wärmedehnungsspalten 19 und 20 verlaufen.

Zwei weitere Dichtringe 23 sitzen nahe dem jeweiligen inneren bzw. äußeren Rand des zugehörigen Innenringes 21 und 22; dabei sind die Dichtringe 23 und 24 von innen her gegen das Spaltrohr 7 angepreßt.

Von der Pumpe her kann in Richtung des Pfeiles PfI Pumpflüssigkeit durch eine Zuleitung 26 In den Spaltraum 30 eindringen, die in Fig. 1 und 2 durch unregelmäßige Striche angedeutet ist. Diese Pumpflüssigkeit steht vorzugsweise unter hohem Druck, z. B. etwa 100 bar. Die Pumpflüssigkeit durchdringt den Lagerspalt zwischen der Laufbuchse 5 und der zugehörigeil Lagerbuchse 15 und wirkt dort als Schmiermittel für dieses Lager 5, 15. Analoges gilt für den Lagerspalt bei der pumpenfernen Laufbuchse 6 und der zugehörigen Lagerbuchse 16. Die Pumpflüssigkeit, welche des pumpen- _M ferne Lager 6, 16 durchsetzt, kann durch eine längs durchbohrte Schraube 31 und einen Hohlkanal 32 der Motorwelle 2 entsprechend dem Pfeil PfI zurück In den Pumpenbereich fließen.

Die Wandstärke des Spaltrohres 7 muß klein gehalten ,,₅ werden, damit die magnetischen Verluste zwischen dem Stator S und dem Rotor 1 klein bleiben. Während im Bereich des Rotorspaltes 40 zwischen Rotor 1 und Spaltrohr 7 dieses vom Statorpaket 8 außen abgestützt wird, verhindern im Bereich zwischen den Ringen 17 und 18 des Motorgehäuses 10 und dem Statorpaket 8 die Innenringe 21 und 22 eine zu große Belastung des Spaltrohres 7. Dabei wird mittels der dem Rotor 1 nächstgelegenen Dichtringe 24 vermieden, daß das Spaltrohr 7 durch Flüssigkeitsdruck in die Wärmedehnungsspalte 19 und 20 hinein verbogen wird.

In Fig. 3 ist eine etwas abgewandelte Form des Spaltrohrmotors dargestellt. Dort sind die beiden äußeren Stützringe 11a und 12a fest mit dem Statorpaket 8 verbunden und sitzen nur mit je einem als Dehnfuge wirkenden Spalt 20a in den Gehäuseringen 17 und 18. Die Innenringe 21a und 22a liegen mit ihrem dem Rotor 1 zugewandten Enden am vom Statorpaket 8 umfaßten Bereich des Spaltrohres 7 an und sind dort mit jeweils zwei Dichtringen 24 und 25 versehe». Diese verhindern, daß Pumpflüssigkeit zwischen einen Innenring 21a bzw. 22a und das Spaltrohr 7 eindringt, jedenfalls, daß solche Pumpflüssigkeit dort nicht mit einem hohen Druck einwirken kann, so daß es z. B. im Bereich des Wärmedehnungsspaltes 20α oder 19α (vgl. Fig. 4) zu Verformungen am Spaltrohr 7 kommen kann.

An ihren dem Rotor 1 abgewandten Enden gehen die Innenringe 21a und 22a in einen flanschartigen Ansatz 13 und 14 über. Dabei weist der flanschartige Ansatz 13 des pumpenfernen Innenringes 21a eine radiale Bohrung 28 auf, durch die ein zwischen dem Ansatz 13 und dem Gehäusering 18 ausgesparter Ringkanal 29 mit der Außenseite des Motorgehäuses 10 verbunden ist. Mittels dieser Bohrung 28 kann geprüft werden, ob sich im Ringkanal 29 Pumpflüssigkeit ansammelt, die zwischen den Dichtringen 24 und 25 und dem Spaltrohr 7 hindurch bis zum Ringkanal 29 gelangt ist. Durch die Abflußmöglichkeit der Pumpflüssigkeit über den Ringkananl 29 und die Bohrung 28 erreicht man auch, daß sich im Bereich des Spaltrohres 7 kein zu hoher Druck in der Leckflüssigkeit aufbauen kann. Auf der pumpennahen Seite des Spaltrohrmotors ist der Gehäusering 17 mit einer Bohrung 33 versehen, die bis zu einem Ringkanal 34 führt, in dem sich ebenfalls etwaige, sich in den Dichtringen 24 und 25 des Innenringes 21a einerseits und im Spaltrohr 7 andererseits hindurchgetretene Pumpflüssigkeit sammelt und abgeleitet werden kann.

Im noch etwas abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß Flg. 4 ist der Stützring 11 wie bei Fig. 1 etwas in das Statorpaket 8 eingelassen, wobei ihm durch den Spalt 19a etwas Bewegungsmöglichkeit in axialer Richtung bleibt. Der Innenring 21a, der im übrigen wie in Fig. 3 ausgebildet ist, überbrückt mit seinem In Richtung des Rotors 1 verlängerten Ende den besonders gefährdeten Bereich des Spaltrohres im Bereich des Spaltes 19a. Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind am Rotor 11 nächstgelegenen Ende des Innenringes 21a beide Dichtringe 24 und 25 so angeordnet, daß sie dem Bereich des Spaltes 19a vorgeschaltet sind und dementsprechend die Pumpflüssigkeit fernhalten oder wenigstens ihren Druck erheblich vermindern, bevor Pumpflüssigkeit in den Bereich des Spaltes 19a gelangt.

Gemäß der Erfindung ist eine mechanische Abstützung ausreichend für im Spaltraum herrschende Drücke bis etwa 400 bar geschaffen, wobei die entsprechenden mechanischen Teile auch Platz für die notwendige Wärmedehnung besitzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spaltrohrmotor, vorzugsweise zum Antrieb einer Hochdruckpumpe, mit einem von einem Spaltrohr s umschlossenen Rotor sowie einem außerhalb des Spaltrohres liegenden, dieses in einem mittleren Bereich radial nach außen abstützenden Statorpaket, wobei der Spaltrohrmotor im Spaltrohr eine unter Druck stehende Flüssigkeit, vorzugsweise Förderflüssigkeit, und seitlich neben dem Statorpaket zwischen diesem und dem Motorgehäuse das Spaltrohr innen und außen umgebende Stützringe zur Aufnahme dieses Druckes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorpaket (8) den Rotor (1) in Achsrichtung oeidseitig überragt, daß das dem Rotor nächstllegende Ende eines jeden Innenringes (21, 21o, 22, 22a) an dem vom Statorpaket umfaßten Bereich des Spaltrohres (7) anliegt und dort zumindest je eine Dichtung vorgesehen ist.

2. Spaltrohrmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtung mindestens einen Dichtring (24) aufweist.

3. Spaltrohrmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den Spaltrohrenden im Motorgehäuse (10) oder im flanschartigen Ansatz (13) ein Ringkanal (29, 34) ausgebildet ist, der durch eine Bohrung (28, 33) mit der Außenseite des Motorgehäuses bzw. des flanschartigen Ansatzes verbunden ist.

4. Spaltrohrmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Spaltrohr (7) außen umgebenden Sützringe (11, 11a, 12, 12a) mit Spiel in axialer Richtung im Motorgehäuse (10) sitzen und zweckmäßigerweise spaltfrei am Statorpaket (8) befestigt sind.

5. Spaltrohrmotor nach einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Rotor (1) nächstgelegenen Enden jedes Innenringes (21, 21a, 22, 22a) angeordneten Dichtringe (24, 25) und gegebenenfalls weitere Dichtringe (23) in Nuten dieser Innenringe gelagert sind und gegen das Spaltrohr (7) anliegen.

6. Spaltrohrmotor nach einem der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Dichtring (24) am Innenring (21a), nahe dem Spaltraum (30), dem Dehnungsspaltbereich vorgeschaltet angeordnet ist.

7. Spaltrohrmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (21a bzw. 22a) mit einem flanschartigen Ansatz (13 bzw. 14) versehen ist, der vorzugsweise aus dem Motorgehäuse (10) herausführt.

8. Spaltrohrmotor nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrom-Zuleitung (26) der Förderflüssigkeit vom Pumpenbereich Innerhalb des Innenringes (21a) mündet.