DE2138832A1

DE2138832A1 - Elektro Kreiselpumpe mit flachem Luft spalt und frei aufgehängtem Rotor

Info

Publication number: DE2138832A1
Application number: DE19712138832
Authority: DE
Inventors: Pierre St Jean de Braye Desse Pierre Orleans Sicard, (Frankreich)
Original assignee: Unelec SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-08-03
Publication date: 1972-02-10
Also published as: FR2102520A5; NL7110920A; BE770941A

Description

Dlpl.-lng. Dip!, oee. publ.

DIETRICH LEWINSKY- -3. Äug. 1971

PATENTANWALT
8 MSnchanH - Gotthardstr. 81

Telefon 56 17 62

6717 - V

UNELEC
Paris 8eme, IH, rue de la Baume (Frankreich)

„Elektro-Kreiselpumpe mit flachem Luftspalt und frei aufgehängtem

Rotor"

Priorität vom 6. August 19 70 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 70/29078

Die Erfindung betrifft eine Elektro-Kreiselpumpe mit flachem Luftspalt und einem Asynchronmotor zum Antrieb einer Turbine und bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung, deren Rotor aus dem Anker des dem Rad der Turbine zugeordneten Motors ohne Belastung und ohne feste mechanische Verbindung mit dem Stator umläuft, auf dem dieser auf einer Wasserschicht ruht.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Rotorein-! heit auf eine Welle montiert ist, die von einem einzigen Lager gef halten wird und in diesem Lager bei einem verhältnismäßig geringen Spiel von etwa einigen hundertstel Millimetern zwischen beiden ; Teilen umläuft. Andererseits steht diese Genauigkeit in kehem Verhältnis zum Umlauf solcher kalten bzw. heißen Medien, die wie das Wasser in Zentralheizungsanlagen mehr oder weniger mit Verunreinigungen durchsetzt sind, wobei die Gefahr besteht, daß verschie-· dene Teile während des Funktionszyklus beschädigt werden.

In der Zielsetzung der Erfindung liegt daher die Schaff fung einer Vorrichtung, bei der insbesondere durch Wegfall der Rotorwelle ein ausreichendes Spiel zwischen Rotor und Stator geschaffen wird, um es dem Rotor zu ermöglichen, sich um die Magnet-

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achse des Stators des asynchronen Antriebsmotors zu drehen, wobei dieser ohne Belastung in der geometrischen Achse von Welle und ■Lager bleibt und hierbei nur ein geringes Spiel zwischen beiden auftritt.

Einerseits wird hier durch entsprechende Dimensionierung der Magnetschaltung des Rotors, die auf die des Stators abgestimmt ist, eine magnetische Anziehungskraft erzeugt (Anziehungskraft des Stators), die im Betrieb selbstzentrierend auf den Rotor wirkt, wobei es ausreicht, eine Kompensierung durch ein hydraulisches Lager mit Flüssigkeitsschicht im Luftspalt vorzunehmen. Andererseits führt der Betrieb der Turbine zu ständig auf den Rotor wirkenden Querkräften, deren Kompensierung mit dem dynamischen Gleichgewicht des Rotors verbunden ist, während die zwischenzeitlich auftretenden Stöße innerhalb der von den axialen und querverlaufenden Anschlägen bestimmten Grenzen liegen und diese Anschläge gegebenenfalls mit Abdichtvorrichtungen zur Verbesserung der Tvrbinenleistung kombiniert sind.

In der Zielsetzung der Erfindung liegt ferner die Schaffung einer Elektro-Kreiselpumpe mit flachem Luftspalt und frei aufgehängtem Rotor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rotor mit Vorrichtungen zur Selbstzentrierung durch magnetische Anziehungskraft mit Kompensierung durch hydraulische Achsführung ausgerüstet ist, die mit Vorrichtungen zur Korrektur der ständig i in Höhe der Förderöffnung der Pumpenkörper-Schnecke auftretenden . hydraulischen Querkräfte kombiniert sind, wozu ferner noch Stabilisierungseinrichtungen gehören, die über zusätzliche Anschläge zwischenzeitlich auftretenden Hydraulikunterbrechungen entgegen- ■ wirken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer . Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es j zeigen: j

Fig. 1 - einen Axialschnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten

Elektropumpe j
Fig. 2 - eine Draufsichtdarstellung einer Turbinenvariante der in Figur 1 gezeigten Elektropumpe;

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Fig. 3 - einen Axialschnitt einer Elektropumpe mit zylinderför-

miger Membran und Kompensationsöffnungen für den Hydraulikdruck und mit einer elastischen Kette von Auflagen als Querans chlag;

Fig. M- - eine Draufsichtdarsteilung in Höhe des Rotors der in Figur 3 gezeigten Elektropumpe;

Fig. 5 - einen Axialschnitt einer weiteren Variante einer Elektropumpe mit Diffusionsflügeln im Pumpenkörper und mit einem um das Turbinenrad angeordneten Abdichtring als Hilfsanschlag;

Fig. 6 - eine Draufsichtdarstellung in Höhe der Turbine der in Fig. 5 dargestellten Elektropumpe und

Fig. 7 - einen Axialschnitt einer Elektropumpe auf dem zwei Varianten von mit Lippen ausgerüsteten Abdichtringen am Turbinenrad dargestellt sind, die dem Turbinenrad als Hilfsanschlag dienen.

Die in Figur 1 dargestellte Elektropumpe umfaßt drei Teile: den dichten Stator 1 eines Asynchronmotors, einen Rotor 2 und einen Pumpenkörper 3.

Der Stator 1 besteht aus einer Magnetschaltung 4-, die von einem entsprechend ausgeschnittenen und aufgewickelten Blechband gebildet wird, in dessen Schlitze die Wicklung 5 eingreift, die über die Leiter in der Ummantelung 6 gespeist wird, die wiederum in die Leichtmetall-Gußschale 7 geführt ist, wobei die Abdichtung über die Platte 8 aus unmagnetischem Material erfolgt.

Der Rotor 2 besteht einerseits aus dem Anker des Asynchronmotors mit Magnetschaltung 9 aus aufgerolltem Blech mit entsprechenden Ausschnitten und Käfigwicklung 10 und andererseits

15 aus dem Turbinenrad 14-, das die in Pfeilrichtung umzuwälzende ί Flüssigkeit ansaugt uid dieser in Pfeilrichtung 16 durch seine Flü- · gel eine Zentrifugalbewegung verleiht. Der Rotor des Asynchronmotors und das Turbinenrad, die miteinander verbunden sind, weisen ' eine mittlere Bohrung 11 auf, die zu den Flüssigkeitskanälen der ;

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Auflagen 13 (Figur 2) führt, die gegenüber der Platte 8 durch einen Film dieser Flüssigkeit getrennt werden, der als hydraulisches Lager wirkt.

Im Pumpenkörper 3 fließt die von der Turbine 2 umgewälzte Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 17 und tritt in Richtung 18 aus. Der Aufsatz 7 des Stators liegt bei Zwischenlage einer Dichtung 19 auf dem Pumpenkörper¹ 3, wobei die Dichtung auf der Platte 8 liegt und die erforderliche Abdichtung des Stators gewährleistet.

Die einwandfreie Arbeitsweise der Elektropumpe hängt von der Stabilität des Rotors während des Umlaufes ab. In diesem Zusammenhang wird eine magnetische Selbstzentrierungswirkung des Rotors gegenüber dem Stator durch geeignete Wahl des Außendurchmessers der Magnetschaltung des untei>en Rotors in der Größenordnung von 10% gegenüber dem der Stator—Magnetschaltung sowie eine zusätzliche Verbesserung dadurch erzielt, daß die Rotor-Magnetschaltung einen Innendurchmesser aufweist, der um 10% über dem der Stator-Magnetschaltung liegt. Die magnetische Anziehungskraft des Rotors wird damit durch den hydraulischen Axialanschlag kompensiert, der durch den Flüssigkeitsfilm gebildet wird, der zwischen den Auflagen 13 und der Platte 8 liegt. Diese Platte 8 besteht aus einem unmagnetischen Material und vorzugsweise aus einem für eine Reibwirkung geeigneten Material wie z.B. Natur- oder synthetischer Gummi,' Teflon oder Keramik. Um die Stabilität des Rotors zu gewährleisten, muß der Druck bzw. die ständig auf das Rad 14 der Turbine ausgeübte Wirkung der in Richtung 18 austretenden Flüssigkeit ausgeglichen werden. Ein derartiger Ausgleich kann auf verschiedene Weise erfolgen: einmal durch Einsatz eines Pumpenkörpers mit zwei Schnecken, zum anderen durch Verwendung einer zylinderförmigen Membran mit schrägem Abschnitt gegenüber der Achse des Turbinenrades, durch Einsatz einer zylinderförmigen Membran mit seitlichen Öffnungen oder schließlich durch Befestigung von Diffusionsflügeln auf dem Pumpenkörper in Nähe des Turbinenrades.

In der Darstellung der Figur 2 bewirken die beiden Schnecken 20 und 21 eine Förderwirkung in zwei diametral entge-

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gengesetzten Riehtungen 23 und 24, so daß das Rad 14 nicht mehr einer Unwucht, sondern einem Achsmoment ausgesetzt ist, d.h. genau in der Drehachse des Rades. Somit folgt die Hälfte der Fördermenge der Pumpe dem Weg 22 bis 23 in der Schnecke 20, während die andere Hälfte der Durchflußmenge nach Förderung bei 24 sich in Richtung 25 dem Fluß in Richtung 23 bei gleichem gemeinsamen Ausgang anschließt.

In Figur 1 ist ein Pumpenkörper mit einer einzigen Schnecke dargestellt, bei der der Ausgleich der hydraulischen Kraft durch eine zylinderförmige Membran 2 6 erfolgt, deren schräger Abschnitt 27, 28 gestrichelt dargestellt ist. Wenn die Membran um ihre eigene Achse gedreht wird, so wird damit die Stärke des Ausgleichs der hydraulischen Kraft verändert, wobei diese Einstellung einmalig vorgenommen wird.

In den Darstellungen der Figuren 3 und 4 ist die zylinderförmige Membran 29, die am Pumpenkörper 3 befestigt ist, mit seitlichen Öffnungen 30 am Umfang ausgerüstet. Der untere Teil der Blende ist senkrecht zur Pumpenachse dargestellt. Gegebenenfalls kann jedoch auch wie im Falle der vorgenannten Figur ein schrägverlaufender Abschnitt vorgesehen werden. Auch hier handelt es sich um eine einmalig vorgenommene Einstellung und zwar insbesondere durch Drehen dieser Membran, sofern diese einen schrägverlaufenden Abschnitt aufweist.

In den Darstellungen der Figuren 5 und 6 bewirken die mehr oder weniger regelmäßig zwischen dem Turbinenrad 14 und dem Pumpenkörper (auf dem diese befestigt sind) angeordneten Diiüisicnsflügel 31 einen wirksamen Ausgleich der durch die bei 18 durch die Förderflüssigkeit bewirkten Kraft, die auf das Turbinenrad 14 wirkt.

Während des Betriebes sind darüber hinaus die zufällig auftretenden Hydraulikstörungen in ihrer Wirkung einzuschränken, um somit eine Beeinträchtigung dea Rotors auszuschließen. Dieses kann durch HLIfsanschlage erfolgen,die die zufällig auftretenden Bewegungen des Rotors begrenzen. Hierzu werden seitliche Ketten von Auflagen, die seitliche Anschläge bilden, verwendet oder aber

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Abdichtringe, die außer der Verbesserung des Wirkungsgrades der Turbine noch als Anschläge dienen.

In den Darstellungen der Figuren 1 und 2 ist eine zylinderförmige Kette von Auflagen 3 2 gezeigt, die an der zylinderförmigen Membran 26 befestigt ist und Kanäle 33 aufweist, über die die dargestellten Auflagen mit Wasser versorgt werden. Diese Auflagen können entweder aus Gummi oder aus Teflon oder Keramik bestehen. Die Auflagen dienen zur Begrenzung der Rotorbewegung und gewährleisten darüber hinaus eine Ruhelage des Rotors in Stillstandsphasen. An dieser Stelle wird darauf verwiesen, daß die Elektropumpen im allgemeinen mit vertikal verlaufenden Umwälzleitungen verbunden sind, wobei die Achse ihres Rotors horizontal verläuft.

In den Darstellungen der Figuren 3 und 4 sind die mit einer Kette 35 verbundenen Auflagen 34 über eine weitere elastische Zusatzkette 36 mehr oder weniger beweglich, während die Befestigung dieser Anordnung am Pumpenkörper über eine Membran 29 erfolgt, in der Öffnungen für den Durchtritt der Auflagen 34- vorgesehen sind. Die über die Kette 36 oder irgendeine andere elastische Vorrichtung erreichte zusätzliche Elastizität gewährleistet eine bessere Dämpfung der Stöße und Vibrationen, die bei ungewollter Berührung des Rotors mit den Auflagen 3M- entstehen, die aus dem gleichen Material wie die Auflagen des vorgenannten Beispiels bestehen.

In Figur 5 ist ein Abdichtring 37 dem Turbinenrad 14 in der Weise zugeordnet, daß zusammen mit dem Flansch 38 und dem Ring 39 dieses Flansches hydraulische Hilfsanschläge entstehen, die jeweils in axialer Richtung M-O und in Querrichtung 41 wirken.

In Figur 7 sind zwei AnwendungsVarianten der mit Lippen ausgerüsteten Abdichtringe dargestellt: einerseits ist auf der rechten Seite dieser Darstellung ein Abdichtring 42 gezeigt, der am Pumpenkörper 3 befestigt ist und auf der Scheibe 44 gegenüber der Lippe aufliegt, die auf den Flansch 38 des Turbinenrades drückt; andererseits ist auf der linken Seite dieser Figur ein Abdichtring 43 dargestellt, der auf den Ring 39 der Turbine montiert

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ist, wobei die Lippe auf der festen Scheibe 4-4- liegt. Diese Ringe dienen außer der Verbesserung der hydrodynamischen Eigenschaften der Elektropumpe noch der Stabilisierung des Rotors, indem sie darüber hinaus die Funktion von hydraulischen Anschlägen (Hilfsanschlägen) sowohl in axialer als auch in Querrichtung übernehmen.

Die Stabilität wird außerdem noch vorteilhafterwd.se durch eine absichtliche Verschiebung der Achse des Rotors gegenüber der des Stators erhöht. Hierzu wurde ermittelt₃ daß durch die 'gegenseitige Verschiebung der Magnetachsen des Rotors und des Stators und demzufolge durch das Entstehen von querwirkenden Rückzugskräften die Stabilität des Rotors verbessert wird. Diese Verschiebung erfolgt durch teilweisen Ausgleich der ständig durch die umgewälzte Flüssigkeit auf den Rotor wirkenden hydraulischen' Kraft und zwar durch entsprechende Einstellung der hierzu verwendeten Kompensiervorrichtung, deren vier Varianten bereits erwähnt wurden. Einerseits ermöglichen die mit Membranen ausgerüsteten Vorrichtungen eine entsprechende Einstellung und andererseits handelt es sich bei den mit zwei Schnecken ausgerüsteten Pumpenkörpern oder den mit dem Pumpenkörper verbundenen Diffusionsflügeln um eine konstruktionsbedingte Verschiebung.

Es wird darauf verwiesen, daß sich der Umfang der Erfindung nicht nur auf die beispielhaft angeführten Ausführungsformen beschränkt, sondern sämtliche hieraus möglichen Varianten umfaßt, die der all-< gemexnen Grundkonzeption entsprechen. Insbesondere erstreckt sich j die Erfindung auf den Einsatz eines Rotors, der auf eine Welle ; montiert ist und ein großes Spiel in dem Lager aufweist, in dem sich dieser dreht. ·

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Claims

Patentansprüche :

\ C1.)Elektro-Kreiselpumpe mit flachem Luftspalt und frei aufgehängtem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mit Vorrichtungen zur Selbstzentrierung durch magnetische Anziehungskraft mit Kompensierung durch hydraulische Achsführung ausgerüstet ist, die mit Vorrichtungen zur Korrektur der ständig in Höhe der Förderöffnung der Pumpenkörper-Schnecke (20,21) auftretenden hydraulischen Querkräfte kombiniert sind, wozu ferner noch Stabilisierungseinrichtungen gehören, die über zusätzliche Anschläge zwischenzeitlich auftretenden Hydraulikunterbrechur^pn entgegenwirken.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstzentrierung dadurch erfolgt, daß der Außendurchmesser des Rotors (2) gegenüber dem Durchmesser des Stators (1) um 10% verringert wird, während der Innendurchmesser des Rotors (2) gegenüber dem Durchmesser des Stators (1) um 10% erhöht wird, wobei außerdem eine leichte Verschiebung der Achse des Rotors (2) gegenüber der des Rotors (2) durch ungenaue Korrektur der ständig auftretenden hydraulischen Querkräfte beteiligt ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der ständig auftretenden hydraulischen Kraft durch einen Pumpenkörper (3) mit zwei Schnecken (20, 21) und diametral entgegengesetzten Förderöffnungen erfolgt.

M-. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der ständig auftretenden hydraulischen Kraft durch eine zy-

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linderförmige Membran (26) mit schrägverlaufendem Abschnitt (27,28), die durch Drehen verstellbar ist, erfolgt.

5. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der ständig auftretenden hydraulischen Kraft durch eine zylinderförmige Membran (29) mit seitlichen Öffnungen (30) erfolgt die fest eingestellt x^erden kann.

6. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der ständig auftretenden hydraulischen Kraft durch Diffusionsflügel (31) erfolgt, die mehr oder weniger regelmäßig auf dem Pumpenkörper (3) in Nähe der Förderöffnung der Schnecke des Pumpenkörpers (3) angeordnet s ind.

7. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung des Rotors (2) mit Hilfe einer Kette von Auflagen(32) erfolgt, die einen hydraulischen Anschlag in Querrichtung bil- j det. .

8. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabili-> sierung des Rotors mit Hilfe einer Kette von Auflagen mit elastischer Aufhängung erfolgt.

9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabili-, sierung des Rotors (2) mit Hilfe eines Abdichtringes (42) er- J folgt, der zusammen mit dem Flansch (38) und dem Ring (39) des Turbinenrades (IU) hydraulische Hilfsanschläge in axialer und ^! in Querrichtung bildet. i

10. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabili-' sierung des Rotors (2) mit Hilfe eines mit Lippen ausgerüsteten, Abdichtringes (39) erfolgt, der zwischen Turbinenrad (14) und j Pumpenkörper (3) angeordnet ist und zumindest einen hydrauli- ! sehen Hilfsanschlag bildet. ■ j

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