DE2246298B2

DE2246298B2 - Elektromotor für Pumpen

Info

Publication number: DE2246298B2
Application number: DE2246298A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus 7141 Aldingen Laing
Original assignee: VORTEX-PUMPEN AG WOHLEN (SCHWEIZ)
Current assignee: VORTEX-PUMPEN AG WOHLEN (SCHWEIZ)
Priority date: 1971-10-07
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1978-11-09
Also published as: JPS4845903A; FR2155702A5; FR2156270B1; FR2155701A5; FR2155690A5; GB1406492A; FR2156270A1; DE2246263A1; FR2178259A1; DE2246298C3; JPS4845902A; JPS4861903A; SE381715B; GB1412571A; SE400680B; DE2246264B2; DE2246264C3; JPS4845904A; FR2202391A1; US3854848A

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für Pumpen, insbesondere für die Aufrechterhaltung der Zirkulationsströmung in kontaminierten Flüssigkeiten, der mit dem Pumpenläufer eine Einheit bildet und dessen Stator 2 pm (p = Anzahl der Polpaare, m = Anzahl der Phasen) Spulengruppen enthält, von denen jede in konzentrische Spulen unterschiedlicher Weite unterteilt ist, wobei Spulen unterschiedlicher Weite eine unterschiedliche Anzahl von Polzähnen umfassen.

Es sind Motoren dieser Art bekannt, die einen sphärischen Luftspalt aufweisen und bei welchen die Statorwicklung gegenüber dem Luftspalt durch eine Trennkalotte wasserdicht abgeschlossen ist (US-Patentschriften 34 47 469 und 35 81 132). Bei diesen bekannten Motoren sind die Statorwicklungen mit herkömmlichen Isolationsniaterialien isoliert.

Bei einem weiteren bekannten Kurzschlußläufermotor mit flüssigkeitsdicht gekapseltem Transformator ist die Primärwicklung dieses Transformators auswechselbar in einer flüssigkeitsdicht gekapselten Patrone angeordnet, deren Oberfläche von einem Kühlflüssigkeitsstrom gekühlt wird (DT-AS 19 56 543).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor für eine PumDe so auszubilden, daß er mit

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60 einem Pumpenläufer eine Einheit bildet und lange Zeit völlig wartungsfrei an unzugänglicher Stelle in einem Flüssigkeitskreislauf selbst bei hohen Temperaturen zuverlässig betrieben werden kann.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Spulen ohne isolierende Umhüllung unmittelbar in dem Fördermedium angeordnet sind und daß die einzelnen Spulen jeder Gruppe einerseits an einem allen Spulen gemeinsamen Sternpunkt und andererseits an Speisespannungen liegen, die von der Spule mit der kleinsten Weite zu der Spule mit der größten Weite jeder Spulengruppe um Beträge zunehmen, die ein Kurzschließen benachbarter Leiter aufgrund der Leitfähigkeit des Fördermediums ausschließen.

Unter Ausnutzung der Tatsache, daß viele Fördermedien und insbesondere Wasser eine gewisse Isolierfähigkeit aufweisen, sind die Speisespannungen so gewählt, daß diese Isolierfähigkeit einenen Kurzschluß zwischen den benachbarten Leitern ausschließt

Bedingt durch die kleinen Spannungen, an denen die einzelnen Spulen liegen, müssen die Querschnitte der Leiter, aus denen die Spulen hergestellt sind, entsprechend groß sein, so daß den Spulen eine genügende Formstabilität eigen ist Durch diese Formstabilität ist es möglich, die einzelnen Windungen der Spulen durch Distanzhalter in einem Abstand voneinander und im Abstand von den Polzähnen zu halten. Wenn das Fördermedium heißes Wasser ist, können als Distanzhalter Überzüge aus Glasfaser- oder Mineralfasergeweben verwendet werden, die zwar nicht wasserdicht sind, jedoch den Abstand der Spulenwindungen voneinander und von den Polzähnen gewährleisten, während die Isolierfunktion selbst von dem Fördermedium, nämlich dem Wasser, ausgeübt wird. Bei dieser Ausführungsform haben sich Spannungen unterhalb von 40 Volt bei Abständen der Leiter von etwa 1 mm als ausreichend erwiesen.

In Reaktorgefäßen werden Umwicklungen aus Glasfasergeweben infolge der hohen Neutronendichte und infolge der hohen Temperaturen zerstört In diesem Fall kann der Abstand der Windungen voneinander und von den Polzähnen durch keramische Distanzhalter gewährleistet werden. Diese Distanzhalter können keramische Kugeln sein, die in vorgegebenen Vertiefungen der Leiter formschlüssig eingelegt werden. Vorzugsweise werden in diesem Fall Spannungen zwischen benachbarten Leitern gewählt, die unter 20 Volt liegen, so daß metallische Schmutzteile im Förderstrom nicht zu Kurzschlüssen zwischen den Leitern führen können. Vorzugsweise werden bei Betrieb mit Spannungen in dieser Größenordnung Spulen mit nur einer Windung je Spule in den Spulengruppen verwendet.

Die Erfindung macht sich die großen Leiterquerschnitte zunutze, indem die Zuleitungen zu dem Stator des Pumpenmotors als Aufhängung der Pumpe benutzt werden, wobei diese Zuleitungen vorzugsweise einen solchen Profilquerschnitt aufweisen, daß sie eine maximale Biegesteifigkeit haben. Die Ausnutzung der Zuleitung zum Zwecke der Halterung vereinfacht den konstruktiven Aufwand für Pumpen im Reaktorbau weitgehend. Bei der Ausbildung des Pumpenmotors nach der Erfindung, durch die dieser Motor frei im Förderstrom aufgehängt wird, lassen sich Pumpen verwirklichen, bei denen im Gegensatz zum Stand der Technik nicht ein außerhalb des Reaktorgefäßes angeordneter Motor über eine abgedichtete Welle einen im Reaktorgefäß selbst angeordneten Pumpenläufer antreibt, so daß das Problem der Durchbrechung

des Reaktorgefäßes und der Wellenabdichtungen entfällt Die Erfindung hat deshalb, besonders für den Reaktorbau große Bedeutung, weil in Reaktoren große Drücke herrschen und diese Abdichtung sowohl hinsichtlich der Ausbildung des Reaktorgefäßes als auch hinsichtlich der Abdichtung ein technisch überaus schwieriges Problem darstellt

Grundsätzlich aber ist die neue Pumpe an allen Stellen, an denen ein Tauchmotor bisher nicht eingesetzt werden konnte, da das Problem der Isolierung nicht beherrschbar war, nunmehr verwendbar. So kann sie beispielsweise auch in konventionellen Kraftwerkskesseln zur Umwälzung des Wassers oder auch zur Förderung des Wassers eingesetzt werden, sie kann in Rohrsystjmen mit extrem kontaminierten Flüssigkeiten eingesetzt werden, sie kann aber auch zur Förderung von Lösungsmitteln oder organische Substanzen ersetzende Flüssigkeiten eingesetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zahl der Zuleitungen zu einem Stator eines Motors nach der Erfindung gleich y m ist, wobei q die Zahl der Spulen pro Spulengruppe und m die Zahl der Phasen bedeuten. Wenn z. B. bei einem praktischen Ausführungsbeispiel jede Spulengruppe drei Spulen umfaßt und ein Dreiphasenstrom verwendet wird, dann sind neun Zuleitungen pro Pumpenmotor erforderlich. Bei entsprechender Profilierung jeder Zuleitung können diese Zuleitungen zu einem Bündel zusammengefaßt werden, wobei die Zuleitungen durch Abstandhalter voneinander getrennt sind. Im Bereich dieser Abstandhalter können diese Bündel z. B. durch Metallumfassungen, die selbst mit Abstandhaltern von den Leitern distanziert werden, gehalten werden, so daß die Zuleitungsbündel sehr stabile Aufhängevorrichtungen ergeben.

Durch das Merkmal, daß die Spulen einer Spulengruppe an einem Ende an Spannungen liegen, die von der Spule mit der kleinsten Weite zu der Spule mit der größten Weite jeder Spulengruppe um bestimmte Beträge zunehmen, wird erreicht, daß durch jede Spule in jeder Spulengruppe etwa derselbe Strom fließt. Dieses Ergebnis ist insofern überraschend, als gefunden wurde, daß bei Parallelschalten sämtlicher Spulen einer Spulengruppe praktisch nur die Spule mit der kleinsten Weite, also die innerste Spule einer Spulengruppe, Strom führt Dieser Zusammenhang wird bei der Figurenbeschreibung noch näher erläutert. Es kann also in einer Anordnung, bei der sämtliche Spulen einer Spulengruppe parallel geschaltet werden, bei gleichem Aufwand für das Wicklungsmaterial nur eine wesentlich geringere Luftspaltinduktion erreicht werden als bei der erfindungsgemäßen Anordnung.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert:

F i g. 1 zeigt eine Pumpe mit einem Motor nach der Erfindung teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht, bei der der gesamte Motor sich gehäuselos in dem Strom des Fördermediums befindet;

Fig.2 zeigt schematisch 2ine Draufsicht auf einen Stator eines Motors nach der Erfindung mit mit römischen Ziffern bezeichneten Zähnen und den Verlauf der einzelnen Spulen und Spulengruppen, die zwischen den Zähnen eingelegt sind;

F i g. 2a zeigt idealisiert die von einem Strang der Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt;

F i g. 2b zeigt im Vergleich zu der in Fig. 2a dargestellten Anordnung die bei Parallelschaltung der Spulen einer Spulengruppe von einem Strang der Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt;

Fig.3 zeigt ein Schaltschema für den in Fig.2 dargestellten zweipoligen Stator und den Anschluß an einen Transformator;

F i g. 4 zeigt in Draufsicht einen Strang der Wicklung eines Stators für einen vierpoligen Motor mit vier Spulengruppen, von denen jede drei Spulen unterschiedlicher Weite aufweist;

ίο Fig.4azeigt in perspektivischer Ansicht die gesamte Wicklung mit den Zuleitungen, die insgesamt drei Stränge der in F i g. 4 dargestellten Art aufweist.

In F i g. 1 ist eine Pumpe mit einem Motor nach der Erfindung dargestellt dessen Stator im Mantelraum M hängt Der Anker 22, welcher mit einer Käfigwicklung 37 eine Einheit bildet ist über eine Lagerkugel 39 in eine? Pfanne 33 gelagert die gegen den Stator mit einer Säule 32 abgestützt ist Ein auf die Säule 32 aufzuschraubender Ring 32' hinterschneidet eine Pfanne 33', die über eine Verschraubung 33" über eine Säule 34 und eine weitere Verschraubung 22' mit dem Anker 22 verbunden ist Dadurch wird ein Herabfallen des Läufers bei ausgeschaltetem Motor verhindert Die Polzähne werden durch radial gestellte Bleche 20 gebildet und begrenzen mit ihren dem Anker zugekehrten Flächen 20' den Luftspalt 21. Die einzelnen Spulen der Wicklung 24 weisen nur eine Windung auf. Der magnetische Rückschluß wird durch ringförmige Blechpakete 23 und 23' gebildet Der Motor ist an Zuleitungen

3ü 25, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind, aufgehängt. Bei dem Beispiel nach F i g. 1 befindet sich der Stator in dem Strom des Fördermediums und wird von diesem gekühlt. Durch öffnungen 45 und 46 kann das Fördermedium in den Statorraum einströmen und die Wicklung kühlen. Es ist also weder ein Pumpengehäuse noch ein Statorgehäuse vorgesehen. Der Einlaufschaufelkranz 43 ist mit dem Stator fest verbunden.

Der Stator ist für eine zweipolige Maschine gedacht und weist gemäß den F i g. 2, 2a, 2b und 3 18 Polzähne I bis XVIII auf. Die weiteste Spule einer Spulengruppe umfaßt 8 Polzähne, die kleinste Spule jeder Spulengruppe 4 Polzähne und die mittlere je 6 Polzähne. Es sind also 3 Spulen je Spulengruppe und 2 Spulengruppen je Strang bei dieser zweipoligen Maschine vorgesehen.

Für einen Anschluß an einen Dreiphasenstrom werden 3 Stränge benötigt. Die drei verschiedenen Stränge sind mit durchgezogenen Linien, gestrichelten Linien und punktierten Linien angedeutet. Ebenfalls ist zu sehen, wie jede Spule an einer Seite an dem Sternpunkt 90 liegt. Für den Stator sind q ■ m(q — Anzahl der Spulen pro Spulengruppe, in diesem Fall 3, und m = Zahl der Phasen, in diesem Fall ebenfalls 3), also 9 Zuleitungen erforderlich, die mit i bis 9 bezeichnet sind.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersehen werden kann, liegen

Yj die Spulen einr Spulengruppe mit jeweils einem Ende an Spannungen, die von der Spule mit der größten Weite jeder Gruppe bis zur Spule mit der kleinsten Weite abnehmen. Die Spannungen in den 3 Zuleitungen zu jeder einzelnen Spulengruppe haben dabei gleiche

μ) Phase. Wiederum liegen Spulen mit gleicher Weite in verschiedenen Spulengruppen und verschiedenen Strängen an Spannungen gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Phase. Die zur Speisung der einzelnen Spulci einer Spulengruppe erforderlichen Teilspannun-

h) gen verhalten sich in ihrem Betrag zueinander in erster Näherung wie die Dehnungsfaktoren sin (2 ρ 90° Z₁ZZ) (ρ — Anzahl der Polpaare, Z₅ = Anzahl der von einer Spule umfaßten Zähne, Z = gesamte Anzahl der Zähne

des Stators) der jeweiligen Spulen.

F i g. 2a zeigt idealisiert in abgewickelter Darstellung die von einem Strang der Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt. Dabei ist die Wicklung nach F i g. 2 bzw. F i g. 3 mit 3 Spulen pro Spulengruppe und 2 Polen zugrundegelegt.

Im Vergleich dazu zeigt F i g. 2b in gleicher Darstellung wie F i g. 2a die räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt für den Fall der Speisung aller Spulen einer Spulengruppe mit gleicher ι ο Spannung wie sie bei Parallelschaltung dieser Spulen notwendig wird. Die Parallelschaltung der Spulen einer Spulengruppe und die Speisung mit gleicher Spannung erzwingen nach dem Induktionsgesetz, daß alle Spulen einer Spulengruppe den gleichen magnetischen Fluß umfassen. Das ist jedoch nur möglich, wenn allein die innerste Spule einer Spulengruppe Strom führt, während alle Spulen größerer Weite praktisch stromlos bleiben.

F i g. 3 zeigt die Speisung einer Wicklung nach F i g. 2 über einen Transformator mit den primären Wicklungssträngen 92', 92", 92'" und einer Sekundärwicklung mit den Teilwicklungen 93', 94', 95' für den ersten Strang, 93", 94", 95" für den zweiten Strang und 93'", 94'", 95'" für den dritten Strang. Von der Wicklung aus F i g. 2 ist in abgewickelter Darstellung nur der erste Strang mit den Zähnen I bis XVIII, dem Sternpunkt 90 und den Zuleitungen 1, 2, 3 eingezeichnet. In gleicher Weisi werden der zweite Strang über die Zuleitungen 4, 5, < und der dritte Strang über die Zuleitungen 7, 8, ! angeschlossen.

In Fig.4 ist ein Strang einer Wicklung für einei Motor mit 4 Spulengruppen dargestellt, von denen jed< 3 Spulen aufweist. Dieser Strang ist für eine 4polig< Maschine mit einem Stator mit 36 Polzähnen gedacht Jede Spulengruppe ist einseitig mit einem Sternpunk 100 und mit der anderen Seite jeweils mit einem Leitei 101', 102' oder 103' verbunden. Diese Leiter werder wiederum mit Spannungen unterschiedlicher Größf gespeist, und zwar der Leiter 10Γ mit der größter Spannung und der Leiter 103' mit der kleinster Spannung. Bei Speisung mit dreiphasigem Strom sind ; Stränge, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind, erforderlich die jeweils räumlich um 60" versetzt über die Polzähm geschoben werden. Eine solche Ausführungsform ist it F i g. 4a dargestellt, in der die Stränge 104', 104" unc 104'" in drei Ebenen übereinander angeordnet sind Diese Stränge sind in gleicher Weise, wie in Fig.* dargestellt, ausgebildet und teilweise im Schnit dargestellt Die Zuleitungen zu den enstprechender Strängen sind jeweils mit 101', 102', 103' bzw. 101", 102' und 103" gezeigt Die Zuleitungen zum dritten Strang sind in F i g. 4a nicht sichtbar.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromotor für Pumpen, insbesondere für die Aufrechterhaltung der Zirkulationsströmung in kontaminierten Flüssigkeiten, der mit dem Pumpenläufer eine Einheit bildet und dessen Stator 2 pm '(ρ = Anzahl der Polpaare, m = Anzahl der Phasen) Spulengruppen enthält, von denen jede in konzentrische Spulen unterschiedlicher Weite unterteilt ist wobei Spulen unterschiedlicher Weite eine unterschiedliche Anzahl von Polzähnen umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (24) ohne isolierende Umhüllung unmittelbar in dem Fördermedium angeordnet sind und daß die einzelnen Spulen jeder Gruppe einerseits an einem allen Spulen gemeinsamen Sternpunkt (90,100) und andererseits an Speisespannungen liegen, dip von der Spule mit der kleinsten Weite zu der Spule mit der größten Weite jeder Spulengruppe um Beträge zunehmen, die ein Kurzschließen benachbarter Leiter aufgrund der Leitfähigkeit des Fördermediums ausschließen.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule nur aus einer Windung besteht

3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen gegeneinander durch mineralische Distanzhalter auf Abstand gehalten sind.

4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zuleitungen (25; 101', 102', 103', 101", 102", 103") zu den Spulen in bestimmten Abständen durch Abstandshalter voneinander getrennt gehalten und zu einem Leiterbündel zusammengefaßt sind, an dem die Pumpe in den Förderraum eingehängt ist.

5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter aus mineralischen Werkstoffen bestehen.