DE4009198A1 - Trockenlaufsicherung fuer spaltrohrmotorpumpen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spaltrohrmotorpumpe mit Kühl- und Schmierstromführung, insbesondere bei Gleitlagerung der Pumpenwelle, sowie mit Spaltrohr im Magnetfeld zwischen Stator und Rotor.

Pumpen, die in der Förderflüssigkeit arbeiten, werden in der Mehrzahl mit einer durch das Fördergut geschmierten Gleitlagerung ausgerüstet, d. h. die in der Flüssigkeit befindlichen Lager werden mit einem Teilstrom des Fördergutes, der vom Laufrad der Pumpe selbst erzeugt und auf einen entsprechenden Druck gebracht wird, im Durchlauf geschmiert. Bei Pumpen, deren Antrieb ebenfalls im Produkt liegt, wie Magnet-, Flüssiggas- oder Spaltrohrmotorpumpen, hat dieser Teilstrom die zusätzliche Aufgabe, die durch den Antrieb entstehende Verlustwärme abzuführen.

Wird dieser der Schmierung der Lager und Kühlung der Antriebsteile dienende Schmierstrom vorübergehend oder zeitweise unterbrochen, führt dies in den meisten Fällen zur Beschädigung oder Zerstörung der Lager, bei Unterflüssigkeitsantrieben oft auch zur Zerstörung des Antriebes durch Überhitzung. Ursache für den Ausfall dieses Teilstromes können sowohl ein absoluter Trockenlauf sein, entstanden durch vollkommene Entleerung des Zulaufbehälters oder Verstopfung der Saugleitung, als auch vorübergehender Trockenlauf durch Bildung von Gasblasen in der Saugleitung oder durch Kavitation, und damit verursachtem zeitweiligen Unterbrechen der Förderung durch das Laufrad. Der zuletzt genannte Fall tritt verhältnismäßig häufig auf. Oft setzt nach einem so entstandenen Trockenlauf die Förderung schon nach kurzer Zeit von selbst wieder ein, so daß er dem Betreiber der Anlage erst dann auffällt, wenn die Pumpe aufgrund der vielen kurzfristigen Trockenläufe stark geschädigt ist und versagt. Die dann entstandenen Schäden sind meist sehr umfangreich und in der Behebung langwierig und teuer.

Um Schäden durch Trockenlauf zu begrenzen oder auszuschließen, gibt es eine ganze Reihe von Sicherheitsvorkehrungen, wie Druck-, Strömungs-, Temperatur-, Schwingungs- und/oder Leistungsaufnahme- Überwachungen, die beim Auftreten einer Störung die Stromzuführung zum Antriebsmotor unterbrechen und die Pumpe stillsetzen. Die Nachteile dieser Überwachung liegen auf der Hand, nämlich hohe Kosten für Meß- und Steuerinstrumente und die umfangreichen Installationsmaßnahmen, wobei nicht selten zwei oder mehrere redundante Überwachungseinrichtungen eingesetzt werden. Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Nachteil ist, daß gerade kurzzeitige Aussetzer in der Förderung entweder zur Totalabschaltung führen, die aus prozeßtechnischen Gründen unerwünscht ist, oder bei Einsatz entsprechender Abschaltverzögerungen, um dies auszuschließen, diese zu träge eingestellt sind und dann zu spät, also bereits nach Auftreten des Schadensfalles ansprechen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spaltrohrmotorpumpe konstruktiv so auszubilden, daß sowohl längerer Trockenlauf als auch viele kurzfristige Trockenläufe während des Einsatzes, die unter speziellen Betriebsbedingungen, wie z. B. Förderung einer Flüssigkeit am Siedepunkt nie ganz zu vermeiden sind, keinen Schaden an den mit dem durch das Fördergut geschmierten Gleitlagern und an den durch das Fördergut gekühlten Motorteilen verursachen kann. Außerdem obliegt ihr die Aufgabe, die Überwachung des zur Schmierung und Kühlung vom Hauptstrom abgezweigten Fördergutteilstromes durch einfache Messung der Übertemperatur mit einem großen Toleranzbereich zu ermöglichen, der es erlaubt, kurzfristige betriebsbedingte Trockenläufe nicht als Abschaltkriterium betrachten zu müssen.

Die Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß am Anfang und Ende der Schmier- bzw. Kühlstrecke zwei in entgegengesetzten Richtungen fördernde Hilfslaufräder so angeordnet werden, daß der Raum in dem der vom Hauptförderstrom abgezweigte Schmier- und Kühlstrom seine Aufgabe zu schmieren und zu kühlen erfüllen muß, während der normalen Förderphase durchströmt wird, bei unterbrochener Förderphase sich aber nicht entleeren kann und bei reduzierter Zirkulation des Schmier- bzw. Kühlstromes die ausreichende Schmierung der Lager und der Kühlung der Motorteile über einen gewissen Zeitraum, der von dem Volumen und der Temperatur des in einem Vorratsbehälter gespeicherten Produktes, bestimmt wird, sichergestellt ist.

Die Temperatur der mit reduzierter Zirkulation umgewälzten Schmier- bzw. Kühlmittelmenge, die über ein Fernthermometer ermittelt wird, dient als Signal für die Auslösung eines Alarms und/oder für das Abschalten des Antriebsmotors.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es wird dabei das Prinzip einer trockenlaufsicheren Spaltrohrmotorpumpe (P) mit Kühl- und Schmierstromführung im Teilschnitt oberhalb der Drehachse (A) Pumpenwelle (W) gezeigt.

Wie aus der Figur ersichtlich, wird von der Produktseite (1) im Bereich des Laufrades (2) der Pumpe (P) bei normalem Betrieb über die Drosselstrecke (3) und den Spalt (4) ein Teilstrom aus dem Fördergut über das pumpenseitige Hilfslaufrad (10) in den Druckraum (11) gefördert und gelangt von dort über das pumpenseitige Gleitlager (5) sowie durch den Ringraum zwischen Spaltrohr (6) und innen angeordneten Läufer bzw. Rotor (7) des Antriebs- bzw. Elektromotors zum blindwellenseitigen Gleitlager (8). Der Spalttopf (6) sperrt dabei bekanntermaßen den Ringraum zum Rotor (7) gegenüber dem Stator (S), d. h. dem ortsfesten Blechpaket mit Wicklungen ab. Entgegen der Förderrichtung des blindwellenseitigen Hilfslaufrades (20) wird der Teilstrom aus dem peripheren Ringraum (21) durch das Hilfslaufrad (20) zur Austrittsöffnung (9) gedrückt und gelangt von dort zurück zur Saugseite der Pumpe (P) über eine Leitung (30). Auf diesem aufgezeigten Weg schmiert der Teilstrom die Lager (5 und 8) und führt die im Bereich des Motors im Spaltrohr (6) und im Rotor (7) anfallende Verlustwärme ab. In der Darstellung ist das pumpenseitige Hilfslaufrad (10) im Durchmesser größer ausgeführt als das blindwellenseitige Hilfslaufrad (20), somit ist durch ein entsprechendes Druckgefälle vom Druckraum (11) des Hilfslaufrades (10) bis zur Austrittsöffnung (9) die Durchströmrichtung vorgegeben.

Im Fall der Förderunterbrechung des Pumpenlaufrades (20) wird der Druck vor dem pumpenseitigen Hilfslaufrad (10) abfallen. Das Laufrad (10) wird solange Flüssigkeit nachfördern, bis der Druck im Raum (11) bis (21), d. h. im gesamten Raum zwischen dem Hilfslaufrad (10), dem Spaltrohr (6) und dem blindwellenseitigen Hilfslaufrad (20), der Förderhöhe des Hilfslaufrades (20) entspricht. Dies bedeutet, daß die in diesem Raum (11 bis 21) befindliche Flüssigkeit nicht mehr abfließen kann, und sie für eine beschränkte Zeit die Schmierung der Lager und Kühlung der Motorteile übernehmen wird und dies so lange, bis sie durch Erwärmung verdampft und ausgetrieben wird.

Um die Zeitdauer des möglichen Trockenlaufs zu verlängern, wird vorzugsweise ein Pufferbehälter (31) derart installiert, daß er mit seiner Auslaßleitung (32) im Bereich hinter dem pumpenseitigen Hilfslaufrad (10), d. h. in den Raum (11), in kürzestmöglichem Abstand zur Welle (W) mündet und mit seiner Eintrittsleitung (33) vor dem blindwellenseitigen Hilfslaufrad (20), d. h. im Raum (21), mit größtmöglichem Abstand von der Welle (W) beginnt. Durch die durch Rotation der Flüssigkeit durch die Hilfslaufräder (10, 20) verursachte Druckdifferenz wird eine Strömung von der Eintrittsleitung (33) über den Pufferbehälter (31) zur Austrittsleitung (32) erfolgen, die durch das Lager (5) den Ringraum zwischen Spaltrohr (6) und Rotor (7) über die Lager (8) zur Eintrittsleitung (33) zirkuliert. Auf diesem Weg heizt sich der Teilstrom auf. Die Dauer des möglichen Trockenlaufes wird letztlich durch das Volumen des Pufferbehälters (31) und die zulässige Temperaturerhöhung der Zirkulationsflüssigkeit bestimmt. Eine in der Eintrittsleitung (33) angeordnete Temperaturmeßstelle (T) kann verwendet werden, um eine nach längerem Trockenlauf aufgetretene Temperaturerhöhung der Zirkulationsflüssigkeit als Abschaltsignal für die Pumpe (P) zu benutzen.

Die axialen flügelseitigen Abstände der Hilfslaufräder (10, 20) zu den feststehenden Wandungen sind zweckmäßigerweise gleich groß und betragen etwa 0,8 bis 1,2 mm.

Claims (10)

1. Spaltrohrmotorpumpe mit Kühl- und Schmierstromführung, insbesondere bei Gleitlagerung der Pumpenwelle, sowie mit Spaltrohr im Magnetfeld zwischen Stator und Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zu schmierenden und zu kühlenden Teile der Pumpe bzw. des Motors in einem Raum befinden, dessen axiale Begrenzung durch zwei Hilfslaufräder (10, 20) gebildet wird.

2. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderrichtung der Hilfslaufräder (10, 20) gegensinnig ausgerichtet ist.

3. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zu schmierenden und zu kühlenden Bauteile auf der Druckseite der Hilfslaufräder (10, 20) befinden.

4. Spaltrohrmotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslaufräder (10, 20) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

5. Spaltrohrmotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslaufräder (10, 20) gleiche Durchmessser aufweisen.

6. Spaltrohrmotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die druckseitigen Räume (11, 21) hinter den Hilfslaufrädern (10, 20) durch Leitungen (32, 33) miteinander verbunden sind.

7. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Leitung (32) achsnah, der Anfang der Leitung (33) achsfern von der Drehachse (A) oder umgekehrt angeordnet sind.

8. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Leitungen (32, 33) ein Pufferbehälter (31) angeordnet ist.

9. Spaltrohrmotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (33) eine Temperaturmeßstelle (T) angebracht ist.

10. Spaltrohrmotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß eines Teilförderstroms im Spaltrohrmotor sowohl von der Laufrad- zur Blindwellenseite (10 nach 20) wie auch von der Blindwellen- zur Laufradseite (20 nach 10) mit entsprechender Umkehrung der Zirkulation regelbar ist.