EP0606054A2 - Fördervorrichtung mit Laufrad zum Bewegen von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Strömungskanal - Google Patents

Fördervorrichtung mit Laufrad zum Bewegen von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Strömungskanal Download PDF

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EP0606054A2
EP0606054A2 EP93890251A EP93890251A EP0606054A2 EP 0606054 A2 EP0606054 A2 EP 0606054A2 EP 93890251 A EP93890251 A EP 93890251A EP 93890251 A EP93890251 A EP 93890251A EP 0606054 A2 EP0606054 A2 EP 0606054A2
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Definitions

  • the invention relates to a conveyor device with an impeller for moving gases or liquids in a flow channel.
  • conveying devices are known in which an impeller is driven via a long shaft of a motor lying outside the flow channel, the latter having a curvature for the passage of the shaft into the flow channel so that the motor shaft can directly support the impeller.
  • the curvature in the flow channel immediately in front of the impeller causes a significant drop in performance and the long shaft requires high-precision manufacture and good maintenance.
  • the shaft carrying the impeller can also be driven by a motor, so that no curvature of the flow channel is necessary, but losses also occur.
  • a further problem is the sealing of the flow channel at the openings for the shaft or for other parts of an implementation. This is of great importance especially when conveying dangerous media.
  • the object of the present invention is to find a conveyor device in which the above-mentioned problems do not occur or are at least reduced.
  • a drive device consisting of a stator and an armature is used for the rotation of the impeller, which is designed as a ring which concentrically surrounds the impeller rotatable about an axis and which forms a unit with the impeller.
  • the stator is thus on the circumference of the flow channel and can be cooled from the outside to convey hot media and the flow in the middle of the flow channel is not hindered.
  • the object is also achieved according to the invention by a conveying device in which an outer impeller driven by a drive device drives a smaller, inner impeller through its rotation via a gear, thereby ensuring a uniform flow over the entire flow cross section.
  • the outer impeller is preferably operated by an electric motor, the armature of which is annular and concentrically surrounds the impeller. Due to the improved conveyance of the central flow in the flow channel, however, the drive of the outer impeller by a motor located outside the flow channel is also possible.
  • Permanent magnets can be arranged in the ring-shaped armature, which follow the rotating field generated by the coils located in the stator.
  • the use of permanent magnets is particularly advantageous for safety reasons in the case of highly flammable gases.
  • another drive device for example an asynchronous motor with a short-circuit rotor, must be selected, with electrically conductive, rods parallel to the axis of rotation of the impeller and coils which generate the magnetic rotating field are located in the stator.
  • the impeller can be driven by the ring-shaped armature being designed as a turbine wheel, to which a gaseous or liquid pressurized drive medium is fed via nozzles located in the stator. Part of the medium to be pumped can serve as the drive medium after compression.
  • the armature can run in a recess in the stator.
  • the gear provided between the outer impeller and the inner impeller can consist of two ball bearings, the outer impeller sitting on the outer ring of the first ball bearing, the inner ring of which is fixed in relation to the flow channel, the outer ring of the first ball bearing with the cage of the second ball bearing is connected, the inner ring of which is integral with or connected to the axis of the inner impeller, whereas the outer ring of the second ball bearing is fixed with respect to the flow channel.
  • FIG. 1 shows a conveyor device according to the present invention in section.
  • 2 shows the conveyor device from FIG. 1 in a partially sectioned view in the flow direction.
  • 3 shows another embodiment of the invention in section.
  • FIG 4 shows a further exemplary embodiment in a view in the flow direction.
  • Figures 1 and 2 show a flow channel 8, in which there is an impeller 3 which is rotatably mounted on a frame 9 which is stationary with respect to the flow channel 8.
  • the blades of the impeller 3 are fixedly connected at their outer ends to a ring which is the armature 1 of an electric motor.
  • armature 1 there are electrically conductive rods 4 running parallel to the axis of rotation, e.g. made of copper, which are connected via short-circuit rings 10.
  • the stator 6 is formed with coils 5, which generate a magnetic rotating field and thus move the armature 1 and the impeller 3 at the same time. In order not to influence the edge currents too much, the armature 1 runs in a radial recess 7 of the stator.
  • the embodiment of the invention shown in Figure 3 shows an outer impeller 23 with small, outer blades, which is mounted on a first ball bearing 21 on the fixed to the flow channel 8 frame 9 connected to the inner ring 26 of the ball bearing 21.
  • the outer ring 25 of the first ball bearing 21 is connected to the cage 27 of a second ball bearing 22, the outer ring 29 of which is fastened to the walls of the flow channel 8 via supports 31 and the inner ring 28 of which is connected to the axis 30 of a small, inner impeller 24.
  • the outer impeller 23 is, like the impeller shown in Fig.l and 2, driven by an electric motor, the armature 1 concentrically surrounds the impeller 23 as a ring and is firmly connected to the impeller.
  • the stator 6 of the electric motor is arranged with the coils 5 outside the flow channel, where it can be easily cooled if necessary when conveying hot media.
  • the rotation of the impeller 23 rotates the outer ring 25 of the first ball bearing 21, which takes the cage 27 of the second ball bearing 22 with it and in this way sets the inner ring 28 of the second ball bearing 22 in rotation with respect to the fixedly arranged outer ring 29.
  • This translation causes the inner impeller 24 to rotate at a higher speed than the outer one Impeller 23 and ensures a good central flow.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the device according to the invention in which the armature 41 is also firmly connected to the impeller 33 and has the shape of a ring which is designed like a turbine wheel.
  • the drive takes place via a pressurized drive medium which is directed through nozzles 35 located in the stator 36 onto the blade elements 34 of the armature 41.
  • the drive medium can be gaseous or liquid. A part of the medium to be conveyed can be used as the drive medium, whereby this is first compressed and then fed to the nozzles.

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Abstract

Bei einer Fördereinrichtung zum Bewegen von Gasen und Flüssigkeiten in einem Strömungskanal wird zur Verbesserung der Fördereigenschaften für die Rotation des Laufrades 3 eine Antriebsvorrichtung bestehend aus einem Stator 6 und einem Anker 1 verwendet wird, der als Ring ausgeführt ist, der das um eine Achse 2 drehbare Laufrad 3 konzentrisch umschließt und der mit dem Laufrad 3 eine Einheit bildet oder es werden ein äußeres und ein inneres Laufrad vorgesehen, wobei das durch einen Motor angetriebene äußere Laufrad durch seine Drehung über ein Getriebe das kleinere, innere Laufrad antreibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung mit Laufrad zum Bewegen von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Strömungskanal.
  • Es sind bereits Fördereinrichtungen bekannt, bei denen ein Ventilator mit seinem Motorblock direkt in der Mitte des Strömungskanals angeordnet ist. Diese hat jedoch den Nachteil, daß der Motorblock für das strömende Medium ein Hindernis bildet, zur Wirbelbildung beiträgt und den tatsädilichen Strömungsquerschnitt verringert. Insbesondere tritt bei solchen Ventilatoren ein merklicher Leistungsverlust auf, wenn der Ventilator aus baulichen oder sonstigen Gründen nicht in seiner Idealposition im Strömungskanal angebracht werden kann. Abgesehen von den bisher genannten Nachteilen ist die Kühlung des Ventilatormotors problematisch und eine solche Förderungeinrichtung ist für die Bewegung von heißen Medien nicht geeignet. Schließlich verschmutzt der Motor rasch, wenn die transportierten Medien Partikel enthalten, wie z.B. Abgase oder Abwässer. Ein weiteres Problem besteht darin das durch die Elektrik im Strömungskanal bei entzündbaren Medien Explosionsgefahr besteht.
  • Weiters sind Fördereinrichtungen bekannt, bei denen ein Laufrad über eine lange Welle eines außerhalb des Strömungskanales liegenden Motors angetrieben wird, wobei zum Durchtritt der Welle in den Strömungskanal dieser eine Krümmung aufweist, damit die Motorwelle direkt das Laufrad tragen kann. Die Krümmung im Strömungskanal unmittelbar vor dem Laufrad bewirkt jedoch einen deutlichen Leistungsabfall und die lange Welle erfordert eine hochpräzise Fertigung und gute Wartung. Natürlich kann die das Laufrad tragende Welle auch über eine Umsetzung von einem Motor angetrieben werden, sodaß keine Krümmung des Strömungskanals notwendig ist, aber dabei entstehen ebenfalls Verluste. Ein weiteres Problem stellt dabei die Abdichtung des Strömungskanals an den Öffnungen für die Welle oder für andere Teile einer Umsetzung dar. Insbesondere bei der Förderung von gefährlichen Medien ist das von großer Bedeutung.
  • Allgemein stellt sich auch das Problem, daß bei der Förderung von Medien mittels Laufrädern die äußeren Schichten der Medien höhere Geschwindigkeiten haben als die inneren Schichten, die bei ungünstigen Bedingungen manchmal sogar zum Stehen kommen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Fördereinrichtung zu finden bei der die obengenannten Probleme nicht auftreten bzw. zumindest verringert werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Rotation des Laufrades eine Antriebsvorrichtung bestehend aus einem Stator und einem Anker verwendet wird, der als Ring ausgeführt ist, der das um eine Achse drehbare Laufrad konzentrisch umschließt und der mit dem Laufrad eine Einheit bildet. Der Stator liegt somit am Umfang des Strömungskanals und kann zur Förderung von heißen Medien von außen gekühlt werden und die Strömung in der Mitte des Strömungkanals wird nicht behindert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch eine Fördereinrichtung gelöst, bei der ein durch eine Antriebsvorrichtung angetriebenes äußeres Laufrad durch seine Drehung über ein Getriebe ein kleineres, inneres Laufrad antreibt, wodurch für eine gleichmäßige Strömung über den gesamten Strömungsquerschnitt gesorgt wird. Vorzugsweise wird dabei das äußere Laufrad durch einen Elektromotor betrieben, dessen Anker ringförmig ist und das Laufrad konzentrisch umschließt. Durch die verbesserte Förderung der mittigen Strömung im Strömungskanal ist jedoch auch der Antrieb des äußeren Laufrades durch einen außerhalb des Strömungskanales liegenden Motor möglich.
  • In dem ringförmigen Anker können Permanentmagneten angeordnet sein, die dem durch die im Stator befindlichen Spulen erzeugten Drehfeld folgen. Insbesondere bei leicht entzündlichen Gasen ist die Verwendung von Permanentmagneten aus Sicherheitsgründen von Vorteil.
  • Haben die zu fördernden Medien hingegen eine sehr hohe Temperatur, muß eine andere Antriebsvorrichtung, z.B. ein Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer gewählt werden, wobei sich im Anker elektrisch leitende, zur Drehachse des Laufrads parallele Stäbe und im Stator Spulen, welche das magnetische Drehfeld erzeugen, befinden.
  • Ist die Temperatur so hoch, daß das starke Störungen im Magnetfeld die Funktion des Motors verhindern kann der Antrieb des Laufrades erfolgen indem der ringförmige Anker als Turbinenrad ausgebildet ist, welchem über im Stator befindliche Düsen ein gasförmiges oder flüssiges unter Druck stehendes Antriebsmedium zugeleitet wird. Dabei kann ein Teil des zu fördernden Mediums nach Komprimierung als Antriebsmedium dienen.
  • Selbstverständlich sind auch andere Motoren denkbar, sofern sie den erfindungsgemäßen ringförmigen, das Laufrad umgebenden Aufbau des Ankers erlauben.
  • Um die Strömung am Rand des Strömungskanals nicht zu stören, kann der Anker in einer Vertiefung im Stator laufen.
  • Das zwischen dem äußeren Laufrad und dem inneren Laufrad vorgesehene Getriebe kann erfindungsgemäß aus zwei Kugellagern bestehen, wobei das äußere Laufrad auf dem Außenring des ersten Kugellagers sitzt, dessen Innenring gegenüber dem Strömungskanal festgelegt ist, wobei der Außenring des ersten Kugellagers mit dem Käfig des zweiten Kugellagers verbunden ist, dessen Innenring mit der Achse des inneren Laufrades einstückig oder mit dieser verbunden ist, wohingegen der Außenring des zweiten Kugellagers gegenüber dem Strömungskanal festgelegt ist.
  • Im weiteren wird die erfindungsgemäße Fördereinrichtung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erklärt.
  • Dabei zeigt Fig. 1 eine Fördereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt. Fig.2 zeigt die Fördereinrichtung aus Fig.1 in einer teilweise geschnittenen Ansicht in Strömungsrichtung. Fig.3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt.
  • Fig.4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Ansicht in Strömungsrichtung.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Strömungskanal 8, in dem sich ein Laufrad 3 befindet, welches auf einem gegenüber dem Strömungskanal 8 ortsfesten Gestell 9 drehbar gelagert ist. Die Blätter des Laufrades 3 sind an ihren äußeren Enden fest mit einem Ring verbunden, der der Anker 1 eines Elektromotors ist. In dem Anker 1 befinden sich zur Drehachse parallel verlaufende, elektrisch leitende Stäbe 4, z.B. aus Kupfer, die über Kurzschlußringe 10 verbunden sind. Am Umfang des Strömungskanals 8 ist der Stator 6 mit Spulen 5 ausgebildet, die ein magnetisches Drehfeld erzeugen und damit den Anker 1 und gleichzeitig das Laufrad 3 bewegen. Um die Randströmungen nicht zu stark zu beeinflussen, läuft der Anker 1 in einer radialen Vertiefung 7 des Stators.
  • Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt ein äußeres Laufrad 23 mit kleinen, außen liegenden Blättern, das über ein erstes Kugellager 21 am gegenüber dem Strömungskanal 8 ortsfesten, mit dem Innenring 26 des Kugellagers 21 verbundenen Gestell 9 gelagert ist. Der Außenring 25 des ersten Kugellagers 21 ist mit dem Käfig 27 eines zweiten Kugellagers 22 verbunden, dessen Außenring 29 über Träger 31 an den Wänden des Strömungskanals 8 befestigt ist und dessen Innenring 28 mit der Achse 30 eines kleinen, inneren Laufrades 24 verbunden ist. Das äußere Laufrad 23 wird, wie das in Fig.l und 2 dargestellte Laufrad, durch einen Elektromotor angetrieben, dessen Anker 1 als Ring das Laufrad 23 konzentrisch umschließt und mit dem Laufrad fest verbunden ist. Der Stator 6 des Elektromotors ist mit den Spulen 5 außerhalb des Strömungskanals angeordnet, wo er gegebenenfalls bei der Förderung von heißen Medien leicht gekühlt werden kann. Durch die Drehung des Laufrades 23 dreht sich der Außenring 25 des ersten Kugellagers 21, der den Käfig 27 des zweiten Kugellagers 22 mitnimmt und auf diese Weise den Innenring 28 des zweiten Kugellagers 22 gegenüber dem ortsfest angeordneten Außenring 29 in Rotation versetzt. Diese Übersetzung bewirkt, daß sich das innere Laufrad 24 mit größerer Geschwindigkeit dreht als das äußere Laufrad 23 und für eine gute mittige Strömung sorgt.
  • Die Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der der Anker 41 ebenfalls mit dem Laufrad 33 festverbunden ist und die Form eines Ringes hat, der wie ein Turbinenrad ausgebildet ist. Der Antrieb erfolgt dabei über ein unter Druck stehendes Antriebsmedium das durch im Stator 36 befindliche Düsen 35 auf die Schaufelelemente 34 des Ankers 41 geleitet wird. Das Antriebsmedium kann gasförmig oder flüssig sein. Es kann ein Teil des zu fördernden Mediums als Antriebsmedium verwendet werden, wobei dieses zuerst komprimiert wird und dann den Düsen zugeleitet wird.

Claims (21)

  1. Fördervorrichtung mit Laufrad zum Bewegen von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß für die Rotation des Laufrades (3) eine Antriebsvorrichtung bestehend aus einem Stator (6) und einem Anker (1) verwendet wird, der als Ring ausgeführt ist, der das um eine Achse (2) drehbare Laufrad (3) konzentrisch umschließt und der mit dem Laufrad (3) eine Einheit bildet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung elektrisch gespeist ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung als Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgeführt ist, wobei sich im Anker (1) elektrisch leitende zur Drehachse des Laufrads (3) parallele Stäbe (4) und im Stator (6) Spulen (5), welche das magnetische Drehfeld erzeugen, befinden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein Elektromotor ist, wobei sich im Anker Permanentmagneten und im Stator (6) Spulen (5), welche das magnetische Drehfeld erzeugen, befinden.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Stator zwei diametral angeordnete Spulen befinden, wobei eine Anlaufhilfe für den Anker vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Förderung von heißen Gasen die Anlaufhilfe für den Anker durch die thermische Eigenbewegung der Gase gegeben ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anker als Turbinenrad ausgebildet ist, welchem über im Stator befindliche Düsen ein gasförmiges oder flüssiges unter Druck stehendes Antriebsmedium zugeleitet wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu fördernden Mediums nach Komprimierung als Antriebsmedium dient.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6) eine Vertiefung (7) in radialer Richtung aufweist, in welcher der Anker (1) läuft.
  10. Fördervorrichtung mit Laufrad zum Bewegen von Gasen oder Flüssigkeiten in einem Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß ein angetriebenes äußeres Laufrad (23) durch seine Drehung über ein Getriebe (20) ein kleineres, inneres Laufrad (24) antreibt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Laufrad durch eine Antriebsvorrichtung bestehend aus einem Stator (6) und einen Anker (1) angetrieben wird, wobei der Anker (1) als Ring ausgeführt ist, das äußere Laufrad (23) konzentrisch umschließt und mit dem äußeren Laufrad (23) eine Einheit bildet.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein Elektromotor ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung als Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgeührt ist, wobei sich im Anker (1) elektrisch leitende zur Drehachse der Laufräder (23,24) parallele Stäbe (4) und im Stator (6) Spulen (5), welche das magnetische Drehfeld erzeugen, befinden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Anker Permanentmagneten und im Stator Spulen, welche das magnetische Drehfeld erzeugen, befinden.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Stator zwei diametral angeordnete Spulen befinden, wobei eine Anlaufhilfe für den Anker vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Förderung von heißen Gasen die Anlaufhilfe für den Anker durch die thermische Eigenbewegung der Gase gegeben ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Anker als Turbinenrad ausgebildet ist, welchem über im Stator befindliche Düsen ein gasförmiges oder flüssiges unter Druck stehendes Antriebsmedium zugeleitet wird.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des zu fördernden Mediums nach Komprimierung als Antriebsmedium dient.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator eine Vertiefung in radialer Richtung aufweist, in welcher der Anker läuft.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Laufrad durch eine Welle eines Motors angetrieben wird, der außerhalb des Strömungskanals liegt.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Laufrad (23) auf dem Außenring (25) eines ersten Kugellagers (21) sitzt, dessen Innenring (26) gegenüber dem Strömnngskanal (8) festgelegt ist, wobei der Außenring (25) des ersten Kugellagers (21) mit dem Käfig (27) eines zweiten Kugellagers (22) verbunden ist, dessen Innenring (28) mit der Achse (30) des inneren Laufrades (24) einstückig oder mit dieser verbunden ist, wohingegen der Außenring (29) des zweiten Kugellagers (22) gegenüber dem Strömungskanal (8) festgelegt ist.
EP9393890251A 1992-12-28 1993-12-22 Conveying device having an impellor for propelling gases or liquids in a flow channel. Withdrawn EP0606054A3 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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AT2591/92 1992-12-28

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Publication Number Publication Date
EP0606054A2 true EP0606054A2 (de) 1994-07-13
EP0606054A3 EP0606054A3 (en) 1994-08-24

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EP9393890251A Withdrawn EP0606054A3 (en) 1992-12-28 1993-12-22 Conveying device having an impellor for propelling gases or liquids in a flow channel.

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