EP0879967B1 - Maschinenaggregat mit integrierter Wärmesperre - Google Patents

Maschinenaggregat mit integrierter Wärmesperre Download PDF

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EP0879967B1
EP0879967B1 EP98107095A EP98107095A EP0879967B1 EP 0879967 B1 EP0879967 B1 EP 0879967B1 EP 98107095 A EP98107095 A EP 98107095A EP 98107095 A EP98107095 A EP 98107095A EP 0879967 B1 EP0879967 B1 EP 0879967B1
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EP
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machine unit
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Ludwig Albrecht
Horst Schreyer
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/5893—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps heat insulation or conduction

Definitions

  • the invention relates to a machine unit with a heat barrier through which a hot part of a cool part of the unit during operation Machine unit is separated, with fasteners the two parts hold together and between these parts a flow of force over one or more force-transmitting elements is produced.
  • EP 0 731 280 A1 provides one with a heat barrier equipped unit known. There it is a Centrifugal pump unit for conveying hot media. Through the heat barrier a separation between the hot pump part and the parts of the Units are created, which seal and drive the Serve pump.
  • Such parts are e.g. B. the shaft seal and the rolling bearings; it can also be the inner part of a magnetic drive or one Activate canned motor in versions without shaft seals.
  • the invention has for its object a with a thermal barrier equipped machine unit to create, which with the same axial Realizing extension is like a corresponding standardized Machine unit without heat barrier, but on sensitive and expensive Materials should be dispensed with.
  • the power transmission via metallic elements appears initially much less favorable than a power transmission using ceramic Elements that have a much lower thermal conductivity than Metal. But since a metallic element already has a thin wall can transmit comparatively high forces with metallic Elements the cross-sectional area available for heat conduction essential be kept lower than with ceramic elements.
  • metal for the power transmission elements allows it moreover, not only elements that are independent of the plates, for example made of a poorly heat-conducting material to use; it is also possible that force-transmitting elements in one piece with one of the two plates.
  • tubular body is pressure and is gas-tightly connected to the plates. Above all, this can be achieved be that the tubular body is formed on one of the two plates and with the other plate is connected by welding.
  • the machine unit shown in FIG. 1 is a Centrifugal pump 1, which by a - shown here only to a small extent - Magnetic clutch 2 is driven. This is the impeller 3 of the centrifugal pump 1 via a common shaft 4 with the secondary part of the magnetic coupling 2 connected.
  • the housing of the Centrifugal pump 1 is heated up by the hot liquid it pumps. Around not to endanger the magnetic coupling 2, this must be created before Heat are largely protected. This happens through an between the Centrifugal pump 1 and the magnetic clutch 2 arranged heat barrier.
  • the heat barrier is formed between the pressure side cover 5 of the Centrifugal pump 1 and the housing cover 6 of the magnetic coupling 2, both as flange-like plates are formed.
  • a large number are used to transmit the force exerted by the screws 7 of profile bodies 9 evenly distributed over the circumference, which in one circular cutout 10 of the lid 5 are arranged and their End faces on the cover 5 of the centrifugal pump 1 and on the housing cover 6 of the Apply magnetic clutch 2.
  • the profile body 9 are hollow, so that they only lie on the covers 5 and 6 with a relatively small cross-sectional area.
  • the housing cover 6 of the magnetic coupling 2 has one on its inside molded tubular body 11, a sleeve surrounding the shaft 4 12 surrounds with a gap 13 and in its dimension him corresponding recess 14 of the pressure-side cover 5 of the centrifugal pump 1 extends.
  • a sleeve surrounding the shaft 4 12 surrounds with a gap 13 and in its dimension him corresponding recess 14 of the pressure-side cover 5 of the centrifugal pump 1 extends.
  • To create a pressure and gas-tight connection is the tubular body 11 within the recess 14 with the cover 5 welded.
  • a heat insulating material 15 used in the cavity formed between the covers 5 and 6 in the cavity formed between the covers 5 and 6 in the cavity formed between the covers 5 and 6 is a heat insulating material 15 used.
  • the heat barrier shown in Fig. 2 differs from that 1 essentially in that instead of a variety of individual force-transmitting elements 9 only a single, integral with the Cover 6 of the magnetic coupling 2 is an annular element 16 is used.
  • This annular element 16 also has only one overall small cross-sectional area with which it is on the pressure side cover 5 of the Centrifugal pump 1 comes to the system. Thus, there is only a small one here too Area for heat transfer.
  • FIG. 3 an embodiment is shown, which as force-transmitting elements uses sleeves 17, which - not shown here Screws 7, which connect the centrifugal pump 1 to the magnetic coupling 2, surround.
  • the sleeves 17 are each with the pressure side cover 5 of the Centrifugal pump 1 and with the housing cover 6 of the magnetic coupling 2 welded. After gradually assembling and welding the the heat barrier forming parts, the sleeve 17 is still to be processed so that it with the end face of the cover 5 directed towards the centrifugal pump 1 a level Surface forms.
  • a sleeve 18 used with a larger diameter than that for screw 7 has provided holes and with their end faces on the Lids 5 and 6 are supported. So here the force is on a small one too Total area in the immediate vicinity of the force-applying screw connection transfer.
  • the here on the example of different versions one over one Magnetic clutch driven centrifugal pump shown invention can also be applied to centrifugal pumps with different types Drives are connected.
  • One example is one by one Canned motor driven centrifugal pump, in which the heat barrier is very can be designed similarly as in the above-described embodiments.
  • the design according to the invention can be used in all Machine units are used in which a separation between a hot part and a part to be protected against heat.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenaggregat mit einer Wärmesperre, durch die ein während des Betriebes heißer Teil von einem kühlen Teil des Maschinenaggregates getrennt wird, wobei Befestigungsmittel die beiden Teile zusammenhalten und zwischen diesen Teilen ein Kraftfluß über ein oder mehrere kraftübertragende Elemente hergestellt wird.
Durch die EP 0 731 280 A1 ist ein derartiges mit einer Wärmesperre ausgestattetes Aggregat bekannt. Dort handelt es sich um ein Kreiselpumpenaggregat zur Förderung heißer Medien. Durch die Wärmesperre soll eine Trennung zwischen dem heißen Pumpenteil und den Teilen des Aggregates geschaffen werden, welche der Abdichtung und dem Antrieb der Pumpe dienen. Solche Teile sind z. B. die Wellendichtung und die Wälzlager; es kann sich aber auch um den inneren Teil eines Magnetantriebes bzw. eines Spaltrohrmotors bei Ausführungen ohne Wellendichtungen handeln.
Während bis dato die Baulänge des Maschinenaggregates durch eine Wärmesperre um ein erhebliches Maß verlängert wurde, gelang mit der EP 0 731 280 A1 eine deutliche Verringerung der axial erforderlichen Baulänge. Erreicht wird dies dadurch, daß zwischen den beiden miteinander verbundenen Teilen des Aggregates ein geradliniger Kraftfluß besteht, wobei der Kraftfluß über ein isolierendes Keramikelement bzw. über eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Keramikelementen erfolgt. Nachteilig ist bei Keramikelementen allerdings neben dem hohen Preis die hohe mechanische Empfindlichkeit, die eine entsprechende Sorgfalt und einen erhöhten Aufwand bei der Handhabung notwendig machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einer Wärmesperre ausgestattetes Maschinenaggregat zu schaffen, welches mit der gleichen axialen Erstreckung zu verwirklichen ist wie ein entsprechendes standardisiertes Maschinenaggregat ohne Wärmesperre, wobei aber auf empfindliche und teuere Werkstoffe verzichtet werden soll.
Ausgehend von einem Maschinenaggregat der eingangs geschilderten Art, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Die über metallische Elemente erfolgende Kraftübertragung erscheint zwar zunächst wesentlich ungünstiger als eine Kraftübertragung mittels keramischen Elementen, welche eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen als Metall. Da aber ein metallisches Element bereits mit einer geringen Wandstärke vergleichsweise hohe Kräfte zu übertragen vermag, kann bei metallischen Elementen die für eine Wärmeleitung verfügbare Querschnittsfläche wesentlich geringer gehalten werden als bei keramischen Elementen.
Aus dem Umstand, daß bei der Verwendung von Metall sehr gut tragfähige Wände auch bereits mit sehr dünnen Wandstärken zu erreichen sind, ergeben sich im übrigen Gestaltungsmöglichkeiten für die kraftübertragenden Elemente, die mit Keramik nicht zu verwirklichen wären. So können z. B. über den Umfang verteilte Profilkörper eingesetzt werden, die - im Gegensatz zu Vollkörpern aus Keramik - auch hohl ausgebildet sein können. Ebenso können ein oder mehrere - relativ dünnwandig ausgeführte - kreisringförmige Körper als kraftübertragende Elemente dienen.
Bei durch Schrauben oder Bolzen zusammengehaltenen Aggregatteilen ist es von besonderem Vorteil, wenn als kraftübertragende Elemente die Schrauben oder Bolzen umschließende, mit ihren Stirnseiten an den Platten anliegende Hülsen Verwendung finden. Es können aber auch Hülsen eingesetzt werden, die in Bohrungen der Platten hineinreichen und die bei der Montage des Maschinenaggregates mit den Platten verschweißt werden. Diese besitzen den zusätzlichen Vorteil, daß eine eine Fehlausrichtung im Bereich der Wärmesperre verursachende Manipulation weitgehend ausgeschlossen werden kann.
Verschiedene der möglichen kraftübertragenden Elemente können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden.
Die Verwendung von Metall für die kraftübertragenden Elemente erlaubt es außerdem, nicht nur von den Platten unabhängige Elemente, beispielsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Material, zu verwenden; es ist auch möglich, die kraftübertragenden Elemente einstückig mit einer der beiden Platten auszuführen.
Es ist von Vorteil, wenn der rohrförmige Körper druck- und gasdicht mit den Platten verbunden ist. Dies kann vor allem dadurch erreicht werden, daß der rohrförmige Körper an eine der beiden Platten angeformt und mit der anderen Platte durch Schweißung verbunden ist.
Es ist weiterhin empfehlenswert, den zwischen den Platten gebildeten Raum mit einem wärmeisolierenden Material zu füllen.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, in einer oder beiden Platten einen oder mehrere kreisringförmige Ausschnitte zur Aufnahme von kraftübertragenden Elementen und/oder wärmeisolierendem Material vorzusehen. Eine solche Maßnahme dient vor allem der Verkürzung der axialen Erstreckung des Aggregates.
Anhand verschiedener Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1
ein ausschnittsweise dargestelltes, erfindungsgemäß gestaltetes Maschinenaggregat, in
Fig. 2
einen Ausschnitt aus einem der Fig. 1 entsprechenden Maschinenaggregat mit einer zu dieser alternativen Gestaltung im Bereich der Wärmesperre, und in
Fig. 3
einen Ausschnitt mit zwei weiteren alternativen Gestaltungen im Bereich der Wärmesperre.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Maschinenaggregat handelt es sich um eine Kreiselpumpe 1, die durch eine - hier nur zu einem kleinen Teil dargestellte - Magnetkupplung 2 angetrieben wird. So ist das Laufrad 3 der Kreiselpumpe 1 über eine gemeinsame Welle 4 mit dem Sekundärteil der Magnetkupplung 2 verbunden.
Während des Betriebes des Kreiselpumpenaggregates wird das Gehäuse der Kreiselpumpe 1 durch die von ihm geförderte heiße Flüssigkeit stark erwärmt. Um die Magnetkupplung 2 nicht zu gefährden, muß diese vor der entstehenden Wärme weitgehend geschützt werden. Dies geschieht durch eine zwischen der Kreiselpumpe 1 und der Magnetkupplung 2 angeordnete Wärmesperre.
Die Wärmesperre wird gebildet zwischen dem druckseitigen Deckel 5 der Kreiselpumpe 1 und dem Gehäusedeckel 6 der Magnetkupplung 2, die beide als flanschartige Platten ausgebildet sind. Durch eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten - hier nur angedeuteten - Schrauben 7 sind die Kreiselpumpe 1 und die Magnetkupplung 2 so miteinander verbunden, daß zwischen dem druckseitigen Deckel 5 und dem Deckel 6 ein schmaler Spalt 8 verbleibt.
Zur Übertragung der durch die Schrauben 7 ausgeübten Kraft dient eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Profilkörpern 9, die in einem kreisringförmigen Ausschnitt 10 des Deckels 5 angeordnet sind und deren Stirnseiten am Deckel 5 der Kreiselpumpe 1 und am Gehäusedeckel 6 der Magnetkupplung 2 anliegen. Die Profilkörper 9 sind hohl ausgebildet, so daß sie nur mit einer relativ kleinen Querschnittsfläche an den Deckeln 5 und 6 anliegen.
Der Gehäusedeckel 6 der Magnetkupplung 2 besitzt einen an seiner Innenseite angeformten rohrförmigen Körper 11, der eine die Welle 4 umschließende Hülse 12 mit einem Spalt 13 umgibt und der in eine in ihrer Bemessung ihm entsprechende Ausnehmung 14 des druckseitigen Deckels 5 der Kreiselpumpe 1 hineinreicht. Zur Herstellung einer druck- und gasdichten Verbindung ist der rohrförmige Körper 11 innerhalb der Ausnehmung 14 mit dem Deckel 5 verschweißt.
In dem zwischen den Deckeln 5 und 6 gebildeten Hohlraum ist ein wärmeisolierendes Material 15 eingesetzt.
Die in der Fig. 2 dargestellte Wärmesperre unterscheidet sich von der Wärmesperre der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß statt einer Vielzahl von einzelnen kraftübertragenden Elementen 9 nur ein einzelnes, einstückig mit dem Deckel 6 der Magnetkupplung 2 ausgeführtes kreisringförmiges Element 16 eingesetzt wird. Auch dieses kreisringförmige Element 16 besitzt nur eine insgesamt kleine Querschnittsfläche, mit der es am druckseitigen Deckel 5 der Kreiselpumpe 1 zur Anlage kommt. Somit ergibt sich auch hier nur eine geringe Fläche für eine Wärmeübertragung.
In der oberen Hälfte der Fig. 3 ist eine Ausführung dargestellt, die als kraftübertragende Elemente Hülsen 17 nutzt, welche die - hier nicht dargestellten - Schrauben 7, die die Kreiselpumpe 1 mit der Magnetkupplung 2 verbinden, umgeben. Die Hülsen 17 sind jeweils mit dem druckseitigen Deckel 5 der Kreiselpumpe 1 und mit dem Gehäusedeckel 6 der Magnetkupplung 2 verschweißt. Nach dem schrittweisen Zusammensetzen und Verschweißen der die Wärmesperre bildenden Teile ist die Hülse 17 noch so zu bearbeiten, daß sie mit der zur Kreiselpumpe 1 gerichteten Stirnseite des Deckels 5 eine ebene Fläche bildet.
Bei der im unteren Teil der Fig. 3 gezeigten Ausführung wird eine Hülse 18 verwendet, die einen größeren Durchmesser als die für die Schraube 7 vorgesehenen Bohrungen besitzt und die sich mit ihren Stirnflächen an den Deckeln 5 und 6 abstützt. Hier wird also die Kraft auf einer ebenfalls kleinen Gesamtfläche in unmittelbarer Nähe der kraftausübenden Verschraubung übertragen.
Die hier am Beispiel verschiedener Ausführungen einer über eine Magnetkupplung angetriebenen Kreiselpumpe dargestellte Erfindung kann ebenso bei Kreiselpumpen angewandt werden, die mit anders gearteten Antrieben verbunden sind. Zu nennen ist beispielsweise eine durch einen Spaltrohrmotor angetriebene Kreiselpumpe, bei welcher die Wärmesperre sehr ähnlich wie in den oben beschriebenen Ausführungen gestaltet werden kann. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Gestaltung bei allen Maschinenaggregaten eingesetzt werden, bei denen eine Trennung zwischen einem heißen und einem gegen Hitze zu schützenden Teil vorzunehmen ist.

Claims (16)

  1. Maschinenaggregat mit einer Wärmesperre, durch die ein während des Betriebes heißer Teil von einem kühlen Teil des Maschinenaggregates getrennt wird, wobei Befestigungsmittel die beiden Teile zusammenhalten und zwischen diesen Teilen ein Kraftfluß über ein oder mehrere kraftübertragende Elemente hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Teil (1) und der kühle Teil (2) über einander benachbarte, mit Abstand zueinander angeordnete flanschartige Platten (5, 6) verfügen, die über ein oder mehrere kraftübertragende metallische Elemente (9, 16, 17, 18) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindung über eine für die Kraftübertragung ausreichende minimale Querschnittsfläche erfolgt, und die beiden flanschartigen Platten (5, 6) durch einen rohrförmigen Körper (11) miteinander verbunden sind, welcher die Welle (4) oder eine die Welle (4) umgebende Hülse (12) mit geringem Abstand umschließt.
  2. Maschinenaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine druck- und gasdichte Verbindung des rohrförmigen Körpers (11) mit den Platten (5, 6).
  3. Maschinenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (11) an eine der beiden Platten (6) angeformt und mit der anderen Platte (5) durch Schweißung verbunden ist.
  4. Maschinenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein oder mehrere kraftübertragende Elemente, die jeweils als von den Platten (5, 6) unabhängiges Einzelteil gestaltet ist.
  5. Maschinenaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kraftübertragende Element aus einem Metall mit niedriger Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.
  6. Maschinenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein oder mehrere kraftübertragende Elemente, die einstückig mit einer der Platten ausgeführt sind.
  7. Maschinenaggregat nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als kraftübertragende Elemente mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilte Profilkörper (9) dienen.
  8. Maschinenaggregat nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als kraftübertragendes Element ein kreisringförmiger Körper (16) dient.
  9. Maschinenaggregat nach Anspruch 4 oder 6, mit durch Schrauben oder Bolzen gebildeten, die beiden Teile des Maschinenaggregates zusammenhaltenden Befestigungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als kraftübertragende Elemente die Befestigungsmittel (7) umschließende, mit ihren Stirnseiten an den Platten (5, 5) anliegende Hülsen (18) dienen.
  10. Maschinenaggregat nach Anspruch 4 oder 6, mit durch Schrauben oder Bolzen gebildeten, die beiden Teile des Maschinenaggregates zusammenhaltenden Befestigungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß als kraftübertragende Elemente die Befestigungsmittel (7) umschließende, mit beiden Platten (5, 6) verschweißte Hülsen (17) dienen.
  11. Maschinenaggregat nach mehreren der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Kombination verschiedener kraftübertragender Elemente.
  12. Maschinenaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Platten (5, 6) gebildete Raum mit einem wärmeisolierenden Material (15) gefüllt ist.
  13. Maschinenaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch jeweils einen oder mehrere kreisringförmige Ausschnitte (10) in einer oder beiden Platten (5, 6) zur Aufnahme von kraftübertragenden Elementen (9, 16, 17, 18) und/oder wärmeisolierendem Material (15).
  14. Verwendung eines Maschinenaggregates nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 für eine ein heißes Medium fördernde Kreiselpumpe und deren Antrieb, wobei die Wärmesperre zwischen der Kreiselpumpe und dem Antrieb angeordnet ist.
  15. Verwendung gemäß Anspruch 14 für eine durch einen Spaltrohrmotor angetriebene Kreiselpumpe.
  16. Verwendung gemäß Anspruch 14 für eine über eine Magnetkupplung angetriebene Kreiselpumpe.
EP98107095A 1997-05-21 1998-04-18 Maschinenaggregat mit integrierter Wärmesperre Expired - Lifetime EP0879967B1 (de)

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