EP2322803A2 - Pumpe mit einer Magnetkupplung - Google Patents

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EP2322803A2
EP2322803A2 EP10190314A EP10190314A EP2322803A2 EP 2322803 A2 EP2322803 A2 EP 2322803A2 EP 10190314 A EP10190314 A EP 10190314A EP 10190314 A EP10190314 A EP 10190314A EP 2322803 A2 EP2322803 A2 EP 2322803A2
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pump according
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Frank Holz
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Leistritz Pumpen GmbH
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Leistritz Pumpen GmbH
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    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/588—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling or heating the machine

Definitions

  • the invention relates to a pump having a magnetic coupling, comprising a rotor shaft rotatably mounted in a pump housing, which carries an impeller or a spindle for conveying a fluid from a suction chamber into a pressure chamber and a rotor arranged in a split pot through which the fluid flows with an internal magnet. which can be set in rotation via the magnetic field of an external magnet.
  • FIG. 1 shows a conventional pump with a magnetic coupling, a rotatably mounted in a pump housing 1 rotor shaft 2, which has an impeller or a spindle 3 for conveying a fluid from a suction chamber 4 in a pressure chamber 5.
  • the rotor shaft 2 carries a rotor 6, which is arranged in a split pot 7, which is flowed through by the fluid.
  • the rotor 6 has an inner magnet 8, which by the magnetic field of an in FIG. 1 Outside magnet not shown in rotation is displaceable.
  • a leakage flow is required, which is driven by the pressure difference between the suction side and the pressure side of the pump.
  • the leakage current, which is mandatory for cooling the magnetic coupling is diverted from the conveyed medium by this of the pressure chamber 5 in the pump housing 1 through a gap 9 between a formed as part of the rotor shaft 2 throttle piston 10 and the pump housing 1 axially closing Cover 10 is guided.
  • the fluid After flowing through the gap 9, the fluid enters the containment shell 7, between the cover 10 and the rotor 6 of the magnetic coupling, through a narrow gap 11 between the inside of the can 7 and the rotor 6. From there, the fluid passes through a longitudinal bore 12 of the rotor shaft 2 again in the suction chamber 4 in the pump housing 1. In this flow guidance results in a non-negligible force in the axial direction, which acts on the rotating components and must be collected by appropriately solid bearing.
  • the invention is therefore based on the object to provide a pump with a magnetic coupling, in which the axial force acting on the rotor shaft is reduced.
  • a pump with a magnetic coupling of the type mentioned that the suction chamber and the containment shell are connected to each other via a line through which the fluid can flow.
  • the line leading to the containment shell in a position between the pump housing and the containment shell arranged lid opens.
  • the cover is thus located between the pump housing and the containment shell, the conduit connecting the suction chamber and the containment shell can be guided at least partially in the cover.
  • the cover arranged between the pressure chamber and the containment shell preferably has an opening which can be designed as a diaphragm. Due to the higher pressure in the pressure chamber compared to the containment shell, in which there is substantially the pressure of the pressure chamber, a fluid flow from the pressure chamber into the containment shell, which cools the magnetic coupling in the containment shell and in particular its rotor.
  • the opening in the lid opens into a gap between the outside of the rotor and the inside of the gap pot.
  • the rotor is almost completely surrounded by the fluid on its outside, whereby the heat generated during operation of the magnetic coupling is dissipated.
  • the size and the shape of the gap are chosen so that the fluid after flowing through the gap substantially to the pressure is relaxed in the suction chamber.
  • a sealing gap is formed between the cover and the rotor. This sealing gap prevents a substantial amount of the fluid from flowing from the opening directly into the area of the rotor shaft, Instead, the fluid is guided past the outside of the rotor, so that the desired cooling effect of the magnetic coupling is achieved.
  • the pump according to the invention can be designed in particular as a screw pump.
  • Pump 13 shown essentially consists of a pump housing 14 in which a rotor shaft 15 is rotatably mounted.
  • the rotor shaft 15 carries an impeller or a spindle 16 which is provided with an in Fig. 2 not shown second, opposite spindle meshes, wherein the spindles are formed with a spindle profile, so that during the rotation conveyor chambers are formed for a fluid, whereby the fluid is axially conveyed.
  • On the in Fig. 2 left side is the suction chamber 17 which is connected to an inlet, not shown, for the fluid, at the other end of the spindle 16 is the pressure chamber 18 which is connected to an outlet, not shown, for the fluid.
  • a lid 19 On the open on one side pump housing 14, a lid 19 is attached. On the cover 19, a split pot 20 is fixed, which receives a magnetic coupling.
  • the magnetic coupling comprises a rotor 21 which is fixedly connected to the rotor shaft 15. On its outer side, the rotor 21 has an inner magnet 22, which consists of a plurality of individual magnets. By a magnetic rotating field generated outside of the split pot 20, the rotor 21 can be rotated so that it via the rotor shaft 15, the intermeshing profile packages of Spindles 16 set in rotation, whereby the fluid is conveyed from the suction chamber 17 into the pressure chamber 18.
  • the lid 19 has an aperture 23 formed as a diaphragm, which passes through the lid 19 and is connected on the one hand to the pressure chamber 18 and on the other hand with a gap 24 which is formed between the inside of the can 20 and the outside of the rotor 21.
  • the opening 23 causes a portion of the fluid from the pressure space 18 to flow past the opening 23 and the gap 24 on the outside of the rotor 21, thereby cooling it.
  • the flowing fluid dissipates the heat generated by the external rotating field acting on the rotor 21.
  • the rotor 21 After the fluid has flowed around the rotor 21, it has been approximately relaxed to the pressure prevailing in the suction chamber 17 pressure.
  • the rotor 21 has a plurality of circumferentially distributed openings 25, so that the rotor 21 flows around virtually on all sides of the fluid and is cooled in this way.
  • a circumferentially circumferential sealing gap 26 is formed, which ensures that the fluid flows via the outside of the rotor 21 into the gap pot 20.
  • the rotor shaft 15 in the region of the lid 19 has a shoulder 27 with an enlarged diameter, so that the rotor shaft 15 acts as a throttle piston at this point.
  • a portion of the fluid also flows into the containment shell 20.
  • a portion of the line 29 extends in the illustrated embodiment in the lid 19, a further section extends outside the pump housing 14.
  • the line may be located completely outside the pump housing and directly into the interior the split pot open without being located within the lid.
  • arrangements are possible in which the line is arranged within the pump housing.
  • the diameter of the pipe 29 is selected so that the comparatively large amount of the flowing fluid, which flows on the one hand via the opening 23 and on the other hand via the opening 28 into the gap pot 20, can be removed.
  • the opening 23 is formed as a diaphragm whose opening diameter can be set differently depending on the pressure difference of the pump 13.
  • the pump shown has the advantage that no or only a small axial force is produced, which acts on the rotor shaft 15. An optionally occurring axial force is dependent only on the pressure losses in the openings of the magnetic coupling and the external or internal line 29, which leads into the suction chamber 17.
  • Another advantage is the fact that the amounts of serving as a cooling flow fluid is independent of the leakage through the gap at the shoulder 27 of the throttle piston acting as the rotor shaft 15, since the partial flows of the fluid for cooling and the leakage are separated. Since the rotor shaft 15 does not require a longitudinal bore, it can be made simpler compared to pierced rotor shafts.

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Abstract

Pumpe (13) mit einer Magnetkupplung, umfassend eine in einem Pumpengehäuse (14) drehbar gelagerte Rotorwelle (15), die ein Laufrad oder eine Spindel (16) zum Fördern eines Fluids von einem Saugraum (17) in einen Druckraum (18) sowie einen in einem von dem Fluid durchströmten Spalttopf (20) angeordneten Rotor (21) mit einem Innenmagnet trägt, der über das magnetische Feld eines Außenmagnets in Drehung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugraum (17) und der Spalttopf (20) über eine von dem Fluid durchströmbare Leitung (29) miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einer Magnetkupplung, umfassend eine in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerte Rotorwelle, die ein Laufrad oder eine Spindel zum Fördern eines Fluids von einem Saugraum in einen Druckraum sowie einen in einem von dem Fluid durchströmten Spalttopf angeordneten Rotor mit einem Innenmagnet trägt, der über das magnetische Feld eines Außenmagnets in Drehung versetzbar ist.
  • Bei herkömmlichen Pumpen muss besondere Aufmerksamkeit auf die Abdichtung der Antriebswelle gelegt werden, um das Austreten des geförderten Fluids zu vermeiden oder auf ein Minimum zu begrenzen. Die zu diesem Zweck eingesetzten dynamischen Dichtungen, die beispielsweise als Gleitringdichtungen ausgebildet sein können, sind allerdings Verschleißteile, die einen Wartungsaufwand verursachen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, werden zum Pumpen von gefährlichen oder aggressiven Fluiden, die nicht in die Umgebung gelangen dürfen, Pumpen mit Spaltrotormotor oder Pumpen mit permanentmagnetischer Zentraldrehkupplung (Magnetkupplung) verwendet. Diese Pumpen weisen den Vorteil auf, dass keine dynamische Dichtung vorhanden ist.
  • Figur 1 zeigt eine herkömmliche Pumpe mit einer Magnetkupplung, einer in einem Pumpengehäuse 1 drehbar gelagerten Rotorwelle 2, die ein Laufrad oder eine Spindel 3 zum Fördern eines Fluids von einem Saugraum 4 in einen Druckraum 5 aufweist. Die Rotorwelle 2 trägt einen Rotor 6, der in einem Spalttopf 7 angeordnet ist, der von dem Fluid durchströmt wird. Der Rotor 6 weist einen Innenmagnet 8 auf, der durch das magnetische Feld eines in Figur 1 nicht gezeigten Außenmagnets in Drehung versetzbar ist. Zur Kühlung der in dem Spalttopf 7 angeordneten Magnetkupplung wird ein Leckagestrom benötigt, der durch den Druckunterschied zwischen Saugseite und Druckseite der Pumpe getrieben ist. Der Leckagestrom, der zwingend zur Kühlung der Magnetkupplung erforderlich ist, wird von dem geförderten Medium abgezweigt, indem dieses von dem Druckraum 5 im Pumpengehäuse 1 durch einen Spalt 9 zwischen einem als Bestandteil der Rotorwelle 2 ausgebildeten Drosselkolben 10 und einem das Pumpengehäuse 1 axial verschließenden Deckel 10 geführt wird. Nach dem Durchströmen des Spalts 9 gelangt das Fluid in den Spalttopf 7, zwischen den Deckel 10 und dem Rotor 6 der Magnetkupplung, weiter durch einen engen Spalt 11 zwischen der Innenseite des Spalttopfes 7 und dem Rotor 6. Von dort gelangt das Fluid durch eine Längsbohrung 12 der Rotorwelle 2 wieder in den Saugraum 4 in dem Pumpengehäuse 1. Bei dieser Strömungsführung ergibt sich eine nicht zu vernachlässigende Kraft in axialer Richtung, die auf die rotierenden Komponenten einwirkt und durch entsprechend massiv ausgebildete Lager aufgefangen werden muss. Die Ursache für diese axiale Kraft ist die Verteilung des statischen Drucks innerhalb des Spalttopfes 7. Man hat daher versucht, derartige Pumpen so auszulegen, dass die auf die Rotorwelle einwirkende axiale Kraft möglichst gering ist. Da die erforderliche Kühlung der Magnetkupplung durch das Fluid gewährleistet werden muss, sind diesen Bemühungen allerdings Grenzen gesetzt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe mit einer Magnetkupplung anzugeben, bei der die auf die Rotorwelle wirkende Axialkraft verringert ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Pumpe mit einer Magnetkupplung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Saugraum und der Spalttopf über eine von dem Fluid durchströmbare Leitung miteinander verbunden sind.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Leitung, die den Spalttopf mit dem Saugraum verbindet, wird verhindert, dass eine nennenswerte auf die Rotorwelle einwirkende Axialkraft entsteht. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Pumpe wird erleichtert, da die Rotorwelle ohne Längsbohrung hergestellt werden kann. Das Fluid strömt stattdessen durch die Leitung zurück, die den Saugraum mit dem Spalttopf verbindet und die innerhalb oder außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet sein kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Pumpe kann es vorgesehen sein, dass die zum Spalttopf führende Leitung in einem zwischen dem Pumpengehäuse und dem Spalttopf angeordneten Deckel mündet. Der Deckel befindet sich somit zwischen dem Pumpengehäuse und dem Spalttopf, die den Saugraum und den Spalttopf verbindende Leitung kann zumindest teilweise in dem Deckel geführt sein.
  • Vorzugsweise weist der zwischen dem Druckraum und dem Spalttopf angeordnete Deckel bei der erfindungsgemäßen Pumpe eine Öffnung auf, die als Blende ausgebildet sein kann. Durch den höheren Druck im Druckraum im Vergleich zum Spalttopf, in dem im Wesentlichen der Druck des Druckraums herrscht, entsteht ein Fluidstrom von dem Druckraum in den Spalttopf, der die Magnetkupplung in dem Spalttopf und insbesondere deren Rotor kühlt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Öffnung in dem Deckel in einen Spalt zwischen der Außenseite des Rotors und der Innenseite des Spalttopfes mündet. Dadurch wird der Rotor an seiner Außenseite praktisch vollständig von dem Fluid umströmt, wodurch die beim Betrieb der Magnetkupplung entstehende Wärme abgeführt wird.
  • Um den bereits erwähnten Effekt zu erzielen, dass auf die Rotorwelle nahezu keine axiale Kraft ausgeübt wird, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Größe und die Form des Spalts so gewählt sind, dass das Fluid nach dem Durchströmen des Spalts im Wesentlichen auf den Druck im Saugraum entspannt ist.
  • Eine noch bessere und besonders gleichmäßige Kühlung der Magnetkupplung ergibt sich, wenn der Rotor der erfindungsgemäßen Pumpe mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, von dem Fluid durchströmbare Öffnungen aufweist. Nach dem Durchströmen der Öffnungen gelangt das Fluid durch die Leitung wieder zurück in den Saugraum.
  • Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass zwischen dem Deckel und dem Rotor ein Dichtspalt gebildet ist. Dieser Dichtspalt verhindert, dass eine nennenswerte Menge des Fluids von der Öffnung direkt in den Bereich der Rotorwelle fließt, stattdessen wird das Fluid an der Außenseite des Rotors vorbei geführt, sodass die gewünschte Kühlwirkung der Magnetkupplung erzielt wird.
  • Die erfindungsgemäße Pumpe kann insbesondere als Schraubenspindelpumpe ausgebildet sein.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen, in denen die Pfeile jeweils die Strömungsrichtung des Fluids angeben, und zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch eine herkömmliche Pumpe mit einer Magnet-kupplung; und
    Fig. 2
    einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Pumpe mit einer Magnetkupplung.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Pumpe 13 besteht im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 14, in dem eine Rotorwelle 15 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle 15 trägt ein Laufrad bzw. eine Spindel 16, die mit einer in Fig. 2 nicht gezeigten zweiten, gegenläufigen Spindel kämmt, wobei die Spindeln mit einem Spindelprofil ausgebildet sind, sodass bei der Rotation Förderräume für ein Fluid gebildet werden, wodurch das Fluid axial gefördert wird. Auf der in Fig. 2 linken Seite befindet sich der Saugraum 17, der mit einem nicht dargestellten Einlass für das Fluid verbunden ist, am anderen Ende der Spindel 16 befindet sich der Druckraum 18, der mit einem nicht dargestellten Auslass für das Fluid verbunden ist. Auf das an einer Seite offene Pumpengehäuse 14 ist ein Deckel 19 aufgesetzt. An dem Deckel 19 ist ein Spalttopf 20 befestigt, der eine Magnetkupplung aufnimmt. Die Magnetkupplung umfasst einen Rotor 21, der fest mit der Rotorwelle 15 verbunden ist. An seiner Außenseite besitzt der Rotor 21 einen Innenmagnet 22, der aus einer Mehrzahl von Einzelmagneten besteht. Durch ein außerhalb des Spalttopfes 20 erzeugtes magnetisches Drehfeld kann der Rotor 21 in Drehung versetzt werden, sodass er über die Rotorwelle 15 die miteinander kämmenden Profilpakete der Spindeln 16 in Drehung versetzt, wodurch das Fluid von dem Saugraum 17 in den Druckraum 18 gefördert wird.
  • Der Deckel 19 weist eine als Blende ausgebildete Öffnung 23 auf, die den Deckel 19 durchsetzt und einerseits mit dem Druckraum 18 und andererseits mit einem Spalt 24 verbunden ist, der zwischen der Innenseite des Spalttopfes 20 und der Außenseite des Rotors 21 gebildet ist. Die Öffnung 23 bewirkt, dass ein Teil des Fluids aus dem Druckraum 18 durch die Öffnung 23 und den Spalt 24 an der Außenseite des Rotors 21 vorbei strömt, wodurch dieser gekühlt wird. Das strömende Fluid führt die Wärme ab, die durch das auf dem Rotor 21 einwirkende externe Drehfeld erzeugt wird.
  • Nachdem das Fluid den Rotor 21 umströmt hat, ist es näherungsweise auf den in dem Saugraum 17 herrschenden Druck entspannt worden. Der Rotor 21 weist mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Öffnungen 25 auf, sodass der Rotor 21 praktisch an allen Seiten von dem Fluid umströmt und auf diese Weise gekühlt wird. Zwischen dem ortsfesten Deckel 19 und dem drehbaren Rotor 21 ist ein in Umfangsrichtung umlaufender Dichtspalt 26 gebildet, der sicherstellt, dass das Fluid über die Außenseite des Rotors 21 in den Spalttopf 20 strömt.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Rotorwelle 15 im Bereich des Deckels 19 einen Absatz 27 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, sodass die Rotorwelle 15 an dieser Stelle als Drosselkolben wirkt. Zwischen dem Absatz 27 und einer kreisförmigen Öffnung 28 in dem Deckel 19 strömt ebenfalls ein Teil des Fluids in den Spalttopf 20. Über eine Leitung 29, die einerseits mit dem Innenraum des Spalttopfes 20 und andererseits mit dem Saugraum 17 verbunden ist, strömt das Fluid aus dem Spalttopf 20 zurück in den Saugraum 17. Ein Abschnitt der Leitung 29 verläuft in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Deckel 19, ein weiterer Abschnitt verläuft außerhalb des Pumpengehäuses 14. Bei anderen Ausführungen kann die Leitung vollständig außerhalb des Pumpengehäuses angeordnet sein und direkt in den Innenraum des Spalttopfes münden, ohne dass sie innerhalb des Deckels angeordnet ist. Daneben sind Anordnungen möglich, bei denen die Leitung innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist. Der Durchmesser der Leitung 29 ist so gewählt, dass die vergleichsweise große Menge des strömenden Fluids, das einerseits über die Öffnung 23 und andererseits über die Öffnung 28 in den Spalttopf 20 strömt, abgeführt werden kann.
  • Um den Einfluss der Viskosität des geförderten Fluids auf die Kühlstrommenge auszugleichen, ist die Öffnung 23 als Blende ausgebildet, deren Öffnungsdurchmesser in Abhängigkeit von der Druckdifferenz der Pumpe 13 unterschiedlich eingestellt sein kann.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Pumpe weist den Vorteil auf, dass keine oder lediglich eine geringe axiale Kraft entsteht, die auf die Rotorwelle 15 wirkt. Eine gegebenenfalls auftretende axiale Kraft ist lediglich von den Druckverlusten in den Öffnungen der Magnetkupplung und der externen oder internen Leitung 29, die in den Saugraum 17 führt, abhängig. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die Mengen des als Kühlstrom dienenden Fluids unabhängig von der Leckage durch den Spalt am Absatz 27 der als Drossel kolben wirkenden Rotorwelle 15 ist, da die Teilströme des Fluids für die Kühlung und die Leckage voneinander getrennt sind. Da die Rotorwelle 15 keine Längsbohrung benötigt, kann sie im Vergleich zu durchbohrten Rotorwellen einfacher hergestellt werden.

Claims (9)

  1. Pumpe (13) mit einer Magnetkupplung, umfassend eine in einem Pumpengehäuse (14) drehbar gelagerte Rotorwelle (15), die ein Laufrad oder eine Spindel (16) zum Fördern eines Fluids von einem Saugraum (17) in einen Druckraum (18) sowie einen in einem von dem Fluid durchströmten Spalttopf (20) angeordneten Rotor (21) mit einem Innenmagnet trägt, der über das magnetische Feld eines Außenmagnets in Drehung versetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugraum (17) und der Spalttopf (20) über eine von dem Fluid durchströmbare Leitung (29) miteinander verbunden sind.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Spalttopf (20) führende Leitung (29) in einem zwischen dem Pumpengehäuse (14) und dem Spalttopf (20) angeordneten Deckel (19) mündet.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckraum (18) und dem Spalttopf (20) ein eine Öffnung (23) aufweisender Deckel (19) angeordnet ist.
  4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (23) eine Blende aufweist.
  5. Pumpe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (23) in einen Spalt (24) zwischen der Außenseite des Rotors (21) und der Innenseite des Spalttopfes (20) mündet.
  6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und die Form des Spalts (24) so gewählt sind, dass das Fluid nach dem Durchströmen des Spalts (24) im Wesentlichen auf den Druck im Saugraum (17) entspannt ist.
  7. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete von dem Fluid durchströmbare Öffnungen (25) aufweist.
  8. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (19) und dem Rotor (21) ein Dichtspalt (26) gebildet ist.
  9. Pumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Schraubenspindelpumpe ausgebildet ist.
EP10190314.4A 2009-11-11 2010-11-08 Pumpe mit einer magnetkupplung Active EP2322803B1 (de)

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Publication Number Publication Date
EP2322803A2 true EP2322803A2 (de) 2011-05-18
EP2322803A3 EP2322803A3 (de) 2014-09-03
EP2322803B1 EP2322803B1 (de) 2020-05-06

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DE (1) DE102009052856B3 (de)
ES (1) ES2796658T3 (de)

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