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Hermetisch gekapseltes, elektrisches Motor-Pumpen-Aggregat Hermetisch
gekapselte elektrische Motor-Pumpen-Aggregate zur Förderung korrosiver Flüssigkeiten
hohen Druckes und hoher Temperatur, insbesondere des Wassers, das durch einen Kernreaktor
der Druckwassertype strömt, bestehend aus einem umlaufenden Pumpenrad in einem Gehäuse,
einem Elektromotor, dessen Rotorwelle an beiden Enden in Lagern laufende Verlängerungen
besitzt und an einer dieser Verlängerungen das Pumpenrad trägt, einem feststehenden,
rohrförmigen Rahmen einer Statorwicklung und Mitteln für die hermetische Kapselung
eines Stators, die einen den Rotor und die Lager enthaltenden Innenraum einschließen,
sind bekannt.
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Bei einer bekannten Ausführungsform ist zur Kühlung .der Flüssigkeit
in dem Innenraum ein äußerer Kühlapparat vorgesehen, jedoch sind keine Vorkehrungen
für eine direkte Kühlung des Statorkerns und der Wicklungen getroffen.
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Bei einer anderen bekannten Ausführung findet ebenfalls ein äußerer
Kühlapparat Verwendung; außerdem sind im Innern des Gehäusemantels Kühlwindungen
vorgesehen. Der Stator ist jedoch nicht hermetisch abgeschlossen, und es fehlt die
Zirkulation eines Kühlmediums durch den Statorkern und über die Wicklungsköpfe der
Statorwicklung.
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Bei weiteren bekannten Ausführungsformen handelt es sich nicht um
hermetisch abgeschlossene Statoren mit Kühlung des Statorkerns und der Wicklungen
durch ein eigenes Kühlmedium.
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Gegenüber diesen bekannten Lösungen kennzeichnet sich die Erfindung
durch ein Außengehäuse, welches mit dem Motorrahmen einen mit dem Innenraum an beiden
Enden kommunizierenden Ringraum bildet, eine Labyrinthdichtung, welche den Zulauf
von zur Füllung des Innenraumes und dieses Ringraumes ausreichender Flüssigkeit
aus dem Pumpengehäuse gestattet, das freie Strömen dieser Flüssigkeit zwischen dem
Pumpengehäuse einerseits und dem Innenraum und dem Ringraum andererseits jedoch
verhindert, und durch eine von dem Pumpenrad unabhängige Pumpeneinrichtung zur Erzeugung
einer Zirkulation der in dem Innenraum und dem Ringraum enthaltenen Flüssigkeit
im Zusammenwirken mit einem Statorkühlsystem, das die Zirkulation eines eigenen
Kühlmediums im Kreislauf um die Wickelköpfe der Statorwicklung an der einen Stirnseite
des Stators, durch den Statorkern auf einem Weg nächst der inneren Umfangsfläche
des Stators, um die Wickelköpfe der Statorwicklung an der anderen Statorstirnseite
herum und zurück durch den Statorkern auf einem Weg nächst der äußeren Umfangsfläche
des Stators bewirkt.
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Es sind somit zwei Kühlsysteme vorhanden; einmal zirkuliert ein eigenes
Kühlmedium auf einem Weg, der die Wickelköpfe der Statorwicklung an einem Ende des
Stators, axiale Kanäle durch den Statorkern nächst der inneren Umfangsfläche des
Stators, die Enden am anderen Ende des Stators und axiale Kanäle durch den Statorkern
nächst der äußeren Umfangsfläche des Stators umfaßt. Zum anderen zirkuliert die
Flüssigkeit in axialer Richtung durch den Ringspalt zwischen dem Stator und dem
Rotor und kehrt durch einen zwischen der Außenfläche des Motorrahmens und einem
den Motorrahmen umgebenden äußeren Gehäuse angeordneten Ringraum wieder zurück.
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Das ersterwähnte Kühlsystem kühlt nicht nur direkt die Statorwicklung
und den Kern, sondern auch die zirkulierende Flüssigkeit, die wiederum .den Rotor
und die Lager des Motors kühlt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet nicht bloß eine wirksame
Kühlung, sondern erhöht auch die Sicherheit des Betriebes, weil die ganze ätzende
Flüssigkeit hohen Drucks innerhalb des Motors auf diesen Bereich beschränkt bleibt
und somit die Gefahr eines Leckwerdens nach außen nicht besteht.
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Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel. Es stellt dar Fi.1 einen
teilweisen Längsschnitt des oberen Teils' eines Motor-Pumpen-Aggregats der erfindungsgemäßen
Art, Fig.2 den zugehörigen unteren Teil dieses Aggregats im Längsschnitt.
Das
Motor-Pumpen-Aggregat besteht aus einem Motorrahmen 101 mit angeschweißten Endplatten
102 und 103. Die Statorlamellenpakete 104 besitzen Schlitze oder Nuten zur Aufnahme
von Wicklungen 106 und sind hermetisch in dem Motorrahmen 1Ö1 durch einen dünnwandigen
Zylinder 112 abgeschlossen, der durch die Statorlamellen und Zylinder 108 und 109
sowie Ringe 110 und 111 abgestützt ist. Wickelköpfe 107 (an dem einen Ende 104)
sind durch einen Außenzylinder 105 gekapselt, der an einem Ende in einer Ringnut
110' des Ringes 110 getragen und am anderen Ende mit einem Ring 105' verschweißt
ist, der an seinem Innenumfang an dem Zylinder 108 festgeschweißt ist.
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Ein Rotor 115 ist durch einen dünnwandigen Zylinder 137 abgeschlossen;
er besitzt an gegenüberliegenden Enden Wellenverlängerungen 117 und 118. Auf diese
Wellenverlängerungen sind Achslager 120 und 121 aufgezogen, die in Gleitlagern 122
bzw. 123 laufen. Letztere werden von Ringen 130 bzw. 131 getragen. Der Trägerteil
130 ist an der Endplatte 102 auf geeignete Weise befestigt, z. B. durch Bolzen,
die durch einen Flansch dieses Trägers 130 greifen. Letzterer dient zugleich als
Kappe für den Abschluß der Öffnung der Platte 102 und kann durch eine schmale Schweißnaht
170 abgedichtet sein, die ein Lecken durch die Öffnung der Endplatte ausschließt.
Der Axialschub wird durch einen Druckring 132 der Wellenverlängerung 118 aufgenommen;
dieser Druckring arbeitet zusammen mit Drucklagern 133, 134, die ihrerseits durch
Trägerteile 131 und 136 bzw. gehalten sind. Der Zylinder 112 bildet mit den Trägerteilen
108, 102, 130, 109, 131 und 136 den Motor-Innenraum 149, der den Rotor 115 und die
Lager 122 und 123 enthält.
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Ein Pumpenflügelrad 140 einer Zentrifugalpumpe sitzt auf der Wellenverlängerung
118; es saugt Flüssigkeit durch einen Einlaß 141 des Pumpengehäuses 144 und gibt
diese Flüssigkeit durch den Auslaß 143 ab. In dem Pumpenrad 140 ist eine Vielzahl
von Kanälen 140' (von denen nur einer gezeigt ist) vorgesehen, um die Ausbreitung
des Saugdruckes in eine Ringkammer 142' auf der gegenüberliegenden Seite des Rades
140 und damit einen teilweisen Ausgleich der hydraulischen Unbalanz des Rades 140
zu ermöglichen. Labyrinthdichtungen 147 verhindern das freie Überströmen von Flüssigkeit
in den Raum 142' aus dem Pumpenraum 142. Die Flüssigkeit in dem Raum 142' wird ihrerseits
an einem freien Überströmen in das Motoraggregat durch eine Labyrinthdichtung 148
gehindert; die Flüssigkeit kann aber durchsickern; so daß der Innenraum 149 und
der übrige Raum der Motoreinheit mit Flüssigkeit bei im wesentlichen vollem Systemdruck
gefüllt werden. Der rohrförmige Motorrahmen 101 ist unter Wahrung eines Zwischenraumes
von einem rohrförmigen Außenmantel 156 umgeben, der an einem Ende an dem Pumpengehäuse
144 festgeschweißt ist (Fig. 2).
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Die Motoreinheit, bestehend aus dem Rahmen 101, Lagern, dem eigentlichen
Motor und dem Pumpenflügelrad, ist an dem Pumpengehäuse 15'6 befestigt, und zwar
durch einen Haltering 175, der an einem schweren Ringflansch 158 des Außenmantels
156 in beliebiger Weise befestigt, z. B. verschweißt ist und mit einem Flansch 176
der Motorendplatte 102 zusammenarbeitet derart, daß die Motoreinheit druckdicht
an dem benachbarten Ende des Außenmantels 156 anliegt. Eine Dichtung 177, vorzugsweise
aus leitendem Werkstoff, wie Kupfer, ist zwischen dem Flansch 176 und dem Ende des
Außenmantels 156 angeordnet. Der hermetische Abschluß des Motoraggre-Bates gegen
den Außenmantel 156 erfolgt durch eine schmale Schweißnaht 179.
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Zwecks Kühlung des Motors und Schmierung der Lager treibt ein Hilfspumpenrad
150, das im Innenraum 149 auf der Wellenverlängerung 117 vor dem Lager 120 aufgezogen
ist, den überwiegenden Teil der Flüssigkeit durch den Ringspalt 149' zwischen Statur
und Rotor; der Rest der Flüssigkeit fließt nach oben über das Lager 122 und kehrt
zur Saugseite der Hilfspumpe 150 zurück. Der überwiegende Teil der Flüssigkeit fließt
nach dem Durchgang durch den Spalt zwischen Rotor und Statur über Lager 123 und
die Drucklager 133 und 134 in den Ringraum 93. Sodann strömt die Flüssigkeit zurück
durch den Ringraum 155 zwischen dem Motorrahmen 101 und dem Außenmantel 156 und
kehrt durch Kanäle 157 in der Endplatte 102 und dem Lagerträger 130 zur Saugseite
der Hilfspumpe 150 zurück. Um eine gute Kühlung zu gewährleisten, ist der Querschnitt
des Ringraumes 155 klein gehalten und zugleich die Strömungsgeschwindigkeit der
Kühlflüssigkeit hoch gewählt, was einer Steigerung des Wärmeüberganges von dem Motorrahmen
101 auf die Flüssigkeit gleichkommt.
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Für den Statur 104 wird von außen ein Kühlmittel, vorzugsweise isolierendes
Öl, zugeführt durch einen Einlaß 160, der durch die Endplatte 102 und Ring 105'
in einem Ringraum 161 des Stators mündet, wo das Kühlmedium um die Wickelköpfe 107
in dem Raum 161 zirkuliert. Das Kühlmittel fließt dann durch eine Anzahl von Längsschlitzen
162 am Innenumfang des Stators 104; diese Längsschlitze sind durch den Zylinder
112 an der Innenbohrung des Stators abgeschlossen. Das Kühlmittel strömt hierauf
in einen Ringraum 163, wo es um die Wickelköpfe 107 am anderen Ende der Statorwicklungen
106 zirkuliert, hierauf um das freie Ende eines Leitrohres 163', das mit seinem
anderen Ende an dem Ring 110 (Fig. 2) festgeschweißt ist, und schließlich durch
Längsschlitze 164 in den Statorlamellen 104 und dem Motorrahmen 101 über einen Auslaß
165 in der Motorendplatte 102 zurück zu der außenliegenden Kühlungsquelle.
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Dieses Kühlsystem gewährleistet trotz seiner Einfachheit eine wirksame
Kühlung des Stators und dessen Wicklungen. Das durch viele enge Längsschlitze an
dem Innenumfang des Stators strömende Kühlmedium ist mit einem weiten Bereich des
Stators in Berührung; dank des kleinen Querschnitts der erwähnten Schlitze muß das
Kühlmedium mit hoher Geschwindigkeit strömen; dabei vollzieht sich eine wirksame
Kühlung des Stators, ohne daß eine Vergrößerung des Aggregates oder eine Komplizierung
im Aufbau :desselben in Kauf genommen werden muß. Das Kühlmittel ist überdies iti
Kontakt mit der Außenoberfläche des dünnwandigen Zylinders 1.12, der den Starar
in dem Motorrahmen abschließt; hierdurch wird die Kühlung der übrigen Teile des
Aggregates insofern gefördert, als von der in dem Innenraum 149 zirkulierenden Flüssigkeit
Wärme absorbiert wird. Infolge der Rückführung der Flüssigkeit zu der außenliegenden
Duelle über Längsschlitze an dein Außenumfang des Statbrs ergeben sich zusätzliche
Berührungsflächen zwischen der Flüssigkeit und dein Statur und damit eine zusätzliche
Abfühtüng von Wärme aus der Motoreinheit.