DE10225300A1

DE10225300A1 - Spaltrohrmotorpumpe

Info

Publication number: DE10225300A1
Application number: DE2002125300
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mengis
Original assignee: HERMETIC PUMPEN GmbH
Current assignee: HERMETIC PUMPEN GmbH
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spaltrohrmotorpumpe (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), dessen mit einer Pumpe in Antriebsverbindung stehender Läufer (3) von einem Spaltrohr (5) hermetisch dicht umschlossen ist, und dessen Stator (4) das Spaltrohr (5) umgreift, wobei dem Antriebsmotor (2) eine Motorkühlung zugeordnet ist. Um die Leistungsverluste des Antriebsmotors (2) zu vermindern und um den Wärmetransport in diesem Bereich auch bei Verwendung solcher Spaltrohre (5) zu verbessern, die zumindest eine aus Kunststoff bestehende Rohrwandung haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Motorkühlung den Antriebsmotor (2) über den Außenumfang des Stators (4) kühlt (vgl. Figur).

Description

Die Erfindung betrifft eine Spaltrohrmotorpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, dessen mit einer Pumpe in Antriebsverbindung stehender Läufer von einem Spaltrohr hermetisch dicht umschlossen ist und dessen Stator das Spaltrohr umgreift, wobei dem Antriebsmotor eine Motorkühlung zugeordnet ist.

Bei einer Spaltrohrmotorpumpe sind Pumpe und Antriebsmotor zu einer Einheit integriert. Im Luftspalt zwischen Läufer und Stator übernimmt das feststehende Spalt- oder Statorrohr die hermetische Abdichtung nach außen. Es teilt den Motor in einen Statorraum sowie in einen stets mit Flüssigkeit beaufschlagten Rotorraum.

Die Kühlung des Spaltrohrmotors erfolgt in der Regel durch die Förderflüssigkeit selbst. Diese wird im By-Pass von der Druckseite abgezweigt und durch das Innere des Rotorraums geführt. Die bei Verwendung eines aus metallisch leitfähigem Werkstoff hergestellten Statorrohres induzierten Wirbelströme werden im Statorrohr direkt, die Kupferverluste in der Statorwicklung dagegen indirekt über das lamellierte Eisenpaket sowie das metallische Statorrohr an das Fördermedium abgeführt. Die Kühlung des Spaltrohrmotors vorbekannter Spaltrohrmotorpumpen erfolgt also nach innen in den Rotorraum und zwar an die Förderflüssigkeit selbst.

Gegenüber einem normalen Drehstromasynchronmotor weist der Spaltrohrmotor vorbekannter Spaltrohrmotorpumpen zusätzliche Verluste auf. Bei Verwendung eines aus metallisch leitfähigem Material hergestellten Statorrohres werden durch das magnetische Drehfeld Wirbelströme induziert, darüber hinaus fällt die im Vergleich zu Luft höhere Flüssigkeitsreibung des mit der Förderflüssigkeit beaufschlagten Rotors ins Gewicht. Diese zusätzlichen Verluste haben eine Verminderung des Motorwirkungsgrades zur Folge. Der Wirkungsgrad eines Spaltrohrmotors liegt circa 10 bis 15 Prozent unter dem eines normalen Drehstrommotors.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Spaltrohrmotors ist jedoch insbesondere bei größeren Leistungen wünschenswert. So können beispielsweise durch Verwendung eines aus nichtmetallischen Werkstoffen, wie zum Beispiel Kunststoff, Keramik oder Kohlefaser, hergestellten Spalt- oder Statorrohres die Motorverluste wesentlich reduziert werden. Allerdings weisen diese nichtmetallischen Werkstoffe in der Regel eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und erschweren dadurch die Kühlung der Statorwicklung von innen über das Spalt- oder Statorrohr und behindern damit die thermische Ausnutzung des Motors.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Spaltrohrmotorpumpe zu schaffen, die sich durch verminderte Leistungsverluste ihres Antriebsmotors beziehungsweise durch einen verbesserten Wärmetransport in diesem Bereich auszeichnet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Spaltrohrmotorpumpe der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, dass die Motorkühlung den Antriebsmotor über den Außenumfang des Stators kühlt.

Da bei der erfindungsgemäßen Spaltrohrmotorpumpe die Motorkühlung den Antriebsmotor über den Außenumfang des Stators kühlt, geht der Wärmefluß im Antriebsmotor von innen nach außen. Somit wird stets eine ausreichende Kühlung des Antriebsmotors sichergestellt, selbst wenn zur Verminderung der Leistungsverluste ein Spalt- oder Statorrohr mit zumindest einer Wandung aus nicht-metallischem Material verwendet wird.

Dabei kann die Motorkühlung als Luft- und/oder Flüssigkeitskühlung ausgestaltet sein.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Motorkühlung einen Kühl-Flüssigkeitsstrom hat, der über zumindest einen Teilbereich des Stator-Außenumfangs geführt ist. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn der Kühl-Flüssigkeitsstrom der Motorkühlung einen mehrwandigen Führungsabschnitt hat, durch den die Kühlflüssigkeit geführt ist und welcher Führungsabschnitt am Stator außenseitig anliegt.

Eine besonders wirkungsvolle Kühlung des Antriebsmotors lässt sich erzielen, wenn der mehrwandige Führungsabschnitt der Motorkühlung den Stator umschließt.

Eine besonders einfache und wirkungsvolle Ausführung der erfindungsgemäßen Spaltrohrmotorpumpe sieht vor, dass der Kühl-Flüssigkeitsstrom als By-Pass des von der Pumpe bewegten Förderstroms ausgestaltet ist. Bei dieser Ausführungsform kann das von der Pumpe bewegte Fördermedium selbst als externes Kühlmittel dienen, wobei ein Teilstrom des Fördermediums von der Druckseite der Pumpe abgezweigt und durch den Motormantel hindurch zurück zur Saugseite der erfindungsgemäßen Spaltrohrmotorpumpe geführt wird.

Eine Weiterbildung gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger Bedeutung besteht darin, dass der Stator in einem flüssigkeitsdichten und mit einer Schutzflüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllten Statorraum angeordnet ist. Durch eine solche Befüllung des Statorraumes mit einer Schutzflüssigkeit wird eine gleichmäßigere Wärmeverteilung in den Motorwicklungen begünstigt sowie eine höhere Isolationsfestigkeit, beispielsweise beim Vorhandensein von Restfeuchtigkeit, erreicht und überhitzte Teilbereiche in der Motorwicklung, sogenannte "hot spots", vermieden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Schutzflüssigkeit eine ölhaltige Flüssigkeit, insbesondere ein Silikonöl, vorgesehen ist. Da derartige Spaltrohrmotorpumpen vor allem in der Chemie und Petrochemie in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden, bietet sich eine solche Ölfüllung des Statorraumes auch für den Explosionsschutz an. Insbesondere die Schutzart "Ölkapselung" "o" nach EN 50015 läßt sich damit in einfacher Weise realisieren. Eine solche Ölfüllung des Statorraumes erlaubt einen gegenüber einer druckfesten Kapselung des Pumpenantriebs vereinfachten Explosionsschutz des Antriebsmotors.

Zusätzlich zu oder statt einer Flüssigkeitskühlung kann die Motorkühlung auch eine Luftkühlung aufweisen oder als Luftkühlung ausgestaltet sein und dazu an der Außenseite des Stators beziehungsweise des Statorraumes Kühlrippen aufweisen.

Das Spalt- oder Statorrohr kann auch mehrwandig ausgestaltet sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn im Wandungszwischenraum des Spaltrohres ein gasförmiges oder flüssiges Anzeigemedium oder eine Signalfolie als Anzeigemedium vorgesehen ist und wenn das Anzeigemedium mit einem Leckageanzeiger zur geräteaußenseitigen Anzeige einer Leckage des Spaltrohres in Anzeigeverbindung steht. Eine solche Leckageanzeige kann beispielsweise gemäß dem europäischen Patent EP 0 268 013 B2 der Anmelderin ausgestaltet sein.

Um bei einem mehrwandigen Spaltrohr eventuelle Wirbelstromverluste direkt an das Fördermedium abführen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die dem Rotor zugewandte Wandung des Spaltrohres aus metallischem Material hergestellt ist. Diese innere Spaltrohr-Wandung steht nämlich in direktem Kontakt mit der den Rotor beaufschlagenden Förderflüssigkeit.

Um die Motorverluste wesentlich reduzieren zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn das Spaltrohr zumindest eine Wandung aus Kohlefaser oder dergleichen Kunststoff hat und/oder wenn zumindest eine Kunststoffwandung auf der dem Stator zugewandten Seite des Spaltrohres angeordnet ist.

Nachstehend wir die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der einzigen Figur ist eine Spaltrohrmotorpumpe 1 in zwei verschiedenen, durch die Längsmittelachse L zeichnerisch voneinander getrennten Maschinenausführungen dargestellt.
Die Spaltrohrmotorpumpe 1 weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf, der einen Läufer 3 und einen Stator 4 hat. Der Läufer 3, der von einem Spalt- oder Statorrohr 5 hermetisch dicht umschlossen ist, steht über die Antriebswelle 6 mit einer Pumpe in Antriebsverbindung. Im Luftspalt zwischen Läufer 3 und Stator 4 übernimmt das feststehende Spaltrohr 5 die hermetische Abdichtung nach außen. Es teilt den Antriebsmotor 2 in einen Rotorraum 7 und einen Statorraum 8.
Dem Antriebsmotor 2 ist eine Motorkühlung zugeordnet. Diese Motorkühlung kühlt den Antriebsmotor 2 über den Außenumfang des Stators 4. Der Wärmefluß im Antriebsmotor 2 geht somit von innen nach außen.
Während bei der unterhalb der Längsmittelachse L dargestellten Maschinenausführung die Motorkühlung als Luftkühlung ausgestaltet ist und die Verlustwärme über die an der Außenseite des Stators 4 beziehungsweise des Statorraumes 8 vorgesehenen Kühlrippen 9 abführt, wird bei der oberhalb der Längsmittelachse L gezeigten Maschinenausführung die Verlustwärme über einen Kühlmantel an ein externes Kühlmedium abgegeben.
Diese in der oberen Maschinenausführung als Flüssigkeitskühlung ausgestaltete Motorkühlung hat dazu einen Kühl-Flüssigkeitsstrom, der zumindest über einen Teilbereich des Stator-Außenumfangs geführt ist. Dieser Kühl-Flüssigkeitsstrom weist einen mehrwandigen, den Stator 4 hier umschließenden und von der Kühlflüssigkeit durchströmten Führungsabschnitt 10 auf, der am Stator 4 außenseitig anliegt.
Als Kühlmittel kann ein externes Kühlmedium, wie zum Beispiel Wasser, eingesetzt werden. Demgegenüber sieht eine besonders einfache und wirkungsvolle Ausführungsform vor, dass das Fördermedium selbst als Kühlflüssigkeit dient, wobei ein Teilstrom des Fördermediums von der Druckseite der Pumpe abgezweigt und durch den Motormantel hindurch zurück zur Saugseite der Pumpe geführt wird.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist der Statorraum 8 mit einer Schutzflüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Durch die im Statorraum 8 befindliche Schutzflüssigkeit ergibt sich eine verbesserte Wärmeabfuhr und eine gleichmäßigere Wärmeverteilung in der Wicklung, wobei insbesondere überhitzte Wicklungs-Teilbereiche vermieden und eine höhere Isolationsfestigkeit, etwa beim Vorhandensein von Restfeuchtigkeit, erreicht wird.
Da die Spaltrohrmotorpumpe 1 vor allem in der Chemie und der Petrochemie in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn als Schutzflüssigkeit eine ölhaltige Flüssigkeit, insbesondere ein Silikonöl, vorgesehen ist. Eine solche Ölfüllung des Statorraumes 8 stellt einen wirkungsvollen Explosionsschutz dar. Durch eine solche Ölfüllung des Statorraumes 8 läßt sich insbesondere die Schutzart "Ölkapselung" "o" nach EN 50015 in einfacher Weise realisieren.
Falls bei einer Zerstörung des Spalt- oder Statorrohres 5 eine Verträglichkeit der Schutzflüssigkeit mit dem Fördermedium nicht gegeben ist, lässt sich das Spalt- oder Statorrohr 5 auch doppelwandig ausführen. Dabei können beispielsweise beide Wände in Kohlefaser oder aber eine Wand in Hastalloy C und die andere Wand in Kohlefaser ausgeführt sein.
Ist das Spaltrohr 5 mehrwandig ausgestaltet, kann im Wandungszwischenraum des Spaltrohres 5 ein gasförmiges oder flüssiges Anzeigemedium oder eine Signalfolie als Anzeigemedium vorgesehen sein, wobei ein solches Anzeigemedium mit einem Leckageanzeiger zur geräteaußenseitigen Anzeige eine Leckage des Spaltrohres 5 in Anzeigeverbindung steht.
Bei einem mehrwandigen Spalt- oder Statorrohr 5 sollte zweckmäßigerweise die dem Läufer 3 zugewandte innere Rohrwandung metallisch ausgeführt sein, da sie im direkten Kontakt mit der Förderflüssigkeit steht und da dadurch die durch das magnetische Drehfeld des Antriebsmotors 2 induzierten Wirbelstromverluste direkt an das Fördermedium abgeführt werden können.
Um den Wirkungsgrad des Antriebsmotors 2 zu verbessern, kann das Spalt- oder Statorrohr 5 zumindest eine nicht-metallische Rohrwandung aufweisen. Durch Verwendung von solchen nichtmetallischen Spalt- oder Statorrohren 5, die zum Beispiel aus Kunststoff, Keramik oder Kohlefaser hergestellt werden, lassen sich die Motorverluste des Antriebsmotors 2 wesentlich reduzieren, wobei insbesondere durch die Befüllung des Statorraumes 8 mittels einer Schutzflüssigkeit stets eine verbesserte Wärmeabfuhr von innen nach außen gewährleistet ist. Zusätzlich kann zur Motorkühlung in gleicher Weise auch ein Teilstrom des Fördermediums durch den Rotorraum 7 geführt werden.
Die hier dargestellte Spaltrohrmotorpumpe 1 zeichnet sich durch verminderte Leistungsverluste ihres Antriebsmotors 2 und einen verbesserten Wärmetransport in diesem Bereich aus.

Claims

1. Spaltrohrmotorpumpe (1) mit einem elektrischen Antriebsmotor (2), dessen mit einer Pumpe (6) in Antriebsverbindung stehender Läufer (3) von einem Spaltrohr (5) hermetisch dicht umschlossen ist, und dessen Stator (4) das Spaltrohr (5) umgreift, wobei dem Antriebsmotor (2) einen Motorkühlung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkühlung (2) den Antriebsmotor (2) über den Außenumfang des Stators (4) kühlt.

2. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkühlung als Luft- und/oder Flüssigkeitskühlung ausgestaltet ist.

3. Spaltrohrmotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkühlung einen Kühl-Flüssigkeitsstrom hat, der über zumindest einen Teilbereich des Stator-Außenumfangs geführt ist.

4. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühl-Flüssigkeitsstrom der Motorkühlung einen mehrwandigen Führungsabschnitt (10) hat, durch den die Kühlflüssigkeit geführt ist und welcher Führungsabschnitt (10) am Stator (4) außenseitig anliegt.

5. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrwandige Führungsabschnitt (10) den Stator (4) umschließt.

6. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühl-Flüssigkeitsstrom als By-Pass des von der Pumpe (1) bewegten Förderstrom ausgestaltet ist.

7. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (4) in einem flüssigkeitsdichten und mit einer Schutzflüssigkeit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllten Statorraum (8) angeordnet ist.

8. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzflüssigkeit eine ölhaltige Flüssigkeit, insbesondere ein Silikonöl, vorgesehen ist.

9. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkühlung eine Luftkühlung aufweist, oder als Luftkühlung ausgestaltet ist und dass an der Außenseite des Stator (4) beziehungsweise des Statorraumes (8) Kühlrippen (9) vorgesehen sind.

10. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spalt- oder Statorrohr (5) mehrwandig ausgestaltet ist.

11. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Wandungszwischenraum des Spaltrohres (5) ein gasförmiges oder flüssiges Anzeigemedium oder eine Signalfolie als Anzeigemedium vorgesehen ist und dass das Anzeigemedium mit einem Leckageanzeiger zur geräteaußenseitigen Anzeige einer Legasche des Spaltrohres (5) in Anzeigeverbindung steht.

12. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Läufer (3) zugewandte Wandung des mehrwandigen Spaltrohres (5) aus metallischem Material hergestellt ist.

13. Spaltrohrmotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (5) zumindest eine Wandung aus Kohlefaser oder dergleichen Kunststoff hat und/oder das zumindest eine Kunststoffwandung des Spaltrohres (5) auf dessen (5) dem Stator (4) zugewandten Seite des Spaltrohres (5) angeordnet ist.