DE10225300A1 - Slotted tube motor pump has rotor enclosed in hermetically sealed manner by slotted tube, stator engaging around slotted tube, with motor cooling that cools drive motor via outer periphery of stator - Google Patents
Slotted tube motor pump has rotor enclosed in hermetically sealed manner by slotted tube, stator engaging around slotted tube, with motor cooling that cools drive motor via outer periphery of statorInfo
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Abstract
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. The invention relates to a canned motor pump with a electric drive motor, the one with a pump in Drive connection of standing rotor hermetically from a can is tightly enclosed and the stator surrounds the can, engine cooling is associated with the drive motor.
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. In the case of a canned motor pump, the pump and drive motor are closed integrated into one unit. In the air gap between the runner and The stator takes over the fixed canned or stator tube hermetic sealing to the outside. It divides the engine into one Stator chamber as well as in a liquid always charged Rotor chamber.
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. The canned motor is usually cooled by the Liquid itself. This is in the by-pass of the Branched pressure side and led through the interior of the rotor space. The when using a made of metallic conductive material produced stator tube induced eddy currents are in Stator tube directly, the copper losses in the stator winding on the other hand, indirectly via the laminated iron package and the metallic stator tube discharged to the medium. The Cooling the canned motor of known canned motor pumps So it takes place inside the rotor space, namely to the Liquid itself.
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. Compared to a normal three-phase asynchronous motor, the Canned motor of known canned motor pumps additional Losses on. When using a metallic conductive Material manufactured stator tube are through the magnetic rotary field induced eddy currents, in addition falls the higher fluid friction compared to air with the Pumped liquid weighed rotor. This additional losses have a reduction in the Engine efficiency. The efficiency of a canned motor is about 10 to 15 percent below that of a normal one Three-phase motor.
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. An improvement in the efficiency of the canned motor is however particularly desirable for larger performances. So can, for example, by using an non-metallic materials, such as plastic, ceramic or Carbon fiber, manufactured can or stator tube Motor losses can be significantly reduced. However, these show non-metallic materials are usually low Thermal conductivity and thereby complicate the cooling of the Stator winding from the inside via the gap or stator tube and thus hinder the thermal utilization of the motor.
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. There is therefore the task of a canned motor pump create that through reduced performance losses of their Drive motor or by an improved Heat transport in this area.
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. The achievement of this task consists in the Canned motor pump of the type mentioned in particular in that the engine cooling system drives the engine over the The outer circumference of the stator cools.
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. Since in the canned motor pump according to the invention Motor cooling cools the drive motor over the outer circumference of the stator, the heat flow in the drive motor goes from the inside to the outside. Consequently there is always sufficient cooling of the drive motor ensured, even if to reduce the loss of performance a canned or stator tube with at least one wall non-metallic material is used.
Dabei kann die Motorkühlung als Luft- und/oder Flüssigkeitskühlung ausgestaltet sein. The engine cooling can be air and / or Liquid cooling can be designed.
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. An embodiment is preferred in which the engine cooling has a cooling liquid flow that over at least one Part of the outer circumference of the stator is guided. It can be useful if the cooling liquid flow Engine cooling has a multi-walled guide section through which the Coolant is guided and which guide section on Stator bears on the outside.
Eine besonders wirkungsvolle Kühlung des Antriebsmotors lässt sich erzielen, wenn der mehrwandige Führungsabschnitt der Motorkühlung den Stator umschließt. A particularly effective cooling of the drive motor leaves achieve if the multi-walled guide section of the Motor cooling encloses the stator.
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. A particularly simple and effective version of the canned motor pump according to the invention provides that the Cooling liquid flow as a by-pass of that moved by the pump Delivery flow is designed. In this embodiment, it can fluid handled by the pump itself as external Serve coolant, with a partial flow of the medium from the Pressure side of the pump branched off and through the motor jacket through back to the suction side of the invention Canned motor pump is guided.
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. A further development according to the invention of its own of importance is that the stator in one liquid-tight and with a protective liquid high Thermal conductivity filled stator chamber is arranged. By such The stator chamber is filled with a protective liquid a more even heat distribution in the motor windings favors as well as a higher insulation strength, for example in the presence of residual moisture, reached and overheated areas in the motor winding, so-called "hot spots "avoided.
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. It is particularly advantageous if a protective liquid oily liquid, in particular a silicone oil, provided is. Because canned motor pumps of this type are used primarily in chemistry and petrochemicals are used in hazardous areas such an oil filling of the stator space is also available for explosion protection. In particular the degree of protection "Oil encapsulation" "o" according to EN 50015 can be done in a simple manner realize. Such an oil filling of the stator space allows one compared to a pressure-resistant encapsulation of the pump drive simplified explosion protection of the drive motor.
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. In addition to or instead of liquid cooling, the Engine cooling also have air cooling or as air cooling be designed and on the outside of the stator or the stator space have cooling fins.
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. The gap or stator tube can also be designed with multiple walls his. It is advantageous if in the wall space of the can, a gaseous or liquid display medium or a signal film is provided as a display medium and if the display medium with a leak detector Display of a leakage of the canned tube on the outside of the device Display connection is established. Such a leak indicator can, for example according to applicant's European patent EP 0 268 013 B2 be designed.
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. In order to possibly with a multi-walled can It is possible to transfer eddy current losses directly to the medium useful if the wall of the rotor facing the rotor Canned tube is made of metallic material. This inner Canned wall is in direct contact with the Conveying liquid acting on the rotor.
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. In order to be able to significantly reduce engine losses, it can be advantageous if the can from at least one wall Has carbon fiber or the like plastic and / or if at least one plastic wall on the stator facing Side of the can is arranged.
Nachstehend wir die Erfindung anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Below we explain the invention with reference to the drawing explained.
In der einzigen Figur ist eine Spaltrohrmotorpumpe 1 in zwei verschiedenen, durch die Längsmittelachse L zeichnerisch voneinander getrennten Maschinenausführungen dargestellt. In the single figure, a canned motor pump 1 is shown in two different machine designs, which are separated from one another by the longitudinal central axis L.
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. The canned motor pump 1 has an electric drive motor 2 , which has a rotor 3 and a stator 4 . The rotor 3 , which is hermetically sealed by a gap or stator tube 5 , is in drive connection with a pump via the drive shaft 6 . In the air gap between the rotor 3 and the stator 4 , the fixed can 5 takes over the hermetic seal to the outside. It divides the drive motor 2 into a rotor space 7 and a stator space 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. Motor cooling is assigned to the drive motor 2 . This motor cooling cools the drive motor 2 over the outer circumference of the stator 4 . The heat flow in the drive motor 2 thus goes from the inside to the outside.
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. While in the machine version shown below the longitudinal center axis L, the engine cooling is designed as air cooling and dissipates the heat loss via the cooling fins 9 provided on the outside of the stator 4 or the stator chamber 8 , in the machine version shown above the longitudinal center axis L, the heat loss is applied via a cooling jacket emitted an external cooling medium.
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. For this purpose, this motor cooling, which is designed as liquid cooling in the upper machine version, has a cooling liquid flow which is guided at least over a partial area of the outer circumference of the stator. This cooling liquid flow has a multi-walled guide section 10 , which surrounds the stator 4 here and through which the cooling liquid flows, and which lies on the outside of the stator 4 .
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. An external cooling medium, such as, for example, can be used as the coolant Water. In contrast, one looks special simple and effective embodiment before that Pumped medium itself serves as a cooling liquid, with a partial flow of the pumped medium from the pressure side of the pump and through the motor jacket back to the suction side of the pump to be led.
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. To improve the heat transfer, the stator chamber 8 is filled with a protective liquid with high thermal conductivity. The protective liquid in the stator chamber 8 results in improved heat dissipation and a more uniform heat distribution in the winding, in particular avoiding overheated winding sections and achieving a higher insulation strength, for example in the presence of residual moisture.
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. Since the canned motor pump 1 is used primarily in chemistry and petrochemistry in potentially explosive areas, it is particularly advantageous if an oil-containing liquid, in particular a silicone oil, is provided as the protective liquid. Such an oil filling of the stator space 8 represents effective explosion protection. Such an oil filling of the stator space 8 makes it possible, in particular, to implement the “oil encapsulation” “o” type of protection according to EN 50015 in a simple manner.
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. If, when the gap or stator tube 5 is destroyed, the protective liquid is not compatible with the pumped medium, the gap or stator tube 5 can also be double-walled. For example, both walls can be made of carbon fiber or one wall made of Hastalloy C and the other wall made of carbon fiber.
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. If the canned 5 configured multi-walled, in Wandungszwischenraum of the can 5, a gaseous or liquid display medium or a signal foil may be provided as a display medium, such a display medium is connected to a leakage indicator for device outside display, a leakage of the air gap tube 5 in display connection.
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. In the case of a multi-walled gap or stator tube 5 , the inner tube wall facing the rotor 3 should expediently be made of metal, since it is in direct contact with the conveying liquid and because the eddy current losses induced by the magnetic rotating field of the drive motor 2 can thereby be dissipated directly to the conveying medium ,
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. In order to improve the efficiency of the drive motor 2 , the split or stator tube 5 can have at least one non-metallic tube wall. By using such non-metallic gap or stator tubes 5 , which are made, for example, of plastic, ceramic or carbon fiber, the motor losses of the drive motor 2 can be significantly reduced, and in particular by filling the stator chamber 8 with a protective liquid, there is always an improved heat dissipation from the inside is guaranteed to the outside. In addition, a partial flow of the conveyed medium can also be passed through the rotor space 7 for motor cooling in the same way.
Die hier dargestellte Spaltrohrmotorpumpe 1 zeichnet sich durch verminderte Leistungsverluste ihres Antriebsmotors 2 und einen verbesserten Wärmetransport in diesem Bereich aus. The canned motor pump 1 shown here is characterized by reduced power losses of its drive motor 2 and an improved heat transfer in this area.
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