DE3015211A1

DE3015211A1 - Schutzeinrichtung fuer unterwassermotoren

Info

Publication number: DE3015211A1
Application number: DE19803015211
Authority: DE
Inventors: Herbert 6710 Frankenthal Diederich; Karl 6711 Hessheim Gaffal; Hugo 6900 Heidelberg Scherzer
Original assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1980-04-19
Filing date: 1980-04-19
Publication date: 1981-10-22
Also published as: DE3015211C2; GB2074649A; FR2480870B1; JPS56162944A; JPS5986453A; FR2480870A1; US4416586A; JPS6036699B2; GB2074649B

Description

Schutzeinrichtung für Unterwassermotoren

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Schutz des Unterwassermotors eines stopfbuchslosen Kreiselpumpenaggregates gegen das Eindringen von Feststoffpartikeln aus dem Pumpenkreislauf.

Es ist bekannt, bei stopfbuchslosen Kreiselpumpenaggregaten, wie sie beispielsweise als Umwälzpumpen in Kesselanlagen Verwendung finden, zum Schutz des Unterwassermotors gegen Fremdstoff partikel einen vom Motoi— zum Pumpenraum verlaufenden Spülstrom von reinem und kühlem Wasser vorzusehen. Die Spülung kann auf den Niederdruck-Startvorgang beschränkt bleiben, sie kann aber auch auf Hochdruck-Startvorgänge ausgedehnt werden. Bei kleiner Förderhöhe der Pumpenstufe besteht die Möglichkeit, den Spülstrom von der Kondensatförderanlage abzuzweigen. Bei größerer Pumpenförderhöhe und bei der Hochdruck-Motorspülung ist der Spülstrom der Kesselspeiseeinrichtung zu entnehmen. Da die zulässige Motorbetriebstemperatur begrenzt ist, muß der Spülstrom im letztgenannten Fall zusätzlich zur Reinigung noch gekühlt werden.

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Die bei den bekannten Einrichtungen zu treffenden Maßnahmen erfordern einen entsprechenden hohen Aufwand. Es sind Rohrleitungen, Armaturen, Kühler und Filter bereitzustellen. Bei Anlagenstörungen oder Fehlbedienungen ist dennoch nicht auszuschließen, daß es zu Verunreinigungen des Motorraumes und daraus resultierenden Motorlagerausfällen kommt.

Besondere Schwierigkeiten für den Schutz des Unterwassermotors ergeben sich bei Kreiselpumpenaggregaten, die mit vertikaler Wellenachse und unterhalb des Pumpenteiles befindlichem Motorteil in Kesselanlagen angeordnet sind. Während der Inbetriebnahmephase und nach Kesselrevisionen ist mit einem erhöhten Anfall von Korrosionsprodukten, hauptsächlich Magnetit, im Umwälzkreislauf zu rechnen. Da eine Umwälzpumpe am tiefsten Punkt einer Umwälzschleife installiert ist, kann dabei das Pumpengehäuse bei abgeschaltetem Motor mit Korrosionsprodukten überladen werden. Wird nun die Kreiselpumpe wieder in Betrieb gesetzt, kann, sofern keine wirksamen Gegenmaßnahmen getroffen werden, ein Teil der Verunreinigungen vom Pumpen raum in den Motorraum gelangen. Dies geht folgendermaßen vor sich:

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Beim Start des Unterwassermotors entwickelt die Pumpe eine Druckdifferenz. Der Druckanstieg im Pumpenraum pflanzt sich über den Spalt zwischen dem Pumpen- und dem Motorraum, der von der Welle und dem Gehäuse des Aggregates gebildet wird, in den Motorraum fort. Da in dem Motorraum trotz selbstentlüftender Konstruktion des Unterwassermotors zwischen den Wickeldrähten und im Statorblechpaket ein Restluftvolumen vorhanden ist, diese Luft aber bei einem Druckanstieg komprimiert wird, vermag eine dieser Volumenminderung entsprechende Flüssigkeitsmenge aus dem Pumpen- in den Motorraum zu fließen. Hierbei werden zwangsläufig auch im Pumpenraum befindliche Fremdstoff partikel mitgeführt. Erst nach Erreichung der vollen Drehzahl des Kreiselpumpenaggregates und damit Beendigung des Kompressionsvorgariges wird die Druckdifferenz zwischen Pumpen- und Motorraum zu Null. Es wird dann kein Flüssigkeitsvolumen zum Motorraum mehr ausgetauscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Schutz des Unterwassermotors gegen das Eindringen von Feststoffpartikeln aus dem Pumpenkreislauf zu schaffen, die selbsttätig, d.h. ohne notwendigen Eingriff von außen und damit ohne die Gefahr von Fehlbedienungen arbeitet und die ohne anlagenseitige Hilfseinrichtungen auskommt.

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Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine von der Druckseite der Kreiselpumpe ausgehende, über eine Filtereinrichtung geführte und in den von der Welle und dem Gehäuse des Aggregates gebildeten Spalt zwischen dem Pumpen- und dem Motorraum einmündende Sperrwasserleitung.

Die Erfindung macht sich die vorhandenen natürlichen Druckdifferenzen beim Pumpenstart und während des Normalbetriebes zunutze, indem sie einen über eine Filtereinrichtung geführten Wasserkreislauf zirkulieren läßt, der an dem entscheidenden Spalt zwischen Pumpe und Motor einen in Richtung des Pumpenraumes wirkenden Sperrstrom erzeugt. Darüber hinaus wird aber von diesem Zirkulationsstrom gereinigten Wassers der durch den Kompressionsvorgang im Unterwassermotor entstandene Nachströmbedarf befriedigt.

Die Erfindung und deren in den Unteransprüchen enthaltenen zweckmäßigen Ausgestaltungen werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 ein Kreiselpumpenaggregat der in Rede stehenden

Art in schematischer Darstellung, die

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Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem solchen Kreiselpumpenaggregat mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Schutz des Unterwassermotors, und die

Fig. 3 einen in der erfindungsgemäßen Einrichtung

verwendeten Magnetfilter.

Das in der Fig. 1 schematisch dargestellte Aggregat besteht aus einer Kreiselpumpe 1 und einem Unterwassermotor 2. Beiden gemeinsam ist die Welle 3. Zwischen den beiden die Kreiselpumpe und den Unterwassermotor 2 aufnehmenden Gehäuseteilen ist eine Wärmesperre 4 angeordnet. Zwischen dem Pumpenraum 5 der Kreiselpumpe 1 und dem Motorraum 6 des Unterwassermotors befindet sich ein von dem Gehäuse der Wärmesperre 4 und der Welle 3 gebildeter Spalt 7.

Vom Druckstutzen 8 der Kreiselpumpe 1 führt eine Rohrleitung zu einer Filtereinrichtung, die im Ausführungsbeispiel durch einen Magnetfilter 10 gebildet wird. Als Filtereinrichtung kann jedoch auch eine nicht verstopfende, mechanisch wirkende Ausführung, z.B. ein Zyklonabscheider, verwendet werden.

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Von dem Magnetfilter 10 gehen aus eine Rohrleitung 11 für gereinigtes Wasser und eine Rohrleitung 12 für den Abfluß eines mit ausgefilterten Partikeln beladenen Teilstromes. Die Rohrleitung 11 mündet in einer Bohrung 13 des Gehäuses 4, die zu einer die Welle 3 umgebenden Ringnut 14 führt. Der von der Rohrleitung 12 kommende verunreinigte Strom mündet an einer Gehäusebohrung 15 in den Radseitenraum 16 der Kreiselpumpe 1 Durch die Pumpwirkung des Pumpenlaufrades 17 werden die Feststoffpartikel aus dem Radseitenraum 16 in den Pumpenkreislauf gespült und weggefördert.

Als zusätzliche, jedoch nicht unbedingt notwendige Maßnahme ist eine Fördergewindeeinrichtung 18 am Ausgang des Spaltes mit einer zum Radseitenraum 16 gerichteten Förderung vorgesehen.

Der in der Fig. 3 dargestellte Magnetfilter 10 ist durch einen Deckel 19 druckdicht verschlossen. Am Deckel 19 ist die vom Druckstutzen 8 der Kreiselpumpe 1 kommende Rohrleitung 9 angeschlossen. Dieser Anschluß ist innerhalb eines Magnetkernes 20 bis in den unteren Sammelraum 21 des Magnetfilters weitergeführt. Oberhalb des unteren Sammelraumes 21 ist eine Gleichstrommagnetspule 22 in einer Halterung 23 eingebaut. Die Halterung 23 ist als hermetisch geschlossene und druckfeste

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Kapsel ausgeführt, so daß in sie eine hochtemperaturbeständige Magnetspulenwicklung eingesetzt werden kann. Die Magnetspule wirkt auf den Magnetkern 20, mit dem sie einen Spalt 24 bildet.

Oberhalb der Magnetspule 22 befindet sich ein weiterer Sammelraum 25, von dem die Leitung 12 zur Abführung des mit Feststoffpartikeln beladenen Teilstromes ausgeht. Oberhalb des Sammelraumes 25 ist eine weitere Magnetspule 26 vorgesehen, welche in einer Kapsel 27 angeordnet ist. Die Kapsel 27 wiederum bildet mit dem Magnetkern 20 einen Spalt 28. Hierüber befindet sich der obere Sammelraum 29, von dem die Rohrleitung 11 für das gereinigte Sperrwasser ausgeht. Am Boden des Magnetfilters 10 schließlich ist eine Entleerungsleitung 30 angeordnet, die mittels eines Ventiles 31 absperrbar ist.

Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ist folgende:

Aus dem Druckstutzen 8 der Kreiselpumpe 1 fließt mit Feststoffpartikeln verunreinigtes Wasser über die Rohrleitung 9 in den unteren Sammelraum 21 des Magnetfilters 10. Die Fremdstoffpartikel, die in der Regel aus Magnetit bestehen und eine sehr kleine Teilchengröße besitzen, werden zum größten Teil in dem Spalt 24 durch das anliegende Magnetfeld aus dem Sperrwasserstrom ausgeschieden und an den Wandungen des Magnetkernes 20 und der Kapsel 23 festgehalten.

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In dem Raum 25 oberhalb der Magnetspule 22 teilt sich der Flüssigkeitsstrom entsprechend den anliegenden Druckdifferenzen auf. Ein Teilstrom, der auch noch Fremdstoffpartikel mit sich führen kann, fließt über die Rohrleitung 12 in den Radseitenraum Ein zweiter Teilstrom fließt über den Ringspalt 28 der zweiten Magnetspule 26 in den oberen Sammelraum 29. Das in dem Ringspalt 28 wirkende Magnetfeld scheidet evtl. noch vorhandene Fremdstoff partikel aus dem Sperrwasserstrom aus. Vom oberen Sammelraum 29 aus wird das gereinigte Sperrwasser über die Leitung 11 zu der die Welle 3 des Aggregates umgebenden Ringnut 14 geführte

Zur weiteren Sicherheit gegen das Eindringen von Fremdstoffpartikeln in den Unterwassermotor 2 sind noch zwei zusätzliche Maßnahmen vorgesehen:

Erstens ist der obere Sammelraum 29 des Magnetfilters 10 so groß bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit in ihm wesentlich geringer ist als in der Ringnut 14. Evtl. in der Aufwärtsströmung mitgeführte Kleinstpartikel werden daher durch die höhere Axialgeschwindigkeit in der Ringnut 14 nach oben in den Radseitenraum 16 gespült, so daß sie nicht in den Motorraum 6 absinken können. Zweitens wird durch die Fördergewindeeinrichtung 17 noch eine zusätzlich von dem zu schützenden Motorraum 6 weggerichtete Pumpwirkung erzeugt.

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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Reihe von Maßnahmen die einander zur Erhöhung der Sicherheit der erfindungsgemäßen Einrichtung ergänzen, die aber nicht immer gleichzeitig angewandt werden müssen. Es sind aber andererseits noch weitere Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit vorstellbar, die in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt sind. So kann beispielsweise zur besseren Aufteilung von Druckdifferenz, Durchströmmenge und Filterwirkung der Magnetkern 20 im Bereich der Magnetspulen 22 und 26 abgesetzt sein, so daß die Spalte 24 und 28 verschiedene Durchmesser und Querschnitte aufweisen.

Um bei hohem Magnetitanfall in dem von der Kreiselpumpe 1 geförderten Wasser eine Verstopfung des Magnetfilters 10 zu vermeiden, werden die Magnetspulen 22 und 26 nur während der Hochlaufzeit der Kreiselpumpe 1 und damit gegebenem Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Pumpenraum 5 und dem Motorraum 6 eingeschaltet, während des Normalbetriebes aber ausgeschaltet. Dies geschieht mit Hilfe eines nicht dargestellten Zeitrelais, das die Magnetspulen 22 und 26 mit einem Vorlauf zum Pumpenmotorstart einschaltet und nach Beendigung des Pumpenhochlaufes wieder ausschaltet.

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Die Trennung der elektrischen Anschlüsse der Magnetspulen 22, 26 erlaubt es, während des Abschlämmens des Spaltes 24 die Magnetspule 26 noch eingeschaltet zu lassen, so daß die freiwerdenden Magnetitteile nicht in den oberen Sammelraum 29 gelangen können. Die angesammelten Magnetitteile werden dadurch vom Raum 25 in den Radseitenraum 16 gespült und von dort in den Kesselkreislauf gepumpt.

In der Leitung 11 kann zur zusätzlichen Sicherheit noch ein Magnetventil angeordnet werden, das bei eingeschalteter Magnetfilterung offen und bei ausgeschalteter Filtereinrichtung geschlossen ist. Durch den Anschluß 30 am Boden des Magnetfilters 10 kann das Pumpengehäuse bei Revisionsarbeiten restlos entleert werden. Bei eingeschalteter Magnetspule 26 und geschlossenem Magnetventil fließt das im Pumpengehäuse befindliche Wasser nach Öffnen des Ventils 31 ab, ohne daß Fremdstoff partikel in den Spalt 7 gelangen können.

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Claims

Klein, Schanzlin & Becker Aktiengesellschaft

Patentansprüche

{ 1 y Einrichtung zum Schutz des Unterwassermotors eines stopfbuchslosen Kreiselpunnpenaggregates gegen das Eindringen von Feststoffpartikeln aus dem Pumpenkreislauf, gekennzeichnet durch eine von der Druckseite der Kreiselpumpe (1) ausgehende, über eine Filtereinrichtung (10) geführte und in den von der Welle (3) und dem Gehäuse (4) des Aggregates gebildeten Spalt (7) zwischen dem Pumpenraum (5) und dem Motorraum (6) einmündende Sperrwasserleitung (9, 11, 13).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwasserleitung (13) in eine die Welle (3) des Aggregates umgebende Ringnut (14) mündet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der Abschlämmung der Filtereinrichtung (10) dienende, von der Filtereinrichtung (10) zum Radsei'tenraum (16) der Kreiselpumpe (1) führende Leitung (12, 15).

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4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Sperrwasserzufuhrung und der Abschlämmung dienenden Leitungen (9, 11, 12, 13, 15) sowie die Filtereinrichtung (10) in das Gehäuse des Kreiselpumpenaggregates integriert sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (10) durch einen Magnetfilter gebildet wird.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfilter (10) mit zwei Magnetspulen ( 22, 26) bestückt ist, die von denn zu reinigenden Wasser nacheinander durchströmt werden, wobei zwischen der ersten Magnetspule (22) und der zweiten Magnetspule (26) die der Abschlämmung dienende Leitung (12) und hinter der zweiten Magnetspule (26) die Sperrwasserleitung (11) abgeführt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 1,5 und 6, gekennzeichnet durch ein Zeitrelais, welches die Magnetspulen (22, 26) des Magnetfilters (10) mit einem Vorlauf zum Start des Unterwassermotors (2) ein- und nach Beendigung des Pumpenhochlaufes ausschaltet.

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Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (22, 26) des Magnetfilters (10) unabhängig voneinander schaltbar sind.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der zur Filterein richtung (10) führenden Leitung (9) ein Magnetventil angeordnet ist, das bei eingeschalteter Filtereinrichtung (10) offen und bei ausgeschalteter Filtereinrichtung geschlossen ist.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfilter (10) an seinem Boden mit einer verschließbaren Entleerungsöffnung (30) versehen ist.

„ Einrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Bereich des Spaltes (7) zwischen Pumpenraum (5) und Motorraum (6) vorgesehene, in Richtung des Pumpenraumes (5) fördernde an sich bekannte Fördergewindeeinrichtung (18).

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