CH656677A5

CH656677A5 - CANOPY SUBMERSIBLE PUMP.

Info

Publication number: CH656677A5
Application number: CH701281A
Authority: CH
Inventors: Franz Patri
Original assignee: Ruetschi Ag Pumpenbau Brugg K
Priority date: 1981-11-03
Filing date: 1981-11-03
Publication date: 1986-07-15
Also published as: DE3239601A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltrohrmotortauchpumpe, mit in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachtem Pumpenlaufrad und elektrisch betriebenem Spaltrohrmotor, der durch in seinem Motorraum befindliche Flüssigkeit geschmiert und gekühlt ist. The invention relates to a canned motor submersible pump, with a pump impeller housed in a closed housing and an electrically operated canned motor which is lubricated and cooled by liquid in its engine compartment.

Es ist allgemein bekannt zum Abpumpen einer in Tankbehältern aufbewahrten Flüssigkeit in den Tank eingesetzte Spaltrohrmotortauchpumpen zu verwenden, welche, durch eine obere Öffnung des Tankbehälters eingeführt oder in diesem fest montiert, völlig in den Tankinhalt eingetaucht sind. It is generally known to use canned motor submersible pumps, which are inserted through an upper opening of the tank container or fixedly mounted therein, to be completely immersed in the tank contents for pumping out a liquid stored in tank containers into the tank.

Einem solchen Einsatz von Spaltrohrmotortauchpumpen steht aber häufig die Tatsache entgegen, dass der grösste Teil der Motorverlustwärme in den Tankinhalt eingebracht wird. Dies ist vor allem beim Fördern verflüssigter Gase oder anderer Medien mit tiefen Temperaturen verfahrenstechnisch von grossem Nachteil. Die eingebrachte Wärme muss mit grossem Aufwand, z.B. mittels eines zusätzlichen Kältemaschinenkreislaufes wieder herausgebracht werden, um ein unzulässiges Ansteigen des Dampfdruckes (Sättigungsdruck) des Tankinhaltes zu vermeiden. Zwar kann durch Verwendung von Spaltrohrmotortauchpumpen, die einen geschlossenen internen Kühl- und Schmiermittelkreislauf aufweisen, zumindest die von diesem Teilstrom aufgenommene Verlustwärme in den abzupumpenden Hauptförderstrom der Pumpe eingebracht und damit aus dem Behälter herausgeführt werden. However, the use of canned motor submersible pumps often stands in the way of the fact that the major part of the heat loss from the motor is introduced into the tank contents. This is a major disadvantage in terms of process technology, particularly when pumping liquefied gases or other media at low temperatures. The heat introduced must be carried out with great effort, e.g. be brought out again by means of an additional chiller circuit in order to avoid an inadmissible increase in the vapor pressure (saturation pressure) of the tank contents. By using canned motor submersible pumps, which have a closed internal coolant and lubricant circuit, at least the heat loss absorbed by this partial flow can be introduced into the main pumping flow of the pump to be pumped out and thus carried out of the container.

Die vom Motorgehäuse an das Umgebungsmedium (Tankinhalt) abgegebene Verlustwärme verbleibt jedoch im Tank. Diese vom Motor der Pumpe nach aussen (im Gegensatz zu der an der internen Teilstrom abgegebenen) abgegebene Verlustwärme ist um so grösser, je kälter der Tankinhalt ist. Dieser Verlustwärmeteil nimmt also gerade dann zu, wenn er am unerwünschtesten ist. However, the heat lost from the motor housing to the ambient medium (tank content) remains in the tank. This loss of heat emitted to the outside by the motor of the pump (in contrast to the heat emitted from the internal partial flow) is greater the colder the tank content. This heat loss part increases when it is most undesirable.

Dieses Problem der unerwünschten oder sogar unzulässigen Erwärmung des Tankinhaltes durch die Motorverlustwärme der eingesetzten Tauchpumpe vergrössert sich drastisch in Fällen, bei denen, gemäss einem Vorschlag in der CH-PS 652 687, die Pumpe in einen in den Tank eingesetzten, flutbaren Tauchtopf eingesetzt ist, der durch die Tanköffnung hindurch zugänglich ist. Hier nun wird die Motorverlustwärme der Pumpe primär nur noch an den Inhalt des Tauchtopfes selbst abgegeben, der nicht umgewälzt wird und ein sehr kleines Volumen hat, so dass er sich daher viel schneller noch erwärmen wird. Selbst eine durch geeignete Massnahmen irgendwie erreichte Teilumwälzung dieses Tauchtopfinhaltes wird, bei Dauerbetrieb der Anlage, zu den eingangs erwähnten Problemen führen. This problem of the undesired or even impermissible heating of the tank contents by the heat loss of the submersible pump increases dramatically in cases in which, according to a proposal in CH-PS 652 687, the pump is inserted into a floodable immersion pot inserted in the tank. which is accessible through the tank opening. Here, the engine's heat loss from the pump is primarily given off only to the contents of the immersion pot itself, which is not circulated and has a very small volume, so that it will therefore heat up much more quickly. Even a partial recirculation of this immersion pot content, which is somehow achieved by suitable measures, will lead to the problems mentioned at the outset when the system is in continuous operation.

Um diese unerwünschte oder unzulässige Erwärmung des Tankinhaltes durch die Abwärme der Pumpe zu verhindern oder zumindest zu verringern, wurde versucht, den Pumpenmotor über einen Kühlmantel mittels Fremdmedium von aussen zu kühlen. Im einfachsten Fall, z.B. bei einer Temperatur des Tankinhaltes und der Umgebung bei 30°C, ist dies mit Hilfe gängiger Kühlwässer machbar. Die erforderliche Apparatur zur Kühlwasserführung, insbesondere aber das Gefahrenpotential bei einer Leckage dieses Kühlwasserkreislaufes im Tank lassen eine solche Lösung in vielen Fällen überhaupt nicht zu. In order to prevent or at least reduce this undesirable or inadmissible heating of the tank contents by the waste heat from the pump, attempts have been made to cool the pump motor from the outside using a cooling jacket using external medium. In the simplest case, e.g. at a temperature of the tank contents and the environment at 30 ° C, this can be done with the help of common cooling water. In many cases, the necessary equipment for cooling water supply, but in particular the risk potential in the event of leakage of this cooling water circuit in the tank, does not allow such a solution at all.

Bei komplizierten Fällen (Tankinhalt bei z.B. —30°C) wäre eine solche Fremdkühlung zwar mittels gängiger Kühlmedien, z.B. Freone technisch noch machbar, aber bereits unverhältnismässig aufwendig. In vielen Fällen würde aber auch hier die Gefahr einer Leckage des Kühlkreislaufes diese Lösung verbieten. In complicated cases (tank capacity at e.g. -30 ° C) such external cooling would be using common cooling media, e.g. Freons are still technically feasible, but are already disproportionately complex. In many cases, however, the risk of leakage in the cooling circuit would also prohibit this solution.

In den häufig vorkommenden Fällen der Tieftemperaturtechnik (verflüssigte Gase bei z.B. — 190°C im Tank) steht in der Regel überhaupt kein Kühlmittel niedrigerer Temperatur zur Verfügung, so dass Fremdkühlung schon aus diesem Grunde ausscheidet, vom Gefahrenpotential ganz abgesehen. In the frequently occurring cases of low-temperature technology (liquefied gases at e.g. - 190 ° C in the tank), there is generally no lower-temperature coolant available, so that external cooling is ruled out for this reason alone, quite apart from the potential danger.

Als weitere Lösung der aufgezeigten Probleme wäre denkbar, den Pumpenmotor thermisch so zu isolieren, dass er keine Wärme mehr nach aussen abgibt. Bei dieser Lösung wäre jedoch die Gefahr von Wicklungsschäden durch Überhitzung als Folge des Wärmestaus so gross, dass diese Lösung mit Recht bisher nicht praktiziert wurde. As a further solution to the problems shown, it would be conceivable to thermally insulate the pump motor in such a way that it no longer emits heat to the outside. With this solution, however, the risk of winding damage due to overheating as a result of the heat build-up would be so great that this solution has rightly not been practiced.

Die Erfindung geht davon aus, dass das Einbringen von Wärme in den ruhenden Tankinhalt verfahrenstechnisch problematisch, in den meisten Fällen sogar unzulässig ist und nutzt die Erkenntnis, dass demgegenüber in den im Betrieb umgewälzten Hauptstrom des Verfahrenskreislaufes eingebrachte, von den verschiedenen Wärmequellen stammende Wärme relativ leicht wieder herausgebracht werden kann. Selbst in der Tieftemperaturtechnik erfordert eine erhöhte Wärmeeinbringung in dieser Form lediglich eine entsprechende Anpassung der ohnehin im Hauptstrom vorhandenen Kältemaschine. The invention is based on the fact that the introduction of heat into the stationary tank content is problematic in terms of process technology, in most cases even inadmissible, and uses the knowledge that heat from the various heat sources that is introduced into the main stream of the process circuit that is circulated during operation is relatively easy can be brought out again. Even in low-temperature technology, increased heat input in this form only requires a corresponding adaptation of the chiller that is already in the main flow.

Die Erfindung löst die Aufgabe, mit vertretbarem konstruktivem Aufwand eine Spaltrohrmotortauchpumpe derart auszugestalten, dass keine Abgabe von Wärme, insbesondere von Verlustwärme des Spaltrohrmotors und allenfalls motornaher Pumpenteile über ihre mit dem Fördermedium in Berü-hung stehenden Aussenflächen an dieses Umgebungsmedium erfolgt. Aus der Tatsache, dass der Wärmestrom Null ist, The invention solves the task of designing a canned motor submersible pump with reasonable design effort such that no heat, in particular heat loss from the canned motor and any pump parts close to the motor, is emitted to this ambient medium via their outer surfaces which are in contact with the pumped medium. From the fact that the heat flow is zero,

wenn die zugehörige Temperaturdifferenz Null ist, folgt, dass es genügen muss, diese Aussenflächen auf dem Temperaturniveau des Umgebungsmediums (Tankinhalt) zu halten, um einen Wärmeübergang zu verhindern. Dabei muss jedoch die Funktion der Motorkühlung ungestört erhalten bleiben. If the associated temperature difference is zero, it follows that it must be sufficient to keep these outer surfaces at the temperature level of the ambient medium (tank content) in order to prevent heat transfer. However, the function of the engine cooling must remain undisturbed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens die den Motor umgebenden Teile dieses Gehäuses unter Bildung eines Ringraumes von einem Mantel umschlossen sind, und der Hauptstrom der Pumpe durch diesen Ringraum geführt ist. This object is achieved according to the invention in that at least the parts of this housing surrounding the motor are enclosed by a jacket to form an annular space, and the main flow of the pump is guided through this annular space.

Dadurch wird erreicht, dass keine Wärme an das Umge5 This ensures that no heat is transferred to the surrounding area

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bungsmedium (Tankinhalt) übertreten kann, da sich der Pum-penhauptstrom durch die Aufnahme der Motorverlustwärme in der Regel nur um Zehntelgrade erwärmt und diese Temperaturerhöhung ausserdem im inneren Bereich des Ringraumes erfolgt; die Motorkühlung in geradezu idealer Weise erhalten bleibt; der Motor hinsichtlich des Umgebungsmediums (Tankinhalt) allseitig isoliert ist ohne Gefahr eines Wärmestaus, und diese Motorkühlung ohne zusätzlichen und störanfälligen äusseren Fremdkühlkreislauf und nahezu ohne nennenswerten Energieaufwand bewerkstelligt wird, da der durch die Führung des Pumpenhauptstromes durch den Ringraum erzeugte zusätzliche Widerstand vernachlässigbar gering ist. medium (tank capacity) can pass, since the main pump flow is only heated by tenths of a degree due to the absorption of the heat loss from the engine and this temperature increase also takes place in the inner area of the annulus; the engine cooling is maintained in an almost ideal way; the motor is insulated on all sides with respect to the ambient medium (tank content) without the risk of heat build-up, and this motor cooling is accomplished without additional external external cooling circuit that is susceptible to faults and with almost no significant energy expenditure, since the additional resistance generated by the pump main flow through the annulus is negligible.

Die konstruktive Ausbildung der erfindungsgemässen Spaltrohrmotortauchpumpe lässt sich in verschiedener Weise den jeweiligen Bedürfnissen angepasst realisieren. The structural design of the canned motor submersible pump according to the invention can be implemented in various ways, adapted to the respective needs.

Beispielsweise kann der den Ringraum nach aussen begrenzende Mantel ausser dem Motor auch die in dessen Bereich liegenden und im Betrieb sich möglicherweise ebenfalls erwärmenden Pumpenteile umschliessen oder er kann dié ganze Pumpe insgesamt umhüllen. For example, in addition to the motor, the jacket which delimits the annular space on the outside can also enclose the pump parts located in its area and possibly also warming up during operation, or it can envelop the entire pump as a whole.

Dabei ist es zweckmässig, wenn am pumpenseitigen und am pumpenfernen Motorabschluss Verteil- bzw. Sammelkammern für den Hauptstrom gebildet sind. In der pumpenseitigen Verteilkammer, in welche die Druckseite der Pumpe mündet, wird der Hauptstrom verteilt, so dass er gleichmässig auf den Ringraum verteilt diesen durchströmt und in der Sammelkammer dann gesammelt und dem Austrittsstutzen zugeführt wird, durch welchen der Hauptstrom den Ringraum verlässt. It is expedient if distribution or collection chambers for the main flow are formed on the pump-side and on the pump-remote motor termination. The main flow is distributed in the pump-side distribution chamber, into which the pressure side of the pump opens, so that it is distributed evenly over the annular space, flows through it and is then collected in the collection chamber and fed to the outlet port, through which the main flow leaves the annular space.

Eine erhöhte Wirkung kann erforderlichenfalls dadurch erzielt werden, dass im genannten Ringraum, beispielsweise an der Innenfläche des Mantels, Führungen angeordnet sind, die den diesen Ringraum durchsetzenden Hauptstrom der Pumpe wendeiförmig in diesem Ringraum zur Austrittsöffnung aufsteigend führen. If necessary, an increased effect can be achieved in that guides are arranged in the said annular space, for example on the inner surface of the jacket, which guide the main flow of the pump passing through this annular space in a helical manner ascending in this annular space to the outlet opening.

Auch der zur Kühlung und Schmierung des Spaltrohrmotors diesen durchsetzende, im Pumpenraum abgezweigte Teilstrom mündet innerhalb des genannten Mantels aus, wodurch die innere, vornehmlich durch Lagerreibung entstandene Wärme kontinuierlich abgeführt wird. The partial flow which flows through the canned motor to cool and lubricate it and branches off in the pump chamber also opens out within the jacket mentioned, as a result of which the internal heat, which is primarily caused by bearing friction, is continuously dissipated.

Eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Spaltrohrmotortauchpumpe ist nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur in teilweise schematischer Darstellung die Pumpe im Schnitt zeigt. An exemplary embodiment of a canned motor submersible pump according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, the single figure of which shows the pump in section in a partially schematic representation.

Der Pumpenteil der dargestellten Spaltrohrmotortauchpumpe besteht im wesentlichen aus einem Gehäuseteil 1 und einem Pumpenlaufrad 2. Die Einlassseite ist durch den Stutzen 3 und die Auslassseite durch eine Öffnung 4 veranschaulicht. An diesem Pumpenteil ist das mit 5 bezeichnete zylindrische Motorgehäuse des Spaltrohrmotors angeflanscht. Das Motorgehäuse 5 ist auf dem vom Pumpenteil entfernten Ende durch einen Abschlussdeckel 6 abgeschlossen. Der Motor besteht aus dem Rotor 7 und dem Stator 8. Der Rotor 7 sitzt auf der Motorwelle 9, die in Lagern 10 gelagert ist und in einer pumpenseitigen Verlängerung zugleich die Pumpenwelle bildet, welche das Pumpenlaufrad 2 trägt. Der Stator 8 ist in üblicher Weise im Motorgehäuse 5 befestigt und durch The pump part of the canned motor submersible pump shown essentially consists of a housing part 1 and a pump impeller 2. The inlet side is illustrated by the connector 3 and the outlet side by an opening 4. The cylindrical motor housing of the canned motor, designated 5, is flanged to this pump part. The motor housing 5 is closed off at the end remote from the pump part by an end cover 6. The motor consists of the rotor 7 and the stator 8. The rotor 7 is seated on the motor shaft 9, which is mounted in bearings 10 and at the same time forms the pump shaft in an extension on the pump side, which carries the pump impeller 2. The stator 8 is fastened in a conventional manner in the motor housing 5 and through

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ein dünnwandiges Spaltrohr 11 flüssigkeitsdicht vom Rotor 7 getrennt. Die Kühlung und Schmierung der Lager 10, der Welle 9, erfolgt durch einen Teilstrom des Pumpenstromes der durch einen Kanal 22 vom Pumpenraum abgezweigt wird und am anderen Ende der Pumpe nach Verlassen des pumpenfernen Lagers 10 durch eine Öffnung 23 im Abschlussdek-kel 6 austritt. Die bis hierher beschriebene Pumpe entspricht der Ausbildung handelsüblicher Spaltrohrmotortauchpumpen. Es ist klar, dass eine solche Pumpe, in das abzupumpende Medium eingetaucht, die Motorverlustwärme über das Motorgehäuse 5 an dieses Medium abgibt, was in vielen Fällen zu den eingangs beschriebenen Nachteilen führt. a thin-walled can 11 separated from the rotor 7 in a liquid-tight manner. The cooling and lubrication of the bearings 10, the shaft 9, is carried out by a partial flow of the pump flow which is branched off from the pump chamber through a channel 22 and exits at the other end of the pump after leaving the bearing 10 remote from the pump through an opening 23 in the end cover 6. The pump described so far corresponds to the design of commercial canned motor submersible pumps. It is clear that such a pump, immersed in the medium to be pumped out, emits the heat loss from the motor via the motor housing 5 to this medium, which in many cases leads to the disadvantages described at the outset.

Bei der dargestellten Pumpe wird dies dadurch verhindert, dass der Pumpenauslass 4 nicht direkt an eine Förderleitung angeschlossen ist, sondern in einen Ringraum 12 mündet, der durch einen die eigentliche Pumpe mit Abstand umschlies-senden Mantel 13 gebildet wird. Dieser Mantel 13 schliesst an dem Gehäuseteil 1 an und umhüllt im dargestellten Beispiel den ganzen Motorteil. Er ist, entsprechend der Ausbildung des Motorgehäuses 5 ebenfalls zylindrisch und am motorseiti-gen Ende durch einen Deckel 14, welcher einen Druckstutzen 15 aufweist und durch welchen die Stromzuführung 16 für den Betrieb des Motors verläuft, abgeschlossen. In the pump shown, this is prevented by the pump outlet 4 not being connected directly to a delivery line, but rather opening into an annular space 12 which is formed by a jacket 13 which encloses the actual pump at a distance. This jacket 13 connects to the housing part 1 and envelops the entire motor part in the example shown. According to the design of the motor housing 5, it is also cylindrical and is closed at the motor end by a cover 14 which has a pressure connection 15 and through which the power supply line 16 runs for the operation of the motor.

Wie aus der Figur ersichtlich, wird der den Pumpenauslass 4 verlassende Hauptstrom des geförderten Mediums durch den Ringraum 12 hindurch entlang der Aussenseite des Motorgehäuses 5 zum Druckstutzen 15 geführt. Es entsteht ein Wärmefluss zwischen dem durch die Verlustwärme des Motors erwärmten Motorgehäuse 5 und dem daran vorbeiströmenden, geförderten Medium, wobei die vom Medium aufgenommene Wärme unmittelbar abgeführt wird. Selbst bei einem hohen Wärmegefälle wird der Mantel 3, und dieser ist es, welcher mit dem ruhenden Medium in Berührung steht, kaum erwärmt. Zur besseren Verteilung des aus dem Aus-lass 4 strömenden Hauptstromes im Ringraum 12 ist ausserdem beim dargestellten Beispiel der Abschnitt des Ringraumes im Bereich des Auslasses 4 als Verteilkammer 17 und das entgegengesetzte Ende des Ringraumes als Sammelkammer 18 ausgebildet, in welcher der Hauptstrom sich mit dem vorerwähnten, durch den Pfeil 19 angedeuteten Teilstrom vereinigt, der zur Kühlung und Schmierung des Motors dient. As can be seen from the figure, the main flow of the pumped medium leaving the pump outlet 4 is led through the annular space 12 along the outside of the motor housing 5 to the pressure port 15. A heat flow arises between the motor housing 5 heated by the heat loss from the motor and the conveyed medium flowing past it, the heat absorbed by the medium being dissipated directly. Even with a high heat gradient, the jacket 3, and it is the one that is in contact with the resting medium, is hardly heated. For better distribution of the main stream flowing out of the outlet 4 in the annular space 12, the section of the annular space in the area of the outlet 4 is also designed as a distribution chamber 17 and the opposite end of the annular space as a collecting chamber 18 in the example shown, in which the main stream coincides with the The aforementioned, indicated by the arrow 19 partial flow, which is used for cooling and lubricating the engine.

Für eine Reihe von Fällen wird es für den Abtransport der Motorverlustwärme mittels des durch den Ringraum 12 geführten Hauptstroms der Pumpe bereits genügen, wenn der Mantel 13 als Doppelmantel ohne zusätzliche Mittel vorgesehen wird. For a number of cases, it will already suffice for the removal of the heat loss from the engine by means of the main flow of the pump which is led through the annular space 12 if the jacket 13 is provided as a double jacket without additional means.

In Fällen, wo dies ungenügend erscheint, kann ein verbesserter und rascherer Wärmetausch zwischen dem Motorgehäuse 5 und gegebenenfalls den sich im Betrieb erwärmenden Pumpenteilen einerseits und dem an ihnen entlang geführten Pumpenhauptstrom andererseits dadurch erzielt werden, In cases where this appears to be insufficient, an improved and faster heat exchange between the motor housing 5 and, if necessary, the pump parts heating up during operation on the one hand and the pump main flow running along them on the other hand can be achieved in this way,

dass, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel angedeutet, an der Innenfläche des Mantels 13 Führungen in Form in den Ringraum vorstehender Rippen 20 vorgesehen werden, durch welche die Führung des Pumpenhauptstromes im Ringraum 13 zwangsweise so erfolgt, dass dieser Strom, wie durch die Pfeile 21 angedeutet, wendeiförmig im Ringraum 12 aufsteigend den Motor umspült. that, as indicated in the exemplary embodiment shown, guides are provided on the inner surface of the jacket 13 in the form of ribs 20 projecting into the annular space, by means of which the main pump flow in the annular space 13 is forcibly carried out in such a way that this current, as indicated by the arrows 21, helically flushed in the annular space 12 ascending the motor.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. canned motor submersible pump with a pump impeller housed in a closed housing and electrically operated canned motor which is lubricated and cooled by the liquid in its motor compartment, characterized in that at least the parts (5) of the housing (1; 8) surrounding the motor (7, 8) 5,6) are enclosed by a jacket (13) to form an annular space (12), and the main flow of the pump is guided through this annular space (12).

2. canned motor submersible pump according to claim 1, characterized in that the jacket (13) also encloses pump parts (1) lying in the region of the motor.

2nd

PATENT CLAIMS

3. canned motor submersible pump according to claim 1, characterized in that the jacket (13) encloses the pump as a whole.

4. canned motor submersible pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that in said annular space (12), e.g. Guides (20) are arranged on the inner surface of the jacket (13), which guide the main flow in a spiraling manner in this annular space (12).

5. canned motor submersible pump according to claim 3, characterized in that for cooling and lubricating the canned motor (7, 8) this penetrating partial flow opens out within said jacket (13).

6. canned motor submersible pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that distribution and collection chambers (17 and 18) for the main flow are formed on the pump-side and on the pump-remote motor termination.