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Hohen Temperaturen und Drücken ausgesetztes, nach außen abgeschlossenes
Kreiselpumpenaggregat mit Spaltrohr im elektrischen Antriebsmotor Die Erfindung
betrifft ein unter hohem Druck und hoher Temperatur stehendes, nach außen abgeschlossenes
Kreiselpumpenaggregat. Diese Aggregate bilden mit Kreiselpumpe und -der elektrischen
Antriebsmaschine eine geschlossene Einheit. Dadurch erübrigen sich besondere Abdichtungsmaßnahmen
am Wellenspalt. Es ist lediglich erforderlich, der Förderflüssigkeit den Zutritt
zu den Blechpaketen und den Wicklungen von Rotor und Statur der elektrischen Antriebsmaschine
zu verwehren.
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In bekannter Weise wird deshalb die Außenfläche des Rotors und die
dem Rotor zugekehrte Fläche des Stators mit je einem gegenüber dem Fördermedium
korrosionsfesten Spaltrohr abgedeckt und die Enden des Spaltrohres mit je einem
die Seiten von Rotor bzw. Statur abdeckenden Endring verschweißt oder durch andere
Befestigungsmittel flüssigkeits- und gasdicht verbunden. Die Spaltrohre müssen zur
Vermeidung größerer Verluste der elektrischen Antriebsmaschine eine möglichst geringe
Wandstärke besitzen. Im allgemeinen beträgt die Wandstärke von Spaltrohren maximal
0,4 mm. Diese relativdünnen Spaltrohre sind zum Teil erheblichen Kräften ausgesetzt,
insbesondere bei unter hohem Druck und hoher Temperatur arbeitenden Kreiselpumpenaggregaten.
Die Drücke betragen hierbei bis 500 atü und die T emperaturen bis 400° C und darüber.
Während die aus den Drücken. und Temperaturendes Fördermediums resultierenden, in
radialer Richtung auf die Spaltrohre wirkenden Kräfte durch satte Auflageflächen
der Spaltrohre am Rotor und Statur der elektrischen Antriebsmaschine keine nachteiligen
Beanspruchungen ausüben können, können hingegen durch die in axialer Richtung auf
das Spaltrohr und auf die Endringe wirkenden Kräfte übermäßige Beanspruchungen an
den Befestigungsstellen der Spaltrohrenden und Verwerfungen des Spaltrohres auftreten.
Die nachteiligen Wirkungen der aus den Drücken des Fördermediums resultierenden,
axial gerichteten Kräfte können beseitigt werden, indem die Endringe mit einer entsprechenden
Vorspannung gegen die Blechpakete von Rotor und Statur angepreßt wurden. Durch diese
bekannte Maßnahme können jedoch die auf Grund der Temperatur des Fördermediums auftretenden
Wärmespannungen am Spaltrohr und dessen Befestigungsstellen nicht beeinflußt werden.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß die am Spaltrohr auftretenden Spannungen auf
den Wärmedehnungen der betreffenden Teile beruhen. Zur Herabsetzung dieser Wärmebeanspruchungen
ist bereits vorgeschlagen worden, das eine Ende des Spaltrohres faltenbalgartig
auszubilden. Ein derartig ausgebildetes Spaltrohr ist jedoch nur für verhältnismäßig
geringe Drücke des Fördermediums geeignet. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es,
die durch hohe Temperaturen verursachten nachteiligen, sich insbesondere durch übermäßige
Zugbeanspruchung und Verwerfung des Spaltrohres und durch Rißbildung an den Befestigungsstellen
des Spaltrohres auswirkenden Wärmebeanspruchungen unabhängig von dem Druck des Fördermediums
auf ein Mindestmaß zu beschränken, ohne den Gesamtaufbau der hiervon betroffenen
Motorenteile zu verändern.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das den Statur der
elektrischen Antriebsmaschine umschließende Gehäuse, an dem sich die Abdeckringe
des Stators abstützen, aus einem Material hergestellt wird, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient
kleiner oder gleich ist dem mittleren Ausdehnungskoeffizienten aus der Summe der
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Blechpaket und den beiden die Wicklungsköpfe des
Stators umschließenden, mit einem Spaltrohr flüssigkeits- und gasdicht vereinigten
Abdeckringen. Durch die damit verbundenen verschiedenen Wärmedehnungen der einzelnen
Teile werden die in axialer Richtung gegeneinanderwirkenden Kräfte annähernd kompensiert,
so daß die Spaltrohre und ihre Befestigungsstellen keinen übermäßigen Beanspruchungen
mehr ausgesetzt werden können. Vorteilhafterweise werden die Abdeckringe als halsförmige,
mit j e einem Flansch versehene Teile ausgebildet, wobei sich die Flansche an den
stirnseitigen Enden des den Stato,r umschließenden Gehäuses abstützen. Bei Erwärmung
der betreffenden Teile der elektrischen Antriebsmaschine dehnen sich die beiden
an den Stirnflächen des Statörgehäuses sich abstützenden Abdeckringe entgegen der
Ausdehnungsrichtung des Statorgehäuses
aus, so. daß die Strecke,
um die sich das Statorgehäuse ausdehnt, durch die Abdeckringe ausgeglichen wird.
Eine axiale Beanspruchung des mit den Endringen verbundenen Spaltrohres wird dadurch
unterbunden. Außerdem kann kein Spalt zwischen den Stirnseiten der Abdeckringe und
dem Blechpaket auftreten, so daß die Auflagefläche des Spaltrohres am Stator nicht
unterbrochen wird. Durch die Dünnwandigkeit des Spaltrohres würde dieses auf Grund
des Förderlüssigkeitsdruckes in den Spalt hineingepreßt werden, wodurch es sich
verziehen oder aufreißen würde.
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Zur Erzielung der verschiedenen Wärmedehnungen der betreffenden Motorenteile
wird zweckmäßigerweise das den Stator umschließende Gehäuseteil aus einer an sich
bekannten ferritischen Magnesium-Nickel- bzw. Magnesium-Cr-Gußeisen-Legierung hergestellt,
das Blechpaket in bekannter Weise aus Dynamoblech und die Abdeckringe aus legiertem
Stahl.
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Um eine Relativverschiebung zwischen Abdeckringen und Spaltrohr zu
vermeiden, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung für die Abdeckringe von Stator
und Rotor ein Material verwendet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient annähernd der
gleiche ist wie derjenige der Spaltrohre. Damit ist gleichzeitig der Vorteil verbunden,
daß eine einwandfreie Dichtschweißnaht an den Spaltrohrenden mit den Abdeckringen
gewährleistet werden kann. Damit die seitlichen Abdeckringe gleichzeitig zur Auswuchtung
des gemeinsamen Läufers von Kreiselpumpe und elektrischer Antriebsmaschine dienen
können, -werden diese in ihrer axialen Erstreckung kräftig ausgebildet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In der Abbildung ist ein Axialschnitt durch ein Kreiselpumpenaggregat zur Förderung
von unter hohem Druck und hoher Temperatur stehenden Förderflüssigkeiten gezeigt.
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In der Abbildung ist mit 1 das den aus dem Blechpaket 2 und den Wicklungen
3 bestehende Stator umgebende Gehäuse bezeichnet. An den Stirnseiten 4 und 5 des
Motorengehäuses 1 stützen sich die Flansche 6 und 7 der halsförmig ausgebildeten
Abdeckringe 8 und 9 ab. Die Stirnseiten 10 und 11 der Abdeckringe liegen dicht an
den beiden Seiten 12 und 13 des Statorblechpaketes 2 an. Das Spaltrohr 14 liegt
über seiner gesamten axialen Erstreckung satt auf dem Blechpaket 2 und den Abdeckringen
auf. Durch flüssigkeits- und gasdichte Schweißnähte 15 und 16 sind die Enden 17
und 18 des Spaltrohres 14 mit den Abdeckringen verbunden. Das Gehäuse 1 besteht
aus einem ferritischen Kugelgraphitgrauguß (Sphäro-Guß) und die Abdeckringe 8,9
sowie das Spaltrohr 14 aus einer Stahllegierung. Dadurch dehnt sich das Gehäuse
1, auf die Längeneinheit bezogen, bei Erwärmung weniger aus als die Abdeckringe
und das Spaltrohr. Da jedoch das Gehäuse eine größere axiale Erstreckung besitzt
als die Abdeckringe, ist die Strecke, um die sich das Gehäuse in axialer Richtung
ausdehnt, annähernd genau so groß wie die Summe der Strecken, um die sich die beiden
Abdeckringe in entgegengesetzter Richtung ausdehnen, so daß übermäßige Beanspruchungen
an den Verbindungsschweißnähten 15, 16 des Spaltrohres 14 nicht auftreten können.
Damit auch an den Schweißnähten 19, 20 des Spaltrohres 21 für den Rotor 22 keine
übermäßigen Wärmebeanspruchungen auftreten können, besteht das Spaltrohr 21 ebenso
wie die Abdeckringe 23 und 24 aus legiertem Stahl. Die Abdeckringe haben hierbei
eine so große axiale Erstreckung, daß sie gleichzeitig zur Auswuchtung des aus Welle
25, Laufrädern 26 und Rotor 22 bestehenden Läufers des Pumpenaggregates dienen können.