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Aus einem Elektromotor und einer von diesem angetriebenen Pumpe bestehendes
System Die Erfindung betrifft Systeme, die aus einem Elektromotor und einer von,
diesem angetriebenen Pumpe bestehen;, und zwar solche, bei denen, das gepumpte Mittel
unabhängig von der Wirkung der Pumpe unter einem, verglichen mit dem außerhalb des
Pumpengehäuses herrschenden Druck, hohen Druck steht und der Rotor wie der Stator
des Motors von Flüssigkeit umspült sind; deren Druck der gleiche ist oder in der
gleichen Größenordnung liegt wie der Druck des gepumpten. Mittels. Bei solchen Systemen,
ergeben sich, gleichgültig, ob das zu pumpende Mittel eine Flüssigkeit, ein Dampf
oder ein Gas ist, erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Kühlung
der Lager- und Dichtungsteile für die den. Motor mit der Pumpe verbindende und diese
antreibende Welle, vor allem wegen des hohen Druckes des, gepumpten Mittels und
in manchen Fällen außerdem wegen der hohen Umlaufgeschwindigkeit der Welle.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten hat man bei bekannten Konstruktionen
derartiger Pumpen. zwischen dem: Teil, in dem der Motor untergebracht ist, und dem,
der das eigentliche Pumpengehäuse bildet, einen von außen, durch ein Kühlmittel
gekühlten, Zwischensteil angeordnet, in welchem eines der Wellenlager und/oder eine
Stopfbuchse untergebracht sind. Das bei diesen bekannten. Ausführungen lediglich
vorn außen wirkende
Kühlmittel kann jedoch die Lagerung bzw. Stopfbuchsen
unter Umständen nicht ausreichend kühlen.
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Die Erfindung bezweckt zunächst eine intensivere Kühlung und gleichzeitig
eine Schmierung der Lagerung bzw. Welle.
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Dies wird dadurch erreicht, daß eine an, sich bekannte äußere Kühlvorrichtung,
durch die die den Motor erfüllende Flüssigkeit in an, sich bekannter Weise, zirkuliert,
mit ihrem einen Ende: mit dem der Pumpe entgegengesetzten Ende des Gehäuseteils,
in dem der Motor untergebracht ist, und mit dem anderen. Ende mit einer Öffnung
in der Wandung des. Zwischenteils derart verbunden ist, daß die durch die, Kühlvorrichtung
zirkulierende Flüssigkeit unmittelbar zwischen die Lagerflächen in dem Zwischenteil
des Gehäuses strömt.
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Außer der hierdurch erreichten unmittelbaren und, besonders guten
Kühlung der Lagerelemente ist hiermit der weitere Vorteil verbunden; daß für die
Kühlung der Wellenlager das gleiche benutzt wird, wie das., durch welches der Motor
gekühlt: wird.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine besondere Ausbildung der
Zuführung der elektrischen. Leiter von außen, zum Motor einer derartigen Pumpe,
um einen dichten Ab@schluß gegenüber dem inneren Überdruck zu erreichen. Jeder der
elektrischen Leiter ist erfindungsgemäß mit einem verbreiterten Flansch ausgerüstet,
welcher unter dem Einfluß des inneren hohen. Druckes auf einen. durch einen Schultervorsprung
im Zuführungskanal gebildeten; Sitz gepreßt wird.
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Nachstehend wird die Erfindung in Anwendung auf ein. in der beschriebenen
Weise ausgebildetes Gehäuse im einzelnen am. Hand der Figuren. erläutert, von. denen
Fig. r einen Schnitt durch die Gesamtanordnung und Fig. 2 einen Teil der Fig. r
in größerem Maßstabe darstellt.
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Gemäß den Abbildungen. sind der Rotor r" eines Elektrornotors des
nassen Typs und das Flügelrad 2 einer Zentrifugalpumpe auf einer gemeinsamen., vertikalen
Welle 3 angeordnet- und zusammen mit dieser Welle und dem Stator ib des Motors in
ein gemeinsames. Gehäuse 4 eingeschlossen, wobei das Flügelrad am unteren Ende dieser
Welle angeordnet und so ausgebildet ist, daß es das zu pumpende Mitteil axial durch
einen Einlaßkanal 5 am unteren Ende des Gehäuses einsaugt und in radialer Richtung
durch eine Auslaßöffn.ung 6. in der Ebene des Flügelrades abgibt. Diese Welle läuft
in zwei Lagern 7 und 8, von denen. das Lager 7 zwischen, dem Flügelrad; und dem
Motor und das Lagear 8 an, der entgegengesetzten Seite des Motors liegt. Wie dargestellt,
paßt das Lager 7 dicht in eine Einschnürung 4" des Gehäuses 4, so daß kenne freie
Verbindung für das zu pumpende Mittel zwischen: dem Laufrad und dem Motor besteht.
Falls erwünscht, kann. in der Einschn.ürung 4a des Gehäuses zwischen dem Läger 7
und dem Laufrad 2 eine besondere Buchse g, die dicht auf die Wellet aufgepaßt ist,
angeordnet sein. Da das Gehäuse 4 mit der Flüssigkeit bzw. mit dem. zu pumpenden
Mittel gefüllt ist, welches. unter dem gleichen Druck steht wie- dem am Eintritt
in die Pumpe, besteht keine große Gefahr, daß die Flüssigkeit od. dgl. durch diese
Büchse und, die Lagerung 7 h.indurchtritt, und es ist in der Regel ohne nachteilige
Folgen, wenn. das doch tatsächlich in gewissem Maße der Fall ist.
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Die Erfindung kann. Anwendung finden: auf Wasserumlaufpumpen für den
Wasserumlauf in Zwangumlaufkesseln, beispielsweise des La Mont-Typs. In diesem Falle
wird die Pumpe in. den Wasserkreislauf eingeschaltet, der durch die Kesselrohre
gebildet wird, so daß sowohl der Einlaß wie der Auslaß unter dem vollen Kesseldruck
stehen:, welcher innerhalb des Bereiches 30 bis roo atü liegt, während: der
Differentialdruck, der durch die Pumpe erzeugt wird, in der Größenordnung von etwa
24 atü liegt. Der Druck an beiden Seiten der Einschnürung4a des Gehäuses 4 ist gleich
und liegt in derselben Größenordnung wie der volle Kesseldruck.
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Die Erfindung kann ferner Anwendung finden bei Löfflerkesseln, bei
welchen Dampf an Stelle von Wasser umläuft. In diesem Falle, wird die Vorrichtung
vorzugsweise in. umgekehrter Richtung, wie der dargestellten, mit dem Motor am unterem
Ende angeordnet und das Gehäuse 4 mit Wasser bis auf ein Niveau gefüllt, das ungefähr
in der Höhe der Mitte der Buchse g liegt.
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Schließlich kann die Vorrichtung zum Pumpen anderer Flüssigkeiten,
wie z.. B. von heißem Öl in Ölraffinerien, verwendet werden, wo ebenfalls. hohe
Drücke angewendet werden; und ferner zum Pumpen von verflüssigten Gasen, wobei ein
hoher Druck angewendet werden muß, um das Gas in verflüssigtem Zustand zu erhalten.
Zuweilen, beispielsweise wenn in Ölraffinerien. heißes Öl gepumpt werden muß, ist
es unerwünscht, daß die gepumpte Flüssigkeit Zutritt zu dem Motor findet. In solchen
Fällen wird das Motorende des Gehäuses 4 mit einer unschädlichen Flüssigkeit gefüllt,
und die Buchse g erhält die Form einer Stopfbüchse. Da die un.-schädliche Flüssigkeit
unter dem gleichen Druck steht wie die gepumpte Flüssigkeit, steht die Stopfbüchse,
wie bisher, unter gleichem Flüssigkeitsdruck auf beiden Seiten, und ihre Konstruktion
ergibt daher keinerlei Schwierigkeiten.
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Das Wellenlager 7 wird durch eine Metallbuchse 7a gebildet, die in
die Einschnürung 4" des Gehäuses eingepaßt ist und innen eine Aussparung aufweist,
die eine Ausfüllung von. Weißmetall 7b aufnimmt, welches. die wirksame Lagerfläche
darstellt, die an der Oberfläche einer auf der Welle festen Metallröhre 3a anliegt.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird die zusätzliche Buchse, 9 durch eine
Erweiterung der Buchse7a gebildet. Sie liebt mit einer sehr kleinen Toleranz an;
der Metallröhre 3, an.
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Bei der dargestellten Ausführungsform findet ein Kurzschlußläufermotoir
r" Verwendung, wobei diel einzelnen Drähte der Sta.torwicklung il, mit
einer
Isolierung bedeckt sind, die, undurchlässig für die Flüssigkeit in dem Gehäuse.
4 ist. Wahlweise kann der Stator in einem nachgiebigen Gehäuse untergebracht sein;,
das mit einer Isolierflüssigkeit gefühlt ist. Die Nachgiebigkeit des Gehäuses ermöglicht
eine Ausdehnung der Flüssigkeit als Folge vom. Temperaturänderungen.. Somit bleiben
die Drücke innerhalb und: außerhalb des Behälters im wesentlichen die gleichen,
und die Wandungen des Behälters sind nicht unzulässigen Beanspruchungen. unterworfen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Stator innerhalb, eines Rohrstückes
i i, das in. das Gehäuse! 4 eingepaßt ist, angeordnet.
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Das. Lager 8 wird durch eine Metallbuchse 8" gebildet, die eine innere
Aussparung zurAufnahme einer Füllung von Weißmetall $b aufweist, welche die, Lagerfläche
bildet, drei an der Oberfläche einer auf der Welle festen, Metallröhre 36 anliegt.
Die Buchse 8" wird durch eine nach unten gerichtete Verlängerung eines scheibenförmigen
Teiles 8, gebildet, der am oberen Ende des Gehäuses 4 angebracht ist. Der Deckel
des Gehäuses 4 ist oberhalb des Teiles, 8C2 wie dargestellt, befestigt.
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Um einen: unzulässigen Temperaturanstieg, entweder infolge des Wärm-eflusses
von der Pumpe oder der durch den Motor erzeugten Wärme, zu verhindern, sind Vorkehrungen,
zur Kühlung der Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses getroffen. Bei der dargestellten
Ausführungsform geschieht dies, indem die! Flüssigkeit in dem Gehäuse von seinem
oberen Ende :Aus durch eine Schlange 12, die in einen Kühlbehälter eingetaucht ist,
und von'-dort zurück nach, dem unteren Ende, des Gehäuses läuft. Ein kleines Zentrifugalflügelrad
13, das auf der Welle13 in einerAussparung i4 des, Gehäusedeckels, welcher das Flügelradgehäuse
bildet, angeordnet ist, treibt. die Flüssigkeit von dem Gehäuse 14 durch eine Leitung
15 im Gehäusedeckel 4 und von dort durch die Schlange i2 zu einer Leitung 16, die
durch die Wandung der Einschnnürung 4" des Gehäuses hindurchgeführt ist. Von dieser
Leitung 16, fließt die, Flüssigkeit in einen engen. ringförmigen, Zwischenraum 17,
der; wie dargestellt, zwischen denn Hauptteil der Innenfläche der Einschnürung4a
und der Außenfläche der Buchse 7" 9 gebildet wird, und aus. diesem Zwischenraum
durch einen Ring von. Löchern 18 durch die Buchse zwischen den Teilern 7a und 9
nach der Oberfläche der Röhre 3n. Dann, fließt sie nach oben zwischen den Lagerflächen
3a, 76 zu dem oberen. Ende des Lagers 7 und von dort von dem unteren Ende zu dem
oberen Ende des. Motors., teilweise zwischen dem Rotor i, und dem Stator i6 und.
teilweise durch Löcher i9 in dem Rohrstück ii zu einem ringförmigen. Zwischenraum2o
zwischen. der äußeren. Fläche dieses Rohrstückes und der Innenfläche des Gehäuses
4. Von dem oberen Ende dieses riingförmigen Zwischenraumes fließt die Flüssigkeit
durch vertikale Schlitze 2 1 in dem Rohrstück ii in den. Raum am oberen Ende des
Motors, von da durch Löcher 22 in dem scheibenförmig gestalteten Teil
8, und dann zwischen mit diesem aus einem Stück bestehenden Pfosten 23 und
durch einen Ring 24, der mit den Pfosten: verbunden ist und von ihnen getragen wird,,
zurück zu dem Flügelrad 13. Wie dargestellt, wird. ein Umfließen des äußeren
Umfanges. des Ringes 24 durch einen diesen umgebenden Teil des Gehäusedeckels verhindert.
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Es ist ersichtlich, daß dadurch, daß der Umlauf der Flüssigkeit in
dieser Weise erfolgt, nicht nur der Motor, sondern, auch: die Lager 7 und 8 gekühlt
werden. Auch eine vollkommene Schmierung des Lagers 7 durch die umlaufende Flüssigkeit
wird auf diese Weise gesichert. Das Lager 8 wird ebenfalls durch die Flüssigkeit
in dem Gehäuse ausreichend geschmiert.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, d'aß der Wärmefluß von der Pumpe
zu dem Motor durch die vorgesehene Einschnürung 4a gering gehaltem wird. Die Wärme
muß durch die Leitung längs dieser Einschnürung und die, Lagerelemente in ihr strömen,
und da die Einschnürung unter der Wirkung der Außenluft steht, wird ein großer Teil
der Wärme abgeleitet. Erwünschtenfalls kann: die Einschnürung erheblich länger,
a,ls in der Abbildung dargestellt, ausgeführt werden, und es kann; ein künstlicher
Luftstrom auf die Einschnürung aufgeblasen werden bzw. die letztere Maßnahme a,llei@n
erfolgen oder schließlich die ganze Oberfläche des Gehäuses mit Hilfe eines Gebläses.
der Einwirkung eines Luftstromes ausgesetzt werden.
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Der gesamte rotierende Teil, bestehend aus der Welle, dem Motor und
dem Flügelrad wird nur durch einen. Lagerflansch 25 getragen, der am oberen Ende
der Welle befestigt und mit einem Ring 2f> aus geeignetem Lagermetall versehen ist,
der in einer Aussparung in der oberen, Fläche des Gehäusedeckels 4 liegt. Ein Deckelglied;
27, das. am Gehäusedeckel angeordnet ist, dient zum Abschluß der Lagerteile und
des oberen Endes der Welle.
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Dieses Deckelglied 27 besitzt eine mittlere Öffnung 28, welche normalerweise
durch ein. Ventil2g geschlossen ist. Diese Öffnung und das Ventil ermöglichen den,
Austritt von Luft, wenn das Gehäuse 4 von unten mit Flüssigkeit gefüllt wird,, was
üblicherweise durch einfache Einführung von Hochdruckflüssigkeit in: die Pumpe erfolgt,
welche schnell zwischen den. Lagerflächen. und durch die oben bei Erläuterung des
Umlaufes der Flüssigkeit für Kühlzwecke beschriebenen Wege nach oben sickert. Um
zu. ermöglichen, daß die, entweichende Luft die Öffnung 28 erreicht, können Löcher
durch den. Lagerflansch 27 oder den Ring 26 vorgesehen sein. Das Gehäuse wird bis.
au.f ein Niveau oberhalb, des. Lagerflansches 25 gefüllt und derart dieses Lager
durch die Flüssigkeit in dem Gehäuse geschmiert.
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Wegen des hohenArbeitsdruckes der Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses
4 haben sich gewisse Schwierigkeiten für die Einführung der Leiter für die Statorwicklungen.
in dasselbe ergeben. Bei der dargestedlten.Anordilung sind, diese Schwierigkeiten
dadurch überwunden worden, daß jeder Leiter in der Zone, in welcher er nach, der
Außenseite des Gehäuses verläuft, mit einem verbreiterten Flansch
3
0 versehen ist, welcher durch den Druck innerhalb des. Gehäuses gegen einen
Schultervorsprung 3 r in denn Auslaßkanal, durch welchen der Leiter hindurchgeht,
angepreßt wird und derart einen Abschlug bildet. In der Praxis wird dieser verbreiterte
Flansch3o aus einem besonderen Metallkörper geformt, welcher an: seinen beiden Enden
mit den Leiterenden innerhalb und außerhalb des Gehäuses verbunden ist. Selbstverständlich
ist das Ganze mit einer Isolation bedeckt, welche die Abschlußfläche bildet. Der
Außenkanal wird durch eine Buchse 32 gebildet, die in die Wandung des Gehäuses 4
eingeschraubt ist.
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Sämtliche weiteren konstruktiven Einzelheiten sind aus den Abbildungen
klar ersichtlich.
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Die dargestellte Ausführungsform kann: in verschiedener Hinsicht abgeändert
werden. Beispielsweise können statt einer Welle, die der Pumpe und dem Motor gemeinsam
ist, auch besondere Wellen für jeden vom, diesen: vorgesehen, und diese, durch eine
nachgiebige oder andere Kupplung miteinander verbunden werden.