CH656677A5 - Spaltrohrmotortauchpumpe. - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.

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.

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.

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,

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.

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.

Dadurch wird erreicht, dass keine Wärme an das Umge5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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.

Die konstruktive Ausbildung der erfindungsgemässen Spaltrohrmotortauchpumpe lässt sich in verschiedener Weise den jeweiligen Bedürfnissen angepasst realisieren.

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.

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.

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.

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.

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.

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

656 677

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.

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.

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.

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.

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,

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.

3

5

10

15

20

25

J0

35

40

45

50

55

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

656 677

1. Spaltrohrmotortauchpumpe mit in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachtem Pumpenlaufrad und elektrisch betriebenem Spaltrohrmotor, der durch in seinem Motorraum befindliche Flüssigkeit geschmiert und gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die den Motor (7, 8) umgebenden Teile (5) dieses Gehäuses (1; 5,6) unter Bildung eines Ringraumes (12) von einem Mantel (13) umschlossen sind, und der Hauptstrom der Pumpe durch diesen Ringraum (12) geführt ist.

2. Spaltrohrmotortauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (13) auch im Bereich des Motors liegende Pumpenteile (1) umschliesst.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Spaltrohrmotortauchpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (13) die Pumpe insgesamt umschliesst.

4. Spaltrohrmotortauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im genannten Ringraum (12), z.B. an der Innenfläche des Mantels (13) Führungen (20) angeordnet sind, die den Hauptstrom wendeiförmig in diesem Ringraum (12) aufsteigend führen.

5. Spaltrohrmotortauchpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kühlung und Schmierung des Spaltrohrmotors (7, 8) diesen durchsetzende Teilstrom innerhalb des genannten Mantels (13) ausmündet.

6. Spaltrohrmotortauchpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am pumpenseitigen und am pumpenfernen Motorabschluss Verteil- und Sammelkammern (17 bzw. 18) für den Hauptstrom gebildet sind.