DE2246298C3 - Elektromotor für Pumpen - Google Patents
Elektromotor für PumpenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für Pumpen, insbesondere für die Aufrechterhaltung der
Zirkulationsströmung in kontaminierten Flüssigkeiten, der mit dem Pumpenläufer eine Einheit bildet und
dessen Stator 2 pm (p = Anzahl der Polpaare, m = Anzahl der Phasen) Spulengruppen enthält, von denen jede
in konzentrische Spulen unterschiedlicher Weite unterteilt ist, wobei Spulen unterschiedlicher Weite eine
unterschiedliche Anzahl von Polzähnen umfassen.
Es sind Motoren dieser Art bekannt, die einen sphärischen Luftspalt aufweisen und bei welchen die
Statorwicklung gegenüber dem Luftspalt durch eine Frennkalotte wasserdicht abgeschlossen ist (US-Patentschriften
34 47 469 und 35 81 132). Bei diesen bekannten Motoren sind die Statorwicklungen mit herkömmlichen
Isolationsmaterialien isoliert &o
Bei einem weiteren bekannten Kurzschlußläufermotor mit flüssigkeitsdicht gekapseltem Transformator ist
die Primärwicklung dieses Transformators atiswechsel-.
bar in einer flüssigkeitsdicht gekapselten Patrone angeordnet, deren Oberfläche von einem Kühlflüssig^
keitsstrom gekühlt wird (DE-AS 19 56 543).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde^ einen Elektromotor für eine Pumpe so auszubilden, daß er mit
einem Pumpenläufer eine Einheit bildet und lange Zeit völlig wartungsfrei an unzugänglicher Stelle in einem
Flüssigkeitskreislauf selbst bei hohen Temperaturen zuverlässig betrieben werden kann.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Spulen ohne isolierende Umhüllung unmittelbar in dem
Fördermedium angeordnet sind und daß die einzelnen Spulen jeder Gruppe einerseits an einem allen Spulen
gemeinsamen Sternpunkt und andere!seits an Speisespannungen
liegen, die von der Spule mit aer kleinsten Weite zu der Spule mit der größten Weite jeder
Spulengruppe um Beträge zunehmen, die ein Kurzschließen benachbarter Leiter aufgrund der Leitfähigkeit
des Fördermediums ausschließen.
Unter Ausnutzung der Tatsache, daß viele Fördermedien und insbesondere Wasser eine gewisse Isolierfähigkeit
aufweisen, sind die Speisespannungen so gewählt, daß diese Isolierfähigkeit einenen Kurzschluß zwischen
den benachbarten Leitern ausschließt
Bedingt durch die kleinen Spannungen, an denen die einzelnen Spulen liegen, müssen die Querschnitte der
Leiter, aus denen die Snu!cn hergestellt sind, entsprechend
groß sein, so daß den Spulen eine genügende Formstabilität eigen ist Durch diese Formstabilität ist
es möglich, die einzelnen Windungen der Spulen durch Distanzhalter in einem Abstand voneinander und im
Abstand von den Polzähnen zu halten. Wenn das Fördermedium /leißes Wasser ist, können als Distanzhalter
Überzüge aus Glasfaser- oder Mineralfasergeweben verwendet werden, die zwar nicht wasserdicht sind,
jedoch den Abstand der Spulenwindungen voneinander und von den Polzähnen gewährleisten, während die
Isolierfunktion selbst von dem Fördermedium, nämlich dem Wasser, ausgeübt wird. Bei dieser Ausführungsform haben sich Spannungen unterhalb von 40 Volt bei
Abständen der Leiter von etwa 1 mm als ausreichend erwiesen.
In Reaktorgefäßen werden Umwicklungen aus Glasfasergeweben infolge der hohen Neutronendichte
und infolge der hohen Tempera aren zerstört. In diesem Fall kann der Abstand der Windungen voneinander und
von den Polzähnen durch keramische Distanzhalter gewährleistet werden. Diese Distanzhalter können
keramische Kugeln sein, die in vorgegebenen Vertiefungen der Leiter formschlüssig eingelegt werden. Vorzugsweise
werden in diesem Fall Spannungen zwischen benachbarten Leitern gewählt, die unter 20 Volt liegen,
so daß metallische Schmutzteile im Förderstrom nicht zu Kurzschlüssen zwischen den Leitern führen können.
Vorzugsweise werden bei Betrieb mit Spannungen in dieser Größenordnung Spulen mit nur einer Windung je
Spule in den Spulengruppen verwendet.
Die Erfindung macht sich die großen Leiterquerschnitte zunutze, indem die Zuleitungen zu dem Stator
des Pumpenmotors als Aufhängung der Pumpe benutzt werden, wobei diese Zuleitungen vorzugsweise einen
solchen Profilquerschnitt aufweisen, daß sie eine maximale Biegesteifigkeit haben. Die Ausnutzung der
Zuleitung zum Zwecke der Halterung vereinfacht den konstruktiven Aufwand für Pumpen im Reaktorbau
weitgehend. Bei der Ausbildung des Pumpenmotors nach der Erfindung, durch die dieser Motor frei im
'Förderstrom aufgehängt wird, lassen sich Pumpen verwirklichen, bei denen im Gegensatz zum Stand der
Technik nicht ein außerhalb des Reäktorgefäßes angeordneter Motor über eine abgedichtete Welle
einen im Reaktorgefäß selbst angeordneten Pumpenläufer antreibt, so daß das Problem der Durchbrechung
des Reaktorgefäßes und der Wellenabdichtungen entfällt. Die Erfindung hat deshalb, besonders für den
Reaktorbau große Bedeutung, weil in Reaktoren große Drücke herrschen und diese Abdichtung sowohl
hinsichtlich der Ausbildung des Reaktorgefäßes als auch hinsichtlich der Abdichtung ein technisch überaus
schwieriges Problem darstellt.
Grundsätzlich aber ist die neue Pumpe an allen Stellen, an denen ein Tauchmotor bisher nicht
eingesetzt werden konnte, da das Problem der Isolierung nicht beherrschbar war, nunmehr verwendbar.
So kann sie beispielsweise auch in konventionellen Kraftwerkskesseln zur Umwälzung des Wassers oder
auch zur Förderung des Wassers eingesetzt werden, sie kann in Rohrsysteinen mit extrem kontaminierten
Flüssigkeiten eingesetzt werden, sie kann aber auch zur Förderung von Lösungsmitteln oder organische Substanzen
ersetzende Flüssigkeiten eingesetzt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zahl der Zuleitungen
zu einem Stator eines Motors nach der Erfindung gleich y m ist, wobei q die Zahl der Spulen pro Spulengruppe
und m die Zahl der Phasen bedeuten. Wenn z. B. bei
einem praktischen Ausführungsbeispiel jede Spulengruppe drei Spulen umfaßt und ein Dreiphasenstrom
verwendet wird, dann sind neun Zuleitungen pro Pumpenmotor erforderlich. Bei entsprechender Profilierung
jeder Zuleitung können diese Zuleitungen zu einem Bündel zusammengefaßt werden, wobei die
Zuleitungen durch Abstandhalter voneinander getrennt sind. Im Bereich dieser Abstandhalter können diese
Bündel z. B. durch Metallumfassungen, die selbst mit Abstandhaltern von den Leitern distanziert werden,
gehalten werden, so daß die Zuleitungsbündel Si.hr
stabile Aufhängevorrichtungen ergeben.
Durch das Merkmal, daß die Spulen einer Spulengruppe an einem Ende an Spannungen liegen, die von
der Spule mit der kleinsten Weite zu der Spule mit der größten Weite jeder Spulengruppe um bestimmte
Beträge zunehmen, wird erreicht, daß durch jede Spule in jeder Spulengruppe etwa derselbe Strom fließt.
Dieses rrgebnis ist insofern überraschend, als gefunden
wurde, daß bei Parallelschalten sämtlicher Spulen einer Spulengruppe praktisch nur die Spule mit der kleinsten
Weite, also die innerste Spule einer Spulengruppe, Strom führt. Dieser Zusammenhang wird bei der
Figurenbeschreibung noch näher erläutert. Es kann also in einvr Anordnung, bei der (,amtliche Spulen einer
Spulengruppe parallel geschaltet werden, bei gleichem Aufwand für das Wicklungsmaterial nur eine wesentlich
geringere Luftspaltinduktion erreicht werden als bei der to erfindungsgemäßen Anordnung.
Anhand der Figuren werden Ausfühningsbeispiele
der EKindung erläuter'.:
F i g. 1 zeigt eine Pumpe mit einem Motor nach der Erfindung teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht, v>
bei der der gesamte Motor sich gehäuselos in dem Strom des Fördermediums befindet;
Fig.? <-^igt schematisch eine Draufsicht auf einen
Stator eines Motors nach der Erfindung mit mit römischen Ziffern bezeichneten Zähnen und den fio
Verlauf der einzelnen Spulen und Spulengruppen, die zwischen den Zähnen eingelegt sind;
F i g, 2a zeigt idealisiert die von einem Strang der
Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt;
Fig.2b zeigt im Vergleich zu der in Fig-2a
dargestellten Anordnung die bei Parallelschaltung der Spulen einer Spul^igruppe von einem Strang der
Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt;
Fig.3 zeigt ein Schaltschema für den in Fig.2
dargestellten zweipoligen Stator und den Anschluß an einen Transformator;
F i g. 4 zeigt in Draufsicht einen Strang der Wicklung eines Stators für einen vierpoligen Motor mit vier
Spulengruppen, von denen jede drei Spulen unterschiedlicher Weite aufweist;
F i g. 4a zeigt in perspektivischer Ansicht die gesamte Wicklung mit den Zuleitungen, die insgesamt drei
Stränge der in F i g. 4 dargestellten Art aufweist
In F i g. 1 ist eine Pumpe mit einem Motor nach der Erfindung dargestellt, dessen Stator im Mantelraum M
hängt Der Anker 22, welcher mit einer Käfigwicklung 37 eine Einheit bildet, ist über eine Lagerkugel 39 in
einer Pfanne 33 gelagert, die gegen den Stator mit einer Säule 32 abgestützt ist. Ein. auf die Säule 32
aufzuschraubender Ring 32' hinterschneidet eine Pfanne 33', die über eine Verschraubung 33" über eine Säule 34
und eine weitere Verschraubunp 72' mit dem Anker 22 verbunden ist Dadurch wiru ein Herabfallen des
Läufers bei ausgeschaltetem Motor verhindert Die Polzähne werden durch radial gestellte Bleche 20
gebildet und begrenzen mit ihren dem Anker zugekehrten Flächen 20' den Luftspalt 21. Die einzelnen Spulen
de· Wicklung 24 weisen nur eine Windung auf. Der magnetische Rückschluß wird durch ringförmige Blechpakete
23 und 23' gebildet Der Motor ist an Zuleitungen 25, die zu einem Bündel zusammengefaßt sind,
aufgehängt Bei dem Beispiel nach F i g. 1 befindet sich der Stator in dem Strom des Fördermediums und wird
von diesem gekühlt. Durch öffnungen 45 und 46 kann das Fördermedium in den Statorraum einströmen und
die Wicklung kühlen. Es ist also weder ein Pumpengehäuse noch ein Statorgehäuse vorgesehen. Der Einlaufschaufelkranz
43 ist mit dem Stator fest verbunden.
Der Stator ist für eine zweipolige Maschine gedacht und weist gemäß den F i g. 2, 2a, 2b und 3 18 Polzähne I
bis XVIII auf. Die weiteste Spule einer Spulengruppe umfaßt 8 Polzähne, die kleinste Spule jeder Spulengruppe
4 Polzähne und die mittlere je 6 Polzähne. Es sind also 3 Spulen je Spulengruppe und 2 Spulengruppen je
Strang bei dieser zweipoligen Maschine vorgesehen. Für einen Anschluß an einen Dreiphasen~trom werden 3
Stränge benötigt. Die drei verschiedenen Stränge sind
mit durchgezogenen Linien, gestrichelten Linien und punktierten Linien angedeutet. Ebenfalls ist zu sehen,
wie jede Spule an einer Seite an dem Sternpunkt 90 liegt Für den Stator sind q ■ m (q = Anzahl der Spulen
pro Spulengruppe, in diesem Fall 3, und m = Zahl der Phasen, in diesem Fall ebenfalls 3), also 9 Zuleitungen
erforderlich, die mii 1 bis 9 bezeichnet sind.
Wie aus den F i g. 2 und 3 ersehen werden kann, liegen üie Spulen einr Spulengruppe mit jeweils einem Ende an
Spannungen, die von der Spule mit der größten Weite jeder Gruppe bis zur Spule mit der kleinsten Weite
abnehmen. Die Spannungen in den 3 Zuleitungen zu jeder einzelnen Spulengruppe haben dabei gleiche
Phase. Wiedemm liegen Spulen mit gleicher Weite in verschiedenen Spulengmppen und verschiedenen
Strängen an Spannungen gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Phase, Die zur Spakung der einzelnen
Spulen einer Spulengruppe erforderlichen Teilspannungen Verhalten sich in ihrem Betrag zueinander in erster
Näherung wie J.'e Dehnurigsfaktoren sin (2 ρ 90° Zj/Z)
(p — Anzahl der Polpaare, Z5 = Anzahl der von einer
Spule umfaßten Zähne, Z ·-= gesamte Anzahl der Zähne
des Stators) der jeweiligen Spulen.
Fi g. 2a zeigt idealisiert in abgewickelter Darstellung
die von einem Strang der Wicklung erzeugte räumliche Verteilung der magnetischen Induktion im Luftspalt.
Dabei ist die Wicklung nach F i g. 2 bzw. F i g. 3 mit 3 Spulen pro Spulengfuppe und 2 Polen zugründegelegt.
Im Vergleich dazu zeigt Fig.2b in gleicher Darstellung wie Fig.2a die räumliche Verteilung der
magnetischen Induktion im Luftspalt für den Fall der Speisung aller Spulen einer Spulengruppe mit gleicher
Spannung wie sie bei Parallelschaltung dieser Spulen notwendig wird. Die Parallelschaltung der Spulen einer
Spulengruppe und die Speisung mit gleicher Spannung erzwingen nach dem Induktionsgesetz, daß alle Spulen
einer Spulengruppe den gleichen magnetischen Fluß is
umfassen. Das ist jedoch nur möglich, wenn allein die
innerste Spule einer Spulengruppe Strom führt, während alle Spulen größerer Weite praktisch stromlos
F i g. 3 zeigt die Speisung einer Wicklung nach F i g. 2 über einen Transformator mit den primären Wicklungssträngen 92', 92", 92'" und einer Sekundärwicklung mit
den Teilwicklungen 93', 94', 95' für den ersten Strang, 93", 94", 95" für den zweiten Strang und 93'", 94'", 95'"
für den dritten Strang. Von der Wicklung aus F i g. 2 ist in abgewickelter Darstellung nur der erste Strang mit
den Zähnen I bis XVIII, dem Sternpunkt 90 und den Zuleitungen 1, 2, 3 eingezeichnet. In gleicher Weise
werden der zweite Strang über die Zuleitungen 4^ 5, 6
und der dritte Strang über die Zuleitungen 7, 8, 9 angeschlossen,
In Fig.4 ist ein Strang einer Wicklung für einen
Motor mit 4 Spülengfiippen dargestellt, von denen jede
3 Spulen aufweist. Dieser Sträng ist für eine 4polige Maschine mit einem Stator mit 36 Polzähnen gedacht.
Jede Spulengruppe ist einseitig mit einem Sternpunkt 100 und mit der anderen Seite jeweils mit einem Leiter
101', 102' oder 103' verbunden. Diese Leiter werden wiederum mit Spannungen unterschiedlicher Große
gespeist, und zwar der Leiter 101' mit der größten Spannung und der Leiter 103' mit der kleinsten
Spannung« Bei Speisung mit dreiphasigem Strom sind 3 Stränge, wie sie in Fig.4 dargestellt Sind, erforderlich,
die jeweils räumlich um 60° versetzt über die Polzähne geschoben werden. Eine solche Ausführungsform ist in
r i g. τα uargcSlcilt^ ΪΠ ucf UiS utrSiTgG iwr , iv-r UHu
104'" in drei Ebenen übereinander angeordnet sind. Diese Stränge sind in gleicher Weise, wie in Fig.4
dargestellt, ausgebildet und teilweise im Schnitt dargestellt. Die Zuleitungen zu den enstprechenden
Strängen sind jeweils mit 101', 102', 103' bzw. 101", 102"
und 103" gezeigt. Die Zuleitungen zum dritten Strang sind in F i g. 4a nicht sichtbar.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Elektromotor für Pumpen, insbesondere für die Aufrechterhaltung der Zirkulationsströmung in
kontaminierten Flüssigkeiten, der mit dem Pumpenläufer eine Einheit bildet und dessen Stator 2 pm
(p = Anzahl der Polpaare, m = Anzahl der Phasen) Spulengruppen enthält, von denen jede in konzentrische
Spulen unterschiedlicher Weite unterteilt ist, wobei Spulen unterschiedlicher Weite eine unterschiedliche
Anzahl von Polzähnen umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (24)
ohne isolierende Umhüllung unmittelbar in dem Fördermedium angeordnet sind und daß die
einzelnen Spulen jeder Gruppe einerseits an einem allen Spulen gemeinsamen Sternpunkt (90, tOO) und
andererseits an Speisespannungen liegen, die von der Spule mit der kleinsten Weite zu der Spule mit
der größten Weite jeder Spulengruppe um Beträge zunehmen, die ein Kurzschließen benachbarter
Leiter aufgrund der Leitfähigkeit des Fördermediums ausschließen.
2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule nur aus einer
Windung besteht
3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen gegeneinander
durch mineralische Distanzhalter auf Abstand gehalten sind.
4. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (25; 101', 102',
103', 101", 102", 103") zu den Spulen in bestimmten Abständen durch Abstandshalter voneinander getrennt
gehalten und zu einem Leiterbündel zusammengefaßt
sind, an den. die Pumpe in den Förderraum eingehängt ist.
5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter aus mineralischen
Werkstoffen bestehen.
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