DE69810130T2

DE69810130T2 - Rotationspumpe mit tauchrotor

Info

Publication number: DE69810130T2
Application number: DE69810130T
Authority: DE
Inventors: Maurice Brunet; Eric Helene
Original assignee: Societe de Mecanique Magnetique SA
Current assignee: Societe de Mecanique Magnetique SA
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2018-09-11
Also published as: DE69810130D1; FR2768470A1; FR2768470B1; EP1015770B1; EP1015770A1; JP3419759B2; JP2001516849A; US6350109B1; WO1999014503A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationspumpe mit eingetauchtem Rotor, insbesondere verwendet zum Ansaugen und anschließenden Verteilen von Flüssigkeiten wie z. B. Kohlenwasserstoffen, die aus chemischen Prozessen stammen.
Die im Stand der Technik bekannten Rotationspumpen mit eingetauchtem Rator enthalten im Allgemeinen ein von einem Elektromotor gedrehtes Pumpenrad. Der Elektromotor besteht aus einem Statorelement oder Stator, der an einem Gehäuse gelagert ist, und einem Rotorelement oder Rotor, der direkt mit dem Pumpenrad in Eingriff steht. Ein Teil der von der Pumpe angesaugten Flüssigkeit wird umverteilt, um als Kühlflüssigkeit zu dienen, in die der Rotor eingetaucht ist. Der Stator des Motors ist von der Kühlflüssigkeit durch eine dichte Wand geschützt.
Ein Beispiel für eine Rotationspumpe mit eingetauchtem Rotor ist in der CH 305818 A beschrieben, die u. a. eine schraubenförmige Nut zeigt, die an der Rotoroberfläche ausgebildet ist, wobei der Rotor einstückig mit einem Anker ausgebildet ist, der mit Hilfe von Kugellagern an dem Gehäuse gelagert ist.
Die über die Rotor-Außenwand strömende Kühlflüssigkeit bildet eine Massekammer, die sich der Drehung des Rotors entgegenstellt, die vor allem aber auf Grund des kleinen Luftspalts des Motors (etwa 1 mm) eine beträchtliche Zunahme des radialen Trägheitsmoments des Rotors hervorruft, unabhängig von der Rotordrehzahl. Diese zusätzliche Trägheit ist proportional zu R/&epsi; (wobei R der Radius des Rotors und &epsi; die Luftspaltgröße ist), und sie ist der Erzielung einer stabilen und robusten Steuerung der Lagerungs- und Führungseinrichtung und des Rotors, beispielsweise von Magnetlagern, abträglich.
Die vorliegende Erfindung soll die vorgenannten Unzulänglichkeiten beseitigen und insbesondere die Möglichkeit schaffen, die Stabilität und die Qualität der Steuerung der Lagerungs- und Führungsmittel des Rotors einer Rotationspumpe mit eingetauchtem Rotor zu verbessern.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, zusätzlich Flüssigkeits-Umwälznuten in der Weise vorzusehen, dass der Gesamt-Luftspalt virtuell vergrößert wird und so das vorgenannte Phänomen der radialen Trägheit des Rotors gemildert wird.
Wenn beispielsweise der Luftspalt 200 mm lang und 1 mm breit ist, können vier Nuten mit einer Länge von 10 mm (d. h. insgesamt 40 mm) und einer Tiefe von 10 mm das vorgenannte Phänomen um ein Verhältnis von 1 : 2 verringern ((40/200) · (10/1) = 2).
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Rotationspumpe zum Ansaugen einer Flüssigkeit, umfassend ein Pumpenrad, welches eine Bewegungseinheit mit einem Rotor bildet, der in einen Teil der von der Pumpe angesaugten Flüssigkeit eingetaucht ist, einen Motor mit einem in einem Gehäuse gelagerten Statorelement und einem an dem Rotor gelagerten Rotorelement, um den Rotor um eine Achse zu drehen, Mittel zum Lagern und Führen des Rotors, und eine Schutzeinrichtung zum Schützen des Statorelements des Motors vor der Flüssigkeit, wobei der Rotor mindestens eine Nut aufweist, die in einer Außenfläche ausgebildet ist die von dem erwähnten Teil der Flüssigkeit bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet dass die Mittel zum Lagern und Führen ein erstes und ein zweites aktives Radial-Magnetlager aufweisen, die an einander abgewandten Seiten des Motors angeordnet sind, dass in der Außenfläche des Rotors in den Bereichen, die zwischen dem Motor und jedem von dem ersten und dem zweiten Radial-Magnetlager Liegen, Flüssigkeitsumwälznuten ausgebildet sind, und dass jede Flüssigkeitsumwälznut entlang einem Umfang des Rotors ausgebildet ist, der sich in einer Ebene etwa rechtwinklig zur Drehachse befindet, um insbesondere die Trägheitseffekte zu verringern, die zurückzuführen sind auf den erwähnten Teil der Flüssigkeit bei radialen Verlagerungen des Rotors.
Die Mittel zum Lagern und Führen, die bei zum Stand der Technik gehörigen Rotationspumpen am häufigsten eingesetzt werden, enthalten glatte Magnetlager, die von der durch die Pumpe beförderte Flüssigkeit geschmiert werden. Diese Lager können häufig in anormaler Weise belastet werden, insbesondere dann, wenn die Flüssigkeit verdampft oder im Fall einer Kavitation innerhalb der Pumpe. Folglich müssen die Lager periodisch ausgetauscht werden, was beträchtliche Kosten verursacht und ein Öffnen der Pumpe erfordert.
Erfindungsgemäß ist der Rotor durch Magnetlager gelagert und geführt, die keine spezielle Wartung erfordern.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Mittel zum Lagern und Führen mindestens ein aktives Radial-Magnetlager vom zylindrischen Typ, um die radiale Lage des Rotors auf eine radiale Gleichgewichtslage einzuregeln, außerdem aktive Axial-Magnetlager, um die axiale Lage des Rotors auf eine axiale Gleichgewichtslage einzuregeln. Das aktive Radial-Magnetlager ist vorzugsweise ein selbst einstellendes Lager, d. h. es kann von sich aus die radiale Lage des Rotors erkennen. Zur axialen Lageregelung des Rotars ist ein Axialstellungsdetektor an einem Ende des Rotors angeordnet. Die aktiven Axial-Magnetlager regeln dadurch die axiale Lage des Rotors in Abhängigkeit der von dem Detektor gelieferten Stellungsinformationen.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zum Lagern und Führen aktive Magnetlager vom Kegeltyp auf, um die radiale und die axiale Lage des Rotors auf die jeweilige Gleichgewichtslage einzuregeln. Jedes der aktiven Kegel-Magnetlager ist dazu ausgebildet, die radiale Stellung des Potors zu erfassen. Die Axialstellung des Rotors wird mit Hilfe eines Axialstellungsaufnehmers erfasst, der an einem Ende des Rotors montiert ist.
Bei den zwei vorgenannten Ausführungsformen ermöglicht der Einsatz von selbst detektierenden Magnetlagern eine Verringerung der Fertigungskosten der Pumpe im Vergleich zu der Verwendung besonderer Radialstellungsdetektoren für die radialen Lager.
Die vorgenannten zylindrischen oder kegelförmigen Radial-Magnetlager können gleichpolig oder wechselpolig sein.
Typischerweise ist die Schutzeinrichtung ein Mantel, der verhindert, dass der vorerwähnte Teil der Flüssigkeit, der den Rotor bedeckt, in einen Gehäusehohlraum eindringt, in dem sich das Statorelement des Motors befindet. Dieser Gehäusehohlraum kann ausgefüllt sein mit einem Vergussmaterial, das unter Druck eingespritzt ist (Elastomer, Epoxiharz, Sand), um den Schutz des Statorelements des Motors vor dem dem Rotor zugeleiteten Teil der Flüssigkeit zu schützen.
In dem Rotor kann entlang der Drehachse eine Bohrung ausgebildet sein, um den genannten Teil der Flüssigkeit der den Rotor bedeckt, von dem Ende des Rotors, welches dem Pumpenrad abgewandt ist, in Richtung des Pumpenrads zu leiten. Die Bohrung macht es möglich, die Zirkulation der Flüssigkeit auf der Außenoberfläche des Rotors zu minimieren und so die axiale Belastung zu begrenzen, die auf die Lager und den Motor einwirkt.
Trägt man dem Umstand Rechnung, dass die Pumpe häufig in Gefahrenzonen eingesetzt wird, so müssen Mittel vorgesehen sein, um jegliches schnelles Abbrennen im Bereich der elektrischen Anschlüsse zu verhindern. Erfindungsgemäß ist einteilig mit dem Gehäuse eine Abbrand-geschützte und dichte Kammer vorgesehen, in der die elektronischen Schaltungen für die Stromversorgung und die Steuerung der Führungsmittel, d. h. die Magnetlager, untergebracht sind. Ein erster abbrandsicherer, an dem Gehäuse angebrachter Kasten ermöglicht das elektrische Verbinden dieser elektronischen Schaltungen mit der Stromversorgung. In gleicher Weise ermöglicht ein zweiter abbrandgeschützter Anschlusskasten, der an dem Gehäuse fixiert ist, eine elektrische Verbindung des Motors mit der Spannungsversorgung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen als Beispiel dienen. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches eine Rotationspumpe nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines gleichpoligen Radial-Magnetlagers entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1;
Fig. 3, ebenfalls im radialen Halbschnitt, ein Beispiel für ein wechselpoliges Radial-Magnetlager, welches als Ersatz für das Radial-Magnetlager nach Fig. 2 eingesetzt werden kann;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Rotationspumpe nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 5 und 6 Radial-Halbschnittansichten entsprechend denjenigen in den Fig. 2 und 3, die aber hier die Verwendung von Stellungsdetektoren veranschaulichen, die in den Stator des Radial-Magnetlagers eingebaut sind.
Nach Fig. 1 enthält eine Pumpe PP gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein Pumpenrad 1 zum Ansaugen einer Flüssigkeit, beispielsweise einer chemischen Substanz oder eines Kohlenwasserstoffs, durch eine Einlassöffnung 2, und zum Befördern dieser Flüssigkeit in Richtung einer Auslassöffnung 3. Das Pumpenrad 1 ist einstückig mit einem Rotor 4 ausgebildet, der in Bezug auf ein fest stehendes Gehäuse 5 um eine Längsachse 40 gedreht wird. Der Rotor 4 ist ohne Berührung in einer im Wesentlichen zylindrischen Umschließung 6 im Inneren des Gehäuses 5 mit Hilfe von Radial-Magnetlagern 7 und 8 sowie Axial-Magnetlagern 9 und 10 untergebracht und wird von einem elektrischen Asynchronmotor 11 angetrieben.
Der Motor 11 enthält ein Rotorelement 110 in Form eines einstückig mit dem Rotor 4 ausgebildeten Ankers, angeordnet auf einer Außenumfangsfläche 41 des Rotors innerhalb einer Umschließung 6, und ein Statorelement 111, welches an dem Gehäuse 5 außerhalb der Umschließung 6 und des Ankers 110 gelagert ist. Das Statorelement 111 enthält einen Kern 112, gebildet durch einen Stapel von ferromagnetischen Lamellen, und eine Wicklung 113, die dem Kern 112 zugeordnet ist. Die den Kern 112 bildenden ferromagnetischen Lamellen sind typischerweise aus einer Silicium-Eisen-Legierung vom nicht-orientierten Typ gebildet und haben eine Dicke zwischen 0,3 und 0,5 mm. Der Anker 110 kann vom Käfigwicklungs-Typ sein oder kann ein Luftspalt-Oberflächenkäfig aus einem Material wie z. B. Kupfer oder Aluminium sein, dem ein ferromagnetischer Kern zugeordnet ist, der seinerseits laminiert oder anderweitig ausgebildet sein kann.
Die Radial-Magnetlager 7 und 8 sind identisch ausgebildet und sind an dem einen und dem anderen Ende des Motors 11 angeordnet. Sie enthalten jeweils einen Ringanker 70, 80 aus ferromagnetischem Werkstoff, gelagert an der Außenfläche 41 des Rotors 40 im Inneren der Umschließung 6, und Elektromagneten 71 und 81, die an dem Gehäuse 5 außerhalb der Umschließung 6 gegenüber dem Anker 70 bzw. 80 fixiert sind. Die Elektromagneten 71 und 81 bestehen aus U-förmigen Jochen 710 und 810, die Spulen 711 bzw. 811 tragen. Die Radial-Magnetlager 7 und 8 sind vorzugsweise Lager mit Stellung- Selbsterkennung, beispielsweise von dem Typ, wie er in der FR-B-2716790 der Anmelderin beschrieben ist. Diese Lager können die radiale Stellung des Rotors 4 in Bezug auf die Achse 40 erfassen und die Lage auf eine stabile rediale Gleichgewichtsstellung einregeln. Der Einsatz derartiger Lager mit Stellungs-Selbsterkennung ermöglicht eine Verringerung der Fertigungskosten der Pumpe PP durch Vermeidung des Einsatzes von diskreten Lager-Stellungsdetektoren.
Die Axial-Magnetlager 9 und 10, auch unter der Bezeichnung "Schublager" bekannt, befinden sich außerhalb der Umschließung 6 in der Nähe eines ersten Endes 42 des Rotors 40 in der Nähe des Pumpenrads 1 bzw. in der Nähe eines zweiten Endes 43 des Rotors 4 abgewandt von dem ersten Ende 42 und von dem Rad 1. Ein Axialstellungsdetektor 12 herkömmlicher Bauart ist an dem zweiten Ende 43 des Rotors 40 gelagert und steht mit den Axiallagern 9 und 10 über ein elektronisches Steuersystem in Verbindung, um die axiale Stellung des Rotors 40 sicher steuern zu können. Die Axiallager 9 und 10 regeln die axiale Stellung des Rotors 4 auf eine axiale Gleichgewichtslage in Abhängigkeit von Informationen ein, die von dem Detektor 12 geliefert werden.
Mechanische Notlager 13 und 14 sind in der Nähe der jeweiligen Enden 42 und 43 des Rotors 4 angeordnet. Diese Lager werden benutzt, um den Rotor 4 in der Umschließung 6 zu führen und zu haltern, falls es zu einem Ausfall bei den Radial-Magnetlagern 7, 8 und/oder den Axial-Magnetlagern 9, 10 kommt. Der Einsatz der Lager 13 und 14 kommt relativ selten vor, und eine mögliche Beeinträchtigung ihres Zustands erfordert keinerlei Wärtungs-Arbeiten während der Lebensdauer der Pumpe PP.
Die elektrische Stromversorgung und Steuerung der Magnetlager 7 bis 10 erfolgt über elektronische Karten (Platinen) 150, 152, die sich in einer abbrandgeschützten und dichten Kammer 15 befinden, die integral mit dem Gehäuse 5 an dessen einem Ende abgewandt von dem Pumpenrad 1 ausgebildet ist, d. h. an der Seite des zweiten Endes 43 des Rotors 4. Diese elektronischen Schaltungskarten 150 und 151 sind Platinen, wie sie üblicherweise zur Versorgung und Regelung von aktiven Magnetlagern eingesetzt werden. Eine erste Karte 150 enthält elektronische Leistungsschaltungen zum Speisen der Spulen 711 und 811 der Radiallager 7 und 8 und der Axiallager 9 und 10. Eine zweite Karte 151 enthält Regelschaltungen zum Regeln der radialen Lage des Rotors 4 mit Hilfe der Radiallager 7 und 8, die ihre Lage selbst erfassen, und der axialen Lage des Rotors 4 mit Hilfe der Axiallager 9 und 10, die abhängig von der Information arbeiten, die durch den Axialstellungsdetektor 12 geliefert wird. Die elektronischen Karten 150 und 151 sind mit einem ersten abbrandgeschützten Anschlusskasten 16 vom Typ EEX verbunden, der an dem Gehäuse 5 befestigt und selbst mit einer Einzelphasen-Spannungsversorgung verbunden ist.
Die Wicklung 113 des Motors 11 ist elektrisch mit einem zweiten abbrandgeschützten Anschlusskasten 17, ebenfalls vom Typ EEX, verbunden, der an dem Gehäuse 5 befestigt ist und außerdem mit einer elektrischen Drehstromquelle verbunden ist.
Die Integration der elektronischen Steuerschaltungen für die aktiven Magnetlager in die Pumpe selbst ermöglicht den Verzicht auf den Einsatz von langgen und kostspieligen Kabeln zum Anschließen der Pumpe mit einer Steuereinrichtung, die ansonsten in einer Zone gelegen sein müsste, wo es keine Gefahr für ein plötzliches Abbrennen gibt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die durch den Rotor 4, den Anker des Motors 110 und die Armaturen der Magnetlager 70, 80 gebildete Einheit im Wesentlichen von zylindrischer Form. Ein freier Raum 18 verbleibt zwischen dieser Anordnung und einer Abdeckung 60 der Umschließung 6. Der kleinste Abstand zwischen der Anordnung 4-110-70-60 und der Umhüllung 60 der Umschließung 6 beträgt typischerweise 1 mm. Die Umhüllung 60 der Umschließung 6 wird größtenteils durch einen Mantel 61 gebildet (in Fig. 1 durch eine fett ausgezogene Linie dargestellt), der sich parallel zu der Achse 40 etwa zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 42 bzw. 43 des Rotors 4 und quer insbesondere zu den Luftspalten der Radial-Magnetlager 7 und 8 des Motors erstreckt Der Mantel 61, der eine Dicke zwischen 0,3 und 5 mm besitzt, besteht aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Edelstahl, einer Legierung aus der Hastelloyfamilie oder aus Titan oder einem Verbundwerkstoff, außerdem ist er zwecks Korrosionsschutz behandelt. Der Mantel 61 kann in den den Radiallagern 7 und 8 des Motors 11 oder nur in den den Lagern 7 und 8 entsprechenden Zonen magnetisch sein. Der Mantel 61 dient als Schutzwand, die den Rotor 4, den Anker 110 und die ringförmigen Armaturen 70 und 80 von einem Hohlraum 19 des Gehäuses 5 trennt in dem das Statorelement 111 des Motors 11 und die Statorelemente 71 und 81 der Radial-Magnetlager 7 und 8 untergebracht sind. Vorzugsweise stehen die erwähnten Statorelemente 111, 71 und 81 in Berührung mit dem Mantel 61 und sind an diesem z. B. angeschweißt.
Im Betrieb wird die von dem Pumpenrad 1 über die Einlassöffnung 2 angesaugte Slüssigkeit - wie bereits ausführlich dargelegt - in Richtung der Auslassöffnung 3 der Pumpe PP geleitet. Dennoch dringt ein Teil der angesaugten Flüssigkeit von dem Umfangsbereich des Rads 1 in den freien Raum 18 im Inneren der Umschließung 6 ein, wobei sie den durch die Pfeile FL in Fig. 1 angegebenen Wegen folgt, um als Kühlflüssigkeit zu fungieren. Diese Flüssigkeit strömt von dem ersten Ende 42 durch den freien Raum 18 in Richtung des zweiten Endes 43 des Rotors 4 über dessen Außenoberfläche 41, die nicht von den Rotorelementen 110, 70 und 80 bedeckt ist, und über die jeweiligen AuBenoberflächen 114, 700 und 800 der vorgenannten Rotorelemente. Wenn die Flüssigkeit das zweite Ende 43 des Rotors 4 erreicht, wird sie über das ersce Ende 42 und das Pumpenrad abgeleitet, indem sie entlang einer Bohrung 44 strömt, die in der Mitte des Rotors 4 entlang der Achse 40 ausgebildet ist.
Der Rotor 4 und die Rotorelemente 110, 70 und. 80 werden auf diese Weise vollständig in die Arbeitsflüssigkeit eingetaucht, d. h. in die Flüssigkeitskammer, die von der Pumpe PP angesaugt wird. Um die Rotorelemente 110, 70 und 30 gegen die möglicherweise korrosive Arbeitsflüssigkeit zu schützen, sind sie jeweils durch metallische oder keramische Schutzüberzüge bedeckt, die die Außenflächen 114, 700 bzw. 800 bilden. Der Hohlraum 19 des Gehäuses 5 wird von dem Mantel 61 gegenüber der Arbeitsflüssigkeit geschützt. Im Übrigen wird der Wohlraum 19 von einer unter Druck injizierten Substanz ausgeführt (einem Elastomer, Harz, Sand, ...), die über eine geeignete Öffnung 50 eingeleitet werden kann, die quer zu der Außenfläche des Gehäuses 5 ausgebildet ist und in den Hohlraum 19 mündet. Diese unter hohem Druck erfolgende Füllung verstärkt den Schutz der Statorelemente 71, 81 und 111 der Radal-Magnetlager 7 und 8 des Motors 11' gegen die in dem freien Raum 18 zirkulierende Arbeitsflüssigkeit.
Die Arbeitsflüssigkeit in dem freien Raum 18 bildet eine Masse, die sich der Bewegung des Rotors 4 entgegenstellt. Weit außerdem ein kleiner Spalt zwischen der Anordnung aus dem Rotor 4 und den Rotorelementen 110, 70 und 80 einerseits und der Wand 60 der Umschließung 6 andererseits vorhanden ist, gelangt die Flüssigkeit rasch in den freien Raum 18. Folglich muss eine beträchtliche Energie von dem Motor 11 dazu aufgebracht werden, den Rotor 4 in Drehung zu halten. Das Vorhandensein der Flüssigkeit in dem Luftspalt der Magnetlager 7 und 8 stört außerdem die Arbeitsweise dieser Lager.
Erfindungsgemäß sind, um die Trägfleitseffekte auf Grund der Flüssigkeit zu minimieren, Flüssigkeitsstrom-Rillen oder -Nuten 45 und 46 an den Teilen der Außenoberfläche 41 des Rotors 4 vorgesehen, die nicht von den Rotorelementen 110, 70 und 80 bedeckt sind. Diese Nuten 45 und 46 sind spanabhebend entlang jeweiliger Umfangsbereiche des Rotors 4 ausgebildet, die in Querebenen P1 und P2 rechtwinklig zur Dreh-Längsachse 40 verlaufen und vorzugsweise zwischen dem Radial-Magnetlager 7 und dem Motor 11 bzw. zwischen dem Motor 11 und dem Radial-Magnetlager 8 liegen. Diese Strömungsnuten 45 und 46 verhalten sich wie Strömungs-Rückhaltebecken und ermöglichen durch Rezirkulation des Fluids im Inneren der Nuten so, dass sie lokal die Geschwindigkeit der Flüssigkeit in der Nähe der Ebenen P1 und P2 verringern und damit insgesamt die Trägheit der Flüssigkeit in dem freien Raum 18 senken.
Die Nuten 45 und 46 haben beispielsweise eine Breite (parallel zu der Achse 40) und eine Tiefe (parallel zu den Ebenen P1 und P2) von etwa 1 cm.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ansicht eines Radial-Magnetlagers 7 aus Fig. 1, welches identisch mit dem Radiallager 8 ist. Das Lager 7 ist vom zylindrischen Typ, d. h. es besitzt einen Luftspalt, der begrenzt wird durch die zylindrischen Oberflächen der zylindrischen Form des Rotors 4, wie aus Fig. 1 hervorgeht, und es ist einzelpolig. Das Lager 7 enthält vier Elektromagneten 71, die regelmäßig um den ringförmigen Anker 70 verteilt sind, der an dem Rotor 4 fixiert ist, so dass insgesamt vier Pole gebildet sind. Die Elektromagneten 71 enthalten jeweils ein Joch 710 in Form eines Ringsegments aus magnetischem Material, welches massiv sein kann, und eine auf dem Joch 710 angebrachte Spule 711. Bei diesem Typ von gleichpoligem Axialfluss-Lager ist es nicht unbedingt notwendig, dass der Ringanker 70 lamelliert ist, wenngleich dies der Fall sein kann, wie es aus der Zeichnung hervorgeht.
Fig. 1 und 2 zeigen Radial-Magnetlager vom gleichpoligen Typ. Es ist auch möglich, Radial-Magnetlager vom Wechselpol-Typ, d. h. mit Radialfluss, zu verwenden.
Dementsprechend zeigt Fig. 3 in schematischer Weise eine derartige Ausführungsvariante des Radial-Magnetlagers T oder 8 aus Fig. 1. Gemäß dieser Variante ist das mit 7' bezeichnete Radiallager vom zylindrischen gleichpolligen Typ, es enthält eine Statorstruktur aus lamelliertem magnetischen Material, 71', und einen Ringanker 70', der an dem Rotor 40 befestigt ist. Die Statorstruktur 71' enthält Zähne 710', die regelmäßig um den Ringanker 70' herum angeordnet sind und die in Richtung der Achse 40 des Rotors 4 orientiert sind. An jedem Zahn 710' ist eine Spule 711' gelagert. Der Ringanker 70' ist lamelliert ausgeführt und besteht aus gestapelten Lamellen, die durch einen Überzug, der aus Metall, beispielsweise aus Nickel, möglicherweise aber auch aus Keramik bestehen kann, vor dem Fluid geschützt sind.
Fig. 4 zeigt eine Pumpe PPa gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Pumpe PPa unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Pumpe PP im Wesentlichen dadurch, dass die Radial-Magnetlager 7 und 8 vom zylindrischen Typ ersetzt sind durch Magnetlager 7a und 8a vom kegelförmigen Typ, welche Magnetspalte aufweisen, die durch die kegelstumpfförmigen Flächen begrenzt sind. Diese Lager 7a und 8a können dazu dienen, den Rotor 4a sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zu zentrieren. Die Axiallager 9 und 10 nach Fig. 1 sind also bei dieser zweiten Ausführungsform weggelassen.
Die Lager 7a und 8a sind zusammen mit ihren zugehörigen elektronischen Schaltungen auf der Steuerplatine 151a im Inneren der Kammer 15a in der Lage, die Radialstellung des Rotors 4a zu erfassen und diese Stellung in eine stabile radiale Gleichgewichtslage einzuregeln. Zum Positionieren des Rotors 4a in axialer Richtung werden die kegelförmigen Lager 7a, 8a abhängig von Informationen geregelt die von dem Axialstellungsdetektor 7a an die elektronische Steuerplatine 151a geliefert werden.
Die Umschließung 6a, insbesondere der Mantel 61a enthält kegelstumpfförmige Abschnitte 610a, 611a in den Bereichen, die den kegelförmigen Lagern 7a bzw. 8a entsprechen, um eine Anpassung an die Kegelstumpf-Form der Lager zu erreichen.
Die Radial-Magnetlager 7a, 8a in Fig. 4 sind dargestellt als Lager vom wechselpoligen Typ mit lamellierten Ringankern 70a und 80a, sie können in der gleichen Weise hergestellt werden wie der Ringanker 70' in Fig. 3; die Statorkreise 71a und 81a können so ausgebildet sein wie der Statorkreis 71' in Fig. 3.
Die kegelförmigen Radial-Magnetlager 7a und 8a in Fig. 4 können auch vom einpoligen Radialfluss-Typ sein und können in der gleichen Technologie ausgeführt sein, wie sie für die wechselpoligen zylindrischen Radial-Magnetlager 7 und 8 beschrieben wurde, die in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurden. In diesem Fall besteht der Ringanker der Lager aus einem magnetischen Material, welches nicht lamelliert sein muss, die Statorkreise der kegelförmigen Radiallager enthalten eine Gruppe aus Axialfluss-Elektromagneten, die um den Mantel 61a (analog zu Fig. 2) verteilt angeordnet sind, anstatt eines Stapels getarnter Stator-Lamellen, die mit Spulen bestückt sind, um einen radialen Fluss zu erzeugen, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind diversen Modifikationen und Ergänzungen zugänglich. Beispielsweise können die Radial-Magnetlager auch solche vom nicht-selbstdetektierendem Typ sein, sondern stattdessen Lager sein, die Positionsdetektoren 21, 21' besitzen, die durch die Metallwand 6 oder 6a hindurch arbeiten und eingefügt sind zwischen den Elektromagneten 71, 71' des Stators eines Radial-Magnetlagers (Fig. 5 und 6), um Stellungsinformation an die elektronischen Steuerschaltungen 151, 151a zu liefern.

Claims

1. Rotationspumpe (PP) zum Ansaugen einer Flüssigkeit, umfassend ein Pumpenrad (1), welches eine Bewegungseinheit mit einem Rotor (4) bildet, der in einen Teil der von der Pumpe angesaugten Flüssigkeit eingetaucht ist einen Motor (11) mit einem in einem Gehäuse (5) gelagerten Statorelement (111) und einem an dem Rotor (4) gelagerten Rotorelement (110), im den Rotor (4) um eine Achse (40) zu drehen, Mittel zum Lagern und Führen (7-10, 12) des Rotors (4), und eine Schutzeinrichtung (61) zum Schützen des Statorelements (111) des Motors (11) vor der Flüssigkeit, wobei der Rotor mindestens eine Nut (45, 46) aufweist, die in einer Außenfläche ausgebildet ist, die von dem erwähnten Teil der Flüssigkeit bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Lagern und Führen ein erstes und ein zweites aktives Radial-Magnetlager (7, 8; 7a, 8a) aufweisen, die an einander abgewandten Seiten des Motors (11) angeordnet sind, dass in der Außenfläche des Rotors (4) in den Bereichen, die zwischen dem Motor (11) und jedem von dem ersten und dem zweiten Radial-Magnetlager (7, 8; 7a, 8a) liegen, Flüssigkeitsumwälznuten (45, 46) ausgebildet sind, und dass jede Flüssigkeitsumwälznut (45, 46) entlang einem Umfang des Rotors (4) ausgebildet ist, der sich in einer Ebene (P1, P2) etwa rechtwinklig zur Drehachse (40) befindet, um insbesondere die Trägheitseffekte zu verringern, die zurückzuführen sind auf den erwähnten Teil der Flüssigkeit bei radialen Verlagerungen des Rotors (4).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Lagern und Führen mindestens ein aktives Radial-Magnetlager (7, 8) vom zylindrischen Typ aufweisen, um die radiale Lage des Rotors (4) auf eine radiale Gleichgewichtslage einzuregeln, und aktive Axialmagnetlager (9, 10) aufweisen, um die axiale Lage des Rotors (4) auf eine axiale Gleichgewichtslage einzuregeln.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Radial- Magnetlager (7, 8) ein die radiale Lage des Rotors (4) selbst detektierendes Lager ist.

4. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Lagern und Führen aktive Magnetlager (7a, 8a) vom Kegeltyp aufweisen, um die radialen und axialen Lagen des Rotors (4) auf die jeweiligen Gleichgewichtslagen einzuregeln.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die aktiven Megnetlager vom Kegeltyp (7a, 8a) Lager sind, die dazu ausgebildet sind, die radiale Lage des Rotors (4) zu detektieren.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzeinrichtung ein Mantel (61) ist, der verhindert, dass der erwähnte Teil der Flüssigkeit, welcher den Rotor (4) bedeckt, in einen Hohlraum (19) des Gehäuses (5) eindringt in welchem das Statorelement (111) des Motors (11) angeordnet ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rotor (4) entlang der Drehachse (40) eine Bohrung (44) ausgebildet ist um den erwähnten Teil der Flüssigkeit, der den Rotor bedeckt, von einem dem Pumpenrad (1) abgewandten Ende (42) des Rotors weg in Richtung des Pumpenrads (1) zu entfernen.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine einstückig mit dem Gehäuse (5) ausgebildete und vorzugsweise explosionsgeschützte und dichte Kammer (15) aufweist zur Aufnahme elektronischer Schaltungen (150, 151) zur Stromversorgung und Steuerung der Führungsmittel (7-10).

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen an dem Gehäuse (5) befestigten und vorzugsweise explosionsgeschützten Anschlusskasten (19) aufweist, der einen elektrischen Anschluss der elektronischen Schaltungen (150, 151) an eine elektrische Energiequelle ermöglicht.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen an dem Gehäuse (5) befestigten und vorzugsweise explosionsgeschützten Anschlusskasten (17) aufweist, der ein elektrisches Anschließen des Motors (11) an eine elektrische Energiequelle ermöglicht.