ES2325127T3 - Motor electrico con bomba dispuesta coaxialmente. - Google Patents

Abstract

Motor eléctrico (1) dotado de una bomba dispuesta coaxialmente (6) para un circuito de refrigerante, en particular en un sistema con transferencia de temperatura y/o transferencia de calor, en el que dentro de las piezas del cuerpo envolvente (7, 10), que están configuradas en forma de envolvente a presión cerradas herméticamente, un conjunto de eje (5) transmite un par desde el motor eléctrico (1) a, como mínimo, un impulsor (8), que está dispuesto en el cuerpo envolvente (7) de la bomba, y el volante (12) está dispuesto entre el motor eléctrico (1) y el cuerpo envolvente (7) de la bomba, estando dispuestas todas las partes rotativas dentro de un conjunto cerrado herméticamente de motor/bomba, y el conjunto de motor/bomba está lleno de un líquido, caracterizado porque el volante (12) comprende un cuerpo del volante (13) que tiene una serie de cavidades (14, 15) y que tiene elementos postizos de un metal duro (16, 17) que están dispuestos en dichas cavidades (14, 15), porque un metal pesado que tiene una densidad superior a 11,0 (kg/dm 3 ) forma los elementos postizos de metal duro (16, 17) o está dispuesto en su interior, y porque el cuerpo (13) del volante está compuesto por un material de alta resistencia.

Description

Motor eléctrico con bomba dispuesta coaxialmente.

La presente invención se refiere a un motor eléctrico que tiene una bomba dispuesta coaxialmente para un circuito de refrigerante, en particular, en un sistema con transferencia de temperatura y/o transferencia de calor, dentro de piezas envolventes o de un cuerpo, que están configuradas como una envolvente a presión cerrada herméticamente, con un conjunto de eje que transmite un par desde el motor eléctrico, como mínimo, a un impulsor, que está dispuesto en el cuerpo de la bomba, y un volante dispuesto entre el motor eléctrico y el cuerpo de la bomba, estando dispuestas todas las piezas rotativas dentro de un conjunto herméticamente estanco de motor/bomba, y el conjunto del motor/bomba está lleno de un líquido.

En sistemas de estaciones de potencia dotados con generadores de calor que tienen dispositivos de transferencia de temperatura y/o transferencia de calor es conocido utilizar conjuntos de motor/bomba dotados de volante. Esta es una medida de seguridad, a efectos de poder garantizar que en el caso de un posible fallo, se mantiene circulación de refrigerante a través de la bomba durante un tiempo mínimo debido a la inercia del volante. Debido al momento de inercia del volante, este motor eléctrico continúa funcionando incluso cuando el suministro de potencia ha fallado, y al proceder de esta manera, el conjunto de motor/bomba bombea una determinada cantidad de refrigerante. Si bien es reducida, esta cantidad de refrigerante es suficiente para garantizar la disipación de calor en un dispositivo de transferencia de calor hasta que el generador de calor ha sido desconectado de manera segura.

Un motor eléctrico del tipo llamado seco ha sido dado a conocer como resultado del documento US-A 3 960 034 en el que el motor y el volante son refrigerados con aire. En este caso, el volante está dotado adicionalmente de un dispositivo protector, a efectos de impedir posibles daños del medio ambiente debido a la desintegración de un volante en el caso de excesos de velocidad.

No obstante, en el caso de conjuntos de motor/bomba sin retenes de eje, que se dan a conocer en los documentos DE-C 2 807 876 o US-A 4 084 876, existe una resistencia por fricción hidrodinámica debido a que el motor está lleno de refrigerante y debido a que el volante gira dentro del refrigerante. La rotación del volante dentro del refrigerante, frecuentemente agua, provoca una elevada pérdida de potencia debido a rozamiento hidrodinámico y a la generación de energía calorífica. Esto reduce el rendimiento general de la bomba, motor y volante. Este conjunto motor/bomba tiene una barrera térmica con un delgado cuello del cuerpo envolvente entre la sección de la bomba y la sección del motor a efectos de mantener la conducción de calor entre el cuerpo caliente de la bomba y el cuerpo envolvente del motor refrigerado lo más baja posible. Un volante accionado por el conjunto del eje está situado por detrás de la barrera térmica en el frontal del cuerpo del motor y dentro de un cuerpo envolvente común estanco a presión. Además, a efectos de reducir las pérdidas de fricción hidrodinámica, el volante está rodeado por un manguito, que está montado con capacidad de rotación en el cuerpo envolvente y tiene aberturas de entrada para el fluido del cuerpo envolvente del motor. Durante el funcionamiento, el manguito adopta una velocidad promedio, que es menor que la velocidad del volante, debido a las superficies de fricción hidrodinámica entre el cuerpo envolvente, el manguito y el volante. Esto está destinado a conseguir una reducción de las pérdidas de fricción en el volante, que está dispuesto en la sección más fría del motor.

Un motor eléctrico que adopta la forma de un motor blindado para un conjunto de un motor /bomba con volante se da a conocer por los documentos EP 0 351 488 B1 o US-A 4 886 430. El volante está diseñado en forma de un elemento de cojinete dentro de la pieza que forma el cuerpo envolvente, que constituye una envolvente a presión, en la zona de una capa del cuerpo envolvente del lado de presión de la bomba del conjunto de motor/bomba encapsulado y lleno de líquido. Desempeña la función de cojinete radial para el conjunto del eje en la zona del cuerpo envolvente de la bomba. Además, dado que el volante está también diseñado como cojinete axial, en contraste a la solución de acuerdo con DE-C 2 807 876, esto ha posibilitado prescindir de un cojinete axial en el extremo del motor alejado de la bomba.

Una pieza postiza en forma de cubeta está dispuesta en el cuerpo envolvente entre el cuerpo de la bomba y el volante, absorbiendo las fuerzas de cojinete como barrera térmica integral. Está dotada de cámaras de aislamiento de aire en el exterior y en oposición a la sección de la bomba. Una refrigeración externa adicional de líquido está dispuesta en su interior dirigido a la superficie del volante. Otro elemento de pared que absorbe los esfuerzos de cojinete está dispuesto entre la refrigeración por líquido y la superficie o cara del volante cercana a la bomba. Debido al diseño blindado del conjunto de motor/bomba, la cámara del volante y la cámara del rotor del motor eléctrico están llenas del líquido que se debe bombear, y estas cámaras se encuentran en la misma presión que el cuerpo de la bomba, mientras que la cámara del estator del motor está diseñada para que se encuentre en estado seco. El motor está cerrado por un cambiador de calor a través del cual pasa la misma agua que lubrica y refrigera los elementos de cojinete que hacen tope con el volante. Esta circulación de refrigeración desde el motor, cojinete radial y axial, así como el volante, pasa también a través del propio volante. Esta realización debilita por lo tanto la unión entre cubo/eje del volante.

La invención se basa en el problema de conseguir una solución mejorada para los conjuntos de motor/bomba dotados de volante, en los que el diseño de un volante, su seguridad operativa y asimismo sus pérdidas de potencia como resultado de la fricción hidrodinámica quedan mejorados.

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La solución a este problema prevé que el volante comprenda un cuerpo del volante que tiene una serie de cavidades y que tiene elementos postizos de un metal pesado los cuales están dispuestos en dichas cavidades; que un metal pesado que tiene una densidad superior a 11,0 (kg/dm^{3}) en forma postizos de metal pesado o está dispuesto en su interior; y que el cuerpo del volante está compuesto por un material de alta resistencia.

Esta solución ofrece la ventaja de una adaptabilidad mejor y más fácil a diferentes situaciones operativas. Por simple selección y disposición de las cavidades, se pueden insertar en su interior diferentes elementos postizos de metal pesado. Para las aplicaciones en las que el líquido a bombear por el conjunto de motor/bomba puede sufrir reacciones desfavorables por los elementos postizos de metal pesado, se disponen medios para proteger dichos elementos postizos de metal pesado con respecto al líquido circundante. Estos medios pueden ser dispuestos en el cuerpo del volante. De manera adicional o alternativa, los elementos postizos están dotados de medios para separar los elementos postizos de metal pesado con respecto al líquido circundante.

Se ha mostrado especialmente ventajoso cuando los elementos postizos de metal pesado están diseñados en forma de cartucho y están fijados en el cuerpo del volante por medios conocidos por sí mismos. A este respecto, los elementos postizos pueden ser fabricados de manera segura en un lugar alternativo y por lo tanto son fáciles de trasportar y pueden ser también almacenados. Más adelante, cuando se ha terminado la mecanización del cuerpo de un volante, pueden ser insertados en dicho volante de la manera más simple. La retención de los elementos postizos de metal pesado en el cuerpo del volante se puede llevar a cabo utilizando medios técnicos, que son conocidos. Éstos podían consistir en uniones soldadas, uniones atornilladas, soldadura, encolado, uniones por retracción o prensado y similares. El tipo de unión se escoge dependiendo de las condiciones operativas específicas.

También es posible diseñar los elementos postizos de metal pesado en forma de un material de carga situado en las cavidades y retenerlas en dicha posición utilizando medios conocidos. Ésta sería una solución para los casos en los que el metal pesado es almacenado en forma de material granular, que puede ser vertido, o similar y que se tiene que manipular de forma correspondiente.

De acuerdo con otra realización de la invención, se ha demostrado que es ventajoso que el cuerpo del volante no tenga orificio para el paso del conjunto del eje. Con motores eléctricos que tienen potencia de impulsión muy elevada, tales como las que se utilizan en grandes estaciones de potencia, actúan sobre el volante fuerzas muy grandes. En este caso, existe el riesgo de que se presenten esfuerzos desfavorables en el cubo en la zona de transición entre el cuerpo del volante y el conjunto del eje empezando desde el orificio pasante para el conjunto del eje. En un caso extremo, por ejemplo en funcionamiento en sobrecarga, ello puede conducir a la rotura del cuerpo del volante. Por otra parte, es más ventajoso unir el cuerpo del volante al conjunto del eje por medio de uniones de valona simples o múltiples. Esto reduce considerablemente el riesgo de rotura del cuerpo del volante. También es ventajosa la disposición de engranajes, que sirven para transferir el par y que forman los medios de unión entre el cuerpo del volante y el conjunto del eje.

Dado que el motor eléctrico y el conjunto herméticamente estanco del motor/bomba accionado por el mismo están llenos del líquido a bombear, existe el problema adicional en este caso de que la rotación de un volante en el líquido genera también una elevada pérdida de potencia debido a la fricción con el líquido. Por razones económicas o de seguridad, no obstante, puede ser aconsejable permitir deliberadamente esta pérdida de potencia en el volante a efectos de conseguir el cierre hermético y tener la capacidad de prescindir de la utilización de retenes de eje, que tienen tendencia a fallos.

Para este objetivo se prevé, como mínimo: la disposición de un cambiador de calor que rodea el diámetro externo del volante dentro de la envolvente a presión y que forma una superficie de pared radial de la cámara del volante; que la zona de alta presión de la cámara de la bomba se conecte por medio de una o varias rutas de flujo alimentadas por el exterior del cambiador de calor a un lado de la cámara del volante alejado de la bomba; que un intersticio anular entre el cambiador de calor y el volante forme una primera ruta de flujo de retorno entre la cámara del volante alejado de la bomba y la cámara del volante próxima a la bomba; y que una segunda ruta de retorno dispuesta en el área del conjunto del eje conecte la cámara del volante próxima a la bomba a la cámara de la bomba.

Con esta solución, se garantiza una temperatura definida elevada pero, no obstante, operativamente segura en la cámara del volante. En este caso, el conocimiento se basa en el hecho de que para temperaturas del líquido más elevadas dentro de la cámara del volante las pérdidas de potencia que tienen lugar se reducen notablemente, dado que la densidad del líquido y su viscosidad se reducen como resultado del efecto de la temperatura y, por lo tanto, se hacen mínimas las pérdidas por fricción. La disposición del cambiador de calor en el diámetro más grande alrededor del volante tiene como resultado una acción especialmente eficaz de refrigeración. Una acción de refrigeración mejorada tiene lugar cuando el líquido de bombeo tomado desde la cámara de la bomba escapa por el diámetro más grande del cambiador de calor, y entra en la cámara del volante en el lado alejado de la bomba.

El líquido de bombeo retrocederá hacia la cámara de la bomba pasando por las rutas de flujo y de retorno como resultado del gradiente de presión en el cuerpo de la bomba entre la baja presión en la entrada del impulsor y la alta presión después del impulsor, después de un dispositivo de guía o en una cámara espiral. Dado que no existen orificios en el volante, el líquido a bombear refrigerado retrocederá en dirección opuesta pasando por el intersticio entre el diámetro externo del volante y el diámetro interno del cambiador cilíndrico de calor. Al proceder de este modo, será sometido adicionalmente y en una segunda vez a la acción de refrigeración del cambiador de calor y al mismo tiempo absorbe el calor perdido del volante. El líquido a bombear abandona la cámara del volante por el diámetro más reducido en el área del conjunto del eje y el otro lado cerca de la bomba. Retrocede hacia la corriente principal de la bomba pasando por orificios de descarga dispuestos en el impulsor. La diferencia de presión entre la abertura de salida y la abertura de entrada del cuerpo de la bomba puede ser suficiente para impulsar este flujo de líquido interno.

La acción de refrigeración puede ser mejorada por el hecho de que varios cambiadores de calor rodean el volante coaxialmente en el diámetro más grande, y entre estos terminales de calor un intersticio anular o varios canales forman la ruta de flujo hacia la cámara del volante alejada de la bomba. El cambiador o cambiadores de calor están conectados a una fuente de agua de refrigeración externa y pueden ser diseñados, por ejemplo, en forma de un cilindro.

Además, otra realización de la invención prevé que, como mínimo, un dispositivo de bombeo impulsado por el conjunto del eje queda dispuesto en la segunda trayectoria de flujo de retorno. Esto hace posible incrementar el caudal de líquido de refrigeración. Éstos pueden ser medios conocidos en forma de un pequeño impulsor adicional que está dotado de orificios o de paletas, un husillo para la circulación del líquido u otros dispositivos de tipo conocido.

De acuerdo con otras realizaciones, una tapa del motor en el lado de la bomba forma la pared de la cámara del volante alejada de la bomba y el dispositivo de refrigeración está dispuesto en la tapa del motor. Este dispositivo de refrigeración puede ser diseñado como dispositivo de refrigeración de baja presión o como dispositivo de refrigeración de alta presión. También es posible diseñar este dispositivo de refrigeración como parte de un sistema de refrigeración de un motor a alta presión. A efectos de reducir la mezcla, se dispone un retén de eje entre la cámara del motor y el volante en la zona de montaje del eje. Ello puede ser diseñado como sección de restricción, cierre laberíntico o similar.

Una realización a título de ejemplo de la invención es la mostrada en los dibujos y descrita a continuación de forma más detallada. En los dibujos:

La figura 1 muestra una sección de un conjunto de motor/bomba;

La figura 2 muestra una vista en perspectiva del cuerpo de un volante y elementos postizos de metal pesado;

Las figuras 3 y 4 muestran vistas a mayor escala de la cámara del volante; y

La figura 5 muestra un esquema de distribución de temperaturas en el volante.

La figura 1 muestra un motor (1) refrigerado mediante un líquido, que tiene un cuerpo envolvente (2) diseñado como envolvente a presión. El interior del motor (1) está lleno de un líquido y un sistema de refrigeración a alta presión (3) está conectado a los extremos del motor a efectos de disipar las pérdidas de potencia eléctrica. Un cojinete radial y un cojinete axial están dispuestos en un extremo del motor (4), sirviendo el cojinete axial al mismo tiempo de dispositivo de bombeo para el agua de refrigeración que circula dentro del motor y por el refrigerador (3). La fuerza de impulsión del motor actúa sobre un conjunto de eje (5) y por lo tanto, transmite un cierto par a la bomba (6), que está dispuesta coaxialmente con respecto al motor eléctrico (1). El impulsor (8) con un dispositivo de guía (9) en el sentido de la salida está dispuesto dentro del cuerpo envolvente (7) de la bomba y el cuerpo (7) de la bomba está sellado mediante un elemento de tapa (10) y conectado al cuerpo envolvente (2) del motor (1) por medio de las varillas (11). Un volante (12), cuyo momento de inercia asegura un movimiento de rotación adicional del conjunto del eje (5) con el impulsor conectado (8) y, por lo tanto, una capacidad de bombeo de la bomba (6) en caso de fallo de potencia, está situado dentro del elemento de tapa (10) que está diseñado en este caso en forma de varias piezas.

Las piezas (2, 4, 7, 10) del cuerpo envolvente de la bomba y el motor, que definen una cámara interna con respecto a la atmósfera circundante, forman lo que se llama una envolvente de presión. Este está diseñado para una presión muy elevada del sistema, que está realizado en forma de sistema de transferencia de calor en el que el conjunto de motor/bomba está montado para la circulación de un líquido de bombeo. Dado que este conjunto está diseñado para potencias de impulsión superiores a 600 kW y por lo tanto tiene unas dimensiones de gran proporción, la representación de la figura 1 es solamente de tipo esquemático. Se muestran detalles en las siguientes figuras 2 y 3 a mayor escala.

La figura 2 muestra una vista de un volante (12) en perspectiva. Comprende un cuerpo (13) del volante, tal como se ha mostrado en una tonalidad gris ligero en la figura 2. El cuerpo (13) del volante tiene asimismo múltiples cavidades (14,15) mostradas en un gris oscuro. Estas cavidades (14,15) sirven para recibir elementos postizos (16,17) de un metal pesado con los que se incrementa el momento de inercia de un volante (12) completamente montado. Las cavidades (14,15) tienen diferentes diámetros como resultado de lo cual se garantiza que el cuerpo (13) del volante, que está realizado en un material de alta resistencia, puede resistir las fuerzas centrifugas que se presentan durante el funcionamiento. Debido a esta disposición, dimensiones y número de las cavidades (14,15), se garantiza una característica segura de esfuerzos en el cuerpo (13) del volante bajo el efecto de altas temperaturas. Una reserva adecuada de resistencias se asegura por lo tanto incluso en condiciones operativas críticas, por ejemplo, en caso de funcionamiento de la turbina provocado por un fallo operativo o funcionamiento en sobrecarga de la bomba, como resultado de lo cual la velocidad es más elevada que la velocidad nominal.

Una junta de pestaña (19) con la que se realiza la conexión al conjunto (5) del eje, está fijada a la superficie (18) del cuerpo cilíndrico (13) del volante. La rueda dentada (20) que se ha mostrado actúa conjuntamente con el diseño apropiado del conjunto del eje (5) para garantizar una transmisión de par fiable. Otras formas de fricción y/o interconexión de la conexión pueden ser utilizadas igualmente. No obstante, el proceder de esta manera se debe asegurar que estos tipos de conexión no tienen efecto negativo en la característica de esfuerzo dentro del cuerpo (13) del volante.

Además, se puede apreciar en la figura 2 que se disponen elementos postizos (16), (17) dimensionados de forma correspondiente, de metal pesado, en las cavidades de diferentes dimensiones (14), (15). En este caso, el metal pesado puede estar dispuesto en forma de elementos postizos en forma de varillas o material de relleno. Los elementos postizos (16), (17) de metal pesado que se han mostrado representan una variante en la que el metal pesado se encontrará dentro de un cartucho (21), (22). Este cartucho es fácil de fabricar, fácil de manipular, de almacenar y de transportar y, por lo tanto, cumple con las exigencias de almacenamiento sin problemas de dichos elementos postizos (16), (17) de metal pesado. Además, este cartucho (21), (22) protege el metal pesado dispuesto en su interior contra el efecto del líquido, que rodea el volante (12) para efectos de refrigeración o viceversa.

La estanqueización de dicho cartucho, que en este caso está diseñado en forma de un cilindro, es llevado a cabo por medio de técnicas conocidas y es posible en máquinas herramientas normales. No se requieren máquinas especiales para ello. Este cartucho (21), (22) puede quedar retenido dentro del cuerpo (13) del volante por medio de las técnicas conocidas. También es posible diseñar las cavidades (14), (15) en el cuerpo (13) del volante en forma de orificios pasantes o de orificios ciegos y disponer un metal pesado directamente en su interior. A efectos de asegurar la posición del metal pesado, que está situado directamente en las cavidades (14), (15), las cavidades pueden ser cerradas de forma estanca por medio de elementos individuales de tapa o por un elemento de tapa común de mayores dimensiones, cuyo tamaño corresponde al diámetro del volante.

Las figuras 3 y 4 muestran una vista a mayor escala de la disposición del volante en el conjunto del eje y su posición entre la bomba y el motor. El impulsor (8) con un dispositivo de guía (9) en el sentido de salida se puede observar dentro del cuerpo de bomba (6). Se puede utilizar un diseño de etapa simple o múltiples etapas dependiendo del tipo de bomba. En la etapa única o etapa final de la bomba que se ha mostrado, se puede apreciar un tubo de salida en una zona con la presión máxima dentro del cuerpo de la bomba (7), en este caso después del dispositivo de guía (9). Éste es utilizado como ruta de flujo (23) para un líquido a bombear y guía a este dentro de la envolvente a presión hacia dentro de la cámara (24) del volante. Una tapa (10) de la bomba y una tapa (25) del motor cerca de la bomba forman la cámara (24) del volante. La superficie (26) de presión y de estanqueidad de fluido de las dos piezas de tapa (10,25) se encuentra en el área de la superficie o cara (18) del volante (12) alejada de la bomba. El cuerpo de dos piezas del volante formado de esta manera hace la fabricación y el montaje más fáciles. Todas las piezas son mantenidas en contacto entre sí mediante varillas de fijación (11), que son roscadas en el cuerpo (7) de la bomba y que quedan soportadas en una pestaña del cuerpo (2) del motor.

Un cambiador de calor (27), que rodea el volante (12) y que está conectado a un sistema de refrigeración de baja presión (A-B) que penetra en la envolvente de presión, está dispuesto dentro de la cámara (24) del volante. La trayectoria de flujo (23) que conecta la cámara interna de la bomba a la cámara (24) del volante lleva el líquido a bombear sobre la parte externa (28) del cambiador de calor (27) hacia el lado de la cámara (24) del volante alejada de la bomba. Otro sistema de refrigeración de baja presión (C-D) está dispuesto en la parte frontal de la cámara (24) del volante alejada de la bomba en el área de la capa (25) del motor con cuya ayuda se consigue un gradiente de temperatura apropiado en la parte frontal (18) del volante alejada de la bomba. Además, se puede apreciar que la tapa del motor (25) tiene un conector para un sistema (E) de refrigeración del motor de alta presión, que está conectado al refrigerador (3) del motor. Las flechas muestran la dirección de flujo del líquido de refrigeración del motor alrededor del estator y arrollamientos. Al mismo tiempo, sirve como líquido de lubricación para el cojinete (30) del motor próximo a la bomba. El líquido de refrigeración del motor una vez caliente es retirado por los canales (31) de la tapa (25) del motor y es refrigerado por medio del refrigerador (3) del motor, que se ha mostrado en la figura 1 y alimentado hacia dentro del motor (1) nuevamente en la tapa (4) del motor alejada de la bomba.

El líquido de bombeo que entra en la cámara (24) del volante en su extremo alejado de la bomba fluye a través del intersticio anular (32) entre el interior (33) del cambiador de calor (27) y el diámetro externo del volante (12) hacia la cámara del volante (24.1) situada cerca de la bomba. Este intersticio anular (32) forma una primera ruta de retorno para el líquido de bombeo, que es sometido simultáneamente al efecto del cambiador de calor (27). Pasa por la cámara del volante (24.1) cerca de la bomba a la cara (34) del volante (12) cerca de la bomba hacia el conjunto del eje (5). Desde el área del conjunto del eje (5), retrocede a través de la segunda ruta de flujo de retorno dispuesta en aquella zona hacia el impulsor (8) de la bomba (6). Al proceder de este modo, el cojinete (35) de la bomba es lubricado al mismo tiempo. La dirección de flujo está determinada por el gradiente de presión entre la zona de alta presión del cuerpo (7) de la bomba y la zona de baja presión del área del impulsor (8), que está definido por las aberturas (36) axiales de liberación de empuje.

Cuando se diseña dicho conjunto de motor/bomba, las dimensiones y números de trayectorias de flujo quedan determinados para las operaciones operativas específicas, a efectos de conseguir un ajuste básico para el líquido de refrigeración a bombear para las potencias apropiadas. También es posible disponer un dispositivo de bombeo adicional (37) en el área de la segunda ruta de flujo, que es impulsada por el conjunto del eje (5). En esta realización a título de ejemplo, se ha mostrado un husillo para la circulación del líquido, pero ello se podría realizar de manera igualmente satisfactoria mediante un impulso apropiado u otro dispositivo de bombeo auxiliar de tipo conocido (37). Esto puede mejorar el rendimiento de la refrigeración del líquido bombeado que circula en la cámara (24, 24.1) del volante. El calor perdido producido por el volante (12) debido a la fricción hidrodinámica en el líquido, es disipado de manera extremadamente efectiva por transporte en masa.

Debido a la guía específica del flujo de refrigeración interno desde la cámara de la bomba a la cámara del volante (24, 24.1), el nivel de temperatura en la cámara del volante y también dentro del volante (12) puede quedar influenciado de manera tal que se desarrolla un nivel de temperatura homogéneo durante el funcionamiento. El desarrollo del nivel de temperatura homogéneo en el volante (12) es ayudado por el comportamiento del cambiador de calor en la circunferencia externa del volante (12) y la acción de refrigeración en la cara (18) del volante alejada de la bomba. El control de este comportamiento del cambiador de calor posibilita el mantener el nivel de homogeneidad de la temperatura. Esto tiene la ventaja decisiva de que los esfuerzos del material provocados por las diferencias de temperatura quedan evitados dentro del volante (12).

Mediante esta solución, se puede realimentar el calor al circuito de bombeo para las condiciones operativas en las que el nivel de temperatura en la cámara del volante es más elevado que el nivel de temperatura del fluido de bombeo. De esta forma, es posible recuperar parcialmente el calor perdido. No obstante, en cualquier caso, la temperatura de la cámara del volante (24, 24.1) está limitada a un máximo, que no tiene un efecto negativo sobre la resistencia del cuerpo del volante.

La figura 4 muestra una variante de la figura 3 en la que solamente el sistema de refrigeración de baja presión (C-D) en el área de la superficie (8) del volante (12) alejado de la bomba ha sido suprimido. En su lugar, el sistema (E) de refrigeración del motor de alta presión se utiliza simultáneamente para afectar también al nivel de temperatura de la cámara (24) del volante. Dependiendo de las condiciones operativas especificadas de dicho conjunto de motor/bomba, el nivel de temperatura homogéneo en el volante (12) queda asegurado también con esta solución. La pared (29) de la cámara del volante (24) alejado de la bomba, formado por la capa (25) del motor del lado de la bomba, está sometida en este caso al sistema (E) de refrigeración de alta presión del motor con ayuda de la conexión (39). Un retén de estanqueidad (38), que reduce la mezcla de los líquidos, queda dispuesto en la zona de la pared (25).

En el diagrama de la figura 5 se ha mostrado un primer lugar \sigma_{A}, que muestra una característica de resistencia determinante del material del cuerpo del volante como función de la temperatura. Esta característica de resistencia, por ejemplo, el 80% del límite elástico, comprende un margen de seguridad adecuado con respecto a fallos del material.

El rendimiento global del conjunto motor/bomba es representado con respecto a la temperatura en un segundo lugar \eta_{ges}. La temperatura corresponde a aquella que puede prevalecer en la cámara del volante. El punto de intersección (A) de los dos lugares geométricos corresponde al punto operativo del conjunto motor/bomba con todos los sistemas de refrigeración en funcionamiento. La temperatura operativa óptima T_{opt} prevalece en este punto (A). En este caso, se establece un nivel de temperatura homogéneo T_{opt} en la cámara del volante y en el volante.

Además, este punto operativo (A) tiene un elevado margen de seguridad (S) comparado con las condiciones operativas en las que se espera un fallo del sistema de refrigeración externo. Si tiene lugar esta situación en la que uno o varios sistemas de refrigeración externos fallan, lo cual constituye una situación de fallo, entonces a causa de la fricción interna del líquido dentro de la cámara del volante, la temperatura aumentará y llegará al valor máximo de temperatura T_{0}.

La consecuencia de dicho aumento de temperatura es que la viscosidad del líquido de bombeo se reduce como resultado del aumento de la temperatura y, por lo tanto, la pérdida de potencia en la cámara del volante disminuye. Como resultado de ello, aumenta el rendimiento global \eta_{ges} del conjunto motor/bomba. El efecto negativo de un aumento de temperatura, no obstante, constituye una reducción de la resistencia del material del cuerpo del volante llegando a un valor más bajo \sigma_{L} a la temperatura T_{0}. Esto da lugar a un punto operativo (B) en situación de fallo en la cámara del volante al nivel de temperatura más alto T_{0} en el caso de un fallo de la refrigeración externa. La resistencia del cuerpo del volante está garantizada en este punto operativo (B), no obstante, debido a la reserva del 20% del límite elástico en el presente ejemplo. El área sombreada (C) en la parte derecha del diagrama adyacente al punto operativo (B) de la situación de fallo, indica un intervalo operativo no admisible.

Como resultado de llevar a cabo deliberadamente una mejora en el rendimiento general \eta_{ges}, se consigue una mejora significativa en la seguridad operativa. El funcionamiento seguro del conjunto motor/bomba queda garantizado incluso en el caso de fallo de un dispositivo de refrigeración externo. Incluso en este caso, no existe temor de que el volante falle debido a condiciones de esfuerzo inadmisibles del material del cuerpo del volante. Como consecuencia, esto posibilita prescindir de dispositivos de protección complejos para el volante, lo cual conduce a una significativa reducción de costes y a un aumento de la seguridad operativa del conjunto motor/bomba.

Claims (16)

1. Motor eléctrico (1) dotado de una bomba dispuesta coaxialmente (6) para un circuito de refrigerante, en particular en un sistema con transferencia de temperatura y/o transferencia de calor, en el que dentro de las piezas del cuerpo envolvente (7, 10), que están configuradas en forma de envolvente a presión cerradas herméticamente, un conjunto de eje (5) transmite un par desde el motor eléctrico (1) a, como mínimo, un impulsor (8), que está dispuesto en el cuerpo envolvente (7) de la bomba, y el volante (12) está dispuesto entre el motor eléctrico (1) y el cuerpo envolvente (7) de la bomba, estando dispuestas todas las partes rotativas dentro de un conjunto cerrado herméticamente de motor/bomba, y el conjunto de motor/bomba está lleno de un líquido, caracterizado porque el volante (12) comprende un cuerpo del volante (13) que tiene una serie de cavidades (14, 15) y que tiene elementos postizos de un metal duro (16, 17) que están dispuestos en dichas cavidades (14, 15), porque un metal pesado que tiene una densidad superior a 11,0 (kg/dm^{3}) forma los elementos postizos de metal duro (16, 17) o está dispuesto en su interior, y porque el cuerpo (13) del volante está compuesto por un material de alta resistencia.

2. Motor eléctrico, según la reivindicación 1, caracterizado por la disposición de medios para la protección de los elementos postizos de metal duro (16, 17) con respecto al líquido circundante.

3. Motor eléctrico, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los elemento postizos de metal duro (16, 17) están diseñados en forma de un cartucho (21, 22) y fijados en el cuerpo (13) del volante, por medios que son conocidos en sí mismos.

4. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los elementos postizos de metal duro (16, 17) están diseñados en forma de material de relleno situado en las cavidades (14, 15) y están retenidos en el cuerpo (13) del volante, utilizando medios conocidos en sí mismos.

5. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el cuerpo (13) del volante no tiene orificio para alimentación a través del mismo del conjunto del eje (5).

6. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo (13) del volante está unido al conjunto del eje (5) por medio de uniones de pestaña simples o múltiples (19, 20).

7. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque ruedas dentadas (20) forman los medios de unión entre el cuerpo (13) del volante y el conjunto del eje (5).

8. Motor eléctrico, según la reivindicación 1, caracterizado porque, como mínimo, un cambiador de calor cilíndrico (27) que rodea el diámetro exterior de volante (12) está dispuesto dentro de la envolvente a presión y forma una superficie de pared radial de una cámara (24) del volante, porque una zona de alta presión de la cámara de la bomba está conectada por medio de una o varias trayectorias de flujo (23) alimentadas sobre la parte externa del cambiador de calor (27) a un lado de la cámara (24) del volante alejada de la bomba, porque un intersticio anular (32) entre el cambiador de calor (27) y el volante (12) forma una primera trayectoria de retorno de flujo entre la cámara del volante alejada de la bomba y la cámara (24.1) del volante próxima a la bomba, y porque una segunda trayectoria de flujo de retorno dispuesta en el área del conjunto del eje (5) conecta la cámara (24.1) del volante, próxima a la bomba, con la cámara de la bomba.

9. Motor eléctrico, según la reivindicación 8, caracterizado porque varios cambiadores de calor cilíndricos (27) rodean el volante (12) coaxialmente, y entre los cambiadores de calor (27) un intersticio anular o varios canales forman la trayectoria de flujo hacia la cámara (24) del volante alejada de la bomba.

10. Motor eléctrico, según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque, como mínimo, un dispositivo de bombeo (37) queda dispuesto en la segunda trayectoria de retorno de flujo, cuyo dispositivo de bombeo es impulsado por el conjunto del eje (5).

11. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el cambiador de calor cilíndrico (27) está conectado a una fuente externa de agua de refrigeración (A-B).

12. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque una tapa (25) del motor en el lado de la bomba forma la pared (29) de la cámara (24) del volante alejada de la bomba, y porque un dispositivo de refrigeración (C-D, F) está dispuesto en la tapa (25) del motor.

13. Motor eléctrico, según la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo de refrigeración (C-D) está diseñado en forma de dispositivo de refrigeración de baja presión.

14. Motor eléctrico, según la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo de refrigeración (E) está diseñado en forma de dispositivo de refrigeración de alta presión.

15. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque el dispositivo de refrigeración está diseñado como parte de un sistema de refrigeración del motor de alta presión.

16. Motor eléctrico, según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque un cierre estanco del eje está dispuesto entre la cámara del motor y el volante en el área de montaje del eje.