CN203722413U - 一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，它涉及一种防定转子相擦的装置。它包括转子、通风管、螺旋槽、定子、轴流风扇、导风罩、通风槽，转子上设置有离心风扇和轴流风扇，轴流风扇外侧设置有导风罩，转子外圆上车有螺旋槽；转子外部设置有定子，定子上下方分别设置有上法兰和下法兰，定子机座中段上设置多根通风管，定子内腔设置有通风槽。本实用新型定、转子之间的温差从90℃下降到30℃左右，转子膨胀后的气隙减小相对值δ_g≤15°，从根本上解决了定转子相擦的问题。

Description

一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵

技术领域

本实用新型涉及的是一种防定转子相擦的装置，具体涉及一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵。

背景技术

随着社会文明的进步及经济规模的扩大，在国民经济各部门对使用潜水电泵的功率、进出口径、流量和扬程都提出大型化的要求，世界各国的潜水泵的研发单位和生产企业都为大型化进行了不懈的研究工作。国内外的同业，在大型化过程所遇到一个共同技术难关是干定子潜水电泵的驱动潜水电机定、转子在长期运行过程中，一般是在3～4小时后，发生定、转子相擦的严重故障。随着电机各部份产生的能量损耗转变成热，提高了电机工作温度，即所谓温升，而干定子式潜水电机的外壳有冷却水流流通，具有良好的冷却条件，定子铁心及定子线圈是直接装配在定子外壳的内壁，散热条件良好，因此尽管定子铁心中有涡流损耗及磁滞损耗，并且定子线圈中欧姆损耗及附加损耗是产生热量的主要成份，但是因散热条件良好，最终定子能在某一温度下达到发热和散热的动态平衡。而潜水电机的转子，由于转子绕组对异步电机是鼠笼转子或绕组转子，对同步电机是励磁绕组在运行时有感应电流或励磁电流流过，同样有欧姆损耗和杂散损耗产生。转子损耗产生的热量使转子温度不断提高，而对干定子式潜水电机转子的散热条件很差，转子不通过金属传热体与水冷的电机外壳接触，而是通过鼠笼转子的端环和定、转子之间的间隙传递热量。由于转子散热条件比定子散热条件差很多，这样就出现转子温度高于定子温度的现象。众所周知，物体热胀冷缩的物理现象，转子温度高，转子直径热膨胀量大于定子内孔的热膨胀量，这就使得定转子之间的间隙变小，而间隙变小到一定程度在不平衡离心力和定、转子间隙之间的单边磁拉力的作用下，就很可能发生定、转子相磨擦故障的现象，这是很严重的潜水电机故障。定、转子相擦产生磨擦功转换成热量，使磨擦面温度上升，甚至熔化转子导体，高温彻底破坏定子绕组的绝缘，使整台潜水电泵报废。曾计算和测量过一台电压为10kV、800kW、16极的潜水电机，在带泵运行4小时后，转子温度为185℃，定子温度为95℃，定、转子之间的温差为90℃，其转子的直径为770mm，定、转子之间的间隙为1.8mm，转子在95℃的温差下的直径膨胀量：Δg=D_R·α(θ_St-θ_Rt)=770×1.1×10^-5(185-90)=0.8mm

占气隙的相对值：

${\mathrm{\δ}}_g=\frac{\mathrm{\Δg}}{g}=\frac{0.8}{1.8}=44.7\%$

依据电机设计中转子刚度设计的原则，当δ_g≥25％，在单边磁拉力的作用下，就会发生定、转子相擦的现象。潜水电机向大型化发展，转子直径越大，膨胀量越大。

潜水电机大型化过程中，国内、外各潜水电泵制造企业普遍存在定、转子相擦的故障可以说是阻止潜水电机发展的最严重问题。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，包括转子、通风管、螺旋槽、定子、轴流风扇、导风罩、通风槽，转子上设置有离心风扇和轴流风扇，轴流风扇外侧设置有导风罩，转子外圆上车有螺旋槽；转子外部设置有定子，定子上下方分别设置有上法兰和下法兰，定子机座中段上设置多根通风管，定子内腔设置有通风槽。

所述的通风管可替换为通风槽，通风管穿设在定子机座的上法兰和下法兰之间，且通风管两端与法兰焊接。

所述的通风槽设置在定子槽口。

本实用新型定、转子之间的温差从90℃下降到30℃左右，转子膨胀后的气隙减小相对值δ_g≤15°，从根本上解决了定转子相擦的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的通风槽的结构示意图；

图3为图2的I的放大结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参照图1-3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，包括转子1、通风管8、螺旋槽9、定子10、轴流风扇13、导风罩14、通风槽15，转子1上设置有离心风扇3和轴流风扇13，轴流风扇13外侧设置有导风罩14，转子1外圆上车有螺旋槽9；转子1外部设置有定子10，定子10上下方分别设置有上法兰6和下法兰7，定子10机座中段上设置多根通风管8，定子10内腔设置有通风槽15。

所述的通风管8可替换为通风槽，通风管8穿设在定子10机座的上法兰6和下法兰7之间，且通风管8两端与法兰焊接。

所述的通风槽15设置在定子10槽口。

本具体实施方式的潜水电泵是由潜水电机和水泵通过同一根轴及联接法兰组成一个整体，见图1。潜水电机是潜没在水中工作的，其由上端盖17、转子1、定子10、下端盖16等零部件组成。潜水电泵运行时，转子1旋转，带动水泵叶轮19转动，从而将水从下向上抽出，水流2是冷水流，流经定子10表面，对定子10进行冷却。潜水电机转子上设置有轴流风扇13、导风罩14、螺旋槽9、离心风扇3，定子上设置有上法兰6、通风管或通风槽8、下法兰7、通风槽15(见图2、图3)。潜水电机的冷却原理是：电机运行时，在电机内腔第一风路冷却循环回路：电机下腔18中的冷空气—→通过转子1上的轴流风扇13、导风罩14加压—→转子铁芯内孔12—→冷空气带走转子内孔12中的热量成为热空气—→离心风扇内腔5—→通过离心风扇3加压—→电机上腔4—→通风管或通风槽8—→热空气在通风管或通风槽8中与定子外逆向冷水流2进行空水冷却交换成为冷空气—→电机下腔18，完成第一风路冷却循环；电机内腔第二风路冷却循环回路：电机下腔18中的冷空气—→通过转子1上的轴流风扇13、导风罩14加压—→转子铁芯内孔12—→冷空气带走转子内孔12中的热量成为热空气—→离心风扇内腔5—→通过离心风扇3加压—→电机上腔4—→定转子气隙21、转子螺旋槽9、定子通风槽15—→带走定转子表面热量—→电机下腔18，完成第二风路冷却循环。这两条风路都加强了电机内腔的空气循环，并将电机内腔温度通过电机外壳传递到外部水流2带走，从而极大地降低电机温升，极大地提高了潜水电泵的可靠性。

本具体实施方式在潜水电机内部通风系统中(见图1)，加强定子10、转子1间气隙(g)的强制通风，即在现有潜水电机的转子表面车削大导程的多头螺旋槽9。在转子旋转时，螺旋槽起了螺旋鼓风机的作用，使定、转子间隙中的空气得到：

V_m=V_R·tgβ   ……………(A)

式(A)中β——螺旋角

V_R——为转子外圆的线速度

$\mathrm{\β}={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{b}{\mathrm{\π}{D}_R}\right)\·\·\·\left(B\right)$

$V_R=\frac{\mathrm{\π}\·D_R\·n}{60}\·\·\·\left(C\right)$

式(B)(C)中b——导程，单位mm

D_R——转子直径，单位mm

n——为转速，单位r／min

螺旋角β为45°能取得最大的风压和风量，由于工艺原因一般取15～20°。导程取为120～200mm，为增大风量螺旋槽应采用多头螺纹，螺纹头数n应使其螺距为40～50mm。由于螺旋槽鼓风作用，轴向风速V_m=7～15m／s，比原有离心风扇(3)在定、转子间隙产生的轴向风速高4～10倍，有力地带走了转子产生的热量。

为了增加定、转子间的间隙以增大轴向通风面积，而又不增加定、转子间隙值g，在定子槽口设置轴向通风槽(15)见图2，放大图3。定子槽口通风槽的尺寸比例取

加强潜水电机内部热空气与潜水电泵周围工作水流的热交换能力，即在定子机座的上法兰6和下法兰7之间，在圆周方向穿过多根通风管或通风槽8，通风管或通风槽8的两端与法兰焊接，使之不漏水。由离心风扇3产生的高压区中的热空气经通风管8——线圈端部11——与螺旋槽送出的定、转子间的热风汇合——转子的内通风道12——回到离心风扇的负压区，形成内部空气流动的回路。当热空气流经通风管或通风槽8时，其四周都有水流逆向流过，产生热交换，热空气的热量被工作水流带走，通风管起了水空冷却器的作用。

为了加强转子内部的通风，在转子内通风口的进口处设置了轴流风扇13及导风罩14。

为使原有离心风扇与本专利新设置的螺旋鼓风扇及轴流风扇的设置方向，应是在增加风压作用时是相互迭加的。

按本发明进行设计的新型潜水电机，以前述的电机为例，定、转子之间的温差从90℃下降到30℃左右，转子膨胀后的气隙减小相对值δ_g≤15°，从根本上解决了定转子相擦这一潜水电机向大型化发展中的可靠性关键技术之一。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，其特征在于，包括转子(1)、通风管(8)、螺旋槽(9)、定子(10)、轴流风扇(13)、导风罩(14)、通风槽(15)，转子(1)上设置有离心风扇(3)和轴流风扇(13)，轴流风扇(13)外侧设置有导风罩(14)，转子(1)外圆上车有螺旋槽(9)；转子(1)外部设置有定子(10)，定子(10)上下方分别设置有上法兰(6)和下法兰(7)，定子(10)机座中段上设置多根通风管(8)，定子(10)内腔设置有通风槽(15)。

2.根据权利要求1所述的一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，其特征在于，所述的通风管(8)可替换为通风槽，通风管(8)穿设在定子(10)机座的上法兰(6)和下法兰(7)之间，且通风管(8)两端与法兰焊接。

3.根据权利要求1所述的一种可防定转子相擦的干定子潜水电泵，其特征在于，所述的通风槽(15)设置在定子(10)槽口。