DK172704B1 - Motor - Google Patents

Description

i DK 172704 B1

Opfindelsen vedrører en motor omfattende en stator med en cylindrisk kerne med på indersiden flere aksiale noter, der optager statorviklinger, et rotoraggregat bestående af en motoraksel og en til denne 5 fastgjort rotor, hvilken aksel ved hver ende af rotoren bæres således i radiallejer, at rotoren er placeret, så der er et spillerum mellem rotoren og statoren, mindst ét mellem radiallejerne placeret lejeelement, der indgriber i en not, og et søleparti udformet på rotorens 10 yderside.

Ved en motor af denne art, fx en submerslbel motor til anvendelse i en brønd, er det almindeligvis nødvendigt at begrænse længden af rotoren i forhold til størrelsen af brønden af hensyn til stivheden af roto-15 ren, især stivheden af motorakslen. Da længden af rotoren således er begrænset, er motorens maksimale ydelse også begrænset ved de respektive brøndstørrelser. Dette forhold opstår fordi forskellen mellem motorens startmoment og det normale moment i drift er stor, idet start-20 momentet når op til fra et par gange det normale driftsmoment til ti eller flere gange driftsmomentet, og fordi den uafbalancerede induktionskraft er størst i startpunktet. Derfor kan stivheden af akslen i en lang motor være tilfredsstillende under normal drift, men util-25 strækkelig under start og under overgangen fra starten til den normale driftshastighed.

I en motor med en lang aksel, og hvor motoren ikke nødvendigvis er begrænset til anvendelse som sub-mersibel motor i en brønd, er det kendt, at der i et 30 mellemliggende afsnit af motorakslen ikke er noget rotorafsnit, således at akslen er blottet, og at denne bæres af et mellemleje i tillæg til lejerne, der bærer akslens ender.

Når det drejer sig om en spalterørsmotor, er der 35 på indersiden af spalterøret udformet et lejeparti, således at der i dette er drejeligt lejret et på rotorens udvendige omkreds placeret søleparti.

2 DK 172704 B1 I nogle tilfælde kan flere motorer være sammenkoblet aksialt for at opnå en høj udgangsydelse. Aksial sammenkobling af flere motorer er dog dyrt og resulterer i adskillelige ulemper såsom kompleks opbygning og led-5 ningsforbindelse, der kræver yderligere tætningsmidler, forøget vægt, ringe stivhed ved koblingsafsnittet og utilstrækkelig effekt i forhold til størrelsen af de sammenkoblede motorers længde.

Ideen med at understøtte det blottede, mellemlig-10 gende parti af akslen medfører ulemper, idet rotoren og statoren må deles ved deres respektive mellemliggende afsnit, og fremstillingen af en sådan delt rotor og stator er uøkonomisk, og vedligeholdelse og udskiftning af mellemlejet er ligeledes ubekvem. Den ovenfor omtalte 15 udformning i forbindelse med spalterørsmotoren er tilfredsstillende, men udformningen er ikke anvendelig for en ikke-spalterørsmotor af den art nærværende opfindelse vedrører.

Fra DE fremlæggelsesskrift nr. 1 488 134 kendes 20 en motor af den indledningsvis angivne art, der har et mellemleje, bestående af en kort rørbøsning placeret omkring rotoren ved dennes midte og et korresponderende kort rørstykke med lille vægtykkelse, der er placeret indvendig i statoren. Mellemlejet er forsynet med smøre-25 riller, der er udformet som langsgående sikker, der griber ind i hosliggende noter for viklinger i statoren.

Sikkerne bidrager herved til at fiksere bøsningen i rotoren.

Fra GB patentskrift nr. 953 844 kendes en elek-30 tromotor, hvis eneste leje dannes af rotoren, der over hele sin længde er udformet som en søle, der roterer i et leje dannet af radialt indadrettede kanter af langsgående notlister af teflon der er indpresset i statorens noter. Notlisternes kanter, der virker som lejeflader, 35 er udfomet så de passer mod rotorens søleflade og danner således et selvsmørende leje for rotoren.

3 DK 172704 B1

Det er hensigten med opfindelsen at tilvejebringe en motor af den indledningsvis angivne art, hvis starteffekt ikke er begrænset på grund af manglende stivhed af rotoraggregatet, og som samtidig tillader bekvem ud-5 skiftning af mellemlejet.

Denne hensigt nås ifølge opfindelsen ved, at motoren omfatter flere lejeelementer, der hver holdes på plads i sin not ved hjælp af et kileelement, der er indsat i og strækker sig i hele notens længde, og at lej βίο elementerne er således placeret, at sølepartiet kun ligger an mod elementerne under transiente hastighedsændringer af motoren.

Mellemlejet virker som et støtteleje, der kun er i funktion når rotoraggregatet er udsat for vibrationer 15 eller bøjningssvingninger, hvilket typisk forekommer kortvarigt ved hastighedsændringer, fx under start eller ved passage af rotoraggregatets kritiske omløbstal. Motoren ifølge opfindelsen har den yderligere fordel, at lejeelementerne er lette at udskifte selv ved en lang 20 rotor, da de holdes på plads af kileelementerne, der let kan fjernes fra den ene ende af kernen.

I foretrukne udførelsesformer af motoren, kan sølepartiet være dannet ved sprøjtning, smeltning eller påsætning af lejematerialet på rotoren, og lejeelemen-25 terne kan være placeret indbyrdes adskilt i indbyrdes adskilte noter.

Opfindelsen vil nu blive forklaret ved hjælp af et udførelseseksempel og med henvisning til tegningen, på hvilken 30 fig. 1 er et længdesnit i en motor ifølge opfin delsen, fig. 2 et tværsnit i statorkernen af motoren vist i fig. 1, fig. 3 et billede af en kombination af en kile og 35 et bæreelement vist i fig. 2, set fra siden, fig. 4 et billede af kombinationen i fig. 3 set forfra, 4 DK 172704 B1 fig. 5 et snit i linien v-v i fig. 4, fig. 6 et billede af kombinationen i fig. 3 og 4 set mod enden, og fig. 7 et snit i linien vn-vil i fig. 3.

5 Fig. 1 viser et længdesnit i en submersibel motor egnet til anvendelse i en brønd. I et stel 1 af metalplade er fastgjort en stator 2, og ved hver ende er respektive en øvre ringformet stelplade 4 og en nedre ringformet stelplade 5 presset på plads og fikseret.

10 Statoren 2 omfatter statorviklinger 7, der støttes af et støtteelement 6 fortrinsvis fremstillet af gummi og placeret mellem statorviklingerne 7 og den nederste stelplade 5. På indersiden af stellet 1 er placeret isoleringspapir 8 for viklingsenden i området mellem 15 stellet 1 og statorviklingen 7.

Ved den øverste ende af stellet 1 er anbragt en øverste konsol 9, der har ikke-viste tætningsmidler.

I den øverste stelplade 4 er monteret flere tapskruer 12, der går gennem huller med pakning i konsollen 9.

20 Hver af skruerne 12 har et sekskantafsnit, med hvilket et værktøj eller en nøgle kan indgribe og er indrettet til aksial montage af en pumpe. I den øverste konsol 9 er anbragt et øverste radialt metalleje 13, som fastholdes mod rotation med en stift 14, der går radialt 25 ind i begge elementer.

Ved den nederste del af stellet 1, er anbragt en nederste konsol 18 med en ikke-vist mellemliggende pakning, og konsollen 18 er fastgjort til den nederste stelplade med flere bolte 19. I den nederste konsol 30 18 er et nederste radialleje 20 af metal der holdes på plads med en stift 21, der strækker sig radialt ind i både konsollen 18 og lejet 20.

En motoraksel 15, på hvilken en rotor 22 er fastgjort, er lejret drejeligt i det øverste radialleje 35 13 og det nederste radialleje 20, og rotoren er placeret med et spillerum i forhold til statoren 2. Akslen 5 DK 172704 B1 har også en afbalanceringsring 24 til indstilling af den dynamiske balance af rotoraggregatet bestående af akslen 15 og rotoren 22.

Ved den nederste ende af stellet l er et tryk-5 lejehus 31 med samme diameter som stellet 1 ved hjælp af ikke-viste mellemliggende tætningsmidler koblet til stellet 1, og det er med bolte 32 fastspændt til den nederste stelplade 5. Hullerne i konsollen 18 for boltene 32 er tætnet med midler såsom tætningsrin-10 ge. Tryklejehuset 31 fastgjort til stellet 1 danner et tryklejekammer 33, og ved bunden af tryklejekamme-ret er indskruet en indstillingsskrue 35, hvis top er udformet som en halvkugle. Mellem skruen 35's halvkugleformede top og den nederste ende af motorakslen 15 15 er placeret et tryklej eaggregat 28 til at optage akslen 15's aksialkraft. Tryklejeaggregatet 28 omfatter et øverste trykskiveaggregat 29 fastgjort på akslen 15 med en feder 25, og et nederste trykskoaggregat 36 placeret på bolten 35' s halvkugleformede top, således 20 at de mod hinanden vendende flader af det øverste trykskiveaggregat 29 og det nederste trykskoaggregat 36 har glidende kontakt uanset skråstillingen af trykskive-aggregatet eller trykskoaggregatet.

ved den øverste del af stellet 1 er omkring 25 akslen 15 anbragt en tætning 16, et tætningsdæksel 42 og en slyngring 43. Fra det indvendige af stellet 1 er et kabel 44, der er forbundet til viklingerne 7, ført ud gennem en pakdåse 45, således at kablet 44 kan forbindes til en kraftkilde. I konsollen 9 30 er der en tilgangsåbning 47 til indfyldning af væske i motoren.

ved den midterste del af rotoren 22's yderside er frembragt et søleparti 48 af et egnet materiale, som dækker en vis aksial længde af den cylindriske fla-35 de, således at diameteren af sølepartiet 48 bliver noget større end diameteren af rotoren 22. Dannelsen af 6 DK 172704 B1 sølepartiet 48 kan ske ved midler såsom påsprøjtning af metal, forkromning med hårdkrom og belægning med kul.

Ved påsprøj tning af metal benyttes molybdæn eller TRIBALOY. Alternativt kan en tynd cylindrisk plade af 5 materialet fastgøres ved, at den vikles omkring rotoren 22, hvorefter dens ender svejses sammen. I alle tilfælde færdiggøres sølepartiet 4B ved slibning, lapning og polering. På statoren udformes et lejeafsnit 49 til drejelig lejring af sølepartiet 48.

10 I fig. 2 er vist et billede af et snit i statoren 2 lagt i et plan vinkelret på statorens aksialretning.

På indersiden af statorkernen 51 er der flere radiale noter 52. Hver not 52 er indsnævret ved sin aksiale åbning 53 og i noterne 52 er optaget statorviklinger 15 7. I hver af noterne 52 er indsat en kile 50, der strækker sig over hele notens længde så den holder sta-torviklingen 7 på plads. Kilen 50 er forbundet med et bæreelement 54 og i fig. 3,4 5, 6 og 8 er vist en kombination af kilen 50 og bæreelementet.

20 Som vist i disse figurer har kilen 50 på en af siderne en reces 59 i en længde, der svarer til bæreelementet 54, som er optaget i recessen. Kilen 50's modstående kanter er rette og et tværsnit af kilen danner derfor et rektangel og holder spolen 7 i noten 25 52. Lejeelementet er indpasset i recessen, fastgjort til recessen ved klæbning eller dannet ud i et med kilen 50. Et foretrukket eksempel på materiale til anvendelse som bæreelement er teflon eller nylon imprægneret med carbon, dog kan andre materialer også anvendes. Bæreele-30 mentet 54 omfatter en fod 55, en krop 56 og et lejeparti 57, og tykkelsen af foden er lig med dybden af recessen 59, bredden af foden 55 er lig med bredden af kilen 50 og højden af kroppen 56 er lig med bredden af den snævre åbning 53. Ved bestemmelse af 35 kilens og lejeelementets dimensioner bør det dog tages i betragtning, at det isolerende papir, der er viklet om- 7 DK 172704 B1 kring viklingerne vil komme til at ligge imellem, når kilen 50 og lejeelementet 54 indsættes. På siden modsat foden 55 er lejepartiet 57 udformet så det har en bredde, der er større end kilen 50's bredde, men 5 dets bredde er fastlagt så det ikke indgriber med det hosliggende lejeparti 57 i det hosliggende lejeelement. Lejefladen 58 på lejepartiet 57 er udformet som en plan flade parallel med rotorens tangentialret-ning eller en konkav flade, som har en krumningsradius 10 der er større end sølepartiet 48's radius.

Det radiale spillerum mellem lejefladen 58 og sølepartiet 48 kan f.eks. være 0,3 mm i et tilfælde, hvor det radiale spillerum mellem statoren 2 og rotoren 22 er 0,8-1 mm. Disse dimensioner fastlægges så-15 ledes, at akslen kan bøje ud på grund af den ubalancere-de induktive kraft fra magnetfeltet under motorens start eller under passagen af den kritiske hastighed efter starten, men udbøjningen er begrænset til det af mellemlejet 49 bestemte spillerum og sølepartiet 48 vil 20 ikke berøre lejepartiet efter at akslens omdrejningshastighed har passeret den kritiske hastighed.

Ved start af motoren roterer dennes aksel 15, hvorhos den radiale belastning bæres af det øverste og nederste radialleje 13, 20 og aksialbelastningen bæ- 25 res af tryklejeaggregatet 28. Da startmomentet når op til fra et par gange det normale driftsmoment til ti eller flere gange driftsmomentet, vibrerer rotoren 22 medens den roterer, samtidig med at hastigheden stiger og udbøjningen af sølepartiet 48 i denne periode be-30 grænses af lejepartiet 49. Også tilfælde, hvor motorakslen er forholdsvis lang og forårsager elastiske svingninger under passage af den kritiske hastighed, passerer rotorakslen 15 den kritiske hastighed uden problemer, fordi sølepartiet 48 bæres af bærelejet 35 under sådanne vibrationer.

Tryklejeaggregatet er yderligere arrangeret, så det optager radial bevægelse af akslen stammende fra 8 DK 172704 B1 bøjningsvibration, men størrelsen af en sådan bevægelse formindskes på grund af samvirket mellem lejepartiet 49 og sølepartiet 48.

Selv om beliggenheden af sølepartiet 48 og le-5 jepartiet blev beskrevet som værende midt mellem det øverste og det nederste radialleje 13 og 20, kan beliggenheden flyttes aksialt enten i opadgående eller nedadgående retning. Hvis motorakslen gøres meget lang, kan antallet af leje- og søleafsnit forøges, f.eks. til to i 10 to aksiale partier. Med et sådant arrangement af mellemlejerne vil akslen 15 passere glat igennem den kritiske hastighed, som ellers kan forårsage elastiske svingninger med knudepunkter.

I det foregående er udførelsesformen beskrevet 15 som havende et bæreelement 54 ved hver not 52; imidlertid er det ikke nødvendigt, at der ved hver not er et lejeelement, men de kan være placeret ved noterne med mellemrum i omkredsretningen. I dette tilfælde har kilen 50 ikke en reces 59, når der ikke er anbragt et leje-20 element.

Som forklaret ovenfor tilvejebringes med opfindelsen en ikke-spalterørsmotor, der er i stand til at afgive en forholdsvis stor effekt i forhold til dens lille radiale dimension, hvilken motor er anvendelig på 25 steder, hvor motorens diameter er begrænset. F.eks. har den maksimalt opnåelige effekt for en motor til anvendelse i en brønd med en diameter på 20 cm været 45 kW, men det er nu ifølge opfindelsen muligt at nå en effekt på 75 kW eller mere for samme diameter. Yderligere er en 30 sådan motor billig i sammenligning med motorer, der er koblet aksialt sammen for at forøge effekten.

Lejeelementet kan yderligere indsættes fra enden af statorkernen, således at montage af lejeelementet ikke vil give anledning til nogen vanskeligheder, selv 35 hvis rotoren er lang.

Selv om opfindelsen er blevet forklaret detaljeret med henvisning til en specifik udførelsesform, er 9 DK 172704 B1 den ikke begrænset til denne, og den kan modificeres eller ændres af en fagmand inden for opfindelsens område som angivet ved kravene. F.eks. er udførelsesformen blevet beskrevet som en vertikal motor, men opfindelsen kan 5 også benyttes ved en horisontal motor, hvor størrelsen af diameteren er begrænset.

Claims (3)

1. Motor omfattende - en stator (2) med en cylindrisk kerne (51) med på indersiden flere aksiale noter (52), der optager sta-torviklinger (7), 15. et rotoraggregat bestående af en motoraksel (15) og en til denne fastgjort rotor (22), hvilken aksel (15) ved hver ende af rotoren (22) bæres således i radiallejer (13, 20), at rotoren (22) er placeret, så der er et spillerum mellem rotoren (22) og statoren (2), 20. mindst ét mellem radiallejerne (13, 20) place ret lejeelement (54), der indgriber i en not (52), og - et søleparti (48) udformet på rotorens (22) yderside, kendetegnet ved, at den omfatter flere lejeelementer (54), der hver holdes på plads i sin 25 not (52) ved hjælp af et kileelement (50), der er indsat i og strækker sig i hele notens (52) længde, og at lejeelementerne (54) er således placeret, at sølepartiet (48) kun ligger an mod lejeelementerne (54) under transiente hastighedsændringer af motoren.

2. Motor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sølepartiet (48) er dannet ved sprøjtning, smeltning eller påsætning af lejemateriale på rotoren (22).

3. Motor ifølge krav 1 eller 2, kendeteg- 35. e t ved, at lejeelementerne (54) er placeret indbyrdes adskilt i indbyrdes adskilte noter (52). i