Pierwszenstwo: 50534 09.XI.1964 (P 106 196) Opublikowano: 20.1.1966 KI 21d\ 46 MKP H 02 k O UKD Twórca wynalazku: inz. Bronislaw Kapka Wlasciciel patentu Elektromechaniczny Zaklad do 'Pomp Glebinowych i Silników. Inz. Bronislaw Kapka, Lódz (Polska) Podwodny silnik elektryczny do pomp glebinowych oraz sposób wypelniania komory stojana tego silnika tworzywem termoplastycznym Przedmiotem wynalazku jest podwodny silnik elektryczny do pomp glebinowych stanowiacych zespól podwodnego silnika elektrycznego z nape¬ dzana nim wielostopniowa pompa wirnikowa, oraz sposób wypelniania komory stojana tworzywem termoplastycznym.Znane sa podwodne silniki elektryczne, w któ¬ rych stojan jest oddzielony od wirnika tuleja ochronna przymocowana obustronnie swymi obrze¬ zami szczelnie do pokryw komory stojana, które sa zamocowane na kadlubie silnika. Tuleje te chro¬ nia uzwojenie stojana przed doplywem wody, a przestrzen pierscieniowa pomiedzy obudowa, tu¬ leja i pokrywami stojana tworzy szczelna komore stojana. Uzwojenie stojana jest wykonane z prze¬ wodów pokrytych nawojem przedzy bawelnianej lub jedwabnej.Przy zanurzeniu pomp glebinowych do wody, wplywa ona do silnika szczelina miedzy tuleja a wirnikiem i wywiera cisnienie hydrostatyczne, przy czym cisnienie to jest rózne i zalezne od gle¬ bokosci, na jaka jest zanurzona pompa glebinowa.Jest rzecza zrozumiala, ze tuleja ochronna, która zwykle jest wykonana z metalu, powinna miec scianki stosunkowo cienkie, ws'kutek czego pod wplywem cisnienia hydrostatycznego ulegalyby one deformacji. Deformacja ta powoduje narusze¬ nie uszczelnien obrzezy ochronnej tulei i przecie¬ kanie wody do komory stojana, a zatem spalenie silnika. 20 30 Jest rzecza znana zapobieganie deformacji ochronnej tulei pod wplywem cisnienia hydrosta¬ tycznego w podwodnych silnikach elektrycznych za pomoca materialu wypelniajacego umieszczone¬ go w komorze stojana.Jako material wypelniajacy stosuje sie olej izo¬ lacyjny lub mase kompaund, albo tez material sproszkowany lub ziarnkowany.W czasie pracy podwodnego silnika elektryczne¬ go stojan rozgrzewa sie, przy czym ulega rozgrza¬ niu równiez masa wypelniajaca znajdujaca sie w komorze stojana i wywierajaca nacisk na tuleje, lecz od strony przeciwnej niz wywiera na nia cisnienie hydrostatyczne.Jezeli do wypelniania komory stojana stosuje sie olej, jego wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej jest tak duzy, ze objetosc jego w temperaturze, jaka osiaga stojan podczas pracy silnika, wzrasta do tego stopnia, iz nastepuje wybrzuszenie tulei ochronnej wbrew dzialaniu cisnienia hydrostatycz¬ nego i zatarcie wirnika.Przy stosowaniu, jako materialu wypelniajacego komore stojana, masy kompaund, której uzywa sie zwykle w kablach elektrycznych, ta masa termo¬ plastyczna, stala w zwyklej temperaturze, ulega roztopieniu w temperaturze panujacej w komorze stojana podczas pracy silnika, wskutek czego masa ta ma te sama wade, co i olej, a poza tym rozto¬ pienie jej nastepuje nierównomiernie, wskutek czego nastepuja jeszcze przed calkowitym roztopie- 505343 50534 4 niem jej tylko miejscowe roztopienia i powstawa¬ nie nierównomiernych nacisków na tuleje ochron¬ na, co równiez powoduje poza tym jej miejscowe wykorbienie.Znane jest równiez wypelnianie komory stojana zywicami termoutwardzalnymi, stalymi w tempera¬ turze panujacej w niej podczas pracy silnika. Zy¬ wice te sa kruche i wskutek wewnetrznych nie¬ równomiernych naprezen powstajacych z jednej strony na skutek rozszerzania sie pod wplywem podwyzszonej temperatury, a z drugiej strony na skutek nacisku na scianki tulei spowodowanego cisnieniem hydrostatycznym, nastepuje popekanie tej zywicy, co powoduje nierównomierny nacisk na calej powierzchni tulei i jej wybrzuszenie i wy¬ korbienie.Nalezy tu zwrócic uwage jeszcze na te okolicz¬ nosc, ze uzwojenie stojana ma oplot z przedzy ba¬ welnianej lub jedwabnej, która jest tworzywem po¬ rowatym, zawierajacym w swych porach powietrze.Przy wypelnianiu komory stojana materialem wy¬ pelniajacym, zarówno cieklym, jak i stalym, po¬ wietrze z oplotu uzwojenia nie zostaje calkowicie usuniete i oplot taki tworzy nie tylko izolacje elek¬ tryczna, lecz równiez izolacje cieplna, na skutek czego czesto nastepuje spalenie sie uzwojenia spo¬ wodowane malym wspólczynnikiem przewodnictwa ciepla.Wszystkie wspomniane wyzej masy wypelniajace komore stojana w niedostatecznym stopniu spel¬ niaja swe zadanie, albowiem tuleja ochronna od momentu rozruchu silnika do czasu ustabilizowa¬ nia sie temperatury w silniku po uplywie pewnego czasu ulega dzialaniu zmiennych cisnien, co po¬ woduje w nastepstwie jej wybrzuszenie i wykor¬ bienie, a zatem zatarcie wirnika.Proponowano równiez zrównowazenie tych cis¬ nien w tulei ochronnej za pomoca puszek kom¬ pensacyjnych, w których panujace cisnienie mia¬ loby równowazyc cisnienie panujace w komorze stojana, która jest wypelniona materialem sypkim i powietrzem lub olejem, co bardzo komplikuje konstrukcje silnika, zwieksza jego gabaryt i mo¬ ze sluzyc tylko do silników pracujacych na ma¬ lych glebokosciach.Istota wynalazku jest wyeliminowanie wad zna¬ nych podwodnych silników elektrycznych przez wypelnienie komory stojana takim tworzywem ter¬ moplastycznym i w taki sposób, aby tuleja ochron¬ na nie ulegala zadnej deformacji podczas pracy silnika.Podwodny silnik elektryczny wedlug wynalazku ma znana tuleje ochronna, zamykajaca komore stojana od doplywu wody i oddzielajaca stojan od wirnika.Komora stojana jest wypelniona tworzywem ter¬ moplastycznym o mozliwie wysokiej temperaturze przechodzenia w stan plastyczny, np. asfaltem try- nidackim. Tworzywo to wypelnia dokladnie rów¬ niez wszystkie pory oplotu uzwojenia stojana.W celu nadania wiekszej elastycznosci tworzywu termoplastycznemu, które zwykle jest dosc kruche w zwyklej temperaturze, dodaje sie do niego zmiekczacza, np. oleju lnianego. Taka mieszanina tworzy mase podobna do twardej gumy. Jedno¬ czesnie zas komore stojana wypelnia sie tworzy¬ wem termoplastycznym w taki sposób, ze w silni¬ ku nieruchomym tuleja ochronna znajduje sie w 5 stanie naprezenia wywolanego zmniejszeniem sie objetosci calej cieplej masy wypelniajacej zam¬ knieta komore stojana podczas jej ostygania do temperatury normalnej, przy czym naprezenie to zostaje samoczynnie skasowane pod wplywem tem- 10 peratury panujacej w komorze stojana podczas pracy silnika.Sposób wypelniania komory stojana materialem wypelniajacym polega na tym, ze podczas monta¬ zu silnika, umieszczony w jego kadlubie stojan 15 wraz z uzwojeniem w oplocie suszy sie w tempe¬ raturze 105—120°C, a po wysuszeniu wprowadza do wnetrza kadluba metalowa tuleje ochronna, która zamocowuje sie szczelnie obustronnie na pokry¬ wach stojana, uszczelnionych równiez na zewnetrz- 20 nych obwodach z kadlubem silnika. Wyprowadze¬ nie kabla dolaczeniowego jest równiez uszczelnio¬ ne w znany sposób.W kazdej pokrywie stojana wykonano po jed¬ nym otworze. Do otworu w górnej pokrywie sto- 25 jana doprowadza sie przewód odpowietrzajacy, a do otworu w dolnej pokrywie stojana doprowadza sie przewód wlotowy, przez który wprowadzane jest roztopione tworzywo termoplastyczne.Przy zamknietym przewodzie w dolnej pokry- 30 wie stojana przez otwór w górnej pokrywie sto¬ jana odpompowuje sie powietrze z komory sto¬ jana, wytwarzajac w nim próznie, a wtedy otwiera sie przewód do otworu w dolnej pokrywie stojana i wprowadza pod cisnieniem roztopione i ogrzane 35 do temperatury 115—120°C tworzywo termopla¬ styczne. Po wypelnieniu komory stojana tworzy¬ wem termoplastycznym zamyka sie dolny otwór i w górnym przewodzie wytwarza sie cisnienie, które powoduje przenikanie roztopionego tworzywa 40 w pory oplotu uzwojenia, tak ze wlasciwie kazdy zwój uzwojenia stojana zostaje odizolowany od sa¬ siadujacych z nim zwojów równiez warstewka ma¬ terialu izolacyjnego. Po napelnieniu komory sto¬ jana ochladza sie go do temperatury 30—35°C. 45 Nastepnie do wnetrza tulei ochronnej wprowa¬ dza sie na miejsce wirnika grzalke, która utrzy¬ muje temperature talka, jaka wytworzylaby sie w wirniku podczas normalnej pracy silnika, a przez uzwojenie stojana przepuszcza sie prad o mocy 1,2 50 pradu znamionowego, przy czym kadlub silnika zanurza sie w wodzie o temperaturze najnizszej, jaka moze miec woda w studni glebinowej podczas pracy silnika. W ten sposób zostaja wytworzone warunki, w jakich znajduje sie dany silnik pod- 55 czas normalnej pracy. Po ustaleniu sie temperatury w komorze stojana tworzywo termoplastyczne wy¬ pelnia dokladnie cala komore stojana, po czym za¬ myka sie szczelnie otwór w górnej pokrywie ko¬ mory stojana. Przy ochlodzeniu sie stojana do 60 temperatury normalnej nastepuje zmniejszenie ob¬ jetosci calej masy wypelniajacej komore stojana, na skutek czego powstaje naprezenie scianek tulei w kierunku uzwojen stojana.Po zamknieciu komory stojana, na miejsce 65 grzalki wprowadza sie wirnik i konczy sie mon-50534 5 taz silnika przez nalozenie bocznych pokryw ka¬ dluba silnika.Tworzywo termoplastyczne wypelniajace komore stojana, scisle przylegajac do przewodów uzwoje¬ nia odprowadza cieplo wytwarzajace sie w stoja- 5 nie- podczas pracy silnika w takim stopniu, ze skrzepniety material wypelniajacy, w temperatu¬ rze panujacej wewnatrz komory stojana ulega tyl¬ ko uplastycznieniu.Podwodny silnik elektryczny wedlug wynalazku 10 ma kadlub ,14, wewnatrz którego znajduje sie sto- jan wraz z uzwojeniem 1 oraz ochronna tuleja 2.Tuleja ochronna jest przymocowana do pokryw 3. wewnetrznych 3 i 4, które w miejscach 5 sa usz¬ czelnione z kadlubem 14, a w miejscach 6 z ochron- 15 na tuleja 2. Przestrzen pierscieniowa pomiedzy ka¬ dlubem 14, a pokrywami wewnetrznymi 3 i 4 oraz ochronna tuleja 2 tworzy komore stojana 8. Kon¬ cówki uzwojenia 1 sa wyprowadzone na zewnatrz komory stojana 8 przy pomocy gumowego kabla 15 20 uszczelnionego przy pomocy gumowego pierscie¬ nia 7.Wewnatrz ochronnej tulei 2 umieszczony jest wirnik 11. W górnej pokrywie 3 stojana wykonany jest zamykany wkretem 9 otwór, do którego przy- 25 lacza sie przewód powietrzny, a w dolnej pokry¬ wie 4 stojana wykonany jest zamykany wkretem 10 otwór, przez który wprowadzone jest roztopione tworzywo termoplastyczne. Kadlub 14 silnika jest zamkniety jego bocznymi pokrywami 12 i 13. 30 PL