RU2173926C1

RU2173926C1 - Electric motor for sealed objects

Info

Publication number: RU2173926C1
Application number: RU2000102471A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Забора; К.Я. Вильданов; Г.Н. Учуваткин; С.Б. Казанский; А.А. Ставинский
Original assignee: Забора Игорь Георгиевич; Вильданов Камиль Якубович; Учуваткин Григорий Никанорович; Казанский Сергей Борисович; Ставинский Андрей Андреевич
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: electric machine engineering, design of special electric asynchronous sealed motors used in industrial plants operating under conditions of chemically corrosive, radiation and explosion- risky gaseous atmosphere and liquid media, under high pressure and temperature and including sealed stator. SUBSTANCE: proposed electric motor has rotor and stator mounted in frame and positioned in spaces separated by tight partition. It additionally has two magnetic circuits with one slot located with stator and another slot located with rotor on both sides of partition so that surface of one magnetic circuit on side of slots borders on active surface of stator and similar surface of second magnetic circuit is separated from active surface of rotor by working gap. Rods of short-circuited winding are located in slots of magnetic circuits, rods of one magnetic circuit being electrically connected to rods of second magnetic circuit and shorted by short- circuiting rings on opposite ends. Rods common for both magnetic circuits and passing through sealed holes made in partition are located in slots. Rods are connected to electric pressure-seal feeds-through positioned in partition. EFFECT: expanded application field, raised energy characteristics and operational reliability of electric motor for sealed objects. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области специальных электрических машин, а именно к конструкции электрических асинхронных герметизированных двигателей, используемых в промышленных установках для работы в химически агрессивных, радиационных и взрывоопасных газообразных и жидких средах, при высоких давлениях и температуре и содержащих герметизированные статоры. The invention relates to the field of special electric machines, namely, to the design of electric induction sealed motors used in industrial plants for operation in chemically aggressive, radiation and explosive gaseous and liquid environments, at high pressures and temperatures and containing sealed stators.

Известны герметичные электродвигатели, предназначенные для работы непосредственно в герметичных объектах или в агрессивных средах, например погружные двигатели [1] . Такие двигатели содержат герметичные уплотнения между вращающимся валом и герметичным корпусом либо герметизированный статор, заключенный в герметичном корпусе, и ротор, вращающийся в рабочей среде. Known sealed motors designed to work directly in sealed objects or in aggressive environments, such as submersible motors [1]. Such motors contain hermetic seals between the rotating shaft and the sealed housing, or a sealed stator enclosed in a sealed housing, and a rotor rotating in the working medium.

Недостатками таких двигателей является ограниченная область применения и низкая надежность, обусловленные трудностями технического обслуживания и ремонта, а также малый ресурс герметичности уплотнения вращающегося вала. The disadvantages of such engines are the limited scope and low reliability due to the difficulties of maintenance and repair, as well as the low resource tightness of the seal of the rotating shaft.

Известны также асинхронные двигатели для привода устройств, работающих в герметичных объектах или агрессивных средах, со статором, вынесенным за пределы объекта (среды), в котором вращается ротор, и отделенным от ротора герметичной перегородкой-экраном [2]. Электродвигатель, описанный в [2, с. 26, рис. 5] и принятый в качестве прототипа, содержит установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой. Герметичная перегородка-экран выполнена в виде сплошной, тонкостенной цилиндрической гильзы, расположенной между статором и ротором. Asynchronous motors are also known for driving devices operating in sealed objects or aggressive environments, with a stator removed from the object (medium) in which the rotor rotates and separated from the rotor by a sealed screen-partition [2]. The electric motor described in [2, p. 26, fig. 5] and adopted as a prototype, contains a stator and a rotor installed in the housing, located in cavities separated by a sealed partition. The sealed screen partition is made in the form of a continuous, thin-walled cylindrical sleeve located between the stator and the rotor.

Недостатками прототипа являются низкие энергетические характеристики из-за увеличенного на толщину гильзы зазора между статором и ротором. Кроме этого, часть энергии электромагнитного поля не передается в ротор, а выделяется в виде тепла от действия вихревых токов, наводимых в экране при пересечении его основным магнитным потоком. Другими недостатками прототипа являются сложные системы разгрузки тонкостенной гильзы от аксиально-радиальных усилий в герметичном объекте и трудности отвода тепла с ротора, находящегося в герметичной полости и охваченного основным источником тепловыделения. The disadvantages of the prototype are low energy characteristics due to the increased by the thickness of the liner gap between the stator and the rotor. In addition, part of the energy of the electromagnetic field is not transferred to the rotor, but is released in the form of heat from the action of eddy currents induced in the screen when it intersects with the main magnetic flux. Other disadvantages of the prototype are complex systems for unloading a thin-walled sleeve from axial radial forces in a sealed object and the difficulty of removing heat from a rotor located in a sealed cavity and covered by the main heat source.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения и повышение энергетических характеристик и надежности электродвигателя для герметичных объектов. The task of the invention is to expand the scope and increase the energy characteristics and reliability of the electric motor for sealed objects.

Поставленная задача решается за счет того, что двигатель, содержащий установленные в корпусе статор и ротор, расположенные в полостях, разделенных герметичной перегородкой, дополнительно содержит два магнитопровода с пазами, размещенных один со статором, другой - с ротором по обе стороны от перегородки так, что поверхность со стороны пазов одного магнитопровода примыкает к активной поверхности статора, а аналогичная поверхность второго магнитопровода отделена от активной поверхности ротора рабочим зазором. В пазах магнитопроводов размещены стержни короткозамкнутой обмотки, причем стержни одного магнитопровода электрически соединены со стержнями второго магнитопровода и с противоположных концов замкнуты короткозамыкающими кольцами. В пазах расположены общие для обоих магнитопроводов стержни, проходящие через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке. Стержни соединены с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке. The problem is solved due to the fact that the engine containing the stator and rotor located in the cavities, separated by a sealed partition, additionally contains two magnetic cores with grooves, one with the stator, the other with the rotor on both sides of the partition so that the surface from the grooves of one magnetic circuit is adjacent to the active surface of the stator, and a similar surface of the second magnetic circuit is separated from the active surface of the rotor by the working gap. In the grooves of the magnetic cores, rods of the short-circuited winding are placed, and the rods of one magnetic circuit are electrically connected to the rods of the second magnetic circuit and are closed by short-circuiting rings from opposite ends. In the grooves are rods common to both magnetic circuits, passing through hermetically sealed openings made in the partition. The rods are connected to electrical glands located in the partition.

Выполнение двигателя в соответствии с вышеназванными основными признаками расширяет возможные области применения, а также повышает энергетические характеристики и надежность за счет устранения потерь в разделяющей полости статора и ротора герметичной перегородке, независимости характеристик двигателя от толщины герметичной перегородки, отсутствия специальных систем и разгрузки перегородки от механических напряжений. The implementation of the engine in accordance with the above main features expands possible applications, and also improves energy performance and reliability by eliminating losses in the separating cavity of the stator and rotor of the sealed partition, the independence of the motor characteristics from the thickness of the sealed partition, the absence of special systems and unloading of the partition from mechanical stress .

Признаки, касающиеся расположения в пазах общих для магнитопроводов стержней, проходящих через герметически уплотненные отверстия, выполненные в перегородке, и соединения стержней с электрическими гермовводами, расположенными в перегородке, развивают общие признаки и поэтому являются частными. Signs regarding the arrangement in the grooves of the rods common to the magnetic cores, passing through the hermetically sealed openings made in the partition, and the connection of the rods with the electrical pressure glands located in the partition, develop common features and therefore are private.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез электродвигателя для герметичных объектов с цилиндрическими статором, ротором и магнитопроводами. На фиг. 2 - продольный разрез аналогичного двигателя с торцевыми статором, ротором и магнитопроводами. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a longitudinal section of an electric motor for sealed objects with a cylindrical stator, rotor and magnetic circuits. In FIG. 2 is a longitudinal section of a similar engine with an end stator, a rotor and magnetic circuits.

Каждый из указанных двигателей содержит статор 1 и ротор 2, расположенные в полостях 3 и 4, разделенных герметичной перегородкой 5, а также магнитопроводы 6,7 с пазами 8,9. Магнитопровод 6 расположен со статором 1, магнитопровод 7 - с ротором 2 по обе стороны от перегородки 5. Each of these motors contains a stator 1 and rotor 2 located in cavities 3 and 4, separated by a sealed partition 5, as well as magnetic circuits 6.7 with grooves 8.9. The magnetic circuit 6 is located with the stator 1, the magnetic circuit 7 - with the rotor 2 on both sides of the partition 5.

Поверхность 10 со стороны пазов 8 магнитопровода 6 примыкает к активной поверхности статора 1, а поверхность 11 магнитопровода 7 отделена от активной поверхности ротора 2 рабочим зазором 12. В пазах 8 и 9 размещены стержни обмотки, соответственно 13 и 14, причем каждый стержень 13 магнитопровода 6 скреплен со стержнем 14 магнитопровода 7 герметичным электрическим соединением 15, а с противоположных концов стержни 13 и 14 замкнуты короткозамыкающими кольцами, соответственно 16 и 17. The surface 10 from the side of the grooves 8 of the magnetic circuit 6 is adjacent to the active surface of the stator 1, and the surface 11 of the magnetic circuit 7 is separated from the active surface of the rotor 2 by a working gap 12. In the grooves 8 and 9 are placed the winding rods 13 and 14, respectively, each rod 13 of the magnetic circuit 6 fastened to the rod 14 of the magnetic circuit 7 by a sealed electrical connection 15, and from the opposite ends, the rods 13 and 14 are closed by short-circuiting rings, respectively 16 and 17.

В двигателе, изображенном на фиг. 1, электрическими и механическими соединителями стержней 13 и 14 являются средние части стержней 15, общих для магнитопроводов 6 и 7, проходящих через герметически уплотненные отверстия 18 в перегородке 5. В двигателе на фиг. 2 соединителями стержней 13 и 14 служат электрические гермовводы 15, установленные в отверстиях 18 перегородки 5. Перегородка 5 может быть частью фланца корпуса электродвигателя, герметично закрывающего люк в корпусе герметичного объекта (не показан), либо может быть частью корпуса герметичного объекта. In the engine of FIG. 1, the electrical and mechanical connectors of the rods 13 and 14 are the middle parts of the rods 15 common to the magnetic cores 6 and 7 passing through the hermetically sealed holes 18 in the partition 5. In the engine of FIG. 2 the terminals of the rods 13 and 14 are electrical pressure glands 15 installed in the holes 18 of the partition 5. The partition 5 may be part of the flange of the motor housing, hermetically closing the hatch in the body of a sealed object (not shown), or may be part of the body of a sealed object.

Двигатель работает следующим образом. Вращающееся магнитное поле, созданное статором 1, проходит через магнитопровод 6 и наводит в его стержнях 13 Z-фазную систему ЭДС и токов (где Z - число пазов и зубцов в каждом из магнитопроводов 6 и 7). Эти токи замыкаются в кольцах 16, а проходя через электрические гермовводы 15 и стержни 14 магнитопровода 7, замыкаются с другой стороны в кольцах 17. Z-фазная система токов, протекающая по стержням 14, создает в рабочем зазоре 12 между магнитопроводом 7 и ротором 2 вращающееся магнитное поле с числом полюсов статора 1. Это поле, проходя через ротор 2, наводит в его короткозамкнутой обмотке ЭДС и создает электромагнитный момент, который приводит ротор во вращение, аналогично обычному асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. The engine operates as follows. The rotating magnetic field created by the stator 1 passes through the magnetic circuit 6 and induces a Z-phase system of EMF and currents in its rods 13 (where Z is the number of grooves and teeth in each of the magnetic circuits 6 and 7). These currents are closed in the rings 16, and passing through the electrical pressure glands 15 and the rods 14 of the magnetic circuit 7, are closed on the other side in the rings 17. The Z-phase current system flowing through the rods 14 creates a rotating in the working gap 12 between the magnetic circuit 7 and the rotor 2 a magnetic field with the number of poles of stator 1. This field, passing through rotor 2, induces an EMF in its short-circuited winding and creates an electromagnetic moment that drives the rotor, similar to a conventional squirrel-cage induction motor.

Вышеописанная конструкция электродвигателя для герметичных объектов по существу представляет агрегат из двух электрических машин (разновидность машинно-трансформаторных агрегатов, рассмотренных в [3]), связанных стержнями 13 и 14 и разделенных герметичной перегородкой 5. Одна электрическая машина (в правой части от перегородки) является понижающим трансформатором с вращающимся магнитным полем и преобразователем числа фаз из m=3 для всыпной обмотки статора 1, подключенной к трехфазной сети, в число фаз m=Z для вторичной обмотки трансформатора, состоящей из Z стержней 13, электрически замкнутых кольцом 16. Вторая электрическая машина (в левой части от перегородки 5) представляет собой асинхронный двигатель с обычным короткозамкнутым ротором 2 и статором 7 с Z-фазной стержневой обмоткой возбуждения, электрически замкнутой кольцом 17 и подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, то есть к стержням 13 через электрические гермовводы 15. The above-described design of the electric motor for sealed objects essentially represents an assembly of two electric machines (a type of machine-transformer units discussed in [3]) connected by rods 13 and 14 and separated by a sealed partition 5. One electric machine (to the right of the partition) is step-down transformer with a rotating magnetic field and a converter of the number of phases from m = 3 for the bulk winding of the stator 1 connected to a three-phase network into the number of phases m = Z for the secondary winding of the transformer a, consisting of Z rods 13, electrically closed by a ring 16. The second electric machine (on the left side of the partition 5) is an induction motor with a conventional squirrel cage rotor 2 and a stator 7 with a Z-phase rod excitation coil, electrically closed by a ring 17 and connected to the secondary winding of the transformer, that is, to the rods 13 through electrical pressure glands 15.

В предложенной конструкции за счет отсутствия экранирующей гильзы статора и уменьшения в несколько раз зазора между статором и ротором повышены энергетические характеристики по сравнению с известными герметичными электродвигателями. Кроме этого, предлагаемый электродвигатель может быть выполнен с низковольтной стержневой короткозамкнутой обмоткой статора без изоляционного покрытия стержней (аналогично короткозамкнутой обмотке ротора обычного асинхронного двигателя). Это дает возможность повысить до 1 коэффициент заполнения пазов проводниковым материалом и сократить до минимума длину лобовых частей обмоток, тем самым - увеличить энергетические показатели в двигательной части машины. Фазное напряжение, подаваемое на стержневую обмотку 14 статора, не превышает 2-3 В. Такая конструкция двигателя позволяет использовать его во взрыво- и пожароопасных средах, а также при высоких температурах окружающей среды (до 500-600^oС) и сильном радиационном излучении (например, в электроприводе механизмов в зоне реактора атомных электростанций).In the proposed design, due to the absence of the shielding sleeve of the stator and the reduction of the gap between the stator and the rotor by several times, the energy characteristics are increased in comparison with the known sealed electric motors. In addition, the proposed motor can be made with a low-voltage short-circuited rod stator winding without insulating coating of the rods (similar to the short-circuited rotor winding of a conventional asynchronous motor). This makes it possible to increase the fill factor of grooves with a conductive material to 1 and to minimize the length of the frontal parts of the windings, thereby increasing energy performance in the motor part of the machine. The phase voltage supplied to the stator winding 14 does not exceed 2-3 V. This engine design allows its use in explosive and fire hazardous environments, as well as at high ambient temperatures (up to 500-600 ^o С) and strong radiation ( for example, in electric drive mechanisms in the reactor zone of nuclear power plants).

В случае необходимости обеспечения малых осевых размеров конструкция электродвигателя для герметичных объектов может быть выполнена в торцевом исполнении, как показано на фиг. 2. В этом случае сердечники статора 1 и ротора 2 выполняются в виде магнитопроводящих дисков (например, из витой электротехнической стали) с радиальными пазами под проводники обмоток. Так же как и в цилиндрической конструкции (фиг. 1), в торцевом исполнении стержневые обмотки 13 и 14 замкнуты по внутренней периферии кольцами, соответственно 16 и 17. If it is necessary to ensure small axial dimensions, the design of the electric motor for sealed objects can be performed in the end version, as shown in FIG. 2. In this case, the cores of the stator 1 and rotor 2 are made in the form of magnetic conductive disks (for example, of twisted electrical steel) with radial grooves for the conductors of the windings. As in the cylindrical structure (Fig. 1), in the end version the core windings 13 and 14 are closed on the inner periphery by rings, respectively 16 and 17.

Источники информации
1. Счастливый Г.Г. Погружные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1983.Sources of information
1. Happy G.G. Submersible induction motors. M .: Energoatomizdat, 1983.

2. Вишневский Н. Е. , Глуханов Н.П., Ковалев И.С. Машины и аппараты с герметичным электроприводом. Л.: Машиностроение, 1977. 2. Vishnevsky N. E., Glukhanov N. P., Kovalev I. S. Machines and devices with sealed electric drive. L .: Engineering, 1977.

3. Свечарник Д. В. , Забора И. Г. Машинно-трансформаторный агрегат //Электротехника. 1998, с. 1-8. 3. Candlestick D. V., Fence I. G. Machine-transformer unit // Electrical Engineering. 1998, p. 1-8.

Claims

1. An electric motor for sealed objects, comprising a stator and a rotor installed in the housing, located in cavities separated by a sealed partition, characterized in that it contains two additional magnetic circuits with grooves, which are conductive rods connected electrically and closed with short-circuiting rings at opposite ends , while the surface of one of the magnetic cores on the grooves side is adjacent to the active surface of the stator, and a similar surface of the second magnetic circuit is from the active surface of the rotor with a working gap.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that in the grooves of the additional magnetic circuits there are common rods passing through hermetically sealed openings made in the partition.

3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the rods are connected to electrical hermetic inputs located in the partition.