SU1723638A1 - Асинхронный жидкостнозаполненный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электромашиностроению . Целью изобретени   вл етс  упрощение конструкции и повышение энергетических характеристик. Электродвигатель содержит статор 1 и ротор 5. Наружна  поверхность 13 ротора выполнена винтовой с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу. Дл  повышени  износостойкости наружна  поверхность 13 ротора выполнена из антифрикционного материала. Винтова  поверхность ротора может быть выполнена из отдельных участков, 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к асинхронным водоза- полненным погружным электродвигател м дл  привода скважинных насосов.

Известен асинхронный жидкостноза- полненный электродвигатель, содержащий статор с аксиальными каналами, ротор с валом цилиндрической формы, подшипниковые щиты с радиальными подшипниками, подп тник, днище.

Недостатками этого двигател   вл ютс  сложность конструкции из-за наличи  большого количества элементов - вала, радиальных подшипников и щитов подшипниковых , большой эксцентриситет ротора относительно расточки статора из-за отклонени  размеров ротора без вала, радиальных подшипников, щитов подшипниковых, корпуса статора, прогиба ротора под действием сил одностороннего магнитного прит жени  и радиальной составл ющей гидродинамической силы; низкие энергетические характеристики (cos p, КПД), обусловленные механическими потер ми в радиальных подшипниках, магнитными напр жени ми в воздушном зазоре и в роторе из-за большой величины воздушного зазора (д0 между статором и ротором и наличи  вала в  рме ротора, а также недостаточное охлаждение поверхности статора и ротора ввиду отсутстви  напорного устройства , обеспечивающего принудительное движение жидкости через зазор из одной полости двигател  в другую; низкие технические параметры, низка  надежность , увеличенный шум и вибраци  из-за износа подшипников поддействием на ротор сил одностороннего магнитного прит жени  и радиальной составл ющей гидродинамической силы, вызванных неконцентричным вращением ротора.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  асинхронный жидкостнозапол- ненный электродвигатель типа ПЭДВ250- 320В5, содержащий статор с аксиальными каналами, ротор с полым валом, .имеющий поверхность цилиндрической формы, подшипниковые щиты с радиальными подшипниками , подп тник, днище и напорное устройство в виде центробежного колеса (ТУ 16-513-303-82, электродвигатель асинхронный типа ПЭДВ250-320В5),

Недостатками этого двигател   вл ютс  сложность конструкции из-за наличи  ва- ла, радиальных подшипников, щитов подшипниковых, центробежного колеса; большой эксцентриситет ротора относительно статора из-за отклонени  размеров ротора без вала, радиальных подшипников,

щитов подшипниковых, корпуса статора, листов статора и качество их шихтовки, прогиба ротора поддействием сил одностороннего магнитного прит жени  и радиальной

составл ющей гидродинамической силы; низкие энергетические характеристики (cos p, КПД) из-за механических потерь в радиальных подшипниках, дополнительной мощности , потребл емой напорным устройством

0 (рабочим колесом), обеспечивающим охлаждение поверхностей статора и ротора в зазоре, больших магнитных напр жений в воздушном зазоре и в роторе из-за большой величины воздушного зазора между

5 статором и ротором и наличи  вала в  рме ротора, низкие технические параметры; низка  надежность, увеличение шума и вибраций из-за износа подшипников под действием на роторе сил одностороннего

0 магнитного прит жени  и радиальной составл ющей гидродинамической силы, вызванных неконцентрическим вращением ротора.

Целью изобретени   вл етс  упроще5 ние конструкции и повышение энергетических характеристик.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в асинхронном жидкостнозаполненном электродвигателе , содержащем статор с акси0 альными каналами, ротор, подп тник, днище и напорное устройство, наружна  поверхность ротора выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным це5 лому числу, что позвол ет уменьшить величину воздушного зазора между статором и верхней кромкой винтовой поверхности до образовани  гидростате дина ми чес ко го смазывающего сло  жидкости между ста0 тором и ротором и соответственно обеспечивающего концентрический подвес (расположение) ротора в расточке статора и образование напорного устройства (насосного эффекта между статором и рото5 ром), кроме того, наружна  поверхность ротора выполнена из антифрикционного материала.

Упрощение конструкции электродвигател  осуществл етс  за счет наружной по0 верхности ротора, выполненной по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу, которые обеспечивают гидростатодинамический подвес ротора в

5 статоре и насосного эффекта между статором и ротором.

Повышение энергетических характеристик электродвигател  осуществл етс  из- за меньшего зазора между статором и ротором, отсутстви  вала ротора, которые

снижают магнитные напр жени  в воздушном зазоре и роторе, улучшают охлаждение поверхностей статора и ротора в зазоре из- за наличи  принудительного движени  жидкости непосредственно через зазор из одной полости электродвигател  в другую под действием насосного эффекта винтовой поверхности ротора, таким образом, возрастает КПД и cos ip.

Повышаетс  надежность электродвигател  и снижаетс  шум электродвигател  из- за уменьшени  вибрации и износа пары скольжени  статор-ротор, так как при концентрическом подвесе ротора в статоре силы одностороннего магнитного прит жени  и радиальной составл ющей гидростатоди- намической смазывающего сло  жидкости, возникающие вдоль верхней кромки ротора , за один полный шаг уравновешивают сами себ .

Кроме того, снижаетс  масса двигател  и его материалоемкость за счет исключени  вала, подшипников радиальных, подшипниковых щитов и рабочего колеса.

Уменьша  одновременно значени  воздушного зазора между статором и ротором и механическое потери на трение и работы напорного устройства, выполнение верхней кромки или всей наружной поверхности ротора с винтовой поверхности из антифрикционного материала позвол ет уменьшить механические потери трени  ротора о жидкость , нагрев двигател  и, соответственно, увеличить энергетические характеристики и надежность двигател .

Наружна  поверхность ротора выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности , равным целому числу, которые в совокупности с наносным эффектом между статором и ротором обеспечивают образование гидростатодинамического смазывающего сло  жидкости между статором и ротором , концентрически подвешива  ротор в статоре, а также обеспечивают охлаждение внутренней поверхности двигател .

При этом ротор можно выполнить без вала, а двигатель без радиальных подшипников , подшипниковых щитов, а напорное устройство без рабочего колеса, т.е. упрощаетс  конструкци  двигател ; сила гидростатодинамического смазочного сло  жидкости, возникающа  вдоль верхней кромки винтовой поверхности ротора состоит из двух составл ющих - радиальной и осевой. Радиальна  составл юща  располагает ротор концентрично в статоре, уменьша  этим вибрацию и шум двигател , и уравновешивает односторонние силы магнитного прит жени  ротора к статору и эффекта Мангуса, уменьша  прогиб ротора.

Осева  составл юща  с учетом направлени  выполнена винтовой поверхности и

вращени  ротора уменьшает осевые силы насоса и т жести ротора, действующие на подп тник, увеличива  его надежность.

Выполнение ротора без вала, позвол ющее увеличить его  рмо, и уменьшение

0 зазора между статором и ротором за счет уменьшени  зазора между статором и верхней кромкой винтовой поверхности ротора , дает возможность уменьшить магнитные напр жени  в  рме ротора и

5 зазоре (которые в сумме составл ют не менее 70-90% в погружных электродвигател х ) и увеличить за счет этого КПД и cos p, электродвигател .

Величина зазора в асинхронных элект0 родвигател х зависит в основном от внутреннего диаметра статора, диаметра и длины вала между подшипниками: от внутреннего диаметра статора завис т неизбеж- ные производственные отклонени 

5 (допуски при механической обработке листов и сборке их в пакеты статора и ротора; от диаметра и длины вала между подшипниками зависит прогиб вала.

Производственные отклонени  (долу0 ски) в предлагаемом электродвигателе меньше, чем в прототипе, так как исключены отклонени  механической обработки подшипниковых щитов и посадочных поверхностей корпуса статора под ними из-за

5 отсутстви  подшипниковых щитов.

Значение зазора в асинхронных водоза- полненных погружных электродвигател х, в основном, зависит от отношени  длины и диаметра вала между подшипниками, кото0 рые доход т до 25, т.е. значение зазора зависит от прогиба вала.

Учитыва , что в предлагаемом электродвигателе производственные отклонени  и прогиб ротора меньше, меньше значени 

5 суммарного зазора между статором и кромками винтовой поверхности ротора, соответственно верхнее и нижнее, чем значение зазора между статором электродвигател  (прототип), так как зазор между

0 статором и верхней кромкой всегда меньше из-за необходимости создани  гидростатодинамического смазывающего сло  жидкости, то значение зазора между статором и ротором всегда меньше значени  за5 зора между статором и ротором двигател  (прототип).

Выполнение наружной поверхности ротора по винтовой поверхности позвол ет улучшить охлаждение поверхностей расточки статора и ротора за счет напорного устройства , т.е. за счет образовани  насосного эффекта непосредственно в зазоре между статором и ротором, таким образом за счет улучшени  охлаждени  можно увеличить нагрузку двигател  или уменьшить его температуру нагрева, т.е. возрастет КПД и надежность двигател .

КПД электрической машины представл ет собой отношение полезно отдаваемой мощности PZ к подводимой мощности

р2 PV Ч . где Pi Ра + Р, Р представл ет

Pi

собой сумму всех потерь в электрической машине (потери в проводниках, потери в стали, потери от вихревых токов, механические потери).

Исход  из указанной формулы следует, что чем меньше сумма (Р) потерь, тем ближе по величине подводима  мощность к полезной , тем выше КПД.

В предлагаемом изобретении потери в проводниках снижаютс  за счет улучшени  охлаждени  статора и ротора, т.е. снижени  температуры их нагрева, а следовательно, сопротивлени .

На фиг. 1 изображен асинхронный жид- костнозаполненный электродвигатель, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Асинхронный жидкостнозаполненный электродвигатель содержит статор 1 с аксиальными каналами 2 вдоль пазов 3 между проводниками 4 из водостойкого обмоточного провода, ротор 5 с муфтой 6, примыкающий к верхнему его торцу 7 дл  передачи вращательного момента, ротор 5 опираетс  торцом 8 на подп тник 9, установленный в днище 10 и полости 11 и 12. Наружна  поверхность 13 ротора 5 выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу.

Зазор д между статором 1 и верхней кромкой 14 ротора 5 мал (в несколько дес тков микрон), а зазор 62 между статором 1 и нижней кромкой 15 ротора 5 меньше или, например, равен зазору между статором 1 и ротором 5 электродвигателей, прин тых за аналог и прототип, имеющих наружную поверхность ротора 5,выполненную по цилиндрической поверхности.

Зазор 62 между статором 1 и нижней кромкой 15 ротора 5 равен или больше одностороннего зазора -у между статором 1

и ротором 5 электродвигателей, прин тыми за аналог и прототип.

При этом в асинхронном жидкостноза- полненном электродвигателе наружна  поверхность ротора по длине выполн етс  из

отдельных участков с отношением длины каждого участка к шагу винтовой поверхности на этом участке, равным целому числу; участки с наружной поверхностью ротора по

цилиндрической поверхности имеют зазор между статором и ротором 5з, выполн ют условие д дз д0, необходимое дл  циркул ции жидкости.

Дл  повышени  износостойкости верхн   кромка или вс  наружна  поверхность ротора по винтовой поверхности выполн етс  из антифрикционного материала.

Принцип работы асинхронного жидко- стнозаполненного электродвигател  следующий .

При подключении электродвигател  к сети ротор 5 начинает вращатьс . Жидкость из полости 11 под действием насосного эффекта винтовой поверхности 13 ротора 5

через зазор движетс  в осевом направлении , создава  давление, смазыва  и охлажда  поверхность статора 1 и ротора 5, поступа  в полость 12, откуда через каналы 2 вдоль пазов 3 между проводниками возвращаетс  в полость 11.

Учитыва , что в любом поперечном сечении ротор 5 имеет круглую форму, ось которого смещаетс  параллельно поверхности винтовой формы с верхней 14 и нижней 15 кромками, а также то, что зазор 5i между статором 1 и верхней кромкой 14 ротора 5 меньше удвоенного значени  высоты гидростатодинамического смазывающего сло  жидкости 2h, вращение ротора в совокупности с давлением возникающего насосного эффекта способствует образованию между статором 1 и ротором 5 вдоль всей длины верхней кромки 14 винтовой поверхности 13 гидростатодинамического

смазывающего сло  жидкости, радиальна  составл юща  которого, действу  на ротор 5, подвешивает (располагает) его относительно поверхности статора 1 концентрич- но, уравновешива  и уменьша  этим

действие сил одностороннего магнитного прит жени , эффекта Мангуса в жидкости и инерции массы ротора 5, а осева  составл юща  совместно с осевой силой гидростатодинамического смазывающего сло 

жидкости, возникающего между торцом 8 ротора 5 и подп тником 9, противодействуют осевым силам насоса и т жести ротора 5.

В целом, насосный эффект ротора 5,

взаимодейству  с гидростатодинамическим смазывающим слоем жидкости, возникающим между статором 1 и ротором 5, и осевым гидродинамическим смазывающим слоем жидкости между торцом 8 ротора 5 и

подп тником 9, обеспечивает себе гидро- статодинамический подвес.

Дл  осуществлени  устойчивого равновеси  радиальных сил необходимо, чтобы гидростатодинамический смазывающий слой жидкости образовывалс  по всей окружности ротора вдоль его верхней кромки винтовой поверхности. Это может быть только при условии, что отношение длины ротора к шагу винтовой поверхности равно целому числу, величины зазоров между статором и соответственно верхней и нижней кромками ротора 5i и 62 удовлетвор ют

А 1 Ач

услови м di 2h и --- до. а также при наличии давлени  в этих зазорах (насосного эффекта).

Таким образом, под действием радиальных сил гидростатодинамического смазыва- ющего сло  жидкости ротор займет концентрическое положение относительно статора, т.е. осуществитс  радиальный гидростатодинамический подвес ротора в статоре .

Дл  образовани  напорного устройства (насосного эффекта жидкости) в зазоре на винтовой поверхности 13 ротора 5, жидкость из нижней полости двигател  через зазоры между проводниками 4 пазов 3 статора 1 (коэффициент заполнени  пазов проводниками, например, в погружных электродвигател х, выпускаемые по ОСТ 26-06-1161-79 равен 0,45-0,55) поступает в верхнюю полость 12 двигател , а далее, смазыва  и охлажда  поверхности статора и ротора, поступает в нижнюю полость 11.

При очень длинных роторах дл  осуществлени  гидростатодинамического подвеса ротора, уменьша  механические потери на трение жидкости о ротор (при роторе с винтовой поверхностью потери на трение увеличиваютс , особенно из-за действи  жидкостного гидростатодинамического смазывающего сло  жидкости) и обеспече- ние циркул ции жидкости в зазоре между статором и ротором, достаточно на наружной поверхности ротора по длине выполнить отдельные участки с отношением

длины каждого участка к шагу винтовой поверхности на этом участке, равным целому числу, а величины зазоров между статором и соответственно верхней и нижней кромками ротора д л дг выполнить при услоS , в

ви х di 2h и 1 - до, т.е. чтобы

жидкостный гидростатодинамический смазочный слой жидкости на каждом участке ротора с винтовой поверхностью образовалс  по всему диаметру ротора.

Использование предлагаемого изобретени  позволит выполнить асинхронные жидкостнозаполненные электродвигатели без радиальных подшипников, щитов подшипниковых , вала и рабочего колеса.

Исключение из конструкции электродвигател  щитов подшипниковых, радиальных подшипников скольжени , вала, уменьшение зазора между статором и ротором , концентричное вращение ротора отно- сительно статора и принудительное движение жидкости через зазор между статором и ротором увеличивает КПД и cos p упрощают конструкцию, снижают металлоемкость и увеличивают надежность электродвигател .

Claims (3)

1.Асинхронный жидкостнозаполнен- ный электродвигатель, содержащий статор с аксиальными каналами, ротор, подп тник, днище и напорное устройство, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции и повышени  энергетических характеристик, наружна  поверхность ротора выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу.

2.Электродвигатель по п. отличающий с   тем, что наружна  поверхность ротора по длине выполнена из отдельных участков с отношением длины каждого участка к шагу винтовой поверхности на этом участке, равным целому числу.

3.Электродвигатель по пп. 1 .отличающийс  теп, что наружна  поверхность ротора выполнена из антифрикционного материала.