Асинхронный жидкостнозаполненный электродвигатель

)5 Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нтр Научно-проя "Молдавгидро асинхергия,Погружнли. М.; тво ССС(54) АСИ НХРО Н Н Ы Й ЖИДКОСТН ОЗАПОЛНЕННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электромашиностроению. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение энергетических характеристик, Электродвигатель содержит статор 1 и ротор 5. Наружная поверхность 13 ротора выполнена винтовой с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу. Для повышения износостойкости наружная поверхность 13 ротора выполнена из антифрикционного материала, Винтовая поверхность ротора может быть выполнена из отдельных участков, 2 з.п.ф-лы, 2 ил.К уИзобретение относится к машк машиностро- щитов подшипниковых, корпуса статора,ению, в частности к асинхронныронным водоза- листов статора и качество их шихтовки, прополненным погружным электродвиэ ектродвигателям гиба ротора под действием сил одностороннего магнитного притяжения и радиальноидля привода скважинных насосов.Известен асинхронныи ижидкостноза составляющей гидродинамической силы;полненный электродвиектродвигатель содержащий низкие энергетические характеристики (соз р,статор с аксиальными каальными каналами, ротор с КПД) из-за механических потерь в радиаль- новалом цилиндрической формы, иформы подшипни- ных подшипниках, дополнительнои мощчковые щиты с радиальными подшип иодшипниками сти, потребляемой напорным устроиством10 (рабочим колесом), обеспечивающим охподпятник, днище.чи ото аНедостатками этого двиг то двигателя являют- лаждение поверхностеи статора р рся сложность конструкции из-за нали- а наличия в зазоре, больших магнитных напряжениибольшого количества элементов -нтов - вала ра- в воздушном зазоре и в роторе из-за больдиальных подшипников и щитов ик ви щитов подшипни- шой величины воздушного зазора междуковых, большои эксц нкс ентриситет ротора 15 статором и ротором и наличия вала в ярмеотносительно расточки статстатораиз-заоткло- ротора, низкие технические параметры;нения размеров ротора ез вбез вала радиаль- низкая надежность, увеличение шума иных подшипников, щитов подшиодшипниковых вибраций из-за износа подшипников подФкорпуса статора, проги а ротораб ораподдейст- действием на роторе сил одностороннеговием сил одностороннего магнитнаг итного при магнитного притяжения и радиальной сотяжения и радиальнои составй составляющей ставляющей гидродинамической силы, выгидродинамическои силы; ннизкие энергети- званных неконцентрическим вращениемческие характеристики (сов р КПД), обус- ротора.ловленные механическими потескими потерями в Целью изобретения является упрощерадиальных подшипниках, мах магнитными 25 ние конструкции и повышение энергетичеи в воздушном зазоре и в ских характеристик,напряжениями в вт ятем чтовроторе из-за большои велиб еличины воздушно- Указанная цель достигае с(д ) меж стато ом и ротором и асинхронном жидкостнозаполненном элекналичия вала в ярме ротора, а также недо- тродвигателе, содержаще рм стато с акси 30 альными каналами, ротор, подпятник,статочное охлаждение поверхности статораи ро р ду уи ото а ввиду отсутствия напорногнапорного уст- днище и напорное устройство, наружная поверхность ротора выполнена по винтовоиройства, обеспечивающего принудительчерез зазор из поверхности с отношением длины ротораное движение жидкости через зазорк шагу винтовой поверхности, равным це 35 яет уменьшить велитехнические параметры, низкая надеж- ломучислу,чтопозволность, увеличенный шум и ви рация из-заб -за чину воздушного зазора между статором иверхней кромкой винтовой поверхности доизноса подшипников под действием на рообразования гидростатодинамическоготор сил одностороннего магнитного притяжения и радиальной составляющей гидющей гидро- смазывающего слоя жидкости между стаинамической силы, вызванных неконценте онцент тором и ротором и соответственно обеспеАчивающего концентрический подвесричным вращением ротора.Наиболее близким к предлагаемому (расположение) ротора в расточке статораи образование напорного устройства (наявляется асинхронный жидкостнозаполигатель типа ПЭДВ 250- сосного эффекта между статором и ротоненный электродвигатель типа) к оме того на жная поверхность320 В 5, содержащий статор с аксиальными 45 ром), кроме того, наруканалами, ротор с полым валом,.имеющий ротора выполнена из антифрикционногоповерхность цилиндрической формы, под- материала,шипниковые щиты с радиальными подшип- Упрощение конструкции электродвигателя осуществляется за счет наружной пон сти ото а, выполненной поустрои ство в виде центробежного колеса 50 верхности ротора, выполн(ТУ 16-513-303-82, электродвигатель асинх- винтовои поверхности с оПЗДВ 250-320 В 5), ротора к шагу винтовой поверхности, равронный типа ДНедостатками этого двигателя являют- ным целому числу, ри кото ые обеспечиваются сложность конструкции из-за наличия ва- гидростатодинамический подвес ротора вла, радиальных подшипников, щитовщитов 55 статоре и насосного эффекта между статоподшипниковых, центробежного колеса; ром и ротором,Повышение энергетических характерибольшой эксцентриситет ротора относистик электродвигателя осуществляется изтельно статора из-за отклонения размеровото а без вала, радиальных, р иальных подшипников, за меньшего зазора между статором иротором, отсутствия вала ротора, которые510 15 20 25 30 35 40 50 снижают магнитные напряжения в воздушном зазоре и роторе, улучшают охлаждение поверхностей статора и ротора в зазоре изза наличия принудительного движения жидкости непосредственно через зазор из одной полости электродвигателя в другую под действием насосного эффекта винтовой поверхности ротора, таким образом, возрастает КПД и сов р.Повышается надежность электродвигателя и снижается шум электродвигателя изза уменьшения вибрации и износа пары скольжения статор-ротор, так как при концентрическом подвесе ротора в статоре силы одностороннего магнитного притяжения и радиальной составляющей гидростатодинамической смазывающего слоя жидкости, возникающие вдоль верхней кромки ротора, за один полный шаг уравновешивают сами себя.Кроме того, снижается масса двигателя и его материалоемкость за счет исключения вала, подшипников радиальных, подшипниковых щитов и рабочего колеса,Уменьшая одновременно значения 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 позволяет уменьшить механические потери трения ротора о жидкость, нагрев двигателя и, соответственно, увеличить энергетические характеристики и надежность двигателя.Наружная 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 смазываю- щего слоя жидкости между статором и ротором, концентрически подвешивая ротор в статоре, а также обеспечивают охлаждениевнутренней поверхности двигателя,При этом ротор можно выполнить без вала, а двигатель без радиальных подшипников, подшипниковых щитов, а напорное устройство беэ рабочего колеса, т.е. упрощается конструкция двигателя; сила гидростатодинамического смазочного слоя жидкости, возникающая вдоль верхней кромки винтовой поверхности ротора состоит из двух составляющих - радиальной и осевой. Радиальная составляющая располагает ротор концентрично в статоре, уменьшая этим вибрацию и шум двигателя, и уравновешивает односторонние силы магнитного притяжения ротора к статору и эффекта Мангуса, уменьшая прогиб ротора.Осевая составляющая с учетом направления выполнена винтовой поверхности и вращения ротора уменьшает осевые силы насоса и тяжести ротора, действующие на подпятник, увеличивая его надежность.Выполнение ротора без вала, позволяющее увеличить его ярмо, и уменьшение зазора между статором и ротором за счет уменьшения зазора между статором и верхней кромкой винтовой поверхности ротора, дает возможность уменьшить магнитные напряжения в ярме ротора и зазоре (которые в сумме составляют не менее 70 - 90 в погружных электродвигателях) и увеличить за счет этого КПД и сов р, электродвигателя.Величина зазора в асинхронных электродвигателях зависит в основном от внутреннего диаметра статора, диаметра и длины вала между подшипниками: от внутреннего диаметра статора зависят неизбежные производственные отклонения (допуски при механической обработке листов и сборке их в пакеты статора и ротора; от диаметра и длины вала между подшипниками зависит прогиб вала.Производственные отклонения (допуски) в предлагаемом электродвигателе меньше, чем в прототипе, так как исключены отклонения механической обработки подшипниковых щитов и посадочных поверхностей корпуса статора под ними из-за отсутствия подшипниковых щитов.Значение зазора в асинхронных водозаполненных погружных электродвигателях, в основном, зависит от отношения длины и диаметра вала между подшипниками, которые доходят до 25, т.е. значение зазора зависит от прогиба вала,Учитывая, что в предлагаемом электродвигателе производственные отклонения и прогиб ротора меньше, меньше значения суммарного зазора между статором и кромками винтовой поверхности ротора, соответственно верхнее и нижнее, чем значение зазора между статором электродвигателя (прототип), так как зазор между статором и верхней кромкой всегда меньше из-за необходимости создания гидростатодинамического смазывающего слоя жидкости, то значение зазора между статором и ротором всегда меньше значения зазора между статором и ротором двигателя (прототип).Выполнение наружной поверхности ротора по винтовой поверхности позволяет улучшить охлаждение поверхностей расточки статора и ротора за счет напорного уст 1723638ройства, т.е, за счет образования насосного эффекта непосредственно в зазоре между статором и ротором, таким образом за счет улучшения охлаждения можно увеличить нагрузку двигателя или уменьшить его температуру нагрева, т,е. возрастет КПД и надежность двигателя.КПД электрической машины представляет собой отношение полезно отдаваемой мощности Рг к подводимой мощности Р 1; ц = - , где Р 1= Рг+ Р, Р представляетРгР 1собой сумму всех потерь в электрической машине (потери в проводниках, потери в стали, потери от вихревых токов, механические потери).Исходя из указанной формулы следует, что чем меньше сумма (Р) потерь, тем ближе по величине подводимая мощность к полезной, тем выше КПД.В предлагаемом изобретении потери в проводниках снижаются за счет улучшения охлаждения статора и ротора, т.е. снижения температуры их нагрева, а следовательно, сопротивления,На фиг. 1 изображен асинхронный жидкостнозаполненный 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 для передачи вращательного момента, ротор 5 опирается торцом 8 на подпятник 9, установленный в днище 10 и полости 11 и 12. Наружная поверхность 13 ротора 5 выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу,Зазор д 1 между статором 1 и верхней кромкой 14 ротора 5 мал (в несколько десятков микрон), а зазор дг между статором 1 и нижней кромкой 15 ротора 5 меньше или, например, равен зазору между статором 1 и ротором 5 электродвигателей, принятых за аналог и прототип, имеющих наружную поверхность ротора 5, выполненную по цилиндрической поверхности.Зазор дг между статором 1 и нижней кромкой 15 ротора 5 равен или больше одноностороннего зазора - между статором 12и ротором 5 электродвигателей, принятыми за аналог и прототип.При этом в асинхронном жидкостнозаполненном электродвигателе наружная поверхность ротора по длине выполняется из 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 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 дз, выполняют условие д 1дздо, необходимое для циркуляции жидкости.Для повышения износостойкости верхняя кромка или вся наружная поверхность ротора по винтовой поверхности выполняется из антифрикционного материала,Принцип работы асинхронного жидкостнозаполненного электродвигателя следующий,При подключении электродвигателя к сети ротор 5 начинает вращаться, Жидкость из полости 11 под действием насосного эффекта винтовой поверхности 13 ротора 5 через зазор движется в осевом направлении, создавая давление, смазывая и охлаждая г,оверхность статора 1 и ротора 5, поступая в полость 12, откуда через каналы 2 вдоль пазов 3 между проводниками возвращается в полость 11.Учитывая, что в любом поперечном сечении ротор 5 имеет круглую форму, ось которого смещается параллельно поверхности винтовой формы с верхней 14 и нижней 15 кромками, а также то, что зазор д 1 между статором 1 и верхней кромкой 14 ротора 5 меньше удвоенного значения высоты гидростатодинамичес кого смазывающего слоя жидкости 2 й, 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 слоя жидкости, радиальная составляющая которого, действуя на ротор 5, подвешивает (располагает) его относительно поверхности статора 1 концентрично, уравновешивая и уменьшая этим действие сил одностороннего магнитного притяжения, эффекта Мангуса в жидкости и инерции массы ротора 5, а осевая составляющая совместно с осевой силой гидростатодинамического смазывающего слоя жидкости, возникающего между торцом 8 ротора 5 и подпятником 9, противодействуют осевым силам насоса и тяжести ротора 5.В целом, насосный эффект ротора 5, взаимодействуя с гидростатодинамическим смазывающим слоем жидкости, возникающим между статором 1 и ротором 5, и осевым гидродинамическим смазывающим слоем жидкости между торцом 8 ротора 5 и10 1723638 55 подпятником 9, обеспечивает себе гидростатодинамический подвес.Для осуществления устойчивого равновесия радиальных сил необходимо, чтобы гидростатодинамический смазывающий слой жидкости образовывался 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 д 1 и Й удовлетворяютд 1+йусловиям д 12 п иОо, а также при2наличии давления в этих зазорах (насосного эффекта).Таким образом, под действием радиальных сил гидростатодинамического емазывающего слоя жидкости ротор займет концентрическое положение относительно статора, т.е, осуществится радиальный гидростатодинамический подвес ротора в статоре.Для образования напорного устройства (насосного эффекта жидкости) в зазоре на винтовой поверхности 13 ротора 5, жидкость из нижней полости двигателя через зазоры между проводниками 4 пазов 3 статора 1 (коэффициент заполнения пазов проводниками, например, в погружных электродвигателях, выпускаемые по О СТ 26-06-1161-79 равен 0,45 - 0,55) поступает в верхнюю полость 12 двигателя, а далее, смазывая и охлаждая поверхности статора и ротора, поступает.в нижнюю полость 11.При очень длинных роторах для осуществления гидростатодинамического подвеса ротора, уменьшая механические потери на трение жидкости о ротор (при роторе с винтовой поверхностью потери на трение увеличиваются, особенно из-за действия жидкостного гидростатодинамического смазывающего слоя жидкости) и обеспечение циркуляции 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 кром кеми ротора 01 и дг выполнить при условиях д 1 2 Ь и -дв, т.в. чтобыд 1 +й2жидкостный гидростатодинамический смазочный слой жидкости на каждом участке 10 ротора с винтовой поверхностью образовался по всему диаметру ротора.Использование предлагаемого изобретения позволит выполнить асинхронные жидкостнозаполненные электродвигатели 15 без радиальных подшипников, щитов подшипниковых, вала и рабочего колеса.Исключение из конструкции электродвигателя щитов подшипниковых, радиальных подшипников скольжения, вала, 20 уменьшение зазора между статором и ротором, концентричное вращение ротора относительно статора и принудительное движение жидкости через зазор между статором и ротором увеличивает КПД и сов р, 25 упрощают конструкцию, снижают металлоемкость и увеличивают надежность электродвигателя. Формула изобретения 30 1, Асинхронный жидкостнозаполненный электродвигатель, содержащий статор с аксиальными каналами, ротор, подпятник, днище и напорное устройство, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью-упрощения 35 конструкции и повышения энергетическиххарактеристик, наружная поверхность ротора выполнена по винтовой поверхности с отношением длины ротора к шагу винтовой поверхности, равным целому числу.40 2. Электродвигатель по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что наружная поверхность ротора по длине выполнена из отдельных участков с отношением длины каждого участка к шагу винтовой поверхности на этом 45 участке, равным целому числу.3. Электродвигатель по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что наружная поверхность ротора выполнена из антифрикционного материала.501723638 Составитель К. КарабаджакРедактор Т. Лазоренко Техред М.Моргентал Ко А. Осауленко оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 1068 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5