ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ВЕТОХИНА ЭМВ Российский патент 1997 года по МПК H02K5/12 H02K9/19 

Изобретение относится в области электромашиностроения и к области судового электрооборудования и может быть использовано в различных областях подводной техники, например, для привода насосов, гребных винтов, лебедок и т. д. подводных глубоководных аппаратов (ПА), также для привода буровых морских и добычных шельфных установок.

Известны погружные электродвигатели различных конструкций и исполнений, работающих в морской воде, полости которых заполняются жидким диэлектриком, используемым как изолятор и как вещество для уравновешивания противодавления глубины погружения. В некоторых конструкциях электродвигателей вместо жидкого диэлектрика заливается малоагрессивная пресная вода с определенным водородным показателям рН.

В техническом решении по а.с. N 279769 разработан погружной электродвигатель экранированного типа, содержащий металлическую гильзу между ротором и статором, которая герметизирует обмотку статора от забортной воды, экранированная полость статора заполняется жидким диэлектриком (маслом). Конструкция сложна, к тому же гильза увеличивает потери своими вихревыми токами.

В техническом решении по а.с. N 983909 обмотка статора заключена в металлическую экранирующую гильзу, полость статора заливается жидким диэлектриком, а полость ротора герметизируется уплотнением по валу и заполняется магнитопроводящей жидкостью, которая прокачивается через дополнительный охладитель для отбора тепла с активных частей электродвигателя. Недостатки данного устройства те же, что и у вышеописанного аналога.

Конструкция погружного электродвигателя по а.с. N 379017, отличается исполнением экранирующей гильзы между ротором и статором. Гильза в данном техническом решении выполнена из пластмассы с ферромагнитным заполнителем. Данное решение позволяет уменьшить потери от вихревых токов в гильзе, однако она не лишена остальных вышеприведенных недостатков.

Из известных устройств наиболее близким к заявляемому, выбранному за прототип, является погружная насосная установка вертикального исполнения по а. с. N 939830, H 02 K 5/12, 1980 г. которая содержит статор, ротор с валом, установленным в подшипниках и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода жидкости. На вал ротора навешен насос, который через нижние отверстия в корпусе прогоняет охлаждающую жидкость по зазору между ротором и статором, а также через верхнее отверстие в корпусе насосной установки и подает эту жидкость потребителю. Данная насосная установка применяется в скважинах для перекачки пресных вод.

Основным недостатком прототипа является то, что при погружении устройства в морскую воду, которая в данном случае является не только охладителем, но и электролитом с ионной электропроводностью, находящимся в движении от вращения ротора, на ее внутренних деталях происходят электрохимические процессы, вызывающие электрохимическую коррозию, главным образом, электротехническую сталь в немагнитном зазоре на расточенных поверхностях статора и ротора.

Кроме того, при попадании воды внутрь машины, она выйдет из строя от коррозии активных частей и подшипников, а также снизится сопротивление изоляции обмотки, ибо она гидролитически не стойка к морской воде.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения, упрощение и удлинение срока службы. Благодаря исключения уплотнений корпуса и подшипников, а также устройство для отбора тепла жидкого охладителя, все активные части находятся в окружающей морской воде.

Необходимо только обеспечить гидролитическую стойкость материалов к морской воде при заданной глубине погружения, рабочей температуре и ресурсе.

Тем самым обеспечивается неограниченность глубины погружения, надежность, работоспособность и живучесть при любых волнениях моря или мощного механического воздействия на объект в целом, а также предлагаемая электрическая машина является экологически чистой, исключено маслозаполнение ее полостей.

Упрощается конструкция и уменьшается масса погружных машин переменного тока, причем по указанной конструктивной схеме могут быть выполнены любые погружные машины переменного тока, не имеющие щеточного электрического контакта.

Поставленная цель достигается тем, что в электрической машине Ветохина ЭМВ с охлаждением окружающей жидкостью, содержащей статор, ротор с валом, установленный в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода жидкости, отверстия в щитах рассредоточены по двум концентрично расположенным группам, внутренняя из которых для входа, а наружная для выхода жидкости, и группы в каждом щите смещены относительно друг друга на половину угла между отверстиями в группе, а в противоположных щитах отверстия смещены друг относительно друга на ту же величину, вал ротора имеет зазор относительно подшипниковых щитов и в качестве охлаждающей жидкости использована морская вода.

Изобретение поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 предлагаемая погружная электрическая машина, продольный разрез; на фиг. 2 паз статора; на фиг. 3 подшипниковый щит с отверстиями.

Машина содержит корпус 1 из нержавеющей стали, пакет статора 2 из листов электротехнической стали с антикоррозионными покрытиями и по торцам скрепленных нажимными листами 3 из нержавеющей стали со скосами в зазоре (позицией не обозначены), ротор 4, с короткозамкнутой обмоткой из облуженной меди, сердечник которого набран из листов электротехнической стали с антикоррозионными покрытиями и скрепленными по торцам нажимными листами 5 из нержавеющей стали со скосами в зазоре. Обмотка статора 6 выполнена с непрерывной монолитной полимерной изоляцией обмоточного провода, каждая фаза которой выполнена из единого куска провода. Подшипниковые щиты 7, выполнены из того же материала, что и корпус, щиты имеют отверстия 8, расположенные концентрично относительно подшипника 10, а также отверстия на периферии 9, для циркуляции морской воды. Подшипники 10 выполнены в данном конкретном примере шариковыми из стали 15•13.

Вал 11 выполнен из высокопрочной нержавеющей стали 20•13 или 40•13. Подшипниковые щиты 7 имеют отверстия для выхода в воду рабочего конца вала и нерабочего, между валом 11 и щитом 7 имеется свободный зазор 12 и кольцевое углубление 13 для прохода морской воды. Имеются также замки 14 для центровки ротора и подшипников относительно корпуса электрической машины. Концы и начала фаз 15 непрерывной обмотки заданной длины выведены через сальники 16, герметизация которых не обязательна, они служат только для механического закрепления концов и начал фаз.

Паз статора 17 (фиг. 2) выполнен либо закрытым, либо полуоткрытым с раскрытием, равным диаметру обмоточного провода обмотки 6 плюс изоляция выкладки паза 18 и с запасом + 1 мм. Изоляция обмоточного провода выполнена полимерной, стойкой к морской воде, например, двухслойная: первый слой из облученного полиэтилена, второй из фторопласта. Выкладка паза осуществлена полимерной пленкой (например, фторлакоткань ФЧМБ) стойкой к морской воде и служащей для предотвращения от механических повреждений обмоточного провода при укладке и работе.

При транспортировке электродвигателя для предотвращения повреждения выводных концов можно использовать широкоизвестную технологическую вьюшку, насаженную на вал (на чертеже не показано).

Отверстия 8 и 9, в подшипниковых щитах 7 рассредоточены по двум концентрично расположенным относительно оси вращения вала 11 группам (фиг. 3). Одна из групп, включающая в себя отверстия 8 расположена вблизи подшипника 10 и служит для обеспечения входа морской воды в полость корпуса, а другая, включающая в себя отверстия 9, расположена на периферии, служит для обеспечения выхода морской воды из полости корпуса. По окружностям в группах отверстия 8 и 9 равномерно размещены под углом "β", отверстия одной группы относительно другой смещены на угол β/2 (аналогично "шахматному" порядку).

Предлагаемая электрическая машина работает следующим образом. При включении в сеть статора 2 вращающийся ротор 4 будет создавать перемешивание морской воды внутри электродвигателя, причем ротор выполняется гладким без насосных колес и каналов для уменьшения гидравлических потерь и исключения сложных турбулентных движений. При нагреве электродвигателя тепло от активных частей отводится следующим образом, холодная морская вода из окружающей среды через зазор 12 между валом и подшипниковым щитом проходит через трущиеся пары подшипников, а также через отверстие 8 проходит в корпус с внешней стороны, попадает в район лобовых частей и проходит через пазы 17 и зазор 19 отбирая тепло от проводников 6, и нагретая вода выходит через отверстия 9 подшипниковых щитов. Для избежания встречных потоков воды отверстия 8 и 9 в щитах располагаются относительно друг друга на величину угла β, нижние отверстия 8 и верхние 9 сдвинуты между собой на угол b/2 и подшипниковые щиты в пространстве по своим отверстиям также сдвинуты относительно друг друга на угол β/2.. При таких условиях и гладкой поверхности ротора будут оптимальные условия для циркуляции воды по всему объему корпуса машины, типа как будет наибольший эффект конвекции передачи тепла от "плавающих" нагретых активных частей к холодной морской воде и наименьшие гидравлические потери, которые зависят от геометрических размеров ротора, его чистоты и вязкости воды.

Cущность изобретения: погружная асинхронная электрическая машина содержит статор и ротор с подшипниками, корпус 1, заполненный жидким охладителем, и подшипниковые щиты 7 с отверстиями. В качестве охладителя использована морская вода, а отверстия 8, 9 в подшипниковых щитах расположены двумя группами. 3 ил.

Электрическая машина с охлаждением окружающей жидкостью, содержащая статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода жидкости, отличающаяся тем, что отверстия в щитах рассредоточены по двум концентрично расположенным группам, внутренняя из которых для входа, а наружная для выхода жидкости, и группы в каждом щите смещены одна относительно другой на половину угла между отверстиями в группе, а в противоположных щитах отверстия смещены относительно друг друга на ту же величину, вал ротора имеет зазор относительно подшипниковых щитов и в качестве охлаждающей жидкости использована морская вода.