ДВИГАТЕЛЬ-НАСОС ДЛЯ ПЕРЕКАЧКИ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК F04D13/06 

Изобретение относится к электромашиностроению, машиностроению для нефтяной промышленности и может быть использовано при изготовлении насосных устройств для перекачки нефтепродуктов.

Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. М. Машиностроение, 1981, с. 157), содержащий размещенные в корпусе с образованием кольцевого зазора статор электродвигателя и ротор-рабочее колесо, установленный в подшипниковых узлах.

В таких насосах часть проходящей через них жидкости за счет разницы давлений на входе и выходе опять поступает через рабочий зазор (зазор между статором и ротором) на вход насоса, где движение жидкости показано пунктирными стрелками.

Данный эффект особенно сильно проявляется у двигателей с массивным ротором в связи с тем, что у них рабочий зазор из-за их электромагнитных особенностей выполняется в 1,5-2 раза больше, чем у аналогичных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Процесс частичного возврата прокачиваемой жидкости на вход насоса приводит к снижению производительности насоса (за счет того, что часть жидкости проходит через рабочие лопатки насоса несколько раз), к изменению электромагнитных соотношений в электрической машине (за счет попадания жидкости в рабочий зазор машины), что приводит к снижению энергетических показателей и срока службы установки. Как известно, за счет большого активного сопротивления массивного ротора, в двигателях с массивным ротором (чем является в электромагнитном отношении двигатель-насос), по сравнению с такими же по мощности двигателями с короткозамкнутыми роторами, имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. А проходящая через ротор-рабочее колесо перекачиваемая жидкость нагревается за счет этих потерь. В результате нагрева жидкости-нефтепродукта снижается вязкость, что способствует повышению производительности насоса.

Таким образом, возврат части перекачиваемой жидкости на вход насоса снижает эффект, создаваемый массивным ротором как подогревателя жидкости, что способствует повышению вязкости жидкости и, как следствие, снижению его производительности.

С точки зрения электромеханики снижение скорости вращения двигателя-насоса и его производительности из-за повышения нагрузки на валу, можно компенсировать увеличением входных параметров сети (напряжение, частота), что, в свою очередь, приведет к повышению нагрузки на валу двигателя-насоса, к снижению энергетических показателей установки, к отрицательному воздействию на изоляцию, к сокращению срока службы двигателя-насоса.

Следует отметить, что снижение скорости вращения ротора (производительности) двигателя-насоса из-за повышения нагрузки на его валу (повышение вязкости) сильнее проявляется у двигателя с массивным ротором с учетом его мягкой механической характеристики, так как при незначительном увеличении нагрузки на валу скорость его будет резко снижаться.

Таким образом, возврат жидкости на вход насоса снижает производительность двигателя-насоса двояко, а именно: из-за непосредственного возврата части жидкости на вход насоса и из-за повышения вязкости жидкости.

Необходимо также отметить, что конструктивные и технологические особенности нефтяных насосов предполагают несколько удлиненную их конструкцию, т.е. длина насоса в несколько раз превышает его диаметр (в электрических машинах это параметр λ = l/τ, где τ = πD/2p полюсное деление, а l длина воздушного зазора, D диаметр ротора, p число пар полюсов).

Выполнение двигателя-насоса с одной секцией статора, как в известном насосе, в рабочем режиме при полной нагрузке дает неплохие результаты. При выполнении же регламентных работ, когда необходимо обеспечить только вращение ротора-рабочего колеса без нагрузки (без подачи перекачиваемой жидкости), на пониженных оборотах (вплоть до 1-2 об/мин) и работе насоса при неполной нагрузке нет необходимости использовать полностью мощность статора, что привело бы к неоправданному расходу энергии и сокращению срока службы устройства.

Поверхностный взгляд на эту проблему подсказывает вроде бы классический выход, а именно: применение полюсно-переключаемых обмоток. Но такие обмотки позволяют снижать скорость и потребляемую мощность двигателя в соотношении 2: 1 (обеспечение других соотношений резко усложняет конструкцию и требует специального оборудования, что делает нереальным получение этих соотношений).

Задачей изобретения является обеспечение дискретного питания насоса в зависимости от нагрузки и вида работ.

Указанная задача решается тем, что в двигателе-насосе для перекачки нефтепродуктов, содержащем размещенный в корпусе с образованием кольцевого зазора статор электродвигателя и ротор- рабочее колесо, установленный в подшипниковых узлах, ротор-рабочее колесо снабжен вспомогательными лопатками, установленными на входе в кольцевой зазор со стороны выхода из рабочего колеса, а статор выполнен секционированным.

На чертеже изображен двигатель-насос, продольный разрез.

Двигатель-насос состоит из корпуса 1, на внутреннем диаметре которого укреплены два статора 2 электродвигателя, состоящих из магнитопроводов и уложенных в их пазах обмоток 3. На валу 4, закрепленном в подшипниковых узлах 5, установлено рабочее колесо 6 с лопатками 7. Между рабочим колесом 6, являющимся массивным ротором электродвигателя, и статорами 2 находится рабочий воздушный зазор 8.

Ротор-рабочее колесо выполнен в виде массивного не полого в электромагнитном отношении ротора и в виде полого в гидравлическом отношении, что позволяет установить на нем рабочие лопатки 7. На рабочем колесе 6 со стороны выходного патрубка 9 установлены вспомогательные лопатки 10, препятствующие проникновению перекачиваемой жидкости в рабочий зазор 8. Для повышения надежности работы насоса и увеличения срока его работы во избежания попадания жидкости на обмотки 3 статора 2 в рабочем зазоре 8 между статорами 2 и ротором 6 установлен экран 11, изолирующий статор. Двигатель-насос имеет входной патрубок 12 и выходной патрубок 9.

Выполнение статорной части двигателя-насоса секционированной предполагает изготовление одного из статоров дуговым, что позволит, не выполняя обмотку статоров полюсно-переключаемой, обеспечить, в зависимости от величины дуги статора, во много раз понижение скорости вращения рабочего колеса-ротора и мощности на валу.

Следует отметить, что разбивка статора на две, а при необходимости и на большее число частей позволяет обеспечить ту величину вращающего момента, передаваемого на ротор, которая бы обеспечивала нормальную работу насоса при заданных нагрузках (полная нагрузка, неполная нагрузка, регламентные работы), т.е. позволяет обеспечить экономичный режим работы двигателя.

Стрелками показано движение прокачиваемой жидкости.

Двигатель-насос работает следующим образом.

На обмотки 3 статоров 2 подается трехфазное напряжение (количество подключаемых статоров зависит от вида работы устройства и величины гидравлической нагрузки), которое создает вращающееся магнитное поле. Последнее наводит в роторе-рабочем колесе 6 вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов ротора 6 с вращающимся магнитным полем статоров 2 создает вращающий момент, обеспечивающий вращение ротора- рабочего колеса 6 с лопатками 7 на валу 4 подшипниковых узлов 5, что, в свою очередь, обеспечивает перекачку жидкости, подаваемую на входной патрубок 12.

Наличие на роторе-рабочем колесе 6 вспомогательных лопаток 10 не позволяет перекачиваемой жидкости попадать в рабочий зазор 8. Лопатки 10 также направляют перекачиваемую жидкость в выходной патрубок 9, не позволяя ей задерживаться на внутренних стенках корпуса 1.

Изолирующий экран 11 защищает обмотки 3 статоров 2 от попадания жидкости, что способствует увеличению ресурса устройства и его производительности.

Выполнение двигателя-насоса с секционированным статором и с вспомогательными лопатками на рабочем колесе позволит снизить расход электроэнергии на 10-15% и увеличить производительность насоса на 5-10%
Вышеописанная конструкция может применяться в двухстаторном и одностаторном вариантах в зависимости от мощности двигателя-насоса, что позволяет повышать массогабаритные показатели установки.

Использование: при изготовлении насосов для перекачки нефтепродуктов. Сущность изобретения: ротор-рабочее колесо снабжен вспомогательными лопатками, установленными на входе в кольцевой зазор, образованный между статором электродвигателя и ротором-рабочее колесо со стороны выхода из рабочего колеса. Статор выполнен секционированным. 1 ил.

Двигатель-насос для перекачки нефтепродуктов, содержащий размещенные в корпусе с образованием кольцевого зазора статор электродвигателя и ротор - рабочее колесо, установленный в подшипниковых узлах, отличающийся тем, что ротор рабочее колесо снабжен вспомогательными лопатками, установленными на входе в кольцевой зазор со стороны выхода из рабочего колеса, а статор выполнен секционированным.