ПОГРУЖНОЙ В ПОТОК ЖИДКОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК H02K5/10 H02K5/24 H02K5/132 

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к снижению уровня шума, излучаемого корпусами погружных электродвигателей (ПЭД), обеспечивающих вращение испытуемых объектов, например гребных винтов или импеллеров на испытательных стендах.

При выполнении экспериментальных исследований акустических характеристик моделей гребных винтов в гидродинамических и кавитационных трубах, опытовых бассейнах и других научных центрах при решении аналогичных задач ПЭД не должны создавать шумы высокого уровня.

При использовании ПЭД, размещаемых в экспериментальной установке за испытываемыми моделями гребных винтов, к ним предъявляются требования по уровням шума, создаваемых при работе ПЭД, которые должны быть меньше уровней акустических сигналов, создаваемых при испытаниях моделей гребных винтов в экспериментальной установке.

Известен погружной в поток воды электродвигатель, у которого корпус выполнен герметичным в виде замкнутого цилиндра (см. каталог фирмы "Franclin Electric", стр. 510.201-510.601. Перевод №754 ЦНИИ СЭТ, 1969, стр. 5, 6, находится в технической библиотеке ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова), принятый в качестве прототипа.

Недостатком указанного ПЭД является наличие вибраций его корпуса, создающего высокие уровни акустических помех при использовании ПЭД для вращения вышеуказанных испытуемых объектов. В связи с этим его невозможно использовать в экспериментальных установках, например в гидродинамических трубах, при испытаниях гребных винтов или импеллеров, поскольку помехи, обусловленные излучением вибрирующего корпуса погружного в жидкость электродвигателя, могут существенно превышать полезные сигналы, что не позволит проводить измерения акустических характеристик моделей гребных винтов в рабочем участке гидродинамической трубы.

Проблему снижения шумности ПЭД настолько, чтобы исключить его влияние на уровень полезного сигнала, в принципе, можно было бы решить за счет применения звукоизолирующего покрытия (ЗИП) на корпусе ПЭД. Однако, проблема снижения акустического излучения корпуса ПЭД имеет особенность, которая состоит в том, что нельзя наносить ЗИП непосредственно на корпус ПЭД, так как при этом нарушается режим охлаждения корпуса потоком воды.

Заявляемое изобретение направлено на создание ПЭД, имеющего низкий уровень шумоизлучения по сравнению с прототипом при обеспечении необходимого отвода тепла от работающего ПЭД.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном погружном в поток жидкости электродвигателе, корпус которого выполнен герметично в виде замкнутого цилиндра и который связан с приводным валом гребного винта, на торцах электродвигателя имеются обтекатели, и он оборудован установленным снаружи коаксиально с ним звукоизолирующим кожухом, выполненным в виде отрезка трубы длиной, превышающей с каждого конца длину корпуса электродвигателя на 15%, внутренняя поверхность которой облицована звукоизолирующим покрытием из резины, имеющим упругость, характеризуемую модулем Юнга, не превышающую Е=10⁸ ПА, и состоящим из пяти слоев, два внешних слоя из которых выполнены из монолитного материала, а три внутренних слоя - из перфорированного материала, имеющего коэффициент перфорации К_пер не менее 0,3, причем между корпусом электродвигателя и коаксиально установленным с ним звукоизолирующим кожухом с покрытием образован сквозной кольцевой канал для протока жидкости, сообщенный с окружающим внешним потоком жидкости, ширина которого составляет 0,05-0,06 диаметра корпуса электродвигателя. При этом звукоизолирующий кожух прикреплен к корпусу электродвигателя с помощью кронштейнов, имеющих в поперечном сечении гидродинамически обтекаемый профиль, через расположенные на корпусе электродвигателя виброизолирующие прокладки, а входной и выходной участки кожуха выполнены гидродинамически обтекаемыми, причем внутренняя поверхность торцевых обтекателей корпуса электродвигателя также облицована упомянутым пятислойным звукоизолирующим покрытием.

Кроме того, предусмотрен вариант, когда звукоизолирующий корпус оборудован кронштейном для его крепления к внешнему объекту, не связанному жестко с корпусом электродвигателя, а между звукоизолирующим кожухом и корпусом электродвигателя размещены по кругу резиновые прокладки для взаимной центровки упомянутых звукоизолирующего кожуха и корпуса электродвигателя.

Наличие обтекателей на торцах электродвигателя обеспечивает плавное, бесшумное обтекание его потоком жидкости.

Установка коаксиально с корпусом ПЭД снаружи звукоизолирующего цилиндрического кожуха, облицованного изнутри звукоизолирующим покрытием, позволяет повысить звукоизоляцию (снижение акустического излучения корпуса ПЭД).

Выполнение звукоизолирующего покрытия из пятислойной резины, имеющей упругость, характеризуемую модулем Юнга, не превышающим Е=10⁸ Па обеспечивает величину звукоизоляции примерно в 30 раз в диапазоне частот выше 1000 Гц.

Наличие в звукоизолирующем пятислойном покрытии двух монолитных наружных слоев и трех внутренних слоев, перфорированных с коэффициентом перфорации К_пер не менее 0,3, уменьшает шумоизлучение ПЭД в диапазоне частот выше 1000 Гц за счет формирования резонансных колебаний по толщине покрытия.

Наличие облицовки на внутренней поверхности обтекателей пятислойным звукоизолирующим покрытием таким же, как на внутренней поверхности кожуха, позволяет повысить звукоизоляцию обтекателей до уровня звукоизоляции кожуха.

Превышение длины звукоизолирующего кожуха с каждого конца корпуса электродвигателя на 15% его длины необходимо для уменьшения возможного шумоизлучения через открытые концы кожуха.

Наличие сквозного кольцевого канала, образованного для протока жидкости между корпусом электродвигателя и коаксиально установленным с ним звукоизолирующим кожухом с нанесенным изнутри покрытием, сообщенного с окружающим внешним потоком жидкости, шириной 0,05-0,06 диаметра корпуса электродвигателя обеспечивает теплоотвод от корпуса ПЭД.

Крепление звукоизолирующего кожуха к корпусу электродвигателя с помощью кронштейнов, имеющих в поперечном сечении гидродинамически обтекаемый профиль, обеспечивает плавное, бесшумное обтекание его потоком жидкости.

Крепление звукоизолирующего кожуха к корпусу электродвигателя с помощью кронштейнов через расположенные на корпусе электродвигателя виброизолирующие прокладки способствует снижению передачи вибраций корпуса ПЭД на звукоизолирующий кожух, тем самым снижая его шумоизлучение.

Выполнение входного и выходного участков звукоизолирующего кожуха гидродинамически обтекаемыми обеспечивает бесшумное обтекание этих участков.

Наличие кронштейна для внешнего крепления звукоизолирующего кожуха к объекту, жестко не связанному с корпусом электродвигателя, приводит к устранению возможности непосредственной передачи вибраций корпуса ПЭД на звукоизолирующий кожух, тем самым существенно снижая его шумоизлучение.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез ПЭД со звукоизолирующим кожухом, на фиг.2 - его поперечный разрез по А-А, на фиг.3 - вариант ПЭД с внешним креплением звукоизолирующего кожуха и на фиг.4 - результаты измерений акустической эффективности кожуха для снижения шумности ПЭД.

Вокруг корпуса 1 ПЭД (фиг.1) коаксиально с ним установлен звукоизолирующий кожух 2, выполненный в виде отрезка цилиндрической трубы, длина которой превышает на 15% длину корпуса 1 ПЭД, с нанесенным на его внутренней поверхности звукоизолирующим покрытием 3. Звукоизолирующее покрытие 3 выполнено из резины и состоит из пяти слоев, два внешних слоя 4 из которых выполнены из монолитного, а три внутренних слоя 5 из перфорированного материала, имеющего коэффициент перфорации К_пер не менее 0,3. Входной 6 и выходной 7 участки кожуха 2 выполнены гидродинамически обтекаемыми. Кожух 2 прикреплен к корпусу 1 ПЭД с помощью кронштейнов 8, имеющих в поперечном сечении гидродинамически обтекаемый профиль, через виброизолирующие прокладки 9. Между корпусом 1 ПЭД и коаксиально установленным с ним звукоизолирующим кожухом 2 с покрытием 3 имеется сквозной кольцевой канал 10 для протока жидкости, отводящей от ПЭД тепло. На торцах корпуса 1 ПЭД (фиг.1) установлены обтекатели 11 и 12, облицованные изнутри звукоизолирующим покрытием (не показано).

На фиг.3 предусмотрен вариант исполнения, при котором крепление звукоизолирующего кожуха 2 осуществляется к внешнему объекту (не показан) с помощью кронштейна 13, а между звукоизолирующим кожухом 2 и корпусом 1 электродвигателя размещены по кругу резиновые прокладки 14 для обеспечения взаимной центровки между звукоизолирующим кожухом 2 и корпусом 1 электродвигателя и сквозного кольцевого канала 10 для протока охлаждающей жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При работе ПЭД приводит во вращение испытуемые модели гребных винтов. Возникающий при этом акустический шум, обусловленный излучением вибрирующего корпуса работающего ПЭД, существенно снижается вследствие наличия кожуха, облицованного звукоизолирующим покрытием, а также наличия обтекателей корпуса ПЭД и облицовки таким же покрытием их внутренних поверхностей.

Кроме того, виброизолирующие прокладки, через которые звукоизолирующий кожух прикреплен к корпусу ПЭД, демпфирует указанные вибрации ПЭД и благодаря этому также снижается акустическое шумоизлучение.

При обтекании потоком жидкости входных и выходных участков звукоизолирующего кожуха, кронштейнов крепления кожуха к ПЭД, имеющих в поперечном сечении гидродинамически обтекаемый профиль, и обтекателей на торцах ПЭД исключается возникновение кавитационных явлений на конструктивных элементах ПЭД. При этом жидкость, протекающая через образованный соосными корпусами ПЭД и звукоизолирующего кожуха сквозной кольцевой канал, осуществляет требуемый теплоотвод от корпуса ПЭД.

Одновременно происходит существенное уменьшение излучения корпуса ПЭД за счет затухания акустической волны по мере ее распространения по сквозному кольцевому каналу, являющемуся волноводом со звукомягкими стенками.

Для проверки акустической эффективности предлагаемого ПЭД со звукоизолирующим кожухом были проведены измерения его акустической эффективности при возбуждении макета корпуса ПЭД специальным источником возбуждения.

На фиг.4 приведена частотная характеристика акустической эффективности кожуха, полученная в процессе выполнения этих измерений. Видно, что величина эффективности составляет в диапазоне частот выше 1000 Гц 20-30 дБ.

Отсюда следует, что применение кожуха снижает уровни шумности ПЭД.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к погружным электродвигателям (ПЭД). Техническим результатом изобретения является низкий уровень шумоизлучения при обеспечении необходимого отвода тепла от работающего ПЭД, который связан с приводным валом гребного винта. Корпус ПЭД выполнен герметично в виде замкнутого цилиндра, на торцах которого имеются обтекатели, и оборудован установленным снаружи коаксиально с ним звукоизолирующим кожухом, который облицован звукоизолирующим покрытием и через виброизолирующие прокладки прикреплен к корпусу. Звукоизолирующее покрытие выполнено из резины и состоит из пяти слоев, при этом два внешних слоя выполнены из монолитного, а три внутренних слоя из перфорированного материала. Причем внутренняя поверхность торцевых обтекателей корпуса электродвигателя также облицована упомянутым покрытием. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Погружной в поток жидкости электродвигатель, корпус которого выполнен герметично в виде замкнутого цилиндра, связанный с приводным валом, отличающийся тем, что на торцах электродвигателя имеются обтекатели, и он оборудован установленным снаружи коаксиально с ним звукоизолирующим кожухом, выполненным в виде отрезка трубы длиной, выступающей с каждого конца корпуса электродвигателя на 15%, внутренняя поверхность которой облицована звукоизолирующим покрытием из резины, имеющей упругость, характеризуемую модулем Юнга, не превышающую Е=10⁸ Па, и состоящим из пяти слоев, два внешних слоя из которых выполнены из монолитного материала, а три внутренних слоя - из перфорированного материала, имеющего коэффициент перфорации К_пер не менее 0,3, причем между корпусом электродвигателя и коаксиально установленным с ним звукоизолирующим кожухом с покрытием образован сквозной кольцевой канал для протока жидкости, сообщенный с окружающим внешним потоком жидкости, ширина которого составляет 0,05-0,06 диаметра корпуса электродвигателя, при этом звукоизолирующий кожух прикреплен к корпусу электродвигателя с помощью кронштейнов, имеющих в поперечном сечении гидродинамически обтекаемый профиль, через расположенные на корпусе электродвигателя виброизолирующие прокладки, а входной и выходной участки кожуха выполнены гидродинамически обтекаемыми, причем внутренняя поверхность торцевых обтекателей корпуса электродвигателя также облицована упомянутым пятислойным звукоизолирующим покрытием.2. Погружной в поток жидкости электродвигатель, корпус которого выполнен герметично в виде замкнутого цилиндра, связанный с приводным валом, отличающийся тем, что на торцах электродвигателя имеются обтекатели, и он оборудован установленным снаружи коаксиально с ним звукоизолирующим кожухом, выполненным в виде отрезка трубы длиной, выступающей с каждого конца корпуса электродвигателя на 15%, внутренняя поверхность которой облицована звукоизолирующим покрытием из резины, имеющей упругость, характеризуемую модулем Юнга, не превышающую Е=10⁸ Па, и состоящим из пяти слоев, два внешних слоя из которых выполнены из монолитного материала, а три внутренних слоя - из перфорированного материала, имеющего коэффициент перфорации К_пер не менее 0,3, причем между корпусом электродвигателя и коаксиально установленным с ним звукоизолирующим кожухом с покрытием образован сквозной кольцевой канал для протока жидкости, сообщенный с окружающим внешним потоком жидкости, ширина которого составляет 0,05-0,06 диаметра корпуса электродвигателя, при этом звукоизоизолирующий кожух оборудован кронштейном для его крепления к внешнему объекту, не связанному жестко с корпусом электродвигателя, а между звукоизолирующим кожухом и корпусом электродвигателя размешены по кругу для их взаимной центровки резиновые прокладки.