АКСИАЛЬНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04D13/06 H02K17/16 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.

Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. M.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157), содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор-рабочее колесо, представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого размещены лопаточные венцы осевого насоса.

Однако в таком двигателе-насосе за счет большого активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается и теряет вязкость, что в ряде случаев, например при перекачке нефти и нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их физических свойств.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент №2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.

Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием обмотки. Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно, к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом, роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.

Данное изобретение решает задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей насосного агрегата.

Для этого статор электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в монографии Гайтова Б.Х. (Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157) - двигатель-насоса, герметично отделяется от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).

На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигатель-насоса в разрезе, на фиг.2 - сечения А-А и В-В.

Аксиальный центробежный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в корпусе оси 9.

Аксиальный центробежный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4, также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в тоже время в отличие от него, позволяет с помощью мембраны из диэлектрического материала защитить статорную обмотку аксиального центробежного двигателя-насоса от вредного воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшить нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис, повысить энергетические показатели насоса в целом за счет выполнения рабочего-колеса ротора с шихтованным магнитопроводем с обмоткой, снизить потери энергии и повысить КПД за счет уменьшения потерь на магнитный гистерезис. Потери на магнитный гистерезис уменьшаются в предлагаемом изобретении в силу магнитных свойств электротехнической стали, из которой выполнен магнитопровод рабочего колеса-ротора. Уменьшить потери мощности на вихревые токи позволяет выполнение магнитопровода рабочего колеса-ротора шихтованным. Улучшение массогабаритных показателей насоса обеспечивается за счет частичного выполнения рабочего колеса-ротора из легкого алюминиевого сплава и обеспечения передачи вращающего момента за счет электромагнитных сил, что позволяет заменить приводной вал, имеющий большой диаметр и, соответственно, массу, на неподвижно закрепленную ось малого диаметра и малой массы.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей. Технически результатом является защита статорной обмотки электродвигателя двигатель-насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшение нагрева перекачиваемой жидкости и двигатель-насоса в целом, повышение энергетических показателей, снижение потери энергии, повышение КПД и улучшение массогабаритных показателей насосного агрегата. В аксиальном центробежном двигателе-насосе статор электродвигателя герметично отделен от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо с лопастями. Рабочее колесо-ротор установлено на неподвижно закрепленную в корпусе ось с возможностью свободного вращения. 2 ил.

Аксиальный центробежный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, отличающийся тем, что статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса, причем полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.