СТАТОР ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2008 года по МПК H02K1/18 H02K1/12 H02K5/132 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям электродвигателей с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, предназначенных для работы в погруженном состоянии и используемых в качестве привода в погружных насосных агрегатах для добычи пластовой жидкости из нефтяных скважин.

При добыче нефтяной пластовой жидкости из нефтяных скважин с использованием установок электропогружных центробежных насосов в качестве привода насосов используются погружные электродвигатели различных конструкций и габаритов. В настоящее время наиболее распространенными в России являются погружные электродвигатели марок ПЭД, серийно выпускаемые АО "Алнас" (г.Альметьевск, Татарстан), ООО "Алмаз" (г.Радужный, Тюменская область) и рядом других предприятий.

Известно техническое решение (патент РФ №2229192), по которому в корпусе электрической машины установлен сердечник статора с уложенной в его пазы обмоткой, собранный на профильных продольных ребрах, замковая часть которых входит в пазы, выполненные по наружному контуру сердечника статора, причем профильные продольные ребра приварены непосредственно к сердечнику статора на стыках, образуемых наружной поверхностью сердечника статора и боковыми стенками каждого из профильных продольных ребер.

Известно устройство по патенту РФ №2226311 для крепления шихтованного сердечника в корпусе статора электрической машины, содержащее входящее в тело сердечника продольными выступами стяжные ребра, распираемые встречно направленными, расположенными в пазу сердечника клиньями с опорными поверхностями, образующими угол относительно плоскости, проведенной через продольную ось машины и ось симметрии выступа стяжного ребра, вершина которого направлена к продольной оси машины, между опорными поверхностями распорного клина и сердечника установлена прокладка из материала с меньшим значением предела текучести и модуля упругости, чем материал сердечника и клиньев.

Однако указанные технические решения могут быть использованы, в основном, только в крупных электрических машинах, например в турбогенераторах.

Известна электрическая машина по патенту РФ №2148885, содержащая шихтованный сердечник статора с обмоткой, в спинке статора выполнены продольные сквозные каналы, в трех из которых размещены цилиндрические шпильки, расположенные симметрично относительно оси машины и под равным углом друг относительно друга, стягивающие пакет шихтованного сердечника статора двумя торцевыми кольцами. Фиксация статора в корпусе осуществлена путем заполнения свободных продольных сквозных каналов литьем под давлением. Однако конструкция узла торцевых колец, стягиваемых шпильками, также увеличивает наружные габариты шихтованного сердечника.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является техническое решение полезной модели по патенту №39168. Согласно этому патенту на наружной поверхности статора погружного электродвигателя насосной установки выполнены продольные пазы, образующие с поверхностью корпуса проточные каналы, сообщающиеся с полостью корпуса, причем указанные продольные пазы выполнены на радиальных осях симметрии зубцов статора. Однако в данной конструкции продольные пазы предназначены для дополнительного охлаждения электродвигателя.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. При конструировании погружных электродвигателей приходится учитывать, что их диаметр ограничен диаметром обсадных колонн, поэтому обычно диаметр таких двигателей составляет от 90 до 230 мм. Чтобы у синхронных двигателей такого диаметра получить мощность 10-15 кВт и более при частоте вращения ротора в диапазоне от 70 до 300 об/мин, необходимо создавать электродвигатели, у которых отношение длины к диаметру составляет: L/D>30, т.е. такие двигатели характеризуются большим соотношением длины к диаметру. Так, например, двигатель мощностью в 10 кВт будет иметь длину порядка 3 метров. В таких двигателях из-за отклонений в размерах деталей и в технологии сборки часто образуются отклонения от цилиндрической формы внутренней поверхности статора, а значит, и относительно соответствующих пакетов ротора, при этом положение статора относительно корпуса двигателя может быть несоосным. Кроме того, магнитопровод такой длины становится гибким и может приобрести змеевидную (волнистую) форму в пределах зазора между корпусом и магнитопроводом статора. Указанные недостатки влияют, в первую очередь, на обеспечение гарантированного зазора между ротором и статором, уменьшение которого может привести к касанию ротором внутренней поверхности статора и, в дальнейшем, выходу из строя электродвигателя. Кроме того, эти недостатки могут повлиять на смещение магнитопровода статора в корпусе.

В настоящее время, как и ранее для конструкций погружных электродвигателей с большим отношением длины к диаметру, наиболее актуальной является задача обеспечения жесткости собранного магнитопровода и минимизации отклонений его внутренней поверхности от цилиндрической формы. Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании статора погружного синхронного электродвигателя с достаточно жестким магнитопроводом, имеющего большое соотношение длины к диаметру, с минимизацией возможных отклонений от номинальной внутренней цилиндрической поверхности статора, обеспечивающей надежное крепление магнитопровода в корпусе статора, а также плотную и соосную установку подшипниковых узлов во внутреннем отверстии статора и гарантированный рабочий зазор с ротором при сборке электродвигателя в целом.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в уменьшении отклонений от номинальной внутренней цилиндрической поверхности статора, повышении жесткости статора и надежности фиксации магнитопровода в его корпусе.

Конструкция статора погружного электродвигателя, обеспечивающая достижение указанного выше технического результата, во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, может быть охарактеризована следующей совокупностью существенных признаков. Для получения указанного технического результата в статоре, выполненном с большим соотношением длины к диаметру и состоящем из цилиндрического корпуса, в котором установлен с минимальными зазорами шихтованный магнитопровод, на наружной поверхности которого выполняют на радиальных осях симметрии зубцов не менее двух симметрично расположенных продольных пазов. В эти пазы укладывают шпонки, а глубина пазов выбирается из условия их минимального влияния на магнитный поток при работе электродвигателя.

В одном частном случае предлагаемого решения форма пазов должна обеспечивать образование продольных каналов на поверхности магнитопровода после укладки в них шпонок. Указанное расположение и форма пазов на поверхности магнитопровода практически не уменьшает сечение магнитопровода и, следовательно, влияние этих пазов на магнитный поток будет минимальным.

В другом частном случае предлагаемого решения в полость пазов устанавливают шпонки в растянутом состоянии, что будет обеспечивать большую жесткость магнитопровода и надежность фиксации магнитопровода в корпусе.

В еще одном частном случае зазоры между магнитопроводом и корпусом и каналы, образовавшиеся после установки шпонок, заполняют компаундом, что также будет обеспечивать большую жесткость магнитопровода и надежность фиксации магнитопровода в корпусе.

Описание конструкции поясняется графическими материалами, на которых изображено поперечное сечение статора погружного синхронного электродвигателя, при этом отдельно показано сечение паза и шпонки в более увеличенном масштабе.

Статор погружного синхронный электродвигателя по предлагаемому техническому решению содержит корпус 1, в котором запрессован шихтованный магнитопровод 2, изготовленный из электротехнической стали. Магнитопровод статора собирается из листов, имеющих пазы, в которых располагаются обмотки 3. На наружной поверхности магнитопровода выполнены на радиальных осях симметрии зубцов статора не менее двух симметрично расположенных продольных пазов, в которые установлены шпонки 4. Форма пазов обеспечивает образование на поверхности магнитопровода продольных каналов В после установки в них шпонок. Пространство между магнитопроводом и трубой, а также сквозные продольные каналы, образованные после установки шпонок, заполняют компаундом под давлением. Отдельно на выноске А показаны в укрупненном масштабе шпонка 4 в сечении, а также сечение продольного канала В и возможное положение компаунда Б после его заливки в корпус статора.

Указанное расположение и форма пазов на поверхности магнитопровода практически не уменьшает сечение магнитопровода (не снижает его магнитную проводимость), следовательно, влияние этих пазов на магнитный поток будет минимальным.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям электродвигателей с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, предназначенных для работы в погруженном состоянии и используемых в качестве привода в погружных насосных агрегатах для добычи пластовой жидкости из нефтяных скважин. Сущность изобретения состоит в том, что в статоре погружного электродвигателя, выполненном с большим соотношением длины к диаметру и состоящим из цилиндрического корпуса, в котором установлен с минимальными зазорами цилиндрический шихтованный магнитопровод с обмоткой, на наружной поверхности которого выполнены на радиальных осях симметрии зубцов не менее двух симметрично расположенных продольных пазов, согласно изобретению глубина пазов выбирается из условия их минимального влияния на магнитный поток при работе электродвигателя, а пазы заполнены компаундом. Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в создании статора погружного синхронного электродвигателя с достаточно жестким магнитопроводом, имеющего большое соотношение длины к диаметру, с минимизацией возможных отклонений от номинальной внутренней цилиндрической поверхности статора, обеспечивающей надежное крепление магнитопровода в корпусе статора, а также плотную и соосную установку подшипниковых узлов во внутреннем отверстии статора и гарантированный рабочий зазор с ротором при сборке электродвигателя в целом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Статор погружного электродвигателя, выполненный с большим соотношением длины к диаметру и состоящий из цилиндрического корпуса, в котором установлен с минимальными зазорами цилиндрический шихтованный магнитопровод с обмоткой, на наружной поверхности которого выполнены на радиальных осях симметрии зубцов не менее двух симметрично расположенных продольных пазов, отличающийся тем, что глубина пазов выбирается из условия их минимального влияния на магнитный поток при работе электродвигателя, а пазы заполняются компаундом.2. Статор по п.1, отличающийся тем, что форма пазов обеспечивает образование продольных каналов на наружной поверхности магнитопровода после установки в них шпонок.3. Статор по п.1, отличающийся тем, что шпонки установлены в растянутом состоянии.