АКСИАЛЬНЫЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-НАСОС Российский патент 2009 года по МПК F04D13/06 

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

Известен 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 здесь 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.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является аксиальный центробежный двигатель-насос (см. патент №2284426 (РФ), 2006 г., Бюл. №27, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М и др.), 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, причем статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.

Существенным недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса является наличие большого воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и соответственно к ухудшению массогабаритных показателей аксиального центробежного двигателя-насоса, увеличению его стоимости и увеличению потерь энергии. Недостатком такого аксиального центробежного двигателя-насоса, как и любой аксиальной электрической машины, является также наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы двигателя-насоса, а наличие подшипниковых узлов, необходимых в прототипе для обеспечения возможности вращения ротора, усложняет конструкцию двигателя-насоса в целом. Кроме того, перекос ротора относительно статора, вызванный большим осевым (аксиальным) электромагнитным усилием, может привести к заклиниванию ротора, что снижает надежность работы насосного агрегата в целом.

Данное изобретение решает задачу уменьшения зазора между статором и ротором двигателя-насоса, улучшения его массогабаритных показателей, снижения стоимости и потерь энергии, повышения КПД, упрощения конструкции и повышения надежности насосного агрегата в целом.

Для этого по периметру статора двигателя-насоса выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса устанавливается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.

На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигателя-насоса в разрезе, на фиг.2 - увеличенное изображение кольцевых канавок полукруглого сечения, на фиг.3 - сечения А-А и Б-Б.

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, по периметру которого выполнены кольцевые канавки 10 полукруглого сечения (фиг.2). 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 посредством кольцевых канавок 10 установлено с возможностью вращения на диэлектрические тела качения 9, уложенные в кольцевые канавки 11 полукруглого сечения (фиг.2) по периметру статора 2.

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 то же время в отличие от него позволяет: уменьшить зазор между статором и ротором двигателя-насоса за счет повышения жесткости конструкции, обусловленной большой опорной поверхностью рабочего колеса-ротора благодаря размещению тел качения по всему периметру статора и рабочего колеса-ротора, ограничив величину зазора только состоянием поверхностей (шероховатость и плоскостность) статора и ротора; улучшить массогабаритные показатели насосного агрегата, снизить его стоимость, упростить конструкцию и повысить надежность насосного агрегата в целом за счет выполнения двигателя-насоса без подшипников и вала (оси), а также снизить потери энергии и соответственно повысить КПД за счет выполнения тел качения из диэлектрика, уменьшая тем самым нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения.

Изобретение относится к насосостроению. Двигатель-насос содержит корпус, смонтированный в нем статор (С) электродвигателя и рабочее колесо (РК), являющееся ротором (Р) электродвигателя. Магнитопровод Р выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава РК. С представляет собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка. Для уменьшения зазора между С и Р по периметру С выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые укладываются диэлектрические тела качения. По периметру РК также выполняются кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых РК надевается на диэлектрические тела качения с возможностью вращения. За счет полученного таким образом уменьшения зазора, ограниченного только состоянием поверхностей С и Р, уменьшаются магнитное сопротивление и токи, необходимые для создания требуемого магнитного потока. Требуемое сечение проводов обмоток благодаря этому уменьшается, массогабаритные показатели агрегата улучшаются, его стоимость снижается, потери энергии уменьшаются, КПД повышается. Также предотвращается перекос Р относительно С, что повышает надежность работы насосного агрегата в целом. Выполнение тел качения из диэлектрика уменьшает нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис в телах качения. 3 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 двигателя-насоса, являющееся ротором электродвигателя, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса, отличающийся тем, что по периметру статора двигателя-насоса выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, в которые уложены диэлектрические тела качения, а по периметру рабочего колеса-ротора двигателя-насоса также выполнены кольцевые канавки полукруглого сечения, посредством которых рабочее колесо-ротор двигателя-насоса установлено на диэлектрические тела качения с возможностью вращения.