ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК H02K5/12 H02K5/132 H02K5/24 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным электродвигателям для подъема пластовой жидкости.

Особенностью конструкции погружных электродвигателей является относительно малый диаметр и большая длина. Ротор такого электродвигателя должен иметь промежуточные подшипники, корпус которых устанавливается в расточке статора, а втулки и пакеты, число которых доходит до двадцати, на валу. При сборке электродвигателя пакеты и втулки подшипников необходимо протаскивать через всю длину вала, которая в мощных электродвигателях достигает 9 метров. Для этого необходимы достаточно большие технологические зазоры. При вращении ротора пакеты смещаются на величину технологического зазора, что приводит к вибрации двигателя и повышенному износу подшипников, особенно в электродвигателях с повышенной частотой вращения.

Известны погружные электродвигатели, содержащие статор с фазными обмотками, подшипники и ротор. Ротор включает в себя вал, пакеты и подвижную часть (втулки) подшипников (патент РФ на полезную модель №65314, Н02К 29/00, опубл. 27.07.2007).

Недостатком данной конструкции является необходимость при наращивании мощности изготовлять электродвигатель многосекционным, что значительно усложняет его конструкцию.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является погружной электродвигатель, содержащий статор, подшипники и ротор, неподвижная часть (корпус) подшипников установлена на внутренней поверхности статора, ротор включает в себя вал, пакеты и подвижную часть (втулки) подшипников, при этом втулки подшипников размещены с двух сторон каждого пакета (Богданов А.А. Погружные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968, стр.131, стр.153).

Известный электродвигатель имеет низкий срок службы, особенно на повышенных частотах вращения, из-за вибрации, обусловленной наличием технологических зазоров между валом и втулками, а также между валом и пакетами.

Задачей настоящего изобретения является повышение срока службы погружного электродвигателя за счет уменьшения вибрации. Уменьшение вибрации достигается благодаря исключению технологических зазоров.

Указанный технический результат достигается тем, что в погружном электродвигателе для погружных электронасосов, содержащем статор и размещенный внутри его ротор в виде пакетов, насаженных на вал и чередующихся с подвижными втулками подшипников, корпус которых закреплен на внутреннюю поверхность статора, согласно изобретению ротор дополнительно снабжен кольцами, размещенными по обе стороны подвижных втулок и имеющими возможность изменять радиальный размер при осевом воздействии нагрузки, при этом, по крайней мере, часть торцевых поверхностей пакетов, колец и втулок, обращенных друг к другу, выполнены конусообразными с возможностью их примыкания, а внутренняя поверхность, по крайней мере, части колец имеет цилиндрическую форму.

Наиболее технологичны в изготовлении кольца, выполненные с одной сквозной прорезью, параллельной оси вала. Для уменьшения вероятности заклинивания колец могут использоваться кольца с продольными прорезями, открытыми с одной стороны и параллельными оси вала. Угол наклона хорды при криволинейной образующей конусообразных торцевых поверхностей либо образующей конусов к оси вала находится в пределах 10-65 градусов. Для фиксации сборки в осевом направлении на концах вала ротора целесообразно устанавливать упоры, которые могут контактировать с внешними кольцами, имеющими конусообразную поверхность, а в случае использования внешних колец с плоской торцевой поверхностью, обращенной в сторону упора, между упором и плоским торцом кольца размещают пружину.

Установка в электродвигателе дополнительных колец с заявляемым профилем и согласование формы контактирующих поверхностей пакетов и втулок позволяют исключить технологические зазоры между втулками подшипников и валом, а также между валом и пакетом, необходимые для сборки электродвигателя, при сохранении технологичности сборки. Заявляемая конструкция уменьшает дебаланс ротора как за счет отсутствия зазоров, так и за счет возможности балансировки каждого пакета. При этом снижается уровень вибрации устройства, износ подшипников, а следовательно, увеличивается срок службы электродвигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент активной части погружного электродвигателя; на фиг.2 - узел отдельного подшипника с кольцами и упором; на фиг.3 - кольцо с двумя конусными торцевыми поверхностями и одной сквозной прорезью, общий вид; на фиг.4 - кольцо с двумя конусными торцевыми поверхностями и несколькими продольными прорезями, открытыми с одной стороны; на фиг.5 - развертка внешней поверхности кольца по фиг.4; на фиг.6 - кольцо с одной конусной и одной плоской торцевыми поверхностями.

Погружной электродвигатель содержит статор 1, в корпусе которого запрессован шихтованный магнитопровод 2 из листов электротехнической стали. С его внутренней поверхностью связаны корпуса 3 подшипников. На валу 4 ротора установлены пакеты 5, с обеих сторон которых размещены подвижные втулки 6 подшипников. Между каждым пакетом 5 и подвижной втулкой 6 насажены кольца 7. Торцевые поверхности колец 7 выполнены конусообразными и плотно примыкают к ответным поверхностям соседних пакетов 5 и подвижных втулок 6 (фиг.1). К внешней торцевой поверхности втулок 6 на концах ротора примыкают внешние кольца 12 (фиг.2, 6), которые опираются на упоры, образованные, например, цилиндрической втулкой 9 и полукольцами 8, заглубленными в канавки на валу 4 (фиг.1, 2). Упоры жестко фиксируют ротор на валу 4 и препятствуют его осевому смещению. В верхней части электродвигателя упор дополнительно снабжен гайкой 10 (фиг.2), связанной для регулирования осевого усилия с втулкой 9 через резьбовое соединение. Между внешним кольцом 12 и упором размещена пружина 11, которая служит для создания осевого усилия. Торцевая поверхность внешних колец 12 может быть выполнена с одной стороны конусообразной, а с другой - цилиндрической (фиг.2, 6), что обеспечивает сокращение осевых размеров. Кроме того, роль упоров могут выполнять элементы конструкции, закрепленные на валу, в частности рабочее колесо насоса, служащее для циркуляции масла внутри электродвигателя. Кольца 7 и 12 могут выполняться со сквозной прорезью 13 (фиг.3) либо с параллельными оси вала прорезями 14 длиной, не превышающей половины ширины кольца. В последнем случае прорези 14 могут быть расположены в шахматном порядке с открытым концом на противоположных торцевых сторонах кольца (фиг.4, 5).

В заявляемой конструкции каждый пакет ротора создает при сборке осевое усилие, которое передается через конусообразную поверхность на кольцо, что приводит к его деформации. Внутренняя поверхность кольца прижимается к валу, пакеты и подвижные втулки подшипников устанавливаются на валу без зазоров. Пакеты не могут сместиться в радиальном направлении, дебаланс ротора уменьшается, вибрация в таком электродвигателе резко снижается, а срок службы увеличивается.

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения, в частности к погружным электродвигателям для подъема пластовой жидкости. Предлагаемый погружной электродвигатель содержит статор (1), внутри которого размещен ротор в виде пакетов (5), насаженных на вал (4). С обеих сторон пакетов (5) расположены подвижные втулки (6) подшипников. При этом ротор дополнительно снабжен кольцами, размещенными по обе стороны подвижных втулок и имеющими возможность изменять радиальный размер при осевом воздействии нагрузки, при этом, по крайней мере, часть торцевых поверхностей пакетов, колец и втулок, обращенных друг к другу, выполнены конусообразными с возможностью их примыкания, а внутренняя поверхность, по крайней мере, части колец имеет цилиндрическую форму. В частности, между каждым пакетом (5) и подвижной втулкой (6) насажены кольца (7), торцевые поверхности которых выполнены конусообразными и плотно примыкают к ответным поверхностям соседних пакетов (5) и подвижных втулок (6). На концах ротора установлены внешние кольца (12), торцевая поверхность которых может быть выполнена с одной стороны конусообразной, а с другой - цилиндрической, что обеспечивает сокращение осевых размеров. Выполнение колец (7) и (12) с прорезями обеспечивает изменение их радиального размера при осевом воздействии нагрузки. Технический результат - увеличение срока службы погружного электродвигателя путем уменьшения дебаланса ротора и снижения уровня вибрации, благодаря чему исключаются технологические зазоры между втулками подшипников и валом, а также между валом и пакетом при одновременном сохранении технологичности сборки данного погружного электродвигателя. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Погружной электродвигатель для погружных электронасосов, содержащий статор и размещенный внутри его ротор в виде пакетов насаженных на вал и чередующихся с подвижными втулками подшипников, опирающихся внешней втулкой на внутреннюю поверхность статора, отличающийся тем, что ротор дополнительно снабжен кольцами, размещенными по обе стороны подвижных втулок и имеющими возможность изменять радиальный размер при осевом воздействии нагрузки, при этом по крайней мере часть торцевых поверхностей пакетов, колец и втулок, обращенных друг к другу, выполнены конусообразными с возможностью их примыкания, а внутренняя поверхность, по крайней мере, части колец имеет цилиндрическую форму.

2. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кольца выполнены со сквозной прорезью, параллельной оси вала.

3. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что кольца выполнены с прорезями, которые расположены параллельно оси вала и открыты со стороны одного из торцев.

4. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что угол наклона хорды образующей конусообразных поверхностей к оси вала либо образующей конусов находится в пределах 10-65°.

5. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что на концах вала ротора установлены упоры для фиксации в осевом направлении, контактирующие с внешними кольцами.

6. Погружной электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что между упором и внешним кольцом размещена пружина.