ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПОГРУЖНОГО ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТКРЫТОГО ИСПОЛНЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H02K9/19 H02K15/12 H02K15/16 

Изобретение относится к области корабельного электромашиностроения, в частности к погружным электрическим машинам, которые применяются для привода гребных винтов, подруливающих устройств, швартовных и якорных механизмов, различных насосов глубоководных подводных обитаемых и необитаемых аппаратов, а также в качестве приводов насосов и буровых машин в нефтегазовой отрасли. Т.е. в электроприводах механизмов с переменной производительностью и широким регулированием частоты вращения ротора.

Известна погружная насосная установка вертикального исполнения по а.с. №939830, которая содержит статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода жидкости. На вал ротора навешен насос, который через нижние отверстия в корпусе прогоняет охлаждающую жидкость по зазору между ротором и статором, а также через верхнее отверстие в корпусе насосной установки, и подает эту жидкость потребителю. Данная насосная установка применяется в скважинах для перекачки пресных вод. При ее погружении в агрессивную морскую воду она выйдет из строя из-за электрохимической коррозии активных частей машины, подшипников и обмоток статора и ротора.

Из известных электрических машин наиболее близкой к заявляемому электродвигателю, выбранной за прототип, является «Электрическая машина Ветохина ЭМВ», (см. патент №2072609, БИ №3, 27.01.97), которая содержит статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, корпус, заполненный жидким охладителем, и подшипниковые щиты с отверстиями. В качестве охладителя использована морская вода, а отверстия в подшипниковых щитах для входа и выхода воды расположены двумя группами. Данная машина обеспечивает надежную работу в качестве привода любого подводного механизма, находящегося на неограниченной глубине погружения в морской воде, а отверстия в щите и свободные зазоры между подшипниковыми щитами и валом обеспечивают надежное охлаждение всех активных частей ЭМВ. Кроме того, винтоканавочная нарезка на поверхности ротора позволяет создать осевое движение морской воды по рабочему зазору и удаление продуктов коррозии и абразивных частиц трения подшипников, а также инородных частиц, поступающих с морской забортной водой. Однако не представляется возможным винтоканавочный ротор применить в вентильно-индукторных электродвигателях, в которых сердечники статора и ротора имеют явнополюсную конструкцию.

Целью изобретения является повышение надежности и живучести, качественное улучшение массогабаритных показателей (МГП) и виброакустических характеристик (ВАХ), охлаждение внутренних частей разработанного погружного вентильно-индукторного электродвигателя открытого исполнения за счет применения дополнительных сквозных отверстий в центральной части корпуса машины, применения на поверхности массивных клиньев наклонных канавок, проходящих через всю их длину в осевом направлении, за счет использования протекторных дисков со сквозными отверстиями для балансировки ротора электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в известном погружном вентильно-индукторном электродвигателе открытого исполнения, содержащем статор с ярмом и явнополюсными зубцами с катушками возбуждения на них, ротор с такими же зубцами без обмотки, вал, установленный в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода окружающей морской воды, на статоре в радиальной плоскости центральной части электродвигателя просверлены симметричные друг относительно друга сквозные отверстия через корпус и ярмо между катушками полюсов статора для поступления забортной морской воды на охлаждение внутренних частей машины, а на внешних поверхностях монолитных массивных клиньев, расположенных между зубцами ротора, нарезаны по две наклонных канавки любой конфигурации с глубиной и шириной 3-5 мм, проходящими под углом вдоль поверхности клина в осевом направлении со скосом, равным половине дуги клина, причем для балансировки ротора используются торцовые протекторные диски из алюминиево-магниево-цинкового сплава, имеющих на двух радиусах зубцов и ярма концентрические равномерно распределенные балансировочные сквозные отверстия по одному на радиусах концов каждого зубца и ряд отверстий в ярме диска у вала, сдвинутых на одинаковый угол β относительно друг друга на каждом радиусе, при этом в выборочные балансировочные отверстия в зубцах и ярме у вала ввинчены винты из нержавеющей стали с потайной головкой, а свободные отверстия заглушены материалом с плотностью, соответствующей плотности охлаждающей морской воды.

Изобретение поясняется чертежами, в которых:

- на фиг.1 показан поперечный разрез погружного вентильно-индукторного электродвигателя открытого исполнения;

- на фиг.2 показан ротор погружного ВИЭД открытого исполнения;

- на фиг.3 показана развернутая плоскость поверхности ротора погружного ВИЭД открытого исполнения.

Согласно изобретению вентильно-индукторный электродвигатель открытого исполнения (фиг.1) содержит корпус 1 диаметром Dкорп, в котором размещены сердечник статора с ярмом 2 диаметром D_a и явнополюсными зубцами 3 диаметром по немагнитному зазору D₁ с катушками возбуждения 4 на них из обмоточного провода с полиимидно-фторопластовой изоляцией, например, марки ППИ, или аналогичной. На статоре в радиальной плоскости центральной части электродвигателя просверлены симметричные друг относительно друга сквозные отверстия 5 через корпус 1 и ярмо 2 между зубцами 3 с катушками полюсов 4 для поступления охлаждающей забортной морской воды на охлаждение внутримашиных частей. На валу 6 диаметром d_вал размещен пакет 7 ротора, имеющего явнополюсные зубцы 8 без обмоток диаметром по немагнитному зазору D₂, а в пространство между соседними зубцами 8 ротора запрессованы втугую под замки высокопрочные монолитные цилиндрические клинья 9 (фиг.1, фиг.2) из стеклотекстолита или аналогичного материала с целью придания ротору гладкой цилиндрической формы. Длина клиньев должна равняться сумме длины пакета ротора l₁ и удвоенной толщины протекторных дисков h. На внешней поверхности каждого клина имеются по две наклонные канавки 10 с глубиной и шириной 3-5 мм любой конфигурации, проходящими через всю длину поверхности клина в осевом направлении со скосом, равным половине длины дуги клина, и имеющими угол наклона α=arctg2l₂/t₂ (фиг.2, фиг.3). Балансировка ротора осуществляется с помощью торцовых роторных протекторных дисков 11 с зубцами из алюминиево-магниево-цинкового сплава, каждый диск имеет на двух радиусах концентрические равномерно распределенные балансировочные сквозные отверстия по одному на радиусах концов каждого зубца 12 диска и ряд отверстий 13 в ярме диска у вала, сдвинутых на одинаковый угол β относительно друг друга на каждом радиусе, при этом в рабочие выборочные балансировочные отверстия ввинчены винты из нержавеющей стали с потайной головкой, а свободные отверстия заглушены материалом с плотностью, соответствующей плотности охлаждающей морской воды. Между зубцами 8 пакетов ротора и зубцами 3 пакетов статора имеется немагнитный рабочий зазор 14 (δ), по которому наклонными канавками 10 в осевом направлении прогоняется охлаждающая забортная агрессивная морская вода вместе с инородными частицами.

Работа погружного вентильно-индукторного электродвигателя открытого исполнения осуществляется следующим образом. При погружении ВИЭД на любую глубину в морскую воду и включении электродвигателя в корабельную сеть ротор и статор оказываются в среде движущейся морской воды внутри полости машины, поступающей в нее через предлагаемые симметричные сквозные отверстия 5, просверленные в центре корпуса 1 между зубцами полюсов статора 3 с катушками возбуждения 4 (фиг.1). Далее вода раздваивается в противоположные стороны и отбирает тепло от нагретых полюсов потерями мощности в обмотке возбуждения 4 и путем теплопередачи передается в окружающую воду немагнитного зазора 14. По зазору нагретая вода проходит к подшипниковым щитам и выходит через верхний ряд концентрических отверстий подшипниковых щитов в окружающую среду (на чертежах не показано). Кроме того, вода во внутрь машины поступает через свободные зазоры между валом 6 и подшипниковыми щитами и нижний ряд концентрических отверстий подшипниковых щитов у вала, которая подходит к подшипникам, зубцам ротора 8 и лобовым частям катушек возбуждения 4 статора, отбирает от них тепло вышеописанным способом и выходит через верхний ряд концентрических отверстий подшипниковых щитов в окружающую среду (на чертежах не показано, см. прототип). Качественное улучшение охлаждения внутренних частей электродвигателя и улучшение виброакустических характеристик (ВАХ) за счет уменьшения виброускорений от турбулентности воды и гидродинамических сил на высоких частотах 1200 Гц и выше при вращении ротора во время работы, удаления инородных частиц, поступающих с забортной морской водой, а также продуктов коррозии и абразивов износа подшипников скольжения из немагнитного рабочего зазора 14 между цилиндрическим ротором и зубцами статора, обеспечивается наклонными канавками 10 любой конфигурации, нарезанными на поверхности массивных клиньев 9 ротора, которыми создается осевое движение охлаждающей морской воды. Кроме того, балансировка ротора с помощью винтов 12, 13 из нержавеющей стали с потайной головкой, ввинченных в концентрические отверстия торцовых протекторных дисков 11 ротора, существенно снизит величину виброускорений на низких частотах до 100 Гц и качественно улучшит ВАХ электродвигателя.

Заявляемое техническое решение позволит значительно улучшить массогабаритные показатели, повысить надежность и живучесть разработанного погружного вентильно-индукторного электродвигателя открытого исполнения при работе в морской воде на любой глубине погружения и любых кренах и дифферентах за счет применения дополнительных сквозных отверстий в центральной части корпуса машины для охлаждения внутренних частей. Применение на поверхности массивных клиньев образованного цилиндрического ротора наклонных канавок, проходящих через всю длину клина в осевом направлении и создающих ламинарное течение воды вместе с инородными частицами в немагнитном рабочем зазоре, а также использование протекторных дисков со сквозными отверстиями, с винтами в них, с потайной головкой для балансировки ротора, позволит качественно улучшить виброакустические характеристики электродвигателя (ВАХ).

Изобретение относится к электротехнике, к корабельному электромашиностроению, в частности к погружным электрическим машинам, работающим в морской воде. Технический результат состоит в улучшении охлаждения внутренних частей и виброакустических характеристик. В корпусе двигателя размещены сердечник статора с ярмом 2 и явнополюсными зубцами 3 с катушками возбуждения 4 на них. В центральной части его просверлены симметричные друг относительно друга сквозные отверстия 5 через корпус 1 и ярмо 2 между зубцами 3 и катушками полюсов 4 для поступления охлаждающей забортной морской воды для их охлаждения. На валу 6 размещен пакет 7 ротора с явнополюсными зубцами 8 без обмоток. В пространство между соседними зубцами 8 ротора запрессованы под замки высокопрочные монолитные клинья 9 из стеклотекстолита или аналогичного материала для придания ротору гладкой цилиндрической формы. На внешней поверхности каждого клина имеются по две наклонные канавки 10 с глубиной и шириной 3-5 мм любой конфигурации, проходящие через всю длину со скосом в половину длины дуги клина. Для балансировки ротора использованы концентрические балансировочные сквозные отверстия 12, просверленные по одному на периферии каждого зубца, и ряд отверстий 13 у вала протекторных торцовых дисков 11. В рабочие выборочные балансировочные отверстия ввинчены винты из нержавеющей стали с потайной головкой. Свободные отверстия заглушены материалом с плотностью, соответствующей плотности морской воды. 3 ил.

Погружной вентильно-индукторный электродвигатель открытого исполнения, содержащий статор с ярмом и явнополюсными зубцами с катушками возбуждения на них, ротор с такими же зубцами без обмотки, вал, установленный в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода окружающей морской воды, отличающийся тем, что на статоре в радиальной плоскости центральной части электродвигателя просверлены симметричные друг относительно друга сквозные отверстия через корпус и ярмо между катушками полюсов статора для поступления забортной морской воды на охлаждение внутренних частей машины, а на внешних поверхностях монолитных массивных клиньев, расположенных между зубцами ротора, нарезаны по две наклонных канавки любой конфигурации с глубиной и шириной 3-5 мм, проходящими под углом вдоль поверхности клина в осевом направлении со скосом, равным половине дуги клина, причем для балансировки ротора используются торцовые протекторные диски из алюминиево-магниево-цинкового сплава, имеющие на двух радиусах зубцов и ярма концентрические равномерно распределенные балансировочные сквозные отверстия по одному на радиусах концов каждого зубца диска и ряд отверстий в ярме диска у вала, сдвинутых на одинаковый угол β относительно друг друга на каждом радиусе, при этом в выборочные балансировочные отверстия в зубцах и ярме у вала ввинчены винты из нержавеющей стали с потайной головкой, а свободные отверстия заглушены материалом с плотностью, соответствующей плотности охлаждающей морской воды.