Погружной электродвигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K5/12 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании погружных электродвигателей, заполненных жидкостью преимущественно дая привода гребных винтов подводных аппаратов

Цель изобретения - повышение КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость

На фиг. 1 представлена зависимость кинематической вязкости минерального масла в функции давления и температуры; на фиг.

2- зависимость потерь трения, электрических гютеоь и суммарных потерь в функции температуры жидкого диэлектрика; на фиг.

3- погружной электродвигатель, разрез; на фиг 4 и 5 - корпус, примеры исполнения соответственно с внутренним и наружным теплоизолирующими покрытиями,

Погружной электродвигатель глубоководного подводного аппарата состоит из герметичного корпуса 1, находящегося в заборной реде 2, закрепленного в корпусе 1 статоря 3 вала 4 с ротором 5 установленного на п дшипниках в переднем 6 и заднем 7 щитэ Внутренняя полость электродвигателя заполнена жидким диэлектриком 8, отделенным от окружающей среды 2 уплот нением разделителем сред) 9 Давление внутри электродвигателя практически равно давлению окружающей двигатель среды (компенсатор, обеспечивающий уравнивание наружного и внутреннего давлений, не показан)

Одним из способов повышения эффек- тивнссги погружных электродвигателей является применение жидкостей, обладающих возможно меньшей кинематической вязкостью, и, следовательно создающих меньшие потери трения

В таблице приведены значения вязкости различных жидкостей при 20°С

Как видно из таблицы применение маловязких жидкостей в качестве эапопнителя

Ё

4 О ГО Јь СО Ч)

внутренней полости двигателя позволяет существенно снизить потери трения.

Однако применение этого способа ограничено, так как жидкости с меньшей, чем у керосина, вязкостью, обладающие удовлетворительными эксплуатационными свойствами, отсутствуют (кроме масла ТС-1). Керосин, в силу присущей ему текучести, также нельзя признать полностью удовлетворяющим условиям применения в погружных двигателях подводных аппаратов. Поэтому наиболее широко применяются жидкости, имеющие некоторое среднее значение коэффициента кинематической вязкости.

Глубоководные подводные аппараты характеризуются высоким давлением жидкости, заполняющей полость двигателя, а также низкой температурой этой жидкости. Последнее вызвано хорошими условиями охлаждения жидкости, заполняющей полость двигателя на всех участках теплового потока: от обмотки к жидкости, от жидкости к стенке корпуса, по корпусу, от корпуса в окружающую двигатель среду. Низкая температура забортной воды и малый перепад температуры от забортной воды до жидкости, заполняющей полость двигателя, способствует тому, что температура жидкости невысока. Как показали испытания, перепад температуры на участках окружающая среда - жидкость меньше 10°С, чему при температуре забортной воды 5°С соответствует температура жидкости в полости двигателя около 16°С.

Изменение коэффициента кинематиче- ской вязкости минерального масла в функции давления и температуры (для 40 и 80°С) приведено на фиг. 1.

Как видно из фиг. 1, повышение температуры жидкости в полости двигателя с 40 до 80°С при давлении 40 эти ведет к снижению кинематической вязкости жидкости прим.но в 6 раз. Коэффициент трения при ламинарном режиме течения (и, соответственно, потери трения) пропорционален коэффициенту кинематической вязкости, т. е, влияние температуры на потери трения (особенно в условиях высокого давления) весьма существенно, что сказывается на эффективности электродвигателя.

Таким образом, хорошее охлаждение жидкости ведет к снижению эффективности двигателя.

Для повышения КПД двигателя корпус выполнен из теплоизолирующего материала, например стеклопластика.

Создание тепловой изоляции на пути теплового потока от жидкого диэлектрика к окружающей двигатель воде ведет к повы0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

шению температуры жидкости, заполняющей двигатель, при его работе, снижению коэффициента кинематической вязкости и, соответственно, потерь трения. При этом за счет некоторого увеличения температуры обмотки несколько возрастают электрические потери.

Характер зависимости потерь трения, электрических потерь, и суммарных потерь в функции температуры жидкого диэлектрика приведен на фиг. 2, где показано изменение электрических потерь в обмотке двигателя (ДРэл) и гидравлических потерь трения ( Д Ртр) в зависимости от температуры жидкого диэлектрика (1 - для трансформаторного масла; 2 - для керосина), а также приведены суммарные потери (ДРг) в зависимости от температуры.

В зависимости от конкретных условий (доли потерь трения в общих потерях, частоты вращения и свойств жидкого диэлектрика) оптимальное значение температуры может меняться. На фиг. 2 для трансформаторного масла (кривая 1), а для керосина х0пт 100°С (кривая 2).

Принципиальное отличие предлагаемого пути повышения КПД заключается, таким образом, в переходе на тепловой режим, характеризующийся повышенным значением температуры жидкости, заполняющей полость двигателя.

Толщина корпуса из теплоизолирующего материала выбрана исходя из условий оптимальной температуры жидкости, обеспечивающей минимум суммы гидравлических потерь трения и электрических потерь в обмотках двигателя.

Уровень тепловыделения от жидкости к забортной воде в существенной мере определяется тепловым сопротивлением корпуса, которое для монолитного (однослойного) корпуса определяется по известной формуле

.„,-.

А о

где 6 - толщина корпуса:

Я- теплопроводность материала корпуса;

S - площадь поверхности корпуса, по которой передается тепло от жидкости к забортной воде.

При известных значениях площади S (получаемой в результате разработки конструкции двигателя) и уровня тепловыделения в двигателе,.определяемого его КПД, достичь оптимальной температуры жидкости можно путем выбора определенного соотношения 3/Я, т. е. выбора материала с определенной теплопроводностью Я и соответсгаующей этой теплопроводности толщиной корпуса б,

Двигатель работает следующим образом.

После начала работы двигателя начина- ется выделение греющих потерь (включая потери от трения ротора о жидкий диэлектрик) в заполняющую внутреннюю полость двигателя среду. Из-за высокого теплового сопротивления корпуса тепловое равнове- сие (равенство выделяемого и отдаваемого в окружающую среду тепла) наступает только при достаточно высокой температуре жидкого диэлектрика, чему соответствует минимум потерь и, следовательно, макси- мум КПД электродвигателя.

Вместо однослойного корпуса (по фиг. 3) электродвигателя с определенным отношением толщины к теплопроводности мате-

риала могут быть применены и другие решения.

Так. в целях упрощения технологии на поверхность тонкостенного металлического корпуса может быть нанесено теплоизолирующее покрытие 11 изнутри (фиг. 4) или снаружи (фиг. 5).

Изобретение позволяет получить технико-экономический эффект за счет повышения КПД двигателя.

Формула изобретения

Погружной электродвигатель, содержащий заполненный жидкостью корпус с закрепленным в нем статором, подшипниковые щиты, ротор с подшипниками и узел уплотнения выходного вала, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость, корпус выполнен из теплоизолирующего материала.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании погружных электродвигателей, заполненных жчдюгтью Цель изобретения - повышение КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость Погружной электродвигатель содержит заполненный жидкостью (ерметичный корпус выполненный из теплоизолирующего материала При работе вследствие потерь в двигателе г мл зратура жидкости повышается благодаря чему потери на трение существенно снижаются а потери в обмотках несколько повышаются Толщина корпуса ид теплоизолирующего материала выбрана из условии получения оптимальной температуры, обеспечивающей минимум суммы потерь 5 m табл

100 200 300 WO

Фиг.

20

500 p «Щ, r

5075

Фиг. 2

too tx, °c

77

Фиг.Ь

Ю

Фиг. 5