Электрическая машина Ветохина ЭМВ Советский патент 1993 года по МПК H02K5/12 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к погружным электрическим машинам, которые применяются для приводов различных морских механизмов (буровых установок для добычи полезных ископаемых с морского дна, активных рулей и подруливающих устройств), а также в качестве приводов скважных насосов в геологических и минерало-разведочных работах.

Цель изобретения - повышение надежности, живучести, долговечности и энергетических характеристик машины путем исключения контактной коррозии поверхностей электротехнической стали расточки статора и бочки ротора в немагнитном зазоре, а также меди короткозамкнутой обмотки ротора при работе в морской воде на неограниченной глубине погружения с учетом движения электролита (морской воды) внутри электродвигателя.

На фиг.1 представлена машина, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - расположение стержней и протекторов в прямоугольном пазу; на фиг.4 - расположение стержней и протекторов в круглом пазу.

Электрическая машина содержит ротор, на валу 1 которого расположен пакет сердечника 2 с медными стержнями 3, замкнутыми накоротко медными кольцами 4 (беличья клетка). Для защиты от контакт00

СА ГО Ю 00

00

ной коррозии активной электротехнической стали в пазу медь-сталь установлены протекторы 5, например, из сплава алюминий- цинк-кальций (Al-Zn-Ca) или алюминия магниевого сплава марки АМг-ЗМ, расположенные симметрично относительно друг друга в нескольких пазах, количество которых может быть принято соответствующим числу 3,6 или 12 с тем, чтобы не нарушать балансировку ротора. Протекторы 5 имеют по всей длине электрический контакт со стержнями 3 обмотки ротора и вместе с ними изолированы слоем б от стали, например фторолакотканью Ф4МДЭ. 8 данномслучае протекторы 5 являются анодами, а медные стержни 3 катодами.

В связи с тем, что коррозия происходит главным образом в немагнитном зазоре 7, приводя к недопустимому его увеличению, на валу 1 установлены с натягом втулки-протекторы 8, защищающие от электрохимической коррозии в основном пакет сердечника 2 ротора по цели: вал 1. нажимные листы 12, пакет сердечника 2, немагнитный зазор.7. поверхность бочки ротора является катодом, а втулки - протекторы 8 будут анодом. Дополнительное влияние втулок-протекторов 8 распространяется и на пакет сердечника статора 10 по цепи: вал 1, подшипники и щиты, корпус статора 9, пакет статора 10, немагнитный зазор 7, поверхность расточки статора 10 является катодом, втулки 8 - анодом.

Аналогично ротору в корпусе 9 установлены с натягом втулки-протекторы 11, предназначенные для электрохимической защиты пакета сердечника 10 статора по цепи: корпус 9, нажимные листы 13, сердечник, немагнитный зазор 7, поверхность расточки статора 10 является катодом, а втулки-протекторы 11 будут анодом. Дополнительное влияние втулок-протекторов 11 будет распространяться и на ротор по цепи: корпус 9, подшипниковые щиты и подшипники, вал 1, нажимные листы 12, сердечник 2, немагнитный зазор 7, поверхность бочки ротора-катод, втулки 11 - анод.

При сборке статора и ротора необходимо обеспечить плотный контакт втулок 8 и 11 с пакетами 2 и 10 соответственно через нажимные листы 12 и 13, которые выполнены из нержавеющей стали.

В электрической машине охлаждающая жидкость (электролит) находится в движении от вращения ротора, в связи с чем должна быть поправка на скорость движения электролита, увеличивающую скорость коррозии (происходит смывание продуктов электрохимической коррозии и образование на их месте новых).

Поправка определена опытным путем и

равна 1,4-1,6, она учтена при установлении

толщины колец 8-10 мм на срок службы

10 лет, следующим образом: скорость коррозии металла определяется по формуле

К..Л-3

П мм/год,

0)

0

5

0

5

0

5

0

где П - скорость (проникновения) коррозии,

К-потеря массы металла, г/м - год,

д- плотность металла, Г/см3.

Институтом океанологии им. П.П.Ширшова в Северной Атлантике при температуре воды 20°С исследовалась скорость коррозии П1, П2, ПЗ на следующих образцах контактных пар;

П1: углеродистая сталь и медь (анод, катод);

П2: углеродистая сталь и сталь Х18Н10Т (анод, катод);

ПЗ: углеродистая сталь и алюминиевый сплав

АМг-ЗМ (катод, анод).

Получены следующие результаты (I):

П 0,5 мм/год; П2. 0,348 мм/год;

П3 0,32 мм/год(2)

В данном опыте контактные пары находились в стационарном состоянии.

На электродвигателе-типа АМВ-2 (асинхронная машина Ветохина), работающего в искусственной морской воде установлено:

Протора 0,8 мм/год;

II статора 0,5 мм/год(3)

Сопоставляя данные результаты (3) с приведенными еыше (2) имеем: Протора соответствует П1, Пстатора П2.

Поделив (3) на (2), имеем: Прот 0,8 .

-Si-1A

/А/ст

Пет 0.5

(4)

П2 0,348

1,436.

Из (4) следует, что поправка на скорость движения электролита (вращение ротора) приблизительно равна (1,4-1,6).

Для толщины втулок из алюминиевого сплава имеет ПЗ 0,33 мм/год. За 10 лет

коррозия втулок будет равна 3,2 мм, с учетом (4) и коэффициента запаса толщину втулок принимаем равной 8-10 мм.

Исходя из проведенных опытов на раз- личных моделях электродвигателей, установлено, что коррозия электротехнической стали в немагнитном зазоре отсутсдвует при условии:

Sz 1 R2 h 1

Si Ri li 20 lbj

где множитель 2 означает площадь дву втулок

$2 - площадь втулки-протектора 8 (активная), соприкасающаяся с Морской водой,

R2 - радиус втулки-протектора 8 (фиг,2); 5 12 - длина (в аксиальном направлении) втулки-протектора 8;. .

Si - площадь поверхности ротора, соприкасающаяся с морской водой;

Ri - радиус ротора;10 .И - длина ротора, ; /; ; ; Из-за малости величины толщин втулок по сравнению с их длиной в расчете можйо их не учитывать; V-/- ;. . ; ч ;-; Из(5)имеем 15

l2-i/40 -liRi/R2

(6)

Исходя из реальных величии соотношений RI и R2 в существующих электрических машинах, можно принять:

для ротора/

Ri 4R2, откуда по (б) ; 12 0,1 И;;; :

для статора

приН2 5/4- RI

l2 0,02H. , ;;. где R21 - радиус (внутренней поверхности) втулки-протектора 11.

Если втулку 11 разместить ближе к зазору 7 (практически выгодно для крупных машин), то приблизительно,

2 0,025li.

Учитывая необходимость надежности, коэффициента запаса ив связи с приведён- ной приближенностью расчета, принят еледующий вид зависимости:;

12 (0,05-0,1)11.

Для стальных конструкций, установленных в морской воде отношение площади поверхности протектора к площади защм- щаемой поверхности равна в пределах 1/600- 1/200.

Следовательно, в электрической машине работа протекторов во вращающемся электролите находится в более жестких условиях и не может быть формально перенесена на электрохимическую защиту активных частей электродвигателя.

Как указывалось выше, медные стержни 3, вместе с которыми размещены в одном пазу прямоугольной формы протекторы 5 в виде пластин, заключены в общую изоляцию из изоляционного слоя 6, отделяющего по всему периметру сечения (фиг.З) стержни с пластинами от пакета электротехнической стали ротора 2. Это выполнено для защиты от контактной коррозии, возникающей при непосредственном контакте ее с активной

электротехнической сталью и одновременном контакте с электролитом (через корот- козамыкающие кольца 4).

Предлагаемый эквивалентный вариант для круглых пазов ротора 2 машины отличается от описанного наличием на медных стержнях 14 цилиндрических оболочек 15, получающихся путем скручивания пластин в трубки (фи г.4) и выполненных из того же материала и изолированных от стали общей пазовой изоляцией 16.

Работа осуществляется следующим образом/ ...,.. , ; .. ;.. ;:- . При вращении ротора в среде охладителя (электролита) последний тоже приходит в движение, в связй;счем ротор и статор оказываются в среде движущегося электролй- : та. Йознйка т электрохимическая коррйзйя писанной выше активности на всех актЙаных поверхностях узлов машины, т.е. на првфзхностях, соприкасающихся С электролитом. В связи с тем, что электрй- ческий потен циал&тулок-протёкторов 8 и 11 ниже, чем потенциал электротехнической стали пакетов 2 и 10 ротора и статора соответственно, происходит электрохимическая коррозия бтулок-протектЬррв 8 и 11 с вымыванием продуктов двйжу(Дймся электролитом и еЬответсТвённб.меет место расход материала протекторов 8 и i 1, Поскольку масса упомянутогб материала (например сплсгеа A Zn-Ca или АМг-ЗМ) рассчитана приведённым выше путем, машина работает в течение срока эксплуатации без имевшего место у п рбтотйп а увеличен и я немагнитного зазора и связанногЬ с этим падения энергетических характеристик ма- щины.рбщйй изоляционный слой 6 предотвращает электрохимическую коррозию короткозамкнугбй обмотки ротора, которая могла бы происходить в риезультате прямого контакта стержней 3 с элёктрб ехнической сталыо 2, а также за счет наличия различных примесейгв Мёдйетержйёй 3.

faiBota в случае эквивалентного варианта исполнения машины, фиг.4 аналогична описанной и не Требует дополнительных описаний..;.. . :/, .;.;, Г ; .

Формул а и з о б р ё тения

1. Электрическая машина с охлаждением жидкостью, содержащая статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода жидкости, отличающая- с я тем, что, с целью повышения надежности, долговечности и энергетических характеристик путем предотвращения контактной коррозии поверхности ротора и расточки при охлаждении статора морской

водой, на валу ротора и в корпусе Статора с обоих торцов запрессованы втулки-протекторы из сплава алюминия, длина которых в аксиальном направлении составляет от 0,05 до 0,1 длины пакета сердечника, стержни обмотки ротора выполнены из меди и изолированы от сердечника пазовой изоляцией, в нескольких симметрично расположенных паза совместно с медными стержнями размещены протекторы из того же материала, что и втулки-протекторы, электрически контакА

0

тирующие по всей длине с упомянутыми стержнями.

2. Машина по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что пазы сердечника ротора выполнены прямоугольными, а протекторы в пазах в виде пластин,

3. Машина по п. 1, о т л и чаю щ а я с я тем, что пазы сердечника ротора выполнены круглыми, а протекторы - в виде цилиндрических оболочек.

Использование: в погружных электрических машинах для привода различных морских механизмов. Сущность изобретения: электрическая машина содержит статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой, состоящей из медных стержней и медных корот- козамыкающих колец. Охлаждение осуществляется окружающей жидкостью, входящей в машину через отверстия в подшипниковых щитах. Для защиты от контактной коррозии в корпусе статора с обоих торцев запрессованы втулки-протекторы из сплава алюминия, а в нескольких пазах ротора совместно со стержнями обмотки расположены протекторы из того же сплава алюминия, электрически контактирующие со стержнями. Протекторы могут быть выполнены в виде пластин, или цилиндрических оболочек. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ел

сри.г.{

увеличено