ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR

Настоящее изобретение относится к области электротехники и машиностроения, в частности к погружным синхронным электродвигателям, входящим в состав малогабаритных установок электроцентробежных насосов.
Известен электрический погружной насос с асинхронным электродвигателем, содержащим механически фиксируемые в осевом направлении пластины статора (RU 2521957 C2, H02K 1/18, публ. 20.02.2012). Осевая фиксация происходит при помощи полосы, которая проходит через паз на внешней окружности пакета статора, концевых пластин и стопорных колец, установленных в канавки корпуса статора.
Недостатком аналога является сложность исполнения канавок во внутренней поверхности корпуса в погружном малогабаритном синхронном электродвигателе с многосекционным статором и цельным корпусом, так как в этом случае указанную осевую фиксацию и канавки для нее необходимо выполнять для каждой секции статора по всей длине корпуса.
Известен статор погружного электродвигателя (RU 2336619 C1, Н02К 1/18, Н02К 1/12, Н02К 5/132, публ. 20.10.2008), выполненный с большим соотношением длины к диаметру и состоящим из цилиндрического корпуса, в котором установлен с минимальными зазорами цилиндрический шихтованный магнитопровод с обмоткой, на наружной поверхности которого выполнены на радиальных осях симметрии зубцов не менее двух симметрично расположенных продольных пазов, в которых установлены шпонки и заполнены компаундом.
Недостатком данного изобретения является то, что данное техническое решение может быть применено только для статоров, состоящих из одной секции, так как заполнение компаундом пазов между магнитопроводом и корпусом при сборке статора, состоящего из двух и более секций, представляет собой сложную задачу.
Известно устройство погружного маслозаполненного электродвигателя (RU 183619 U1, F04D 13/10, F04D 29/58, Н02К 9/19, Н02К 5/132, публ. 28.09.2018), содержащее статор из корпуса и магнитопровода с зубцами, между которыми установлены обмотки, установленный на подшипниках ротор с полым валом и турбинкой. Для обеспечения заполнения железом статора и предотвращения проворота магнитопровода относительно корпуса используются гильзы с каналами, стопорные кольца, шпонки и клей.
Недостатком аналога является сложность применения данного способа фиксации в корпусе статоров, имеющих две и более секции.
Наиболее близким по технической сущности является вентильный секционный электродвигатель (RU 107002 U1, Н02К 29/00, Н02К 9/193, публ. 27.07.2011), состоящий, по меньшей мере, из двух секций, каждая из которых содержит корпус, статор с фазными обмотками, ротор с постоянными магнитами, которые намагничены в радиальном направлении, стыковочных узлов секций, подшипниковых щитов, теплообменника, элементов круговой ориентации статора с фазными обмотками, с секциями, соединенными между собой двухрезьбовой муфтой, обладающей изгибной прочностью основного корпуса.
Недостатком ближайшего аналога является то, что с увеличением количества секций от двух и более, увеличивается количество соединений секций корпуса, а также необходимость применения резиновых уплотнителей в местах соединений секционного корпуса, что в условиях работы в скважине повышает вероятность потери герметичности.
Задачей изобретения является увеличение жесткости конструкции, надежности и упрощение технологии производства погружного синхронного электродвигателя для малогабаритных установок электроцентробежных насосов.
Техническим результатом изобретения является: повышение герметичности электродвигателя, уменьшение количества технологических операций при обработке внутренней поверхности корпуса электродвигателя, увеличение жесткости конструкции секций статора.
При конструировании погружных электродвигателей необходимо учитывать, что габарит электродвигателя ограничен диаметром обсадной колонны. Для погружных электродвигателей малогабаритных установок электроцентробежных насосов максимальный диаметр по корпусу составляет примерно 70 мм. В связи с этим электродвигатели выполняют синхронными, с ротором на постоянных магнитах. Мощность электродвигателя при неизменном диаметре зависит от длины активной части электродвигателя. В погружных синхронных электродвигателях малогабаритных установок электроцентробежных насосов, использующих ротор с большим соотношением длины к диаметру, ротор нуждается в промежуточных опорах, поэтому статор и ротор выполняют секционными, а между секциями устанавливают промежуточные опоры. Таким образом, создание таких электродвигателей является сложной инженерной задачей.
Сущность предлагаемых технических решений состоит в следующем.
Применение цельного корпуса для всего электродвигателя уменьшает возможность его разгерметизации, что повышает надежность изделия. Выполнение внутренней поверхности цельного корпуса гладким упрощает технологию производства, уменьшая количество технологических операций, и снижает себестоимость электродвигателя.
Применение цельного корпуса с гладкой внутренней поверхностью для статора, состоящего из двух и более секций, возможно в случае обеспечения жесткости конструкции всего статора и его неподвижности относительно корпуса электродвигателя. Жесткость конструкции статора зависит от жесткости каждой секции статора. Также применение цельного корпуса для статора, состоящего из нескольких секций, возможно в случае, если секции статора будут устанавливаться в корпус уже с намотанной и пофазно соединенной между секциями обмоткой. Из этого следует, что магнитопровод каждой секции статора должен быть выполнен отдельной жесткой конструкцией до процесса намотки.
Для этого в магнитопроводе каждой секции статора применяются фиксаторы, проходящие сквозь все пластины магнитопровода, расположенные под углом не более 120 градусов друг относительно друга, и концевые пластины с двух сторон магнитопровода, соединенные с фиксаторами. Конструкция фиксаторов, скрепляющих пластины магнитопровода, обеспечивает крепление их к магнитопроводу без использования клеящих составов, обеспечивая неподвижность пластин друг относительно друга в радиальном и осевом направлениях.
Фиксация секций статора от проворота друг относительно друга и корпуса осуществляется при помощи крышек, которые крепятся к концевым пластинам магнитопровода. Крышки статоров через штифты передают вращающий момент на опоры, установленные между секциями статора, а верхняя и нижняя опоры - на концевые фланцы электродвигателя.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - схематический чертеж секции статора, поясняющий расположение фиксаторов на магнитопроводе;
на фиг. 2 - схематический чертеж соединения концевой пластины и фиксатора магнитопровода;
на фиг. 3 - эскиз концевой пластины;
на фиг. 4 - схематический чертеж, поясняющий расположение фиксаторов и концевых пластин;
на фиг. 5 - узел соединения намотанных секций статора при помощи промежуточных опор и крышек секций статора.
На фиг. 1 показана секция статора 1 погружного электродвигателя, содержащий фазные обмотки 3 и магнитопровод, состоящий из пластин с зубцами 2, концевых пластин 5 и фиксаторов 4.
На наружной поверхности магнитопровода на радиальных осях симметрии зубцов выполнены пазы, в которые установлены фиксаторы 4. Фиксаторы скрепляют пластины магнитопровода. С двух сторон фиксаторы 4 соединены с концевыми пластинами 5 (фиг. 2). Размеры, количество и материал фиксаторов выбираются из условия наименьшего влияния на магнитный поток в магнитопроводе и обеспечения жесткости секции магнитопровода в осевом направлении и неподвижности пластин секции магнитопровода друг относительно друга в радиальном направлении. Количество фиксаторов не менее трех, расположение под углом не более 120 градусов друг относительно друга и крепление к концевым пластинам позволяет стянуть и зафиксировать магнитопровод секции статора без установки в корпус. На фиг. 2 показаны варианты исполнения фиксатора 4, как полоса с трапецеидальным сечением, так и с круглым сечением, но возможна любая другая форма сечения, например, треугольная.
На фиг. 3 показан эскиз концевой пластины 5 магнитопровода. Для равномерного распределения осевых усилий конструкция концевых пластин 5 может повторять конструкцию пластин магнитопровода. Концевая пластина имеет пазы 15 по наружному диаметру, для установки и крепления фиксаторов. Количество, расположение и размер пазов 15 зависит от количества, расположения и размера фиксаторов. Пазы 14 на концевых пластинах предусмотрены для соединения с крышками 12 (фиг. 5). Количество и размер пазов для соединения с крышками выбираются из условия обеспечения неподвижности секций статора друг относительно друга и корпуса. Толщина концевых пластин выбирается из условия необходимого количества пазов 15 для фиксаторов и пазов 14 для крышек. При этом возможны варианты выполнения пазов не по всей толщине концевой пластины, а на необходимую глубину.
После установки фиксаторов на предварительно стянутой секции магнитопровода и соединения их с концевыми пластинами, стяжки ослабляют. От ослабления стяжек пакет пластин магнитопровода разжимается и на фиксаторах появляется осевое усилие, которое держит их в натянутом состоянии, фиксируя пластины магнитопровода. Далее на магнитопровод секции статора наматывается фазная обмотка, после чего лобовые части закрываются крышками.
Расположение фиксаторов 4 и концевых пластин 5 показано на схематическом чертеже фиг. 4 (магнитопровод не показан). Такая конструкция обеспечивает жесткость секции статора, что позволяет выполнить обмотку секции до установки в корпус.
На фиг. 5 секции статора между собой соединены при помощи опор 11, которые соединяются с крышками 12 штифтами 13 и установлены в корпус 6 электродвигателя. Крышки передают момент проворота, возникающий на статоре при вращении ротора электродвигателя, опорам 11 при помощи штифтов 13. Электрическая коммутация обмоток секций статора происходит при помощи коннекторов 21, установленных в опоры и надежно изолированных, при помощи электроизоляционных материалов. На фиг. 5 указаны выводы обмоток фаз 20 секций статора, которые соединяются между собой при помощи коннекторов 21, пары трения 16 и 17, на которые устанавливается ротор 18 электродвигателя. Опоры электродвигателя устанавливаются между секциями статора, а также с нижнего и верхнего конца статора. Материал колец 10 на опорах выбирается из условия наилучшей стойкости к влиянию изоляционного масла, заполняющего полость электродвигателя. Размеры колец 10 обеспечивают плотное прилегание по контуру к опоре и корпусу электродвигателя, обеспечивая дополнительную защиту от проворота опор и статора относительно корпуса.
Статор, состоящий из двух или более секций, после установки в корпус присоединяется при помощи верхней и нижней опор и штифтов к концевым фланцам электродвигателя, которые соединены с корпусом электродвигателя.