ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ВЕТОХИНА "ЭВМ"

Заявляемое решение (полезная модель) относится к области электротехники, в частности к погружным электрическим машинам, которые применяются для приводов различных подводных морских механизмов (буровых и добычных установок при разработке полезных ископаемых на морском дне, шлюзовых установок водоканалов, гребных и подруливающих устройств глубоководных подводных аппаратов (ГПА) и др.), а так же для приводов скважных насосов в геологоразведочных работах и очистных сооружений, например, целлюлозно-бумажной и химической промышленностях.
Известная «Электрическая машина Ветохина «ЭМВ» (см. патент №1813228, Б.И. №16, 1993 г.) содержит статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выхода морской воды, между валом и подшипниковыми щитами имеются зазоры, статор и ротор имеют протекторную защиту из алюминиево-магниево-цинкового сплава.
Балансировка ротора осуществляется на воздухе общепринятым методом с помощью дисков, навешанных на свободные концы вала, в пазы и отверстия которых укрепляются дополнительные грузы со стороны уменьшенной массы ротора. Однако при погружение машины в морскую воду эти диски будут представлять несимметричные насосные колеса, в качестве насосных лопастей будут выступающие грузы дисков, которые сцепляются с вязкой морской или другой окружающей жидкостью и создающие дополнительные вибрации и гидрошумы, ухудшающие виброакустические характеристики машины. Поэтому отбалансировать ротор с большой эффективностью и точностью с помощью этих дисков довольно затруднительно.
Из известных электрических машин наиболее близкой к заявляемой, выбранной заявителем за прототип, является «Электрическая машина Ветохина ЭМВ» (см. патент №2065656, Б.И. №23, 1996 г.) по основным конструктивным элементам аналогична вышеприведенной, за исключением ротора, который выполнен в единой конструкции с центробежным насосом. Балансировка ротора осуществляется с помощью эксцентричных втулок или дисков с радиальной плоскостью сечения в виде эллипса, со смещением его центра относительно оси машины в сторону уменьшенной массы ротора. Диски или втулки установлены на свободные концы вала. Однако при больших значениях небаланса ротора машины, т.е. когда эллипс дисков имеет увеличенную большую ось, то эти диски - эллипсы будут нести насосные эффекты, которые вызывают дополнительные виброускорения дебаланса, ухудшающие ВАХ.
Задачей данного технического решения является устранить указанные недостатки и качественно улучшить виброакустические характеристики (ВАХ) машины ЭМВ и механизма в целом.
Задача решается тем, что в известной электрической машине, содержащей ротор с обмоткой, вал, протекторную защиту ротора и балансировочные элементы, на валу под лобовыми частями обмотки размещены вплотную к торцам ротора напрессованные дополнительные протекторные диски из алюминеево-магниево-цинкового сплава, каждый диск имеет на, по крайней мере двух радиусах, концентрические равномерно распределенные балансировочные сквозные отверстия, расположенные на периферии диска и у вала, сдвинутые по радиальной оси на одинаковый угол β относительно друг друга на каждом радиусе, при этом все отверстия одного радиуса относительно отверстий другого радиуса смещены на угол β/2, в рабочие выборочные балансировочные отверстия ввинчены металлические винты с потайной головкой, а свободные отверстия заглушены материалом с плотностью, соответствующей плотности охлаждающей жидкой среды.
Заявляемое решение поясняется чертежами, в которых:
на фиг.1 показан продольный разрез машины;
на фиг.2 - поперечный разрез торцевой части ротора через короткозамкнутое кольцо и балансировочный диск с валом.
Согласно решению (фиг.1) электрическая машина (ЭМВ) содержит корпус 1 статора, в котором запрессован пакет 2 сердечника статора, скрепленной по торцам наживными листами 3 из нержавеющей стали, в пазах пакета 2 статора уложена протяжная обмотка 4 из обмоточного провода с двухслойной изоляцией из облученного сшитого полиэтилена к меди и внешнего - фторопласта 2М, выполняющего функцию механической защиты изоляции. Статор имеет протекторную защиту пакета 2 сердечника в виде колец 5 из алюминиево-магниево-цинкового сплава, например, АМГ-3М, запрессованных по торцам в корпус 1.
Толщина сечения колец 5 протекторов должна быть не менее 8-10 мм, а их длинна в осевом направление должна находиться в пределах 0,05-0,1 длины пакета 2 статора. К корпусу 1 статора с помощью замков 6 смонтированы подшипниковые щиты 7, которые имеют концентрические отверстия 8 около вкладышей 9 подшипников скольжения для входа охлаждающей воды во внутрь ЭМВ из окружающей среды. Концентрические отверстия 10 на периферии подшипниковых щитов 7 служат для выхода нагретой воды из полости машины.
Монолитный ротор из магнитной стали или набранный в пакет 11 из листов электротехнической стали, скрепленный по торцам нажимными листами 12, имеет вал 13, медные стержни 14 обмотки ротора, которые замыкаются накоротко по торцам медными кольцами 15, образуя беличью клетку. Во внутрь медных колец 15 на свободнее концы вала 13 по торцам вплотную напрессованы протекторные диски 16 для выполнения, кроме основной задачи протекторной защиты, дополнительные балансировочные
функции (фиг.2). Диски 16 изготовлены из материала протекторов статора, которые имеют концентрические равномерно распределенные сквозные отверстия 17, расположенные на периферии и такие же отверстия 18, расположенные у вала 13. Отверстия 17 и 18 на своих радиусах сдвинуты по радиальной оси на одинаковые углы β относительно друг друга, а радиусы отверстий 17 и 18 сдвинуты на угол β/2. Отверстия 17 служат для грубой балансировки, а отверстия 18 для точной балансировки.
В подшипниковые щиты 7 (фиг.1) запрессованы металлокерамические вкладыши 9 подшипников скольжения, а на концы вала 13 ротора напрессованы подвижные втулки 19 из высокопрочной стали (например, марки ДИ48-ВД) с опорными 20 и упорными 21 поверхностями скольжения.
Сборка конструкции ЭМВ производится по технологии, описанной в прототипе, отличие от прототипа предлагаемой машины заключается в динамической балансировке на воздухе. Балансировка осуществляется на балансировочном станке на воздухе ввинчиванием винтов из нержавеющей стали с потайной головкой в отверстия 17 и 18. После окончания балансировки, т.е. при достижении нулевого небаланса, остальные отверстия заглушаются материалом с плотностью близкой к морской воде или другой агрессивной жидкости (например, из красного дерева, бука, или твердой пластмассы).
Работа ЭМВ осуществляется следующим образом.
При погружении аппарата (ГПА) с двигателем в морскую воду полость ЭМВ заполняется водой и при вращении ротора 11 с валом 13 заполненная морская вода приходит в движение, при этом холодная вода из окружающей среды поступает через отверстие 8 в подшипниковых щитах 7, проходит через обмотку, омывает все внутренние части машины и выходит в окружающую среду через отверстия 10 в подшипниковых щитах 7. При наличии протекторных колец 5 статора и протекторных дисков 16 ротора, их суммарная площадь поверхности, отнесенная к защищаемой поверхности и контактирующей с электролитом (морской водой) будет больше, чем (0,05-0,1), то электрохимическая контактная коррозия активных частей ЭМВ будет отсутствовать, а будут подвергаться равномерной коррозии указанные протектора. Как показал эксперимент, скорость коррозии будет не более 0,3-0,4 мм/год при использовании алюминиево-магниево-цинкового сплава, например, АМГ-3М.
Заявляемое решение позволяет значительно качественно улучшить виброакустические характеристики ЭМВ за счет исключения дебаланса с помощью дисков, напрессованных на концы вала и имеющими концентрические отверстия на периферии и у вала, в которые ввинчены балансировочные металлические винты, при этом остальные отверстия заглушены материалом с плотностью, равной окружающей среды. Так как балансировочные диски выполняют функции протекторов из алюминиевого сплава, то их контактная коррозия будет равномерной, а активные части ЭМВ не будут подвергаться этой коррозии, поэтому не будет возникать
дебаланс в течении всего ресурса 10000 ч., машина будет работать практически без шума и вибраций в течение этого ресурса.