ПРОВОД ОБМОТОЧНЫЙ ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и касается конструкции изолированных обмоточных проводов, основное назначение которых - электродвигатели погружных электроустановок, - таких, как нефтяные и водные насосы, электробуры, другие специальные погружные устройства, а также тяговые двигатели электроподвижного состава,
Специфической особенностью погружных электроустановок является то, что обмотки их двигателей непосредственно подвергаются воздействию перекачиваемой жидкости. В связи с этим принципиальными особенностями обмоточных проводов указанной области применения по сравнению с другими областями являются:
- увеличенное сечение токопроводящей жилы;
- повышенная электрическая прочность изоляции;
- химическая стойкость к воздействию масел, нефтепродуктов, щелочей, кислот, спиртов и других агрессивных сред;
- высокая механическая прочность в связи со значительными растягивающими, истирающими и режущими нагрузками в процессе изготовления электродвигателей;
- длительная эксплуатация в условиях высоких температур.
Конструктивно обмоточные провода представляют собой одно- или многопроволочную токопроводящую жилу с изоляцией. Изоляция может быть выполнена одним из двух способов: запеканием слоев полимерных лент или экструзией (выдавливанием).
В качестве полимерных материалов изоляции обмоточных проводов для погружных электродвигателей используются, как правило, полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, поливинилхлорид, фторопласт, эмаль.
Наибольшее распространение получили следующие типы изоляции (см Месенжик Я.З., Осягин А. А. "Кабели и провода для геофизических, гидрологических исследований и добычи полезных ископаемых", Энциклопедический справочник, том 1 - Тверь: Издательство ГЭРС, - 2002, с, 289~297);
- двухслойная из полиэтиленовых лент низкой и высокой плотности;
- двухслойная из двух материалов - полиэтилена и полипропилена;
- двухслойная из эмали и поливинилхлоридного пластиката;
- многослойная (до 5 слоев) ленточная из разных типов фторопластовых или полиимидно-фторопластовых пленок;
- однослойная монолитная изоляция из экструдированного слоя фторопласта;
- двухслойная из пленки фторопласта одной марки и экструдированного слоя из фторопласта другой марки и др.
Основные технические и эксплуатационные характеристики обмоточных проводов в значительной степени зависят от материалов изоляции и для перечисленных типов составляют (см. там же):
- рабочее напряжение в пределах от 380 до 3000 В;
- пробивное напряжение изоляции - от 4,5 до 12 кВ;
- электрическое сопротивление изоляции - от 8 до 200 МОм на км. длины;
- теплостойкость (или нагревостойкость} - от 80°С до 200°С; в исключительных случаях - кратковременно до 250°С для проводов с многослойной изоляцией
фторопластовыми пленками;
- механическая прочность, задаваемая числом возвратно-поступательных протаскиваний провода в корпусе электродвигателя, - от 300 до 500;
- химическая стойкость, оцениваемая по изменению физико-механических характеристик после воздействия агрессивных факторов внешней среды - различная: от ±25% до ±50% показателей.
Улучшение технических характеристик обмоточных проводов для погружных электродвигателей идет в основном по пути использования новых материалов изоляции и усовершенствований технологии их нанесения.
Так, в «Способе изготовления провода» (патент РФ на изобретение №2161833 от 12.11.1999 г., МПК Н 01 В 13/06 и Н 01 В 13/24) предложен способ охлаждения изоляции, нанесенной методом экструзии из термопластичного полиэтилена на токопроводящую жилу, в водяных ваннах с разной температурой воды. Предложенная технология позволяет получить изоляцию увеличенной толщины и без дефектов и способную работать при высоком напряжении. Однако, предложенный способ распространяется только на полиэтилены и его применимость для других полимеров не подтверждается. Кроме того, характерной особенностью полиэтиленов является пониженная рабочая температура (не выше 80°С-90°С) что ограничивает их применение только водяными насосами.
В патенте «Провод обмоточный для погружных водозаполненных электродвигателей» (патент РФ на полезную модель №31879 от 18.04.2003 г., МПК Н 01 В 7/00) предложен ряд материалов для изготовления двухслойной изоляции токопроводящей жилы: полиэтилен высокой плотности или эмаль - в качестве первого слоя и блоксополимер пропилена с этиленом - в качестве второго слоя. Но данное решение также ограничено в применении водяными погружными устройствами из-за пониженной теплостойкости материалов изоляции.
Наиболее близким к предлагаемому варианту является обмоточный провод для погружных электродвигателей по патенту РФ на полезную модель №14472 от 24,02.2000 г., МПК НО 1 7/04, Здесь предлагается два варианта провода: с одно- или двухслойной изоляцией. Причем, однослойная изоляция выполнена из блоксополимера пропилена с этиленом с включением 0,1-0,6 мас.% дезактиватора меди. В проводах с двухслойной изоляцией в качестве второго слоя предлагается использовать один из полимеров: полипропилен, полиэтилен высокой плотности или тот же блоксополимер пропилена с этиленом,
Включение 0,1-0,6 мас.% дезактиватора меди в материал изоляции обусловлено тем, что блоксополимер без указанной добавки при взаимодействии с медной жилой подвержен быстрому старению. Поэтому провод с изоляцией из блоксополимера пригоден для установки в устройствах, срок эксплуатации которых не долог. Однако полностью проблема низкой стойкости к теплоокислительному старению блоксополимера предложенным решением не снимается. К тому же предельно допустимая температура эксплуатации провода с изоляцией из блоксополимера не превышает 150°С, что также ограничивает область его применения.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технических и эксплуатационных характеристик обмоточного провода за счет использования в качестве материала его изоляции линейного ароматического
полужидкокристаллического полимера новейшего поколения.
Для решения поставленной задачи в проводе обмоточном для погружных электродвигателей, содержащем токопроводящую жилу, покрытую изоляцией, последняя выполнена в виде сплошной монолитной оболочки из линейного ароматического полужидкокристаллического полимера новейшего поколения, причем указанный полимер содержит окси-1,4-фенилинокси-фенилинкарбонил-карбонил-1,4-фенилин.
Толщина изоляции методом экструзии может быть выполнена в пределах от 0,1 до 0,7 мм в зависимости от диаметра жилы.
Токопроводящей жилы могут иметь круглое или прямоугольное сечение.
Предлагаемые усовершенствования обмоточных проводов позволят улучшить их основные физико-технические параметры и резко увеличить срок службы как самих проводов, так и электродвигателей, в обмотках которых провода эксплуатируются.
Предлагаемый к использованию линейный ароматический полужидкокристаллический полимер является новым высококачественным изоляционным материалом. Технические характеристики предлагаемого к использованию линейного ароматического полимера многократно превышают аналогичные характеристики других полимеров, используемых в кабельных изделиях указанных областей применения, по следующим параметрам:
- по электрическому сопротивлению изоляции и механической прочности на порядок;
- по пробивному напряжению в 1,5-4,0 раза;
- по рабочей температуре на 20-30°С, блоксополимера - на - на 90°С-110°С;
- по химической стойкости к кислотам, щелочам, кетонам, спиртам и другим растворителям - в десятки раз, что чрезвычайно важно при использовании данного провода в нефтепогружных электродвигателях и бурах.
Кроме того, структура материала линейного ароматического полимера, предлагаемого к применению, позволяет получить при изготовлении провода практически идеально гладкую наружную поверхность. Это обуславливает резкое снижение истираемости провода как при изготовлении обмотки статора электродвигателя методом многократной протяжки провода, так и в процессе его эксплуатации, и, как следствие, дополнительно увеличивает его механическую прочность и долговечность в целом.
В качестве линейного ароматического полужидкокристаллического полимера может быть использован материал, продаваемый под торговой маркой VICTREX PEEK.
Предлагаемый вариант провода приведен на фиг.1 и фиг.2.
Вариант конструкции провода по фиг.1 содержит токопроводящую жилу 1 круглого сечения, покрытую слоем изоляции 2. На фиг.2 представлен провод обмоточный с токопроводящей жилой 1 прямоугольного сечения и изоляцией 2.
Процесс изготовления изоляции провода происходит следующим образом.
Гранулы линейного ароматического полужидкокристаллического полимера 2, например, VICTREX PEEK., закладываются в бункер экструдера, где нагреваются до состояния расплава (360°С-410°С). Расплав одновременно с предварительно очищенной токопроводящей жилой 1 под давлением протягивается через
формующий элемент - экструзионную головку экструдера. Поперечное сечение экструзионной головки соответствует конфигурации провода. Выходящий из головки провод пропускается через ванну с охлаждающей жидкостью. Остывший провод наматывается на барабан.
Заданный диаметр провода обеспечивается в процессе изготовления калиброванным отверстием экструзионной головки экструдера и усилием продавливания расплавленного материала.
В зависимости от назначения готового изделия провод после отмера фазных длин наматывается, укладывается или протягивается в пазы статора электродвигателя.
Предлагаемый обмоточный провод для погружных электродвигателей с изоляцией на основе линейного ароматического полужидкокристаллического полимера способствует решению поставленной задачи улучшения технических и эксплуатационных характеристик провода. Это позволит не только повысить сроки службы нефтяных и водных насосов, электробуров, а также некоторых других специальных погружных устройств и электродивигателей подвижного состава, но и увеличить ассортимент товаров данного профиля, предлагая потребителям простые и надежные изделия.