Ротор электродвигателя герметичного электронасоса с полым валом

Предлагаемая полезная модель относится к области химического машиностроения и может найти применение в производстве центробежных герметичных экранированных электронасосов и других устройств с экранированными электродвигателями.
В настоящей полезной модели усовершенствуются известные конструкции герметичных электронасосов с электродвигателями, статоры и роторы которых экранированы от протекающей между ними разнообразных жидкостей тонкостенными гильзами из немагнитных коррозионно-стойких материалов с высокой магнитной и проницаемостью, причем цилиндрические роторы расположены на полых немагнитных валах, выполненных из, например, нержавеющих сталей, (см. например, Васильцов Э.А. Невелич В.В. «Герметические электронасосы» М. Машиностроение 1968 г., Синев Н.М., Удовиченко П.М. «Герметические водяные насосы атомных энергетических установок» Атомиздат 1967 г., Аринушкин А.С.и др. «Авиационные центробежные насосные агрегаты» М., 1967 стр., а также авторские свидетельства SU 1038596, SU 1038597, SU 1556203, SU 1566443, SU 1763721, SU 1777203, SU 1818486, патенты РФ №2100893, 2375807, 2416768, 2476973, 2495337, 21427, 101749 и др.).
Конструкция герметичного электронасоса с экранированным электродвигателем и с полым валом по патенту №2495337 может быть принята за базовый объект.
Недостатками указанных конструкций являются:
- невысокий коэффициент полезного действия и высокое энергопотребление;
- при заданных диаметрах электродвигателя возможность получения низкого пускового и крутящего момента;
- необходимость обеспечения минимального электромагнитного зазора между статором и ротором приводит к увеличению гидродинамических потерь в протекающей через зазор жидкости.
Задача, на решение которой направлено создание конструкции предлагаемой полезной модели, предусматривает устранение указанных недостатков, т.е. обеспечение возможности повышения КПД, пускового и крутящего момента электродвигателя электронасоса при увеличении электромагнитного зазора между его статором и ротором и снижение его энергопотребления.
Решение задачи достигается за счет того, что ротор электродвигателя герметичного электронасоса с полым немагнитным антикоррозионным валом, содержащей закрепленный на валу пакет магнитопровода из пластин электротехнической стали и находящихся в пазах пакета пластин постоянных магнитов, защищенный от протекающей агрессивной жидкости в зазоре между статором и ротором по наружному диаметру тонкостенной гильзой, выполненной из антикоррозионного немагнитного материала, а по торцам, приваренными к гильзам и к полому валу кольцами, выполненными из таких же материалов:
- полый вал выполнен из двух частей и участок вала одной из его частей, расположенный под пакетом магнитопровода, выполнен в виде втулки с меньшими диаметрами относительно остального вала, к торцу свободного конца которой приварен переходной фланец по его внутреннему диаметру, а по наружному диаметру фланца он приварен к второй части полого вала.
При этом существенным отличием данной конструкции является то, что за счет увеличения высоты пластин электротехнической стали в заданных размерах ротора электромагнитное сцепление в электродвигателе увеличивается, особенно если электротехническая сталь обладает высокой магнитной проницаемостью и низкими потерями на перемагничивание.
Указанное отличие особенной важно для вентильных реактивных электродвигателей, не имеющих постоянных магнитов, но более дешевых, надежных, температуростойких и имеющих более широкий диапазон частот вращения по сравнению с электродвигателями с постоянными магнитами.
В указанной конструкции короткозамкнутая обмотка ротора («беличье колесо») стержни и короткозамыкающие кольца могут быть выполнены из алюминиевых сплавов или из меди.
Кроме того, увеличение радиального размера пакета пластин дает возможность увеличить размеры находящихся в них постоянных магнитов в роторах с постоянными магнитами.
Предлагаемый ротор электродвигателя герметичного электронасоса обеспечивает:
- высокие пусковой и крутящий моменты и высокий КПД электродвигателя;
- увеличение мощности электродвигателя в тех же размерах;
- снижение энергопотребления;
- повышение устойчивости и надежности работы электродвигателя;
- возможность уменьшения диаметра ротора и увеличения электромагнитного зазора между ротором и статором, что приводит к уменьшению гидродинамических потерь в зазоре и повышению КПД электронасоса.
При этом данная конструкция позволяет устанавливать в пакете магнитопровода ротора как ферритовые постоянные магниты (обладающие невысокими магнитными свойствами, но высокой температурой размагничивания), так и магниты из редкоземельных сплавов типа NdFeB, соединений самарий-кобальт и т.д., или магнитопластов (композитных материалов на основе редкоземельных материалов), причем как с радиальным, так и с тангенциальным намагничиванием магнитов (обеспечивающим увеличенный электромагнитный момент).
Для обеспечения более надежной передачи вращающего момента от пакета магнитопровода на обе части вала в пакете вместо шпонки могут быть установлены, например, металлические стрежни, входящие своими концами в соответствующие «глухие» сверления в частях вала или торцевых колец.
Данные, подтверждающие достоверность решения задачи, описаны в специальной технической литературе (см., например, Васильцов Э.А., Невелич В.В. «Герметические электронасосы» М. Машиностроение 1968 г., Токарев Б.Ф. «Электрические машины» М Энергоиздат 1989 г., Власов B.Г. «Взрывозащищенные асинхронные двигатели» информэлектро 2002 г. и др.).
Сущность полезной модели поясняется чертежом фиг. 1, на котором изображен разрез ротора экранированного электродвигателя герметичного электронасоса с полым валом.
Данный ротор включает в себя полый немагнитный антикоррозионный вал 1, состоящий из двух частей, причем часть вала 2, на которой размещено рабочее колесо 3 электронасоса, выполнена под пакетом листов магнитопровода 4 в виде втулки 5 с меньшими диаметрами относительно остального полого вала и к торцу свободного конца втулки 5 приварен переходной фланец 6 по его внутреннему диаметру, а по его наружному диаметру фланец 6 приварен к второй части полого вала 7. Пакет пластин магнитопровода 4 содержит в пазах пакета постоянные магниты 8 и защищен от протекающей в зазоре между ротором и статором электродвигателя агрессивной жидкости по наружному диаметру тонкостенной гильзой 9 (выполненной из коррозионно-стойких материалов с высокой магнитной проницаемостью, например, из нержавеющих стали, нихромов, титановых сплавов или многокомпонентных композитных материалов), а по торцам, приваренными к гильзе 9 и к полому валу 1 кольцами 10 и 11 из тех же материалов.
В отверстиях пакета листов магнитопровода 4 установлены металлические стержни 12, входящие в отверстия колец 10 и 11, обеспечивающие более надежную передачу вращающего момента с магнитопровода 4 на вал 1.
Полый вал установлен в опорах скольжения 13 и 14.
При включении в работу электродвигателя электронасоса создается вращающееся магнитное поле статора и в стержнях ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток, создающий собственное магнитное поле ротора, вступающее во взаимодействие с полем статора и создается вращающийся электромагнитный момент ротора, поворачивающий ротор. При этом пакет листов магнитопровода 4 вместе с постоянными магнитами 8 передает вращающий момент через втулку вала 5 (за счет плотного механического контакта), металлические стержни 12 и торцевые кольца 10 и 11, приваренные к частям вала 2 и 7 на весь полый вал 1.
При вращении герметичного электронасоса, перекачиваемая им агрессивная, взрывоопасная или другая жидкость проходит в зазоре между гильзой статора и гильзой ротора 8 охлаждая их и смазывая опоры скольжения 13 и 14, а затем по внутренней полости проходит внутри вала, вторично охлаждая ротор, во всасывающую полость электронасоса.
Таким образом, предлагаемая конструкция ротора электродвигателя герметичного электронасоса с полым валом имеет практическую ценность и может создать технический и экономический эффект при изготовлении герметичных экранированных электронасосов и других устройств (например, мешалок) с экранированными электродвигателями, т.к. способствует обеспечению повышения КПД, пускового и крутящего момента и снижению энергопотребления.