Самовентилируемый погружной электродвигатель
SELF-DETECTABLE SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTOR

Предлагаемое изобретение относится к области судового, морского, подводного, шахтного электрооборудования, где существует вероятность затопления и обеспечивает работу самовентилируемых двигателей обычного исполнения в любом их пространственном положении как в воздушной среде, так и в жидкости.
Известен погружной воздухонаполненный электродвигатель вертикального исполнения Н02К 5/04, 5/10, 5/12 [1] (аналог), который содержит корпус с размещенными на статоре и роторе электрическими обмотками, подшипниковые щиты с подшипниками, вал вращения, компенсатор с воздушным редуктором.
Недостаток двигателя - невозможность самовентилирования и неудовлетворительное охлаждение при работе в воздушной среде, повышенные масса и габариты компенсатора за счет поплавковой камеры и рычажного механизма.
Наиболее близкий по техническому решению выбранный за прототип воздухонаполненный самовентилируемый электродвигатель, охлаждаемый воздушной или жидкой средой [2], который содержит компенсатор и установленный внутри целостного колокола двигатель с вентиляционными отверстиями и расположенным на валу вентилятором самовентилирования.
К недостаткам указанного самовентилируемого электродвигателя относятся возможность вентиляции в затопленном состоянии только в вертикальном положении.
В основу изобретения поставлена задача обеспечения функциональных возможностей электродвигателей любых типов и исполнения, при работе в различных средах, в любом пространственном положении.
Это достигается с помощью того, что на внешней стороне колокола установлено магнитное уплотнение рабочего вала двигателя, в отверстие колокола установлен компенсатор давления, выполненный в виде внешнего цилиндра с внутренней пружиной с опорой одним концом на колокол, а другим на установленную в поперечном сечении цилиндра кольцевую дифференциальную мембрану, плотно соединенную с цилиндром и связанную с плечом рычажного механизма, другое плечо которого одной стороной опирается на шток воздушного редуктора, а противоположной стороной - на шток клапана травления, при этом порт воздуха среднего давления редуктора воздушными трубками подсоединен к колоколу, а другой порт - к источнику воздуха высокого давления, при этом в районе вентиляционных отверстий двигателя в целостном колоколе выполнены соответственно всасывающие и нагнетательные вентиляционные отверстия с плотными захлопками с пневматическим приводом их закрытия и открытия от датчика затопления, пневматических золотника и цилиндра.
Техническая сущность устройства поясняется на фиг. 1. Самовентилированный двигатель 1 с кожухом вентилятора 2 расположен внутри колокола 3, на валу двигателя установлен вентилятор 4. С внешней стороны колокола на рабочем валу двигателя установлено магнитное уплотнение 5, которое препятствует поступлению жидкости в подшипники и обмотки двигателя. Компенсатор 6 выполнен в виде цилиндра с внутренней пружиной 7, дифференциальной мембраной 8 и рычажным механизмом 9. Одно плечо рычажного механизма связано со штоком воздушного редуктора 10, а другое - со штоком клапана травления 11. Порт воздуха среднего давления (ВСД) редуктора воздушными трубками подсоединен к колоколу, а другой порт - к источнику воздуха высокого давления (ВВД). В районе вентиляционных отверстий двигателя, в целостном колоколе выполнены соответственно всасывающие и нагнетательные вентиляционные отверстия с плотными захлопками 12 с пневматическим приводом их закрытия и открытия от датчика затопления 13, пневматических золотников 14 и цилиндров 15 с пружиной 16.
Устройство работает таким образом. При работе двигателя 1 в незатопленном помещении он охлаждается по разомкнутому циклу наружным воздухом. При этом холодный воздух поступает через открытое аксиальное отверстие в колоколе 3 и в кожухе вентилятора 2, нагнетается вентилятором 4 вдоль элементов охлаждения, затем нагретый воздух удаляется через открытые радиальные отверстия колокола (показано стрелками только в верхней части двигателя).
При затоплении помещения увеличивается внешнее давление и прогибается мембрана датчика затопления 13. Датчик перемещает золотник 14 в нижнее положение, соединяет порт ВВД с трубопроводом подачи воздуха в пневматический цилиндр 15. С поступлением воздуха поршни цилиндров перемещаются, сжимают пружины 16, влияющие на плотные захлопки 12, и закрывают вентиляционные отверстия в колоколе 3. В этом случае двигатель 1 под действием вентилятора 4 вентилируется по замкнутому циклу внутренним воздухом, охлаждаемым от колокола 3 окружающей жидкостью (показано стрелками только в нижней части двигателя).
При погружении компенсатора 6 в жидкость дифференциальная мембрана 8 сдвигается вверх, сжимая ограничивающую пружину 7. Это приводит к тому, что правое плечо рычажного механизма 9 движется вверх, а левое - вниз. При этом левое плечо рычажного механизма нажимает на шток противоточного мембранового воздушного редуктора 10, что приводит к поступлению воздуха высокого давления от источника ВВД. Редуктор дросселирует ВВД в воздух среднего давления ВСД, который поступает по воздуховоду во внутреннюю полость колокола 3 и двигателя 1. Подача ВСД приводит к увеличению давления в полости колокола и двигателя, поэтому дифференциальная мембрана 8 сдвигается вниз. Это приводит к тому, что правое плечо рычажного механизма 9 движется вниз, а левое - вверх. При выравнивании внутреннего и внешнего давлений дифференциальная мембрана занимает исходное положение. Левое плечо рычажного механизма прекращает воздействие на шток противоточного мембранового воздушного редуктора 10, который прекращает подачу воздуха.
При осушении затопленного помещения снижается внешнее давление, поэтому давление внутри колокола становится больше внешнего. Это приводит к тому, что дифференциальная мембрана 8 сдвигается вниз, разжимая пружину 7. Правое плечо рычажного механизма 9 движется вниз, а левое - вверх. При этом левое плечо рычажного механизма нажимает на шток клапана травления 11, что приводит к травлению воздуха и выравниванию давления во внутренней полости двигателя и окружающей среде.
При полном осушении помещения упругая мембрана датчика затопления 13 занимает исходное положение, шток золотника 14 перемещается вверх, перекрывает подачу воздуха ВВД и стравливает воздух из цилиндров 15. Под действием возвратных пружин 16 поршни цилиндров перемещаются в исходное состояние, воздействуют на плотные захлопки 12 и открывают вентиляционные отверстия в колоколе 3. Двигатель вентилируется по разомкнутому циклу.
Достижение поставленной задачи обеспечения функциональных возможностей электродвигателей любых типов и исполнения, при работе в различных средах, в любом пространственном положении обеспечивается применением магнитного уплотнения рабочего вала двигателя, автоматических захлопок вентиляции, рычажного механизма, сочлененного с кольцевой дифференциальной мембраной компенсатора. Он осуществляет автоматическую подачу воздуха в колокол при затоплении помещения, что препятствует попаданию жидкости в колокол и электродвигатель, и стравливает давление в колоколе и двигателе при осушении помещения.
Преимуществом самовентилируемого погружного электродвигателя является обеспечение его функциональных возможностей при применении в воздухе или жидкости, независимо от рода тока, устройства системы самовентилирования и пространственной ориентации вала (вертикально или горизонтально), при неограниченных кренах и дифферента судового помещения, где расположен двигатель.
Литература
1. Пат. 101180 UA Украина, МПК Н02К 5/04, 5/10, 5/128, 13/08. Погружной воздухонаполненный электродвигатель вертикального исполнения. Шайтор Н.М., Рясков Ю.И., Бужан В.Г., Склярук В.Л. Опубл. 11.03.2013, Бюл. №5. - 6 с.
2. Пат. 102356 UA Украина, МПК Н02К 5/04, К 5/10, 5/12, 9/02, 9/02, 9/02, 9/04, 9/06, 9/08, 9/14, 9/19, Воздухонаполненный самовентилируемый электродвигатель, охлаждаемый воздушной или жидкой средой. Рясков Ю.И., Шайтор Н.М., Бужан В.Г., Склярук В.Л. Опубл. 25.06.2013, Бюл. №12. - 5 с.