ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
SUBMERSIBLE MOTOR

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к погружным электродвигателям для подъема пластовой жидкости.
Особенностью конструкции погружных электродвигателей является относительно малый диаметр и большая длина. Ротор такого электродвигателя должен иметь промежуточные подшипники, корпус которых устанавливается в расточке статора, а втулки и пакеты, число которых доходит до двадцати, на валу. При сборке электродвигателя пакеты и втулки подшипников необходимо протаскивать через всю длину вала, которая в мощных электродвигателях достигает 9 метров. Для этого необходимы достаточно большие технологические зазоры. При вращении ротора пакеты смещаются на величину технологического зазора, что приводит к вибрации двигателя и повышенному износу подшипников, особенно в электродвигателях с повышенной частотой вращения.
Известны погружные электродвигатели, содержащие статор с фазными обмотками, подшипники и ротор. Ротор включает в себя вал, пакеты и подвижную часть (втулки) подшипников (патент РФ на полезную модель №65314, Н02К 29/00, опубл. 27.07.2007).
Недостатком данной конструкции является необходимость при наращивании мощности изготовлять электродвигатель многосекционным, что значительно усложняет его конструкцию.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является погружной электродвигатель, содержащий статор, подшипники и ротор, неподвижная часть (корпус) подшипников установлена на внутренней поверхности статора, ротор включает в себя вал, пакеты и подвижную часть (втулки) подшипников, при этом втулки подшипников размещены с двух сторон каждого пакета (Богданов А.А. Погружные электронасосы для добычи нефти. М.: Недра, 1968, стр.131, стр.153).
Известный электродвигатель имеет низкий срок службы, особенно на повышенных частотах вращения, из-за вибрации, обусловленной наличием технологических зазоров между валом и втулками, а также между валом и пакетами.
Задачей настоящего изобретения является повышение срока службы погружного электродвигателя за счет уменьшения вибрации. Уменьшение вибрации достигается благодаря исключению технологических зазоров.
Указанный технический результат достигается тем, что в погружном электродвигателе для погружных электронасосов, содержащем статор и размещенный внутри его ротор в виде пакетов, насаженных на вал и чередующихся с подвижными втулками подшипников, корпус которых закреплен на внутреннюю поверхность статора, согласно изобретению ротор дополнительно снабжен кольцами, размещенными по обе стороны подвижных втулок и имеющими возможность изменять радиальный размер при осевом воздействии нагрузки, при этом, по крайней мере, часть торцевых поверхностей пакетов, колец и втулок, обращенных друг к другу, выполнены конусообразными с возможностью их примыкания, а внутренняя поверхность, по крайней мере, части колец имеет цилиндрическую форму.
Наиболее технологичны в изготовлении кольца, выполненные с одной сквозной прорезью, параллельной оси вала. Для уменьшения вероятности заклинивания колец могут использоваться кольца с продольными прорезями, открытыми с одной стороны и параллельными оси вала. Угол наклона хорды при криволинейной образующей конусообразных торцевых поверхностей либо образующей конусов к оси вала находится в пределах 10-65 градусов. Для фиксации сборки в осевом направлении на концах вала ротора целесообразно устанавливать упоры, которые могут контактировать с внешними кольцами, имеющими конусообразную поверхность, а в случае использования внешних колец с плоской торцевой поверхностью, обращенной в сторону упора, между упором и плоским торцом кольца размещают пружину.
Установка в электродвигателе дополнительных колец с заявляемым профилем и согласование формы контактирующих поверхностей пакетов и втулок позволяют исключить технологические зазоры между втулками подшипников и валом, а также между валом и пакетом, необходимые для сборки электродвигателя, при сохранении технологичности сборки. Заявляемая конструкция уменьшает дебаланс ротора как за счет отсутствия зазоров, так и за счет возможности балансировки каждого пакета. При этом снижается уровень вибрации устройства, износ подшипников, а следовательно, увеличивается срок службы электродвигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен фрагмент активной части погружного электродвигателя; на фиг.2 - узел отдельного подшипника с кольцами и упором; на фиг.3 - кольцо с двумя конусными торцевыми поверхностями и одной сквозной прорезью, общий вид; на фиг.4 - кольцо с двумя конусными торцевыми поверхностями и несколькими продольными прорезями, открытыми с одной стороны; на фиг.5 - развертка внешней поверхности кольца по фиг.4; на фиг.6 - кольцо с одной конусной и одной плоской торцевыми поверхностями.
Погружной электродвигатель содержит статор 1, в корпусе которого запрессован шихтованный магнитопровод 2 из листов электротехнической стали. С его внутренней поверхностью связаны корпуса 3 подшипников. На валу 4 ротора установлены пакеты 5, с обеих сторон которых размещены подвижные втулки 6 подшипников. Между каждым пакетом 5 и подвижной втулкой 6 насажены кольца 7. Торцевые поверхности колец 7 выполнены конусообразными и плотно примыкают к ответным поверхностям соседних пакетов 5 и подвижных втулок 6 (фиг.1). К внешней торцевой поверхности втулок 6 на концах ротора примыкают внешние кольца 12 (фиг.2, 6), которые опираются на упоры, образованные, например, цилиндрической втулкой 9 и полукольцами 8, заглубленными в канавки на валу 4 (фиг.1, 2). Упоры жестко фиксируют ротор на валу 4 и препятствуют его осевому смещению. В верхней части электродвигателя упор дополнительно снабжен гайкой 10 (фиг.2), связанной для регулирования осевого усилия с втулкой 9 через резьбовое соединение. Между внешним кольцом 12 и упором размещена пружина 11, которая служит для создания осевого усилия. Торцевая поверхность внешних колец 12 может быть выполнена с одной стороны конусообразной, а с другой - цилиндрической (фиг.2, 6), что обеспечивает сокращение осевых размеров. Кроме того, роль упоров могут выполнять элементы конструкции, закрепленные на валу, в частности рабочее колесо насоса, служащее для циркуляции масла внутри электродвигателя. Кольца 7 и 12 могут выполняться со сквозной прорезью 13 (фиг.3) либо с параллельными оси вала прорезями 14 длиной, не превышающей половины ширины кольца. В последнем случае прорези 14 могут быть расположены в шахматном порядке с открытым концом на противоположных торцевых сторонах кольца (фиг.4, 5).
В заявляемой конструкции каждый пакет ротора создает при сборке осевое усилие, которое передается через конусообразную поверхность на кольцо, что приводит к его деформации. Внутренняя поверхность кольца прижимается к валу, пакеты и подвижные втулки подшипников устанавливаются на валу без зазоров. Пакеты не могут сместиться в радиальном направлении, дебаланс ротора уменьшается, вибрация в таком электродвигателе резко снижается, а срок службы увеличивается.