МАСЛОЗАПОЛНЕННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СКВАЖИННОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Заявляемая полезная модель относится к электромашиностроению и предназначена для использования в конструкции маслозаполненных высокоскоростных электродвигателей, которые являются элементами привода скважных центробежных насосов.
Одним из основных требований к маслозаполненным высокоскоростным электродвигателям, используемым в приводе глубинных скважных нефтяных насосов, является требование бесперебойной работы в диапазоне 0÷15000 оборотов в минуту.
Таким образом, создание электродвигателя для привода глубинного погружного нефтяного насоса является сложной инженерной задачей.
Известен погружной маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса (патент РФ на полезную модель №54110, опубл. 10.06.2006), содержащий корпус с размещенными узлом токоввода, статором с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, вал, пяту, закрепленную на валу, в котором на валу расположен разгрузочный винтовой или лабиринтно-винтовой разгрузочный насос.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, принятым за прототип (http://www.agrovodcom.ru/infos/uetsn-ustanovka.php), является погружной маслозаполненный электродвигатель включающий корпус, в котором размещены узел токоподвода, статор с обмоткой, выводы которого соединены с узлом токоподвода, ротор, верхний и нижний подшипники.
Недостатком известных электродвигателей является то, что они могут надежно работать только с наперед известной скоростью вращения, близкой к номинальной, а при скорости, близкой к 0 оборотов в минуту, возможен выход двигателя из строя.
В основу полезной модели положена задача создания устройства, позволяющего устранить недостатки прототипа, в частности, повысить надежность работы электродвигателя при всех скоростях вращения за счет установки на валу ротора узла магнитной разгрузки.
Указанная задача достигается тем, что маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса, включающий корпус, размещенный в нем узел токоввода, статор с обмоткой, выводы которой соединены с узлом токоввода, ротор, размещенные на валу ротора пяту, верхний и нижний подшипники ротора, подпятник, согласно полезной модели, снабжен установленным на валу ротора узлом магнитной разгрузки, содержащим пакет магнитных дисков, установленных на валу ротора, и опорный узел статора, в корпусе которого размещен с распорными втулками и регулировочными кольцами многоступенчатый пакет магнитных дисков с распорными втулками и регулировочными кольцами статора, установленных с возможностью взаимодействия их с магнитными дисками ротора, при этом магнитные диски выполнены в виде магнитных колец, закрепленных в монолитные оправы с армирующими элементами, размещенными в частях магнитных дисков, защемляемых распорными втулками пакетов магнитных дисков, причем подпятник соединен с корпусом электродвигателя с возможностью регулирования перемещения вала ротора, а верхний подшипник выполнен с возможностью ограничения верхнего осевого перемещения ротора.
Узел магнитной разгрузки снимает нагрузку от пяты на подпятник независимо от скорости вращения вала.
Конструктивное выполнение пакетов магнитных дисков позволяет узлу магнитной разгрузки на любых оборотах создать постоянные осевые силы, которые противодействуют внешним осевым силам, воздействующим на ротор, в том числе внешней осевой силе от веса ротора.
Конструктивное выполнение пяты и подпятника позволяет точно установить магнитные диски статора относительно магнитных дисков ротора, что позволяет достигнуть минимальной нагрузки пяты на подпятник, и также снимает ограничение на скорость вращения вала.
Возможность регулирования перемещения вала ротора обеспечена конструктивным выполнением осевой опоры узла магнитной разгрузки в виде корпуса пяты и выполнением подпятника, размещенного в корпусе со штоком, шарниром и пружинным выравнивателем.
Полезная модель поясняется описанием чертежами, на которых:
на фиг.1 изображен общий вид маслозаполненного электродвигателя скважинного центробежного насоса;
на фиг.2 - вырыв А поясняющий конструкцию верхнего механического ограничителя осевого перемещения ротора;
на фиг.3 - вырыв Б поясняющий конструкцию узла магнитной разгрузки и подпятника;
на фиг.4 - вырыв В поясняющий взаимное расположение магнитных дисков;
на фиг.5 - схематический чертеж магнитного диска ротора;
на фиг.6 - схематический чертеж магнитного диска статора.
Фиг.3 поясняет взаимодействие магнитных дисков ротора и статора узла магнитной разгрузки.
На фиг.4 изображено конструктивное выполнение магнитных дисков.
Погружной маслозаполненный электродвигатель скважинного центробежного насоса, содержит корпус 1, размещенный в нем узел 2 токоввода, статор 3 с обмоткой, выводы (на черт. не показаны) которой соединены с узлом 2 токоввода, ротор 4, размещенные на валу ротора 4, пяту 5, размещенную в корпусе 6, верхний 7 и нижний 8 подшипники, подпятник 9, соединенный с корпусом маслозаполненного электродвигателя скважинного центробежного насоса (далее электродвигателя) и выполненный в корпусе 10 со штоком 11, шарниром 12 и пружинным выравнивателем 13.
На валу ротора 4 размещен узел 14 магнитной разгрузки, включающий пакет магнитных дисков 15 ротора 4, с распорными втулками 16 и регулировочными кольцами 17. Узел 14 магнитной разгрузки также включает опорный узел статора, в корпусе 18 которого размещен многоступенчатый пакет магнитных дисков 19 статора с распорными втулками 20 и регулировочными кольцами 21. Магнитные диски 15 ротора и 19 статора выполнены в виде магнитных колец 22 и 23 соответственно и закреплены в монолитных оправах 24 и 25 с армирующими элементами 26 и 27, размещенными в частях магнитных дисков, защемляемых распорными втулками 16 и 20 пакетов магнитных дисков.
На валу ротора 4 установлен корпус 6 пяты, в кольцевой расточке которого установлена пята 5. Корпус пяты 5 соединен с валом ротора 4.
Корпус пяты является установочным элементом, при помощи которого на валу ротора установлен пакет магнитных дисков статора 3.
Верхний подшипник 7 предназначен для ограничения верхнего осевого перемещения ротора 4.
Заявленное устройство работает следующим образом. При вращении ротора 4 на любых оборотах узел 14 магнитной разгрузки создает постоянные осевые силы, которые противодействуют внешним осевым силам, воздействующим на ротор 4, в том числе внешней осевой силе от веса ротора 4.
При работе электродвигателя происходит биение вала ротора, вызванное установкой его в подшипниках 7 и 8 с зазором, при этом соприкасающиеся трущиеся поверхности пяты 5 и подпятника 9 расходятся и их соприкосновение происходит по точке их соприкосновения, которая постоянно меняет свое расположение, вызывая при этом «пульсирующие нагрузки действующие на пяту и подпятник (проявление этого явления - шум и вибрация.
Для устранения биения вала ротора 4 корпус 10 подпятника 9 при помощи шарнира и пружинного выравнивателя (не показаны) соединен с корпусом 1 электродвигателя.
Узел 14 магнитной разгрузки позволяет существенно снизить и даже полностью нейтрализовать давление в области механической осевой опоры пяты 5 и подпятника 9, которые выполняют роль только предохранительного ограничителя осевого перемещения ротора 4. В этом случае резко снижается работа трения от осевых сил ротора 4 электродвигателя.
Схема расположения полюсов магнитных дисков ротора 4 и статора 3 представлена на фиг.4. Порядок расположения полюсов магнитных дисков 15 и 19 следующий: магнитный диск 15 ротора должен притягиваться к верхнему магнитному диск 19 у статора и отталкиваться от нижнего магнитного диска 19 статора.
Узел 14 магнитной разгрузки представляет собой набор вращающихся 15 и не вращающихся 19 магнитных дисков, которые взаимодействуя между собой создают вектор сил, нейтрализующих внешние осевые нагрузки на ротор электродвигателя.
Магнитные диски 19 статора собирают в пакет через распорные втулки 20 в расточке корпуса опорного узла 18. Точная регулировка зазоров между магнитными дисками обеспечивается набором регулировочных колец 21.
Магнитные диски 15 ротора 4 собирают в пакет через распорные втулки 16 и набор регулировочных колец 17. Пакет магнитных дисков 15 закрепляют на цапфе ротора 4 корпусом 6 пяты 5 и винтом 28.
Оптимальное расположение пакетов магнитных дисков 15 и 19 обеспечивается осевой регулировкой штока 11 подпятника 9. Верхний механический ограничитель осевого перемещения ротора расположен в верхней части ротора 4 в виде кольца упорного 29 и внешней втулки 30 верхнего радиального подшипника 7.