Погружной электродвигатель

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании погружных электродвигателей, заполненных жчдюгтью Цель изобретения - повышение КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость Погружной электродвигатель содержит заполненный жидкостью (ерметичный корпус выполненный из теплоизолирующего материала При работе вследствие потерь в двигателе г мл зратура жидкости повышается благодаря чему потери на трение существенно снижаются а потери в обмотках несколько повышаются Толщина корпуса ид теплоизолирующего материала выбрана из условии получения оптимальной температуры , обеспечивающей минимум суммы потерь 5 m табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (39) м и f) 1 Ф

yi)s Н 02 К(5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР с,с

, .1

" ; 1 с 1 1

1с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1О

/3 (21) 4738731/07 (22) 26.07.89 (46) 30 12 о"; Бюл. N. 48 (71) Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" (72) А.С. Котов (53) 621.313.04 (088,8) (56) Автооское свидетельство. СССР

К 454640, кл, Н 02 К 5/12, 1973, Авторское свидетельство СССР

Иг 483740, кл. Н 02 К 5/12, 1973. (54) ПОГРУЖНОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании погружных электродвигателей, заИзобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при создании погружных электродвигателей, заполненных жидкостью, преимущественно для привода гребных винтов подводных аппаратов, Цель изобретения — повышение КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость.

На фиг. 1 представлена зависимость кинематической вязкости минерального масла в функции давления и температуры; на фиг.

2 — зависимость потерь трения, электрических потерь и суммарных потерь в функции температуры жидкого диэлектрика; на фиг.

3 — погружной электродвигатель, разрез; на фиг. 4 и 5 — корпус, примеры исполнения соответственно с внутренним и наружным теплоизолирующими покрытиями.

Погружной электродвигатель глубоководного подводного аппарата состоит из герметичного корпуса 1, находящегося в заполненных жидкостью. Цель изобретения— повышение КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость. Погружной электродвигатель содержит заполненный жидкостью герметичный корпус, выполненный из тепло<лзолирующего материала. При работе вследствие потерь в двигателе температура жидкости повышается, благодаря чему потери на трение существенно снижаются, а потери в обмотках несколько повышаются. Толщина корпуса из теплоизолирующего материала выбрана из условия получения оптимальной температуры, обеспечивающей минимум суммь1 потерь, 5 ил., 1 табл. борной среде 2, закрепленного в корпусе 1 статора 3, вала 4 с ротором 5, установленного на подшипник-х в переднем 6 и заднем

7 щитах. Внутренняя полость электродвиСЛа1Ь гателя заполнена жидким диэлектриком 8, отделенным от окружающей среды 2 уплотнением (разделителем сред) 9. Давление (3 внутри электродвигателя практически рав- 3 но давлению окружающей двигатель среды фь (компенсатор, обеспечивающий уравнива- ф) ние наружного и внутреннего давлений, не . О показан), Одним из способов повышения эффективности погружных электродвигателей является применение жидкостей, обладающих возможно меньшей кинематической вязкостью, и, следовательно создающих меньшие потери трения, B таблице приведены значения вязкости различных жидкостей при 20 С, Как видно из таблицы, применение маловязких жидкостей в качестве заполнителя

1702489

10 I5

ЗО

40 внутренней полости двигателя позволяет существенно снизить потери трения.

Однако применение этого способа ограничено, так как жидкости с меньшей, чем у керосина, вязкостью, обладающие удовлетворительными эксплуатационными свойствами, отсутствуют (кроме масла ТС-1).

Керосин, в силу присушей ему текучести, также нельзя признать полностью удовлетворяющим условиям применения в погружных двигателях подводных аппаратов.

Поэтому наиболее широко применяются жидкости, имеющие некотс рое среднее зив" чение коэффициента кинеМатической вязкости.

Глубоководные подводные аппарать. характеризуются высоким давлением жидкости. заполняющей полость двигателя, а также низкой температурой этой жидкости.

Последнее вызвано хорошими условиями охлаждения жидкости..заполняющей полость двигателя на всех участках теплового потока: от обмотки к жидкости, от жидкости к стенке корпуса, по корпусу, от корпуса в окружающую двигатель среду. Низкая температура забортной воды и малый перепад температуры от забортной воды до жидкости, заполняющей полость двигателя, способствует тому, что температура жидкости невысока, Как показали испытания, перепад температуры иа участках окружающая среда — жидкость меньше IO Ñ, чему при температуре забортной воды 50С соответствует температура жидкости в полости двигателя около 16 С.

Изменение коэффициента кинематиче, ской вязкости минерал ного масла в функции давления и температуры (для 40 и 80 С) приведено иа фиг. 1.

Как видно из флг, 1. повышение температуры жидкости в полости двигателя с 40 до 80 С при,давлении 40 ати ведет к снижеHMIo кииематической вязкости жидкости прима;>ио в 6 раз. Коэффициент трения при ламлиариом режиме те ения (и, соответственно, потери трения) пропорционален коэффициенту кинематической вязкости, т. е. влияние температуры иа потери трения (особенно в условлях высокого давления) весьма существенно, что сказывается на эффективности электродвигателя.

Таким образом, хс рошее охлаждение жидкости ведет к силжению эффективности двигателя.

Для повышения КПД двигателя корпус выполнен из теплоизогирующего материала, например cTBKaollac!cTNKe, Создание тепловой изоляции на пути теплового потока от жидкого диэлектрика к окружающей двигатель воде ведет к повышению температуры жидкости, заполняющей двигатель, при его работе, снижению коэффициента кинематической вязкости и, соответственно, потерь трения, При этом за счет некоторого увеличения температуры обмотки несколько возрастают электрические потери.

Характер зависимости потерь трения, электрических потерь, и суммарных потерь в функции температуры жидкого диэлектрика приведен на фиг. 2, где показано изменение электрических потерь в обмотке двигателя (ЬР д) и гидравлических потерь трения (Ь I ») в зависимости от температуры жидкого диэлектрика (1 — для трансформаторного масла; 2 — для керосина). а также приведены суммарные потери (Ь Р) в зависимости от температуры.

В зависимости от конкретных условий (доли потерь трения в общих потерях, частоты вращения и свойств жидкого диэлектрика) оптимальное значение температуры может меняться. На фиг, 2 для трансформаторного масла т >лт=60 С (кривая 1), а для керосина tonT=-100 С (кривая 2).

Принципиальное отличие предлагаемогс. пути повышения КПД заключается, таким образом, в переходе на тепловой режим, характеризующийся повышенным значением температуры жидкости, заполняющей полость двигателя.

Толщина корпуса из теплоизолирующего материала выбрана исходя из условий оптимальной температуры жидкости, обеспечивающей минимум суммы гидравлических потерь трения и электрических потерь в обмотках двигателя.

Уровень тепловыделения от жидкости к забортной воде в существенной мере определяется тепловым сопротивлением корпуса, которое для монолитного (однослойного) корпуса Определяется по известной формуле д

" тт где д — толщина корпуса;

Л вЂ” теплопроводность материала корпуса;

Я вЂ” площадь поверхности корпуса, по которой передается тепло от жидкости к забортной воде, При известных значениях площади $ (получаемой в результате разработки конструкции двигателя) и уровня тепловыделения в двигателе,.определяемого его КПД, достичь оптимальной температуры жидкости можно путем выбора определенного соотношения д/А, т. e.. выбора материала с определенной теплопроводностью А и 6оот1702489

560 р г./

t00 1® С

50 ветствующей этой теплопроводности толщиной корпуса д.

Двигатель работает следующим образом.

После начала работы двигателя начинается выделение греющих потерь (включая потери от трения ротора о жидкий диэлектрик) в заполняющую внутреннюю полость двигателя среду. Из-за высокого теплового сопротивления корпуса тепловое равновесие (равенство выделяемого и отдаваемого в окружающую среду тепла) наступает только при достаточно высокой температуре жидкого диэлектрика, чему соответствует минимум потерь и, следовательно, максимум КПД электродвигателя.

Вместо однослойного корпуса (по фиг.

3) электродвигателя с определенным отношением толщины к теплопроводности материала могут быть применены и другие решения.

Так, в целях упрощения технологии на поверхность тон костенного металлического

5 корпуса может быть нанесено теплоизолирующее покрытие 11 изнутри (фиг. 4) или снаружи (фиг, 5).

Изобретение позволяет получить технико-зкономический эффект за счет повыше10 ния КПД двигателя.

Формула изобретения

Погружной электродвигатель, содержащий заполненный жидкостью корпус с закрепленным в нем статором, подшипни15 ковые щиты, ротор с подшипниками и узел уплотнения выходного вала, о т л и ч а юшийся тем, что. с целью повышения КПД двигателя путем снижения потерь трения ротора о жидкость, корпус выполнен из теп20 лоиэолирующего материала.

1702489

Ф1Г.

Составитель A. Jlисов

Техред ЬА.Ыорreнтал

Редактор A. Огар

Корректор Л. Патаь.

Производственно-издательский комбинат "Патент", I. Ужгород, ул,Гагарина„1О1

Заказ 4549 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государс" венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Х-35, Рауиккая наб., 4/5