Электрическая машина ветохина эмв

 

Использование: в погружных электрических машинах для привода различных морских механизмов. Сущность изобретения: электрическая машина содержит статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой, состоящей из медных стержней и медных короткозамыкающих колец. Охлаждение осуществляется окружающей жидкостью, входящей в машину через отверстия в подшипниковых щитах. Для защиты от контактной коррозии в корпусе статора с обоих торцев запрессованы втулки-протекторы из сплава алюминия, а в нескольких пазах ротора совместно со стержнями обмотки расположены протекторы из того же сплава алюминия, электрически контактирующие со стержнями. Протекторы могут быть выполнены в виде пластин, или цилиндрических оболочек. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 5/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4799894/07 (22) 06.03.90 (46) 30.04.93, Еюл. № 16 (71) Ленинградское производственное элек.тромашиностроительное объединение

"Электросила" им. С.М.Кирова (72) В.И.Ветохин (73) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение

"Электросила" им. С,M.Êèðîâà (56) Авторское свидетельство СССР

¹279769,,кл. Н 02 К 5/12, 1968.

Авторское свидетельство СССР

¹ 379017, кл. Н 02 К 5/12, 1970.

Авторское свидетельство СССР

N . 301785, кл, Н 02 К 9/24, 1970, Авторское свидетельство СССР

N 939830, кл. Н 02 К 5/12. 1980.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к погружным электрическим машинам, которые применяются для приводов различных морских механизмов (буровых установок для добычи полезных ископаемых с морского дна, активных рулей и подруливающих устройств), а также в качестве приводов скважных насосов в геологических и минерало-разведочных работах.

Цель изобретения — повышение надежности, живучести. долговечности и энергетических характеристик машины путем исключения контактной коррозии поверхностей электротехнической стали расточки статора и бочки ротора в немагнитном заэо« Ы, 1813228 АЗ (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ВЕТОХИНА ЭМВ (57) Использование: в погружныхэлектрических машинах для привода различных морских механизмов, Сущность изобретения: электрическая машина содержит статор и

poTop c короткоэамкнутой обмоткой, состоящей из медных стержней и медных короткозамыкающих колец. Охлаждение осуществляется окружающей жидкостью, входящей в машину через отверстия в подшипниковых щитах. Для защиты от контактной коррозии в корпусе статора с обоих торцев эапрессованы втулки-протекторы из сплава алюминия, а в нескольких пазах ротора совместно со стержнями обмотки расположены протекторы иэ того же сплава алюминия, электрически контактирующие со стержнями. Протекторы могут быть выполнены в виде пластин; или цилиндрических оболочек. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ре, а также меди короткозамкнутой обмотки ротора при работе в морской воде на неограниченной глубине погружения с учетом движения электролита (морской воды) внутри электродвигателя.

На фиг,1 представлена машина, продольный разрез; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — расположение стержней и протекторов в прямоугольном пазу; на фиг.4— расположение стержней и протекторов в круглом пазу.

Электрическая машина содержит ротор, на валу 1 которого расположен пакет сердечника 2 с медными стержнями 3, замкнутыми накоротко медными кольцами 4 (" беличья клетка"). Для защиты от контакт1813228 ной коррозии активной электротехнической стали в пазу медь-сталь установлены протекторы 5, например, из сплава алюминийцинк-кальций (Al-Zn-Са) или алюминия магниевого сплава марки АМг-ЗМ, расположенные симметрично относительно друг друга в нескольких пазах, количество кото-. рых может быть принято соответствующим числу 3,6 или 12 с тем, чтобы не нарушать балансировку ротора. Протекторы 5 имеют по всей длине электрический контакт со стержнями 3 обмотки ротора и вместе с ними изолированы слоем 6 от стали, например фторолакотканью Ф4МДЭ. В данном случае протекторы 5 являются анодами, а медные стержни 3 катодами.

В связи с тем, что коррозия происходит главным образом в немагнитном зазоре 7, приводя к недопустимому его увеличению, на валу 1 установлены с натягом втулки-протекторы 8, защищающие от электрохимической коррозии в основном пакет сердечника

2 ротора по цепи: вал 1, нажимные листы 12, пакет сердечника 2, немагнитный зазор 7. поверхность бочки ротора является катодом, а втулки — протекторы 8 будут анодом.

Дополнительное влияние втулок-протекторов 8 распространяется и на пакет сердечника статора 10 по цепи: вал 1, подшипники и щиты, корпус статора 9, пакет статора 10, немагнитный зазор 7, поверхность расточки статора 10 является катодом, втулки 8-. анодом, Аналогично ротору в корпусе 9 установлены с натягом втулки-протекторы 11, предназначенные для электрохимической защиты пакета сердечника 10 статора по цепи: корпус 9, нажимные листы 13, сердечник, немагнитный зазор 7, поверхность расточки статора 10 является катодом, а втулки-протекторы 11 будут анодом. Дополнительное влияние втулок-протекторов 11 будет распространяться и на ротор по цепи: корпус 9, подшипниковые щиты и подшипники, вал 1, нажимные листы 12, сердечник

2, немагнитный зазор 7, поверхность бочки ротора-катод, втулки 11 — анод.

При сборке статора и ротора необходимо обеспечить плотный контакт втулок 8 и

11 с пакетами 2 и 10 соответственно через нажимные листы 12 и 13, которые выполнены из нержавеющей стали.

В электрической машине охлаждающая жидкость (электролит) находится в движении от вращения ротора, в связи с чем должна быть поправка на скорость движения электролита, увеличивающую скорость ко ррозии (происходит смывание продуктов электрохимической коррозии и образование на их месте новых).

Поправка определена опытным путем и равна 1,4 — 1,6, она учтена при установлении толщины колец 8-10 мм на срок службы

10 лет, следующим образом: скорость коррозии металла определяется по формуле

П = 10 мм/год, К

10 где П вЂ” скорость(проникновения) коррозии, К вЂ” потеря массы металла, г/м - год, д- плотность металла, Г/смз.

Институтом океанологии им, П.П.Ширшова в Северной Атлантике при темпера15 туре воды 20 С исследовалась скорость коррозии fll, П2, ПЗ на следующих образцах контактных пар;

П1: углеродистая сталь и медь (анод, катод);

20 П2: углеродистая сталь и сталь Х18Н10Т

{анод, катод);

ПЗ: углеродистая сталь и алюминиевый сплав

АМг-ЗМ (катод, анод).

25 Получены следующие результаты (!):

П! = 0,5 мм/год; П2.= 0,348 мм/год;

ПЗ = 0,32 мм/год (2)

В данною опыте контактные пары находились в стационарном состоянии, 30 На электродвигателе типа AMB-2 (асинхронная машина Ветохина), работающего в искусственной морской воде установлено:

Протора = 0,8 мм/год;

И статора = 0,5 мм/год (3)

35 Сопоставляя данные результаты (3) с приведенными выше {2) имеем: Протора соответствует flf, Пстатора П2..

Поделив (3) на (2), имеем:

П1 5

Прот 08 ! (4)

pun = = — 1,436.

Пст 05

П2 0,348

45 Из(4) следует, что поправка на скорость движения электролита (вращение ротора) приблизительно равна (1,4-1,6), Для толщины втулок из алюминиевого сплава имеет ПЗ = 0,33 мм/год. За 10 лет

50 коррозия втулок будет равна 3,2 мм, с учетом (4) и коэффициента запаса толщину втулок принимаем равной 8-10 мм, Исходя из проведенных опытов на раз55 личных моделях электродвигателей, установлено, что коррозия электротехнической стали в немагнитном зазоре отсутствует при условии;

S2 2 R2 l2 1

S) R1 I1 20

1813228

15 ля (электролита) последний тоже приходит в

Исходя из реальных величин соотношений R1 и Яг в существующих электрических машинах, можно принять; для ротора

R1= 4Яг, откуда по(6)

)г = О, I Iq; для статора при Вг =5/4 % ! г = 0,02I <. где Вг — радиус (внутренней поверхности) втул ки-и ротектора 1.1.

Если втулку 11 разместить ближе к зазору 7 (практически выгодно для крупных машин), то приблизительно

1г = 0,025 11.

Учитывая необходимость надежности, коэффициента запаса и в связи с приведен- ной приближенностью расчета, принят сле-. дующий вид зависимости; ! г = (0,05 — 0,1)I1.

Для стальных конструкций, установленных в морской воде отношение площади поверхности протектора к площади защищаемой поверхности равна в пределах

1/600 — 1/200 .

Следовательно, в электрической машине работа протекторов во вращающемся электролите находится в более 4 жестких условиях и не может быть формально перенесена на электрохимическую защиту активных частей электродвигателя.

Как указывалось выше, медные стержни

3, вместе с которыми размещены в одном пазу прямоугольной формы протекторы 5 в виде пластин, заключены в общую изоляцию из изоляционного слоя 6. отделяющего по всему периметру сечения (фиг,З) стержни с пластинами от пакета электротехнической стали ротора 2, Это выполнено для защиты от контактной коррозии, возникающей при непосредственном контакте ее с активной

35 немагнитнбго зазора и связанного с этим

50

55 где множитель 2 означает площадь двух втулок

Яг — площадь втулки-протектора 8 (активная), соприкасающаяся с морской водой, R2 — радиус втулки-протектора 8 (фиг.2);

1г — длина (в аксиальном направлении) втулки-протектора 8;

S> — площадь поверхности ротора, соприкасающаяся с морской. водой;

RI — радиус ротора;

11 — длина ротора.

Из-за малости величины толщин втулок по сравнению с их длиной в расчете можно их не учитывать.

Из (5) имеем

1г - 1/40 13 Я1Иг (6) электротехнической сталью и одновременном контакте с электролитом (череэ короткозамыкающие кольца 4).

Предлагаемый эквивалентный вариант для круглых пазов ротора 2 машины отличается от описанного наличием на медных стержнях 14 цилйндрических оболочек 15, получающихся путем скручивания пластин в трубки (фиг.4} и выполненных из того же материала и изолированных от стали общей пазовой изоляцией 16.

Работа осуществляется следующим образом, При вращении ротора в среде охладитедвижение, в связи:с чем ротор и статор оказываются в среде движущегося электролита. Возникает электрохимическая коррозия описанной выше активности на всех активных поверхностях узлов машины, т.е. на поверхностях, соприкасающихся с электролитом, В связи с тем, что электрический потенциал втулок-протекторов 8 и 11 ниже, чем потенциал электротехнической стали пакетов 2 и 10 ротора и статьра соответственно, происходит злектрохимическая коррозия втулок-протекторов 8 и 11 с вымыванием продуктов движуЩимся электролитом и соответственно имеет место расход материала йротекторов 8 и 11. Поскольку мааса упомянутого:материала (например сплава Al-ZA-Са или АМг-ЗМ) рассчитана йриведенным выше путем, машина работает в течение- срока эксплуатации беэ имевшего местЬ у прототйпа увеличения падения энергетических характеристик машины. Общий изоляциойный слой 6 предотвращае электрохимическую коррозию короткозамкнугой обмотки ротора, которая могла бы происходить в результате прямрго контакта стержней 3 с электротехнической сталью 2, а также эа счет наличия различных примесей в меди стержней 3.

Работа в-случае эквивалентного варианта исполнения машины, фиг,4 аналогична описанной и не требует дополнительных описаний.

Формула изобретения

1. Электрическая машина с охлаждением жидкостью, содержащая статор, ротор с валом, установленным в подшипниках, и подшипниковые щиты с отверстиями для входа и выходе жидкости, о т л и ч а ю щ а яс я тем. что, с целью повышения надежности, долговечности и энергетических характеристик путем предотвращения контактной коррозии поверхности ротора и расточки при охлаждении статора морской

1813228 водой, на валу ротора и в корпусе статора с обоих торцов запрессованы втулки-протекторы из сплава алюминия, длина которых в аксиальном направлении составляет от 0,05 до 0,1 длины пакета сердечника, стержйи об- 5 мотки ротора выполнены из меди и изолированы от сердечника пазовой изоляцией, в нескольких симметрично расположенных пазах совместно с медными стержнями размещены протекторы из того же материала, что 10 и втулки-протекторы, электрически контак8p ..я ./ тирующие по всей длине с упомянутыми стержнями.

2, Машина по и. t, отличающаяся тем, что пазы сердечника ротора выполнены прямоугольными, а протекторы в пазах в виде пластин, 3. Машина по п.1, о т л и ч à ю щ а я с я тем, что пазы сердечника ротора выполнены круглыми, а протекторы — в виде цилиндрических оболочек, 1813228 Ь"Ел « Е о

Составитель В.Ветохин

Техред М,Моргентал Корректор M.Càìáoðñêàÿ

Редактор

Заказ 1596 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауи ская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина. 101