Аксиальный двигатель-насос

Аксиальный двигатель-насос

Реферат

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.

Известен насос аксиальной конструкции для перекачки нефтепродуктов (см. патент № 2098667, 1997 г., Бюл. №34, авторы Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Письменный В.Я.), содержащий корпус, смонтированные в нем статоры электродвигателя и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя и выполненное в виде связанных между собой двух роторов-дисков, расположенных между двумя торцовыми поверхностями двух статоров электродвигателя с необходимыми воздушными зазорами, причем один из статоров электродвигателя является отключаемым от сети питания независимо от другого, а насос снабжен установленным в корпусе на подшипниках валом, на котором закреплено рабочее колесо. В современном представлении магнитопроводы статоров и роторов описанного выше насоса являются аксиальными, поскольку магнитные потоки статоров и роторов направлены вдоль их общей оси.

Однако такая конструкция насоса не предусматривает защиту статорной обмотки от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, что может привести к повреждению изоляции обмотки статора с последующим коротким замыканием этой обмотки.

Существенным недостатком такого насоса является наличие массивных роторов-дисков, изготовленных из конструкционной стали, приводящее к неоправданно большим потерям мощности на вихревые токи в массиве роторов-дисков и магнитный гистерезис, что приводит к сильному нагреву ротора и, следовательно - к большим потерям энергии и существенному снижению КПД насоса. Отсутствие обмоток на роторах-дисках снижает энергетические показатели насоса в целом. Кроме того, стальные массивные роторы-диски обладают большой массой, вследствие чего ухудшают массогабаритные показатели насосного агрегата в целом. Здесь роль обмоток выполняет конструкционная сталь, имеющая большое активное сопротивление. Вал, соединяющий роторы такого насоса, должен иметь достаточно большой диаметр и, соответственно, большую массу для передачи крутящих и изгибающих моментов, осевых и радиальных усилий, что также приводит к ухудшению массогабаритных показателей насоса.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является аксиальный центробежный двигатель-насос (см. патент № 2284426 (РФ), 2006 г., Бюл. № 27, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М и др.), содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо насоса, являющееся ротором электродвигателя, причем статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала. Магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.

Существенным недостатком такого аксиального центробежного двигатель-насоса является наличие большого воздушного зазора между магнитопроводами статора и ротора, приводящее к увеличению магнитного сопротивления, а, следовательно, к увеличению токов, необходимых для создания требуемого магнитного потока (тока намагничивания), то-есть к увеличению требуемого сечения проводов обмоток и, соответственно, к ухудшению массогабаритных показателей аксиального центробежного двигатель-насоса, увеличению его стоимости, увеличению потерь энергии и снижению КПД. Существенным недостатком такого аксиального центробежного двигатель-насоса, как и любой аксиальной электрической машины, является также наличие большого осевого (аксиального) электромагнитного усилия, вызванного в результате притяжения ротора и статора. Это усилие ведет к преждевременному выходу из строя подшипниковых узлов, что уменьшает надежность работы двигатель-насоса, а наличие подшипниковых узлов, необходимых в прототипе для обеспечения возможности вращения ротора, усложняет конструкцию двигатель-насоса в целом. Кроме того, перекос ротора относительно статора, вызванный большим осевым (аксиальным) электромагнитным усилием, может привести к заклиниванию ротора, что снижает надежность работы насосного агрегата в целом.

Данное изобретение решает задачу уменьшения зазора между статором и ротором двигателя-насоса, улучшения его массогабаритных показателей, снижения стоимости и потерь энергии, повышения КПД, упрощения конструкции и повышения надежности насосного агрегата в целом.

Для этого статор двигателя-насоса выполняется с калиброванным отверстием в центре, а выходной канал двигателя-насоса выполняется с обводной трубой, которая соединяется с калиброванным отверстием в центре статора, при этом между статором и ротором устанавливается кольцо, сечение которого выполняется Т-образным, причем высота кольца выбирается исходя из заданного автоматически регулируемого зазора между магнитопроводами статора и ротора.

На чертеже изображен общий вид аксиального двигателя-насоса в разрезе.

Аксиальный двигатель-насос содержит корпус 1, смонтированный в нем статор 2 электродвигателя, представляющий собой аксиальный шихтованный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка 3, и рабочее колесо-ротор 4. Статор 2 электродвигателя герметично отделен от проточной части 5 насоса тонкой мембраной 6 из диэлектрического материала и имеет калиброванное отверстие 9 в центре, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Между рабочим колесом-ротором 4 и статором 2 установлено Т-образное кольцо 10, а выходной канал 11 двигателя-насоса выполнен с обводной трубой 12, соединенной с калиброванным отверстием 9.

Аксиальный двигатель-насос работает следующим образом. При подключении трехфазной обмотки 3 статора 2 электродвигателя к питающей трехфазной сети создается вращающий электромагнитный момент по общеизвестному принципу работы асинхронного двигателя, приводящий рабочее колесо-ротор 4 во вращение. При вращении рабочего колеса-ротора 4 жидкость в проточной части 5, увлекаемая рабочим колесом-ротором 4 также приходит во вращение. При этом на жидкость в проточной части 5 действуют центробежные силы, перекачивающие жидкость по общеизвестному принципу работы обычных центробежных насосов. При повышении давления в полости между статором 2 и ротором 4 ротор 4 в силу известных законов гидравлики стремится сместиться от статора 2 в осевом направлении. Величина смещения определяет ширину щели между ротором 4 и кольцом 10. Ширина щели в свою очередь определяет величину давления в полости ротор-статор-кольцо. При увеличении щели количество сливаемой жидкости увеличивается, и давление в полости ротор-статор-кольцо падает. Таким образом, зазор между ротором и статором двигатель-насоса регулируется автоматически. При возникновении перекоса ротора 4 в секторе, в котором удаление ротора 4 от статора 2 наибольшее, ширина щели возрастает, уменьшая тем самым давление под ротором 4 в этом секторе. В противоположном секторе ширина щели уменьшается, а давление, соответственно, увеличивается. Неравенство сил давления в противоположных секторах ротора 4 приводит к появлению сил и моментов, устраняющих возникший перекос, то есть к автоматическому регулированию зазора между статором 2 и ротором 4.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в то же время в отличие от него позволяет уменьшить зазор между статором и ротором двигатель-насоса, ограничив его только высотой кольца Т-образного сечения; улучшить массогабаритные показатели насосного агрегата, снизить его стоимость, упростить конструкцию и повысить надежность насосного агрегата в целом за счет выполнения двигатель-насоса без подшипников и вала (оси), а также снизить потери энергии и, соответственно, повысить КПД за счет уменьшения воздушного зазора между статором и ротором и, соответственно, уменьшения потерь на рассеивание магнитного потока.

Аксиальный двигатель-насос, содержащий корпус, смонтированный в нем статор электродвигателя, представляющий собой аксиальный магнитопровод с пазами, в которые уложена трехфазная обмотка, и рабочее колесо двигателя-насоса, являющееся ротором электродвигателя, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигателя-насоса, отличающийся тем, что статор двигателя-насоса выполнен с калиброванным отверстием в центре, а выходной канал двигателя-насоса выполнен с обводной трубой, которая соединена с калиброванным отверстием в центре статора, при этом между статором и ротором установлено кольцо, сечение которого выполнено Т-образным, причем высота кольца выбрана исходя из заданного автоматически регулируемого зазора между магнитопроводами статора и ротора.