компенсатор объемного расширения диэлектрического компаунда погружного электродвигателя

Формула изобретения

1. Компенсатор объемного расширения диэлектрического компаунда погружного электродвигателя, представляющий собой элемент, имеющий трубчатую форму протяженностью не менее длины лобовой части обмотки, выполненный из полимерного пористого теплостойкого эластичного материала, не взаимодействующего с диэлектрическим компаундом, и расположенный в слое диэлектрического компаунда в полости статора.

2. Компенсатор по п.1, отличающийся тем, что элемент выполнен из пенополиолефина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства насосов и компрессоров, в частности погружных насосов, и может быть использовано при производстве электродвигателей погружных насосов.

Для улучшения электрической прочности изоляции обмотки статора полость статора заливают диэлектрическим компаундом, который после полимеризации затвердевает.

Эта конструкция широко используется многими производителями погружных насосов.

Ее главным недостатком является то, что во время работы электродвигателя внутренняя тонкостенная гильза деформируется, ее внутренний диаметр уменьшается до такой степени, что вращающийся ротор касается гильзы в местах деформации. Гильза вскоре протирается, полость статора разгерметизируется. При этом резко снижается сопротивление изоляции обмотки статора, и двигатель выходит из строя.

Анализ причин, вызывающих деформацию гильзы, показал, что главной причиной является крайне неравномерный нагрев статора.

Наружные поверхности статора постоянно омываются скважинной жидкостью и остаются практически холодными. Внутренние части статора - пакет статора, обмотка, компаунд, тонкостенная гильза - нагреваются до 100°С.

В частности, при длине статора 645 мм удлинение гильзы статора составит

L= L(T₁-T)=12,2×l2 ^-6×645(100-20)=0,63 мм

где

=12,2×10^-6 - коэффициент линейного расширения для стали.

T₁=100°С - температура гильзы во время работы электродвигателя.

Т=20°С - температура гильзы в нормальных условиях.

Следовательно, гильза подвергается сильному продольному сжатию, что приводит к потере продольной устойчивости.

Кроме того, в результате нагрева увеличивается наружный диаметр гильзы, хотя и незначительно. Но компаунд, охватывающий гильзу по диаметру, под действием нагрева увеличивается в объеме, и в результате гильза в районе лобовых частей находится в сложном напряженном состоянии. Это и приводит к тому, что гильза деформируется внутрь, а это, как уже говорилось, приводит к выходу из строя электродвигателя.

Указанный недостаток присущ всем известным заявителю на момент подачи настоящей заявки конструкциям погружных насосов.

Известна конструкция статора погружного электродвигателя (авторское свидетельство SU 1334297), содержащая корпус, в пазах которого закреплена обмотка с лобовыми частями. На торцах корпуса, на резьбе, предназначенной для крепления герметизирующих полость статора уплотнений, установлены заглушки, в которых с возможностью вращения относительно заглушки установлен герметизирующий полость статора ввод, на котором установлены патрубок подачи жидкого компаунда к лобовым частям обмотки, патрубок подсоединения к вакуумной системе и патрубок слива излишнего компаунда. Статор закреплен в зажимах привода. Лобовые части обмотки заполнены компаундом.

Недостатком известной конструкции статора следует признать неизбежное объемное расширение компаунда при нагреве статора.

Расширение компаунда в замкнутом ограниченном объеме неизбежно приводит к ухудшению изоляции статора.

Известна также конструкция погружного электродвигателя (патент RU 2176125), содержащего цилиндрический корпус, внутри которого расположены статор с двумя сдвинутыми на 90° обмотками и ротор, на выходном валу которого размещен центробежный насос с рабочими колесами, и фазосдвигающий конденсатор, соединенный последовательно с одной из обмоток электродвигателя, причем фазосдвигающий конденсатор выполнен бескорпусным в виде полого цилиндра и расположен на лобовых частях обмоток статора, наружный диаметр фазосдвигающего конденсатора не превышает наружный диаметр сердечника статора, при этом фазосдвигающий конденсатор вместе со статором залит эпоксидным компаундом.

Недостатком известной конструкции статора следует признать неизбежное объемное расширение компаунда при нагреве статора. Расширение компаунда в замкнутом ограниченном объеме неизбежно приводит к ухудшению изоляции статора.

Известно размещение в слое диэлектрического компаунда, используемого для герметизации полупроводниковых приборов, компенсатора в виде пластины, изготовленной из полимерного пористого теплостойкого эластичного материала, не взаимодействующего с компаундом (авторское свидетельство SU 818388,1996).

Указанное техническое решение не может быть использовано для компенсации объемного расширения диэлектрического компаунда в статоре погружного электродвигателя, поскольку не обеспечивает равномерного снятия нагрузки со всех сторон на элементы статора.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, состоит в разработке средства, позволяющего компенсировать объемное расширение компаунда в статоре погружного электродвигателя.

Технический результат, получаемый в результате реализации предлагаемого изобретения, состоит в повышении срока службы электродвигателя погружного насоса.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать компенсатор объемного расширения диэлектрического компаунда погружного электродвигателя, представляющий собой элемент трубкообразной формы, протяженностью не менее длины лобовой части обмотки и выполненный из полимерного пористого теплостойкого эластичного материала, не взаимодействующего с диэлектрическим компаундом, и расположенный в слое диэлектрического компаунда в полости статора вокруг полости размещения ротора. Компенсатор может быть расположен в непосредственной близости, вплоть до касания, с лобовой частью обмотки статора. Указанный компенсатор преимущественно выполняют из пенополиолефина, в частности пенополиэтилена, хотя возможно использование и других материалов, отвечающих указанным выше условиям. Толщина компенсатора зависит от коэффициента объемного расширения компаунда, необходимой величины электрического сопротивления слоя компаунда, задающей толщину слоя компаунда. Обычно толщину компенсатора выбирают с таким расчетом, чтобы объем компенсатора при его длине, равной длине лобовой части обмотки, составил 10-13% от объема полости, заполняемой компаундом. Длина компенсатора должна быть не менее длины лобовой части обмотки, что гарантирует отсутствие контакта лобовой части обмотки и ротора электродвигателя при расширении компаунда и деформации за счет этого элементом двигателя, отделяющим статор от ротора. Компенсатор размещают в полости статора до заполнения ее компаундом.

Теперь при нагреве гильза испытывает только продольное сжатие. В этом случае деформация гильзы происходит наружу, т.е. диаметр гильзы увеличивается. Эластичный материал этому не препятствует. По сути пористый материал, установленный в зазор между гильзой и обмоточным проводом в лобовой части, является дополнительным эластичным изолятором.

На чертеже приведен разрез статора погружного электродвигателя.

Компенсатор 4 объемного расширения диэлектрического компаунда 1 погружного электродвигателя представляет собой элемент, имеющий трубчатую форму протяженностью не менее длины лобовой части обмотки 5 и выполненный из полимерного пористого теплостойкого эластичного материала, не взаимодействующего с диэлектрическим компаундом 1, и расположенный в слое диэлектрического компаунда 1 в полости статора 2. Элемент выполнен из пенополиолефина. Полость статора 2 отделена от полости ротора 6 тонкостенной гильзой 3.

Для установки компенсатора 4 после установки обмотки 5 статора 2 и формирования лобовых частей на тонкостенную гильзу 3 надевают компенсатор 4, выполненный в виде цилиндра из пористого полиолефина. Компенсатор 4 может быть установлен с зазором относительно поверхности тонкостенной гильзы 3 или без зазора. Затем заполняют полость компаундом 1 с последующим его отверждением.

При эксплуатации погружного насоса, электродвигатель которого выполнен с компенсатором 4, при разогреве обмотки 5 статора 2 в лобовой части происходит объемное расширение компаунда 1, приводящее к деформации (сжиманию) компенсатора 4. Указанная деформация компенсатора 4 предохраняет от деформации тонкостенную гильзу 3, что в свою очередь исключает касание (и разрушение) гильзы 3. Полость статора 2 остается герметичной, что увеличивает срок эксплуатации двигателя.

Размеры компенсатора 4 выбирают следующим образом: по длине он должен быть не менее длины лобовой части обмотки 5, по толщине он должен быть таким, чтобы деформация гильзы 3 (увеличение диаметра) составляла не более 20% толщины эластичного материала.

Так, в частности, при изготовлении серийно изготавливаемого асинхронного, короткозамкнутого трехфазного электродвигателя мощностью 5,5 кВт с наружным диаметром 94 мм и длиной 840 мм компенсатор выполняют из вспененного полиэтилена трубкообразной формы с размерами 170×70 мм и устанавливают его под лобовые части статора по диаметру 51 мм гильзы статора. При этом статор электродвигателя имеет габариты: наружный диаметр 94 мм, длина 643 мм, диаметр роторного пространства - 50 мм. Обмотка статора выполнена медным, круглым, эмалированным проводом с температурным индексом 155, марки ПЭТ 155, диаметром 1,25 мм по ТУ16.К71-160-92.

Таким образом, использование подобного компенсатора обеспечивает нормальную работу электродвигателя в течение длительного времени.