RU2284426C1 - Axial-centrifugal motor-pump - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering; mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in liquid-handling pumping facilities. According to invention, in proposed axial-centrifugal motor-pump, stator of electric motor is hermetically isolated from passage part of motor-pump by diaphragm made of dielectric material. Magnetic circuit of rotor is laminated, made of electric sheet steel with short-circuited aluminum winding and is press-fitted into bladed impeller made of light aluminum alloy. Impeller-rotor is installed on axle secured in housing for free rotation.

EFFECT: provision of protection of stator winding of electric motor of motor-pump from harmful mechanical and chemical action of handled liquid, reduced heating of handled liquid and motor-pump as a whole, increased power characteristics, reduced energy losses, increased efficiency and improved mass and size characteristics of pumping unit.

2 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, например, для насосной техники по перекачке жидкостей.The invention relates to power engineering and can be used, for example, for pumping equipment for pumping liquids.

Известен двигатель-насос (Гайтов Б.Х. Управляемые двигатели-машины. M.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157), содержащий статор электродвигателя, представляющий собой магнитопровод с пазами, в которые уложена первичная обмотка (как правило, трехфазная, хотя в отдельных случаях может быть и однофазная), массивный ротор-рабочее колесо, представляющее собой полый барабан, на внутренней поверхности которого размещены лопаточные венцы осевого насоса.A well-known motor pump (Gait B.Kh. Controlled engines-machines. M .: Mashinostroenie, 1981, 183 p., P. 157), containing a motor stator, which is a magnetic circuit with grooves in which the primary winding is laid (usually three-phase, although in some cases it may be single-phase), a massive rotor-impeller, which is a hollow drum, on the inner surface of which are placed the axial pump blade crowns.

Однако в таком двигателе-насосе за счет большого активного сопротивления массивного ротора-рабочего колеса имеют место повышенные потери, основная доля которых рассеивается в окружающее пространство в виде тепла. За счет этих потерь перекачиваемая таким насосом жидкость нагревается и теряет вязкость, что в ряде случаев, например при перекачке нефти и нефтепродуктов, является эффективным, но неприемлемо для многих других жидкостей, так как может привести к их недопустимому нагреву и изменению их физических свойств.However, in such an engine pump, due to the large active resistance of the massive rotor-impeller, there are increased losses, the bulk of which is dissipated into the surrounding space in the form of heat. Due to these losses, the liquid pumped by such a pump heats up and loses viscosity, which in some cases, for example, when pumping oil and oil products, is effective, but unacceptable for many other liquids, as it can lead to their unacceptable heating and a change in their physical properties.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по физической сущности и достигаемому результату является 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.Closest to the claimed invention in terms of physical nature and the achieved result is an axial design pump for pumping oil products (see patent No. 2098667, 1997, Bull. No. 34, authors Gaytov B.Kh., Kopelevich L.E., Pismenny V. I.), containing the housing, the stators of the electric motor mounted in it and the impeller of the pump, which is the rotor of the electric motor and made in the form of interconnected two rotor disks located between the two end surfaces of the two stators of the electric motor with the necessary air and gaps, wherein one of the stators of the electric motor is disconnectable from the power supply independently of the other, and equipped with a pump mounted in the housing on a shaft bearing, on which an impeller. In the modern view, the magnetic circuits of the stators and rotors of the pump described above are axial, since the magnetic fluxes of the stators and rotors are directed along their common axis.

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 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, 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.However, this design of the pump does not provide for the protection of the stator winding from harmful mechanical and chemical effects of the pumped liquid, which can lead to damage to the insulation of the stator winding, followed by a short circuit of the winding. A significant drawback of such a pump is the presence of massive rotor disks made of structural steel, which leads to unreasonably large losses of power due to eddy currents in the array of rotor disks and magnetic hysteresis, which leads to strong heating of the rotor and, consequently, to large losses of energy and significant lower pump efficiency. The absence of windings on the rotor disks reduces the energy performance of the pump as a whole. In addition, massive steel rotors-disks have a large mass, as a result of which they worsen the overall dimensions of the pump unit as a whole, the role of the windings is performed by structural steel, which has a large active resistance. The shaft connecting the rotors of such a pump must have a sufficiently large diameter and, accordingly, a large mass to transmit torques and bending moments, axial and radial forces, which also leads to a deterioration in the overall dimensions of the pump.

Данное изобретение решает задачу защиты статорной обмотки электродвигателя насоса от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшения нагрева перекачиваемой жидкости и насоса в целом, повышения энергетических показателей, снижения потерь энергии, повышения КПД и улучшения массогабаритных показателей насосного агрегата.This invention solves the problem of protecting the stator winding of the pump motor from harmful mechanical and chemical effects of the pumped liquid, reducing the heating of the pumped liquid and the pump as a whole, increasing energy performance, reducing energy loss, increasing efficiency and improving the overall dimensions of the pump unit.

Для этого статор электродвигателя насоса, а по существу, как наиболее удачно названного в монографии Гайтова Б.Х. (Управляемые двигатели-машины. М.: Машиностроение, 1981, 183 с., с.157) - двигатель-насоса, герметично отделяется от проточной части двигатель-насоса мембраной, изготовленной из диэлектрического материала и защищающей обмотку статора от вредного механического и химического воздействия перекачиваемой жидкости. Магнитопровод ротора выполняется шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессовывается в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса с лопастями. Полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса устанавливается на неподвижно закрепленной в корпусе оси (валу, не несущем вращающего момента).For this, the stator of the pump electric motor, and, in essence, as the most successfully named in the monograph by B. G. (Controlled engine-machines. M .: Mashinostroenie, 1981, 183 p., P. 157) - a motor-pump, hermetically separated from the flow part of the motor-pump by a membrane made of dielectric material and protecting the stator winding from harmful mechanical and chemical effects pumped liquid. The rotor magnetic circuit is lined from electrical steel with a short-circuited aluminum winding and is pressed into the impeller of the motor-pump with blades made of light aluminum alloy. The thus obtained freely rotating impeller-rotor of the motor-pump is mounted on an axis fixed in the housing (to a shaft that does not carry torque).

На фиг.1 изображен общий вид аксиального центробежного двигатель-насоса в разрезе, на фиг.2 - сечения А-А и В-В.Figure 1 shows a General view of the axial centrifugal motor pump in the context, figure 2 is a section aa and bb.

Аксиальный центробежный 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, а рабочее колесо-ротор 4, выполненное из легкого алюминиевого сплава, имеет шихтованный аксиальный магнитопровод 8, в пазы которого уложена короткозамкнутая обмотка 7. Рабочее колесо-ротор 4 установлено свободно вращающимся на неподвижно закрепленной в корпусе оси 9.The axial centrifugal motor-pump contains a housing 1, an electric motor stator 2 mounted in it, which is an axial lined magnetic circuit with grooves in which a three-phase winding 3 is laid, and an impeller-rotor 4. The stator 2 of the electric motor is hermetically separated from the pump passage 5 by a thin membrane 6 of dielectric material, and the impeller-rotor 4, made of lightweight aluminum alloy, has a laden axial magnetic circuit 8, in the slots of which a short-circuited winding is laid 7. The impeller o-rotor 4 is mounted freely rotating on a fixed axis 9 in the housing.

Аксиальный центробежный 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.Axial centrifugal motor pump operates as follows. When connecting the three-phase winding 3 of the stator 2 of the electric motor to the supplying three-phase network, a rotating electromagnetic moment is created according to the well-known principle of operation of an asynchronous motor, bringing the impeller-rotor 4 into rotation. During the rotation of the impeller-rotor 4, the liquid in the flowing part 5, carried away by the impeller-rotor 4, also comes into rotation. In this case, the liquid in the flow part 5 is affected by centrifugal forces pumping the liquid according to the well-known principle of operation of conventional centrifugal pumps.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию насоса, как и прототип, в тоже время в отличие от него, позволяет с помощью мембраны из диэлектрического материала защитить статорную обмотку аксиального центробежного двигателя-насоса от вредного воздействия перекачиваемой жидкости, уменьшить нагрев перекачиваемой жидкости за счет снижения потерь на вихревые токи и магнитный гистерезис, повысить энергетические показатели насоса в целом за счет выполнения рабочего-колеса ротора с шихтованным магнитопроводем с обмоткой, снизить потери энергии и повысить КПД за счет уменьшения потерь на магнитный гистерезис. Потери на магнитный гистерезис уменьшаются в предлагаемом изобретении в силу магнитных свойств электротехнической стали, из которой выполнен магнитопровод рабочего колеса-ротора. Уменьшить потери мощности на вихревые токи позволяет выполнение магнитопровода рабочего колеса-ротора шихтованным. Улучшение массогабаритных показателей насоса обеспечивается за счет частичного выполнения рабочего колеса-ротора из легкого алюминиевого сплава и обеспечения передачи вращающего момента за счет электромагнитных сил, что позволяет заменить приводной вал, имеющий большой диаметр и, соответственно, массу, на неподвижно закрепленную ось малого диаметра и малой массы.The present invention, acting as a pump, as well as a prototype, at the same time, unlike it, allows using a membrane made of dielectric material to protect the stator winding of the axial centrifugal pump motor from the harmful effects of the pumped liquid, to reduce the heating of the pumped liquid by reducing vortex losses currents and magnetic hysteresis, increase the energy performance of the pump as a whole due to the implementation of the impeller of the rotor with a lined magnetic circuit with a winding, reduce energy loss and increase efficiency by reducing losses on magnetic hysteresis. Losses on magnetic hysteresis are reduced in the present invention due to the magnetic properties of electrical steel, from which the magnetic circuit of the impeller-rotor is made. To reduce the power loss due to eddy currents allows the implementation of the magnetic circuit of the impeller-rotor laden. Improving the overall dimensions of the pump is ensured by partial implementation of the impeller-rotor made of light aluminum alloy and providing torque transmission due to electromagnetic forces, which allows replacing a drive shaft having a large diameter and, accordingly, mass, with a fixed axis of small diameter and small masses.

Claims (1)

Аксиальный центробежный двигатель-насос, 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, отличающийся тем, что статор электродвигателя герметично отделен от проточной части мембраной из диэлектрического материала, а магнитопровод ротора выполнен шихтованным из электротехнической стали с короткозамкнутой алюминиевой обмоткой и впрессован в изготовленное из легкого алюминиевого сплава рабочее колесо двигатель-насоса, причем полученное таким образом свободно вращающееся рабочее колесо-ротор двигатель-насоса установлено на неподвижно закрепленной в корпусе оси.An axial centrifugal motor-pump, comprising a housing, an electric motor stator mounted therein, which is an axial magnetic circuit with grooves in which a three-phase winding is placed, and a pump impeller, which is the electric motor rotor, characterized in that the electric motor stator is hermetically separated from the flow part by a membrane made of dielectric material, and the rotor magnetic circuit is made of electrical steel with a short-circuited aluminum winding and pressed into a light th aluminum alloy impeller of the pump motor, the thus obtained freely rotating impeller rotor of the pump motor is fixedly mounted on the axis fixed in the housing.

Images