Заглибний електродвигун

1. Заглибний електродвигун, що містить ротор, закріплений в радіальному напрямку всередині статора за допомогою радіальних підшипників ковзання, на зовнішній поверхні корпусу кожного з яких виконані принаймні два пази, причому в кожному пазу установлений пружний стопорний елемент, який відрізняється тим, що кожний паз виконаний циліндричним з принаймні однією нішею в бічній стінці поблизу основи і його вісь симетрії перпендикулярна осі обертання ротора, а кожний стопорний елемент виконаний у вигляді опукловгнутої пружинної упорної шайби з принаймні одним виступом, відповідним ніші паза. 2. Заглибний електродвигун за п. 1, який відрізняється тим, що частина кожного стопорного елемента, яка виступає з паза, виконана у формі сферичного сегмента. Винахід стосується галузі електротехніки, зокрема, електричних машин, а саме заглибних асинхронних рідиннозаповнених електродвигунів, призначених для приводу заглибних відцентрових електронасосів, і може бути застосований в заглибних насосних агрегатах для добування рідини із бурових, переважно нафтових, свердловин, міжпластового закачування і т. ін. Відомий заглибний електродвигун [авт. св-во СРСР №1339764, кл. НО2К5/12, опубл. 25.09.1987], що містить статор з пазами на внутрішній поверхні магнітопроводу і ротор, закріплений в радіальному напрямку всередині статора за допомогою радіальних підшипників ковзання. На зовнішній циліндричній поверхні корпусу кожного підшипника виконаний, принаймні, один паз, поздовжній до осі обертання ротора. Цей паз має у поперечному перерізі форму прямокутної трапеції, похила сторона якої повернута до осі електродвигуна, а її більша основа повернута до верхньої частини електродвигуна. У пазу корпусу підшипника розміщений непружний стопорний елемент, форма якого подібна до форми цього паза, з мож ливістю переміщення в осьовому напрямку. Цей елемент уведений в паз статора. Стопорний елемент виключає можливість прокручування корпусу підшипника відносно статора. Описаний вище аналог має ряд недоліків. Форма поздовжнього паза на зовнішній циліндричній поверхні корпусу підшипника і форма стопорного елемента не гарантує суміщення їх осей симетрії та осьового переміщення стопорного елемента по повздовжньому пазу під час роботи. Через незабезпечуване додержання співвісності розташування корпусів підшипників відносно статора, застосування непружного стопорного елемента та відносно великий технологічний зазор між корпусами підшипників і внутрішньою циліндричною поверхнею магнітопроводу статора під час обертання ротора виникають значні по величині вібраційні й ударні навантаження на магнітопровід статора. Крім того, у багатоопорних роторах заглибних електродвигунів під час роботи можливе "прихвачування" пар тертя підшипників ковзання, при цьому увесь крутний момент електродвигуна передається через стопорні елементи на (19) UA (11) 75833 (13) C2 (21) 20041209949 (22) 06.12.2004 (24) 15.05.2006 (46) 15.05.2006, Бюл. № 5, 2006 р. (72) Білокінь Ігор Іванович, Стеценко Юрій Миколайович, Красніков Віктор Андрійович, Щербина Олексій Володимирович (73) Білокінь Ігор Іванович, Стеценко Юрій Миколайович, Красніков Віктор Андрійович, Щербина Олексій Володимирович (56) RU 2192700, 10.11.2002 SU 1105983, 30.07.1984 US 5868503, 09.02.1999 WO 02073052, 19.09.2002 SU 255397, 28.10.1969 SU 1693688, 23.11.1991 SU 1339764, 23.09.1987 3 75833 4 внутрішню поверхню магнітопроводу статора, яка, нею корпусу підшипника більша за товщину розрідеформуючись, пошкоджує обмотку статора і зного кільця, але менша, ніж загальна товщина спричиняє вихід електродвигуна з ладу. Через те кільця в зоні перекриття. Подвійна товщина кільця вищеописаний відомий заглибний електродвигун служить клином між корпусом підшипника і внутнедостатньо надійний в роботі. рішньою поверхнею магнітопроводу статора. Відомий заглибний електродвигун [пат. РосійВищеописана відома конструкція забезпечує ської Федерації №2192700, кл. НО2К5/16, надійну фіксацію корпусу підшипника, яка виклюFО4D13/08, опубл. 20.11.2002], що містить статор і чає його радіальне переміщення та прокручування ротор, закріплений в радіальному напрямку всепри відносній свободі осьового переміщення, і маредині статора за допомогою радіальних підшиплий технологічний зазор між зовнішньою циліндників ковзання. На зовнішній циліндричній поверхричною поверхнею корпусу підшипника і внутрішні корпусу кожного підшипника виконані два пази, ньою поверхнею магнітопроводу статора за поздовжні до осі обертання ротора і спряжені із рахунок зусилля, що розвиває пружинне кільце в заглибленнями, виконаними на протилежних торрадіальному напрямку. Однак є ряд недоліків. Сицевих поверхнях корпусу підшипника на віддаленла пружності пружини викликає зміщення підшипні від його зовнішньої циліндричної поверхні. У ника в радіальному напрямку, що призводить до пазу установлені непружний стопорний елемент у збільшення навантаження на підшипник; підшипвигляді довгастої пластини з двома пелюстками і ник стає перевантаженим і працює менш надійно. пружний елемент у вигляді С-подібної плоскої Крім того, відома конструкція припускає зміщення пружини з дроту круглого поперечного перерізу. реальної осі обертання ротора від розрахункової, Пружний елемент установлений між стопорним яке призводить до нерівномірності вищевказаного елементом і корпусом підшипника. Стопорні елетехнологічного зазора, тобто до збільшення вібраменти уведені у пази, виконані на внутрішній повеції та зниження надійності. Кільцевий пружний сторхні магнітопроводу статора. порний елемент має підвищену жорсткість в зоні У цій відомій конструкції виключена можлиперекриття, де він має подвійну товщину, що не вість перекосу стопорного елемента при його радозволяє забезпечити ефективне демпфірування діальному і осьовому зміщенні, забезпечена мала ударів і вібрацій, які виникають під час обертання величина технологічного зазора між корпусами ротора. Через надання підвищеної жорсткості зовпідшипників і внутрішньою поверхнею магнітопронішньому кінцю пружного стопорного елемента воду статора. Присутність пружного елемента, для забезпечення надійності стопоріння, можливе розташованого між стопорним елементом і корпупоступове руйнування магнітопроводу статора у сом підшипника, дає можливість "утеплювати" місці його контакту зі стопорним елементом, яке стопорний елемент в пазу корпусу підшипника у призводить до передчасного виходу електродвивипадку "прихвачування" пари тертя, що зменшує гуна з ладу. імовірність пошкодження магнітопроводу статора, Найближчим аналогом винаходу, що заявляяке призводить до механічного пошкодження ізоється, є заглибний електродвигун [авт. св-во СРСР ляції обмотки статора. №1105983, кл. НО2К5/12, опубл. 30.07.1984], що Однак, через механічний контакт стінок пазів, містить статор і ротор, закріплений в радіальному виконаних на внутрішній поверхні магнітопроводу напрямку всередині статора за допомогою радіастатора, з жорсткими стопорними елементами і льних підшипників ковзання, на зовнішній циліндвідсутність пружних елементів у технологічному ричній поверхні корпусу кожного з яких виконані зазорі між корпусами підшипників і внутрішньою два пази, поздовжні до осі обертання ротора. В поверхнею магнітопроводу статора, у вищеописакожному з цих пазів установлений пружний стопоній конструкції не виключена можливість пошкорний елемент, виконаний у вигляді С-подібної дження магнітопроводу статора у випадку "прихдротової скоби, яка з зовнішньої сторони охоплює вачування" пари тертя під впливом вібрацій і корпус підшипника. На внутрішній поверхні магніударів, які виникають під час обертання ротора. топроводу статора, призначеної для установлення Додаткове зниження надійності спричиняє нерівкорпусу підшипника, виконані два поздовжні пази, номірність технологічного зазора. ширина яких більша за товщину стопорних елемеВідомий також заглибний електродвигун [авт. нтів. Частина кожного стопорного елемента, яка св-во СРСР №1693688, кл. НО2К 5/12, опубл. виступає з поздовжнього паза підшипника, розмі23.11.1991], що містить статор з пазами і ротор, щена в одному з двох згаданих поздовжніх пазів закріплений в радіальному напрямку усередині статора. статора за допомогою радіальних підшипників В найближчому аналогу можливість пошкоковзання. На зовнішній циліндричній поверхні кордження статора у випадку "прихвачування" пари пусу кожного підшипника з ексцентриситетом відтертя мала внаслідок малої площі стопорної повеносно осі обертання виконана кільцева канавка. У рхні, можливості утоплювання стопорного елеменцій канавці установлений стопорний елемент у та у поздовжньому пазу корпусу підшипника під вигляді розрізного пружного кільця з листового час дії на цей елемент значного по величині зуматеріалу, виконаного з перекриттям частини досилля з боку статора, а також завдяки форми вивжини окружності, яке контактує з внутрішньою конання і пружності стопорного елемента. поверхнею магнітопроводу статора зовнішнім кінОднак описана відома конструкція має істотні цем, розташованим зустрічне напрямку обертання недоліки. Під час нормальної роботи пари тертя ротора. Сума мінімальної глибини канавки і розміпідшипника можливий зрив стопорного елемента ру зазора між внутрішньою поверхнею магнітопрочерез недостатню площу і циліндричну форму воду статора і зовнішньою циліндричною поверхстопорної поверхні. Крім того, пружний стопорний 5 75833 6 елемент що застосовується, недостатньо міцний. час "прихвачування" пари тертя підшипника, так і Більш високої надійності стопоріння можна досягдо вібраційних і ударних навантажень. ти збільшенням глибини розміщення стопорних Розміщення стопорного елемента в циліндриелементів у пазах статора, однак це призвело б до чному пазу, в бічній стінці якого поблизу основи збільшення деформуючої дії на магнітопровід ставиконана ніша, дає можливість надійно зафіксуватора і деформації обмотки статора у випадку "прити стопорний елемент в корпусі підшипника за хвачування" пари тертя підшипників. До того ж, допомогою виступа стопорного елемента, відповістопорний елемент займає незначну частину видного ниші паза. щевказаного технологічного зазора, що не дозвоРозташування циліндричного паза перпендиляє демпфірувати вібраційні та ударні навантакулярно осі обертання ротора забезпечує орієнтаження, які виникають під час обертання ротора. Ці цію опуклої сторони стопорного елемента в нафактори знижують надійність заглибного електропрямку до внутрішньої поверхні магнітопроводу двигуна. статора так, що забезпечується максимальна наСпільними недоліками вищеописаних відомих дійність стопоріння корпуса підшипника в статорі конструкцій, в яких фіксація положення корпусів фрикційним з'єднанням. радіальних підшипників ковзання відносно статора Пропоновані згідно з винаходом засоби фіксаздійснюється пазовим або шліцевим з'єднанням, є: ції положення корпусів радіальних підшипників порушення співвісності ротора і статора через нековзання всередині статора забезпечують, під час рівномірність технологічного зазора, яка виникає нормальної роботи, нерухоме з'єднання корпусів під час обертання ротора, обумовлену відносною підшипників з внутрішньою поверхнею магнітопросвободою радіальних зміщень корпусів радіальних воду статора за рахунок щільного притиснення до підшипників ковзання в технологічному зазорі; денеї опуклої сторони стопорного елемента. При формуюча дія стопорних елементів на магнітопроцьому, в місці притиснення до магнітопроводу ставід статора; відсутність засобів ефективного демтора опукла сторона стопорного елемента пружно пфірування вібраційних і ударних навантажень у деформована в такій мірі, що площа утвореної технологічному зазорі. поверхні стопоріння є достатньою для створення В основу винаходу поставлена задача ствопотрібної величини сили тертя у фрикційному рення заглибного електродвигуна, в якому за раз'єднанні. хунок нового конструктивного виконання стопорПри забезпечуваному надійному фрикційному них елементів і пазів на зовнішній поверхні з'єднанні корпусів підшипників з магнітопроводом корпусів радіальних підшипників ковзання, признастатора стопорний елемент стикається або з гладчених для розміщення стопорних елементів, закою внутрішньою поверхнею магнітопроводу стабезпечується, при пропонованій орієнтації пазів, тора, або з внутрішньою поверхнею магнітопрововисока надійність стопоріння корпусів радіальних ду статора, яка має шліцеві прорізи, в залежності підшипників ковзання в статорі, що виключає провід конструктивного виконання статора. У тому й кручування (зрив стопорних елементів), висока цьому випадках деформуюча дія на магнітопровід міцність з'єднання корпусів підшипників зі статостатора пружного стопорного елемента пропонором під час нормальної роботи електродвигуна, ваної форми зменшена, тому що опукла сторона рівномірність технологічного зазора і, водночас з стопорного елемента стикається або з гладкою цим, виключається можливість деформуючої дії на поверхнею магнітопровода статора, або з кромкамагнітопровід статора у випадку "прихвачування" ми шліцевих прорізів, що є на ній, так що відсутнє пар тертя радіальних підшипників ковзання. проникання стопорного елемента всередину стаЗаглибний електродвигун, що заявляється, тора. згідно з винаходом, як і найближчий аналог, місКрім того, в конструкції, що заявляється, затить ротор, закріплений у радіальному напрямку безпечується можливість заповнення пружним всередині статора за допомогою радіальних підматеріалом стопорного елемента більшої частини шипників ковзання, на зовнішній циліндричній потехнологічного зазора між корпусами підшипників і верхні корпусу кожного з яких виконані, принаймні, внутрішньою поверхнею магнітопроводу статора у два пази, причому в кожному пазу установлений поздовжньому перерізі та значно більшої частини пружний стопорний елемент. Відміна заглибного вказаного зазора у поперечному перерізі, ніж у електродвигуна, що заявляється, від найближчого найближчому аналогу. Цим забезпечується ефеканалога полягає в тому, що кожний паз виконаний тивне демпфірування вібраційних і ударних наванциліндричним з, принаймні, однією нішою в бічній тажень. стінці поблизу основи, і його вісь симетрії перпенДо того ж, винахід забезпечує додержання рідикулярна осі обертання ротора, а кожний стопорвномірності технологічного зазора під час роботи ний елемент виконаний у вигляді опукловгнутої заглибного електродвигуна завдяки щільному пружинної упорної шайби з, принаймні, одним виприляганню опуклих сторон стопорних елементів ступом, відповідним ниші паза. до внутрішньої поверхні магнітопроводу статора, Крім того, згідно з винаходом, частина стопоряке виключає зміщення осі обертання ротора в ного елемента, яка виступає із паза, виконана у радіальному напрямку відносно поздовжньої осі вигляді сферичного сегмента. симетрії статора. Додержанню рівномірності техВиконання кожного стопорного елемента у винологічного зазора сприяє також значно повніше, гляді опукло-вгнутої пружинної упорної шайби заніж у відомих конструкціях, заповнення цього зазобезпечує високу міцність стопорного елемента, ра матеріалом пружних стопорних елементів. Це стійкість як до зрушувальних зусиль, що діють під дає можливість зменшити величину вібраційних і 7 75833 8 ударних навантажень, що діють на магнітопровід нта 9 відповідно до кривизни внутрішньої поверхні статора. магнітопроводу 2 статора. Завдяки цьому стопорКонструкція, що заявляється, простіша у вигона поверхня має достатньо велику площу для товленні, ніж відомі аналоги, і при цьому має створення в утвореному фрикційному з'єднанні більш високу надійність. корпусу 5 підшипника з магнітопроводом 2 статора Таким чином, технічний результат, що досягатакої сили тертя, яка запобігає "зриву" стопорного ється при здійсненні винаходу, полягає в підвиелемента, що веде до прокручування корпусу 5 щенні надійності заглибного електродвигуна за підшипника усередині магнітопровода 2 статора, рахунок підвищення надійності фіксації корпусів під час нормальної роботи заглибного електродвирадіальних підшипників ковзання в статорі та за гуна. рахунок зменшення деформуючої дії засобів фікСлід відзначити, що при недеформованому сації положення радіальних підшипників ковзання стані стопорних елементів 9, який має місце, коли на магнітопровід статора. ротор з установленими на ньому радіальними піДругим технічним результатом є простіше дшипниками зі стопорними елементами розташоконструктивне виконання, яке дає можливість змеваний за межами внутрішнього отвору магнітопроншити трудоємкість виготовлення. воду 2 статора, діаметр окружності, описаної по Суть винаходу пояснюється кресленнями, де: вершинам стопорних елементів 9, перевищує зовфіг. 1 - заглибний електродвигун, поздовжній нішній діаметр корпусу 5 підшипників і діаметр розріз; внутрішнього отвору магнітопроводу 2 статора. фіг. 2 - переріз А-А на фіг. 1; В центральній частині стопорного елемента 9 фіг. 3 - вигляд Б на фіг. 2; виконаний вузький крізний отвір 12, вісь симетрії фіг. 4 - пружний стопорний елемент, зображеякого перпендикулярна осі обертання вала 4 роний в різних проекціях, вигляди спереду, збоку і тора 1, призначений для скидання надмірного тисзверху. ку в порожнині, закпюченій між вгнутою поверхнею Заглибний електродвигун (фіг. 1) містить ростопорного елемента 9 і основою паза 7. тор 1, закріплений в радіальному напрямку усереМатеріал стопорних елементів 9 заповнює дині магнітопроводу 2 статора за допомогою радізначну частину технологічного зазора 13 (фіг. 2, 3) альних підшипників ковзання, кожний з яких між циліндричною зовнішньою поверхнею 6 корпускладається з втулки 3, закріпленої на валу 4 росів 5 підшипників і циліндричною внутрішньою потора 1, і корпуса 5, установленого в статорі. верхнею 11 магнітопроводу 2 статора як у поздовНа зовнішній циліндричній поверхні 6 корпусу жньому перерізі, так і в поперечному 5 підшипника (фіг. 2) виконанні три циліндричних (радіальному) перерізі. Цим забезпечується ефекпази 7 (фіг 2, 3) з двома нішами 8 в бічній стінці тивне демпфірування вібраційних і ударних наванпоблизу основи. Ніша 8 (фіг. 2, 3) виконана у фортажень. мі циліндричного сегмента. Вісь симетрії кожного З приведеного вище опису прикладу здійсненпаза 7 перпендикулярна осі обертання вала 4. Як ня винаходу і фіг. 2, 3 креслень зрозуміло, що видно з фіг. 2, пази 7 розташовані на певному куконструкція, яка заявляється, забезпечує рівномітовому віддаленні один від одного. У кожному пазу рність технологічного зазора 13, що сприяє змен7 установлений пружний стопорний елемент 9. шенню величини вібраційних і ударних навантаПри цьому він пружно деформований. жень, які діють на магнітопровід 2 статора. Стопорний елемент 9 (фіг. 2-4) виконаний у Заглибний електродвигун працює таким чивигляді опукло-вгнутої пружинної упорної шайби з ном. Під час складання заглибного електродвигуна двома виступами 10 в формі циліндричного сегмечастину стопорних елементів 9, що виступає із нта, відповідними нішам 8 пазів 7. Частина кожнопазів 7, утоплюють в пазах 7, стискуючи стопорні го стопорного елемента 9, яка виступає з паза 7, елементи 9, і в такому положенні уводять ротор 1 виконана в формі сферичного сегмента. з установленими на його валу 4 радіальними підЗа допомогою виступів 10 і ніш 8 стопорний шипниками ковзання у внутрішній отвір магнітопелемент 9 зафіксований в пазу 7 з бічних сторон, роводу 2 статора. Пори цьому виникає пружна тоді як незакріплена середня частина стопорного деформація стопорних елементів 9, яка супровоелемента 9, яка має опукло-вгнуту форму, переджується зменшенням їх розміру в радіальному важно форму сферичного сегмента (фіг. 2-4), має напрямку, вдавлюванням їх виступів 10 в ниші 8 здатність обмеженого переміщення в радіальному пазів 7 і зменшенням кривизни опуклої сферичної напрямку за рахунок дії сил пружності. поверхні стопорних елементів 9, і під дією сил В прикладі здійснення винаходу, що розглядапружності сферична опукла частина стопорних ється, стопорні елементи 9 виконані з еластичного елементів 9, що виступає із пазів 7, з зусиллями пружного матеріалу, переважно гуми. Однак вони притискується до циліндричної внутрішньої поверможуть бути виконані також з інших пружних матехні 11 магнітопроводу 2 статора. При стисканні ріалів, наприклад сталі пружинної, бронзи пружинстопорних елементів 9 крізь центральний крізний ної. отвір 12 кожного елемента 9 відбувається видаЯк видно із фіг. 2, середня частина стопорного лення надлишкового повітря із порожнини, заклюелемента 9, яка виступає з паза 7, стикається з чено'! між основою паза 7 і вгнутою стороною елециліндричною внутрішньою поверхнею 11 магнітомента 9. За рахунок пружного притиснення опуклої проводу 2 статора по сферичній поверхні (у попесторони стопорних елементів 9 до поверхні 11 речному перерізі на фіг. 2 і в поздовжньому перемагнітопроводу 2 кривизна її середньої частини різі - по дузі окружності), завдяки пружній стає рівною кривизні поверхні 11, внаслідок чого в деформації стопорної сторони стопорного елемемісці взаємного контакту кожного стопорного еле 9 75833 10 мента 9 з поверхнею 11 магнітопроводу 2 утворюнапрямку в бік циліндричної поверхні магнітопроється достатньо велика стопорна поверхня в форводу 2 статора, які створюють момент опору промі сферичного сегмента, яка забезпечує надійну кручуванню корпусу 5 кожного підшипника в окруфіксацію з'єднання. жному напрямку і утримують його під час Під час нормальної роботи електродвигуна "прихвачування" пари тертя "втулка 3 - корпус 5 корпуси 5 підшипників надійно зафіксовані в стапідшипника". Під час "прихвачування" пари тертя торі за допомогою фрикційного з'єднання стопорпідшипники не чинять деформуючу дію на магнітоних елементів 9 з циліндричною внутрішньою попровід 2 статора завдяки їх фрикційному з'єднанверхнею 11 магнітопроводу 2 статора. Завдяки ню зі статором, пружним властивостям стопорних пружним властивостям стопорних елементів 9 і елементів 9 і ефективному демпфірованню вібразаповненню пружним матеріалом цих елементів ційних і ударних навантажень. значної частини технологічного зазора 13 досягаЗменшенню величини вібраційних і ударних ється ефективне демпфірування вібрацій і ударів, навантажень, що діють на магнітопровід 2 статора що виникають під час обертання ротора 1. з боку корпусів 5 підшипників, сприяє рівномірність При деформації стопорних елементів 9 винитехнологічного зазора 13. кають сили пружності, направлені в радіальному Комп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45,м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601