Анотація до роботи:

Железняков А.В. “Удосконалення асинхронних електродвигунів приводу занурних насосів шляхом застосування литої мідної короткозамкненої обмотки ротора”. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.01 – електричні машини і апарати. ДВНЗ “Донецький національний технічний університет”, Донецьк, 2008.

Дисертація присвячена питанням розробки ефективного і економічного способу вдосконалення спеціальних вертикальних асинхронних мастилозаповнених двополюсних занурних електродвигунів (ЗЕД) для приводу установок відцентрових насосів (УЕВН), застосовуваних в нафтовій промисловості, який полягає в заміні стрижневої паяної мідної короткозамкненої обмотки (СМКО) ротора на литу мідну короткозамкнену обмотку (ЛМКО).

Розроблена технологія виготовлення ЛМКО пакетів роторів ЗЕД, що мають нетрадиційне співвідношення довжини і діаметру, способом лиття під тиском.

Для розрахунку магнітних полів і процесів в ЗЕД з ЛМКО ротора розроблена математична модель, заснована на МКЕ, при цьому методологія побудови звичайно-елементних математичних моделей, дозволила реалізувати останні у вигляді конкретних алгоритмів і комп'ютерних програм. Виконаний аналіз особливостей розподілу магнітного поля в номінальному режимі роботи ЗЕД як з врахуванням впливу вихрових струмів частоти ковзання в масиві валу ротора, так і без нього, дозволяє оптимізувати конфігурацію магнітопроводу двигуна, для оптимального рівня насичення всіх ділянок.

Запропоновано нове технічне рішення щодо зниження додаткових втрат потужності в двигунах з секційним ротором за рахунок істотного ослаблення впливу зубцевих гармонік шляхом кутового зсуву окремих пакетів ротора. Розроблена математична модель для аналізу статичних і динамічних режимів роботи ЗЕД з ЛМКО ротора, на базі Т-подібної заступної схеми, що відрізняється врахуванням втрат потужності в сталі. Стендові випробування дослідних зразків ЗЕД з ЛМКО ротора довели їх високі техніко-економічні показники.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності спеціальних вертикальних мастилозаповнених двополюсних занурних електродвигунів (ЗЕД) із стрижньовою паяною мідною короткозамкненою обмоткою (СМКО) ротора, призначених для приводу установок занурних електровідцентрових насосів (УЕВН) за рахунок поліпшення енергетичного ККД шляхом застосування ЛМКО ротора.

Основні наукові і практичні результати полягають в наступному:

1. У результаті аналізу концепцій проектування і умов експлуатації ЗЕД приводу занурних насосів обгрунтований вибір напряму їх удосконалення для підвищення енергетичних показників, шляхом застосування ЛМКО ротора.

2. Вперше розроблена технологія виготовлення ЛМКО пакетів роторів ЗЕД, що мають нетрадиційне співвідношення довжини і діаметру, способом лиття під тиском.

3. Запропоновано нове технічне рішення щодо зниження додаткових втрат потужності в двигунах з секційним ротором за рахунок істотного ослаблення впливу зубцевих гармонік шляхом кутового зсуву окремих пакетів ротора. Для ЗЕД45-117МВ5 рекомендовано виконувати послідовно кутовий зсув пакетів ротора на 0,1 зубцевого ділення.

4. Розроблена математична модель для розрахунку магнітних полів і процесів в ЗЕД з ЛМКО ротора, яка заснована на методі кінцевих елементів. При цьому методологія побудови кінцево-елементної математичної моделі, дозволила ефективно реалізувати останню у вигляді конкретних алгоритмів і комп’ютерних програм.

5. Отримала подальший розвиток математична модель для аналізу статичних і динамічних режимів роботи ЗЕД з ЛМКО ротора, на базі Т-подібної заступної схеми, що відрізняється врахуванням втрат потужності в сталі.

6. Показаний незначний вплив вихрових струмів частоти ковзання, що індукуються в масиві валу, на тепловий баланс конструкційних елементів ротора.

7. Розроблена технологія виготовлення ЛМКО пакетів роторів ЗЕД, що мають нетрадиційне співвідношення довжини і діаметру, способом лиття під тиском впроваджена на ДП “ХПЗ ім. Т.Г. Шевченко”. На заводі ВАТ «АЛНАС» виготовлений дослідний зразок електродвигуна ЗЕД45-117МВ5, проведені його стендові випробування.

8. Розроблена методика математичного моделювання короткозамкнених занурних асинхронних електродвигунів з литою обмоткою ротора на основі синтезу параметрів заступної схеми з використанням експериментальних характеристик холостого ходу і короткого замикання (ПИЖЦ.520031.021). Використовується в УкрНДІВЕ при проектуванні нових двигунів і в навчальному процесі ДВНЗ “Донецький національний технічний університет” на кафедрі електромеханіки і ТОЕ при читанні лекцій, курсовому і дипломному проектуванні.

9. В процесі проведення стендових випробувань встановлено що енергетичні показники дослідного зразка ЗЕД з ЛМКО ротора перевершують аналогічні характеристики існуючих двигунів із СМКО ротора, як в номінальному, так і в середньостатистичному експлуатаційному режимах роботи.

Публікації автора:

1. Чувашев В.А. Асинхронные взрывозащищенные электродвигатели с повышенной перегрузочной способностью / В.А.Чувашев, Т.С. Юргенсон, В.Ю. Чуванков, А.В. Железняков, Н.П. Жук // Электротехника. 1995. – № 3. – С. 9-12.

2. Чувашев В.А. Асинхронные двигатели с медной литой клеткой ротора / В.А. Чувашев, В.Я. Броди, В.Ю. Чуванков, А.В. Железняков, В.Г. Диренко, В.Н.Оприян, А.В. Скляренко // Уголь Украины. – 1998. – № 7. – С. 20-22.

3. Чувашев В.А. Технология изготовления литых медных обмоток роторов электродвигателей ЭКВ / В.А. Чувашев, В.Я. Броди, В.Ю. Чуванков, А.В. Железняков, В.Г. Диренко, В.Н. Оприян, А.В. Скляренко // Уголь Украины. – 1998. – № 7. – С.23-25.

4. Чувашев В.А. Эффективность применения и перспективы развития электродвигателей погружных насосов с литой медной клеткой ротора / В.А. Чувашев, А.В. Железняков, В.Ю. Чуванков, В.Я. Броди, И.В. Чувашев, Х.З. Кавеев, Ш.Х. Габдрахманов, Н.А. Мухаметшин // Вестн. Харьковского государственного политехнического университета. Новые решения в современных технологиях / Харьковский госуд. политех. ун-т. Харьков, 2000. Вып. № 84: Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теорія и практика. С. 189-192.

5. Чувашев В.А. Обзор математических моделей асинхронных двигателей и методов их реализации / В.А. Чувашев, Ю.Л. Медведев, А.В. Железняков, В.Ю. Чуванков, В.Я. Броди, И.В. Чувашев, Х.З. Кавеев, Ш.Х. Габдрахманов, Н.А. Мухаметшин // Вестн. Харьковского государственного политехнического университета. Новые решения в современных технологиях / Харьковский госуд. политех. ун-т. Харьков, 2000. Вып. № 84: Проблемы совершенствования электрических машин и аппаратов. Теорія и практика. С. 215-222.

6. Чувашев В.А. Математическая модель расчёта погружного электродвигателя для привода бесштангового центробежного насоса / В.А. Чувашев, А.В. Железняков, Ю.Л. Медведев, И.В. Чувашев, Н.А. Мухаметшин, Е.Е. Григорян // Вiсн. Нацiонального технiчного унiверситету “Харкiвський полiтехнiчний iнститут” / Нац. техн. ун-т “ХПІ”. Харків, 2001. Вип.16: Проблеми удосконалення електричних машин і апаратів. Теорія і практика. – С. 158-162.

7. Железняков А.В. Новое поколение взрывозащищённых асинхронных двигателей привода погружных насосов для нефтяной промышленности / А.В. Железняков, Ю.Л. Медведев, Н.А. Мухаметшин, Ю.Н. Папазов, В.А. Чувашев // V Симпозиум “Электротехника 2010”. Сб. док., Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения энергии. Московская обл., 2003. Т.V, Разд. 5 и 7. – С. 286-294.

8. Железняков А.В. Новое поколение взрывозащищённых асинхронных электродвигателей на базе экологически чистых и ресурсо-энергосберегающих технологий / А.В. Железняков, Ю.Л. Медведев, Н.А. Мухаметшин, Ю.Н. Папазов, В.Ю. Чуванков, В.А. Чувашев // V Симпозиум “Электротехника 2010”. Сб. док., Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения энергии. Московская обл., 2003. Т. V, Разд. 5 и 7. – С. 211-220.

9. Железняков А.В. Математическое моделирование и численное исследование электромагнитных полей и процессов в погружных асинхронных двигателях с литой медной короткозамкнутой обмоткой ротора / А.В. Железняков, В.А.Чувашев // Електротехнiка i Електромеханiка. – 2006. №2. С. 15-21.

10. Чувашев В.А. Технологические аспекты изготовления литой медной короткозамкнутой обмотки ротора взрывозащищённых электродвигателей / В.А. Чувашев, В.Ю. Чуванков, А.В. Железняков, Ю.Н. Папазов // Сб. науч. тр. Украинского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института взрывозащищённого и рудничного электрооборудования с опытно-экспериментальным производством. Сер., Взрывозащищённое электрооборудование / УкрНИИВЭ. 2007. С. 225-241.

11. Чувашев В.А. Исследование технической возможности изготовления литых медных короткозамкнутых обмоток роторов для погружных электродвигателей / В.А. Чувашев, А.В. Железняков, В.Ю. Чуванков, Ю.Н. Папазов // Сб. науч. тр. Украинского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института взрывозащищённого и рудничного электрооборудования с опытно-экспериментальным производством. Сер., Взрывозащищённое электрооборудование / УкрНИИВЭ. 2008. С. 181-185.

12. Сивокобыленко В.Ф. Моделирование динамических режимов работы асинхронных двигателей с литой короткозамкнутой обмоткой ротора / В.Ф. Сивокобыленко, В.А. Павлюков, Ю.Н. Папазов, А.В. Железняков // Сб. науч. тр. Украинского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института взрывозащищённого и рудничного электрооборудования с опытно-экспериментальным производством. Сер., Взрывозащищённое электрооборудование / УкрНИИВЭ. 2008. С. 152-161.

13. Пат. 27993. Україна, МКІ 6 Н02К17/16. Ротор електричної машини / автори: Тахаутдінов Ш.Ф., Чувашев В.А., Захарченко П.І., Чаронов В.Я., Ширнін І.Г., Броді В.Я., Москальов Е.П., Дудник М.З., Железняков А.В., Чуванков В.Ю., Опріян В.М., Діренко В.Г; патентовласники: Тахаутдінов Ш.Ф., Чувашев В.А., Захарченко П.І., Чаронов В.Я., Броді В.Я., Москальов Е.П. № 98052708; заявл. 26.05.98; опубл. 16.10.2000, Бюл. № 5.

14. Декл. пат. 72104 А. Україна, МКІ 7 Н02К17/18, Н02К17/16. Ротор асинхронного електродвигуна / автори: Чувашев В.А., Мухаметшин Н.А., Чуванков В.Ю., Папазов Ю.М., Москальов Е.П, Железняков А.В, Демченко В.М., Медвєдєв Ю.Л., Ульман А.М., Чувашев І.В., Лень А.Т.; патентовласники: Чувашев В.А., Чуванков В.Ю., Папазов Ю.М., Москальов Е.П, Железняков А.В. № 20031110823; заявл. 28.11.2003; опубл. 17.01.2005, Бюл. № 1.

Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві роботах:

[1] – аналіз результатів експериментальних досліджень механічних характеристик електродвигунів з підвищеною перевантажувальною здатністю, що мають ЛМКО ротора; [2] – дослідження теплового стану асинхронних двигунів, удосконалених на основі ЛМКО ротора; [3] – відробіток елементів технології виготовлення роторів з ЛМКО; [4] – запропонований спосіб поліпшення технічних характеристик ЗЕД шляхом застосування ЛМКО ротора; [5] – запропоновано реалізувати математичну модель АД використовуючи МКЕ; [6, 7] – розроблена і реалізована математична модель для аналізу режимів роботи ЗЕД з ЛМКО ротора; [8] – проведений аналіз переваг вибухозахищених асинхронних двигунів (ВАД) з ЛМКО ротора в порівнянні з ВАД з литою алюмінієвою обмоткою ротора; [9] – розроблена і реалізована математична модель для розрахунку магнітних полів і процесів в ЗЕД з ЛМКО ротора, заснована на МКЕ; [10, 11] – розроблений технологічний пристрій і відпрацьовані технологічні режими виготовлення ЛМКО пакетів роторів ЗЕД, способом лиття під тиском; [12] – розроблена математична модель ЗЕД з ЛМКО ротора на базі Т-подібної схеми заміщення з додатковим контуром, що враховує втрати потужності в сталі; [13, 14] – брав участь у формуванні опису й написанні формули патенту.