ЗАКРЫТАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2004 года по МПК H02K9/19 H02K9/06 

Изобретение относится к охлаждению электрических машин и может найти применение в электрических машинах закрытого типа исполнения.

Известна закрытая электрическая машина [АС СССР № 1451810, МКИ H 02 K 9/19, опубл. 15.11.89], имеющая ротор и статор, установленные в корпусе, снабженном охлаждаемыми подшипниковыми щитами. Охлаждающая жидкость из каналов корпуса подводится к кольцевой полости теплообменника подшипникового щита. Вход и выход кольцевой полости подшипникового щита разделены герметично установленной перегородкой.

Известна закрытая электрическая машина с испарительным охлаждением [АС СССР 146674, опубл. 23.03.89], имеющая ротор, статор с тепловыми трубами, установленными на его плоских боковых поверхностях. Конденсаторные участки тепловых труб снабжены ребрами и смещены относительно испарительных участков. На верхней поверхности корпуса машины укреплен вентилятор. Комбинация испарительного охлаждения и независимой вентиляции повышает эффективность отвода тепла.

В качестве прототипа выбрана закрытая электрическая машина [АС СССР 1056376, МКИ H 02 K 9/19, опубл. 23.11.83], имеющая ротор, на валу которого за одним из подшипниковых щитов (вне рабочей полости машины) расположен вентилятор. Статор имеет обмотку с выступающими лобовыми частями. Полость машины заполнена непроводящей магнитной жидкостью, имеющей температуру точки Кюри ниже допустимой температуры нагрева обмоток на 15-20°С. Электрическая машина снабжена дополнительным кожухом, закрывающим вентилятор, а также теплообменником, в котором установлены воздухоохлаждаемые оребренные тепловые трубы. Высокие по сравнению с воздухом теплофизические свойства магнитных жидкостей позволяют повысить интенсивность теплообмена внутри машины. Интенсивность процесса повышается также за счет использования эффекта термомагнитной циркуляции при нагревании жидкости выше точки Кюри в зазоре между ротором и статором и восстановления магнитных свойств жидкости при ее охлаждении.

Однако используемые приемы не обеспечивают необходимой степени охлаждения. Кроме того, недостатком такой конструкции являются большие сложности при пуске и высокие потери, что обусловлено в первую очередь вязкостью среды. Следует также отметить, что в процессе эксплуатации магнитную жидкость необходимо заменять.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности охлаждения и повышение эксплутационной надежности и долговечности.

Поставленная задача решается тем, что в закрытой электрической машине, содержащей корпус, подшипниковые щиты, статор и ротор, имеющие соответственно пакет и обмотку, на валу ротора закреплен, по меньшей мере, один вентилятор, полость машины заполнена охлаждающим веществом и снабжена тепловыми трубами, новым согласно изобретению является то, что тепловые трубы размещены в пакете статора и пакете ротора параллельно оси и выступают за их торцы, вентилятор расположен в полости машины, а в качестве охлаждающего вещества используется газ, обладающий электроизоляционными свойствами. Целесообразно в качестве охлаждающего вещества использовать элегаз.

В пакете статора могут быть дополнительно выполнены радиальные вентиляционные каналы, а упомянутые тепловые трубы имеют оребрение на выступающих за торцы пакетов статора и ротора частях. В корпусе машины могут быть выполнены продольные каналы или корпус машины может быть снабжен контактирующими с ним трубами, продольно ориентированными и открытыми с торцов.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлен продольный разрез электрической машины.

Электрическая машина имеет цилиндрический корпус 1, закрытый с торцов подшипниковыми щитами 2. В корпусе на валу 3 установлен ротор, в пакете 4 которого размещена обмотка 5, а также статор, в пакете 6 которого размещена обмотка 7 с выступающими лобовыми частями. В полости корпуса на валу 3 закреплен, по меньшей мере, один вентилятор 8. Целесообразно с противоположной стороны установить на валу второй вентилятор 9.

В пакете 4 ротора, а именно в зубцах и подпазовых каналах, размещены тепловые трубы 10. В пакете статора, также в зубцах размещены тепловые трубы 11. Тепловые трубы 10, 11 ориентированы вдоль оси вала и распределены равномерно по окружности. Для уменьшения термического сопротивления между трубами 10, 11 и обмоткой используется теплопроводящий герметизирующий компаунд. На выступающих торцах труб 10, 11 имеются конденсационные камеры, а в частях, выступающих за торцы статора и ротора, выполнено оребрение (не показано). Трубы 10 могут иметь дополнительное крепление к валу машины, например, бандажными кольцами.

В пакете статора дополнительно могут быть выполнены радиальные вентиляционные каналы 12.

Полость электрической машины заполнена охлаждающим газом, обладающим электроизоляционными свойствами. В качестве такого газа предпочтительно использовать элегаз (гексафторид серы SF₆). Возможно применение других используемых, в частности, в электротехнике газов, таких как аргон, фосфин (фосфористый водород РН₃), различные смеси электротехнических изоляционных газов.

На внутренней или наружной поверхности корпуса 1 электрической машины могут быть закреплены трубы 13, продольно ориентированные и открытые с торцов, предназначенные для дополнительного охлаждения элементов конструкцией окружающими потоками воздуха. Эта цель может быть достигнута также при помощи продольных и открытых с торцов каналов, выполненных в корпусе.

Устройство функционирует следующим образом.

При вращении ротора 4 под воздействием вентиляторов 8, 9 во внутренней полости машины происходит циркуляция охлаждающего газа (элегаза), потоки которого при прохождении в зазоре между статором и ротором и радиальных каналах статора охлаждают элементы конструкции. Корпус 1 и статор электрической машины охлаждается потоками окружающего воздуха, которые проходят через трубы 13 или каналы в корпусе машины. Съем теплоты с зубцов статора, обмотки и зубцов ротора осуществляется посредством тепловых труб 10, 11.

Элегаз, присутствующий во внутренней полости машины, обеспечивает конденсацию паров в конденсационных камерах тепловых труб 10, 11. Тем самым поддерживается постоянная температура узлов электрической машины во всех штатных режимах работы, что и определяет ее эксплутационную надежность и долговечность.

Применение в качестве охлаждающего вещества газа, обладающего электроизоляционными свойствами, предпочтительно гексафторида серы SF₆ (элегаза), обладающего высокими теплофизическими свойствами, позволяет существенно повысить интенсивность теплообмена внутри электрической машины и тем самым повысить коэффициент полезного действия всей машины. Кроме того, повышается и пожаробезопасность всей машины.

Предлагаемое устройство обеспечивает по сравнению с прототипом повышение эксплутационной надежности, долговечности путем интенсификации охлаждения.

Предлагаемое изобретение может быть использовано, в частности, в качестве взрывобезопасного генератора мощностью 200-500 кВт, устанавливаемого непосредственно в магистральных газопроводах, шахтах и аналогичных объектах. Изобретение может также найти применение в качестве взрывобезопасного двигателя.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к охлаждению электрических машин, и может найти применение в электрических машинах закрытого типа исполнения. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении эффективности охлаждения и повышении эксплуатационной надежности и долговечности закрытой электрической машины. Сущность изобретения состоит в следующем. Электрическая машина имеет цилиндрический корпус с подшипниковыми щитами. В корпусе установлены ротор и статор, а на валу ротора в полости электрической машины закреплен, по меньшей мере, один вентилятор. В пакете ротора и в пакете статора размещены тепловые трубы, которые ориентированы вдоль оси и выступают за торцы пакетов ротора и статора. Полость электрической машины заполнена охлаждающим газом, обладающим электроизоляционными свойствами. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Закрытая электрическая машина, содержащая корпус, подшипниковые щиты, статор и ротор, имеющие соответственно пакет и обмотку, на валу ротора закреплен, по меньшей мере, один вентилятор, полость машины заполнена охлаждающим веществом и снабжена тепловыми трубами, отличающаяся тем, что тепловые трубы размещены в пакете статора и пакете ротора параллельно оси и выступают за их торцы, вентилятор расположен в полости машины, а в качестве охлаждающего вещества используется газ, обладающий электроизоляционными свойствами.2. Закрытая электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве упомянутого газа, обладающего электроизоляционными свойствами, используется элегаз.3. Закрытая электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в пакете статора дополнительно выполнены радиальные вентиляционные каналы.4. Закрытая электрическая машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что упомянутые тепловые трубы имеют оребрение на выступающих за торцы пакетов статора и ротора частях.5. Закрытая электрическая машина по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что в корпусе машины выполнены продольные каналы или корпус машины снабжен контактирующими с ним трубами, продольно ориентированными и открытыми с торцов.