Ротор с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель Российский патент 2024 года по МПК H02K9/19 H02K1/32 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для охлаждения ротора, интегрированного в камеру высокого давления газотурбинного двигателя.

Известно устройство охлаждения канала магнитогидродинамического генератора [заявка на изобретение RU 93027594 А, класс МПК Н02К 44/12, опубл. 27.06.1995], содержащее размещенные в корпусе взаимно изолированные электроды и систему охлаждения с подводом и отводом хладагента, за каждым из электродов выполнена зона охлаждения, при этом между передней стенкой корпуса и электродами образованы щели, а патрубки подвода хладагента выполнены в виде ряда горизонтально расположенных сопл с направлением струи вдоль тыльной стороны электродов и вертикальных сопл, струи которых направлены в промежутки между струями горизонтального ряда. Подача хладагента выполнена регулируемой по каждому ряду. В электродах выполнены сквозные поперечные отверстия.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности в связи с невозможностью интеграции конструкции в газотурбинный двигатель генератора.

Известна конструкция электрической машины c охлаждаемым ротором [патент RU 203387 U1, класс МПК H02K1/32, H02K1/27, H02K21/12, опубл. 27.03.2012 г.], содержащая пакет статора с обмотками и ротор, выполненный внешним с протяженными цельными прорезями в форме гидравлических конфузоров в зазорах между постоянными магнитами, при этом прорези выполнены чередующимися рядами - ряд прорезей выполнен с лопастями и большим диаметром, направленным к внешнему диаметру ротора с возможностью всасывания хладагента в полость электрической машины, следующий ряд выполнен без лопастей и меньшим диаметром, направленным к внешнему диаметру ротора с возможностью отвода хладагента из полости электрической машины.

Недостатками аналога являются ограниченные функциональные возможности в связи с невозможностью интеграции конструкции в газотурбинный двигатель генератора.

Известна конструкция электрической машины с жидкостным охлаждением [Авторское свидетельство № 900732 А1, класс МПК H02K 9/10, опубл. 23.01.1982 г.], в которой в валу с обеих сторон от магнитопровода ротора расположены радиальные отверстия, сообщающиеся с каналом вала, причем с одной стороны от магнитопровода ротора на вал насажена втулка, в которой выполнены сквозные отверстия, сообщающиеся посредством радиальных отверстий вала с его аксиальным каналом, а с другой стороны от магнитопровода ротора установлена неподвижная охватывающая вал выгородка.

Недостатком аналога является невысокая надежность в связи с невозможностью реализации замкнутой автономной системы охлаждения.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция ротора электрической машины с жидкостным охлаждением [патент RU 114566 U1, класс МПК H02K 9/10, опубл. 27.03.2012 г.], содержащая вал ротора с отверстиями внутри и трубы для протекания охлаждающей жидкости, подвод и отвод которой осуществляется по замкнутой автономной системе, при этом внутри вала проходят два осевых эксцентричных отверстия, причем одно осевое эксцентричное отверстие и радиальные отверстия для подвода охлаждающей жидкости расположены под одним углом в плоскости, перпендикулярной оси электрической машины, а другое осевое эксцентричное отверстие и радиальные отверстия для отвода охлаждающей жидкости расположены под другим углом в плоскости, перпендикулярной оси электрической машины, при этом подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется с одного и того же конца вала ротора.

Недостатком прототипа является невысокая надежность в связи с невозможностью реализации замкнутой автономной системы охлаждения.

Задачами предлагаемого изобретения являются расширение функциональных возможностей и снижение массо-габаритных показателей.

Технический результат состоит в повышении энергетической эффективности и надежности генератора за счет снижения температуры нагрева и потерь магнитопровода ротора и постоянных магнитов генератора.

Технический результат достигается тем, что в роторе с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, содержащем вал с отверстием внутри, согласно изобретению, на валу закреплена спинка ротора с отверстием внутри, на которой установлен магнитопровод с радиальными каналами охлаждения на его внутренней поверхности и постоянными магнитами на внешней поверхности, прижимаемыми к магнитопроводу бандажом, при этом радиальные каналы охлаждения расположены в центре магнитопровода и имеют разные направления, выполненные под острыми углами α и -α от центра магнитопровода, на спинке ротора также закреплены диффузор и принимающий конус с расположенным внутри него блоком уплотнений, образующие со спинкой ротора пространство для протекания хладагента, а с торцов магнитопровода вплотную установлены торцевые кольца и ловители.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид ротора с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель.

Ротор с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, содержит вал 1 с отверстием внутри, спинку ротора 2 с отверстием 3 внутри, установленную на валу 1, на которой закреплены принимающий конус 4, с установленным внутри него блоком уплотнений (на фиг. не показан), и связанный с диффузором 5, образующие со спинкой ротора пространство для протекания хладагента, магнитопровод 6, с радиальными каналами охлаждения 7, и постоянными магнитами 8, прижимаемыми к магнитопроводу 6 бандажом 9, при этом вплотную к магнитопроводу 7 с торцов магнитопровода 6 вплотную установлены торцевые кольца 10 и ловители 11.

Расширение функциональных возможностей и снижение массо-габаритных показателей обеспечиваются интеграцией генератора в камеру высокого давления газотурбинного двигателя.

Повышение энергетической эффективности и надежности достигается снижением потерь и температуры нагрева магнитопровода ротора и постоянных магнитов генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, за счет реализации их принудительного охлаждения при высоких рабочих температурах путем прямого контакта хладагента, например, масла с магнитопроводом ротора.

Ротор с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, работает следующим образом. Жидкостноохлаждаемый ротор интегрированного генератора размещают внутри газотурбинного двигателя (на фиг. не показан) на штатном промежуточном валу камеры высокого давления газотурбинного двигателя (на фиг. не показан), после начала работы газотурбинного двигателя и раскрутки вала 1, а вместе с ним и спинки ротора 2 происходит подача хладагента, например, масла от штатной форсунки, находящейся в корпусе газотурбинного двигателя, в принимающий конус 4, закрепленный на спинке ротора 2, при этом блок уплотнений (на фиг. не показан) принимающего конуса 4 препятствует обратному движению хладагента из полости, образованной принимающим конусом 4 и спинкой ротора 2, который под действием центробежных сил движется дальше по каналу, образованному спинкой ротора 2 и диффузором 5, после чего хладагент поступает через отверстие 3 в спинке ротора 2 в радиальный канал охлаждения 7 магнитопровода 6, где под действием все тех же центробежных сил по радиальным каналам охлаждения 7 поступает к краям магнитопровода 6, постепенно охлаждая магнитопровод 6, далее уже нагретый хладагент попадает через отверстия в торцевых кольцах 10, в отверстия ловителей 11 и выбрасывается во внутреннюю полость газотурбинного двигателя (на фиг. не показан), при этом ловители 11 препятствуют попаданию в хладагент твердых взвешенных частиц и прочих масляных потоков, способных образоваться внутри полости газотурбинного двигателя. Для протекания хладагента по всей окружности радиальных каналов охлаждения 7 магнитопровода 6 при однонаправленном вращении ротора, радиальные каналы охлаждения 7, находящиеся в центре магнитопровода 6 имеют разные направления, под острыми углами α и -α от центра поверхности магнитопровода 6.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность и надежность генератора за счет обеспечения принудительного охлаждения ротора генератора.

Кроме того, изобретение позволяет расширить функциональные возможности, снизить массо-габаритные показатели газотурбинного двигателя за счет обеспечения возможности интеграции генератора в камеру высокого давления газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для охлаждения ротора генератора, интегрированного в камеру высокого давления газотурбинного двигателя. Технический результат: повышение энергетической эффективности и надежности генератора за счет снижения температуры нагрева и потерь магнитопровода ротора и постоянных магнитов генератора. Ротор с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, содержит вал с отверстием внутри, при этом на валу закреплена спинка ротора с отверстием внутри, на которой установлен магнитопровод с радиальными каналами охлаждения на его внутренней поверхности и постоянными магнитами на внешней поверхности, прижимаемыми к магнитопроводу бандажом. Радиальные каналы охлаждения расположены в центре магнитопровода и имеют разные направления, выполненные под острыми углами α и -α от центра магнитопровода, на спинке ротора также закреплены диффузор и принимающий конус с расположенным внутри него блоком уплотнений, образующие со спинкой ротора пространство для протекания хладагента. С торцов магнитопровода вплотную установлены торцевые кольца и ловители. 1 ил.

Ротор с жидкостным охлаждением для генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель, содержащий вал с отверстием внутри, отличающийся тем, что на валу закреплена спинка ротора с отверстием внутри, на которой установлен магнитопровод с радиальными каналами охлаждения на его внутренней поверхности и постоянными магнитами на внешней поверхности, прижимаемыми к магнитопроводу бандажом, при этом радиальные каналы охлаждения расположены в центре магнитопровода и имеют разные направления, выполненные под острыми углами α и -α от центра магнитопровода, на спинке ротора также закреплены диффузор и принимающий конус с расположенным внутри него блоком уплотнений, образующие со спинкой ротора пространство для протекания хладагента, а с торцов магнитопровода вплотную установлены торцевые кольца и ловители.