Способ охлаждения электрической машины Советский патент 1981 года по МПК H02K9/20 

Изобретение относится к электроте нике и может быть использовано для охлаждения активных частей электрических машин, применяемых на транспортных средствах. Одним из основных требований, пре дъявляемых к электротехническим устройствам, предназначенным для работы на транспортных средствах, является минимум весо-габаритных показателей. Снижение весо-габаритных пока зателей электротехнических ycтpoйctв обеспечивается путем интенсификации процесса охлаждения нагретых частей электротехнических устройств и, в частности, электрических машин. Известен способ охлаждения электр ческой машины гетерогенной средой дисперсно-пленочной структуры, полученной при разбрызгивании испаряющейся жидкости вращающимся ротором, ее испарении на нагретых поверхностях и отводе пара из объема машины. Этот способ подразумевает следующую последовательность операций: подают жидкость в полость электрической машины, перемешивают жидкость вращающимся ротором, разбрызгивают жидкость на нагретые поверхности и охлаждают нагретые поверхности (путем испарения жидкости) СП . Недостатками этого способа, снижающими интенсивность охлаждения, являются отложения продуктов накипи и эрозии на поверхности теплообмена, и следовательно, возрастание термического сопротивления; нанесение жидкости на поверхность теплообмена лишь со стороны вращающегося ротора, что приводит к существеншл4 местньм перегревам поверхностей теплообмена; гидромеханическое взаШЮдействие ротора и жидкости, вызывающее потери на трение, которые при повьш1енной частоте вращения ротора становятся соизмеримыми с мощностью машины. Известен способ охлаждения элекг-: рической машины, заключающийся в том. что в полость машины вводят одновременно в различных направлениях струи жидкости и газа, перемешивают их, омывают смесью жидкости и газа нагре ,тые части машины и удаляют смесь из полости машины 2. Однако данньй способ не обеспечивает необходимой степени охлаждения. Цель изобретения - повьш1ение охлаждения . Эта цель достигается тем, что в известном способе охлаждения электрической машины, струю газа вводят в направлении, пересекающем струю жидкости, с обеспечением продува жидкости, При этом струя газа, продуваемая через слой жидкости, стремите вытолкнуть НДХОДЯ1ЦИЙСЯ над ней столб жидкости, который под действием сил гравитации получает встречное струе газа перемещение. Таким образом в полости электрической машины организуется непроточный по жидкости динамический газо-жидкостный слой, при котором да«еет место взаш 1опроникновение вихрей жидкой и газообразной фаз; существенно увеличивается повер ность теплообмена между газом и омывающей нагретые части машины жидкост а также выравнивается температурное поле газо-жидкостной смеси. Увеличение поверхности раздела между жидкой и газовойфазами способствует сни женио термического сопротивления на пути, теплового потока, и процесс теплообмена между нагретой жидкостью и холодньм газом интенсифицируется. Вместе с тем за счет равномерности температурного поля газо-5кндкостной смеси в полости машины иитенсифихщрузтся процесс теплообмена через слой смеси меяаду нагретьми (лобовые части обмотки ) и холодньми (корпус, подшипниковые щиты) частями электрической машины. Кроме того, за счет продува жидкости газам создаются условия более интенсивного испарения наг ретой жидкости с поверхности раздела фаз в продуваемый газ. Таким образом процесс теплообмена нагретых частей электрической машины интенсифицирует ся за счет нагрева и удаления из полости продуваемого газа, полного омы вания поверхностей нагретых частей жидкостью, а также за счет испарения части жидкости и удаления паро-газовой смеса из полости машины. На чертеже приведен вариант исполнения предлагаемой электрической машины с газо-жидкостным охлаждением, Электрическая машина содержит корпус J, закрытый с торцов подшипниковыми щитами 2, В корпус J запрессован шихтованный пакет железа статора 3, в пазах которого уложена обмотка 4, Статорная перегородка 5 помещена в расточку железа статора 3 и образует совместно с подшипниковьми щитами 2, корпусом 1 и пакетами статора 3 замкнутую полость 6, в которой размещены лобовые части обмотки 4 статора, В полости 6 помещены перегородка 7, образующая канал 8, соединенный одним концом с нижней частью полости 6, а другим - с верхней. Система подачи газа (не показана) соедийена с полостью машины 6 при помощи патрубка 9, содержащего перфорированный конец 10, Патрубок 11 соединяет полость элeкtpичecкoй машины с системой подачи жидкости, Охлаждение статора электрической машины осуществляется следующим образом , Через патрубок 11 в полость 6 подают жидкость, частично заполняющую полость 6, а через патрубок 9 подают газ, Выходящие из перфораций J О струи газа Продуваются через жидкость, и в полости 6 организуется непроточньш по жидкости динамический пенный слой. При омывании нагретых поверхностей (поверхность обмотки 4, повер::ность железа статора З) динамическим пенным слоем на теплообь 1енную поверх-; ность наносят тонкую жидкостную пленку, которая, в результате контакта с нагретой поверхностью, нагревается, С поверхности пленки в динамический пенный слой отрывают и оттесняют нагретую жидкость, а из объема динамического, слоя к теплообменной поверхности подают охлажденную жидкость. Охлаждение жидкости в объеме динамического слоя осуществляют струями и пузырями холодного газа, а также путем контакта жидкости с холодными поверхностями корпуса и подI ИИГ1НИКОВЫХ пщтов. Тепловой поток от нагретых поверхностей электрической машины передается жидкости, а от неепотоку газа, корпусу и подшипниковые щитам, В случае использования испаряющейся жидкости с поверхности нагретой пленки жидкости, контактирующей с наг 5 гретой поверхностью электрической машины, испаряется часть жидкости, паровую фазу отводят из полости машины и таким образом дополнительно охлаждают жидкость. Удаление нагретого газа (паро-газовой смеси) осуществляют через отверстие 12, выполненное в корпусе 1. Для предотвращения уноса капель жидкости канал 8 в зоне выходного отверстия 12 выполнен расширяющимся. Отсепарированная жидкость по каналу 8 возвращается в ниж нюю часть полости 6. Применение способа охлаждения злектрической машинь путем подачи в полость электрической машины жидаости и продува через слой жидкости струй газа при его реализации обеспе чивает по сравнению сосуществующими способами охлаждения электрических машин повьш1енную интенсивность охлаждения за счет снижения термических сопротивлений от поверхностей нагретых частей к газо-жидкостной смеси, от нагретой газо-жидкостной смеси к холодным частям электрическо машины и от холодной жидкости в смеси к газу в смеси. Кроме того, непре рьшное взаимопроникновение вихрей пр продуве газа через слой жидкости ведет к снижению диффузионного сопроти ления - испарение жидкой фазы происходит при пониженных температурах 1 6 поверхности нагретых частей электрической машины более интенсивно, чем в существующих способах и при этом обеспечивается удовлетворительное обновление пленки жидкости на поверхности нагретой части, что препятствует образованию несмоченных участков поверхности, сопровождающихся местш и перегревами и способствует интенсификации охлаждения нагретых частей. Формула изобретения Способ охлаждения электрической машины, заключающийся в том, что в полость машины вводят одиовременно в различных напралеииях струи . жидкости и газа,1 перемешивают юс,омывают смесью жидкости и газа нагретые части машины и удаляют смесь из полости машин, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения интенсивности охлая;дения, струю газа вводят в направлении, пересекающем струю жидкости, с обеспечением продува жидкости. Источники инфо ; {а1щи, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 559335, кл. Н 02 К 9/20, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР 10672J, кл. Н 02 К 9/20, 1954.