Электрическая машина с жидкостным охлаждением Советский патент 1982 года по МПК H02K9/19 

I

Изобретение относится к электромашиностроению и касается охлаждения электрических машин.

Известны электрические машины с герметичной внутренней полостью,за полненной жидкостью, которая обеспечивает необходимый тепловой режим работы. С этой целью машины оборудуются устройствами, обеспечивающими циркуляцию жидкости. Обычно эти устройства представляют собой лопастное или осевое колесо, закрепленное на валу машины, или же отдельно устанавливаемый насосный агрегат..Вращающиеся вал ft ротор этой электрической машинь обладают весьма существенными нагнетательными возможностями.

Так, известен ротор электрической машины, который может работать как цент обежный вентилятор fl.

Однако в таких электрических машинах нагнетательные возможности вала используются не в полной мере

-из-за того что во внутренней полости этих машин распределение по радиусу гидродинамического давления, индукцированного вращающимся валом, практически одинаково с обеих сторон от ротора. Поэтому перепад давлений между этими полостями не может обеспечить достаточно интенсивную аксиальную циркуляцию жидкости и охлаждение таким образом обмоток ротора

to и статора.

Наиболее близкой к предлагаемой является электрическая машина с водяным охлаждением, содержащая статор,

15 установленный в герметичном корпусе, заполненном охлаждающим агентом, и ротор, установленный на валу с внутренним аксиальным каналом 2. Однако в известной машине не предусмотрена интенсификация аксиальной циркуляции охладителя за счет использования нагнетательных возможностей вращающегося вала машины. Целью изобретения является улучш ние охлаждения электрической машины Поставленная цель достигается за счет того, что в электрической машин с жидкост1а гм охлаждением, содержащей статор, установленный в герметичном корпусе, заполненном охлаждающим агентом, и ротор, установленный на валу, имеющем внутренний аксиальный канал и ряд радиальных каналов, в валу с обеих сторон от бочки ротора расположены радиальные отверстия, сообщающиеся с каналом вала, причем с одной стороны от бочки на вал насажена втулка, в которой выполнены сквозные отверстия, сообщающиеся посредством радиальных отверстий вала с его аксиальным каналом, а с другой стороны от бочки ротора установлена неподвижная охватывающая вал выгородка, выполненная, например в виде прикрепленной к корпусу втулки. Выгородка может быть выполнена перфорированной. Благодаря установке выгородки с одной стороны от бочки ротора, происходит изменение распределения гидродинамического давления, индуцированного вращающимся валом, в полости с одной стороны от бочки ротора по сравнению с его распределением в полости с другой сторонь от бочки ротора. С помощью насаженной на вал втулки увеличивается диаметр вращающегося вала, а значит увеличивается его нагнетательная способность. На фиг.1 схематично изображен первый вариант выполнения предлагаемой машины; на фиг.2 - второй вариант предлагаемой машины. В обоих вариантах предлагаемая электрическая машина содержит статор 1, установленньм в герметичном корпусе 2, заполненном охлаждающим агентом, и ротор 3,установленный на валу 4. Вал 4 имеет внутренний аксиальный канал 5. Этот канал соединен с внутренней полостью машины посредством выполненных в валу 4 по обе стороны от бочки ротора радиальных отверстий 6. С одной стороны от бочки ротора на вал 4 насажена втулка 7, на поверхности которой вьшолнены сквоз1-гые отверстия 8, совмещенные с отверстиями 6 в валу. Втулка предназначена для увеличения нагнетательной способ ности вала. С другой стороны от бочки ротора 3 размещена неподвижная, схватывающая вал, выгородка 9, выполненная, например, в виде втулки, прикрепленной к корпусу 2. Статор 1 снабжен аксиальными каналами 10. Зазйром между статором и ротором образован кольцевой канал 11. Каналы 5, 10 и 11 предназначены для обеспече- НИН аксиальной циркуляции охлаждающего агента. Выгородка 9 делит внутреннюю полость машины с одной стороны от бочки ротора на камеры 12 и 13. С другой стороны от бочки ротора внутренняя полость машины образует камеру 14. В первом варианте выгородка 9 представляет собой сплошную втулку ( без отверстий, а вал со стороны выгородки крепится внутри корпуса машины на опоре 15, которая образует камеру 16, которая соединяется с камерой 13 через отверстия 17 в опоре 15. В этом варианте аксиальный канал 5 со стороны выгородки выполнен до конца вала, образуя в его торце отверстия 18. Во втором варианте выгородка 9 вы полнена перфорированной - с радиальными отверстиями 19, а вал в этом случае не имеет отверстия 18 и крепится на торцевой крышке машин 20. В обоих вариантах принудительная циркуляция охлаждающего агента внутренней полости электрической машины происходит следующим образом. Вращшощийся вал 4 индуцирует гидродинамическое давление в камерах 12 и 14. При этом, благодаря наличию выгородки 9, давление в аксиальном канале 5 вала со стороны камеры 12 превышает давление в этом канале со стороны камеры 14. В результате в канале возникает поток охлажданицего агента. Попав в камеру 14 через радиальные отверстия 8, охлаждающий агент под действием центробежных сил перемещается на периферий и попадает в каналы 10 и 11. При прохождении этих каналов под действием перепада давлений между камерами 14 и 13 происходит охлаждение обмоток статора 1 и ротора 3. Таким образом, охлаждающий агент попадает в камеру 13. Затем, в зависимости от конструктивного варианта, охладитель возвращается в аксиальный канал вала двумя различными путями. В первом варианте охладитель из камеры I3 через отверстия 17 в опор 15 отступает в камеру 16, а затем через отверстие в торце вала 18 он возвращается в канал 5. Во втором варианте охладитель во вращается в Ъксиальньй канал 5 чере радиальные отверстия 19 в выгородке и 6 в валу. Использование изобретения позволи уменьшить мощность специальных нагнетательных устройств,обеспечивающих циркуляцию охлаждающего агента, а в некоторых случаях и совсем отказаться от этих устройств, что повышает КПД машины. Кроме того, циркуляция жидкости в машине не зависит от направления вращения вала, что обеспечивает такую же циркуляцию охлаждающего агента и в условиях реверса. Этого не добиться при использовании рабочего колеса с изогнутыми лопатками, установленного на валу машины. Наиболее целесообразно использовать изобретение в погружных электрй чесдсих машинах с высокими линейными скоростями на роторе, работающих в реверсивном режиме с широким диапазоном изменения скоростей вращения, в устройствах, осуществляющих циркуляцию охладителя, к которым предъявляются повьш1енные требования с точки зрения обеспечения наименьших габаритов. Для доведения до использования необходимо предварительно модель нее испытание максимум одной машины порядка нескольких десятков кВт. Охлаждение предлагаемых маг.лозалолненных электрических машин легко осуществляется путем использования сменных втулок на валу. Формула изобретения 1k Электрическая машина с жидкостным охлаждением, содержащая статор, установленный в герметичном корпусе, заполненном охлаждающим агентом, и ротор, установленный на валу, имеющем аксиальный канал, отличающаяся тем, что, с целью улучшения охлаждения в валу с обеих сторон от бочки ротора расположены радиальные отверс.ия, сообщакяциеся с каналом вала, причем с одной стороны от бочки ротора на вал насажена втулка с радиальными отверстиями, сообщающимися через радиальные отверстия вала с его аксиальным каналом, а с другой стороны от бочки ротора установлена неподвижная охватыиающая вал выгородка, выполненная, например, в виде прикрепленной к корпусу втулки. 2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что выгородка выполнена перфорированной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Филиппов И.Ф. Вопросы охлаждения электрических машин. М-Л., Энергия, 1964, с. 64. 2.Авторское свидетельство СССР № 404161, кл. Н 02 К 9/16, 1973.

.IS

Фиг.1

I V Q } 3 Фиг.2