Закрытая электрическая машина Советский патент 1982 года по МПК H02K9/20 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в закрытых электрических машинах с наружным воздушным и внутренним хшдкостно-испарительным охлаждением. Известна закрытая электрическая машина, напорный элемент которой вы полнен в виде радиально расположенных в полости вентилятора открытых трубок, удерживаемых от проворачива ния с помощью постоянных магнитов, установленных на подшипниковом щите и трубках 1. Для работы указанного напорного элемента необходимы постоянные магн ты с большой намагничивающей силой. При вращении электрической машины в ступице вентилятора наводятся сильные токи. Аналогичное явление имеет место в дисковом роторе униполярной электрической машины. Циркуляция токов в ступице вентилятора вызывает значительные тепловые поте ри, что ограничивает применение так го напорного элемента. Наиболее близкой к предлагаемой является закрытая электрическая машина с наружным воздушным и внутрен ним жидкостно-испарительным охлажде нием, содержащая вал в виде тепловой трубы, на наружном конце которой установлен вентилятор с полостью, в которой расположен напорный элемент для подачи охлаждающей жидкости в виде радисшьных трубок с заборниками и противовес С 2. Недостатком известного устройства является то, что при .работе элек трической машины, когда частота вращения превышает определенное значение, напорный элемент может проворачиваться, а это приводит-к опасной вибрации и может вывести машину из строя. Возможность проворачивания напорного элемента растет с ростом габаритов электрической машины, и ,соответственно, вентилятора и с ростом номинальной частоты вращений. Вызвано это тем, что удерживающий момент противовеса напорного элемента растет с увеличением радиуса в меньшей степени, чем вращающий момент, создаваемый движущимся кольцевым слоем жидкости, в который погружены заборники напорного элемента. Кроме того, максимальный удерживающий момент противовеса - величина постоянная, е вращающий момент кольцевого слоя жидкоети пропорционален, без учета трения в опорах, квадрату частоты вращения Удерживающий момент, создаваемый противовесом, .sinci, . где Y и ot - соответственно вес напорного элемента расстояние от цент ра тяжести до оси его подвеса и угол отклонения оси про тивовеса от вертикали . Вращающий момент, создаваемый лобовым сопротивлением заборника напор ного элемента в движущемся пальцевом лое жидкости .(И,-г:),. Кроме этого, составляющими вращающего момента являются момент трения в опорах скольжения, в которых установлен напорный элемент, Мп.тр 0,5 КГ,(Р, 1, + РЗЙ. -Ч) и момент трения жидкости о боковую поверхность заборника напорного элемента . J1; Г л/ lei 2/ 4 W 2 -p ;:; ;r::;: aj-(vM-4rw где р ,u), г , , g , r - соответственно плотность, угловая частота вращения и внутренний радиус кольцевого слоя жидкости в вентиляторе, наружный диаметр трубки заборника, ускорение земного притяжения и расстояние наиболее удаленной точки заборника от оси подвеса напорного элемента; P/d,,, Кг,- удельное давление, диаметр и длина шейки вала напорного элемента, коэффициент трения в опорах; К,о1.- величины, зависящие от шеро ховатости обтекаемой поверхности заборника. Указанный недостаток снижает эксплуатационную наде хность и область применения известного напорного элемента. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и расширение области применения напорного эле мента. Поставленная цель достигается тем что в напорном элементе, размещенном внутри вентилятора-теплообменник закрытой электрической машины с нару ным воздушным и внутренним жидкостно испарительным охлаждением, выполненном в виде рсщиально расположенных трубок с заборниками на концах, удер живаемых от вращения противовесом, трубки выполнены с изменяющимся ступенчато продольным сечением внутрен ней поверхности и с возможностью радиального перемещения по выполненным в противовесе радиальным каналам за счет потери скоростного напоря жидкости, а на наружной поверхности трубок установлена возвратная пружина, опирающаяся одним концом в буртик, выполненный на поверхности трубок, а другим - на торец гайки, закрепленной на противовесе и служащей для фиксации трубки в предельном положении . На фиг. 1 представлена предлагаемая закрытая электрическая машина с запорным элементом; на фиг. 2 и 3напорный элемент с одной радиальной трубкой. Закрытая электрическая машина имеет установленный на наружном конце вала - тепловой трубы - напорный элемент 1, размещенный в полости 2 вентилятора 3. Напорный элемент состоит из радиальной трубки 4 с заборником на конце и с буртиком 5, выполненным на ее наружной поверхности, пружины б, накидной гайки 7, противовеса 8, выполненного в виде металлического сектора, имеющего ось для установки в опорах либо посадочное место (.не показано для установки на цапфе хвостовика вала. Внутри противовеса 8 выполнен направляющий канал 9 для обеспечения радиального перемещения в нем трубки 4, а также для подачи охлаждающей жидкости из полости вентилятора к валу. Внутри трубки 4, вблизи заборника, сечение ступенчато уменьшается от диаметра d до диаметра d, а затем плавно увеличивается опять. Трубка 4 с заборником на конце служит для забора охлаждающей жидкости из полости вентилятора и подачи ее к валу. Противовес В удерживает от вращения весь напорный элемент при вращении вентилятора-теплообменника Bq время работы электрической машины. По направляющему каналу 9 осуществляется радиальное перемещение трубки 4 под действием скоростного напора протекающей по ней жидкости или под действием возрастной пружины б. Сила пружины б и напор жидкости, действу ощие на трубку, направлены встречно: если под действием напора трубка 4 движется радиально к оси противовеса, то сила пружины 6 возвращает ее обратно. Накидная гайка 7 и буртик 5 о беспечивают установку и работу пружины 6. Кроме того, гайка 7 служит для фиксации трубки 4 в предельном, т.е. наболее удаленном от оси противовеса 8, положении. Для этого гайка 7 креится на противовесе 8, а противопоожный заборнику конец трубки 4, находящийся в радиальном канале 9, имеет увеличенный по сравнению с остальной частью трубки наружный диаметр. При перемещении трубки 4 вдоль канала 9 от оси противовеса наступает предельный момент, когда трубка 4 противоположным заборнику концом упи рается в заплечики (буртик) гайки 7 и прекращает движение в этом положении. При работе электрической машины вместе с вентилятором вращается находящаяся в нем жидкость, которая под действием центробежных сил распределяется в виде кольцевого слоя на периферии полости вентилятора. Скоростной напор вращающегося слоя жидкости „ где f - плотность жидкости; V - окружная скорость жидкости на рассматриваемом радиусе; g - ускорение земного тяготения. В исходном состоянии трубка 4 находится на максимально удаленном от оси противовеса расстоянии (предельное положение), заборник погружен в слой жидкости. Встречая на своем пути невращающийся заборник, жидкость под действи ем скоростного напора устремляется через заборник в радиально расположенную неподвижную трубку 4. Так как трубка 4 имеет переменное внутреннее сечение, то в результате ступенчато изменяющегося сечения происходит потеря скоростного напора и возникает сила, действующая на трубку F п.- Н где - коэффициент потерь на входе в заборник; d Hofj- диаметры ступенчато изменяющегося внутреннего сечения трубки 4. Радиальная сила F компенсируется пружиной б, и трубка 4 не двигается в радиальном направлении. С увеличением частоты вращения п растет окружная скорость жидкости и в квадрате от частоты растет скорост ной напор и сила воздействия жидкости на известный напорный элемент. При вполне определенной частоте вращения машины вращающий момент жидко ти достигнет величины удерживающего момента противовеса 8, в результате чего последует вращение напорного элемента, возникнет опасная вибраци и в конечном итоге аварийный режим. Поскольку удерживающий момент противовеса 8 пропорционален 3-й степени диаметра вентилятора и, соответственно, диаметра электрическо ашины, а вращающий момент жидкост1т ропорционален 4-й степени от диаметра вентилятора, то, помимо скоростного ограничения, существует таке габаритное ограничение для машин, в которых можно применить известный напорный элемент. Таким образом, известный напорный элемент является недостаточно надежным, малопригодным или вообще неприенимым для закрытых электрических машин с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлажде- нием с высокой частотой вращения, с ироким диапазоном регулирования частоты вращения, с существенными габаритными размерами, т.е. для тех случаев, когда динамический напор идкости может достигать значительных величин. В предлагаемом устройстве с увеличением динамического напора жидкости увеличивается и радиальная сила F, действующая на трубку. При достижении определенного значения силы F (этот момент можно регулировать подбором пружины б) пружина 6 начинает сжиматься, трубка 4 уходит на меньший радиус, т.е. ближе к оси противовеса. При этом уменьшается глубина погружения заборника, уменьшается его лобовое сопротивление и соответственно уменьшается вращающий момент. Устраняется возможность проворачивания напорного элемента. Повышается его эксплуатационная надежность и электрической машины в целом, так как устраняется возможность опасной вибрации, возникающей при вращении напорного элемента. С уменьшением частоты вращения уменьшается динамический напор жидкости, уменьшается сила F и трубка 4 под действием пружины б возвращается в исходное состояние, т.е. погружается глубже в слой жидкости. Таким образом, выполнение напорного элемента с Изменяющейся от скорости напора глубиной погружения заборника позволит обеспечить повышение эксплуатационной надежности и расширяет область его применения в закрытых электрических машинах с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлаждением с высокой частотой вращения, с широким диапазоном регулирования частоты враищения, с существенными габаритными размерами, например, в рудничных тяговых элект- родвигателях. Формула изобретения Закрытая электрическая машина с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлаждением.

содержащая вал в виде тепловой труб .ки, на наружном конце которой установлен вентилятор с полостью, в кото рой расположен напорный элемент для подачи охлаждающей жидкости в виде радиальных трубок с заборнйками и противовес, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и расширения области применения, трубки выполнены со ступенчато изменяющимся продольным сечением внутренней поверхности и с возможностью радиального перемещения по расположенным в противовесе радиальным каналам, а на наружной поверхности трубок установ лена возвратная пружина, опирающаяся одним концом в буртик, расположенный на поверхности трубок, а другим - на торец гайки, закрепленной на противовесе и служащей для фиксации трубки в -предельном положении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 524279/ кл, Н 02 К 9/20, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 564686, кл. Н 02 К 9/20, 1977.