Електрична машина

1. Електрична машина, що містить активні частини, які складаються із статора й ротора, магнітопроводи яких набрані з листів електротехнічної сталі, і систему охолодження, що включає аксіальні вентиляційні канали для проходу охолоджувального середовища, яка відрізняється тим, що по всій довжині аксіальних вентиляційних каналів періодично встановлені діафрагми з отворами. 2. Електрична машина за пунктом 1, яка відрізняється тим, що осі отворів у діафрагмах співпадають з осями аксіальних вентиляційних каналів. 3. Електрична машина за пп.1 або 2, яка відрізняється тим, що площа отвору діафрагми вибирається з наступного відношення: Sд=(0,74-0,91)Sк; де: Sд - площа отвору діафрагми; Sк - площа поперечного перерізу аксіального вентиляційного каналу. 4. Електрична машина за пп.1, 2 або 3, яка відрізняється тим, що по всій довжині аксіального вентиляційного каналу діафрагми з отворами встано U 2 (19) 1 3 приводить до загального збільшення поперечних розмірів електричної машини. Однак, при такому збільшенні тепловіддаючих поверхонь аксіальних вентиляційних каналів погіршуються енергетичні показники, що приводить до збільшення нагрівання машини. Крім того, така система охолодження мало ефективна при експлуатації асинхронних двигунів середньої або великої потужності (до 1000-2000квт) з повітряним охолодженням, а також в електроприводах, що працюють у короткочасних або повторнокороткочасних режимах. Завданням пропонованої корисної моделі є підвищення експлуатаційної надійності й зниження масогабаритних показників електричної машини, тобто збільшення її питомої потужності, шляхом зниження рівня нагрівання статорної й роторної обмоток. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій електричній машині, що містить активні частини, що складаються з статора й ротора, магнітопроводи яких набрані з листів електротехнічної сталі, і систему охолодження, що включає аксіальні вентиляційні канали для проходу охолоджуючого середовища, пропонується по всій довжині аксіальних вентиляційних каналів періодично встановити діафрагми з отворами. Перераховані вище істотні ознаки корисної моделі, відмінні від прототипу, необхідні й достатні у всіх випадках, на які поширюється правова охорона корисної моделі. Пропонується осі отворів у діафрагмах сполучити з осями аксіальних вентиляційних каналів. Це спростить технологію складання магнітопроводів і покращає проходження повітря за рахунок зниження гідравлічного опору. Пропонується площу отвору діафрагми вибирати з наступного відношення: Sд=(0,74÷0,91)Sк; де: Sд - площа отвору діафрагми; Sк - площа поперечного перерізу аксіального вентиляційного каналу. Це дає можливість при незначному збільшенні гідравлічного опору різко збільшити коефіцієнт тепловіддачі. По всій довжині аксіального вентиляційного каналу пропонується діафрагми встановити одну від іншої на відстані рівному t=(0,25-1,5)D; де: t відстань між сусідніми діафрагмами; D - діаметр поперечного переріза аксіального вентиляційного каналу, що також збільшує коефіцієнт тепловіддачі. Пропонуються аксіальні вентиляційні канали, з періодично установленими діафрагмами з отворами, виконати в магнітопроводі статора. У магнітопроводі статора діафрагми можуть бути виконані з листів немагнітного матеріалу. Це знижує температуру нагрівання за рахунок зменшення теплових втрат від вихрових струмів. Зазначені діафрагми з отворами пропонується виконати з листів немагнітного матеріалу, теплопровідність яких більше теплопровідності електротехнічної сталі. Це покращає теплопередачу уздовж листів шихтованого магнітопроводу статора. 15408 4 У магнітопроводі статора діафрагми можуть також бути виконані поперемінно з листів електротехнічної сталі й листів немагнітного матеріалу. Додатково пропонуються аксіальні вентиляційні канали, з періодично встановленими діафрагмами з отворами, виконати в магнітопроводі ротора. Пропонується система охолодження внутрішнього повітря, що містить аксіальні вентиляційні канали у вигляді системи труб, усередині яких по всій довжині періодично виконані діафрагми з отворами. Корисна модель пояснюється кресленнями, де: - на Фіг.1 показаний поздовжній розріз закритої електричної машини, що обдувається, з діафрагмами в аксіальних вентиляційних каналах магнітопроводів статора й ротора; - на Фіг.2 - фрагмент електричної машини з діафрагмами з немагнітного матеріалу й електротехнічної сталі в аксіальних вентиляційних каналах магнітопроводу статора; - на Фіг.3 - фрагмент електричної машини з діафрагмами в аксіальних вентиляційних каналах магнітопроводу ротора; - на Фіг.4 - частина магнітопроводу ротора по фіг.3 у збільшеному масштабі; - на Фіг.5 - поздовжній розріз закритої електричної машини, що обдувається, з діафрагмами в аксіальних вентиляційних каналах труб охолоджувача; - на Фіг.6 - поперечний розріз електричної машини, що обдувається, з варіантами А и Б охолодження ярма статора; - на Фіг.7 - фрагмент електричної машини з діафрагмами в трубах, установлених в аксіальних каналах магнітопроводу статора. В електричній машині 1 активні частини у вигляді магнітопроводу статора 2 з обмоткою 3 і магнітопроводи ротора 4 з обмоткою 5, що сидить на валу 6, поміщені в корпус 7, який з торців закритий підшипниковими щитами 8 і 9. Обмотка ротора 5 може бути короткозамкненою, або фазною. У магнітопроводі статора 2 виконані аксіальні вентиляційні канали 10, по всій довжині яких періодично встановлені діафрагми з отворами 11. При цьому, діафрагми з отворами 11 можуть бути виконані з листів електротехнічної сталі 12 або з немагнітного матеріалу 13, або поперемінно з листів електротехнічної сталі 12 і немагнітного матеріалу 13 (фіг.2). Як немагнітний матеріал 13 може бути застосований склотекстолит марки СТЭФ-1, а також листів алюмінію або його сплавів. У магнітопроводі ротора 4 виконані аксіальні вентиляційні канали 14, по всій довжині яких періодично встановлені діафрагми з отворами 15. У корпусі 7 (фіг.1 і 5) виконані отвори 16 і 17, з'єднані між собою із зовнішньої сторони корпуса П-подібними радіаторними трубами 18. П-подібні радіаторні труби 18 можуть виконуватися з діафрагмами 19 (фіг.5). Отвори 16 і 17 можуть також бути з'єднані з коробчатим повітропроводом 20 (фіг.3). 5 У внутрішній порожнині електричної машини з боку отворів 17 розташований вентилятор внутрішнього обдування 21, закріплений на валу 6. На тій же стороні за підшипниковим щитом 9 на валу 6 закріплений вентилятор зовнішнього обдування 22, закритий вентиляційним кожухом 23, що з'єднаний з повітропроводом 24. Пропонується варіант, коли в корпусі 7 виконується отвір 25, що з'єднує внутрішню порожнину електричної машини з навколишнім середовищем. Діафрагми з отворами 12 і 13 виконані тільки в аксіальних вентиляційних каналах 9 магнітопроводу статора 2 (фіг.2). Іншим варіантом є електрична машина, в якої спинка магнітопроводу статора 2 виконана у вигляді ребер 26 з аксіальними вентиляційними каналами 27 і діафрагмами з отворами 28 (фіг.6, варіант А) або аксіальними вентиляційними каналами 29 і діафрагмами з отворами 30 (фіг.6, варіант Б). Такий магнітопровід поміщений у корпус 7 і створює замкнуті міжреберні канали 31. У міжреберних каналах 31 можуть бути встановлені радіаторні труби 32 з діафрагмами 33. В якості охолоджуючого середовища можуть бути застосовані газ, повітря або рідина (вода, мінеральні масла й т.п.). У випадку охолодження електричної машини рідким холодоагентом в аксіальних вентиляційних каналах магнітопроводу статора 2 установлюються металеві труби 34 з діафрагмами 35 (фіг.7). У всіх варіантах системи охолодження електричної машини із застосуванням аксіальних вентиляційних каналів площа отвору діафрагми вибирається з наступного відношення: Sд=(0,74÷0,91)Sд, де: Sд - площа отвору діафрагми; Sк - площа поперечного переріза аксіального вентиляційного каналу. По всій довжині аксіального вентиляційного каналу діафрагми встановлені одна від іншої на відстані рівній t=(0,25-1,5)D; де: t - відстань між сусідніми діафрагмами; D - діаметр поперечного переріза аксіального вентиляційного каналу. При роботі електричної машини зовнішнє охолоджуюче повітря захоплюється вентилятором зовнішнього обдування 22, що проходить між його лопатками, далі під вентиляційним кожухом 23 і по повітропроводу 24 викидається в навколишнє середовище. Цей вентилятор зовнішнього обдування 22 у всіх режимах роботи електричної машини 1 забезпечує безперервне охолодження підшипникового щита 9, а також зовнішніх поверхонь П-подібних радіаторних труб 18. Вентилятор внутрішнього обдува 21 простягає внутрішнє повітря через аксіальні вентиляційні канали 10, взаємодіючи з діафрагмами з отворами 11, і через аксіальні вентиляційні канали 14, взаємодіючи з діафрагмами з отворами 15. Далі внутрішнє повітря, відбираючи тепло від лобових частин обмотки статора 3 і ротора 5, через отвори 17 надходить у П-подібні радіаторні труби 18 з діафрагмами 19. З П-подібних радіаторних труб 18 повітря через отвори 16 надходить у внутрішню по 15408 6 рожнину електричної машини, відбираючи тепло від інших лобових частин обмотки статора 3 і ротора 5. Електрична машина може охолоджуватися рідиною, що протікає по трубах 34 з діафрагмами 35. В електричній машині по варіанту А, фіг.6, вентилятор внутрішнього обдування протягує внутрішнє повітря через аксіальні вентиляційні канали 27, взаємодіючи з діафрагмами з отворами 28. Вентилятор зовнішнього обдування протягує зовнішнє повітря через аксіальні вентиляційні канали 31. В електричній машині по варіанту Б, фіг.6 вентилятор внутрішнього обдування протягує внутрішнє повітря через аксіальні вентиляційні канали 29, взаємодіючи з діафрагмами з отворами 30 і через аксіальні вентиляційні канали 32, взаємодіючи з діафрагмами з отворами 33. Вентилятор зовнішнього обдування протягує зовнішнє повітря через аксіальні вентиляційні канали 31. Наявність діафрагм 10, 14, 19, 30, 33, і 35 в аксіальних вентиляційних каналах магнітопроводів статора 2, ротора 4 і П-подібних радіаторних труб 18, при незначному гідравлічному опорі, викликає турбулізацію потоку повітря (охолоджуючого середовища), що різко покращує відбір тепла від статора й ротора. За умови вибору розміру площі перетину отвору діафрагми й відстані (кроку) між сусідніми діафрагмами, зазначеними вище, вихри турбулентних пульсацій, що виникли за діафрагмою, переносяться основним потоком охолоджуючого середовища близько до стінки аксіального вентиляційного каналу. У цьому випадку коефіцієнт турбулентної температуропроводності εq буде збільшений практично тільки біля стінки аксіального вентиляційного каналу. Отже, інтенсифікація тепловіддачі буде досягнута ціною мінімальних гідравлічних втрат. Якщо вихор малий і його границя розташована близько до стінки аксіального вентиляційного каналу, то виниклі на ній пульсації швидкості збільшать εq поблизу стінки й тим самим інтенсифікують тепловіддачу, тому що в колостінному шарі спрацьовує 60-70% розташовуваного температурного напору. Ефективність охолодження з використанням діафрагм підвищується також за рахунок збільшення на 15-40% площі охолоджуваної поверхні аксіальних вентиляційних каналів. Запропонована інтенсифікація теплообміну проста у виготовленні, технологічна при зборці, надійна в експлуатації. За попередніми даними пропонована система додатково в порівнянні з базовим об'єктом знижує нагрівання обмоток статора і (або) ротора на 1245°С, що дозволяє збільшити ресурс роботи електромашини в 1,5-3 рази. Виконання електричної машини по пропонованій корисній моделі дозволить знизити масогабаритні показники на 10-15% і підвищити ефективність охолодження на 15-30%. Економічний ефект від застосування аксіальних вентиляційних каналів з діафрагмами досить 7 високий, якщо врахувати, що така система застосовується в багатьох видах і типорозмірах електричних машин. Комп’ютерна верстка А. Рябко 15408 8 Джерела інформації: 1. Авторське посвідчення СРСР №796990, кл. Н02К9/04, 1979. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601