Електрична машина

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах охлаждения энергоустановок, в том числе электрических машин, преимущественно закрытых обдуваемых, асинхронных двигателей с продуваемым ротором и охлаждаемым статором, где необходимо обеспечить подвод воздуха в систему охлаждения с двух сторон, в том числе со встречными охлаждающими потоками. Известна электрическая машина, охлаждаемая аксиально-центробежным вентилятором (А.с. СССР №279874, кл. F04D29/26), в которой рабочее колесо содержит полые лопатки, внутри которых проходит центробежный поток, а между лопатками - осевой, причем полые лопатки выполнены треугольной и цилиндрической формы и установлены в чередующейся последовательности либо в два ряда в шахматном порядке. Недостатками данного технического решения является сложность конструкции, низкий КПД и повышенный уровень шума, вызванный наличием большого количества плохо обтекаемых треугольных и цилиндрических лопаток. Известно техническое решение (А.с. СССР №1326780, кл. F04D29/26, от 18.09.87), в котором лопатки рабочего колеса реверсивного вентилятора выполнены в виде симметричных относительно продольной оси дуг, расположенных выпуклостью против движения потока воздуха. К недостаткам данного технического решения относится ухудшение охлаждения электрической машины из-за отсутствия возможности увеличить коэффициент расхода воздуха и интенсифицировать электромашины за счет параллельного забора воздуха со стороны щитов и короткозамкнутого ротора, а также ухудшение одностороннего охлаждения статора из-за отсутствия организованного радиального потока охладителя; кроме этого, наличие двух вентиляторных узлов увеличивает габариты машины и материалоемкость при одновременном снижении КПД (за счет перерасхода мощности на два вентилятора). Техническое решение по а.с. №1326780 по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому и может быть принято в качестве прототипа и базового объекта. Задачей данного изобретения является повышение эффективности охлаждения энергоустановок при снижении габаритов, материалоемкости и увеличении КПД. Поставленная задача достигается тем, что лопатки рабочего колеса выполнены в виде тонких изогнутых дуговы х профилей и размещены на ступице с противоположно ориентированной выпуклостью через одну, а кожух снабжен двумя цилиндрическими дефлекторами, диаметр которых равен диаметру рабочего колеса, один из которых расположен во входном отверстии, а другой в кожухе с противоположной стороны рабочего колеса на входе в канал для охлаждения статора. Выполнение рабочего колеса вентилятора в виде совокупности противоположно ориентированных и чередующи хся дуговы х радиальных лопаток обладает свойством реверсивности, что весьма важно для универсальности машин. При этом увеличена напорность вентилятора, что снижает нагрев продуваемого ротора электродвигателя, так как теплота активно отводится воздухом, нагнетаемым от ротора дополнительными лопатками; наличие кольцевых дифлекторов обеспечивает снижение концевых потерь на радиальных лопатках вентилятора, повышение КПД вентилятора. Указанные дифлекторы выполняют также роль направляющего аппарата, упорядочивая поток на выходе из радиальных лопаток вентилятора и на выходе в межреберные каналы корпуса, что способствует улучшению охлаждения и повышает КПД электромашины в целом, при этом снижаются ее габариты и материалоемкость. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез электродвигателя; на фиг.2, 4 и 5 - поперечный разрез (по А - А на фиг.1; без подробной расшифровки деталей щита, вентилятора, вала, жалюзи, которые условно не показаны); на фиг.3 изображено сечение дополнительных лопаток вентилятора (Б - Б на фиг.1). Электрическая машина, преимущественно закрытый асинхронный двигатель, на которой иллюстрируется данное изобретение, содержит оребренный корпус 1 и смонтированный в нем магнитопровод 2 с обмоткой 3. Короткозамкнутый ротор 4 содержит аксиальные каналы 5, которые выполнены в виде вставных трубок в каналы ротора. Через эти каналы 5 прокачивается охлаждающий воздух. Вал 6 ротора 4 установлен в подшипниковых узлах 7, удерживаемых растяжками 8 на упорах 9 в щи тах 10. Полость обмоток 3 уплотнена от окружающей среды вращающейся диафрагмой 11. Реверсивный вентилятор 12 закреплен на валу 6 гайкой 13. Лопатки 14 и 15, отлитые, например, из пластмассы или алюминия, совместно с втулкой 16 имеют в сечении вид тонких изогнутых по дуге окружности профилей (сечение Б - Б на фиг.1 и 3), симметричных относительно продольной оси машины, причем лопатки 14 своими выпуклыми (поверхностями) обращены в сторону роторных каналов 5, а лопатки 15 своими выпуклыми поверхностями обращены в противоположную сторону. По окружности колеса лопатки 14 и 15 чередуются, а их общее количество зависит от требуемого напора и расхода воздуха для охлаждения и может составлять от 4, 6, 8 штук и выше. На кожухе вентилятора 17 установлен на уровне наружного диаметра колеса с зазором как в радиальном направлении, так и между рабочим колесом 12, кольцевой дефлектор 18. Аналогично на щите 9, но с другой стороны вентилятора, установлен второй кольцевой дефлектор 19. Вентилятор работает следующим образом. При вращении ротора 4 воздух двумя параллельными потоками через сетку 20 кожуха 17 и через каналы 5 ротора поступает на радиальные лопатки 14 и 15 вентилятора. Последствие разности давлений на выпуклой части (на спинке) и на корытце лопаток поток воздуха ускоряется и устремляется с двух сторон в межлопаточное пространство. Затем центробежными силами, возникающими при сращении вентилятора, воздух нагнетается в кольцевую полость кожуха, ограниченную со стороны вентилятора дефлекторами 18 и 19, откуда эти два потока, смешиваясь, входят в межреберные каналы, охлаждая статор. Указанное при этом кольцевое пространство кожуха выполняет роль рессивера, где происходит выравнивание давления и уменьшение завихрений и пульсаций, что способствует равномерному распределению скоростей воздуха в межреберных каналах, улучшению охлаждения и повышению КПД вентиляторного узла. Преимуществами предложенной электромашины по сравнению с прототипом и базовым объектом является повышенные на 30 - 35% напор и расход охлаждающего воздуха, что обеспечивает интенсивное охлаждение двигателя и уменьшает нагрев обмоток статора и ротора, повышает их эксплуатационную надежность. При этом вентилятор является реверсивным, его показатели не зависят от направления вращения, что обеспечивает ему эффективную работу в системах о хлаждения реверсивных двигателей, а наличие воздухопроводящих трубок 5 в каналах ротора, укрепленных в отверстиях опорных дисков (вращающаяся диафрагма 11), насаженных на вал ротора, кроме интенсификации охлаждения ротора, предотвращает возможность проникновения к обмоткам машины наружного воздуха, в котором могут содержаться пыль, влага и агрессивные компоненты. При этом осевая длина машины уменьшена, уменьшена и соответственно материалоемкость. Кроме перечисленных преимуществ данного технического решения, применение эффективного охлаждения ротора способствуе т устранению недостатка ряда конструкций двигателей, например, закрытых обдуваемых без внутренней циркуляции воздуха (например, серии А02, 4А, АИР), а также машин с водяным охлаждением статора, который проявляется при повышенном нагреве ротора, следствием чего является существенное уменьшение воздушного зазора и увеличение добавочных потерь. Как показали опыты, эффективное охлаждение ротора приводит к уменьшению температуры ротора на 30 - 45° и соответствующему снижению изменения воздушного зазора. Так, например, применение интенсивного охлаждения ротора на двигателях типов 4А180М2 и 4А180М4 позволило уменьшить изменение воздушного зазора с 10,5 - 17% до 2 - 7%. В результате полные добавочные потери уменьшились на 18 - 26% фактический КПД возрос в среднем на 0,7%. Все вместе взятое за время эксплуатации двигателей обеспечивает значительный народнохозяйственный эффект по экономии электроэнергии и материалом, а также ресурса работы.