СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СТАТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
LIQUID-COOLING SYSTEM FOR ELECTRIC MACHINERY STATORS

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к электрическим машинам переменного тока широкого применения.
Для предотвращения чрезмерного нагрева электрических машин необходимо обеспечить надлежащие условия отвода выделяющегося в машинах тепла. С ростом мощности электрических машин условия отвода тепла утяжеляются, и поэтому в крупных машинах необходимо применять более интенсивные способы охлаждения. (А.И.Вольдек. Электрические машины. Издательство «Энергия», 1974, с.165).
При тяжелых условиях отвода тепла в электрических машинах применяется независимое охлаждение. При независимом охлаждении жидкая среда подается в активные части машины при помощи насоса, имеющего собственный привод. (А.И.Вольдек. Электрические машины. Издательство «Энергия», 1974, с.166).
Наиболее применяемыми в электромашиностроении способами жидкостного охлаждения статоров электрических машин являются:
В изобретении (Патент RU 2283525 (С2), класс Н02К 9/19, опубликован 20.04.2006) описана принудительная прокачка охлаждающей жидкостью по осевым каналам внутри магнитопровода статора и (или) внутри проводов обмотки, а так же заполнение пространств с торцевыми камерами у подшипниковых щитов (в районе лобовых частей обмоток) охлаждающей жидкостью.
В другом изобретении (Патент RU 2025869 (С1), класс Н02К 9/19, Н02К 9/00, Н02К 1/32, опубликован 30.12.1994) также описана принудительная прокачка охлаждающей жидкостью по осевым каналам внутри магнитопровода статора.
Главным недостатком в первом и втором изобретениях является малая площадь соприкосновения охлаждающей жидкости с активными тепловыми частями статора и неравномерное распределение температуры внутри статора.
В изобретении (Патент RU 2223584 (С2), класс Н02К 1/20, Н02К 9/02 опубликован 20.01.2003) описана прокачка охлаждающей жидкости по трубопроводам, охватывающим внешнюю поверхность магнитопровода статора.
Вышеупомянутые способы жидкостного охлаждения имеют ряд недостатков. Наиболее нагреваемым участком статоров электрических машин является зубцовая зона мест расположения обмоток. Удаленность расположения охлаждающей жидкости от зубцовой зоны во втором способе ухудшает интенсивность охлаждения. Кроме того, наличие неизбежных технологических зазоров между трубопроводом с охлаждающей жидкостью и магнитопроводом статора, возникающих вследствие расшихтовки магнитопровода статора, также ухудшают интенсивность охлаждения.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является изобретение (Авторское свидетельство SU 1667201 (А1), класс Н02К 9/19, Н02К 15/00 опубликовано 30.07.1991), где работают гидравлические соединения охладителей электрических машин с водяным охлаждением.
Недостатком данного изобретения является то, что охладительные элементы в виде плоских силуминовых сегментов с залитыми в них змеевиками из стальной нержавеющей трубки имеют низкую теплопроводность и низкую интенсивность системы охлаждения из-за неравномерного распределения температуры за счет технологических зазоров между отдельными сегментами охладительных элементов.
В нашем изобретении улучшение интенсивности охлаждения статоров электрических машин достигается с помощью применения радиальных медных охладителей (фиг.1), где: 1 - медная трубка, внутри которой протекает охлаждающая жидкость; 2 - медный корпус охладителя. Элементы системы жидкостного охлаждения статора электрической машины представлены на (фиг.2), где 1 - медная трубка, внутри которой протекает охлаждающая жидкость; 2 - медный корпус охладителя; 3 - коллектор; 4 - насос; 5 - магнитопровод статора; 6 - контур прохождения охлаждающей жидкости, 7 - теплообменник. Магнитопровод статора разделяется на несколько равных участков по длине (фиг.2). Каждый участок магнитопровода статора без зазора отделяется от соседнего участка медным охладителем с охлаждающей жидкостью. Вне магнитопровода статора все медные охладители с помощью отводных трубок объединяются в единый коллектор 3.
Охлаждающая жидкость под давлением, создаваемым внешним электроприводом насоса 4, подается в единый коллектор 3, из коллектора охлаждаемая жидкость поступает параллельно во все охладители. Подогретая выделяемым теплом статора 5 электрической машины охлаждающая жидкость по медным трубкам попадает в отводную часть коллектора 3, из которого подогретая охлаждающая жидкость поступает во внешний теплообменник 7, и после охлаждения жидкость снова подается во входную часть коллектора 3. Таким образом, система жидкостного охлаждения статора является замкнутой. Система жидкостного охлаждения статора электрических машин основана на принципе параллельного объединения радиальных медных охладителей.
Эффективность работы системы охлаждения увеличивается за счет увеличения площади прикосновения охлаждающей жидкости к активным частям статоров электрических машин, чем больше площадь прикосновения, тем выше интенсивность охлаждения. В наиболее близком аналоге интенсивность охлаждения достигается за счет большего использования охлаждающей жидкости, что требует увеличения затрат.
Существенным отличительным и главным признаком, улучшающим охлаждение в нашем техническом решении, является конфигурация охлаждающей системы, (повторяющая форму магнитной системы статора электрической машины), по которой протекает охлаждающая жидкость.
Технический результат изобретения выражается в наиболее предпочтительном способе изготовления охлаждающей системы, иррозионной резке из листовой меди с последующей фрезировкой канавки под медную трубку 1 (фиг.1), через которую будет протекать охлаждающая жидкость. Далее осуществляется сборка системы охлаждения (фиг.2).
Данное техническое решение может применяться для любых устройств, где требуется интенсивное охлаждение.
Конструктивно медные охладители состоят из двух частей: медного корпуса 2 (фиг.1), имеющего такую же конфигурацию, как и у магнитопровода статора 5 (фиг.2), и медной трубки 1 (фиг.1), вкладываемой в корпус охладителя (фиг.1). Полости между медной трубкой 1 и медным корпусом охладителя 2 (фиг.1) промазываются термопроводящей пастой. Медные охладители (фиг.1) имеют такую же конфигурацию, как и у магнитопровода статора в поперечном сечении.
Наличие одинаковой конфигурации медных охладителей и магнитопровода статора максимально увеличивают площадь теплопередачи от магнитопровода статора к медным охладителям, в том числе и теплопередачу в зубцовой зоне статора. Зона соприкосновения медных охладителей с магнитопроводом статора не связана с участками магнитопровода, где находится расшихтовка листов электротехнической стали. Интенсивность системы охлаждения в предлагаемой конструкции становится эффективнее, чем при использовании других конструкций жидкостной системы охлаждения электрических машин.