METHOD AND DEVICE FOR COOLING ROTOR AND ELECTRIC MOTOR OF SMOKE EXHAUSTER
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОХЛАЖДЕНИЯ РОТОРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЫМОСОСА

Изобретение относится к вентиляторостроению, а именно к вентиляторам для горячих газов.
Известен «ВЕНТИЛЯТОР ГОРЯЧЕГО ПОТОКА С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ» CN 2370324 [2], включающий рабочее колесо 1, расположенное ниже вентилятора 2 и отражающей пластины охлаждения 11, вентилятор 2 и отражающая пластина 11 объединены в один узел.
Недостатком устройства является низкая эффективность охлаждения, обусловленная низким коэффициентом теплопередачи от нагретого вала в окружающий воздух.
Наиболее близким техническим решением является «ВЕНТИЛЯТОР ДЛЯ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ» SU 1209938 [1], содержащий круглую пластину (диск) для установки на валу, соединяющем двигатель и высокотемпературный приемник механической вращательной энергии.
Устройство обладает повышенной эффективностью по сравнению с [2] благодаря кольцевым нарифлениям.
Недостатком является низкая эффективность охлаждения, обусловленная недостаточным обдувом диска окружающим воздухом. Недостатком также является низкая технологичность и повышенный вес устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения, технологичности и снижение веса.
Технический результат достигается тем, что способ охлаждения ротора и электродвигателя дымососа, включающий соосное закрепление диска (из теплопроводного материала) на валу, соединяющем двигатель и высокотемпературный приемник механической вращательной энергии, характеризуется тем, что диск выполняют в форме плоской пластины, плоскость которой перпендикулярна направлению вала, а в диске изготавливают минимум два отверстия.
Устройство охлаждения ротора и электродвигателя дымососа, содержащее диск, соосно закрепленный на валу, соединяющем двигатель и высокотемпературный приемник механической вращательной энергии, характеризуется тем, что диск выполнен в форме плоской пластины и содержит минимум два отверстия.
Устройство может содержать воздухонаправляющую улитку для формирования потока нагретого воздуха.
Количество круглых пластин с отверстиями может быть более двух, причем они установлены на валу параллельно. Увеличение количества пластин позволит увеличить интенсивность охлаждения вала.
Отверстия могут быть каплевидной формы, расположены осесимметрично. Указанное выполнение высокотехнологично и позволит избежать дисбалансировки вала.
Устройство схематически показано на фиг. 1 (продольный разрез), фиг. 2 (поперечный разрез диска), фиг. 3 (общий вид), фиг. 4 (форма отверстия), где:
1 - двигатель;
2 - вал;
3 - приемник механической энергии;
4 - диски;
5 - отверстия;
6 - узел крепления диска к валу;
7 - улитка.
Устройство действует следующим образом: двигатель 1 вращает вал 2, на котором закреплен приемник механической энергии 3, например лопасти вентилятора горячего воздуха, например дымососа. На валу 2 посредством цангового узла крепления 6, который выполнен из теплопроводных материалов, например сплавов меди или алюминия, закреплены диски 4. На дисках 4 выполнены отверстия 5. Отверстия необходимы в количестве не менее двух для соблюдения баланса диска. Для организации потока воздуха может использоваться улитка 7.
При вращении вала двигателя цанговый узел крепления дисков, закрепленный на нем, передает тепло от вала на диски 4. Через отверстия 5 в дисках поступает воздух на их охлаждение. Воздух засасывается через отверстия за счет действия центробежных сил и сил трения, которые возникают между дисками и воздухом, и движется от вала между дисками к их периферии, отбирает тепло за счет многократного соприкосновения молекул воздуха с дисками, нагревается и выбрасывается наружу. Диски с отверстиями начинают работать как вентилятор, прокачивающий воздух через самих себя, от вала по поверхности дисков наружу. Воздух в этом случае очень интенсивно двигается от центра вала к его периферии и более эффективно охлаждает диски с отверстиями и вал двигателя дымососа не только за счет его большего количества, но и также за счет увеличения площади контакта воздуха с дисками. Этого не происходит при отсутствии отверстий в дисках, т.к. из-за высоких температур увеличивается длина свободного пробега молекул воздуха, которые нагреваются от вала и дисков, падает его плотность и между дисками у вала возникает зона разряжения воздуха и снижается интенсивность охлаждения вала. Разряжение воздуха у вала также возникает за счет действия на молекулы воздуха центробежных сил, которые стараются выбросить их из центральной части на периферию дисков, что мешает поступлению холодного воздуха к валу между дисками. В этом случае охлаждение вала и дисков без отверстий осуществляется только за счет конвекционных потоков воздуха, движущихся от вала по поверхности дисков, и оно менее эффективно, т.к. с одной стороны эти конвекционные потоки со стороны дисков тормозят встречный холодный центральный поток воздуха, направленный к валу двигателя между дисками, а с другой стороны, этот холодный поток тормозят еще, как указано выше, и центробежные силы, стараясь вытолкнуть его наружу за пределы дисков, что резко снижает количество охлаждающего воздуха, поступающего в центральную, наиболее горячую часть дисков. Именно по этой причине теплообмен без отверстий во вращающихся дисках затруднен и менее эффективен.
Отвод тепла при помощи вращающихся дисков с отверстиями напрямую зависит от их площади и от их толщины (эффективного сечения), что необходимо для обеспечения их теплопроводности (для передачи потока тепла внутри дисков от центра к периферии) и их механической прочности при вращении. При использовании в качестве материалов для дисков легких и хорошо теплопроводных сплавов, например алюминиевых, приводит к снижению их веса за счет изготовления их из очень тонких пластин (около 1,0 мм). Форма отверстий не обязательно должна быть круглой. Наиболее эффективной является форма отверстий в виде «капли», изображенная на фиг. 3. Эта форма отверстий позволяет сохранить оптимальный баланс между толщиной диска, его механической прочностью, что обеспечивает хорошую передачу тепла от вала к диску, не уменьшая плотность потока тепла в сечении диска вблизи у вала, где уменьшается его диаметр и объективно мало места для круглых отверстий, это требует вытягивания их в каплю, ориентируя ее острием к центру вала.
Технический результат - повышение эффективности охлаждения достигается увеличением интенсивности контакта воздуха с диском с отверстиями. Технический результат - повышение технологичности достигается упрощением изготовления - достаточно в пластине изготовить нескол. Технический результат - снижение веса достигается возможностью изготовления из достаточно тонкой пластины при удовлетворительном охлаждении.
Промышленное применение. Изобретение может с успехом применяться для производства и эксплуатации охладителей вала двигателей для привода с высокотемпературной механической нагрузкой, например ротора дымососа.