Система охлаждения стартера-генератора силовой установки транспортного средства
COOLING SYSTEM OF STARTER-GENERATOR OF POWER PLANT OF VEHICLE

Изобретение относится к оборудованию транспортного средства, а именно к стартеру-генератору силовой установки, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания с системами, обеспечивающими его работу (топливоподачи, смазки, охлаждения, воздухопитания, выпуска отработавших газов и др.) для снабжения потребителей электроэнергией транспортного средства, в частности, военной гусеничной машины и касается обеспечения надежного охлаждения упомянутого стартера-генератора в процессе эксплуатации.
Техническая проблема - обеспечение надежного воздушного охлаждения электрического оборудования, в частности, стартера-генератора, расположенного в моторно-трансмиссионном отделении (МТО) транспортного средства.
Технический результат - повышение эффективности охлаждения стартера-генератора системы электроснабжения транспортного средства, в частности, военной гусеничной машины при работе внутри замкнутого, значительно нагретого объема моторно-трансмиссионного отделения упомянутой гусеничной машины, повышение отдаваемой электрической мощности и КПД стартера-генератора, повышение стабильности работы системы электроснабжения, улучшение эксплуатационных характеристик военной гусеничной машины при возрастающем количестве и мощности потребителей электроэнергии транспортного средства.
Стартер-генератор - это универсальная электромашина, являющаяся частью системы энергоснабжения транспортного средства и предназначенная для пуска двигателя, а также для обеспечения электрической энергией потребителей при работе двигателя. Совмещение функций стартера и генератора в одной электромашине, каковой является стартер-генератор, позволило достичь уменьшения габаритов стартера-генератора по сравнению с раздельно выполненными стартером и генератором [1].
Увеличение количества и мощности потребителей электроэнергии в военной гусеничной машине потребовало увеличения отдаваемой мощности в режиме генератора, что привело к повышению теплоотдачи и температуры деталей стартера-генератора при работе в тяжелых условиях МТО транспортного средства, отличающегося высокой плотностью компоновки и высокими температурами воздуха и окружающих стартера-генератор деталей и узлов в МТО.
Широко распространены варианты электрического оборудования транспортного средства, оснащенного системами охлаждения, в частности, вентиляторными установками, различными направляющими аппаратами, кожухами, патрубками, конструктивными элементами ротора, статора, корпуса, несущими функцию движения, закручивания, эжектирования потоков воздуха, газа, текучей среды и, как следствие, охлаждения электрической машины.
Патентный поиск по теме выявил группу изобретений [2], [3], [4], решающих техническую задачу - воздушное охлаждение электрических машин. Их объединяет наличие кожухов, патрубков и других элементов, осуществляющих направленный поток на охлаждаемые элементы электрического оборудования. Так, изобретение [2] предлагает для охлаждения генератора использовать помимо вала со сквозным отверстием патрубки угловой формы с отверстиями разного диаметра, что позволит повысить расход охлаждающего хладагента (воздуха). Но сам же патентообладатель сообщает о теоретическом посыле данного предложения. Изобретение [3] защищает оригинальный способ воздушного охлаждения электрической машины, заключающийся в различных режимах вращения вентилятора в зависимости от режима работы генератора, но предназначенное для стационарных установок электрооборудования.
Техническое решение, защищенное патентом [4], позволяет решить заявленную задачу - повысить эффективность работы узла вентилятора. Но используемые для организации движения охлаждающего газа (или воздуха) каналы громоздки и не впишутся в ограниченный объем моторно-трансмиссионного отделения военной гусеничной машины. Более того, охлаждающий воздух нагнетают по оси электрической машины, что предполагает больший габарит оборудования в сравнении с тангенциальным подводом газа-охладителя.
В качестве прототипа заявителем выбрана система охлаждения стартера-генератора, установленного на военную гусеничную машину танк Т-72. В источнике [5] приведены сведения о конструкции упомянутого оборудования для танка Т-72. Воздух для охлаждения стартера-генератора забирается из стеллажа с радиаторами. Для очистки воздуха от пыли в трассе подвода воздуха установлена инерционная решетка, в которой воздух очищается от пыли и поступает по подводящему трубопроводу в корпус стартера-генератора. Принцип охлаждения стартера-генератора военной гусеничной машины описан в доступных источниках, например, [6]. Охлаждение осуществляется за счет продува через него воздуха вентилятором центробежного типа, расположенным в корпусе стартера-генератора. Засасываемый через патрубок корпуса воздух охлаждает поверхность коллектора, щетки, щеткодержатели, соединительные шины, полюса, якорь и его обмотки. Нагретый воздух выбрасывается вентилятором наружу.
По мере совершенствования и увеличения технического оснащения современного транспортного средства увеличивается количество и мощность потребителей электрической энергии, при этом бортовая электромашина, каковой является стартер-генератор, испытывает значительные тепловые нагрузки и требует более интенсивного охлаждения, вследствие чего существующая схема воздушного охлаждения танка Т-72 не гарантирует качественного охлаждения электромашины в тяжелых условиях эксплуатации танка при ее работе внутри замкнутого, значительно нагретого объема моторно-трансмиссионного отделения военной гусеничной машины.
Заявитель предлагает техническое решение для осуществления охлаждения стартера-генератора в условиях возросших требований к работе оборудования. Заявленная система охлаждения стартера-генератора позволила снизить температуру корпуса и обмоток статора генератора, что обеспечило при высокой температуре окружающего воздуха увеличение отдаваемой электрической мощности до 20% при работе стартера-генератора в генераторном режиме.
Размещение системы охлаждения стартера-генератора в моторно-трансмиссионном отделении транспортного средства представлена на Фиг. 1, позиции на которой обозначают элементы оборудования:
- двигатель 1 внутреннего сгорания;
- стеллаж 11 с радиаторами 7 охлаждения охлаждающей жидкости и масла;
- крыша 8 моторно-трансмиссионного отделения с входными жалюзи 6, являющихся частью баллистической защиты;
- вентилятор 9 охлаждения силовой установки, включающей в себя двигатель поз.1 с системами, обеспечивающими его работу (топливоподачи, смазки, охлаждения, воздухопитания, выпуска отработавших газов и др.);
- выходные жалюзи 10;
- стартер-генератор 13 воздушного охлаждения;
- инерционная решетка 3 для очистки воздуха от пыли, песка и др.;
- воздуховод 2 подвода охлаждающего воздуха к стартеру- генератору;
- кожух 12, установленный с зазором относительно наружной поверхности корпуса стартера-генератора;
- воздушная полость 5 между входными жалюзи и радиаторами охлаждения;
- щиток 4 забора воздуха из полости 5 через приемный патрубок 20.
На Фиг. 2 «Система охлаждения стартера-генератора силовой установки транспортного средства» обозначено:
- радиаторы 7 охлаждения;
- приемный патрубок 20 инерционной решетки;
- приемный патрубок 16 дополнительного воздуховода внешнего кожуха стартера-генератора 13;
- воздуховод 2 подвода воздуха к стартеру-генератору;
- резиновые уплотнения 14, 15;
- стартер-генератор 13;
- отверстия 17 для выхода нагретого воздуха из вентилятора стартера-генератора;
- корпус стартера-генератора с приемным патрубком 19.
Фиг. 3 представляет собой вариант компоновки кожуха 12а стартера-генератора 13. Кожух может быть выполнен замкнутым, разъемным (разрез А-А, Фиг. 2), выполнен из материала с высоким термическим сопротивлением, выполнен одно-, двухслойным, выполнен не перекрывающим отверстия выхода охлаждающего воздуха из корпуса стартера-генератора.
Фиг. 4 поясняет месторасположение инерционной решетки 3а и ее приемного патрубка 20а в МТО транспортного средства в случае забора воздуха для охлаждения стартера-генератора на вход инерционной решетки через ограждающую поверхность МТО.
Фиг. 5 иллюстрирует размещение второй инерционной решетки 3b в приемном патрубке 16b воздуховода 18b внешнего кожуха.
Фиг. 6 иллюстрирует вариант воздуховодов 2c и 18c, которые обеспечивают подачу очищенного воздуха внутрь стартера-генератора и неочищенного воздуха к кожуху 12c стартера-генератора из одной инерционной решетки 3с.
Пример осуществления работы заявленной системы охлаждения стартера-генератора силовой установки транспортного средства:
При работе двигателя 1 военной гусеничной машины наружный воздух поступает через входные жалюзи 6 в крыше 8 МТО над радиаторами 7, и далее, через отверстия в боковой стенке стеллажа 11 радиаторов, отгороженные щитком 4, поступает в два приемных патрубка 16 и 20, снабженных уплотнениями 14 и 15. Через патрубок 20 воздух поступает в инерционную решетку 3, где очищается от частиц пыли и песка, и далее по трубопроводу 2 всасывается внутрь корпуса стартера-генератора 13, проходит к противоположному концу корпуса вдоль ротора, охлаждая стартер-генератор изнутри, и выбрасывается через отверстия 17 вентилятором наружу корпуса, в МТО военной гусеничной машины.
Через патрубок 16 наружный воздух без очистки поступает по трубопроводу 18 в пространство между корпусом стартера-генератора и кожухом 12, установленным с зазором от корпуса, охлаждая стартер-генератор снаружи в районе наиболее горячей части корпуса - статора стартера-генератора, после чего охлаждающий воздух выходит в МТО военной гусеничной машины.
Далее, воздух, охладивший стартер-генератор, смешавшись с воздухом, прошедшим через радиаторы системы охлаждения, удаляется из МТО вентилятором 9 системы охлаждения силовой установки военной гусеничной машины.
Таким образом, в результате осуществления системы охлаждения стартера-генератора силовой установки транспортного средства получен технический результат - повышение эффективности охлаждения электрического стартера-генератора системы электроснабжения военной гусеничной машины при работе в МТО упомянутой гусеничной машины, повышение отдаваемой электрической мощности стартера-генератора, повышение стабильности работы системы электроснабжения, улучшение эксплуатационных характеристик военной гусеничной машины при возрастающем количестве и мощности потребителей электроэнергии.
Литература:
1. Зимин Ю. и др. Электроспецоборудование танка Т-72. Учебное пособие. Омский государственный технический университет. Военная кафедра. Омск, 1999 г. С. 66.
2. Литвиненко А.М. и Пеньшин В.Я. Синхронный генератор. Патент №2321937. МПК H02K 9/04, H02K 19/20. Приоритет 17.07.2006 г. Публ. 10.04.2008 г., бюлл. №10. Патентообладатель Воронежский государственный технический университет. Патент не действует.
3. Квиринг Ш. (DE) и др. Электрическая машина с воздушным охлаждением. Патент №2570066. МПК H02K 9/06, H02K 7/108. Приоритет от 12.01.2012 г. Публ. 10.12.2015 г. Бюлл. №34. Конвенционный приоритет 12.01.2011 г. DE. Публ. 20.07.2013 г. Патентообладатель Форд Глобал Текнолоджис (US). Патент действует.
4. Антонюк О.В. и др. Узел осевого вентилятора электрической машины. Патент №2523444. МПК H02K 9/04. Приоритет от 10.01.2013 г. Публ. 20.07.2014 г. Бюлл. №20. Патентообладатель ОАО «Силовые машины», СПб. Патент действует.
5. Танк Т-72А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Книга первая. М., Воениздат, 1986 г. с. 33. [Электронный ресурс]. URL: http://caxapa.ru/thumbs/730631/tehbrone206.pdf. (Дата обращения 18.09.2020 г.).
6. Техническое описание танка Т-64. Коллектив авторов. Воениздат, М., 1969 г., с. 497.