СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ
LIQUID-COOLING SYSTEM FOR ELECTRIC MACHINERY STATORS AT AUTONOMOUS OBJECTS

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к жидкостным системам охлаждения электромеханических преобразователей энергии автономных объектов.
Известна электрическая машина с жидкостным охлаждением статора [патент РФ 2283525 С2, Н02К 9/19, 20.04.2006], содержащая корпус с подшипниковыми щитами и установленными в них подшипниковыми узлами, сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали, с обмоткой в его пазах, ротор и размещенную в зазоре между ротором и статором гильзу, герметично и прочно закрепленную в подшипниковых щитах, образуя на периферии машины кольцевое пространство с торцевыми камерами у подшипниковых щитов и активной частью статора посередине, заполненное охлаждающей жидкостью с ее прокачкой через указанное пространство и охлаждением во внешнем теплообменнике, гильза имеет форму тонкостенной цилиндрической оболочки постоянной толщины с наружным диаметром, номинально равным внутреннему диаметру магнитопровода статора по расточке, внутренним диаметром, превышающим наружный диаметр ротора на расчетную величину физического воздушного зазора, и закреплена в подшипниковых щитах путем размещения ее концов в цилиндрических кольцевых зазорах между внутренними поверхностями буртов на подшипниковых щитах, имеющими номинальный диаметр, равный внутреннему диаметру магнитопровода по расточке (наружному диаметру гильзы), и наружными поверхностями замыкающих соединение элементов, выполненных в виде цилиндрических втулок с плоским внешним фланцем со стороны наружного торца машины, номинальный наружный диаметр цилиндрической части втулки равен внутреннему диаметру гильзы, причем внутренние поверхности указанных буртов подшипниковых щитов в пределах осевой длины контакта с наружной поверхностью гильзы имеют проточки, в которых размещены кольцевые деформируемые уплотняющие элементы.
Недостатками данного устройства является низкий КПД, обусловленный замкнутостью системы охлаждения и неравномерностью распределения теплового потока по поверхности статора, а также сложность конструкции, обусловленная применением тонкостенной цилиндрической оболочки.
Известен статор электрической машины [патент РФ 2223584 С2, Н02К 1/20, Н02К 9/02, 20.01.2003], сердечник которого набран из изолированных листов электротехнической стали, при этом на внутреннем диаметре сердечника расположены пазы с обмоткой, а на внешнем диаметре расположены ориентированные вдоль продольной оси статора пазы, в которых размещена обмотка охлаждения в виде зигзагообразного змеевика, при этом пазы на внешнем диаметре сердечника выполнены открытыми, имеют прямоугольную форму, обмотка охлаждения выполнена из трубок прямоугольного сечения и состоит как минимум из двух параллельно соединенных по охлаждающему агенту ветвей, прямолинейные элементы которых расположены в пазах в два слоя, а потоки охлаждающего агента в ветвях направлены по окружности статора навстречу друг другу.
Недостатками данного устройства является ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что лобовые части обмотки статора не охлаждаются, а также снижение интенсивности охлаждения вследствие наличия технологических зазоров между системой охлаждения и внешней поверхностью статора.
Известен статор электрической машины с жидкостным охлаждением [авторское свидетельство SU 1667201 A1, H02K 9/19, Н02К 15/00, 30.07.1991], содержащий сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали, с уложенной в пазы обмоткой, охладительные элементы с выступающими наружу за спинку штуцерами, имеющими на концах кольцевые выступы, соединенные между собой гидравлически при помощи изоляционных водонепроницаемых трубок, насаженных с натягом на штуцер и обжатые снаружи хомутами, причем указанные соединения выполнены из стойкого термопластичного полимера, преимущественно фторопласта.
Недостатком данного изобретения является низкая интенсивность охлаждения, вызванная неравномерным распределением температуры ввиду технологических зазоров между отдельными сегментами охладительных элементов, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что лобовые части обмотки статора не охлаждаются.
Известна система охлаждения статора электрической машины [патент РФ №2223584, Н02К9/08, Н02К1/20, 20.02.2005], содержащая сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали, с уложенной в пазы обмоткой и образованными с помощью дистанционных распорок вентиляционными каналами, сообщающимися с пространством между спинкой статора и корпусом, пазы снабжены подпазовыми каналами, сообщающимися с пространством за торцевыми частями сердечника, а в вентиляционных каналах установлены U-образные дистанционные распорки, боковые образующие которых обращены в сторону расточки статора и охватывают подпазовые каналы и пазы.
Недостатком данного изобретения является низкая интенсивность системы охлаждения, вызванная применением в качестве хладагента воздуха.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является система жидкостного охлаждения статоров [патент РФ №2439768, Н02К 9/19, Н02К 1/12, 10.06.2011], содержащая корпус, сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали, с обмоткой в его пазах, охладители, каждый из которых состоит из трубки, внутри которой протекает охлаждающая жидкость, и корпуса охладителя, система жидкостного охлаждения статоров снабжена охладителями, каждый из которых состоит из медного корпуса охладителя и медной трубки, вложенной в корпус охладителя, насосом, коллектором, причем каждый охладитель с охлаждающей жидкостью размещен без зазора между участками магнитопровода статора, разделенного по длине, при этом насос соединен с коллектором, выполненным с возможностью подачи охлаждающей жидкости параллельно во все охладители, а охладители выполнены с возможностью поступления подогретой, выделяемой теплом статора электрической машины, охлаждающей жидкости по медным трубкам в отводную часть коллектора, причем коллектор соединен с теплообменником, который выполнен с возможностью подачи после охлаждения жидкости снова во входную часть коллектора.
Недостатком данного изобретения являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что лобовые части обмотки статора не охлаждаются, сложность конструкции и потери хладагента на испарения, обусловленные замкнутостью.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей, обусловленных введением охлаждения лобовых частей сердечника статора электромеханического преобразователя энергии и надежности электрических машин.
Техническим результатом является повышение интенсивности охлаждения, а также создание равномерного теплового потока по поверхности статора и минимизация потерь хладагента.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в системе охлаждения статора электрических машин, содержащей корпус, сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали, с обмоткой в его пазах, охладители, насос и коллектор, согласно изобретению охладители выполнены в виде цилиндра со спиралевидными каналами, плотно прилегающего ко всей внешней поверхности сердечника статора, торцевые поверхности охладителей гидравлически связаны с двумя коллекторами выполнеными в виде полого цилиндра с отверстием, внутри коллекторов находятся лобовые части электрической машины, причем коллекторы герметично прикреплены к торцевым поверхностям сердечника статора таким образом, что радиус отверстия коллектора соответствует радиусу внутренней расточки сердечника статора, а внешний радиус коллектора соответствует внешнему радиусу охладителей.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид системы охлаждения статора электромеханических преобразователей энергии. На фиг.2 изображен поперечный разрез системы охлаждения статора электромеханических преобразователей энергии. На фиг.3 изображен внешний вид коллектора. На фиг.4 изображенна схема циркуляции хладагента.
Предложенное устройство содержит сердечник статора, набранный из изолированных листов электротехнической стали 1 (фиг.1), с обмоткой в пазах 2 (фиг.2) и лобовыми частями 3, охладители выполнены в виде цилиндра со спиралевидными каналами 4 плотно прилегающего ко всей внешней поверхности сердечника статора 1, установленные в корпусе 5, гидравлически соединенные с первым коллектором 6 и вторым коллектором 7 (фиг.3), в которых располагаются лобовые части 3, входные штуцеры 8, установленные на первом коллекторе 6 и втором коллекторе 7, гидравлически соединенные с насосом 9, и выходной штуцер 10, установленный на поверхности охладителей в виде цилиндра со спиралевидными каналами 4.
Система жидкостного охлаждения статоров электрических машин автономных объектов работает следующим образом: насос 9 прокачивает через входные штуцеры 8 хладагент, в качестве которого выступает топливо, через входные штуцеры 8 одновременно поступает в первый коллектор 6 и второй коллектор 7, в которых установлены лобовые части 3, омывая лобовые части хладагент с первого и второго коллекторов поступает в охладители, выполненные в виде цилиндра со спиралевидными каналами 4, причем поток хладагента от первого коллектора и от второго протекает встречно и вытекает через выходной штуцер 10 в топливную систему (фиг.4).
Итак, заявляемое изобретение позволяет охлаждать лобовые части сердечника статора электрических машин автономных объектов и повысить надежность электромеханических преобразователей энергии.
В результате устройство система жидкостного охлаждения статоров электрических машин автономных объектов позволяет повысить интенсивность охлаждения, а также создать равномерный тепловой поток по поверхности статора и минимизировать потери хладагента.