ТЕПЛООБМЕННИК СИСТЕМЫ ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к теплообменникам систем жидкостного охлаждения линейных электрических машин и может быть использована в машиностроении.
Одним из наиболее перспективных методов увеличения силы в линейной электрической машине является жидкостное охлаждение. Применение жидкостного охлаждения увеличивает продолжительную тяговую силу машины примерно в полтора-два раза (см., например, каталог компании Kollmorgen, PLATINUM DDL, November 2004. ).
Известен теплообменник системы жидкостного охлаждения линейной электрической машины компании ETEL (Швейцария) (ETEL Doc. Installation manual # LM 912/Ver.A/23/1/02, c. 29), принятый за прототип. Теплообменник в составе системы жидкостного охлаждения обеспечивает в продолжительном режиме работы электрической машины температуру обмоток якоря не выше +120°С. Теплообменник системы охлаждения линейной электрической машины выполнен в виде трубчатого змеевика с входным и выходным патрубками и звеньями, предназначенными для размещения в пазах магнитопровода якоря в контакте с обмотками линейной электрической машины. Материал теплообменника - медь. В качестве охлаждающей жидкости используется вода с добавлением антикоррозионных агентов. Теплообменник и катушки залиты в блок теплопроводящим компаундом.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- использование дорогостоящих материалов (медь);
- сложность технологии изготовления и установки медного теплообменника; необходимость электрической изоляции теплообменника;
- замыкание вихревых токов в материале теплообменника, что снижает тяговую силу машины;
- для предотвращения коррозии меди требуется добавление в охлаждающую воду специальных дорогостоящих антикоррозийных добавок;
- наличие обязательного слоя изоляции с низкой теплопроводностью между фазными катушками и теплообменником;
- малую площадь контакта плоских поверхностей катушек с теплообменником круглого сечения (вдоль линии касания цилиндра к плоскости);
- неравномерность контакта поверхностей фазных катушек с теплообменником из-за неровностей формы теплообменника, изготовленного из достаточно твердого и неэластичного материала, а при более сильном прижиме фазной катушки к теплообменнику возможен пробой изоляции.
Вышеперечисленные недостатки теплообменника свидетельствуют о его низкой эффективности, следствием чего являются низкая эффективность работы и высокая стоимость линейной электрической машины.
Задачей полезной модели является разработка эффективного теплообменника системы охлаждения линейных электрических машин, позволяющего обеспечить стабильный теплообмен при исключении негативных воздействий на охлаждаемые элементы линейной электрической машины.
Технический результат - повышение эффективности теплообменника.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в теплообменнике системы жидкостного охлаждения линейной электрической машины, выполненном в виде трубчатого змеевика, предназначенного для размещения в пазах магнитопровода якоря в контакте с фазными обмотками линейной электрической машины, змеевик выполнен из теплопроводящего силикона так, что 4Т/π≥D≥Т, где D - диаметр трубки змеевика; Т - ширина паза магнитопровода якоря.
Полезная модель поясняется изображениями, где на:
Фиг. 1 - вид системы охлаждения линейной электрической машины в сборе сверху;
Фиг. 2 - вид системы охлаждения линейной электрической машины в сборе сбоку;
Фиг. 3 - вид Б на Фиг. 2.
Сущность полезной модели заключается в том, что:
- для теплообменника используется недорогая стандартная силиконовая трубка, например из полиэтилсиликона марки МАИ-1, эластичность которой позволяет легко делать прокладку теплообменника в пазах магнитопровода. Нет необходимости в электрической изоляции теплообменника, т.к. силикон сам является изолятором;
- нет замыкания вихревых токов в материале теплообменника, что не снижает тяговую силу машины;
- отсутствие коррозии материала теплообменника, что позволяет использовать в качестве охлаждающей жидкости простую воду без антикоррозионных добавок;
- повышен эффективный теплообмен по следующим факторам:
- отсутствие слоя изоляции с низкой теплопроводностью между катушками и теплообменником;
- за счет прижима фазных катушек к эластичной трубке увеличена площадь контакта плоских поверхностей катушек с теплообменником;
- отсутствие неравномерности контакта поверхностей катушек с теплообменником за счет увеличенной площади и плотности прилегания стенки трубки из эластичного материала к плоской поверхности катушек.
Система охлаждения линейной электрической машины содержит магнитопровод якоря 1 с фазными катушками 2 и теплообменник в виде змеевика 3 из силиконовой трубки, например из полиэтилсиликона марки МАИ-1. Витки змеевика 3 уложены в пазы 4 магнитопровода якоря 1, первый виток которого соединен с входным штуцером (на изображениях не показан), а последний виток - с выходным штуцером (на изображениях не показан). Установленные на зубьях магнитопровода якоря 1 фазные катушки 2 плотно прижаты, например, при помощи клиньев (на изображениях не показаны), к змеевику 3. При этом, за счет деформации эластичной трубки змеевика 3 увеличивается площадь контакта ее стенок с плоской поверхностью фазной катушки - наиболее нагруженного в тепловом отношении элемента линейной электрической машины (см. Фиг. 2). Между фазной катушкой 2 и трубкой теплообменника (змеевиком 3) нет слоя электрической изоляции.
Эксплуатация заявленного теплообменника в составе системы охлаждения линейной электрической машины осуществляется так же, как и в прототипе. При этом, опытным путем установлено, что заявленный технический результат, выраженный в повышении эффективности теплообменника за счет улучшения теплообмена между змеевиком 3 и в большей степени - фазными катушками 2 - проявляется при соблюдении условия 4Т/π≥D≥Т. Это можно объяснить тем, что при D<Т резко ухудшается контакт змеевика 3 с поверхностью пазов 4 магнитопровода якоря 1, а при D>4T/π относительная площадь контактной зоны змеевика 3 с поверхностью пазов 4 магнитопровода якоря 1 существенно увеличивается при уменьшении относительной площади его контактной зоны с фазными катушками 2. График 5 значения температуры фазной катушки в зависимости от диаметра змеевика 3 в сравнении со значением 6 температуры по прототипу при прочих равных условиях, представленный на Фиг. 4, свидетельствует о достижении лучших по охлаждению линейной электрической машины параметров именно при соблюдении заявленного диапазона. При этом отмечено повышение эффективности теплообмена до 7-12%, а за счет отсутствия замыкания вихревых токов в материале теплообменника потребление энергии линейной электрической машиной снижается до 3-7%.
Вышеизложенное свидетельствует о том, что поставленная задача - разработка эффективного теплообменника системы охлаждения линейных электрических машин, позволяющего обеспечить стабильный теплообмен при исключении негативных воздействий на охлаждаемые элементы линейной электрической машины - решена, а заявленный технический результат - повышение эффективности теплообменника - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к теплообменникам систем жидкостного охлаждения линейных электрических машин, и может быть использован в машиностроении;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.