УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЩЕТОЧНО-КОНТАКТНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к электромашиностроению, в частности к узлам токосъема электрических машин, а именно к устройству охлаждения щеточно-контактного аппарата (ЩКА).
В настоящее время хорошо известны и широко применяются устройства воздушного охлаждения щеточно-контактного аппарата, в которых охлаждающий воздух подается к щеточно-контактному аппарату под действием разрежения, создаваемого вентилятором. Охлаждающий воздух засасывается прямо из помещения, в котором установлена электрическая машина.
Известно устройство для охлаждения щеточно-контактного аппарата турбогенератора, которое содержит щеточно-контактный аппарат, размещенный в собственном корпусе, воздухозаборный элемент, через который охлаждающий воздух подается к щеточно-контактному аппарату, и вентилятор, установленный на вал ротора и предназначенный для обеспечения циркуляции охлаждающего воздуха через щеточно-контактный аппарат. Воздухозаборный элемент выполнен в виде отверстий в корпусе щеточно-контактного аппарата, через которые из машинного зала засасывается охлаждающий воздух (Иноземцев Е.К. Ремонт турбогенераторов ТГВ-200 и ТГВ-300. М., «Энергия», 1977. - стр. 6, рис. 1). Известное устройство охлаждения ЩКА эффективно решает задачу охлаждения элементов ЩКА, однако оно имеет существенный недостаток, способный, при определенных условиях, приводить к критическим последствиям: повреждению элементов ЩКА - контактных колец из-за возникновения сильного искрения в местах их контакта со щетками и даже, в конечном итоге, к аварийному отключению турбогенератора от сети.
Проблема неудовлетворительной работы скользящего контакта ЩКА объясняется влиянием влажности воздуха на работу скользящего контакта ЩКА (Лившиц П.С. «Справочник по щеткам электрических машин». М.: Энергоатомиздат, 1983 г., стр. 155-157). В справочнике отмечается, что для обеспечения нормальной работы скользящего контакта особую роль играет присутствие влаги в окружающей атмосфере, при недостаточном количестве влаги в атмосфере работа скользящего контакта нарушается, катастрофически изнашиваются щетки, нарушается коммутация.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении эксплуатационной надежности щеточно-контактного аппарата электрической машины за счет увлажнения воздуха, подаваемого на охлаждение щеточно-контактного аппарата.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для охлаждения щеточно-контактного аппарата электрической машины содержит щеточно-контактный аппарат, вентилятор, предназначенный для обеспечения циркуляции охлаждающего воздуха через щеточно-контактный аппарат, и воздухозаборный элемент. Воздухозаборный элемент выполнен в виде патрубка (воздуховода), имеющего входное окно, предназначенное для забора воздуха из помещения, и выходное окно, сообщающееся с щеточно-контактным аппаратом. В патрубке после входного окна установлена открытая емкость.
Предлагаемая конструкция устройства для охлаждения щеточно-контактного аппарата отличается от известного устройства тем, что воздухозаборный элемент выполнен в виде патрубка, имеющего входное окно и выходное окно, при этом в патрубке после входного окна установлена открытая емкость, в которую при работе электрической машины заливается вода, а выходное окно патрубка сообщается с щеточно-контактным аппаратом. Такое конструктивное выполнение устройства для охлаждения ЩКА электрической машины позволяет получить увлажнение воздуха на входе в ЩКА.
Для большей интенсификации процесса испарения воды с поверхности над открытой емкостью может быть установлен дополнительный элемент, предназначенный для поджатия воздуха к поверхности воды.
На чертеже показан фрагмент предлагаемого устройства для охлаждения ЩКА.
Устройство для охлаждения щеточно-контактного аппарата электрической машины содержит вентилятор (на чертеже не показан), который обеспечивает движение охлаждающего воздуха через щеточно-контактный аппарат (на чертеже не показан). Вентилятор может быть установлен как на валу ротора электрической машины, так и выполнен в виде отдельно стоящего модуля с собственным приводом. Для подачи охлаждающего воздуха к щеточно-контактному аппарату имеется воздухозаборный патрубок 1, который имеет входное окно 2, выходящее в машинный зал (помещение). Во входном окне 2 патрубка 1 может быть установлена защитная решетка или сетка для защиты от попадания посторонних предметов, либо воздушный фильтр для защиты от пыли, содержащейся в воздухе машинного зала. После входного окна 2 в патрубке 1 установлена открытая емкость 3 для воды, к нижней части которой подведена труба 4 для наполнения и слива воды. Также для повышения надежности и безопасности устройства в открытой емкости 3 может быть установлена переливная труба 5, исключающая переполнение открытой емкости 3 и попадание воды к элементам ЩКА при неисправности системы подачи и слива воды.
Для большей интенсификации процесса испарения воды с поверхности над открытой емкостью 3 может быть установлен элемент, предназначенный для поджатия воздуха к поверхности воды, выполненный, например, в виде обтекателя 6.
В общем случае в сечении патрубка 1 могут быть расположены, например, три зоны, различающиеся по конструкции и функциональному назначению. Размеры зон 7, 8 и 9 могут быть равными или отличаться. Доля площади каждой зоны в общем сечении патрубка 1 определяется при проектировании с учетом имеющихся массогабаритных ограничений и минимально необходимой площади поверхности испарения воды.
Открытая емкость 3 для воды обычно располагается в зоне увлажнения 7, при этом одна из зон 8 или 9, либо обе этих зоны, не участвующие в увлажнении, могут отсутствовать.
Зона 8 может быть использована для пропускания части расхода воздуха в обход зоны увлажнения 7 в случае, если проход всего объема воздуха над водой приведет к очень высокой скорости воздуха, высокому сопротивлению системы и угрозе сноса капель воды к элементам ЩКА. При необходимости использования зоны 8 для обеспечения равномерного поля скорости потока по всему сечению входного окна 2 и расчетного соотношения расходов воздуха между рабочими зонами 7, 8 и 9 в зоне 8 может быть смонтирована грубая сетка (решетка) 10 с гидравлическим сопротивлением, равным сопротивлению при проходе воздуха через зону увлажнения 7.
С целью нагрева воды, остывающей в процессе испарения, воздухом, проходящим под емкостью 3, может быть использована зона 9 для пропускания части потока воздуха, всасываемого через входное окно 2 патрубка 1, по каналу 11, расположенному под емкостью 3 с водой. Наружная поверхность дна емкости 3, расположенная в канале 11, для интенсификации теплообмена может быть выполнена с оребрением. Форма и размеры канала 11 зоны 9 под емкостью 3 с водой выбираются таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление при прохождении потока под емкостью 3 с водой было равным сопротивлению при проходе воздуха через зону увлажнения 7.
Для интенсификации испарения емкость 3 может заполняться нагретой водой, например, из бойлера.
Для интенсификации испарения может быть организован подогрев воды в емкости 3 с помощью погружного электронагревателя, установленного в емкости 3 ниже поверхности воды, либо с помощью накладного электронагревателя, прикрепленного снаружи к днищу емкости 3.
Уровень воды в емкости 3 может контролироваться с помощью датчика уровня (датчик уровня на чертеже не показан). Датчик уровня может быть выполнен поплавкового или любого иного типа.
В нижней стенке 12 патрубка 1, над которой смонтирована емкость 3 с водой, в целях безопасности может быть установлена дренажная трубка 13 для слива воды, стекающей из емкости 3 при появлении в ней течи. При этом форма и расположение емкости 3 относительно нижней стенки 12 патрубка 1 выбираются таким образом, чтобы при образовании течи в любой точке емкости 3 вся вытекающая из нее вода попадала бы только на нижнюю стенку 12 патрубка 1 и затем сливалась в дренажную трубку 13.
Патрубок 1 имеет выходное окно, выполненное в виде выходного фланца 14, через который охлаждающий воздух поступает к элементам ЩКА.
При работе электрической машины под действием перепада давления, создаваемого вентилятором, например, насаженным на вал ротора, охлаждающий воздух засасывается из помещения через входное окно 2, содержащее защитную сетку или воздушный фильтр, в патрубок 1, далее проходит над поверхностью воды, налитой в емкость 3, и выходит через выходное окно, выполненное в виде выходного фланца 14, в щеточно-контактный аппарат.
При установке обтекателя 6 обеспечивается дополнительное поджатие воздушной струи к поверхности воды и ускоренное движение воздушного потока над поверхностью воды, что позволяет интенсифицировать процесс испарения воды с поверхности.
В случае организации зон 8 и 9 воздушные потоки, проходящие через них, смешиваются с воздушным потоком, проходящими через зону увлажнения 7, и затем воздух выходит из патрубка 1 через фланец 14 и направляется на охлаждение элементов ЩКА.
Объем воды в емкости 3 контролируется датчиками и поддерживается на необходимом уровне с требуемой точностью путем своевременного пополнения или слива воды через трубу 4.
Таким образом, за счет применения данной системы увлажнения в щеточно-контактный аппарат поступает охлаждающий воздух с более высоким влагосодержанием, чем в машинном зале, что обеспечивает благоприятные условия для работы скользящего контакта ЩКА и надежную работу щеточно-контактного аппарата.