УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КАТУШЕК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Полезная модель относится к области электромашиностроения и в частности касается устройств для охлаждения обмоток катушек электрических машин различных видов, особенно обмоток катушек электрических машин, в которых при работе выделяется много теплоты.
Известен ротор электрической машины, содержащий активную часть с магнитопроводом, закрепленную на валу машины с помощью пластин, образующих камеру, заполненную охлаждающей средой. Активная часть и вал машины отделены от камеры втулками, одна из которых имеет оребрение. Кроме того, в камере установлены тонкостенные теплоотводные трубки из теплопроводящего материала. Теплоотводные трубки и оребренные втулки способствуют интенсивному охлаждению активной части магнитопровода (патент РФ №2277281, кл. Н02К 1/32, 2004 г.)
В патенте РФ №2006137, кл. Н02К 1/32, 1991 г. для охлаждения ротора электрической машины также образована камера между полым сердечником и ступицей ротора, куда поступает охлаждающая среда. Для повышения эффекта охлаждения в камере предусмотрены охладители - радиаторы в виде ребер различного исполнения.
В катушке зажигания по патенту СССР №290589, кл. Н01F 5/00, 1969 г. в камере между витками обмотки и крышками, заполненной охлаждающей средой, установлена гофрированная прокладка, обеспечивающая циркуляцию охлаждающей среды.
Недостаток вышеперечисленных устройств заключается в том, что охлаждающая среда чаще всего находится в контакте с охлаждаемыми элементами, что затрудняет их эксплуатацию, например, для разборки таких машин необходимо вначале удалить охлаждающую среду. Детали машин должны быть изготовлены из материалов, не подвергаемых коррозии.
Известны охладительные устройства, используемые, например, в электрических машинах, выполненные в виде плоских жестких накладок, собранных в кольцевой блок для установки на наружную цилиндрическую поверхность статора (авт. свид. СССР №252452, кл Н02К 1/20, 1968 г). Накладки представляют собой камеру, внутри которой размещены трубки для циркуляции охлаждающей среды. Устройство для охлаждения обмоток трансформатора по авт. свид. №838773, кл. H01F 27/10, 1979 г. также представляет собой охватывающую сердечник накладку, выполненную из трубок, заполненных охладительной средой. Недостаток таких охладительных устройств состоит в том, что они имеют небольшой контакт с охлаждаемой поверхностью, что существенно снижает эффективность охлаждения.
Прототипом полезной модели является охладительное устройство для электрических машин, в частности для сердечника статора, которое выполнено в виде плиты с замкнутой камерой, образованной двумя теплопроводными крышками небольшой толщины и расположенной между ними решеткой. В торцах решетки выполнены отверстия для подвода и отвода охлаждающей среды. Перегородки решетки образуют внутри камеры змеевиковые каналы, по которым проходит охлаждающая среда (авт. свид. №942211, кл. Н02К 9/22, 1977 г.). Известное охладительное устройство, несмотря на то, что крышки имеют небольшую толщину, представляет собой жесткую плиту, которая может быть использована для охлаждения элементов с плоскими поверхностями. Из-за жесткости конструкции, охладительное устройство имеет неполный контакт с поверхностями, имеющими негладкий рельеф, например, рельеф поверхности обмотки электромагнитной катушки, что ухудшает теплопередачу устройства. Используемая в устройстве решетка увеличивает металлоемкость всей конструкции. Кроме того, из-за большой металлоемкости решетки ограничивается сечение змеевиковых каналов, что существенно уменьшает их пропускную способность. В результате перечисленных недостатков снижается эффективность охлаждения нагреваемых частей электрических машин.
Технической задачей является создание простого универсального неметаллоемкого устройства для охлаждения, которое может быть использовано в различных электрических машинах для установки его как на плоских, так и на цилиндрических поверхностях, с хорошим прилеганием устройства к охлаждаемой поверхности, а также повышение эффективности охлаждения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для охлаждения катушек электрических машин, содержащем две теплопроводные пластины, соединенные друг с другом с образованием замкнутой камеры с входным и выходным отверстиями, внутри которой размещен элемент, образующий зигзагообразный канал для прохождения охлаждающей среды, пластины выполнены из гибкого листового материала, обеспечивающего установку устройства на охлаждаемую поверхность путем ее огибания, а элемент, образующий зигзагообразный канал для прохождения охлаждающей среды, выполнен из отдельных вставок, длина которых меньше ширины камеры, при этом вставки в камере расположены попеременно с одной или другой боковой ее стороны и в направлении, сохраняющем гибкость устройства.
Для сохранения гибкости устройства вставки в камере установлены параллельно образующей поверхности огибания. Вставки могут быть также расположены под некоторым углом к образующей поверхности огибания.
На рис.1 показана развертка устройства для охлаждения катушки.
На рис.2 показан разрез по А-А устройства на рис.1.
На рис.3 показан общий вид устройства для охлаждения катушки.
На фиг.4 условно показана катушка электромагнита с устройствами для охлаждения, одно из которых установлено на наружной поверхности катушки, второе - внутри катушки, а третье - между слоями обмотки катушки.
Устройство для охлаждения выполнено из двух удлиненных пластин 1 и 2, соединенных друг с другом с помощью дистанционных вставок 3 и 4, 5 и 6, установленных по периметру пластин. Пластины и дистанционные вставки образуют замкнутую камеру 7, в которой дистанционные вставки 5 и 6 образуют боковые поверхности камеры.
Пластины 1 и 2 выполнены из тонкого листового теплопроводного материала, обладающего достаточной гибкостью, для того, чтобы они могли свободно огибать непрямолинейные поверхности, например, поверхности обмоток катушек трансформаторов, которые могут иметь в поперечном сечении различные формы: круга, овала, прямоугольника со скругленными углами и т.п. В качестве такого материала может быть использована листовая медь, и другие аналогичные материалы. Для сохранения гибкости устройства дистанционные вставки также выполнены из гибкого материала, в качестве которого может быть использована, например, медная проволока, в частности, прямоугольного сечения. В верхней или в нижней пластине предусмотрены отверстия 8 и 9 для размещения в них штуцеров 10 для входа и выхода охлаждающей среды. Внутри камеры установлены вставки 11. Длина L вставок меньше ширины d камеры и расположены они в камере таким образом, что попеременно примыкают то к одной 5, то к другой 6 боковым ее сторонам. Такая установка вставок образует зигзагообразный проход для охлаждающей среды, предназначенной, например, для охлаждения катушек электрических машин.
Направление расположения вставок должно сохранять гибкость устройства при установке его путем огибания охлаждаемой поверхности. Для этого вставки располагают параллельно образующей 12 огибаемой поверхности 13, Поверхностью 13 может быть, в частности, обмотка катушки электромагнита, как показано на рис.1 слева от оси. Вставки могут быть установлены под некоторым углом α, как показано на рис.1 справа от оси. Угол расположения вставок α не должен ухудшать гибкость устройства и зависит от его размеров, расстояния между вставками и т.п. В любом случае между концами вставок должен быть достаточный просвет b, обеспечивающий требуемую гибкость устройства.
Для создания зигзагообразного канала вставки должны иметь длину меньше ширины камеры и больше половины ширины камеры. Зигзагообразный канал в охлаждающем устройстве обеспечивает турбулентность потока охлаждающей среды. Для создания необходимой турбулентности потока длина вставок для каждого конкретного случая может быть определена расчетами или опытным путем.
Устройство для охлаждения работает следующим образом.
На рис.4 показана катушка электромагнита, у которого охладительное устройство 14 установлено с наружной стороны 15 обмотки катушки, устройство 16 - с внутренней стороны обмотки катушки, и устройство 17 - между слоями витков обмотки катушки.
Для охлаждения обмотки катушки электромагнита с наружной стороны охладительное устройство непосредственно устанавливают на обмотку, огибая ее поверхность. После этого устанавливают несколько бандажей 18, которыми плотно прижимают охладитель к поверхности обмотки катушки. Т.к. пластины устройства для охлаждения выполнены из гибкого материала, они плотно прилегают к охлаждаемой поверхности, практически повторяя ее контур.
Для охлаждения обмотки катушки с внутренней стороны охладительное устройство 16 устанавливают на каркас катушки, огибая его, и наматывают проволоку непосредственно на верхнюю пластину устройства. Крепление устройства не требуется. Однако, при установке охладительного устройства с внутренней стороны катушки, одну его пластину, не примыкающую к обмотке, можно изготовить жесткой, в этом случае жесткая пластина охладительного устройства будет выполнять роль каркаса.
При установке охладительного устройства между слоями витков обмотки на каркас вначале наматывают часть витков проволоки, устанавливают охладитель и продолжают наматывать проволоку непосредственно на охладитель. Устройство для охлаждения готово к работе.
При включении электрической машины в камеру охладительного устройства через одно из отверстий подают охлаждающую среду, которая протекает по зигзагообразным каналам, отбирает теплоту, выделяющуюся в обмотке катушки, и выходит через второе выходное отверстие. Находясь в камере охладителя под некоторым давлением, охлаждающая среда давит на гибкие пластины устройства, которые еще плотнее прилегают к обмотке катушки, практически повторяя ее рельеф, и тем самым увеличивая поверхность контакта охладителя и охлаждаемой поверхности. В результате увеличивается площадь теплопередачи и соответственно повышается эффективность охлаждения.
Таким образом, устройство для охлаждения, благодаря своей гибкости, может быть использовано для охлаждения поверхностей различной формы, оно просто в изготовлении и в применении, камера достаточно свободна для прохождения охлаждающей среды и при установке устройства и его эксплуатации гарантировано плотно прилегает к поверхности, предназначенной для охлаждения, существенно увеличивая эффективность охлаждения.