RU200944U1 - Электрическая машина с воздушным охлаждением и бесконтактным уплотнением подшипника - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике. Технический результат заключается в смазывании подшипника в течение заданного срока и недопущении выдавливания смазочного материала от подшипника в основную полость корпуса через бесконтактное уплотнение при сохранении заданного расхода воздуха, необходимого для эффективного охлаждения элементов генератора. Электрическая машина содержит корпус, в основной полости которого расположены статор и ротор, причем охлаждение генератора обеспечивается путем создания потока воздуха в основной полости. Ротор закреплен на валу между первым и вторым подшипниками, которые удерживают вал в корпусе, причем между подвижным и неподвижным кольцами каждого подшипника размещен консистентный смазочный материал. Корпус содержит закрывающий элемент, отделяющий первый подшипник от основной полости. Закрывающий элемент имеет охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал имеет охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем указанная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения. На охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Область техники

[1] Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. В контексте настоящей полезной модели под электрической машиной понимается электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, а именно генераторы электрического тока и электродвигатели.

[2] Обращая внимание на тот факт, что полезная модель может быть использована для изготовления любой из указанных электрических машин, авторы полезной модели полагают, что основным направлением для использования полезной модели являются генераторы электрического тока, а именно - синхронные генераторы, преимущественно предназначенные для применения в системах электроснабжения летательных аппаратов.

Предпосылки к созданию полезной модели

[3] Традиционная электрическая машина содержит корпус, в основной полости которого размещены статор и ротор, причем статор прикреплен к корпусу, а ротор закреплен на валу, который установлен в корпусе на подшипниках. Для предотвращения утечки смазочного материала каждый подшипник герметизирован с обеих своих сторон посредством бесконтактных уплотнений. Воздушное охлаждение статора и ротора обеспечивается крыльчаткой, установленной на валу в основной полости корпуса. Данная конфигурация электрической машины раскрыта, например, в публикации JP2016103871A, 02.06.2016.

[4] Спецификой синхронных генераторов, применяемых в авиации, является необходимость обеспечения работоспособности в течение продолжительного времени на высокой частоте вращения приводного вала, например, 8000 об/мин и выше, и температуре окружающей среды до 80°С и выше. Данное обстоятельство требует эффективного охлаждения статора и ротора, а значит, большого расхода охлаждающего воздуха, проходящего через основную полость корпуса генератора.

[5] Однако высокая скорость потока воздуха сопровождается падением давления в основной полости корпуса относительно давления снаружи корпуса, и возникающий перепад давления побуждает смазочный материал подшипника просачиваться через бесконтактные уплотнения в основную полость корпуса генератора. Следует отметить, что данный нежелательный эффект может быть усилен при осуществлении продольных ускорений или замедлений летательного аппарата. В результате подшипник синхронного генератора, выполненного согласно известной конфигурации, может лишиться смазочного материала, что приведет к его разрушению и выходу генератора из строя.

[6] Соответственно, техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в таком усовершенствовании конструкции синхронного генератора, которое сможет обеспечить смазывание подшипника в течение заданного срока и не допустить выдавливание смазочного материала от подшипника в основную полость корпуса при сохранении заданного расхода воздуха, необходимого для эффективного охлаждения элементов генератора.

Сущность полезной модели

[7] Для решения указанной технической проблемы в качестве полезной модели предложена электрическая машина, содержащая корпус, в основной полости которого расположены статор и ротор, причем охлаждение электрической машины обеспечивается путем создания потока воздуха в основной полости. Ротор закреплен на валу между первым и вторым подшипниками, которые удерживают вал в корпусе, причем между подвижным и неподвижным кольцами каждого подшипника размещен консистентный смазочный материал. Корпус содержит закрывающий элемент, отделяющий первый подшипник от основной полости. Закрывающий элемент имеет охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал имеет охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем указанная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения. На охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

[8] Технический результат полезной модели состоит в том, что консистентный смазочный материал, просачиваясь от первого подшипника в зазор между охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью и охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью и попадая в винтовую канавку, при вращении вала направляется поверхностью винтовой канавки в сторону первого подшипника. Таким образом, даже в условиях описанного выше перепада давления предотвращается выход консистентного смазочного материала от первого подшипника в основную полость через бесконтактное уплотнение, а значит, техническая проблема, поставленная перед полезной моделью, является решенной.

[9] В первом частном случае полезной модели между первым подшипником и винтовой канавкой имеется полость, заполненная консистентным смазочным материалом. Данное решение позволяет обеспечить дополнительный запас консистентного смазочного материала вблизи первого подшипника. Предпочтительно, если винтовая канавка также заполнена консистентным смазочным материалом. В этом случае создается непрерывный объем консистентного смазочного материала, и винтовая канавка нагнетает консистентный смазочный материал непосредственно в подшипник.

[10] Во втором частном случае полезной модели на охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка, которая, предпочтительно, заполнена консистентным смазочным материалом. Данное решение позволяет создать дополнительное препятствие для консистентного смазочного материала при его перемещении в сторону основной полости, что усиливает технический результат полезной модели.

[11] В третьем частном случае полезной модели винтовая канавка является одной из множества винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта. Это позволяет повысить плотность витков винтовой канавки даже при ее выполнении с малым углом наклона к продольной оси вала, в результате чего обеспечивается более эффективное возвращение консистентного смазочного материала к первому подшипнику.

[12] В четвертом частном случае полезной модели закрывающий элемент является первым закрывающим элементом, охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой продольной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью. Корпус при этом содержит второй закрывающий элемент, отделяющий второй подшипник от основной полости. Второй закрывающий элемент имеет вторую продольную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал имеет вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем вторая продольная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения. На второй продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны первого подшипника в сторону второго подшипника.

[13] Согласно данному частному случаю полезной модели уплотнение второго подшипника выполняется аналогично уплотнению первого подшипника с обеспечением такого же технического результата.

[14] В пятом частном случае полезной модели охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью. Закрывающий элемент при этом имеет вторую радиальную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, расположенную на большем удалении от оси вращения вала по отношению к первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и концентрически с ней. Вал имеет вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, расположенную на большем удалении от оси вращения вала по отношению к первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности и концентрически с ней. Вторая радиальная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность окружает вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения. Первая радиальная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность и вторая радиальная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность выполнены на уплотнительном элементе вала, образующем с закрывающим элементом лабиринтное уплотнение. На второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

[15] В отдельном исполнении пятого частного случая лабиринтное уплотнение может также содержать пару из третьей радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностей и третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности, выполненную аналогично паре из второй радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности и расположенную относительно указанной пары на большем удалении от оси вращения вала. На третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

[16] В пятом частном случае и его отдельном исполнении увеличивается осевая протяженность охватываемых уплотняющих цилиндрических поверхностей, а вместе с ней и осевая длина винтовых канавок, что способствует повышению гидравлического сопротивления, затрудняющего перетекание консистентного смазочного материала от подшипника в основную полость.

[17] Кроме того, в пятом частном случае и его отдельном исполнении винтовые канавки, выполненные на охватываемых уплотнительных цилиндрических поверхностях лабиринтного уплотнения, а также пространство лабиринтного уплотнения между винтовыми канавками заполнены консистентным смазочным материалом. Данное решение повышает эффективность возвращения консистентного смазочного материала к первому подшипнику.

[18] В предпочтительном случае полезной модели электрическая машина представляет собой синхронный генератор, что отражает наиболее предпочтительную область использование полезной модели.

Краткое описание чертежей

[19] Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуры:

Фиг. 1 - продольный разрез синхронного генератора, выполненного согласно полезной модели;

Фиг. 2 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, известный из уровня техники;

Фиг. 3 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно полезной модели;

Фиг. 4 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно частному случаю полезной модели, с разрезом уплотнительного элемента вала;

Фиг. 5 - уплотнительный элемент вала согласно частному случаю полезной модели, вид со стороны первого подшипника;

Фиг. 6 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно частному случаю полезной модели, без разреза уплотнительного элемента вала.

Осуществление полезной модели

[20] Осуществление полезной модели будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации полезной модели, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.

[21] Синхронный генератор 1, продольный разрез которого представлен на Фиг. 1, содержит корпус 10, статор 20 и ротор 30. Корпус 10 включает в себя цилиндрическую часть 11 и два соединенных с ней щита 12 и 13, которые все вместе образуют основную полость 14 корпуса 10, замкнутую в продольном и радиальном направлении. Следует отметить, что цилиндрическая часть 11 может быть выполнена с одним из щитов 12 или 13 заодно или может быть соединена с каждым из них в процессе сборки.

[22] Статор 20 и ротор 30 размещены в основной полости 14, при этом статор 20 закреплен на цилиндрической части 11, а ротор закреплен на валу 40, который удерживается в корпусе 10 при помощи первого и второго подшипников 50 и 70, установленных соответственно в первом и втором щитах 12 и 13. Закрепление ротора 30 на валу 40 осуществлено на участке между первым подшипником 50 и вторым подшипником 70.

[23] Вал 40 приводится во вращение через зубчатый элемент 41, входящий в контакт с приводным устройством (не показано), при этом синхронный генератор расположен в летательном аппарате так, что ось вала 40 совпадает с направлением полета (стрелка 2), а зубчатый элемент 41 находится спереди. Вал 40 вращается по часовой стрелке (стрелка 3), если смотреть в направлении полета, т.е. со стороны второго щита 13 в сторону первого щита 12.

[24] Статор 20 и ротор 30 охлаждаются потоком воздуха (стрелки 4), который создается крыльчаткой 42, жестко установленной на валу 40. Поток воздуха 4 поступает в основную полость 14 через осевые отверстия 15 и выходит из основной полости через радиальные отверстия 16, проходя как между статором 20 и ротором 30, так и через сквозные отверстия в них. Как было показано выше, поток воздуха 4 имеет высокую скорость, в результате чего в основной полости 14 создается разреженная атмосфера с давлением ниже давления внешнего пространства, т.е. ниже атмосферного давления.

[25] Первый и второй подшипники 50 и 70 являются подшипниками качения, а именно - шариковыми подшипниками. Смазывание каждого подшипника из первого и второго подшипников 50 и 70 осуществляется путем размещения между его подвижным и неподвижным кольцами консистентного смазочного материала. Установочная конфигурация первого подшипника 50 аналогична таковой у второго подшипника 70, поэтому в дальнейшем изложении детально будет рассмотрен, главным образом, первый подшипник 50.

[26] Ввиду того, что консистентный смазочный материал со временем вырабатывается, то для того, чтобы первый подшипник 50 имел заданный ресурс безаварийной эксплуатации, вблизи него должно находится некоторое избыточное количество консистентного смазочного материала. В целях сохранения консистентного смазочного материала вблизи первого подшипника 50 на протяжении длительного времени, а также для недопущения попадания к первому подшипнику 50 абразивных частиц и т.п., первый подшипник 50 установлен в изолированной камере, ограниченной в радиальном направлении первым щитом 12 и валом 40, а в продольном направлении - внешним и внутренним уплотнительными узлами 51 и 52. Указанная изолированная камера включает в себя внешнюю и внутреннюю полости 53 и 54 (Фиг. 2, 3), расположенные с обеих продольных сторон первого подшипника 50 и заполненные консистентным смазочным материалом.

[27] Внутренний уплотнительный узел 52 первого подшипника 50 образован закрывающим элементом 60 в качестве элемента корпуса 10 и уплотнительным элементом 43 в качестве элемента вала 40 (Фиг. 2, 3), причем между закрывающим элементом 60 и уплотнительным элементом 43 обеспечено бесконтактное уплотнение в виде зазора 55 с малым просветом. Следует отметить, что закрывающий элемент 60 может быть выполнен с первым щитом 12 заодно или может быть соединен с ним в процессе сборки.

[28] Далее, поскольку, как было показано выше, давление снаружи корпуса 10 выше давления в его основной полости 14, то указанный перепад давления будет побуждать консистентный смазочный материал просачиваться в основную полость 14 сквозь бесконтактное уплотнение внутреннего уплотнительного узла 52, т.е. через зазор 55 между закрывающим элементом 60 и уплотнительным элементом 43. Еще одним фактором, интенсифицирующим перетекание консистентного смазочного материала от первого подшипника 50 в основную полость 14, являются разгонные ускорения летательного аппарата, в результате которых инерция отбрасывает консистентный смазочный материал в сторону основной полости 14.

[29] На Фиг. 2 показан внутренний уплотнительный узел 52 первого подшипника 50, выполненный согласно известному решению. Даже при том, что консистентный смазочный материал характеризуется достаточно высокой вязкостью, данная конфигурация внутреннего уплотнительного узла 52 первого подшипника 50 все равно будет допускать постепенное выдавливание консистентного смазочного материала в основную полость 14, так как гидравлическое сопротивление такого бесконтактного уплотнения является недостаточным.

[30] На Фиг. 3 показан внутренний уплотнительный узел 52 первого подшипника 50, выполненный согласно полезной модели. Закрывающий элемент 60 имеет охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность 61, а уплотнительный элемент 43 имеет охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 44. Охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 концентрически окружает охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 44 без контакта с ней с образованием упомянутого выше бесконтактного уплотнения.

[31] Здесь следует отметить, что бесконтактное уплотнение вала как таковое является общеизвестной и широко применяемой технологией, получившую глубокую теоретическую и практическую проработку. В данном случае бесконтактное уплотнение реализовано посредством того, что охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 находится на достаточно малом расстоянии от охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44. Это расстояние, т.е. радиальная величина зазора 55, является настолько малым, что находящийся в зазоре 55 между поверхностями 61 и 44 консистентный смазочный материал одновременно контактирует с обеими из них, в результате чего образуется гидравлическое сопротивление его течению.

[32] Очевидно, что для повышения эффективности бесконтактного уплотнения является предпочтительным, чтобы зазор 55 между поверхностями 61 и 44 был минимально возможным с точки зрения обрабатывающих и сборочных технологий, доступных производителю. В случае синхронного генератора 1 надлежащая эффективность бесконтактного уплотнения обеспечивается при величине зазора 55 менее 1,0 мм.

[33] Обратим внимание, что хотя в данном случае уплотнительный элемент 43 представляет собой просто участок вала 40, признак полезной модели «вал имеет охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность» следует понимать так, что охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 может быть также выполнена на любом элементе, жестко связанном с валом 40, например, на крыльчатке 42, роторе 30 или специально предусмотренной втулке.

[34] Далее, на охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44 выполнена винтовая канавка 45 с направлением винта, являющимся противоположным направлению 3 вращения вала 40, если смотреть со стороны второго подшипника 70 в сторону первого подшипника 50. Под направлением винта здесь понимается то направление его вращения, которое приводит к умозрительному вкручиванию винта в заданном продольном направлении (в данном случае заданное продольное направление задано направлением взгляда со стороны второго подшипника 70 в сторону первого подшипника 50). Винтовая канавка 45 может быть выполнена в виде резьбы треугольного профиля, однако, винтовая канавка 45 может иметь прямоугольный, трапециевидный или любой иной профиль.

[35] Консистентный смазочный материал, попадая в винтовую канавку 45, при вращении вала 40 направляется ее боковой поверхностью в сторону первого подшипника 50, ведь охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 с выполненной на ней винтовой канавкой 45 по сути представляет собой шнек, способный перемещать находящуюся в нем среду. Благодаря этому консистентный смазочный материал даже в условиях большого перепада давления, побуждающего его к движению в сторону основной полости 14, возвращается к первому подшипнику 50, в результате чего во внутренней полости 54 изолированной камеры обеспечивается то количество консистентного смазочного материала, которое является достаточным для длительной и бесперебойной работы первого подшипника 50.

[36] Далее, угол α наклона винтовой канавки 45 к продольной оси вала 40, измеренный, например, между срединной линией винтовой канавки 45 и продольной осью вала 40 на прямоугольной проекции срединной линии винтовой канавки 45 на плоскость, проходящую через продольную ось вала 40, определяется вязкостью консистентного смазочного материала и частотой вращения вала 40. Угол α может лежать в диапазоне 10 - 80°.

[37] Предпочтительно, если внутренняя полость 54 предварительно заполнена консистентным смазочным материалом, и еще более предпочтительно, если им предварительно заполнены одновременно внутренняя полость 54 и винтовая канавка 45. В этом случае консистентный смазочный материал нагнетается к первому подшипнику 50, начиная с момента включения синхронного генератора 1, что еще более способствует удержанию консистентного смазочного материала вблизи первого подшипника 50.

[38] На охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 61 может быть выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка 62, которая локально увеличивает проходное сечение зазора 55 и образует область с повышенным давлением потока. В результате этого создается дополнительное гидравлическое сопротивление движению консистентного смазочного материала в направлении основной полости 14. Предпочтительно, если количество кольцевых канавок 62 составляет две или более, и еще более предпочтительно, если они предварительно заполнены консистентным смазочным материалом.

[39] Следует, однако, отметить, что при малых значениях угла α витки винтовой канавки 45 будут находиться на некотором удалении друг от друга в направлении продольной оси, оставляя гладкой значительную площадь охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44. Данная конфигурация не является оптимальной, поэтому в предпочтительном случае винтовая канавка 45 является одной из множества расположенных рядом друг с другом винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта. В последнем случае эффективность нагнетания консистентного смазочного материала к первому подшипнику 50 становится значительно выше.

[40] Что касается второго подшипника 70, снабженного внешним и внутренним уплотнительными узлами 71 и 72, то можно заметить, что факторы, побуждающие консистентный смазочный материал перетекать через внутренний уплотнительный узел 72 в основную полость 14, являются ослабленными по сравнению с таковыми у первого подшипника 50. Во-первых, перепад давления между внешним пространством и основной полостью 14 в области второго подшипника 70 меньше, что объясняется наличием потока всасываемого воздуха с внешней стороны второго щита 13, а значит, и несколько пониженным давлением в области у внешней стороны второго щита 13 относительно атмосферного давления. Во-вторых, отрицательные ускорения при замедлении летательного аппарата, которые вызывают инерционное движение консистентного смазочного материала от второго подшипника 70 в сторону основной полости 14 через внутренний уплотнительный узел 72, существенно ниже ускорений разгона.

[41] Тем не менее, внутренний уплотнительный узел 72 второго подшипника 70 может быть выполнен аналогично внутреннему уплотнительному узлу 52 первого подшипника 50. Подробное изображение внутреннего уплотнительного узла 72 второго подшипника 70 не представлено, поскольку оно соответствует зеркальному отображению Фиг. 3 относительно вертикальной оси.

[42] В этом случае закрывающий элемент 60 является первым закрывающим элементом, охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 является первой продольной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 является первой продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью. Корпус 10 при этом содержит второй закрывающий элемент, отделяющий второй подшипник 70 от основной полости 14.

[43] Второй закрывающий элемент имеет вторую продольную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал 40 имеет вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем вторая продольная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность без контакта с ней с образованием бесконтактного уплотнения.

[44] На второй продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала 40, если смотреть со стороны первого подшипника 50 в сторону второго подшипника 70.

[45] Все особенности конструкции и технические результаты, описанные выше для внутреннего уплотнительного узла 52 первого подшипника 50, справедливы также и для внутреннего уплотнительного узла 72 второго подшипника 70.

[46] Следует также отметить, что признаки формулы полезной модели «первый подшипник» и «второй подшипник» следует понимать лишь как указание для их различения, не имеющее привязки к первому подшипнику 50 и второму подшипнику 70. В качестве «первого подшипника» или «второго подшипника» в контексте формулы полезной модели может выступать как первый подшипник 50, так и второй подшипник 70.

[47] На Фиг. 4 показан предпочтительный случай еще одного исполнения внутреннего уплотнительного узла 52 первого подшипника 50, выполненного согласно полезной модели. Здесь охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 является первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью 61, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 является первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью 44.

[48] Закрывающий элемент 60 при этом имеет вторую радиальную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность 62, расположенную на большем удалении от оси вращения вала 40 по отношению к первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 61 и концентрически с ней. В данном случае первая и вторая радиальные охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности 61 и 62 выполнены соответственно на первом и втором втулочных участках 65 и 66 закрывающего элемента 60, которые с радиальным промежутком между собой закреплены на дисковом участке 68 закрывающего элемента 60.

[49] В свою очередь, вал 40 имеет вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 46, расположенную на большем удалении от оси вращения вала 40 по отношению к первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44 и концентрически с ней. Здесь первая и вторая радиальные охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности 44 и 46 выполнены соответственно на первом и втором втулочных участках 91 и 92 уплотнительного элемента 43, которые с радиальным промежутком между собой закреплены на дисковом участке 94 уплотнительного элемента 43.

[50] Уплотнительный элемент 43 образует с закрывающим элементом 60 лабиринтное уплотнение, в котором втулочный участок 65 расположен между втулочными участками 91 и 92, не достигая в продольном направлении дискового участка 94, а втулочный участок 92 расположен между втулочными участками 65 и 66, не достигая в продольном направлении дискового участка 68.

[51] Вторая радиальная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 62 при этом окружает вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 46 с образованием бесконтактного уплотнения. На второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 46 выполнена винтовая канавка 47 с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала 40, если смотреть со стороны второго подшипника 70 в сторону первого подшипника 50. Технический результат, производимый винтовой канавкой 47, является аналогичным тому, что был описан выше для винтовой канавки 45.

[52] Промежуток между втулочным участком 65 и дисковым участком 94, промежуток между втулочными участками 65 и 92, промежуток между втулочным участком 92 и дисковым участком 68 образуют пространство 95, проходное сечение которого больше проходного сечения бесконтактных уплотнений, образованных парами охватывающих и охватываемых уплотнительных цилиндрических поверхностей 61, 44 и 62, 46, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление для продвижения консистентного смазочного материала в сторону основной полости 14.

[53] Таким образом, лабиринтное уплотнение, образованное втулочными участками 91, 65, 92 и 66, обеспечивает гидравлический канал, характеризующийся двукратно изменяющимся проходным сечением, двукратно изменяющимся направлением потока и двумя уплотняющими зазорами с возвращающими винтовыми канавками 45 и 47. Все это свидетельствует в пользу очень высокой герметизирующей способности выполненного данным образом уплотнительного узла 52. Однако герметизирующая способность уплотнительного узла 52 может быть дополнительно усилена.

[54] В предпочтительном случае данного исполнения лабиринтное уплотнение содержит пару из третьей радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 63 и третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 48, выполненную аналогично паре из второй радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 62 и второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 46 и расположенную относительно указанной пары на большем удалении от оси вращения вала 40. На третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 48 при этом выполнена винтовая канавка 49 с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала 40, если смотреть со стороны второго подшипника 70 в сторону первого подшипника 50.

[55] Представляется предпочтительным случай, когда винтовые канавки 45, 47, 49, выполненные на охватываемых уплотнительных цилиндрических поверхностях 44, 46, 48 лабиринтного уплотнения, а также пространство лабиринтного уплотнения между винтовыми канавками предварительно заполнены консистентным смазочным материалом.

[56] На Фиг. 5 показан вид уплотнительного элемента 43 с Фиг. 4, если смотреть со стороны первого подшипника 50. Винтовые канавки 45, 47, 49 показаны стрелками, указывающими направление винта.

[57] На Фиг. 6 представлен вид, аналогичный виду на Фиг. 4, однако, уплотнительный элемент 43 здесь показан без разреза, что позволяет отобразить винтовые канавки 45 и 49, выполненные соответственно на первой и третьей радиальных охватываемых уплотнительных цилиндрических поверхностях 44 и 48. Хотя отображенные ранее на Фиг. 4 вторая радиальная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 46 и винтовая канавка 47 на Фиг. 6 оказываются скрыты, следует отметить, что винтовая канавка 47, выполненная на второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 46, имеет такую же конфигурацию, что и показанные на Фиг. 6 винтовые канавки 45 и 49.

[58] Авторы полезной модели обращают внимание также на то, что помимо описанных выше случаев лабиринтное уплотнение может иметь четыре, пять или больше пар из радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности, расположенных с увеличением радиального расстояния от оси вращения вала 40 и обеспечивающих соответствующее увеличение герметизирующей способности лабиринтного уплотнения.

[59] Далее, хотя осуществление полезной модели было показано на примере синхронного генератора с воздушным охлаждением, полезная модель может быть использована в электрических машинах, имеющих более сложную систему охлаждения. Например, синхронный генератор может иметь комбинированное охлаждение, когда в дополнение к воздушному охлаждению при слабом давлении атмосферы в основную полость 14 впрыскивается быстро испаряющаяся жидкость, которая образует пар, компенсирующий недостаток атмосферного воздуха. В другом случае воздушное охлаждение электрической машины может выступать в комбинации с жидкостными каналами, проходящими внутри статора и ротора, или иными решениями.

Claims (25)

1. Электрическая машина, содержащая корпус, в основной полости которого расположены статор и ротор, причем охлаждение электрической машины обеспечивается путем создания потока воздуха в основной полости, при этом

ротор электрической машины закреплен на валу между первым и вторым подшипниками, которые удерживают вал в корпусе, и

между подвижным и неподвижным кольцами каждого подшипника размещен консистентный смазочный материал, при этом

корпус содержит закрывающий элемент, отделяющий первый подшипник от основной полости, причем

закрывающий элемент имеет охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал имеет охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем указанная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения, при этом

на охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

2. Электрическая машина по п. 1, в которой между первым подшипником и винтовой канавкой имеется полость, заполненная консистентным смазочным материалом.

3. Электрическая машина по п. 2, в которой винтовая канавка заполнена консистентным смазочным материалом.

4. Электрическая машина по п. 1, в которой на охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка.

5. Электрическая машина по п. 4, в которой кольцевая канавка заполнена консистентным смазочным материалом.

6. Электрическая машина по п. 1, в которой винтовая канавка является одной из множества винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта.

7. Электрическая машина по п. 1, в которой закрывающий элемент является первым закрывающим элементом, охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой продольной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью, при этом

корпус содержит второй закрывающий элемент, отделяющий второй подшипник от основной полости, причем

второй закрывающий элемент имеет вторую продольную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, а вал имеет вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, причем вторая продольная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность концентрически окружает вторую продольную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения, при этом

на второй продольной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны первого подшипника в сторону второго подшипника.

8. Электрическая машина по п. 1, в которой охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью, а охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность является первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью, при этом

закрывающий элемент имеет вторую радиальную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность, расположенную на большем удалении от оси вращения вала по отношению к первой радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и концентрически с ней, а

вал имеет вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность, расположенную на большем удалении от оси вращения вала по отношению к первой радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности и концентрически с ней, причем

вторая радиальная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность окружает вторую радиальную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность с образованием бесконтактного уплотнения, при этом

первая радиальная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность и вторая радиальная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность выполнены на уплотнительном элементе вала, образующем с закрывающим элементом лабиринтное уплотнение, причем

на второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

9. Электрическая машина по п. 8, в которой лабиринтное уплотнение содержит пару из третьей радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности, выполненную аналогично паре из второй радиальной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности и второй радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности и расположенную относительно указанной пары на большем удалении от оси вращения вала, при этом

на третьей радиальной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.

10. Электрическая машина по п. 8 или 9, в которой винтовые канавки, выполненные на охватываемых уплотнительных цилиндрических поверхностях лабиринтного уплотнения, а также пространство лабиринтного уплотнения между винтовыми канавками заполнены консистентным смазочным материалом.

11. Электрическая машина по любому из пп. 1 – 10, которая представляет собой синхронный генератор.

Images