RU2150776C1

RU2150776C1 - Pole of submersible liquid-cooled machine

Info

Publication number: RU2150776C1
Application number: RU99109965A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Грачев; Ф.С. Солодовник; Л.И. Кузьмина; П.Г. Новосад; П.Е. Амелин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭлектроМагнитные системы и Технологии"
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; liquid metal mixing machines for continuous casting of blanks. SUBSTANCE: pole that has core and winding of water- resistant magnet wire incorporates nonmagnetic members fixed on core or on former and spaced apart through maximum one fourth of winding perimeter over entire perimeter of winding and through at least one diameter or side of rectangular magnet wire over height of core or mentioned former mounted on mentioned core. Winding and/or its sections are placed between nonmagnetic members and the latter form ducts for cooling winding wires. Proposed pole may be disassembled, if necessary, and restored. EFFECT: improved cooling conditions and repairability, simplified design of pole. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть применено в высокоиспользованных электрических машинах переменного тока, в частности при изготовлении электромагнитных перемешивателей жидкого металла для машин непрерывного литья заготовок. The invention relates to electrical engineering and can be used in highly used electric machines of alternating current, in particular in the manufacture of electromagnetic stirring liquid metal for continuous casting machines.

Известна катушка электрической машины, содержащая обмотку, витки которой расположены коаксиальными слоями, и изоляционные прокладки, размещенные между слоями с образованием каналов для хладагента [авт. свид. N 739690, кл. H 02 К 3/24, 1980 г.]. Known coil of an electric machine containing a winding, the turns of which are located in coaxial layers, and insulating gaskets placed between the layers with the formation of channels for the refrigerant [ed. testimonial. N 739690, class H 02 K 3/24, 1980].

Недостатками устройства являются невысокая надежность и сложная конструкция. The disadvantages of the device are low reliability and complex design.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототипом) является полюс погружной электрической машины с косвенным жидкостным охлаждением, предназначенной преимущественно для перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе непрерывного литья заготовок, содержащий сердечник и обмотку, выполненную из изолированного провода, охватывающую сердечник, а полюс снабжен установленным с зазором относительно сердечника герметичным кожухом из немагнитного теплопроводного материала, внутри которого расположена примыкающая к нему обмотка, выполненная из секций, соединения между которыми расположены внутри кожуха [авт. свид. N 1552295, кл H 02 К 3/24, 9/19, 1990 г.]. The closest in technical essence to the proposed solution (prototype) is the pole of an electric immersion machine with indirect liquid cooling, designed primarily for mixing liquid metal in a continuous casting mold, containing a core and a winding made of an insulated wire, covering the core, and the pole is equipped with an installed with a gap relative to the core with a tight casing of non-magnetic heat-conducting material, inside of which I adjoin the winding connected to it, made of sections, the connections between which are located inside the casing [ed. testimonial. N 1552295, class H 02 K 3/24, 9/19, 1990].

Недостатками прототипа являются низкая надежность и ремонтопригодность. Так, например, при погружении полюса в воду с давлением 10 ати, применяемую для охлаждения на машине непрерывного литья заготовок, вода через трещины в кожухе и в электроизоляции проникает к проводам обмотки, что приводит к снижению сопротивления электрической изоляции обмотки на корпус ниже предельно допустимого. Так как кожух и примыкающая к нему залитая компаундом обмотка неразборные, то при пробое электроизоляции на корпус полюс ремонту не подлежит. The disadvantages of the prototype are low reliability and maintainability. So, for example, when a pole is immersed in water with a pressure of 10 atm, which is used to cool billets on a continuous casting machine, water through cracks in the casing and in electrical insulation penetrates the winding wires, which leads to a decrease in the electrical insulation resistance of the winding on the housing below the maximum permissible. Since the casing and the adjacent winding flooded with the compound are not separable, the pole cannot be repaired when electrical insulation is broken into the casing.

Заявляемое техническое решение устраняет перечисленные выше недостатки аналогов и прототипа тем, что полюс снабжен элементами из немагнитного материала, закрепленными на сердечнике или установленном на нем каркасе перпендикулярно к поверхности намотки обмотки из водостойкого провода с шагом не более 1/4 периметра намотки по всему периметру и не менее одного диаметра и/или стороны прямоугольного обмоточного провода по высоте сердечника или каркаса, а между элементами размещена обмотка и/или ее секции, при этом элементы образуют каналы для охлаждения проводов обмотки. Кроме того, между соседними проводниками или группой проводников обмотки по всему периметру намотки перпендикулярно и/или параллельно к поверхности намотки между элементами с шагом не более 1/4 периметра и/или по высоте элементов с шагом не менее одного диаметра круглого или стороны прямоугольного провода установлены прокладки из немагнитного материала, при этом прокладки образуют дополнительные каналы охлаждения, а проводники между элементами, соседними по высоте сердечника или каркаса, закреплены. При этом обмотка размещена внутри кожуха из немагнитного материала с отверстиями для прохождения охлаждающей жидкости, а в сердечнике выполнены отверстия для крепления полюса к машине. The claimed technical solution eliminates the above disadvantages of analogues and prototype in that the pole is equipped with elements of non-magnetic material mounted on the core or on the frame mounted perpendicular to the surface of the winding of the waterproof wire with a step of not more than 1/4 of the winding perimeter around the entire perimeter and not less than one diameter and / or side of a rectangular winding wire along the height of the core or frame, and between the elements there is a winding and / or its sections, while the elements form channels A cooling coil wires. In addition, between adjacent conductors or a group of winding conductors around the entire perimeter of the winding, perpendicular and / or parallel to the surface of the winding between the elements with a pitch of not more than 1/4 of the perimeter and / or along the height of the elements with a pitch of at least one diameter of a round or side of a rectangular wire gaskets made of non-magnetic material, while gaskets form additional cooling channels, and the conductors between elements adjacent to the height of the core or frame are fixed. In this case, the winding is placed inside the casing of non-magnetic material with holes for the passage of coolant, and holes are made in the core for attaching the pole to the machine.

Заявленное устройство полюса погружной электрической машины с жидкостным охлаждением поясняется фиг. 1...5. The claimed pole device of a liquid-cooled submersible electric machine is illustrated in FIG. 1 ... 5.

На фиг. 1 представлена конструкция полюса (вид сбоку) с секциями обмотки, расположенными одна над другой, на фиг. 2 - то же, но вид в плане, на фиг. 3 - то же, но вид с разрезом по АА, на фиг. 4 - то же, но вид с разрезом по ББ, на фиг. 5 - поперечный разрез при внутренней установке полюса с отверстиями для крепления полюса к машине. In FIG. 1 shows a pole construction (side view) with winding sections located one above the other, in FIG. 2 is the same, but a plan view, in FIG. 3 is the same, but a sectional view along AA, in FIG. 4 is the same, but a sectional view along the BB, in FIG. 5 is a cross-sectional view of an internal pole installation with holes for mounting the pole to the machine

Полюс погружной электрической машины с жидкостным охлаждением состоит из сердечника 1, закрепленного к основанию 2 или к корпусу машины 13. Обмотка выполнена из водостойкого обмоточного провода 3, например, круглого сечения, разделена на секции. На фиг. 1 показаны пять секций обмотки по семь проводников в каждой, на фиг. 3 показаны две секции обмотки по четыре слоя проводников в каждой, расположенные одна над другой по высоте полюса. Обмотка может быть размещена внутри кожуха 4 из немагнитного материала с отверстиями для прохождения охлаждающей жидкости (условно показан только на фиг. 3). На сердечник 1 полюса или на каркас 6 установлены перпендикулярно к направлению намотки элементы 5 из немагнитного материала, например планки, разделяющие обмотку на секции. На фиг. 1 показаны элементы 5, установленные, например, с шагом 1/6 периметра в направлении намотки, а на фиг. 2 - с шагом 1/8 периметра. Наибольший шаг установки элементов 5 - 1/4 периметра. По высоте сердечника или каркаса шаг элементов 5 не может быть меньшим диаметра одного проводника 3, как показано на фиг. 1, при этом элементы 5 образуют каналы для охлаждения проводников обмотки. На фиг. 3 показано для примера, что элементы 5 (планки) разделяют обмотку на две секции по четыре радиальных ряда проводов. Для улучшения условий охлаждения проводников 3 между соседними в направлении намотки элементами 5 установлены прокладки 10 из немагнитного материала с образованием каналов охлаждения. Такие прокладки рационально устанавливать в секциях обмотки, содержащих не менее двух обмоточных проводов 3 между элементами 5 по высоте сердечника 1. The pole of a liquid-cooled submersible electric machine consists of a core 1 fixed to the base 2 or to the body of the machine 13. The winding is made of a waterproof winding wire 3, for example, of circular cross section, divided into sections. In FIG. 1 shows five sections of a winding of seven conductors each, in FIG. Figure 3 shows two sections of the winding, four layers of conductors in each, located one above the other in height of the pole. The winding can be placed inside the casing 4 of non-magnetic material with holes for the passage of coolant (conditionally shown only in Fig. 3). Elements 5 of non-magnetic material are mounted perpendicularly to the winding direction on the pole core 1 or on the frame 6, for example, strips dividing the winding into sections. In FIG. 1 shows elements 5 mounted, for example, in increments of 1/6 of the perimeter in the winding direction, and in FIG. 2 - in increments of 1/8 of the perimeter. The largest installation step is 5 - 1/4 of the perimeter. According to the height of the core or the frame, the pitch of the elements 5 cannot be smaller than the diameter of one conductor 3, as shown in FIG. 1, while the elements 5 form channels for cooling the conductors of the winding. In FIG. 3 shows for example that the elements 5 (strips) divide the winding into two sections of four radial rows of wires. To improve the cooling conditions of the conductors 3 between the adjacent elements 5 in the winding direction, gaskets 10 are made of non-magnetic material with the formation of cooling channels. It is rational to install such gaskets in winding sections containing at least two winding wires 3 between elements 5 along the height of core 1.

Прокладки 10 могут устанавливаться как в радиальном, так и в аксиальном направлениях. В верхней части фиг. 2 показаны прокладки 10, установленные только в направлении, перпендикулярном направлению намотки. В нижней части фиг. 2 показан вид полюса в плане, между элементами 5 которого установлены в направлении, перпендикулярном направлению намотки, прокладки 10, а также прокладки 15, установленные параллельно поверхности намотки. Образованные прокладками 10 и 15 каналы охлаждения показаны на фиг. 4. При этом для повышения жесткости проводников на участке между элементами 5 и прокладками 10 или 15 проводники 3 по высоте сердечника 1 или каркаса 6 между соседними элементами 5 закреплены в направлении, перпендикулярном направлению намотки, например, скобами 7 через изоляционные прокладки 8 при помощи винтов 9. Каркас 6 с намотанной на нем обмоткой, состоящей из проводников 3, прижимается к сердечнику 1 планками 11 при помощи болтов 12. Gaskets 10 can be installed in both radial and axial directions. At the top of FIG. 2 shows gaskets 10 mounted only in a direction perpendicular to the direction of winding. At the bottom of FIG. 2 shows a plan view of the pole, between the elements 5 of which are installed in a direction perpendicular to the direction of the winding, spacers 10, and also spacers 15, mounted parallel to the surface of the winding. The cooling channels formed by the gaskets 10 and 15 are shown in FIG. 4. Moreover, to increase the rigidity of the conductors in the area between the elements 5 and the gaskets 10 or 15, the conductors 3 are fixed along the height of the core 1 or the frame 6 between adjacent elements 5 in the direction perpendicular to the winding direction, for example, brackets 7 through the insulating gaskets 8 with screws 9. The frame 6 with the winding wound on it, consisting of conductors 3, is pressed against the core 1 by the straps 11 with the help of bolts 12.

Для крепления полюса к машине в сердечнике выполнены отверстия 14, например, резьбовые, как показано на фиг 5. To fasten the pole to the machine, holes 14 are made in the core, for example, threaded, as shown in FIG. 5.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При обтекании обмотки полюса переменным током в проводниках 3 выделяется тепло, и медная жила водостойкого провода начинает разогреваться. Так как полюс полностью погружен в охлаждающую воду, она свободно проникает к обмотке через отверстия в разборном кожухе 4 и благодаря наличию каналов, образованных между слоями проводников 3 при помощи элементов 5 и прокладок 10 или 15. Вода начинает циркулировать в каналах охлаждения, как показано стрелками на фиг. 3, и омывает каждый проводник 3 обмотки. Достигается интенсивное охлаждение обмотки полюса. При этом наличие давления порядка 10 ати в среде воды не приводит к снижению сопротивления электроизоляции обмотки на корпус, так как герметичность кожуха не требуется, а водостойкий провод выдерживает без повреждения изоляции давление води до 100 ати. Наличие крепления проводов между соседними по высоте обмотки элементами повышает жесткость проводов на участках между элементами 5 и прокладками 10 или 15. В связи с этим уменьшается амплитуда колебаний этих участков проводников в магнитном поле при протекании переменного тока, тем самим уменьшается истирание электрической изоляции проводников, в результате надежность полюса повышается. When flowing around the pole winding with alternating current, heat is released in the conductors 3, and the copper core of the waterproof wire begins to warm up. Since the pole is completely immersed in cooling water, it freely penetrates the winding through the holes in the collapsible casing 4 and due to the presence of channels formed between the layers of conductors 3 using elements 5 and gaskets 10 or 15. Water begins to circulate in the cooling channels, as shown by arrows in FIG. 3, and each conductor 3 of the winding is washed. Intensive cooling of the pole winding is achieved. At the same time, the presence of a pressure of the order of 10 atm in the water environment does not lead to a decrease in the electrical insulation resistance of the winding on the casing, since the casing is not tight, and the waterproof wire can withstand water pressure up to 100 atm without damage to the insulation. The presence of the fastening of wires between the elements adjacent to the height of the winding increases the stiffness of the wires in the areas between the elements 5 and the spacers 10 or 15. In this regard, the amplitude of oscillations of these sections of the conductors in a magnetic field decreases when alternating current flows, thereby reducing the attrition of the electrical insulation of the conductors, in As a result, the reliability of the pole increases.

Технический результат заявляемого полюса погружной электрической машины с жидкостным охлаждением, являющийся целью изобретения, выражается в том, что улучшается охлаждение, повышается надежность, упрощается конструкция. При необходимости полюс можно разобрать, перемотать обмотку и восстановить его с использованием всех деталей. Таким образом достигается повышенная ремонтопригоднось полюса. The technical result of the claimed pole of a submersible electric machine with liquid cooling, which is the aim of the invention, is expressed in the fact that cooling is improved, reliability is increased, design is simplified. If necessary, the pole can be disassembled, rewound the winding and restored to it using all parts. In this way an increased maintainability of the pole is achieved.

Claims

1. The pole of a liquid-cooled submersible electric machine, comprising a core and a winding covering the core and made of a waterproof winding wire, characterized in that it is equipped with elements of non-magnetic material fixed to the core or to a frame mounted thereon perpendicular to the winding surface around the entire perimeter winding in increments of not more than 1/4 of the winding perimeter and at least one diameter or side of a rectangular winding wire along the height of the core or frame, and between the elements of non-magnetic material placed the winding and / or its sections, while elements of non-magnetic material form channels for cooling the wires of the winding.

2. The pole of a liquid-cooled submersible electric machine according to claim 1, characterized in that between adjacent wires and / or a group of winding wires around the entire perimeter of the winding perpendicularly and / or parallel to the surface of the winding of the winding between the elements of non-magnetic material with a step of not more than 1 / 4 perimeter of winding and / or height of elements of non-magnetic material with a pitch of at least one diameter of a round or side of a rectangular wire installed gaskets of non-magnetic material that form additional channels about cooling, and the wires between the elements of non-magnetic material adjacent to the height of the core and / or frame are fixed.

3. The pole of an electric liquid-cooled submersible machine according to claim 1 or 2, characterized in that the winding is placed inside a casing of non-magnetic material with openings for the passage of coolant.

4. The pole of a liquid-cooled submersible electric machine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the core has holes for attaching the pole to the machine.