RU2557073C2

RU2557073C2 - Electrical machine cooling system

Info

Publication number: RU2557073C2
Application number: RU2013148162/07A
Authority: RU
Inventors: Анна Александровна Цынаева; Екатерина Александровна Цынаева; Максим Николаевич Никитин
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-07-20
Also published as: RU2013148162A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is referred to electric engineering, electric machine industry and may be used for cooling of electric generators and motors. An electrical machine cooling system comprises a source of compressed air, a pressure pipeline, a hollow shaft and a tubular shaft made as the Laval nozzle.

EFFECT: increased efficiency and evenness of cooling due to the usage of a gas-dynamic temperature stratification effect.

1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для охлаждения электрогенераторов и электродвигателей.The invention relates to electrical engineering and can be used to cool electric generators and electric motors.

Наиболее близкой системой того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система охлаждения электрической машины, включающая источник сжатого воздуха с напорным трубопроводом, делящую вихревую трубу, имеющую в результате энергетического разделения две полости - горячую и холодную, полый вал электрической машины, по оси которого выполнен трубчатый канал для прохода холодного потока от делящей вихревой трубы, а пространство, образованное наружной поверхностью трубчатого канала и внутренней поверхностью полого вала, является тепловой трубой, конденсационная область которой - наружная поверхность трубчатого канала, а испарительная область - внутренняя поверхность полого вала (см. Пат. РФ №2279172 / Жуховицкий Д.Л., Цынаева А.А., бюлл. №18 от 27.06.2006).The closest system of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a cooling system of an electric machine, comprising a source of compressed air with a pressure pipe dividing a vortex tube, which, as a result of energy separation, has two cavities - a hot and a cold, hollow shaft of an electric machine, along the axis of which made tubular channel for the passage of cold flow from the dividing vortex tube, and the space formed by the outer surface of the tubular channel and the inner surface of the hollow shaft, is a heat pipe, the condensation region of which is the outer surface of the tubular channel, and the evaporation region is the inner surface of the hollow shaft (see Pat. RF No. 2279172 / Zhukhovitsky D.L., Tsynaeva A.A., bull. No. 18 from 06/27/2006).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной системы, принятой за прототип, относится то, что охлаждение электрической машины осуществляется не достаточно эффективно.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known system adopted as a prototype include the fact that the cooling of an electric machine is not efficient enough.

Сущность изобретения заключается в повышении ресурса работы электрической машины.The invention consists in increasing the service life of an electric machine.

Технический результат - эффективное и равномерное охлаждение электрической машины за счет использования эффекта газодинамической температурной стратификации.EFFECT: effective and uniform cooling of an electric machine through the use of the effect of gas-dynamic temperature stratification.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемой системе охлаждения электрической машины, содержащей источник сжатого воздуха с напорным трубопроводом, полый вал, по оси которого выполнен трубчатый канал, пространство, образованное внутренней поверхностью полого вала и наружной поверхностью трубчатого канала, являющееся тепловой трубой, испарительная область которой - внутренняя поверхность полого вала, а конденсационная область - наружная поверхность трубчатого канала, особенность заключается в том, что трубчатый канал выполнен в виде сопла Лаваля.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the proposed cooling system of an electric machine containing a source of compressed air with a pressure pipe, a hollow shaft, along the axis of which a tubular channel is made, the space formed by the inner surface of the hollow shaft and the outer surface of the tubular channel, which is thermal pipe, the evaporation region of which is the inner surface of the hollow shaft, and the condensation region is the outer surface of the tubular channel, a feature aklyuchaetsya that the tubular duct is formed as a Laval nozzle.

Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На фигуре предлагаемая система охлаждения электрической машины, где показаны:In the figure, the proposed cooling system of an electric machine, which shows:

источник сжатого воздуха 1, напорный трубопровод 2, полый вал 3, трубчатый канал 4, пространство 5, внутренняя поверхность полого вала 6, наружная поверхность трубчатого канала 7.compressed air source 1, pressure pipe 2, hollow shaft 3, tubular channel 4, space 5, inner surface of the hollow shaft 6, outer surface of the tubular channel 7.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result are as follows.

Работа системы охлаждения электрической машины осуществляется следующим образом.The operation of the cooling system of an electric machine is as follows.

Сжатый воздух от источника сжатого воздуха 1 и напорный трубопровод 2 служат для подачи охладителя (воздуха, газа и т.д.) к электрической машине. Ротор электрической машины охлаждается за счет того, что вал выполнен полым, а внутри полого вала 3 имеется трубчатый канал 4. Пространство 5 между внутренней поверхностью полого вала 6 и наружной поверхностью трубчатого канала 7 является тепловой трубой.Compressed air from a source of compressed air 1 and a pressure pipe 2 serve to supply a cooler (air, gas, etc.) to an electric machine. The rotor of the electric machine is cooled due to the fact that the shaft is hollow, and inside the hollow shaft 3 there is a tubular channel 4. The space 5 between the inner surface of the hollow shaft 6 and the outer surface of the tubular channel 7 is a heat pipe.

При работе электрической машины ее элементы нагреваются (ротор, статор). За счет выделяющегося тепла жидкость на внутренней поверхности полого вала 6 кипит, образуя пар в пространстве 5. Под действием центробежных сил пар отбрасывается к наружной поверхности трубчатого канала 7. Трубчатый канал 4 выполнен в виде сопла Лаваля. В трубчатом канале 4, выполненном в виде сопла Лаваля, осуществляется ускорение воздуха, поступающего от источника сжатого воздуха 1. Скорость воздуха становится больше скорости звука. При этом во внутреннем пространстве 5 жидкость (пар, конденсат) движется с дозвуковой скоростью. Известно, что момент импульса возле стенки в сверхзвуковом потоке газа за счет работы сил трения переходит в тепло, которое отводится за счет механизмов теплопроводности. Если количества тепла, отводимого от стенки за счет теплопроводности, становится больше подводимого тепла за счет сил трения (критерий Pr<1), происходит перераспределение температуры газа в сверхзвуковом потоке газа. Таким образом, увеличение скорости сверхзвукового потока охладителя (воздуха, газа) в трубчатом канале 4 приводит к снижению температуры восстановления и к передаче тепла от потока в пространстве 5 к сверхзвуковому потоку в трубчатом канале 4 (за критическим сечением сопла Лаваля). При этом образующийся пар в пространстве 5, отброшенный к наружной поверхности трубчатого канала 7 (конденсационной области тепловой трубы), конденсируется на наружной поверхности трубчатого канала 7. Это происходит при отводе тепла к сверхзвуковому потоку охладителя (воздуха, газа и т.д.) из-за перераспределения температуры газа в сверхзвуковом потоке охладителя (процесс газодинамической температурной стратификации). То есть интенсифицируется отвод тепла от наружной поверхности трубчатого канала 7. Получаемый конденсат под действием центробежных сил перемещается от наружной поверхности трубчатого канала 7 к внутренней поверхности полого вала 6 (испарительной области тепловой трубы). Так, за счет использования эффекта газодинамической температурной стратификации охладителя осуществляется интенсивное и равномерное охлаждение электрической машины, что ведет к повышению ресурса ее работы.When the electric machine is operating, its elements are heated (rotor, stator). Due to the heat generated, the liquid on the inner surface of the hollow shaft 6 boils, forming steam in space 5. Under the action of centrifugal forces, the steam is discarded to the outer surface of the tubular channel 7. The tubular channel 4 is made in the form of a Laval nozzle. In the tubular channel 4, made in the form of a Laval nozzle, the air coming from the compressed air source 1 is accelerated. The air speed becomes greater than the speed of sound. In this case, in the inner space 5, the liquid (steam, condensate) moves at a subsonic speed. It is known that the angular momentum near the wall in a supersonic gas flow due to the work of friction forces passes into heat, which is removed due to heat conduction mechanisms. If the amount of heat removed from the wall due to thermal conductivity becomes greater than the supplied heat due to friction (criterion Pr <1), the gas temperature is redistributed in the supersonic gas flow. Thus, an increase in the supersonic flow rate of the cooler (air, gas) in the tubular channel 4 leads to a decrease in the reduction temperature and to heat transfer from the flow in space 5 to the supersonic flow in the tubular channel 4 (behind the critical section of the Laval nozzle). In this case, the generated steam in space 5, discarded to the outer surface of the tubular channel 7 (the condensation region of the heat pipe), condenses on the outer surface of the tubular channel 7. This occurs when heat is removed to the supersonic flow of the cooler (air, gas, etc.) from - due to redistribution of the gas temperature in the supersonic cooler flow (gas-dynamic temperature stratification process). That is, heat removal from the outer surface of the tubular channel 7 is intensified. The resulting condensate under the action of centrifugal forces moves from the outer surface of the tubular channel 7 to the inner surface of the hollow shaft 6 (the evaporation region of the heat pipe). Thus, through the use of the gas-dynamic temperature stratification of the cooler, intensive and uniform cooling of the electric machine is carried out, which leads to an increase in the resource of its operation.

Claims

The cooling system of an electric machine, containing a source of compressed air with a pressure pipe, a hollow shaft, along the axis of which a tubular channel is made, the space formed by the inner surface of the hollow shaft and the outer surface of the tubular channel, which is a heat pipe, the evaporation region of which is the inner surface of the hollow shaft, and condensation region is the outer surface of the tubular channel, characterized in that the tubular channel is made in the form of a Laval nozzle.