RU2609466C1

RU2609466C1 - Cooling system of closed electric machine

Info

Publication number: RU2609466C1
Application number: RU2015155040A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Русаков; Анатолий Михайлович Сугробов; Вера Николаевна Русакова; Виталий Александрович Шатов; Евгений Олегович Казимиров
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-02-03

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electric machine engineering, in particular, to cooling systems. Cooling system of closed electric machine comprises channels of forced liquid cooling with bases in the form of swirl vanes located in the startor housing, closed from outside of the machine heat exchanger in the form of cavity, related to the closed system of forced air cooling from centrifugal fan located inside machine on its shaft. Said system is also equipped with additional systems of forced liquid cooling of systems of field coils, each of which includes two through holes, distance between which is equal to distance between centers of the cylindrical surfaces of side walls of coil forms, and U-shaped channels made in the form and arranged on diametrically opposite sides of the form, upper channel comprises two radial holes coaxial with holes in the housing, provided in the upper part of the form side walls, while bottom channel comprises two radial holes coaxial with holes in the housing, provided in the lower part of the form side walls.

EFFECT: technical result – increased efficiency of heat transfer from field coils.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области электромашиностроения, а более конкретно к системам охлаждения индукторных электрических машин закрытого исполнения, предназначенных для использования в системах электроснабжения и электропривода автономных объектов (автомобилей, средств водного транспорта, летательных аппаратов), где применение этих машин вследствие их высокой надежности особенно эффективно, но требует отвода значительного количества выделяющегося в них тепла, обусловленного реализацией повышенных значений электромагнитных нагрузок для обеспечения минимальной их массы и габаритов.The invention relates to the field of electrical engineering, and more specifically to cooling systems of closed-type induction electric machines intended for use in power supply systems and electric drive of autonomous objects (automobiles, water transport means, aircraft), where the use of these machines is particularly effective due to their high reliability, but requires the removal of a significant amount of heat generated in them, due to the implementation of increased values of electromagnetic heat straps to ensure their minimum weight and dimensions.

Известна комбинированная система охлаждения закрытой электрической машины [Патент RU 2234786, МПК H02K 9/19, H02K 5/20, опубл. 20.08.2004], содержащая выполненные в корпусе статора и закрытые металлическими оболочками каналы системы принудительного жидкостного охлаждения, а также расположенный над этими (внутренними) оболочками закрытый с наружной стороны машины внешней металлической оболочкой и герметизированный от проникновения охлаждающей жидкости и наружного воздуха теплообменник в виде полости, принадлежащей замкнутой системе принудительного воздушного охлаждения, и центробежный вентилятор, расположенный на валу внутри машины. Внутренние полости машины сообщаются с теплообменником через перепускные отверстия, выполненные по периметру статора с его концов и изолированные от каналов охлаждения машины жидкостью, которые выполнены винтовыми. Теплообменник между воздухом и охлаждающей машину жидкостью разделен на продольные каналы, ориентированными вдоль оси машины ребрами, размещенными таким образом, то делят эти каналы на ряд групп коротких каналов, смещенных относительно друг друга по окружности. Выполненные в корпусе основания каналов жидкостного охлаждения и наружная поверхность нижней оболочки, являющейся основанием теплообменника, в этой системе охлаждения выполнены гладкими.Known combined cooling system of a closed electric machine [Patent RU 2234786, IPC H02K 9/19, H02K 5/20, publ. 08/20/2004], containing the channels of the forced liquid cooling system made in the stator housing and closed by metal shells, as well as a heat exchanger in the form of a cavity located above these (internal) shells closed on the outside of the machine by an external metal shell and sealed against penetration of cooling liquid and external air belonging to a closed system of forced air cooling, and a centrifugal fan located on the shaft inside the machine. The internal cavity of the machine communicates with the heat exchanger through the bypass holes made around the perimeter of the stator from its ends and isolated from the cooling channels of the machine with liquid, which are made screw. The heat exchanger between the air and the liquid cooling the machine is divided into longitudinal channels, ribs oriented along the machine axis, arranged in this way, then these channels are divided into a number of groups of short channels displaced relative to each other around the circumference. The liquid cooling channels in the base body and the outer surface of the lower shell, which is the base of the heat exchanger, are made smooth in this cooling system.

Недостатком этой системы охлаждения является ламинарный характер движения воздушного потока в пределах длины ребер в теплообменнике и жидкости в каналах жидкостного охлаждения, в связи с чем эта система не способна обеспечить нормальный тепловой режим работы закрытых электрических машин, если предъявляются жесткие требования к их массогабаритным и энергетическим показателям и исключается возможность их длительной работы с перегрузкой, как это требуется, например, в системах электроснабжения и электропривода летательных аппаратов и большегрузных машин специального назначения.The disadvantage of this cooling system is the laminar nature of the air flow within the lengths of the ribs in the heat exchanger and the liquid in the liquid cooling channels, and therefore this system is not able to provide normal thermal operation of closed electric machines, if stringent requirements are placed on their overall dimensions and energy performance and the possibility of their long-term operation with overload is excluded, as is required, for example, in power supply systems and electric drives of aircraft and heavy duty special vehicles.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является комбинированная система охлаждения закрытой электрической машины, описанная в патенте RU 2539691, МПК H02K 9/19, H02K 5/20, опубл. 20.08.2004. Эта система охлаждения закрытой электрической машины, содержащая выполненные в корпусе статора вдоль его окружности концентрично оси машины и закрытые металлической оболочкой каналы принудительного жидкостного охлаждения, с основаниями в виде выступающих из него штырьков (турболизаторов), а также расположенный над этой оболочкой закрытый с наружной стороны машины также металлической оболочкой и герметизированный от проникновения охлаждающей жидкости и наружного воздуха теплообменник в виде полости, принадлежащей замкнутой системе принудительного воздушного охлаждения от расположенного внутри машины на ее валу центробежного вентилятора, при этом стенки, разделяющие каналы жидкостного охлаждения машины, имеют выступы, к которым крепятся листы металлических оболочек, разделяющих системы жидкостного и воздушного охлаждения, и поверхности которых, обращенные внутрь теплообменника, имеют рифленую поверхность, выполненную накаткой или нанесением на нее турболизаторов, подобных турболизаторам на основании каналов жидкостного охлаждения, при этом стенки, разделяющие каналы жидкостного охлаждения, выходят за пределы закрывающих их оболочек, разделяя теплообменник на отдельные области цилиндрической формы, но не перекрывают поток прогоняемого вентилятором нагретого воздуха через него, так как имеют для его осевого перемещения равномерно распределенные по окружности стенок прорези, к тому же за вентилятором перед входом создаваемого им воздушного потока в корпус по наружному периметру вентилятора установлен направляющий аппарат.Closest to the technical nature of the invention is the combined cooling system of a closed electric machine, described in patent RU 2539691, IPC H02K 9/19, H02K 5/20, publ. 08/20/2004. This cooling system of a closed electric machine, containing forcibly liquid cooling channels made in the stator body along its circumference concentrically to the axis of the machine and closed with a metal shell, with bases in the form of pins (turbolizers) protruding from it, and also closed above the shell located on the outside of the machine also a metal shell and a heat exchanger sealed against penetration of coolant and external air in the form of a cavity belonging to a closed system forced air cooling from a centrifugal fan located inside the machine on its shaft, while the walls separating the liquid cooling channels of the machine have protrusions to which sheets of metal shells separating the liquid and air cooling systems are attached, and whose surfaces facing the heat exchanger have corrugated a surface made by knurling or applying to it turbolizers, similar to turbolizers based on liquid cooling channels, while the walls separating These liquid cooling channels go beyond the shells covering them, dividing the heat exchanger into separate areas of a cylindrical shape, but do not block the flow of heated air driven by the fan through it, because they have slots uniformly distributed around the circumference of the walls for its axial movement, and also beyond the fan before the entrance of the air flow created by it into the housing, a guide apparatus is installed along the outer perimeter of the fan.

Недостаток этой системы охлаждения закрытой электрической машины состоит в том, что ее эффективность зависит от способа возбуждения электрической машины. Особенно эффективно ее применение в электрических машинах с возбуждением от постоянных магнитов. Применение же ее в электрических машинах с электромагнитным возбуждением сопряжено с необходимостью отвода тепла, выделяющегося в обмотках возбуждения, что приводит к необходимости применения более интенсивных систем охлаждения для обеспечения тех же параметров теплового режима или же, если этого не предпринять, к недопустимым перегревам этих обмоток.The disadvantage of this cooling system of a closed electric machine is that its effectiveness depends on the method of excitation of the electric machine. Especially effective is its use in electric machines with excitation from permanent magnets. Its use in electric machines with electromagnetic excitation is associated with the need to remove heat generated in the field windings, which leads to the need for more intensive cooling systems to provide the same thermal conditions or, if this is not done, to unacceptable overheating of these windings.

В наиболее неблагоприятных условиях охлаждения находятся обмотки возбуждения индукторных машин при выполнении последних многопакетными и размещении указанных обмоток между пакетами статора. При затрудненном теплоотводе от расположенных таким образом обмоток возбуждения индукторных машин возникают их перегревы, препятствующие реализации в них электромагнитных нагрузок, способных обеспечить требуемые массогабаритные и энергетические показатели этих машин.Under the most unfavorable cooling conditions, the excitation windings of induction machines are located when the latter are multi-packet and the indicated windings are placed between stator packets. When heat sink is difficult from the excitation windings of inductor machines located in this way, their overheating occurs, which impedes the realization of electromagnetic loads in them that can provide the required weight and size and energy indicators of these machines.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности теплоотдачи от обмоток возбуждения многопакетных индукторных машин охлаждающей жидкости.The technical problem solved by the invention is to increase the efficiency of heat transfer from the field windings of multi-packet inductor coolant machines.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении совокупной массы и габаритов электрической машины и системы ее охлаждения за счет более интенсивного охлаждения машины и, как следствие этого, возможности реализации в ней более высоких значений электромагнитных нагрузок.The technical result from the use of the invention is to reduce the total mass and dimensions of the electric machine and its cooling system due to more intensive cooling of the machine and, as a result of this, the possibility of implementing higher values of electromagnetic loads in it.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано продольное сечение двухпакетной индукторной машины, со сдвинутыми на половину зубцового деления пакетами ротора и размещением обмотки возбуждения между пакетами статора. На фиг. 2 приведен поперечный разрез этой машины плоскостью А-А с нанесенными на него стрелками, указывающими направления потока жидкости, омывающей наружную поверхность корпуса машины. На фиг. 3 показано поперечное сечение обмотки возбуждения с каркасом и прилегающими к нему участками конструктивных элементов статора. На фиг. 4 показан вид на машину сбоку. С правой стороны от вертикальной оси О-О на этом чертеже машина показана со снятой с нее верхней закрывающей теплообменник оболочкой, а с левой стороны от этой линии со снятыми обеими его оболочками (и верхней и нижней). Тонкими линиями со стрелками показано направление перемещения воздуха в теплообменнике, толстыми линиями - направление перемещения вдоль поверхности корпуса охлаждающей жидкости. На фиг. 5 приведен чертеж общего вида на каркас обмотки возбуждения со снятым кожухом системы охлаждения, повернутый вокруг оси машины относительно положения, которое он занимает в ней, на 90°. На фиг. 6 показан общий вид каркаса обмотки возбуждения с разрезами и выровами, позволяющими составить наглядное представление об устройстве дополнительной системы жидкостного охлаждения, каналы и полости которой расположены в каркасе обмотки возбуждения, а также направлениях потоков охлаждающей жидкости в них. На фиг. 7 показан разрез обмотки возбуждения по средней ее части с выровами в местах входа и выхода охлаждающей жидкости в ее каналы, выполненные в каркасе. На фиг. 8 показана в масштабе 2:1 часть системы охлаждения обмотки возбуждения в области В на фиг. 7.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a two-pack induction machine, with rotor packets shifted by half of the tooth division and the placement of the field winding between the stator packets. In FIG. Figure 2 shows a cross-section of this machine with plane AA with arrows marked on it, indicating the direction of fluid flow washing the outer surface of the machine body. In FIG. 3 shows a cross section of the field winding with the frame and adjacent sections of the structural elements of the stator. In FIG. 4 shows a side view of the machine. On the right side of the vertical axis O-O in this drawing, the machine is shown with the upper shell covering the heat exchanger removed from it, and on the left side of this line with both shells removed (both upper and lower). Thin lines with arrows indicate the direction of movement of air in the heat exchanger, thick lines indicate the direction of movement along the surface of the coolant casing. In FIG. 5 is a drawing of a general view of the excitation winding frame with the casing of the cooling system removed, rotated around the axis of the machine relative to the position it occupies in it by 90 °. In FIG. Figure 6 shows a general view of the excitation winding frame with cuts and notches that make it possible to visualize the arrangement of an additional liquid cooling system, the channels and cavities of which are located in the excitation winding frame, as well as the directions of coolant flows in them. In FIG. 7 shows a section of the field winding along its middle part with cuts at the points of entry and exit of coolant into its channels made in the frame. In FIG. 8 shows on a 2: 1 scale a portion of the field coil cooling system in region B of FIG. 7.

Система охлаждени электрической машины, состоящей из двух пакетов статора 1 с рабочими обмотками 2, секции которых охватывают противолежащие зубцы обоих пакетов, двухпакетный ротор с повернутыми на половину зубцового деления пакетами 3 и обмотку возбуждения 4, расположенную между пакетами статора 1, содержит выполненные в цилиндрическом корпусе 5 закрытые нижней металлической оболочкой 6 каналы 7 принудительного жидкостного охлаждения, в основании которых выполнены турболизаторы. Каналы 7 жидкостной системы охлаждения машины выполнены в корпусе 5 вдоль его окружности концентрично оси машины с выступающими из основания турболизаторами. В рассматриваемом примере исполнения машины турболизаторы имеют форму призм 8 ромбовидного сечения. Не исключается выполнение их в виде выступающих из поверхности корпуса 5 штырьков прямоугольного или круглого профиля. Для входа в систему охлаждения и выхода из нее охлаждающей жидкости на корпусе 5 машины установлены входной 9 и выходной 10 коллекторы. Над нижней оболочкой 6 расположен закрытый с наружной стороны машины металлической верхней оболочкой 11 теплообменник 12 в виде полости, принадлежащей замкнутой системе принудительного воздушного охлаждения. На валу машины установлен вентилятор 13, а по его периферии в корпусе выполнены равномерно распределенные по окружности перепускные отверстия 14. Каналы жидкостного охлаждения машины 7 разделены стальными исходящими из корпуса 5 перегородками 15, которые выходят за пределы этих каналов в теплообменник 12, но не разделяют его на несколько изолированных друг от друга отсеков, а имеют равномерно распределенные по окружности прорези 16, разделенные перегородками 17. Поверхности оболочки 6, закрывающей каналы жидкостного охлаждения со стороны теплообменника 12, для увеличения поверхности теплоотдачи выполнены рифлеными. За центробежным вентилятором 14 по наружному периметру вентилятора 13 установлен направляющий аппарат 18.The cooling system of an electric machine, consisting of two packages of stator 1 with working windings 2, sections of which cover the opposing teeth of both packages, a two-pack rotor with packages 3 turned by half tooth division, and an excitation winding 4 located between the packages of stator 1, are made in a cylindrical housing 5 channels 7 of forced liquid cooling closed by a lower metal shell 6, at the base of which turbolizers are made. The channels 7 of the liquid cooling system of the machine are made in the housing 5 along its circumference concentrically to the axis of the machine with turbolizers protruding from the base. In the considered example of the machine, the turbolizers are in the form of prisms of 8 diamond-shaped sections. It is possible that they are made in the form of pins of a rectangular or round profile protruding from the surface of the housing 5. To enter the cooling system and exit the coolant from the body 5 of the machine, input 9 and output 10 collectors are installed. Above the lower shell 6 is located closed on the outside of the machine with a metal upper shell 11, a heat exchanger 12 in the form of a cavity belonging to a closed system of forced air cooling. A fan 13 is installed on the machine shaft, and bypass holes 14 are evenly distributed around the circumference in the housing 14. The liquid cooling channels of the machine 7 are separated by steel partitions 15 that extend from the housing 5 and extend beyond these channels to the heat exchanger 12, but do not separate it on several compartments isolated from each other, but have slots 16 evenly distributed around the circumference, separated by partitions 17. The surface of the shell 6, which covers the liquid cooling channels from the heat side the exchanger 12, to increase the surface of heat transfer are made corrugated. Behind the centrifugal fan 14, a guide apparatus 18 is installed on the outer perimeter of the fan 13.

Обмотка возбуждения машины 4 для улучшения отвода выделяющегося в ней тепла располагается в металлическом (алюминиевом) каркасе 19 с выполненными в нем каналами и полостями, принадлежащем дополнительной системе принудительного жидкостного охлаждения, охлаждающая жидкость в которую поступает из того же входного коллектора 9, что и в основную омывающую наружную поверхность корпуса 5 жидкостную систему охлаждения через выполненные в цилиндрическом корпусе 5 с центрами на верхней его образующей и принадлежащие дополнительной системе охлаждения сквозные отверстия 20 и 21, расстояние между которыми равно расстоянию между серединами цилиндрических поверхностей боковых стенок каркасов, а выходит из этой системы и поступает в нижний коллектор 10 через противолежащие им отверстия 22 и 23 на нижней образующей корпуса 5.The excitation winding of machine 4 to improve the removal of heat generated in it is located in a metal (aluminum) frame 19 with channels and cavities made in it, belonging to an additional forced liquid cooling system, into which coolant enters from the same inlet manifold 9 as in the main the liquid cooling system washing the outer surface of the housing 5 through the cooling made in the cylindrical housing 5 with centers on its upper generatrix through holes 20 and 21, the distance between which is equal to the distance between the middle of the cylindrical surfaces of the side walls of the frames, and leaves this system and enters the lower manifold 10 through the opposite holes 22 and 23 on the lower generatrix of the housing 5.

Дополнительная система охлаждения содержит также два выполненных в каркасе и расположенных на диаметрально противоположных его сторонах П-образных канала, верхний из которых включает в себя два расположенных соосно с отверстиями 20 и 21 в корпусе 5 радиальных отверстия 24 и 25, выполненных в верхней части боковых стенок каркаса 19, а нижний два расположенных соосно с отверстиями 23 и 24 в корпусе радиальных отверстия 26 и 27, выполненных в нижней части боковых стенок каркаса 19, при этом радиальные отверстия и в верхней и нижней частях каркаса 19 попарно соединены закрытыми с обеих торцевых сторон осевыми отверстиями 28 и 29, выполненными в цилиндрическом основании каркаса 19, а также четыре ряда отверстий 30, выполненных с наружной стороны цилиндрической поверхности каркаса 19 под углом к ней до входа их в осевые отверстия 28 и 29 и попарно разделенных ориентированными вдоль оси машины и расположенными над осевыми отверстиями 28 и 29 двумя гладкими участками 31 и 32 в виде полосок поверхности основания каркаса 19, при этом на всю остальную часть этой поверхности нанесены турболизаторы 27, закрытые по внешней своей поверхности алюминиевыми листами 33, приваренными к оставленными гладкими участкам 31 и 32 цилиндрического основания каркаса и к основаниям боковых его сторон.The additional cooling system also contains two U-shaped channels made in the frame and located on its diametrically opposite sides, the upper of which includes two radial holes 24 and 25 located coaxially with holes 20 and 21 in the housing 5, made in the upper part of the side walls frame 19, and the bottom two located coaxially with holes 23 and 24 in the housing of the radial holes 26 and 27, made in the lower part of the side walls of the frame 19, while the radial holes in the upper and lower parts of the frame 19 pop They are connected by axial openings 28 and 29 closed on both ends, made in the cylindrical base of the frame 19, as well as four rows of holes 30 made on the outside of the cylindrical surface of the frame 19 at an angle to it before they enter the axial holes 28 and 29, and in pairs separated by two smooth sections 31 and 32 oriented along the axis of the machine and located above the axial holes 28 and 29 in the form of stripes of the surface of the base of the frame 19, with the turbolizers 27 applied to the rest of this surface, closed on its external surface with aluminum sheets 33 welded to the left smooth portions 31 and 32 of the cylindrical base frame and to the bases of the lateral sides thereof.

Осевые отверстия 28 и 29 в приведенной конструкции электрической машины выполнены с одной стороны глухими, а с другой стороны они герметически закрыты с помощью сварки. Для предотвращения утечек охлаждающей жидкости по периметру прилегания отверстий корпуса 20, 21 и 22, 23 к отверстиям боковых стенок соответственно 23, 24 и 25, 26 каркаса 19 в эти отверстия вставлены цилиндрические гильзы 34, выполненные, например, из металла, фиксированное положение которых в системе охлаждения обеспечивается либо применением резьбовых соединений, либо с помощью специальных термостойких клеев. В обоих случаях для обеспечения надежности применяются термостойкие уплотнительные элементы, например, в форме шайб 35.The axial holes 28 and 29 in the above construction of the electric machine are blind on one side, and on the other hand they are hermetically sealed by welding. To prevent leakage of coolant along the perimeter of the fit of the holes of the housing 20, 21 and 22, 23 to the holes of the side walls 23, 24 and 25, 26 of the frame 19, respectively, cylindrical sleeves 34 are made in these holes, made of, for example, metal, the fixed position of which the cooling system is provided either by the use of threaded joints, or using special heat-resistant adhesives. In both cases, to ensure reliability, heat-resistant sealing elements are used, for example, in the form of washers 35.

Работа системы охлаждения машины происходит следующим образом.The operation of the cooling system of the machine is as follows.

Охлаждающая жидкость поступает под давлением в верхний коллектор 9, распределяется в нем по четырем разделенным стенками (перегородками) каналам 7 основной жидкостной системы охлаждения. При протекании жидкости между выступающими из корпуса 5 турболизаторами 8 происходит локальное увеличение скорости потока с интенсивным вихреобразованием непосредственно за каждым рядом штырьков, что приводит к разрушению пограничного слоя и повышению коэффициента теплоотдачи и за счет этого позволяет при относительно малом расходе охладителя обеспечить эффективный теплообмен на большой площади охлаждаемой поверхности.The cooling liquid flows under pressure into the upper manifold 9, is distributed therein through four channels 7 separated by walls (partitions) of the main liquid cooling system. When the fluid flows between the turbulizers 8 protruding from the housing 5, there is a local increase in the flow velocity with intensive vortex formation immediately behind each row of pins, which leads to the destruction of the boundary layer and an increase in the heat transfer coefficient and, due to this, allows efficient heat transfer over a large area with a relatively small flow rate of the cooler. cooled surface.

Находясь в турблизованном состоянии вследствие соприкосновения с выступающими из основания каналов турболизаторами 8, сечение которых в данном случае имеет форму ромба (оно может быть и другой формы, например круглой или прямоугольной), охлаждающая жидкость обтекает наружную поверхность цилиндрического корпуса 5, отбирая при этом тепло, поступающее к нему от магнитопровода машины (статора 1) и обмоток, и трансформируя его за пределы машины через коллектор 10.Being in a turbulent state due to contact with turbolizers 8 protruding from the base of the channels, the cross section of which in this case is in the form of a rhombus (it can also be of another shape, for example, round or rectangular), the coolant flows around the outer surface of the cylindrical body 5, while taking away heat, coming to him from the magnetic circuit of the machine (stator 1) and windings, and transforming it outside the machine through the collector 10.

Нагретый во внутренних полостях машины воздух под действием внутреннего центробежного вентилятора 14 поступает (направления его перемещения отмечены тонкими линиями) в направляющий аппарат 18, уменьшающий гидравлическое сопротивление перед входом воздуха в распределенные по окружности перепускные отверстия 15 в корпусе 5 (на фиг. 3 эти отверстия расположены справа) и в теплообменник 12, ограниченный нижней 6 и верхней 11 оболочками, и проходит в осевом направлении через прорези 17, выполненные в верхних частях перегородок, разделяющих расположенные ниже теплообменника каналы основного жидкостного охлаждения 7 машины. При этом характер перемещения воздушного потока в теплообменнике существенно отличается от ламинарного за счет расположенных на его пути зубцов 19, разделяющих прорези 17, и рифленой поверхности оболочки 6. Образующийся турбулентный поток способствует интенсивной передаче тепла от воздуха потоку перемещающейся под оболочкой 6 жидкости и выравниванию температуры во внутренних полостях машины, снижая тепловые нагрузки с пакетов 3 ротора и обмоток статора 2.Heated air in the internal cavities of the machine under the action of the internal centrifugal fan 14 enters (the directions of its movement are marked by thin lines) into the guiding apparatus 18, which reduces the hydraulic resistance before the air enters the circumference holes 15 distributed around the circumference in the housing 5 (in Fig. 3 these holes are located right) and into the heat exchanger 12, limited by the lower 6 and upper 11 shells, and passes axially through the slots 17 made in the upper parts of the partitions dividing the The main liquid cooling channels 7 of the machine below the heat exchanger. Moreover, the nature of the movement of the air flow in the heat exchanger differs significantly from the laminar due to the teeth 19 located on its path, separating the slots 17, and the corrugated surface of the shell 6. The resulting turbulent flow promotes intensive heat transfer from the air to the fluid moving under the shell 6 and equalizing the temperature internal cavities of the machine, reducing thermal loads from the packages 3 of the rotor and the stator windings 2.

Работа дополнительной усиливающей эффект охлаждения машины системы охлаждения ее обмотки возбуждения аналогична работе жидкостной составляющей основной системы охлаждения. Охлаждающая жидкость в нее поступает под давлением через отверстия в гильзах 33, расположенных в отверстиях 23, 24, 25 и 26, в верхнее ориентированное вдоль оси отверстие 28, а из него через два верхних ряда системы отверстий 30 в полость каркаса обмотки возбуждения 19, закрытую алюминиевыми листами 33, и растекается по обе стороны от верхней гладкой полоски основания каркаса 19 обмотки возбуждения 4, двигаясь между турболизаторами 27 вниз к нижнему коллектору 10. Положительный эффект от турболизации потока жидкости на поверхности основания каркаса 19 аналогичен эффекту от турболизации ее в каналах основной системы жидкостного охлаждения, выполненных в корпусе. В нижний коллектор 10 охлаждающая жидкость попадает, пройдя последовательно через нижние ряды отверстий 30, нижнее осевое отверстие 29 и нижние радиальные отверстия в гильзах 34.The work of the additional cooling effect enhancing the cooling effect of the machine of the cooling system of its field coil is similar to the operation of the liquid component of the main cooling system. Coolant enters into it under pressure through openings in sleeves 33 located in openings 23, 24, 25 and 26, into the upper opening 28 oriented along the axis, and from it through the two upper rows of the system of openings 30 into the cavity of the excitation winding frame 19, which is closed aluminum sheets 33, and spreads on both sides of the upper smooth strip of the base of the frame 19 of the field coil 4, moving between the turbulizers 27 down to the lower manifold 10. The positive effect of the turbolization of the fluid flow on the surface of the base of the frame 19 a it is not toxic to the effect of its turbolization in the channels of the main liquid cooling system, made in the housing. Coolant enters the lower manifold 10, passing sequentially through the lower rows of holes 30, the lower axial hole 29 and the lower radial holes in the sleeves 34.

Если в индукторной машине число пакетов статора и ротора больше двух, то в ней больше число обмоток возбуждения и дополнительных систем их охлаждения, конструктивно идентичных по устройству рассмотренной дополнительной системе принудительного жидкостного охлаждения двухпакетной машины.If in the induction machine the number of stator and rotor packages is more than two, then it contains more number of field windings and additional cooling systems, which are structurally identical in design to the additional system of forced liquid cooling of a two-package machine considered above.

Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности теплоотдачи от корпуса машины и нагретого во внутренних ее полостях воздуха охлаждающей жидкости, снижение тепловой нагрузки на изоляцию проводников обмотки возбуждения, уменьшение массы и габаритов электрической машины и системы охлаждения за счет появляющейся более интенсивного ее охлаждения и возможности за счет этого реализации в ней более высоких значений электромагнитных нагрузок.The use of the invention provides an increase in the efficiency of heat transfer from the machine body and the coolant heated in its internal cavities, a decrease in the heat load on the insulation of the field winding conductors, a decrease in the mass and dimensions of the electric machine and the cooling system due to its more intensive cooling and the possibility due to this implementation it has higher values of electromagnetic loads.

Claims

The cooling system of a closed electric machine, containing forcibly liquid cooling channels made in the stator housing along its circumference concentrically to the axis of the machine and closed with a metal shell, with bases in the form of turbolizers protruding from it, and also a metal shell located above the shell and also covered with a metal shell a heat exchanger sealed against penetration of coolant and external air in the form of a cavity belonging to a closed system is forced air cooling from a centrifugal fan located inside the machine on its shaft, while the walls separating the liquid cooling channels of the machine have protrusions to which sheets of metal shells separating the liquid and air cooling systems are attached, and whose surfaces facing the heat exchanger have corrugated a surface made by knurling or applying to it turbolizers, similar to turbolizers based on liquid cooling channels, the walls separating the liquid channels cooling, they go beyond the shells that cover them, dividing the heat exchanger into separate areas of a cylindrical shape, but do not block the flow of heated air driven by the fan through it, because for its axial movement there are slots uniformly distributed around the circumference of the walls of the walls, and also behind the fan a directing apparatus is installed along the external perimeter of the fan by the inlet of the air flow created by it, characterized in that it is equipped with additional forced fluid systems cooling of the field winding coils located in a metal frame of a cylindrical shape between the stator packets, each of which includes machines made in a cylindrical body with centers on its upper and lower two through holes, the distance between which is equal to the distance between the middle of the cylindrical surfaces of the side the walls of the frames, as well as the Π-shaped channels made in the frame and located on its diametrically opposite sides, the upper of which contains two races positioned coaxially with the holes in the housing of the radial holes made in the upper part of the side walls of the frame, and the bottom two located coaxially with the holes in the body of the radial holes made in the lower part of the side walls of the frame, the radial holes in the upper and lower parts of the frame pairwise closed from both end sides with axial holes made in the cylindrical base of the frame, and each of these axial holes is in contact with two rows made from the outside of the cylindrical the surface of the carcass at an angle to it and separated by two smooth sections in the form of strips of the surface of the base of the carcass, oriented along the axis of the machine and located above the axial holes, while the rest of this surface is coated with turbolizers that are closed on their outer surface with metal sheets welded to left smooth areas of the cylindrical base of the frame and to the bases of its lateral sides.