RU2741052C1

RU2741052C1 - Electric machine with contactless bearing seal

Info

Publication number: RU2741052C1
Application number: RU2020129217A
Authority: RU
Inventors: Владимир Маркович Довгалёнок; Александр Николаевич Дрындин; Валерий Николаевич Захаренков; Андрей Дмитриевич Куприянов; Борис Сергеевич Малышев; Алексей Алексеевич Сулыгин
Original assignee: Акционерное общество «Аэроэлектромаш»
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2021-01-22

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: electric machine comprises housing accommodating stator and rotor fixed on shaft between first and second bearings. Grease used is grease lubricant. Housing comprises a closing element separating the first bearing from the main cavity and having head and tail enveloping sealing cylindrical surfaces surrounding the head and tail enveloping sealing cylindrical surfaces of the shaft to form non-contact seals. Said seals form a single sealing channel. On the head male sealing cylindrical surface there is a head screw groove with the screw direction, which is opposite to the shaft rotation direction, and on tail cylindrical sealing cylindrical surface - with direction of screw, which coincides with shaft rotation direction (if seen from second bearing side towards first bearing).

EFFECT: higher reliability of bearing assembly.

16 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnology area

[1] Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. В контексте настоящего изобретения под электрической машиной понимается электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, а именно генераторы электрического тока и электродвигатели.[1] The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical machines. In the context of the present invention, an electrical machine is understood to mean an electromechanical device for converting mechanical energy into electrical energy and vice versa, namely generators of electric current and electric motors.

[2] Обращая внимание на тот факт, что изобретение может быть использовано для изготовления любой из указанных электрических машин, авторы изобретения полагают, что основным направлением для использования изобретения являются генераторы электрического тока, а именно - синхронные генераторы, преимущественно предназначенные для применения в системах электроснабжения летательных аппаратов.[2] Drawing attention to the fact that the invention can be used for the manufacture of any of these electrical machines, the inventors believe that the main direction for using the invention are generators of electric current, namely, synchronous generators, mainly intended for use in power supply systems aircraft.

Предпосылки к созданию изобретенияBackground to the invention

[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, а также для предотвращения попадания в подшипник посторонних частиц и жидкостей 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.[3] A conventional electric machine comprises a housing, in the main cavity of which a stator and a rotor are located, the stator being attached to the housing, and the rotor fixed to a shaft that is mounted in the housing on bearings. To prevent lubricant leakage and to prevent foreign particles and liquids from entering the bearing, each bearing is sealed on both sides with non-contact seals. Air cooling of the stator and rotor is provided by an impeller mounted on the shaft in the main cavity of the housing. This configuration of an electrical machine is disclosed, for example, in the publication JP2016103871A, 06/02/2016.

[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.[4] The specificity of synchronous generators used in aviation is the need to ensure performance for a long time at a high rotational speed of the drive shaft, for example, 8000 rpm and higher, and an ambient temperature of up to 80 ° C and higher. This circumstance requires effective cooling of the stator and rotor, which means a large flow of cooling air passing through the main cavity of the generator housing.

[5] Однако высокая скорость течения воздуха в основной полости корпуса сопровождается падением давления в ней 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.[5] However, the high speed of air flow in the main body cavity is accompanied by a pressure drop in it relative to the pressure outside the body, and the resulting pressure drop causes the bearing lubricant to seep through non-contact seals into the main cavity of the generator body. It should be noted that this undesirable effect can be enhanced by the implementation of longitudinal accelerations or decelerations of the aircraft. As a result, the bearing of a synchronous generator made according to a known configuration may lose lubricant, which will lead to its destruction and failure of the generator.

[6] Соответственно, первая техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в таком усовершенствовании конструкции синхронного генератора, которое сможет не допустить выдавливание смазочного материала от подшипника в основную полость корпуса при сохранении заданного расхода воздуха, необходимого для эффективного охлаждения элементов генератора.[6] Accordingly, the first technical problem to be solved by the invention is such an improvement in the design of the synchronous generator, which can prevent the lubricant from being squeezed out from the bearing into the main cavity of the housing while maintaining a given air flow rate necessary for efficient cooling of the generator elements.

[7] Вторая техническая проблема, решаемая изобретением, связана с необходимостью надежно предотвращать проникновение посторонних частиц, жидкостей и паров из основной полости к подшипнику. Несмотря на то, что градиент давления направлен от подшипника к основной полости, поступающий в основную полость поток воздуха содержит частицы пыли и т.п., которые могут попадать в смазочный материал и мигрировать в подшипник. Зачастую эти частицы обладают абразивными свойствами, и присутствие их в смазочном материале ускоряет износ подшипника.[7] The second technical problem solved by the invention is related to the need to reliably prevent the penetration of foreign particles, liquids and vapors from the main cavity to the bearing. Although the pressure gradient is directed from the bearing towards the main cavity, the air flow entering the main cavity contains dust particles and the like that can enter the lubricant and migrate into the bearing. These particles are often abrasive and present in the lubricant will accelerate bearing wear.

[8] Особую актуальность указанная проблема приобретает в синхронных генераторах с комбинированным охлаждением, когда в дополнение к воздушному охлаждению при слабом давлении атмосферы в основную полость впрыскивается быстро испаряющаяся жидкость, которая образует пар, компенсирующий недостаток атмосферного воздуха. В этом случае жидкость, мигрируя в смазочном материале, вступает с ним в реакцию, в результате чего происходит быстрая деградация смазочного материала и обусловленные этим перегрев и разрушение подшипника.[8] This problem becomes especially urgent in synchronous generators with combined cooling, when, in addition to air cooling at a weak atmospheric pressure, a rapidly evaporating liquid is injected into the main cavity, which forms a vapor that compensates for the lack of atmospheric air. In this case, the liquid migrates in the lubricant and reacts with it, as a result of which there is a rapid degradation of the lubricant and the resulting overheating and destruction of the bearing.

[9] Таким образом, целью изобретения является надежная герметизация подшипника со стороны основной полости, позволяющая как сохранить вблизи подшипника требуемое количество смазочного материала, так и обеспечить его требуемую чистоту и химический состав, что в конечном счете является условием для безаварийной работы подшипника.[9] Thus, the purpose of the invention is to reliably seal the bearing from the side of the main cavity, allowing both to maintain the required amount of lubricant near the bearing and to ensure its required purity and chemical composition, which ultimately is a condition for trouble-free operation of the bearing.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[10] Для решения указанных технических проблем в качестве изобретения предложена электрическая машина, содержащая корпус, в основной полости которого расположены статор и ротор, при этом ротор электрической машины закреплен на валу между первым и вторым подшипниками, которые удерживают вал в корпусе. Для смазки первого и второго подшипников использован консистентный смазочный материал. Корпус содержит закрывающий элемент, отделяющий первый подшипник от основной полости, при этом закрывающий элемент имеет головную и хвостовую охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности. Вал в свою имеет головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности. Головная и хвостовая охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности окружают соответственно головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности с образованием головного и хвостового бесконтактных уплотнений. Головное и хвостовое бесконтактные уплотнения при этом формируют единый уплотнительный канал, в котором головное бесконтактное уплотнение расположено со стороны первого подшипника, а хвостовое бесконтактное уплотнение расположено со стороны основной полости. На головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена головная винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника. На хвостовой охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности выполнена хвостовая винтовая канавка с направлением винта, совпадающим с направлением вращения вала, если смотреть со стороны второго подшипника в сторону первого подшипника.[10] To solve the above technical problems, an electric machine is proposed as an invention, comprising a housing, in the main cavity of which a stator and a rotor are located, while the rotor of the electric machine is fixed on the shaft between the first and second bearings that hold the shaft in the housing. Grease was used to lubricate the first and second bearings. The housing contains a cover element that separates the first bearing from the main cavity, while the cover element has a head and tail covering cylindrical sealing surfaces. The shaft has a head and tail male sealing cylindrical surfaces. The head and tail male cylindrical sealing surfaces, respectively, surround the head and tail male cylindrical sealing surfaces to form head and tail non-contact seals. The head and tail non-contact seals thus form a single sealing channel, in which the head non-contact seal is located on the side of the first bearing, and the tail non-contact seal is located on the side of the main cavity. On the head male sealing cylindrical surface, a head helical groove is made with the direction of the screw opposite to the direction of rotation of the shaft, when viewed from the side of the second bearing towards the first bearing. A tail helical groove is made on the tail male sealing cylindrical surface with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation of the shaft, when viewed from the second bearing towards the first bearing.

[11] Первый технический результат изобретения состоит в том, что консистентный смазочный материал, просачиваясь от первого подшипника в головное бесконтактное уплотнение, при вращении вала направляется поверхностью головной 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 единый уплотнительный канал, а значит, первая техническая проблема, поставленная перед изобретением, является решенной.[11] The first technical result of the invention is that the grease, seeping from the first bearing into the head non-contact seal, is guided by the surface of the head helical groove towards the first bearing when the shaft rotates. Thus, even under the conditions of the above-described pressure drop, grease is prevented from escaping from the first bearing into the main cavity through a single sealing channel, which means that the first technical problem posed to the invention is solved.

[12] Второй технический результат состоит в том посторонние частицы и капли жидкости, попадая из основной полости в хвостовое бесконтактное уплотнение, при вращении вала направляются поверхностью хвостовой винтовой канавки в сторону основной полости. Таким образом, предотвращается попадание частиц и жидкостей в консистентный смазочный материал с его последующей деградацией, а значит, вторая техническая проблема, поставленная перед изобретением, является решенной.[12] The second technical result consists in the fact that foreign particles and liquid droplets, falling from the main cavity into the tail contactless seal, are guided by the surface of the tail helical groove towards the main cavity when the shaft rotates. Thus, the ingress of particles and liquids into the grease is prevented with its subsequent degradation, which means that the second technical problem posed to the invention is solved.

[13] В частном случае изобретения головная винтовая канавка заполнена консистентным смазочным материалом, который препятствует выходу консистентного смазочного материала из первого подшипника. В этом случае создается непрерывный объем консистентного смазочного материала между подшипником и головной винтовой канавкой, и головная винтовая канавка нагнетает консистентный смазочный материал непосредственно в первый подшипник.[13] In a particular case of the invention, the head helical groove is filled with a grease that prevents the grease from escaping from the first bearing. In this case, a continuous volume of grease is created between the bearing and the helical head groove, and the helical head groove injects the grease directly into the first bearing.

[14] В частном случае изобретения на головной 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 первый технический результат изобретения.[14] In the particular case of the invention, at least one annular groove is formed on the head female sealing cylindrical surface, which is preferably filled with a grease. This solution makes it possible to create an additional obstacle for the grease when moving towards the main cavity, which enhances the first technical result of the invention.

[15] В частном случае изобретения головная винтовая канавка является одной из множества винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта. Это позволяет повысить плотность витков головной 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.[15] In the particular case of the invention, the head helical groove is one of a plurality of helical grooves made in the form of a multi-thread screw. This makes it possible to increase the density of the turns of the helical head groove even when it is made with a small angle of inclination to the longitudinal axis of the shaft, as a result of which a more efficient return of the grease to the first bearing is provided.

[16] В частном случае изобретения хвостовая винтовая канавка является одной из множества винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта. Это позволяет повысить плотность витков хвостовой винтовой канавки даже при ее выполнении с малым углом наклона к продольной оси вала, в результате чего обеспечивается более эффективное воспрепятствование проникновению посторонних частиц и капель жидкости из основной полости к консистентному смазочному материалу.[16] In the particular case of the invention, the tail helical groove is one of a plurality of helical grooves made in the form of a multi-thread screw. This makes it possible to increase the density of the turns of the tail helical groove even when it is made with a small angle of inclination to the longitudinal axis of the shaft, as a result of which a more effective prevention of penetration of foreign particles and liquid droplets from the main cavity to the grease is provided.

[17] В частном случае изобретения единый уплотнительный канал имеет продольную конфигурацию, в которой хвостовое бесконтактное уплотнение имеет продольное смещение относительно головного бесконтактного уплотнения. Данное исполнение изобретения характеризуется малым радиальным размером уплотнительного узла первого подшипника.[17] In the particular case of the invention, the single seal channel has a longitudinal configuration in which the tail non-contact seal is longitudinally offset from the head non-contact seal. This embodiment of the invention is characterized by a small radial dimension of the seal assembly of the first bearing.

[18] В частном случае изобретения единый уплотнительный канал имеет лабиринтную конфигурацию, в которой хвостовое бесконтактное уплотнение имеет радиальное смещение относительно головного бесконтактного уплотнения. Данное исполнение изобретения характеризуется малым продольным размером внутреннего уплотнительного узла первого подшипника, а также возможностью выполнения ряда последовательно расположенных головных бесконтактных уплотнений. [18] In the particular case of the invention, the single seal channel has a labyrinth configuration in which the tail non-contact seal is radially offset relative to the head non-contact seal. This embodiment of the invention is characterized by a small longitudinal dimension of the inner seal assembly of the first bearing, as well as the possibility of performing a series of sequentially located head seals.

[19] В последнем частном случае изобретения головное бесконтактное уплотнение может являться первым головным бесконтактным уплотнением, при этом единый уплотнительный канал может содержать второе головное бесконтактное уплотнение, выполненное аналогично первому головному бесконтактному уплотнению и расположенное с радиальным смещением относительно первого головного и хвостового бесконтактных уплотнений. Это позволяет увеличить суммарную осевую длину головных бесконтактных уплотнений с периодическим изменения направления потока, что способствует повышению гидравлического сопротивления единого уплотнительного канала и затрудняет перетекание консистентного смазочного материала от первого подшипника в основную полость.[19] In the latter particular case of the invention, the non-contact head seal may be the first non-contact head seal, while the single sealing channel may comprise a second non-contact head seal similar to the first non-contact head seal and radially offset relative to the first head and tail non-contact seals. This makes it possible to increase the total axial length of the head contactless seals with periodic changes in the direction of flow, which increases the hydraulic resistance of the single sealing channel and makes it difficult for the grease to flow from the first bearing into the main cavity.

[20] Кроме того, пространство между первым и вторым головными бесконтактными уплотнениями, а также принадлежащие им головные винтовые канавки могут быть заполнены консистентным смазочным материалом. Данные решения повышают эффективность возвращения консистентного смазочного материала к первому подшипнику.[20] In addition, the space between the first and second head seals, as well as the head screw grooves belonging to them, can be filled with a grease. These solutions improve the efficiency of returning the grease to the first bearing.

[21] В частных случаях изобретения первый подшипник может являться подшипником, расположенным со стороны приводного элемента вала или со стороны, противоположной стороне приводного элемента вала. Данное исполнение позволяет обеспечить надежную герметизацию как первого, так и второго подшипника электрической машины.[21] In particular cases of the invention, the first bearing may be a bearing located on the side of the shaft drive element or on the side opposite to the side of the shaft drive element. This design allows for reliable sealing of both the first and second bearings of the electric machine.

[22] В частном случае изобретения закрывающий элемент является первым закрывающим элементом, головная и хвостовая охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности являются соответственно головной и хвостовой охватывающими уплотнительными цилиндрическими поверхностями стороны первого подшипника, а головная и хвостовая охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности являются соответственно головной и хвостовой охватываемыми уплотнительными цилиндрическими поверхностями стороны первого подшипника. Корпус при этом содержит второй закрывающий элемент, отделяющий второй подшипник от основной полости. Второй закрывающий элемент имеет головную и хвостовую охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника, а вал имеет головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника. Головная и хвостовая охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника окружают соответственно головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника с образованием головного и хвостового бесконтактных уплотнений стороны второго подшипника. Головное и хвостовое бесконтактные уплотнения стороны второго подшипника формируют единый уплотнительный канал, в котором головное бесконтактное уплотнение стороны второго подшипника расположено со стороны второго подшипника, а хвостовое бесконтактное уплотнение стороны второго подшипника расположено со стороны основной полости. На головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности стороны второго подшипника выполнена головная винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала, если смотреть со стороны первого подшипника в сторону второго подшипника. На хвостовой охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности стороны второго подшипника выполнена хвостовая винтовая канавка с направлением винта, совпадающим с направлением вращения вала, если смотреть со стороны первого подшипника в сторону второго подшипника.[22] In the particular case of the invention, the closure element is the first closure element, the head and tail female sealing cylindrical surfaces are, respectively, the head and tail female sealing cylindrical surfaces of the first bearing side, and the head and tail male sealing cylindrical surfaces are, respectively, the head and tail male sealing cylindrical surfaces. surfaces of the side of the first bearing. In this case, the housing contains a second closure element that separates the second bearing from the main cavity. The second cover has a second bearing side head and tail female cylindrical sealing surfaces, and the shaft has a second bearing side head and tail male cylindrical sealing surfaces. The head and tail female cylindrical sealing surfaces of the second bearing side surround respectively the head and tail male cylindrical sealing surfaces of the second bearing side to form the second bearing side head and tail non-contact seals. The head and tail contactless seals of the second bearing side form a single sealing channel in which the head contactless seal of the second bearing side is located on the side of the second bearing, and the tail contactless seal of the second bearing side is located on the side of the main cavity. On the head male sealing cylindrical surface of the side of the second bearing, a head helical groove is made with the direction of the screw opposite to the direction of rotation of the shaft when viewed from the side of the first bearing towards the second bearing. On the tail male sealing cylindrical surface of the side of the second bearing, a tail helical groove is made with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation of the shaft, when viewed from the side of the first bearing towards the second bearing.

[23] Данное исполнение изобретения позволяет одновременно обеспечить надежную герметизацию первого и второго подшипников. Поскольку уплотнение второго подшипника выполняется аналогично уплотнению первого подшипника, то все технические результаты, указанные выше для первого подшипника, справедливы и для второго подшипника.[23] This embodiment of the invention allows simultaneous reliable sealing of the first and second bearings. Since the second bearing is sealed in the same way as the first bearing, all the technical results indicated above for the first bearing are also valid for the second bearing.

[24] В частном случае изобретения охлаждение генератора обеспечивается путем создания потока воздуха в основной полости с возможностью впрыска охлаждающей жидкости в основную полость. В этом случае приобретают значение такие неблагоприятные факторы как наличие градиента давления, направленного в сторону основной полости и побуждающего консистентный смазочный материал продвигаться от первого подшипника в сторону основной полости, и наличие капель жидкости, способной взаимодействовать с консистентным смазочным материалом и вызывать его деградацию. Соответственно, упомянутые первый и второй технические результаты, обеспечиваемые изобретением и являющиеся его преимуществом, в этих условиях проявляются наиболее ярко.[24] In a particular case of the invention, the cooling of the generator is provided by creating an air flow in the main cavity with the possibility of injecting coolant into the main cavity. In this case, such unfavorable factors as the presence of a pressure gradient directed towards the main cavity and prompting the grease to move from the first bearing towards the main cavity, and the presence of liquid droplets that can interact with the grease and cause its degradation, become important. Accordingly, the aforementioned first and second technical results provided by the invention and being its advantage are most clearly manifested under these conditions.

[25] В частном случае изобретения электрическая машина представляет собой синхронный генератор, что отражает наиболее предпочтительную область использование изобретения.[25] In the particular case of the invention, the electric machine is a synchronous generator, which reflects the most preferred field of application of the invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

[26] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:[26] The implementation of the invention will be explained with reference to the figures:

Фиг. 1 - продольный разрез синхронного генератора, выполненного согласно изобретению;FIG. 1 is a longitudinal section of a synchronous generator according to the invention;

Фиг. 2 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, известный из уровня техники;FIG. 2 is a prior art internal seal assembly of the first bearing;

Фиг. 3 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно изобретению;FIG. 3 - the inner seal assembly of the first bearing made according to the invention;

Фиг. 4 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно частному случаю изобретения, с разрезом уплотнительного элемента вала;FIG. 4 - the inner sealing unit of the first bearing, made according to a particular case of the invention, with a section through the sealing element of the shaft;

Фиг. 5 - уплотнительный элемент вала согласно частному случаю изобретению, вид со стороны первого подшипника;FIG. 5 is a shaft sealing element according to a particular case of the invention, view from the side of the first bearing;

Фиг. 6 - внутренний уплотнительный узел первого подшипника, выполненный согласно частному случаю изобретения, без разреза уплотнительного элемента вала;FIG. 6 - internal sealing unit of the first bearing, made according to a particular case of the invention, without a section through the sealing element of the shaft;

Фиг. 7 - охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности вала, выполненные согласно частному случаю изобретения.FIG. 7 - male cylindrical sealing surfaces of the shaft, made in accordance with a particular case of the invention.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[27] Осуществление изобретения будет показано на наилучших известных авторам примерах его реализации, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[27] The implementation of the invention will be shown on the best examples of its implementation known to the authors, which are not restrictions on the scope of protected rights.

[28] 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.[28] The synchronous generator 1, the longitudinal section of which is shown in FIG. 1 comprises a housing 10, a stator 20 and a rotor 30. The housing 10 includes a cylindrical portion 11 and two shields 12 and 13 connected thereto, which together form a main cavity 14 of the housing 10, which is closed in the longitudinal and radial directions. It should be noted that the cylindrical part 11 can be made with one of the shields 12 or 13 in one piece, or can be connected to each of them during assembly.

[29] 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.[29] The stator 20 and the rotor 30 are located in the main cavity 14, while the stator 20 is fixed on the cylindrical part 11, and the rotor is fixed on the shaft 40, which is held in the housing 10 by means of the first and second bearings 50 and 70, installed respectively in the first and the second shields 12 and 13. The rotor 30 is secured to the shaft 40 in the area between the first bearing 50 and the second bearing 70.

[30] Вал 40 приводится во вращение через приводной элемент 41, входящий в зубчатое зацепление с выходным элементом приводного устройства (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.[30] The shaft 40 is driven through a drive element 41, which is in gear engagement with an output element of the drive device (not shown), while the synchronous generator is located in the aircraft so that the axis of the shaft 40 coincides with the direction of flight (arrow 2), and the toothed member 41 is at the front. Shaft 40 rotates clockwise (arrow 3) when viewed in the direction of flight, i.e. from the side of the second shield 13 towards the first shield 12.

[31] 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.[31] The stator 20 and the rotor 30 are cooled by the air flow (arrows 4), which is created by the impeller 42 rigidly mounted on the shaft 40. The air flow 4 enters the main cavity 14 through the axial holes 15 and leaves the main cavity through the radial holes 16, passing both between the stator 20 and the rotor 30, and through the through holes in them. As shown above, the air flow 4 has a high velocity, as a result of which a rarefied atmosphere is created in the main cavity 14 with a pressure below the pressure of the outer space, i.e. below atmospheric pressure.

[32] В условиях низкого атмосферного давления, например, при подъеме на большую высоту эффективность воздушного охлаждения снижается. Чтобы компенсировать недостаток охлаждающего воздуха, через форсунки, выполненные в валу 40, в полость 14 впрыскивается быстро испаряющаяся охлаждающая жидкость (стрелки 5), нагнетаемая в полость вала 40. [32] Under conditions of low atmospheric pressure, such as climbing high altitudes, the efficiency of air cooling is reduced. To compensate for the lack of cooling air, a rapidly evaporating coolant (arrows 5) is injected into the cavity 14 through the nozzles made in the shaft 40 and is injected into the cavity of the shaft 40.

[33] 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.[33] The first and second bearings 50 and 70 are rolling bearings, namely ball bearings. Each bearing of the first and second bearings 50 and 70 is lubricated by placing a grease between its movable and stationary rings. The mounting configuration of the first bearing 50 is similar to that of the second bearing 70, therefore, in the following discussion, mainly the first bearing 50 will be considered in detail.

[34] 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, жидкостей и т.п., первый подшипник 50 установлен в изолированной камере, ограниченной в радиальном направлении первым щитом 12 и валом 40, а в продольном направлении - первыми 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. [34] Due to the fact that grease develops over time, in order for the first bearing 50 to have a predetermined failure-free life, there must be some excess amount of grease near it. In order to keep the grease lubricant close to the first bearing 50 for a long time, as well as to prevent abrasive particles, liquids, etc. from entering the first bearing 50, the first bearing 50 is installed in an insulated chamber bounded in the radial direction by the first shield 12 and shaft 40, and in the longitudinal direction - the first external and internal sealing units 51 and 52. Said isolated chamber includes external and internal cavities 53 and 54 (Fig. 2, 3) located on both longitudinal sides of the first bearing 50 and filled with a consistent lubricant.

[35] На Фиг. 2 показан первый внутренний уплотнительный узел 52, выполненный согласно известному решению. Здесь первый внутренний уплотнительный узел 52 образован закрывающим элементом 60 в качестве элемента корпуса 10 и уплотнительным элементом 43 в качестве элемента вала 40, причем между закрывающим элементом 60 и уплотнительным элементом 43 обеспечено бесконтактное уплотнение в виде зазора 55 с малым просветом.[35] FIG. 2 shows a first internal seal assembly 52 according to the prior art. Here, the first inner sealing unit 52 is formed by a closure 60 as a member of the housing 10 and a sealing member 43 as a shaft member 40, a non-contact seal 55 with a small clearance is provided between the closure 60 and the sealing member 43.

[36] 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.[36] Further, since, as shown above, the pressure outside the housing 10 is higher than the pressure in its main cavity 14, this pressure drop will cause the grease to seep into the main cavity 14 through the contactless seal of the inner seal assembly 52, i.e. through the gap 55 between the cover 60 and the sealing element 43. Another factor that intensifies the flow of grease from the first bearing 50 into the main cavity 14 is the acceleration of the aircraft, as a result of which inertia throws the grease towards the main cavity 14.

[37] Кроме того, частицы пыли, циркулирующие в основной полости 14, и капли охлаждающей жидкости 5 будут смешиваться с выдавливаемым из зазора 55 консистентным смазочным материалом и мигрировать в сторону первого подшипника 50. Как было показано выше, частицы пыли производят абразивное воздействие на элементы первого подшипника, в то время как охлаждающая жидкость разлагает консистентный смазочный материал химически.[37] In addition, dust particles circulating in the main cavity 14 and drops of coolant 5 will mix with the grease squeezed out of the gap 55 and migrate towards the first bearing 50. As shown above, dust particles produce an abrasive effect on the elements the first bearing, while the coolant decomposes the grease chemically.

[38] Даже при том, что консистентный смазочный материал характеризуется достаточно высокой вязкостью, показанная на Фиг. 2 конфигурация первого внутреннего уплотнительного узла 52 все равно будет допускать как постепенное выдавливание консистентного смазочного материала из внутренней полости 54 через зазор 55 в основную полость 14, так и миграцию частиц и жидкостей из основной полости 14 к первому подшипнику 14, ухудшая характеристики оставшегося консистентного смазочного материала. Данные нежелательные эффекты являются присущими известному решению ввиду того, что гидравлическое сопротивление известного бесконтактного уплотнения оказывается недостаточным.[38] Even though the grease has a sufficiently high viscosity, shown in FIG. 2, the configuration of the first inner seal assembly 52 will still allow both the gradual squeezing of grease from the inner cavity 54 through the gap 55 into the main cavity 14, and the migration of particles and liquids from the main cavity 14 to the first bearing 14, degrading the characteristics of the remaining grease ... These undesirable effects are inherent in the known solution due to the fact that the hydraulic resistance of the known contactless seal is insufficient.

[39] На Фиг. 3 показан первый внутренний уплотнительный узел 52, выполненный согласно изобретению. В этом случае первый внутренний уплотнительный узел 52 образован закрывающим элементом 60 в качестве элемента корпуса 10 и уплотнительным элементом 43 в качестве элемента вала 40, причем между закрывающим элементом 60 и уплотнительным элементом 43 обеспечены головное и хвостовое бесконтактные уплотнение в виде зазоров 56 и 58 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.[39] FIG. 3 shows a first inner seal assembly 52 according to the invention. In this case, the first inner sealing unit 52 is formed by a closure 60 as a member of the housing 10 and a sealing member 43 as a shaft member 40, and between the closure 60 and the sealing member 43, a head and tail non-contact seal is provided in the form of gaps 56 and 58 with small lumen. It should be noted that the cover 60 may be formed integrally with the first shield 12, or may be connected to it during assembly.

[40] Закрывающий элемент 60 имеет головную и хвостовую охватывающие уплотнительную цилиндрическую поверхность 61 и 63, а уплотнительный элемент 43 имеет головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности 44 и 48. Головная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 концентрически окружает головную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 44 без контакта с ней с образованием головного бесконтактного уплотнения 56, в свою очередь, хвостовая охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 63 концентрически окружает хвостовую охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 48 без контакта с ней с образованием хвостового бесконтактного уплотнения 58. Отметим, что головное и хвостовое бесконтактные уплотнения 56 и 58 формируют единый уплотнительный канал, в котором головное бесконтактное уплотнение 56 расположено со стороны первого подшипника 50, а хвостовое бесконтактное уплотнение 58 расположено со стороны основной полости 14.[40] The closure member 60 has a head and tail female sealing cylindrical surface 61 and 63, and the sealing member 43 has a head and tail male sealing cylindrical surface 44 and 48. The head female sealing cylindrical surface 61 concentrically surrounds the head male sealing cylindrical surface 44 without contact with it to form a head non-contact seal 56, in turn, the tail female sealing cylindrical surface 63 concentrically surrounds the tail male sealing cylindrical surface 48 without contact with it to form a tail non-contact seal 58. Note that the head and tail non-contact seals 56 and 58 form a single seal channel in which the head non-contact seal 56 is located on the side of the first bearing 50, and the tail non-contact seal 58 is located on the side of the main cavity 14.

[41] Здесь следует отметить, что бесконтактное уплотнение вала как таковое является общеизвестной и широко применяемой технологией, получившую глубокую теоретическую и практическую проработку. В данном случае, например, головное бесконтактное уплотнение 56 реализовано посредством того, что головная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 находится на достаточно малом расстоянии от головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44. Это расстояние, т.е. радиальная величина зазора 56, является настолько малым, что находящийся в зазоре 56 между поверхностями 61 и 44 консистентный смазочный материал одновременно контактирует с обеими из них, в результате чего образуется гидравлическое сопротивление его течению. Аналогичное рассуждение справедливо и для хвостового бесконтактного уплотнения 58 с учетом того, что малая величина зазора 58 создает гидравлическое сопротивление для воздуха, содержащего взвешенные частицы пыли и капли охлаждающей жидкости.[41] It should be noted here that the non-contact shaft seal as such is a well-known and widely used technology that has received deep theoretical and practical development. In this case, for example, the non-contact head seal 56 is realized in that the head female cylindrical sealing surface 61 is at a sufficiently small distance from the head male cylindrical sealing surface 44. This distance, i. E. the radial size of the gap 56 is so small that the grease located in the gap 56 between the surfaces 61 and 44 simultaneously contacts both of them, as a result of which a hydraulic resistance to its flow is formed. A similar reasoning is valid for the tail non-contact seal 58, taking into account the fact that the small size of the gap 58 creates a hydraulic resistance for air containing suspended dust particles and drops of coolant.

[42] Очевидно, что для повышения эффективности бесконтактного уплотнения является предпочтительным, чтобы зазор 56 (или 58) между поверхностями 61 (63) и 44 (48) 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 56 (58) менее 1,0 мм.[42] Obviously, in order to improve the efficiency of the contactless seal, it is preferable that the clearance 56 (or 58) between the surfaces 61 (63) and 44 (48) is as small as possible from the point of view of processing and assembly technologies available to the manufacturer. In the case of a synchronous generator 1, the proper contactless sealing performance is achieved when the clearance 56 (58) is less than 1.0 mm.

[43] Обратим внимание, что хотя в данном случае уплотнительный элемент 43 представляет собой просто участок вала 40, признак изобретения «вал имеет головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности» следует понимать так, что головная и хвостовая охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности 44 и 48 могут быть также выполнены на любом элементе, жестко связанном с валом 40, например, на крыльчатке 42, роторе 30 или специально предусмотренной втулке.[43] Note that although in this case the sealing member 43 is simply a portion of the shaft 40, the inventive feature "shaft has a head and a tail male cylindrical sealing surfaces" is to be understood so that the head and tail male cylindrical sealing surfaces 44 and 48 can also be performed on any element rigidly connected to the shaft 40, for example, on the impeller 42, the rotor 30 or a specially provided bushing.

[44] Далее, на головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44 выполнена головная 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. В свою очередь, на хвостовой охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 48 выполнена хвостовая винтовая канавка 49 с направлением винта, совпадающим с направлением вращения вала 40, если смотреть со стороны второго подшипника 70 в сторону первого подшипника 50.[44] Further, on the head male sealing cylindrical surface 44 is made a head helical groove 45 with the direction of the screw opposite to the direction 3 of rotation of the shaft 40, when viewed from the side of the second bearing 70 towards the first bearing 50. In turn, on the tail male sealing the cylindrical surface 48 is provided with a tail helical groove 49 with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation of the shaft 40, when viewed from the side of the second bearing 70 towards the first bearing 50.

[45] 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). Головная винтовая канавка 45 может быть выполнена в виде резьбы треугольного профиля, однако, головная винтовая канавка 45 может иметь прямоугольный, трапециевидный или любой иной профиль. Аналогичную конфигурацию может иметь и хвостовая винтовая канавка 49.[45] The direction of the screw here means that direction of its rotation, which leads to speculative screwing of the screw in a given longitudinal direction (in this case, the given longitudinal direction is given by the direction of view from the side of the second bearing 70 towards the first bearing 50). The head helical groove 45 can be made in the form of a triangular thread, however, the head helical groove 45 can have a rectangular, trapezoidal or any other profile. The tail helical groove 49 can have a similar configuration.

[46] Консистентный смазочный материал, попадая в головную винтовую канавку 45, при вращении вала 40 направляется ее боковой поверхностью в сторону первого подшипника 50, ведь головная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 с выполненной на ней головной 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.[46] The grease, getting into the head helical groove 45, when the shaft 40 rotates, is directed by its lateral surface towards the first bearing 50, because the head male sealing cylindrical surface 44 with the head helical groove 45 formed on it is essentially a screw capable of move the environment in it. Due to this, the grease, even under conditions of a large pressure drop, which induces it to move towards the main cavity 14, returns to the first bearing 50, as a result of which the amount of grease that is sufficient for a prolonged and trouble-free operation of the first bearing 50.

[47] Далее, угол α наклона головной винтовой канавки 45 к продольной оси вала 40, измеренный, например, между срединной линией головной винтовой канавки 45 и продольной осью вала 40 на прямоугольной проекции срединной линии головной 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°.[47] Further, the angle α of inclination of the head helical groove 45 to the longitudinal axis of the shaft 40, measured, for example, between the median line of the head helical groove 45 and the longitudinal axis of the shaft 40 on a rectangular projection of the median line of the head helical groove 45 on a plane passing through the longitudinal axis shaft 40, is determined by the viscosity of the grease and the rotational speed of the shaft 40. The angle α can be in the range of 10 - 80 °.

[48] Предпочтительно, если внутренняя полость 54 предварительно заполнена консистентным смазочным материалом, и еще более предпочтительно, если им предварительно заполнены одновременно внутренняя полость 54 и головная 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.[48] Preferably, the inner cavity 54 is pre-filled with a grease, and even more preferably, if the inner cavity 54 and the head helical groove 45 are pre-filled with it at the same time. In this case, the grease is injected to the first bearing 50 from the moment of activation synchronous generator 1, which further assists in retaining the grease near the first bearing 50.

[49] На головной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 61 может быть выполнена, по меньшей мере, одна кольцевая канавка 62, которая локально увеличивает проходное сечение зазора 56 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.[49] On the head female sealing cylindrical surface 61, at least one annular groove 62 may be formed that locally increases the flow area of the gap 56 and forms a region of increased flow pressure. This creates additional hydraulic resistance to the movement of the grease towards the main cavity 14. Preferably, the number of annular grooves 62 is two or more, and even more preferably, if they are pre-filled with grease.

[50] Следует, однако, отметить, что при малых значениях угла α витки головной 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 головная винтовая канавка 45 является одной из множества расположенных рядом друг с другом головных винтовых канавок, выполненных в виде многозаходного винта. В последнем случае эффективность нагнетания консистентного смазочного материала к первому подшипнику 50 становится значительно выше.[50] It should, however, be noted that for small values of the angle α, the turns of the head helical groove 45 will be at some distance from each other in the direction of the longitudinal axis, leaving a significant area of the male sealing cylindrical surface 44 smooth. This configuration is not optimal, therefore in the preferred case, the head helical groove 45 is one of a plurality of adjacent head helical grooves made in the form of a multi-thread screw. In the latter case, the efficiency of pumping grease to the first bearing 50 becomes much higher.

[51] Что касается хвостовой винтовой канавки 49, то при указанном стрелкой 3 вращении вала 40 она отбрасывает проникающие в нее частицы пыли и капли охлаждающей жидкости обратно в основную полость 14, не допуская их проникновения к консистентному смазочному материалу. При определении угла наклона винта и возможности выполнения его многозаходным, в отношении хвостовой винтовой канавки 49 целесообразно руководствоваться теми же рассуждениями и выбором тех же параметров и решений, которые были раскрыты выше для головной винтовой канавки 45. [51] Regarding the tail helical groove 49, when the shaft 40 rotates indicated by arrow 3, it throws dust particles and coolant droplets entering it back into the main cavity 14, preventing them from penetrating to the grease. When determining the angle of inclination of the propeller and the possibility of making it multi-threaded, in relation to the tail helical groove 49, it is advisable to be guided by the same reasoning and the choice of the same parameters and solutions that were disclosed above for the head helical groove 45.

[52] В отношении второго подшипника 70, снабженного вторыми внешним и внутренним уплотнительными узлами 71 и 72, можно заметить, что факторы, побуждающие консистентный смазочный материал перетекать через второй 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 второй внутренний уплотнительный узел 72, существенно ниже ускорений разгона. Что касается частиц пыли и капель воды, то они в подавляющем количестве уносятся потоком воздуха 4 в сторону первого подшипника 50. [52] With regard to the second bearing 70 provided with the second outer and inner seal assemblies 71 and 72, it can be seen that the factors causing the grease to flow through the second inner seal assembly 72 into the main cavity 14 are weakened compared to those of the first bearing 50. Firstly, the pressure difference between the outer space and the main cavity 14 in the region of the second bearing 70 is less, which is explained by the presence of an intake air flow from the outer side of the second shield 13, and hence a slightly reduced pressure in the area near the outer side of the second shield 13 relative to atmospheric pressure. Second, the negative accelerations during aircraft deceleration, which cause the grease to inertly move from the second bearing 70 towards the main cavity 14 through the second inner seal assembly 72, are substantially lower than the acceleration accelerations. As for the dust particles and water droplets, they are overwhelmingly carried away by the air flow 4 towards the first bearing 50.

[53] Тем не менее, второй внутренний уплотнительный узел 72 может быть выполнен аналогично первому внутреннему уплотнительному узлу 52. Подробное изображение второго внутреннего уплотнительного узла 72 не представлено, поскольку оно соответствует зеркальному отображению Фиг. 3 относительно вертикальной оси.[53] However, the second inner seal assembly 72 may be configured similarly to the first inner seal assembly 52. A detailed view of the second inner seal assembly 72 is not shown because it corresponds to the mirror image of FIG. 3 about the vertical axis.

[54] Здесь следует отметить, что признаки формулы изобретения «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» в контексте формулы изобретения может выступать как первый подшипник 50, так и второй подшипник 70.[54] It should be noted here that the features of the claims "first bearing" and "second bearing" are to be understood only as an indication for distinguishing them, unrelated to the first bearing 50 and the second bearing 70. As the "first bearing" in the context of the claims of the invention, both the first bearing 50 and the second bearing 70 can act.

[55] Однако объем изобретения включает в себя и такой случай, когда изобретение использовано одновременно на стороне первого внутреннего уплотнительного узла 52 и стороне второго внутреннего уплотнительного узла 72. В этом случае закрывающий элемент 60 является первым закрывающим элементом, головная и хвостовая охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности 61 и 63 являются соответственно головной и хвостовой охватывающими уплотнительными цилиндрическими поверхностями стороны первого подшипника, а головная и хвостовая охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности 44 и 48 являются соответственно головной и хвостовой охватываемыми уплотнительными цилиндрическими поверхностями стороны первого подшипника. Корпус 10 при этом содержит второй закрывающий элемент, отделяющий второй подшипник 70 от основной полости 14. Второй закрывающий элемент имеет головную и хвостовую охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника, а вал 40 имеет головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника. Головная и хвостовая охватывающие уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника окружают соответственно головную и хвостовую охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности стороны второго подшипника с образованием головного и хвостового бесконтактных уплотнений стороны второго подшипника. Головное и хвостовое бесконтактные уплотнения стороны второго подшипника формируют единый уплотнительный канал, в котором головное бесконтактное уплотнение стороны второго подшипника расположено со стороны второго подшипника 70, а хвостовое бесконтактное уплотнение стороны второго подшипника расположено со стороны основной полости 14. На головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности стороны второго подшипника выполнена головная винтовая канавка с направлением винта, являющимся противоположным направлению вращения вала 40, если смотреть со стороны первого подшипника 50 в сторону второго подшипника 70. На хвостовой охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности стороны второго подшипника выполнена хвостовая винтовая канавка с направлением винта, совпадающим с направлением вращения вала 40, если смотреть со стороны первого подшипника 50 в сторону второго подшипника 70.[55] However, the scope of the invention also includes such a case where the invention is used simultaneously on the side of the first inner seal assembly 52 and the side of the second inner seal assembly 72. In this case, the cover member 60 is the first cover member, the head and tail female sealing cylindrical surfaces 61 and 63 are, respectively, the head and tail female cylindrical seal surfaces of the first bearing side, and the head and tail male cylindrical seal surfaces 44 and 48 are respectively the head and tail male cylindrical seal surfaces of the first bearing side. The housing 10 includes a second closure separating the second bearing 70 from the main cavity 14. The second closure has a second bearing side head and tail female sealing cylindrical surfaces, and the shaft 40 has a second bearing side head and tail male sealing cylindrical surfaces. The head and tail female cylindrical sealing surfaces of the second bearing side surround respectively the head and tail male cylindrical sealing surfaces of the second bearing side to form the second bearing side head and tail non-contact seals. The head and tail contactless seals of the second bearing side form a single sealing channel, in which the head contactless seal of the second bearing side is located on the side of the second bearing 70, and the tail contactless seal of the second bearing side is located on the side of the main cavity 14. On the head male sealing cylindrical surface of the second side the bearing has a head helical groove with the direction of the screw opposite to the direction of rotation of the shaft 40, when viewed from the side of the first bearing 50 towards the second bearing 70. On the tail male sealing cylindrical surface of the side of the second bearing, a tail helical groove is made with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation shaft 40 as viewed from the first bearing 50 towards the second bearing 70.

[56] Все особенности конструкции и технические результаты, описанные выше для первого внутреннего уплотнительного узла 52 первого подшипника 50, справедливы также и для второго внутреннего уплотнительного узла 72 второго подшипника 70.[56] All the design features and technical results described above for the first inner seal assembly 52 of the first bearing 50 are also valid for the second inner seal assembly 72 of the second bearing 70.

[57] Далее, исполнение первого внутреннего уплотнительного узла 52, показанное на Фиг. 3, характеризуется тем, что единый уплотнительный канал имеет продольную конфигурацию, в которой хвостовое бесконтактное уплотнение 58 имеет продольное смещение относительно головного бесконтактного уплотнения 56. Данное исполнение изобретения позволяет минимизировать радиальный размер первого внутреннего уплотнительного узла 52.[57] Next, the embodiment of the first inner seal assembly 52 shown in FIG. 3 is characterized in that the single seal channel has a longitudinal configuration in which the tail non-contact seal 58 is longitudinally displaced relative to the head non-contact seal 56. This embodiment of the invention minimizes the radial dimension of the first inner seal assembly 52.

[58] Однако, как показано на Фиг. 4, первый внутренний уплотнительный узел 52 может быть выполнен так, что единый уплотнительный канал имеет лабиринтную конфигурацию, в которой хвостовое бесконтактное уплотнение 58 имеет радиальное смещение относительно головного бесконтактного уплотнения 56. Более того, Фиг. 4 отражает частный случай изобретения, когда головное бесконтактное уплотнение 56 является первым головным бесконтактным уплотнением 56, при этом единый уплотнительный канал содержит второе головное бесконтактное уплотнение 57, выполненное аналогично первому головному бесконтактному уплотнению 56 и расположенное с радиальным смещением относительно первого головного и хвостового бесконтактных уплотнений 56 и 58.[58] However, as shown in FIG. 4, the first inner seal assembly 52 may be configured such that the single seal channel has a labyrinth configuration in which the tail non-contact seal 58 is radially displaced relative to the head non-contact seal 56. Moreover, FIG. 4 reflects a particular case of the invention, when the head non-contact seal 56 is the first head non-contact seal 56, while the single sealing channel contains the second head non-contact seal 57, made similar to the first head non-contact seal 56 and located with a radial offset relative to the first head and tail non-contact seals 56 and 58.

[59] В случае, показанном на Фиг. 4, головная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 61 является первой головной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхностью 61, а головная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 44 является первой головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхностью 44. Головная винтовая канавка 45, в свою очередь, является первой головной винтовой канавкой 45.[59] In the case shown in FIG. 4, the female cylindrical head sealing surface 61 is the first female cylindrical head sealing surface 61 and the male cylindrical head sealing surface 44 is the first male cylindrical head sealing surface 44. The helical head groove 45 is in turn the first helical head groove 45.

[60] Закрывающий элемент 60 при этом имеет вторую головную охватывающую уплотнительную цилиндрическую поверхность 62, расположенную на большем удалении от оси вращения вала 40 по отношению к первой головной охватывающей уплотнительной цилиндрической поверхности 61 и концентрически с ней. В данном случае первая и вторая головные 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.[60] The closure member 60 thus has a second head female sealing cylindrical surface 62 located at a greater distance from the axis of rotation of the shaft 40 with respect to the first head female sealing cylindrical surface 61 and concentrically therewith. In this case, the first and second head female sealing cylindrical surfaces 61 and 62 are formed on the first and second sleeve portions 65 and 66 of the cover 60, respectively, which are radially spaced apart on the disc portion 68 of the cover 60.

[61] Далее, вал 40 имеет вторую головную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 46, расположенную на большем удалении от оси вращения вала 40 по отношению к первой головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44 и концентрически с ней. Здесь первая и вторая головные 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.[61] Further, the shaft 40 has a second male head sealing cylindrical surface 46 located at a greater distance from the axis of rotation of the shaft 40 with respect to the first male head sealing cylindrical surface 44 and concentrically therewith. Here, the first and second male head sealing cylindrical surfaces 44 and 46 are formed respectively on the first and second sleeve portions 91 and 92 of the sealing element 43, which are radially spaced apart on the disc portion 94 of the sealing element 43.

[62] 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. [62] The sealing element 43 forms a labyrinth seal with the cover 60, in which the sleeve portion 65 is located between the sleeve portions 91 and 92 without reaching the disc portion 94 in the longitudinal direction, and the sleeve portion 92 is located between the sleeve portions 65 and 66 without reaching in the longitudinal direction of the disc section 68.

[63] Вторая головная охватывающая уплотнительная цилиндрическая поверхность 62 при этом окружает вторую головную охватываемую уплотнительную цилиндрическую поверхность 46 с образованием второго головного бесконтактного уплотнения 57. На второй головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 46 выполнена вторая головная 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 второй головной винтовой канавкой 47, является аналогичным тому, что был описан выше для первой головной винтовой канавки 45. В предпочтительном случае вторая головная винтовая канавка 47 предварительно заполняется консистентным смазочным материалом.[63] The second head female sealing cylindrical surface 62 then surrounds the second head male sealing cylindrical surface 46 to form a second head non-contact seal 57. On the second head male sealing cylindrical surface 46 a second head helical groove 47 is formed with the direction of the screw opposite to the direction of rotation shaft 40, viewed from the side of the second bearing 70 towards the first bearing 50. The technical result produced by the second helical head groove 47 is similar to that described above for the first helical head groove 45. In the preferred case, the second helical head groove 47 is preliminary filled with grease.

[64] 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 первого и второго головных бесконтактных уплотнений 56 и 57, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление для продвижения консистентного смазочного материала в сторону основной полости 14. В предпочтительном случае пространство 95 предварительно заполняется консистентным смазочным материалом, что позволяет создать единый объем консистентного смазочного материала от внутренней полости 54 до второй головной винтовой канавки 47. В результате этого вторая головная винтовая канавка 47 может нагнетать консистентный смазочный материал непосредственно в первый подшипник 50.[64] The gap between the bushing section 65 and the disc section 94, the gap between the bushing sections 65 and 92, the gap between the bushing section 92 and the disc section 68 form a space 95, the flow area of which is greater than the flow area of the first and second head seals 56 and 57, which creates additional hydraulic resistance to advance the grease towards the main cavity 14. In the preferred case, the space 95 is pre-filled with grease, which allows you to create a single volume of grease from the inner cavity 54 to the second helical head groove 47. As a result, the second the helical head groove 47 can pump the grease directly into the first bearing 50.

[65] Таким образом, лабиринтное уплотнение, образованное втулочными участками 91, 65, 92 и 66, обеспечивает участок единого уплотнительного канала, характеризующийся двукратно изменяющимся проходным сечением, двукратно изменяющимся направлением потока и двумя головными бесконтактными уплотнениями 44 и 46 с головными винтовыми канавками 45 и 47. Все это свидетельствует в пользу того, что выполненный данным образом уплотнительный узел 52 имеет очень высокую способность к предотвращению утечки консистентного смазочного материала в основную полость 14 и к его возвращению во внутреннюю полость 54.[65] Thus, the labyrinth seal formed by the sleeve portions 91, 65, 92 and 66 provides a portion of a single seal channel characterized by a double bore, a double change in flow direction and two head seals 44 and 46 with helical head grooves 45 and 47. All of this indicates that the seal assembly 52, designed in this way, has a very high ability to prevent grease from leaking into the main cavity 14 and returning it to the inner cavity 54.

[66] Что касается хвостового бесконтактного уплотнения 58, то хвостовая охватывающая поверхность 63 выполнена на втулочном участке 67 закрывающего элемента 60, а хвостовая охватываемая поверхность 48 с хвостовой винтовой канавкой 49 выполнена на втулочном участке 93 уплотнительного элемента 43. Втулочный участок 93 расположен между втулочными участками 66 и 67, при этом он не достигает дискового участка 68. Промежуток между втулочными участками 66 и 93 и промежуток между втулочным участком 93 и дисковым участком 68 образуют пространство 96, которое консистентным смазочным материалом не заполняется.[66] Regarding the tail non-contact seal 58, the tail female surface 63 is formed on the sleeve portion 67 of the cover 60, and the tail male surface 48 with the tail helical groove 49 is formed on the sleeve portion 93 of the sealing member 43. The sleeve portion 93 is located between the sleeve portions 66 and 67 without reaching the disc portion 68. The gap between the bushing portions 66 and 93 and the gap between the bushing portion 93 and the disc portion 68 form a space 96 that is not filled with grease.

[67] 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.[67] FIG. 5 shows a view of the sealing element 43 of FIG. 4, viewed from the side of the first bearing 50. The helical grooves 45, 47, 49 are shown with arrows indicating the direction of the screw.

[68] На Фиг. 6 представлен вид, аналогичный виду на Фиг. 4, однако, уплотнительный элемент 43 здесь показан без разреза, что позволяет отобразить первую головную винтовую канавку 45 и хвостовую винтовую канавку 49, выполненные соответственно на первой головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 44 и хвостовой охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 48. Хотя отображенные ранее на Фиг. 4 вторая головная охватываемая уплотнительная цилиндрическая поверхность 46 и вторая головная винтовая канавка 47 на Фиг. 6 оказываются скрыты, следует отметить, что вторая головная винтовая канавка 47, выполненная на второй головной охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 46, имеет такую же конфигурацию, что и показанная на Фиг. 6 первая головная винтовая канавка 45.[68] FIG. 6 is a view similar to FIG. 4, however, the seal member 43 is shown without a cross-section to display the first head helical groove 45 and the tail helical groove 49 formed respectively on the first male head seal cylindrical surface 44 and the tail male seal cylindrical surface 48. Although previously depicted in FIG. 4, the second head male sealing cylindrical surface 46 and the second head helical groove 47 in FIG. 6 are hidden, it should be noted that the second head helical groove 47 formed on the second head male sealing cylindrical surface 46 has the same configuration as shown in FIG. 6 first head screw groove 45.

[69] На Фиг. 7 показаны разнесенные в продольном направлении первая и вторая головные охватываемые уплотнительные цилиндрические поверхности 44 и 46 с выполненными на них первой и второй головными винтовыми канавками 45 и 47, а также хвостовая охватываемой уплотнительной цилиндрической поверхности 48 с выполненной на ней хвостовой винтовой канавкой 49.[69] FIG. 7 shows longitudinally spaced apart first and second male head sealing cylindrical surfaces 44 and 46 with first and second head helical grooves 45 and 47 formed on them, as well as the tail male sealing cylindrical surface 48 with a tail helical groove 49 formed thereon.

[70] Авторы изобретения обращают внимание также на то, что помимо описанных выше случаев первый внутренний уплотнительный узел 52 может иметь два, три или больше головных бесконтактных уплотнений, расположенных с увеличением радиального расстояния от оси вращения вала 40 между первым головным бесконтактным уплотнением 56 и хвостовым бесконтактным уплотнением 58. Данное решение позволяет обеспечить соответствующее увеличение герметизирующей способности первого внутреннего уплотнительного узла 52.[70] The inventors also draw attention to the fact that in addition to the cases described above, the first inner seal assembly 52 may have two, three or more head non-contact seals located with an increase in the radial distance from the axis of rotation of the shaft 40 between the first head non-contact seal 56 and the tail contactless seal 58. This solution provides a corresponding increase in the sealing capacity of the first inner seal assembly 52.

[71] Далее, хотя осуществление изобретения было показано на примере синхронного генератора с комбинированным охлаждением, 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, изобретение может быть использовано в электрических машинах, имеющих иную систему охлаждения. Например, воздушное охлаждение электрической машины может выступать в комбинации с жидкостными каналами, проходящими внутри статора и ротора, или иными решениями.[71] Further, although the implementation of the invention has been shown on the example of a synchronous generator with combined cooling, when, in addition to air cooling at low atmospheric pressure, a rapidly evaporating liquid is injected into the main cavity 14, which forms a vapor that compensates for the lack of atmospheric air, the invention can be used in electric machines with a different cooling system. For example, the air cooling of an electrical machine can be combined with liquid passages running inside the stator and rotor, or other solutions.

Claims

1. An electric machine containing a housing, in the main cavity of which the stator and the rotor are located, while

the rotor of the electric machine is fixed on the shaft between the first and second bearings, which hold the shaft in the housing and for which grease is used for lubrication, and

the housing contains a closing element that separates the first bearing from the main cavity, while

the covering element has a head and tail female sealing cylindrical surfaces, and the shaft has a head and tail male sealing cylindrical surfaces, and

the head and tail female sealing cylindrical surfaces, respectively, surround the head and tail male sealing cylindrical surfaces to form the head and tail contactless seals, while

the head and tail non-contact seals form a single sealing channel, in which the head non-contact seal is located on the side of the first bearing, and the tail non-contact seal is located on the side of the main cavity, and

on the head male sealing cylindrical surface there is a head helical groove with the direction of the screw opposite to the direction of rotation of the shaft, when viewed from the side of the second bearing towards the first bearing, and

a tail helical groove is made on the tail male sealing cylindrical surface with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation of the shaft, when viewed from the second bearing towards the first bearing.

2. The electric machine of claim. 1, wherein the helical head groove is filled with a grease.

3. An electric machine according to claim 1, wherein at least one annular groove is formed on the head female sealing cylindrical surface.

4. The electric machine of claim 3, wherein the annular groove is filled with a grease.

5. The electrical machine of claim. 1, wherein the helical head groove is one of a plurality of helical head grooves made in the form of a multi-thread screw.

6. The electric machine of claim. 1, wherein the tail helical groove is one of a plurality of tail helical grooves made in the form of a multi-thread propeller.

7. Electric machine according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the single seal channel has a longitudinal configuration in which the tail non-contact seal is longitudinally offset from the head non-contact seal.

8. Electric machine according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that the single seal channel has a labyrinth configuration in which the tail non-contact seal is radially offset relative to the head non-contact seal.

9. The electrical machine of claim 8, wherein the non-contact head seal is the first non-contact head seal, wherein the single sealing channel comprises a second non-contact head seal similar to the first non-contact head seal and radially offset relative to the first head and tail non-contact seals.

10. The electrical machine of claim. 9, wherein the space between the first and second head non-contact seals, as well as the head screw grooves they belong to, are filled with a grease.

11. The electrical machine of claim 1, wherein the first bearing is a bearing located on the side of the shaft drive member.

12. The electrical machine of claim 1, wherein the first bearing is a bearing located on a side opposite to that of the shaft drive member.

13. The electric machine of claim. 1, in which the closure element is the first closure element, the head and tail female sealing cylindrical surfaces are respectively the head and tail female sealing cylindrical surfaces of the first bearing side, and the head and tail male sealing cylindrical surfaces are respectively the head and tail male sealing cylindrical surfaces of the side of the first bearing, while

the housing contains a second closing element that separates the second bearing from the main cavity, while

the second closing element has a head and tail female sealing cylindrical surfaces of the second bearing side, and the shaft has a head and tail male sealing cylindrical surfaces of the second bearing side, and

the head and tail female cylindrical sealing surfaces of the second bearing side surround respectively the head and tail male cylindrical sealing surfaces of the second bearing side to form head and tail contactless seals on the second bearing side, while

the head and tail contactless seals of the second bearing side form a single sealing channel in which the head contactless seal of the second bearing side is located on the side of the second bearing, and the tail contactless seal of the second bearing side is located on the side of the main cavity, and

on the head male sealing cylindrical surface of the side of the second bearing, a head helical groove is made with the direction of the screw, which is opposite to the direction of rotation of the shaft, when viewed from the side of the first bearing towards the second bearing, and

on the tail male sealing cylindrical surface of the second bearing side, a tail helical groove is made with the direction of the screw coinciding with the direction of rotation of the shaft, when viewed from the side of the first bearing towards the second bearing.

14. The electrical machine of claim 1, wherein the generator is cooled by creating an air flow in the main cavity.

15. An electric machine according to claim 1 or 14, configured to inject a coolant into the main cavity.

16. Electrical machine p. 1, which is a synchronous generator.