SU915174A1

SU915174A1 - Liquid-cooled electric machine

Info

Publication number: SU915174A1
Application number: SU802959367A
Authority: SU
Inventors: German V Vilin; Valentin A Denisov; Yurij G Poluboyarinov; Leonid I Shub; Nikolaj A Yakovlev
Original assignee: Severo Zapad Zaoch Polt Inst; Le Polt I Im M I Kalinina
Priority date: 1980-07-21
Filing date: 1980-07-21
Publication date: 1982-03-23

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и касается охлаждения электрических машин.The invention relates to electrical engineering and relates to the cooling of electrical machines.

В последние годы определённое распространение получили электрические машины с герметичной внутренней полостью, заполненной жидкостью, которая обеспечивает оптимальный тепловой режим работы машины. С этой целью машины оборудуются устройствами, обеспечивающими принудительную циркуляцию жидкости по замкнутому контуру.In recent years, electric machines with an airtight internal cavity filled with a liquid, which provides the optimal thermal mode of operation of the machine, have gained some acceptance. To this end, the machines are equipped with devices that ensure the forced circulation of fluid in a closed loop.

Известны электрические машины с жидкостным охлаждением, в которых циркуляция охладителя обеспечивается лопастными колесами (центробежного или осевого типа), закрепленными на валу Машины [1].Known electric machines with liquid cooling, in which the circulation of the cooler is provided by paddle wheels (centrifugal or axial type) mounted on the shaft of the Machine [1].

Однако применение лопастных (динамических) колес в качестве нагнетателей охладителя электрических машин не может быть эффективным, если учесть особенности рабочего процесса этих колес. Колеса, примененные в этом качестве, имеют низкий коэффициент быстроходности, что приводит к неизбежным значительным гидравлическим потерям в них. Кроме того, в условиях работы во вращаю2However, the use of bladed (dynamic) wheels as superchargers of the cooler of electric machines cannot be effective, given the characteristics of the working process of these wheels. The wheels used in this capacity have a low coefficient of speed, which leads to inevitable significant hydraulic losses in them. In addition, in the conditions of work in rotation

щемся потоке снижаются и напорные ' способности этих колес.The flow capacity of these wheels is also reduced.

Известна электрическая машина с 5 жидкостным охлаждением, имеющая эатKnown electric machine with 5 liquid cooling, having eat

полненный жидким хладагентом корпус, в котором расположены вал, ротор, статор, каналы охлаждения и установленный на валу нагнетательныйa housing filled with liquid refrigerant, in which a shaft, a rotor, a stator, cooling channels and a pressure bar mounted on the shaft are located

Ю узел с выходами, сообщающимися со входами в каналы охлаждения [2]·.U node with outputs communicating with the inputs to the cooling channels [2] ·.

Указанное устройство также не обеспечивает напорных характеристик, необходимых для улучшения охлаждения.The specified device also does not provide pressure characteristics necessary to improve cooling.

Цель изобретения - улучшение охлаждения.The purpose of the invention is to improve cooling.

Поставленная цель достигается __ тем, что нагнетательный узел выпол^ζυ нен в виде объемных винтовых насосов,This goal is achieved __ by the fact that the injection unit is ^ζυ nen in the form of volumetric screw pumps,

имеющих.привод от вала машины через зубчатую передачу. Причем между' выходом насосов и входом в канал, образованный корпусом и статором, уста25 новлена кольцевая камера, имеющая отверстия со стороны канала.having a drive from the machine shaft through a gear. Moreover, between the outlet of the pumps and the entrance to the channel formed by the housing and the stator, an annular chamber is installed, having openings on the side of the channel.

При этом зубчатая передача можетIn this case, the gear can

быть выполнена из конических шестерен, закрепленных на валу через муф30 ты свободного, хода, работающие приbe made of bevel gears mounted on the shaft through a free-running coupling, operating at

3 915174 43 915174 4

противоположных направлениях вращения вала.opposite directions of rotation of the shaft.

На фиг. 1 изображен вариант с прямой зубчатой передачей, предназначенной для нереверсивных машин; на фиг. 2 - конструктивное исполнение узла Г, предназначенное для ре,вереивных машин.FIG. 1 shows a variant with a direct gear train intended for non-reversible machines; in fig. 2 - the design of the node G, designed for re, fan machines.

¹ В этих машинах, с целью сохранения направления циркуляции охладителя при реверсе, привод насосов от вала осуществляется через коническую зубчатую, передачу от двух шестерен, закрепленных на валу посредством муфт свободного хода, работающих при противоположных направлениях вращения вала. ¹ In these machines, in order to preserve the direction of circulation of the cooler when reversed, the pumps are driven from the shaft through a bevel gear, the transmission from two gears mounted on the shaft by means of one-way clutches operating in opposite directions of rotation of the shaft.

В обоих вариантах предлагаемая электрическая машина содержит вал 1, ротор 2 и статор 3, установленные в герметичном корпусе 4, заполненном жидким охладителем. Замкнутая циркуляция жидкости осуществляется иэ полости 5 по одну сторону от ротора 2 в полость 6 по другую сторону от ротора 2 через каналы 7 в роторе 2, каналы 8 в статоре 3 и через зазор 9 между ротором 2 и статором 3. Охлаждение жидкости, нагретой в этих каналах, происходит в кольцевом канале 10 между корпусом 4 и статором 3. Принудительная циркуляция охладителя обеспечивается объемным винтовым насосом 11, установленным на корпусе 4. В полости 5 между выходом насоса 11 и входом в канал 10 установлена кольцевая камера 12, имеющая отверстия 13 со стороны канала 10. Привод насоса 11 осуществляется от вала 1 'через зубчатую передачу. В нереверсивных машинах (фиг. 1) вращение валу 14 насоса 11 передается через ведомую шестерню 15 от ведущей шестерни 16, закрепленной на валу 1.In both embodiments, the proposed electric machine comprises a shaft 1, a rotor 2 and a stator 3 mounted in a sealed housing 4 filled with a liquid cooler. A closed circulation of fluid is carried out of the cavity 5 on one side of the rotor 2 into the cavity 6 on the other side of the rotor 2 through the channels 7 in the rotor 2, the channels 8 in the stator 3 and through the gap 9 between the rotor 2 and the stator 3. Cooling the liquid heated in These channels occur in the annular channel 10 between the housing 4 and the stator 3. The forced circulation of the cooler is provided by a volumetric screw pump 11 mounted on the housing 4. In the cavity 5 between the pump outlet 11 and the inlet to the channel 10 there is an annular chamber 12 having openings 13 with sides to channel 10. The drive of the pump 11 is carried out from the shaft 1 'through a gear. In non-reversible machines (Fig. 1), the rotation of the shaft 14 of the pump 11 is transmitted through the driven gear 15 from the drive gear 16 mounted on the shaft 1.

Охлаждение электрической машины происходит следующим образом (циркуляция охладителя схематично показана стрелками).The cooling of the electric machine is as follows (the circulation of the cooler is schematically indicated by arrows).

Вращение вала 1 через шестерни 16 и 15 передается валу 14 насоса 11 Насос забирает нагретую жидкость из полости 5 и нагнетает ее в камеру 12. Из камеры 12 через отверстия 13 нагретая жидкость поступает в кольцевой канал Ю, где в результате контакта с корпусом 4 происходит ее охлаждение. Охлажденная жидкость попадает в полость 6, откуда она снова, проходя по каналам 7, 8 и 9 и охлаждая·ротор и статор, попадает в полость 5.The rotation of the shaft 1 through gears 16 and 15 is transmitted to the shaft 14 of the pump 11 The pump takes the heated fluid from the cavity 5 and pumps it into the chamber 12. From the chamber 12 through the holes 13 the heated fluid enters the annular channel Yu, where it comes in contact with the housing 4 cooling. The cooled liquid enters the cavity 6, from where it again, passing through the channels 7, 8 and 9 and cooling the rotor and the stator, enters the cavity 5.

В реверсивных машинах вращение валу 14 насоса 11 передается через коническую шестерню 17, которая, в свою очередь, получает вращение от спаренных конических шестерен 18 и 19. Шестерни же 18 и 19 нахо10In reverse machines, the rotation of the shaft 14 of the pump 11 is transmitted through the bevel gear 17, which, in turn, receives rotation from the paired bevel gears 18 and 19. The gears 18 and 19 are 10

1515

2020

2525

30thirty

35'35 '

4040

4545

5050

дятся в зацеплении с коническими шестернями 20 и 21, закрепленными на валу 1 посредством муфт свободного хода 22 и 23, работающих‘при противоположных направлениях вращения вала, в зависимости от направления вращения вала 1 вместе с ним вращается только одна из шестерен 20 или 21. Другая же свободно проворачивается на валу, благодаря муфте 22 и 23. в результате спаренные шестерни 18 и 19, а соответственно и шестерни 17 вращаются только в одну сторону, независимо от направления вращения вала 1. Это обеспечивает сохранение направления циркуляции при реверсе машины, которая происходит также, как было описано " в варианте нереверсивной машины.are engaged with bevel gears 20 and 21 fixed on shaft 1 by means of freewheel 22 and 23, working in opposite directions of shaft rotation, depending on the direction of shaft 1 rotation, only one of gears 20 or 21 rotates with it. Other the same freely rotates on the shaft, thanks to the coupling 22 and 23. as a result, the coupled gears 18 and 19, and accordingly the gears 17 rotate only in one direction, regardless of the direction of rotation of the shaft 1. This ensures that the direction of circulation during the rever all machines, which also occurs as described in the “non-reversible machine version.

По данным ЛНПО ''Электросила'¹в машинах мощностью 800 кВт на вентиляцию охладителя потребляется 40 кВт, т.е. 5%. Причем эффективное охлаждение жидкости в канале 10, образованном корпусом и статором, происходит при скорости жидкости порядка V = 2 м/с и "его ширине <7 =5 мм Учитывая, что диаметр корпуса машины порядка 0=1 м, необходимый расход охладителя получается равнымAccording to LNPP '' Electrosila ' ^1, in machines with a power of 800 kW, 40 kW is consumed for cooling the cooler, five%. Moreover, effective cooling of the fluid in the channel 10 formed by the housing and the stator occurs at a fluid velocity of the order of V = 2 m / s and its width <7 = 5 mm. Considering that the diameter of the machine body is of the order of 0 = 1 m, the necessary flow rate of the cooler is equal to

0= % ΌΦν = 1- 1 -0,005-2 »0 =% ΌΦν = 1-1-0.005-2 "

* 0,030 м³/с = 30 л/с.* 0.030 m ³ / s = 30 l / s.

По данным испытаний гидравлических сопротивлений аксиальных каналов электрических машин, приводимых СЭПИ совместно с ЛПИ имени М.И. Калинина, общий коэффициент расхода системы превышает μ- 0,1, которому соответствует суммарный коэффициент сопротивления | = 100. Таким образом, требуемый „напор насосав составляет = 20 =According to the test data of hydraulic resistances of axial channels of electric machines, driven by EPPI in conjunction with the MPI named after M.I. Kalinin, the overall coefficient of flow of the system exceeds μ-0.1, which corresponds to the total coefficient of resistance | = 100. Thus, the required “pump head is = 20 =

2· д2 · d

= 2 ^ = 2-10⁵ = 2 ^ = 2-10 ⁵

РМ '2·RM '2 ·

9,89.8

Па.Pa.

Если в конструкции машины применить три насоса, КПД каждого из которых = 0,7, а КПД зубчатой передачи 0,8, то потребляемая мощность на вентиляцию охладителя составляетIf three pumps are used in the design of the machine, the efficiency of each of which is 0.7, and the gear efficiency is 0.8, the power consumption for cooling the cooler is

. ΏΠ _ _ 0,0 30·2·10⁵ ίο'* - 21 кВт. Йг? ' οΤττ-ο,δ .. ΏΠ _ _ 0.0 30 · 2 · 10 ⁵ ίο '* - 21 kW. Yg? 'οΤττ-ο, δ.

Реализация предлагаемой конструкции машины позволит, по меньшей меρθ, в 2 раза сократить потери энергии, связанные с необходимостью ее охлаждения.The implementation of the proposed machine design will allow, at least ρθ, a 2-fold reduction in energy losses associated with the need for its cooling.

Предлагаемое устройство может быть использовано на любом электро60 машиностроительном предприятии.The proposed device can be used at any electrical engineering enterprise.

Claims

Claim

1. Electric machine with zhid65 bone cooling, having herme915174

A partial housing filled with liquid refrigerant, in which the shaft, rotor, stator, cooling channels are located, and a pressure unit installed on the shaft with outlets communicating with the inlets to the cooling channels, characterized in that, in order to improve cooling, the pressure unit is volumetric screw pumps, having a drive from the shaft through a gear transmission, and between the pump outlets and the channel inlets, which are located between the housing and the stator, an annular chamber is installed.

2. Machine pop. 1, differ- 15

The direction of circulation of the cooler when the machine is reversed, the gear train is made of a conical neck, turned on the shaft through a freewheel, operating 5 in opposite directions of rotation of the shaft.