Охладительный элемент
Патент 942211
Авторы
Охладительный элемент
Иллюстрации
Реферат
ОЛ ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ (t> 942211
Союз Советсиик
Социапистичесиик
Республик (51) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заявлено 22.06.77 (21) 2498475/24-07 с присоединением заявки М (51)М. Кл.
Н 92 К 9/22
Н 02 К 1/20
3Ьоудоротекииый комитвт
СССР
I30 ANIBM изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 07,07.82.Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 07.07.82 (53) УДК 621 313. . 713(088. 8) Я. Б. Данилеви ч, Н.Ф. Куз ьмин, Л.А. С хан и Г.К.Сапунов Сьв. (72) Авторы изобретения у т 31 ( у (71) Заявитель (54) ОХЛАДИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано преимущественно в крупных электрических машинах со статорами, имеющими жидкостное, в частности водяное, охлаждение сердечника.
Известный охладительный элемент образован сегментными плитами из теплопроводного материала, собранными в кольцеобразный блок, в котором выполнены кольцевые канавки.
В каждую кольцевую канавку укладывается охладительная трубка, концы которой выводятся за пределы блока для подачи и слива охлаждающей жидкости. Охладительная трубка в поперечном сечении имеет бочкообразную форму и, будучи вложенной в кольцевую канавку, несколько выступает за пределы блока (11. го
Вместе с тем, в углах канавки остается незаполненный трубкой объем.
При сжатии охладительного элемента между пакетами сердечника статора
2 выступающая часть трубки вдавливается внутрь канавки, чем и обеспечивается плотное прилегание стенок охладительной трубки к стенкам канавки блока. Однако такое конструктивное исполнение охладительного элемента предусматривает высокую точность изготовления и сборки его элементов. Необходимость выдержки точности размеров поперечного сечения кольцевых канавок блока и трубки пс всему периметру блока для обеспечения плотного соприкосновения и стенок усложняет технологию их изготовления и контроля, а необходимость установки, охладительных трубок в кольцевые канавки блока при сборке с ердечника статора усложняет технологию сборки.
К тому, же эффективность таких охладительных элементов низка, так как теплоотвод в них осуществляется, в основноч, в местах сопри", косновения трубок и пакетов желе3 Я4221 за сердечника. (еплопередаче же от охл ад и т ел ь ны х трубок к блоку и от блока к сердечнику затруднена ввиду наличия зазора между стенками охладительных трубок и блока„Особенно низка эффективность охлаждения наиболее нагревающейся зубцовой зоны сердечника, поскольку охладительные трубки в ней не прокладываются.
Известен также охладительный о элемент, который имеет змеевик, выполненный из металлической трубки и размещенный в отливке, представляющей собой сегментную плиту. При изготовлении охладительного элемента такой конструкции змеевик укладывается в специальную форму и заливается расплавленным металлом (мо- гут быть применены сплавы алюминия, имеющие низкую температуру плавления)
Форма, в которую помещается змеевик, ™ в. попняется с припуском на размер сег мента сердечника. ДЛя подачи и слива охлаждающей жидкости концы змеевика выведены наружу, После литья охлади" тельный элемент подвергается очистке и механической обработке по размерам сегмента железа сердечника статора. Охпадительный элемент может быть гыполнен в двух вариантах: с заходом или без захода змеевика s зубцовую зону (2 ).
Однако теплоотводящие свойства указанного охладительного элемента низкие, С целью недопущения значительного увеличения аксиальных размеров сердечника статора, что привело бы к ухудшению параметров машины, охладительные элементы такой конструкции выполняются тонкими, а это обуславливает невозможность при о менения для изготовления змеевика трубок большого диаметра„Через трубку малого диаметра протекает мень.ше охлаждающей жидкости, а для увеличения ее расхода через охладитель ный элемент необходимо увеличить давление на входе, что, в свою очередь, приводит к ухудшению условий работы уплотнительных устройств и к допопнительным затратам энергии для прокачивания хладагента через охладительный элемент. иаиоолее ин-: тенсивно теплосбмен протекает в зоне расположения трубок змеевика, однако трубки занимают небольшую долю всей площади охладительного элемента, что снижает его теплоотводящие свойства. Кроме того, теплоотвод через
1 4 охлади тел ьный элемент такой конс тру кции многоступенчатый: от железа сердечника к металлу, которым залит эмеевик, затем от него к металлу трубок змеевика и, наконец, от трубок змееви "a к охлаждающей жидкости. Многоступенчатость теплоотвода значительно снижает эффективность охладительного элемента. Ввиду того, .что литой металл охладительного элемента может имет рыхлости и пустоты, на трубках змеевика не должно быть тре- щин, опасность возникновения которых наиболее вероятна в местах изгиба трубок, Поэтому внутренний радиус изгиба трубки должен быть не менее 1,5 ее диаметра.
Следовательно, принимая во внимание небольшую ширину и толщину зубца, в него можно ввести только трубку малого диаметра, которая не обеспечивает эффективного охлаждения зубцовой зоны. Наряду с низкими теплоотводящими свойствами такой охладительный элемент имеет также и низкую технологичность изготовления, При изготовлении змеевика затруднительно отрихтовать трубку так, чтобы все его зьенья лежали в одной плоскости. Требуется изготовление специальной формы для заливки змеевика расплавленным металлом и оснастки для закрепления его в средней плоскости формы. Все это значительно увеличивает трудоемкость изготовления и снижает технологичность.
Кроме того, после затвердевания расплавленного металла требуется извлечение охладительного элемента из формы, обрубка, очистка его и последующая механическая обработка. Все эти операции проводятся в литейном цехе с вредными и тяжелыми условиями- труда.
Цель изобретения - улучшение теплоотводящих свойств охладительного элемента при повышении технологичности его изготовления
Для достижения поставленной цели охладительный элемент снабжен торцовыми крышками, герметично соединенными с плитой, и последняя выполнена в виде решетки, внутренние перегородки которой имеют каналы, соединяющие последовательно ячейки решетки, образующей упомянутую змеевиковую полость.
Теплопередача от железа сердечника к охлаждающей жидкости на больложены так, что обеспечивают проход охлаждающей жидкости также и через зубцовую зону. Полости-ячейки 4 последовательно соединяются между собой каналами 8, выполненными в перегородках 7. Изображенный на фиг.3 один из возможных вариантов выполнения каналов 8 можно осуществить электроискровой обработкой. При отсутствии оборудования для электроискровой обработки каналы 8 можно выполнять более просто, например, как показано на фиг. 4, или же выполнять их сквозными, т.е. на всю толщину решетки..8 случае применения в конструкции сердечника статора стяжных шпилек в необходиммх местах на перегородках 7 предусматриваются утолщения 9, в которых выполняются отверстия 10 для прохода стяжек шпилек. Такие же отверстия 11 выполняются и в торцовых крышках
2 и 3. Для обеспечения более высокого расхода охлаждающей жидкости концы труб 5 и 6 в местах их соединения с решеткой выполняются овальной формы, что повзоляет увеличить проходное сечение этих труб. Решетка и торцовые крышки могут быть изготовлены известными методами штамповки. операциями вырубки и пробивки с последующей механической обработкой при необходимости.
Герметичное соединение торцевых крышек 2 и 3 с решеткой плиты можно осуществить методом контактной сварки, например, роликовой сваркой или продольно-стыковой сваркой по методу A " Èãíàòüåâà Р31
Герметичное соединение труб с плитой осуществляется пайкой или сваркой.
При работе охлаждающая жидкость через трубу 5 подается в охладительный элемент, пройдя который, сливается через трубу 6, отводя тем самым тепло из сердечника статора.
5 9422 шей поверхности охладительного weмента осуществляется непосредственно через тонкие торцовые крышки.
Перегородки решетки плиты предотвращают смятие охладительного элемента при опрессовке сердечника статора. Они расположены так, что охлаждающая жидкость, проходя через полости-ячейки охладительного элементе, проходит также и через его зубцовую 10 зону. Ввиду того, что перегородки выполнены относительно тонкими„ и размещены в значительном объеме охлаждающей жидкости (между полостямиячейками), они хорошо охлаждаЮтся, 15 что и обеспечивает эффективность теплоотвода в зоне перегородок-ребер °
Полости-ячейки соединены последовательно и обеспечивают последовательное прохождение охлаждающей жид- 20 кости через все полости-ячейки и равномерное охлаждение всей площади торцовых крышек охладительного эле мента.
Предлагаемая конструкция охладительного элемента, помимо улучшения его теплоотводящих свойств, обеспечивает также более совершенную технологию изготовления, так как при изготовлении такого. охладительного эле-З0 мента исключаются трудоемкие, с вредными и тяжелыми условиями труда операции литья и механической обработки отливок, которые заменяются прогрессивными и высокопроизводительными
35 операциями штамповки для изготовления торцовых крышек и решетчатого корпуса и контактной сварки для их герметичного соединения
На фиг. 1 изображен охладитель40 ный элемент, общий вид; на фиг. 2то же, поперечный разрез, на фиг.3 и 4 - разрез А-А на фиг. 1 (варианты соединения полостей-ячеек охладительного элемента каналами); на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1 (се45 чение охладительного элемента в месте присоединения отводящей трубки).
Охладительный элемент содержит
peuleT÷àòûé корпус 1, торцовые кРышки 2 и 3, герметично закрывающие полости-я чей ки 4 решетчатого корпуса
1 с торцов, и герметично соединенные с решетчатым корпусом 1 подводящую трубку 5 и отводящую трубку 6.
Для обеспечения равномерного теплоотвода со всей поверхности охладительного элемента перегородки 7, образующие полости-ячейки 4, распо- .
11 6
В связи с тем, что в заявленном охладительном элементе полости-ячейки имеют большой суммарный объем и площадь проходного сечения, а площадь проходного сечения труб 5 и 6 в мес" тах их соединения с решеткой плиты можно увеличить за счет придания им овальной формы, ликвидируется необходимость увеличения давления охлаждающей жидкости на входе в охладительный элемент. Это приводит к улучшению условий работы уплотнитель7 94221 ных устройств системы охлаждения сердечника статора и к снижению расхода энергии для прокачивания охлаждающей жидкости. В охладительном элементе новой конструкции значитель<о увеличена поверхность наиболее интенсивного теплообмена. Так, в спроектированном для опытного гидрогенератора Нурекской ГЭС охладительном элементе сердечника статора 10 по аналогии с известной конструкцией (с трубчатым змеевиком) поверхность наиболее интенсивного теплообмена, т.е. поверхность, к которой прилегает змеевик, составляет 104 от всей поверхности охладительного элемента.
В охладительном же элементе предлагаемой конструкции для того же гидрогенератора поверхность наиболее интенсивного теплообмена составляет
6>4, т.е. увеличена в шесть с половиной раз.
В новом охладительном элементе теппопередача от нагревающегося 25 сердечника статора к охлаждающей жидкости происходит через тонкие (1,5мм) торцовые крышки, при этом теплопроводность слоя, разделяющая охлаждающую жидкость и железо сердечника, увеличивается более, чем в
3 раза по сравнению с известной конструкцией.
В предлагаемой конструкции охладительного элемента значительно улуч35 шено охлаждение зубцовой зоны сердечника статора благодаря свободной циркуляции охлаждающей жидкости через эубцовую зону, Охладительный элемент новой кон 0 струкции более технологичен в изготовлении, так как не требует изготовления специальной формы для заливки змеевика и оснастки для закрепления его в форме. Отсутствуют также
1 8 технологические операции заливки змеевика расплавленным металлом, обрубку и зачистки отливки, которые выполняются в литейном цехе с тяжелыми и вредными условиями труда.
При массовом или серийном производстве как решетчатый корпус, так и торцовые крышки могут быть изготовлены высокопроизводительными методами штамповки, что позволяет повысить производительность и улучшить условия труда, а также удешевить их производство.
Формула изобретения
Охладительный. элемент, преимущественно для сердечника статора электрической машины, выполненный в виде плиты иэ теплопроводного материала, имеющей змеевиковую полость и трубы для подвода и отвода охлаждающей жидкости, сообщающиеся с указанной полостью, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения теплопроводящих свойств при повышении технологичности, он снабжен торцовыми. крышками, герметично соединенными с плитой, и последняя выполнена в виде решетки, внутренние перегородки которой имеют каналы, соединяющие последовательно ячейки решетки, образующей упомянутую змеевиковую полость.
Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе
1. Патент Швеции Р 312372, кл. H 02 K 9/19, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР
М 252452, кл. Н 02 К 1/20, 1968.
3. Сергеев И.П., Фейгенсон М.С., Электрическая контактная сварка.
M. Машгиэ, 1958, с. 8.