Закрытая электрическая машина

Закрытая электрическая машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (u)980216

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.0231 (21) 3254410/24-07

Р )М g+ з

Н 02 К 9/20 с присоединением заявки М2—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

1531УДК 621. 313..7» (088.8) Опубликовано 07.1282. Бюллетень йо45

Дата опубликования описания 07. 12.82 (72) Авторы изобретения

В.А. Яковенко и Л.В. Кузьменко

Харьковский ордена Ленина политехнический ин о итут:

1 им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) ЭАКР61ТАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к эЛектро= машиностроению и может быть использовано в закрытых электрических машинах с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлаждением.

Известна закрытая электрическая машина, напорный элемент которой выполнен в виде радиально расположенных в полости вентилятора открытых трубок, удерживаемых от проворачивания с помощью постоянных магнитов, установленных на подшипниковом щите и трубках (11.

Для работы указанного напорного элемента необходимы постоянные магниты с большой намагничивающей силой.

При вращении электрической машины в ступице вентилятора наводятся сильные токи. Аналогичное явление имеет место в дисковом роторе уни" полярной электрической машины. Циркуляция токов в ступице вентилятора вызывает значительные тепловые потери, что ограничивает применение такого напорного элемента.

Наиболее близкой к предлагаемой является закрытая электрическая машина с наружным воздушным и внутрен,ним жидкостно-испарительным охлаждением, содержащая вал в виде тепловой трубы, на наружном конце которой установлен вентилятор с полостью, в которой расположен напорный элемент для подачи охлаждающей жидкости в виде радиальных трубок с заборниками и противовес (2).

Недостатком известного устройства является то, что при .работе элек+ трической машины, когда частота вращения превышает определенное значение, напорный элемент может проворачиваться, а это приводит .к опасной вибрации и может вывести машину из.

15 строя.

Воэможность проворачивания напорного элемента растет с ростом габаритов электрической машины, и,соответственно, вентилятора и с ростом номинальной частоты вращения. Вызвано это тем, что удерживающий момент противовеса напорного элемента растет с увеличением радиуса в меньшей степени, чем вращающий момент, соэдавае25 мый движущимся кольцевым слоем жидкости, в который погружены эаборники напорного элемента. Кроме того, максимальный удерживающий момент противовеса — величина постоянная, а вра30 щаюший момент кольцевого слоя жидкос980216 ти пропорционален, без учета трения в опорах, квадрату частоты вращения.

Удерживающий момент, создаваемый противовесом, нэ

1 где GH,; Y u с)„ — соответственно вес напорного элемента, расстояние от центра тяжести до оси его подвеса и угол отклонения оси противовеса от вертикали.

Вращающий момент, создаваемый лобовым сопротивлением заборника напор15 ного элемента в движущемся пальцевом

".лое жидкости

>> > тР (4 4)

ho|> 8g 2

Кроме этого, составляющими вращающего момента являются момент трения в опорах скольжения, в которых установлен напорный элемент, М >-р

0,5 К,(Р„д „, 1„+ Pgd,„° g) и момент тренйя жидкости о боковую поверхность заборника напорного элемента где р,u>,ã,d p .q,г — соответственно плотность, угловая частота вращения 35 и внутренний радиус кольцевого слоя жидкости в вентиляторе, наружный диаметр трубки заборника, ускорение земного притяжения и расстояние наиболее удаленной точки заборника от 4п оси подвеса напорного элемента; р,d,1, К„ - удельное давление, диаметр и длина шейки вала напорного элемента, коэффициент трения в опорах; 45

К, Ц. — величины, зависящие от шероховатости обтекаемой поверхности заборника.

Указанный недостаток снижает эксплуатационную надежность и область применения известного напорного элемента.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и расширение области применения напорного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в напорном элементе, размещенном внутри вентилятора-теплообменника закрытой электрической машины с наружным воздушным и внутренним жидкостно-60 испарительным охлаждением, выполненном в виде радиально расположенных трубок с заборниками на концах, удерживаемых от вращения противовесом, трубки выполнены с изменяющимся сту- 65 пенчато продольным сечением внутрен ней поверхности и с возможностью радиального перемещения по выполненным в противовесе радиальным каналам за счет потери скоростного напоря жидкости, а на наружной поверхности трубок установлена возвратная пружина, опирающаяся одним концом в буртик, выполненный на поверхности трубок, а другим — на торец гайки, закрепленной на противбвесе и служащей для фиксации трубки в предельном положении.

На фиг. 1 представлена предлагаемая закрытая электрическая машина с ; на фиг. 2 и 3напорный элемент с одной радиальной трубкой.

Закрытая электрическая машина имеет установленный на наружном конце вала — тепловой трубы — напорный элемент 1, размещенный в полости 2 вентилятора 3..

Напорный элемент состоит из радиальной трубки 4 с заборником на конце и с буртиком 5, выполненным на ее наружной поверхности, пружины б, накидной гайки 7, противовеса 8, выполненного в виде металлического сектора, имеющего ось для установки в опорах либо посадочное место (не показано) для установки на цапфе хвостовика вала. Внутри противовеса

8 выполнен направляющий канал 9 для обеспечения радиального перемещения в нем трубки 4, а также для подачи охлаждающей жидкости из полости вентилятора к валу.

Внутри трубки 4, вблизи заборника, сечение ступенчато уменьшается от диаметра d до диаметра 4, а затем плавно увеличивается опять.

Трубка 4 с заборником на конце служит для забора охлаждающей жидкости из полости вентилятора и подачи ее к валу. Противовес 8 удерживает от вращения весь напорный элемент при вращении вентилятора-теплообменника во время работы электрической машины.

По направляющему каналу 9 осуществляется радиальное перемещение трубки 4 под действием скоростного напора протекающей по ней жидкости или под действием возрастной пружины 6.

Сила пружины б и напор жидкости, действующие на трубку, направлены встречно: если под действием напора трубка 4 движется радиально к оси противовеса, то сила пружины б возвращает ее обратно.

Накидная гайка 7 и буртик 5 обеспечивают установку и работу пружины б. Кроме того, гайка 7 служит для фиксации трубки 4 в предельном, т.е. наиболее удаленном от оси противовеса

8, положении. Для этого гайка 7 крепится на противовесе 8, а противоположный заборнику конец трубки 4, нахо980216 ру2 г9 где р — плотность жидкости;

V - окружная скорость жидкости на рассматриваемом радиусе;

g - ускорение земного тяготения.

В исходном состоянии трубка 4 находится на максимально удаленном от оси противовеса расстоянии (предельное положение ), заборник погружен в слой жидкости.

Встречая на своем пути невращающийся заборник, жидкость под действием скоростного напора устремляется через заборник в радиально расположенную неподвижную трубку 4. Так как трубка 4 имеет переменное внутреннее сечение, то в результате ступенчато изменяющегося сечения происходит потеря скоростного напора и возникает сила, действующая на трубку

F = Н.+ (4

Формула изобретения

Закрытая электрическая машина с наружным воздушным и внутренним жид65 костно-испарительным охлаждением, дящийся в радиальном канале 9, имееь увеличенный по сравнению с остальной частью трубки наружный диаметр.

При перемещении трубки 4 вдоль канала 9 от оси противовеса наступает предельный момент, когда трубка 4 противоположным заборнику концом упирается в заплечики (буртик) гайки 7 и прекращает движение в этом положении.

При работе электрической машины вместе с вентилятором вращается находящаяся в нем жидкость, которая под действием центробежных сил распределяется в виде кольцевого слоя на периферии полости вентилятора.

Скоростной напор вращающегося слоя жидкости где > — коэффициент потерь на входе в заборник;

d u d — диаметры ступенчато изме2 няющегося внутреннего сечения трубки 4.

Радиальная сила F компенсируется пружиной 6, и трубка 4 не двигается в радиальном направлении.

С увеличением частоты вращения и растет окружная скорость жидкости и в квадрате от частоты растет скоростной напор и сила воздействия жидкости на известный напорный элемент.

При вполне определенной частоте вращения машины вращающий момент жидкости достигнет величины удерживающего момента противовеса 8, в результате чего последует вращение напорного элемента, возникнет опасная вибрация и в конечном итоге аварийный режим.

Поскольку удерживающий момент противовеса 8 пропорционален 3-й степени диаметра вентилятора и, соответственно, диаметра электрической машины, а вращающий момент >хидкостк пропорционален 4-й степени от диаметра вентилятора, то, помимо скоростного ограничения, существует также габаритное ограничение для машин, в которых можно применить известный напорный элемент.

Таким образом, известный напорный элемент. является недостаточно надежным, малопригодным или вообще неприменимым для закрытых электрических машин с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлаждением с высокой частотой вращения, с широким диапазоном регулирования ча15 стоты вращения, с существенными габаритными размерами, т.е. для тех случаев, когда динамический напор жидкости может достигать значительных величин.

В предлагаемом устройстве с увеличением динамического напора жидкости увеличивается и радиальная сила F, действующая на трубку. При достижении определенного значения силы (этот момент можно регулировать подбором пружины 6) пружина 6 начинает сжиматься, трубка 4 уходит на меньший радиус, т.е. ближе к оси противовеса.

При этом уменьшается глубина погружения заборника, уменьшается его лобовое сопротивление и соответственно уменьшается вращающий момент. Устраняется возможность проворачивания напорного элемента. Повышается его

35 эксплуатационная надежность и электрической машины в целом, так как устраняется возможность опасной вибрации, возникающей при вращении напорного элемента.

4Q С уменьшением частоты вращения уменьшается динамический напор жидкости, уменьшается сила F и трубка 4 под действием пружины 6 возвращается в исходное состояние, т.е. по45 гружается глубже в слой жидкости.

Таким образом, выполнение напорного элемента с изменяющейся от скорости напора глубиной погружения заборника позволит обеспечить повышение

50 эксплуатационной надежности и расширяет область его применения в закрытых электрических машинах с наружным воздушным и внутренним жидкостно-испарительным охлаждением с высокой частотой вращения, с широким диапазо ном регулирования частоты вращения, с существенными габаритными размерами, например, в рудничных тяговых элект родвигателях.

980216 содержащая вал в виде тепловой труб .— ки, на наружном конце которой установлен вентилятор с полостью, в которой расположен напорный элемент дпя подачи охлаждающей жидкости в виде радиальных трубок с заборнйками и противовес, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и расширения области применения, трубки выполнены со ступенчато изменяющимся продольным сечением внутренней поверхности и с возможностью радиального перемещения по расположенным в противов е радиальным каналам, а на наружной поверхности трубок установ. лена возвратная пружина, опирающаяся одним концом в буртик, расположенный на поверхности трубок, а другим - на торец гайки, закрепленной на противовесе и служащей для фиксации трубки в предельном положении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 524279/ кл. Н 02 К 9/20, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 564686, кл. Н 02 К 9/20, 1977.