Электродвигатель с водяным охлаждением

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам специального назначения, а именно к электродвигателям газовых центрифуг. Торцевой электрический двигатель газовой центрифуги, состоящий из статора и дискового ротора, отличающийся тем, что статор имеет кольцевой канал охлаждения с входным и выходным отверстиями, к которым подсоединены трубки для подачи и отвода воды. В канале охлаждения на одной дуге жестко закреплена перегородка, площадь которой зависит от геометрических параметров канала водяного охлаждения. Конструкция обеспечивает более эффективный отбор тепла от обмоток статора, уменьшение теплоотдачи в воздух помещения.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам специального назначения, а именно к электродвигателям газовых центрифуг.

Известен аналог полезной модели - электрический двигатель [1], состоящий из статора, выполненного в виде тороидального магнитопровода из ленты магнитомягкого сплава с зубцами на торцевой поверхности с нанесенными поверх него обмотками и ротора. Магнитопровод изготовлен из электротехнической стали. Недостатком такой конструкции электродвигателя являются значительные магнитные потери на частоте более 1000 Гц, уменьшающие коэффициент полезного действия, а также значительный нагрев обмоток статора. Даже при тепловыделении в несколько ватт от одного электродвигателя и плотном размещении больших количеств (порядка сотен тысяч) таких устройств в одном производственном помещении воздух нагревается до высокой температуры (более 40°С), не комфортной для обслуживающего персонала, что требует дополнительных затрат на кондиционирование воздуха.

Другим аналогом является торцевой электрический двигатель [2], содержащий тороидальный магнитопровод из нанокристаллического сплава. Применение такого материала в высокочастотном электродвигателе позволяет уменьшить магнитные потери и увеличить КПД. Недостатками конструкции остаются значительный нагрев обмоток статора (до 70°С) и большое тепловыделение в воздух помещения.

Наиболее близким аналогом является вентильный электродвигатель для высокоскоростной ультрацентрифуги [3]. Статор состоит из корпуса и теплопроводника с установленной на нем фазной обмоткой. При работе электродвигателя тепло от обмотки передается на корпус статора, а далее в воздух помещения. Такая конструкция электродвигателя способствует уменьшению температуры обмоток статора, но не решает проблемы уменьшения тепловыделения в воздух помещения.

Технической задачей полезной модели является уменьшение тепловыделения в воздух помещения от торцевого электрического двигателя высокоскоростной ультрацентрифуги.

Эта задача решается за счет введения в конструкцию торцевого электрического двигателя ультрацентрифуги существенного признака дополнительного кольцевого канала водяного охлаждения с входным и выходным отверстиями, к которым подсоединены трубки для подачи и отвода воды.

В известной конструкции агрегата газовых центрифуг [4] электродвигатели расположены в два ряда по 10 штук, вплотную друг к другу. Для удобства монтажа трубок, входное и выходное отверстия канала водяного охлаждения могут лежать в одной горизонтальной плоскости, но должны быть расположены под углом, отличающемся от 180°.

Сущность заявляемой полезной модели электрического двигателя поясняется фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 показан электрический двигатель с каналом водяного охлаждения.

На фиг.2 показан электрический двигатель с каналом водяного охлаждения и дополнительной перегородкой.

Действие полезной модели происходит следующим образом.

Как видно из фиг.1, корпус статора (1) имеет кольцевой канал водяного охлаждения (2). После подачи охлаждающей воды через входное отверстие (3), она разделяется на два потока. Один поток воды идет по большой дуге, достаточно эффективно отбирая тепло от корпуса статора. Второй поток воды идет по малой дуге, недостаточно эффективно отбирая тепло от корпуса статора. Затем оба потока воды объединяются и покидают канал через выходное отверстие (4). Как видно из фиг.2, для увеличения эффективности отбора тепла от корпуса статора в канале охлаждения, имеющего высоту h и ширину b, площадь поперечного сечения S_к, на одной дуге жестко закреплена перегородка (5), имеющая площадь поперечного сечения S₀, частично перекрывающая сечение канала. Ее наличие и размер площади поперечного сечения также являются существенными признаками предлагаемой полезной модели. Перегородка уменьшает поток воды, идущий по малой дуге канала охлаждения, и увеличивает поток воды, идущей по большей дуге, тем самым способствует увеличению отбора тепла от корпуса статора.

Оптимальная площадь поперечного сечения перегородки зависит от геометрических параметров канала водяного охлаждения:

где:

S_o - площадь сечения перегородки;

S_k - площадь сечения канала водяного охлаждения;

_м - меньший угол между осями входного и выходного отверстий;

_б - больший угол между осями входного и выходного отверстий.

Авторы утверждают, что предлагаемая полезная модель является промышленно применимой.

В качестве примера изготовлен агрегат из нескольких десятков ультрацентрифуг с электродвигателями по предлагаемой полезной модели, для которых площадь сечения перегородок удовлетворяет указанному выше соотношению. При подаче воды с температурой 12°С установившаяся температура обмоток статора не превысила 15°С. Теплоотдача в воздух уменьшилась в 4,5 раза по сравнению с агрегатом ультрацентрифуг, не имеющих водяного охлаждения электродвигателей. Температура воздуха не превышала 20°С, то есть стала комфортной для обслуживающего персонала.

Источники информации:

1. Б.А.Деликторский, В.Н.Тарасов, Управляемый гистерезисный привод, М.: Энергоатомиздат, 1983, с 103.

2. Свидетельство РФ на полезную модель 16887 «Электрический двигатель», приоритет от 30.10.2000.

3. Патент РФ на изобретение 2292624 «Вентильный электродвигатель для высокоскоростной ультрацентрифуги», приоритет от 31.05.2005.

4. Патент РФ на изобретение 2170800, 21.08.1992.

1. Торцевой электрический двигатель газовой центрифуги, состоящий из статора и дискового ротора, отличающийся тем, что статор имеет кольцевой канал охлаждения с входным и выходным отверстиями, к которым подсоединены трубки для подачи и отвода воды.

2. Торцевой электрический двигатель газовой центрифуги по п.1, отличающийся тем, что в канале охлаждения на одной дуге жестко закреплена перегородка.

3. Торцевой электрический двигатель газовой центрифуги по п.2, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения перегородки удовлетворяет соотношению:

где S_o - площадь сечения перегородки;

S_k - площадь сечения канала водяного охлаждения;

_м - меньший угол между осями входного и выходного отверстий;

_б - больший угол между осями входного и выходного отверстий.