Устройство охлаждения электрической машины
Владельцы патента RU 2552532:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение относится к способам охлаждения электрических машин, в частности генераторов авиационного двигателя, и касается особенностей конструктивного выполнения их системы охлаждения. Технический результат: использование тепловой энергии авиационного двигателя (вспомогательного или маршевого) для питание активной системы охлаждения. Устройство охлаждения электрической машины включает статор с аксиальными каналами охлаждения, модуль Пельтье, спаи которого электрически изолированы от конструкции электрической машины. Холодные спаи модуля Пельтье сопряжены с наружной поверхностью пакета статора, а горячие сопряжены с внутренней поверхностью корпуса электрической машины. Модуль Пельтье теплоизолирован на 1/5 сечения со стороны горячих спаев. Модуль Пельтье электрическими выводами подключен к источнику постоянного тока - батарее термопар, горячий спай которой находится в камере сгорания авиационного двигателя, а холодный спай - на корпусе входной части авиационного двигателя, сопряженной с воздухозаборником. 4 ил.
Изобретение относится к термоэлектричеству, в частности к электрическим машинам, а именно к устройствам охлаждения генераторов авиационного двигателя, и касается особенностей конструктивного выполнения их системы охлаждения.
Известна электрическая машина как синхронная машина с жидкостным канальным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977, с. 9). Она снабжена пакетом статорных пластин с радиальными каналами охлаждения и пакетом ротора с аксиальными каналами охлаждения.
Недостатками этой машины является нагрев охлаждающего агента при протекании через лобовую часть обмотки до попадания в активную часть статора и ротора и отсуствие активных средств снижения температуры магнитопровода статора и охлаждающего агента.
Известна электрическая машина как синхронная машина со струйным жидкостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977, с. 9), в которой осуществляется конвективный теплообмен с жидким хладагентом, подаваемым струями во внутренний объем машины непосредственно на поверхности тепловыделяющих элементов.
Недостатками этой конструкции являются отсутствие активных средств охлаждения и возможность возгорания хладагента при использовании, например, топлива.
Известна электрическая машина как синхронная машина с испарительным жидкостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков. О.Г Авиационные машины с интенсивным охлаждением. М., «Машиностроениие», 1977 с. 12). При испарительном охлаждении на тепловыделяющих поверхностях происходит теплообмен с кипящим слоем хладагента. Процесс кипения на поверхности вызывает искусственную турболизация, что обуславливает весьма высокую интенсивность теплосъема. При выбросе паров хладагента за борт тепло выносится за пределы самолета.
Недостатками этой машины являются:
- необходимость наличия на борту самолета запаса хладагента, который является дополнительным грузом;
- невозможность использования в качестве хладагента топлива из-за высокой вероятности его воспламенения;
- загрязнение охлаждаемых поверхностей продуктами разложения хладагента;
- отсутствие активных средств снижения температуры тепловыделяющих частей машины.
В перечисленных конструкциях охладительных систем используются способы, обладающие значительными недостатками, в которых отсутствуют активные элементы охлаждения.
Наиболее близкой к заявляемому является конструкция синхронной электрической машины с жидкостным полостным охлаждением (Науменко В.И., Клочков О.Г. Авиационные машины с интенсивным охлаждением, М., «Машиностроениие», 1977, с. 10,) которая содержит статор с аксиальным охлаждением, разделенный на несколько частей с образованием аксиальных каналов.
Недостатком данного аналогиа является отсутствие процесса активного снижения температуры магнитопровода статора, в том числе охлаждающего агента, температура которого повышается по мере обтекания элементов обмоток и магнитопровода машины.
Задачей представленного изобретения является создание активной системы охлаждения, повышающей эффективность авиационной электрической машины, снижающей ее вес, с электрическим питанием этой системы от источника термоэлектрического тока, не увеличивающего вес бортового оборудования, работающего на принципе использования большого перепада температур, например, камеры сгорания двигателя и его наиболее холодной части, без дополнительного расхода топлива с использованием тепловой энергии, бесполезно рассеиваемой в пространстве.
Технический результат - использование рассеиваемой бесполезно тепловой энергии авиационного двигателя (вспомогательного или маршевого) для питание активной системы охлаждения,
Поставленная задаче решается, а технический результат достигается тем, что устройство охлаждения электрической машины, включающее статор с аксиальными каналами охлаждения, согласно изобретению содержит модуль Пельтье, спаи которого электрически изолированы от конструкции электрической машины, причем холодные спаи которого сопряжены с наружной поверхностью пакета статора, а горячие - сопряжены с внутренней поверхностью корпуса электрической машины и теплоизолированы на 1/5 сечения со стороной контактной шины модуля Пельтье, соединены с источником электрического тока, представляющим собой термопару или батарею термопар, горячий спай которой находится в камере сгорания авиационного двигателя, а холодный спай - на корпусе входной части авиационного двигателя, сопряженной с воздухозаборником.
Существо изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 дан продольный разрез электрической машины (генератор авиационного двигателя) с активной системой охлаждения.
На фиг. 2 дана конструктивная схема модуля Пельтье для генератора авиационного двигателя.
На фиг. 3 дано изображение модуля Пельтье без теплоизоляционного слоя.
На фиг. 4 дана электрическая схема питания модуля Пельтье от батареи термопар, работающих от перепада температур частей авиационного двигателя и самолета.
Генератор авиационного двигателя (Фиг. 1) состоит из корпуса 1, запрессованного в него пакета статора 2 с обмоткой 3, установленного между ними модуля Пельтье 4, имеющего теплоизоляционное заполнение на 1/5 сечения 5 со стороны горячих спаев, сопряженных с корпусом 1, и холодных спаев, сопряженных с пакетом статора 2 (Фиг. 2), электрически изолированного от них слоем 6 и 7, с электрическими выводами 8, образующего с корпусом 1 и отдельными элементами модуля Пельтье 4 каналы 9 для протекания хладагента, ротора 10.
Модуль Пельтье без термоизоляционного заполнения, представленный на Фиг. 3, имеет четыре сектора 11, каждый из которых состоит из батарей p- и n-элементов 12 и 13, соединенных электрически последовательно шинами 14 и 15. Между секторами образованы каналы 16 для силовых ребер 17, координирующих и удерживающих пакет статора 2.
Генератор с активной системой охлаждения работает следующим образом.
Привод генератора на борту самолета осуществляется от авиационных (вспомогательного или маршевого) двигателей. При вращении ротора 10 его магнитное поле возбуждает в обмотке статора 3 ЭДС, под действием которой по ее цепи протекает ток нагрузки, который обуславливает потери и нагрев машины в целом. Для обеспечения теплового режима генератор охлаждается прокачиванием хладогента по каналам 9, образованным корпусом 1, пакетом статора 2 и элементами модуля Пельтье 4. Модуль Пельтье 4 электрическими выводами 8 подключен к источнику постоянного тока - батарее термопар 18 (Фиг. 4), горячий спай 19 которой находится в камере сгорания авиационного двигателя 20, а холодный спай 21 - на корпусе входной части авиационного двигателя 22, сопряженной с воздухозаборником. Под действием протекающего тока на модуле одни спаи охлаждаются, другие нагреваются (холодный и горячий спаи (Фиг. 1)). Холодные и горячие спаи электрически изолированы от элементов конструкции электрической машины (Фиг. 2). Наружная поверхность пакета статора 2 охлаждается холодными спаями, сопряженными с нею, горячие спаи сопряжены с корпусом 1, охлаждаемым наружным обдувом. Хладогент, прокачиваемый по каналам 9, охлаждается элементами модуля Пельтье 4, образующими эти каналы 9.
Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить эффективность электрической машины, снизить ее вес, исключить опасность возгорания хладогента и загрязнения охлаждаемых поверхностей.
Устройство охлаждения электрической машины, включающее статор с аксиальными каналами охлаждения, отличающееся тем, что содержит модуль Пельтье, спаи которого электрически изолированы от конструкции электрической машины, причем холодные спаи сопряжены с наружной поверхностью пакета статора, а горячие сопряжены с внутренней поверхностью корпуса электрической машины и теплоизолированы на 1/5 сечения со стороны контактной шины модуля Пельтье, соединены с источником электрического тока, представляющим собой термопару или батарею термопар, горячий спай которой находится в камере сгорания авиационного двигателя, а холодный спай - на корпусе входной части авиационного двигателя, сопряженной с воздухозаборником.
