Электрическая машина и способ ее охлаждения

 

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения состоит в повышении эффективности охлаждения. Электрическая машина содержит статор 4 и ротор 5 с элементами 7 и 8 нагнетателя. Благодаря тому, что элементы нагнетателя выполнены в виде криволинейных поверхностей вращения, образующих расположенные соосно воздушному зазору кольцевые эжекционные камеры 9, над которыми установлены трубопроводы 10 сжатого газа с соплами 11, равномерно расположенными по окружности зазора и направленными внутрь эжекционных камер, обеспечивается достижение поставленной цели. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„160170 (51) Н 02 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С5

CO 3

СР

72

9

72

Ю

11 2У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4463628/24-07 (22) 20.07.88 (46) 23.10.90. Бюл. ¹ 39 (71) Институт технической теплофиз ики

АН УССР (72) Л. Б. Зимин, Ю. П. Золотаренко, В. П. Лошкарев и Э. Н. Малашенко (53) 621.313.713 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1356124, кл. Н 02 К 9/19, 1987.

Авторское свидетельство СССР № 881941, кл. Н 02 К 9/04, 1981. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ EE ОХЛАЖДЕНИЯ (57) Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения состоит в повышении эффективности охлаждения. Электрическая машина содержит- статор 4 и ротор 5 с элементами 7 и 8 нагнетателя.

Благодаря тому, что элементы нагнетателя выполнены в виде криволинейных поверхностей вращения, образующих расположенные соосно воздушному зазору кольцевые эжекционные камеры 9, над которыми установлены трубопроводы 10 сжатого газа с соплами 11, равномерно расположенными по окружности зазора и направленными внутрь эжекционных камер, обеспечивается достижение поставленной цели. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1601700 з

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для охлаждения кольцевого воздушного зазора между статором и ротором гидрогенераторов большой мощности.

1 ель изобретения — повышение эффек5 тивности охлаждения.

На чертеже изображена электрическая машина, продольный разрез.

Полости 1 электрической машины соединены с окружающей средой с помощью отверстий 2, в которых при необходимости могут быть установлены фильтры 3. Статор 4 и ротор 5 машины оборудованы система ми непосредственного жидкостного охлаждения сердечников и обмоток (не показаны). Для охлаждения кольцевого воздушного зазора 6 на обоих торцах статора и ротора симметрично оси зазора установлены неподвижные 7 и подвижные 8 элементы нагнетателя охлаждающего потока, выполненные в виде 20 криволинейных поверхностей вращения и представляющие собой стенки кольцевых эжекционных камер 9, над которыми соосно зазору установлены кольцевые трубопроводы 10, с соплами 11.

Изобретение основано на использовании двух эффектов, возникающих при истечении из сопел 11 сжатого газа в эжекционные камеры 9 — термодинамического эффекта снижения температуры истекающего газа за счет производимой им работы политропического расширения и гидродинамического эффекта местного понижения давления за счет преобразования потенциальной энергии сжатого газа в кинетическую, преобразования потенциальной энергии сжатого газа в кинетическую энергию струи.

Благодаря этим физическим явлениям происходит подсасывание воздуха из торцовых полостей и эжекционные камеры 9, в кольцевых диффузорах которых на входе в зазор 6 формируется охлаждающая газовоздушная смесь 4Р с оптимальными значениями температуры и избыточного давления. При этом для достижения равномерного распределения давления охлаждающей смеси по окружности зазора 6 ряд равномерно распределенных по ней сопел 11 может быть заменен кольцевой щелью, а для возможно более полного использования термодинамического эффекта охлаждения при политропическом расширении сжатого газа наружные поверхности стенок 7 и 8 камер 9 могут быть п покрыты слоем тепловой изоляции 12.

Формирование в эжекционных камерах 9 охлаждающей газовой смеси с заданными параметрами достигается выбором конфигурации стенок 7 и 8, соотношений раз-55 меров камер, а также типа сжатого газового охладителя и его начального давления в трубопроводах 10, обусловливающего

4 скорость истечения из сопел 11. При этом количество подмешиваемого к истекающему газу воздуха торцовых полостей 1 может изменяться при перемещении трубопроводов 10 по оси машины.

Совершенствование конструкций гидрогенераторов, обусловленное ростом их единичной мощности, связано с тенденцией удлинения пути движения воздуха по зазору 6 при минимально допустимой его ширине.

Это приводит к росту аэродинамического сопротивления зазора и к увеличению нагрева, проходящего по зазору охладителя и невозможности обеспечения требуемого уровня температуры на выходе охладителя из зазора. Устанавливаемые на ряде конструкции воздухоохладители используют потенциал рабочей воды ГЭС и не могут обеспечить значение начальной температуры воздуха ниже температуры этой воды.

Способ охлаждения электрической машины включает подачу газового охладителя в полость, омывание ими нагретых поверхностей и удаление из полости. Причем перед подачей в зазор сжатый газовый охладитель смешивают в эжекционной камере в воздухом в соотношениях от 1:2 до 1:5, измеряют температуру смеси на выходе из зазора и при достижении ею 60 — 65 С изменяют направление движения смеси на противоположное. В качестве охладителя могут быть использованы газы с показателем изоэнтропы в пределах 1,35 — 1,67.

Снизить начальную температуру газового охладителя воздушного зазора без применения сложных и дорогостоящих холодильных машин представляется возможным и рациональным с помощью предусмотренного изобретением использования термодинамического эффекта охлаждения при политропическом расширении (дросселировании) сжатого газа, снижение температуры которого при этом легко определяется аналитически. Так, например, конечная температура дросселируемого сжатого воздуха с начальной температурой 30 С при начальном давлении 0,3; 0,6 и 1,0 МПа ссютветственно составляет — 21; — 48 и — 66 С. Еще больший эффект охлаждения достигается при дросселировании чистых двухатомных и одноатомных газов, и наоборот, избыток в дросселируемой смеси водяного пара, трехи многоатомных газов снижает термодинамический эффект охлаждения. Этим и объясняется предусмотренное способом ограничение показателя изоэнтропы используемых газов интервалом 1,35 — 1,67, нижняя граница которого соответствует атмосферному воздуху в идеально-газовом состоянии, а верхняя является максимально возможным значением, свойственным одноатомным газам (водороду и гелию).

Поскольку использование для охлаждения зазора дросселируемого газа с указанными значениями температуры приводит

5 к значительным температурным неравномерностям и механическим напряжениям, изобретение предусматривает смешение выпускаемого из сопел газа с воздухом торцовых полостей машины в специальных эжекционных камерах. При этом часть энергии выпускаемого потока расходуется на преобразование давления сначала в отрицательное, с -помощью которого окружающий воздух подсасывается в камеры, а затем в диффузорах камер, в избыточное статическое давление, равное аэродинамическому сопротивлению воздушного зазора. Таким образом достигается необходимое значение начальной температуры охлаждающей смеси и снижается потребление сжатого газа. Предусмотренренное в предлагаемом способе ограничение соотношения сжатого газового охладителя с подсасываемым воздухом интервалом от 1:2 до 1:5 отражает особенности протекания этих процессов. При уменьшении соотношения менее 1:5 существенно снижают охлаждающий эффект и располагаемый напор для преодоления аэродинамического сопротивления зазора, а при увеличении соотношения более 1:2 заметно возрастают расход сжатого охладителя и неравномерности температурного поля охлаждаемых частей машины.

Кроме того, изобретение позволяет при всех условиях эксплуатации не превышать допустимый уровень температуры охлаждаемых частей машины. Для этого в способе предусмотрено попеременное включение торцовых эжекционных камер в зависимости от температуры охлаждающей смеси на выходе из зазора. Благодаря предлагаемому способом реверсированию направления движения охлаждающей смеси при достижении ее температурой на выходе из зазора значения 60 — 65 С гарантируется исключение превышения предельной темпера1700

6 туры изоляции и достигается выравнивание ее значения по длине зазора.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на любом гидрогенераторе со смешанным охлаждением и яв ляется наиболее эффективным в условиях подземных ГЭС, где при повышенных требованиях к массогабаритным показателям машин затруднен отвод тепловыделения.

10 Формула изобретения

1. Электрическая машина со смешанным охлаждением, преимущественно гидрогенератор, содержащая ротор и статор с закрепленными на их торцах элементами нагне" тателя воздушного потока, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, элементы имеют встречно-выпуклые криволинейные поверхности вращения, образующие соосные воздушному

2пзазору кольцевые эжекционные камеры, над которыми установлены замкнутые трубопроводы сжатого газа с направленными внутрь камер щелевыми соплами.

2. Способ охлаждения электрической машины, включающий подачу газового охла25дителя в полость машины, омывание им нагретых поверхностей и удаление из полости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения кольцевого воздушного зазора, перед подачей в зазор сжатый газовый охладитель смешивают в эжекционной камере с воздухом в соотношениях от 1:2 до 1:5, измеряют температуру смеси на выходе из зазора и при достижении ею 60 — 65 С изменяют направление движения смеси на противополож ное.

3. Способ по и. 2, отличающийся тем, что в качестве охладителя используют газы с показателем изоэнтропы в пределах

1,35 — 1,67.

Составитель Н. Мотни

Редактор М. Бчанар Техред А. Кравчук Корректор Л. Патай

Заказ 3275 Тираж 445 Подпш.ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35. Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-издатечьский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101