Статор электрической машины

 

Использование: электромашиностроение. Сущность изобретения. Корпус статора разделен на чередующиеся отсеки. Сердечник разделен вентиляционными каналами на пакеты. Вентиляционные распорки, установленные в ярме пакета и по краю зубцов, смещают поток в определенном направлении. 5 з. п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам с газовым охлаждением, например, к крупным синхронным машинам и к турбогенераторам.

Известны синхронные электрические машины с многоструйной системой вентиляции, у которых сердечник разделен радиальными каналами на пакеты активной стали, а охлаждающий газ, поступающий в радиальные вентиляционные каналы из зазора между статором и ротором, движется в последнем в аксиальном направлении [1] Недостатком таких машин являются повышенные потери на вентиляцию за счет перемешивания газа в воздушном зазоре при вращении ротора и повышения аэродинамического сопротивления воздушного зазора с ростом мощности электрической машины.

Известны также электрические машины, у которых между корпусом и сердечником статора установлены продольные перегородки, образующие чередующиеся зоны высокого и низкого давления газа [2] В этих машинах газ в зазоре между статором и ротором движется в тангенциальном направлении. Недостатком таких электрических машин является малая эффективность охлаждения ротора из-за низкой скорости движения газа в зазоре, а также значительный тепловой перекос по сердечнику статора.

Известны также электрические машины с многоструйной системой вентиляции, у которых продольные перегородки установлены не только между сердечником и корпусом статора, но и в воздушном зазоре [3] В таких электрических машинах возможность образования завихрений в зазоре между статором и ротором приводит к увеличению аэродинамического сопротивления, снижению расхода газа и повышению потерь на вентиляцию, снижающих КПД машины.

Перечисленные недостатки конструкций, в которых гидравлическая связь между отсеками высокого и низкого давления корпуса осуществляется через воздушный зазор между статором и ротором, делают их непригодными для применения в электрических машинах большой мощности с полным воздушным охлаждением.

Конструкцией, наиболее близкой к заявляемой, является синхронная неявнополюсная машина [4] содержащая статор с сердечником, имеющим радиальные вентиляционные каналы между пакетами и аксиальные вентиляционные каналы в зубцах крайних пакетов. Однако такая конструкция сохраняет недостатки, связанные с тем, что весь поток охлаждающего агента, предназначенный для охлаждения сердечника и обмотки статора, проходит через воздушный зазор.

В основу изобретения положена задача создания в типовых габаритах электрических машин такой конструкции, которая исключила бы при охлаждении сердечника статора выход охлажденного газа в зазор.

Сущность изобретения заключается в том, что статор электрической машины с газовой многоструйной системой вентиляции содержит корпус, разделенный на чередующиеся отсеки высокого и низкого давления газа, шихтованный сердечник, в пазах которого уложена обмотка, состоящий из пакетов, разделенных радиальными вентиляционными каналами, образованными вентиляционными распорками, прикрепленными к пакетам в зубцовой зоне и зоне ярма. Радиальные каналы сообщаются с отсеками корпуса. По крайней мере в средней части сердечника вентиляционные распорки в ярме пакетов установлены со смещением потока охлаждающего газа в тангенциальном направлении на шаг, кратный шагу по отсекам корпуса статора, а в зубцах по краю зубцов со смещением потока в аксиальном направлении в сквозные щелевые отверстия пакета, выполненные по высоте зубцов.

Целесообразно, чтобы вентиляционные распорки имели прямоугольные участки в зубцах и наклонные в ярме пакета сердечники статора, причем чтобы наклон распорок в соседних вентиляционных каналах был выполнен в противоположных направлениях.

Целесообразно также, чтобы между отсеками высокого и низкого давления корпуса статора были выполнены перепускные каналы, а между вентиляционными распорками в зубцовых зонах высокого давления установлены съемные заглушки.

Предпочтительно, чтобы вентиляционные распорки имели прямоугольные участки в зубцах и ярме через один вентиляционный канал по длине сердечнике и прямоугольные участки в зубцах и наклонные в ярме в остальных вентиляционных каналах.

Предпочтительно также, чтобы вентиляционные распорки были выполнены прямолинейными в зубцах и в ярме, а вентиляционные каналы снабжены перегородками (распорками), расположенными по наружной окружности сердечника с шагом, равным ширине отсеков корпуса статора, причем чтобы перегородки соседних каналов между собой были также смещены на упомянутый шаг.

Новизна предложения состоит в том, что вентиляционные распорки установлены с тангенциальным смещением потока охлаждающего воздуха в ярме с шагом, кратным шагу по отсекам корпуса статора, и в том, что сквозные щелевые отверстия по высоте зубцов выполнены во всех пакетах сердечника статора. Принципиально такое решение позволяет исключить выход в зазор потока охлаждающего воздуха, предназначенного для охлаждения сердечника и обмотки, уложенной в пазы статора. Кроме того, предложенное решение позволяет исключить тепловые перекосы.

Таким образом, данное изобретение неочевидным путем решает задачу обеспечения гидравлической связи между отсеками высокого и низкого давления корпуса статора и соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертежах представлены примеры конкретного выполнения предлагаемого статора.

На фиг. 1 представлен статор, продольный разрез; на фиг.2, 3 статор по соседним вентиляционным каналам, вентиляционные распорки в ярме выполнены наклонными, поперечный разрез; на фиг.4, 5 другой вариант статора с наклонными в ярме вентиляционными распорками в одном канале и с прямыми вентиляционными распорками в соседнем канале (через пакет); на фиг.6, 7 третий вариант, в котором вентиляционные распорки в пазах и ярме прямые, каналы снабжены дополнительными перегородками (распорками), расположенными по наружной окружности сердечника; на фиг.8 фрагмент поперечного разреза статора, где показаны заглушки; на фиг. 9 вид на зубцы со стороны расточки; на фиг.10 развертка по продольной оси корпуса статора; на фиг.11 поперечные разрезы корпуса статора фиг.10 с изображением перепускных каналов между отсеками.

Статор электрической машины содержит корпус 1 со стяжными призмами 2, на которые нашихтован сердечник 3, скрепленный с торцов нажимными фланцами (плитами) 4 и крепежными гайками 5. Корпус 1 разделен на чередующиеся в тангенциальном направлении аксиальные отсеки высокого давления 6 и низкого давления 7 (см. фиг.2-7).

Между отсеками высокого давления выполнены перепускные каналы 8, а между отсеками низкого давления перепускные каналы 9 (см. фиг.10, 11). Отсеки низкого давления соединены с помощью воздуховодов с камерами воздухоохладителей (на чертежах не показаны).

Сердечник 3 разделен по длине радиальными вентиляционными каналами 10 на пакеты 11. Вентиляционные каналы 10 образованы сегментами 12 с закрепленными на них вентиляционными распорками 13 в ярме и вентиляционными распорками 14 в зубцах. Количество сегментов в слое равно или кратно количеству аксиальных отсеков корпуса статора. В зубцах сегментов выполнены щелевые отверстия 15 по высоте зубца.

Изображенный на фиг.2, 3 вариант реализации изобретения предусматривает выполнение вентиляционных распорок в зубцах сегмента прямыми, а в ярме сегментов наклонными со сдвигом потока охлаждающего воздуха на шаг по отсекам корпуса статора. Причем укладка сегментов выполнена таким образом, что в одном вентиляционном канале вентиляционные распорки в ярме имеют наклон, например, по часовой стрелке (см. фиг.2), а в соседнем вентиляционном канале, через пакет, против часовой стрелки (см. фиг.3), т.е. при укладке сегменты каждого следующего слоя повернуты на 180^о.

В варианте, изображенном на фиг.4,5, сегменты с наклонными распорками 16 (см. фиг. 4), в которых наклон распорок в два раза больше, чем на фиг.2, 3, следуют за сегментами с прямыми распорками 17 (см. фиг.5).

В варианте, изображенном на фиг.6, 7, вентиляционные распорки 18 выполнены прямыми, а по наружному диаметру сегмента между двумя призмами установлены дополнительные перегородки (распорки) 19 (см. фиг.6) и дополнительные перегородки (распорки) 20 (см. фиг.7) со смещением перегородок 20 по отношению к перегородкам 19 на 1/2 шага по отсекам корпуса. По этому варианту вентиляционные каналы по длине сердечника чередуются следующим образом: дополнительные перегородки 19 слева от оси сегмента в следующем канале; дополнительные перегородки 20 справа от оси сегмента и т.д.

Прямые вентиляционные распорки 14 (см. фиг.8) установлены по краю пазов 21 с минимальным зазором 22, необходимым только из условия свободной укладки стержней обмотки 23 и расклиновки клиньев 24 в пазах 21.

Между распорками 14 в каналах, гидравлически соединенных с отсеками высокого давления, могут быть установлены съемные заглушки 25.

Вариант изобретения, проиллюстрированный фиг.1, 2, 3, 8, 9, 10, 11 работает следующим образом: При шихтовке сердечника 3 статора первый вентиляционный канал 10 образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 вправо от оси сегмента. После укладки пакета 11 следующий (второй) вентиляционный канал образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 влево от оси сегмента, для чего сегмент при укладке переворачивается на 180^о. После укладки второго пакета 11 третий вентиляционный канал 10 образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 вправо от оси сегмента и т.д.

При работе электрической машины поток охлаждающего воздуха от вентиляторов (на чертежах не показаны) попадает в аксиальные отсеки высокого давления 6 корпуса 1 статора, откуда по наклонным распоркам 13 вентиляционного канала 10, примыкающим к отсекам высокого давления 6, воздух попадает в зубцы сегмента 12, смещаясь в тангенциальном направлении на шаг по отсекам корпуса. Из зубцовой зоны воздух через аксиальные щелевые отверстия 15, проходящие через толщину пакета в зубцовую зону следующего (второго) вентиляционного канала 10, по прямым вентиляционным распоркам 14 и наклонным вентиляционным распоркам 13 попадает в аксиальный отсек низкого давления 7, откуда либо напрямую, либо через перепускные каналы 9 на воздухоохладители (на чертежах не показаны).

Горячий воздух из обмотки ротора, выбрасываемый в воздушный зазор машины, создающий избыточное давление в воздушном зазоре, входит в вентиляционные каналы 10 со стороны зубцовой зоны, причем вход воздуха в вентиляционный канал происходит не по сплошному сечению канала, а только в те промежутки, где из щелевых отверстий 15 горячий воздух направляется к отсекам корпуса статора низкого давления, по пути сливаясь с горячим воздухом, идущим из ротора.

Таким образом, охлаждающий поток воздуха входит в сердечник радиально, в этой же плоскости смещается тангенциально в сторону и проходит затем радиально в зубцы, в зубцах под 90^о к плоскости меняет направление на аксиальное, через щелевые отверстия проходит толщину пакета, опять меняет направление на радиальное (под углом 90^о), проходит зубцовую зону, смещается тангенциально в противоположную сторону и входит в аксиальный отсек корпуса статора низкого давления.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых фиг.1, 4, 5, 8, 9, 10, 11 и фиг. 1, 6, 7, 8, 9, 10, 11 процессы протекают аналогичным образом.

Формула изобретения

1. СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ с газовой многоструйной системой вентиляции, содержащий корпус, разделенный на чередующиеся отсеки высокого и низкого давления газа, шихтованный сердечник, в пазах которого уложена обмотка, состоящий из пакетов и сообщающихся с отсеками корпуса радиальных вентиляционных каналов, образованных вентиляционными распорками, прикрепленными к пакетам в зубцовой зоне и ярме, отличающийся тем, что по крайней мере в средней части сердечника распорки в ярме пакетов установлены с возможностью смещения потока охлаждающего газа в тангенциальном направлении, кратного шагу по отсекам корпуса статора, а в зубцах вентиляционные распорки установлены с обеспечением смещения потока в аксиальном направлении в соседний канал с помощью сквозных щелевых отверстий, распределенных по высоте зубцов.

2. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные распорки имеют прямолинейные участки в зубцах и наклонные в ярме сердечника статора, причем наклон распорок в соседних вентиляционных каналах выполнен в противоположных направлениях.

3. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные роаспорки имеют прямолинейные участки в зубцах и в ярме через один вентиляционный канал по длине сердечника и прямолинейные участки в зубцах и наклонные в ярме в остальных вентиляционных каналах.

4. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные распорки выполнены прямолинейными в зубцах и в ярме, а вентиляционные каналы снабжены перегородками, расположенными по наружной окружности сердечника с шагом, равным ширине отсеков корпуса, причем перегородки соседних каналов между собой смещены на упомянутый шаг.

5. Статор по пп. 1 4, отличающийся тем, что в вентиляционных каналах в зубцовых зонах высокого давления газа между вентиляционными распорками установлены съемные заглушки.

6. Статор по пп. 1 5, отличающийся тем, что между отсеками высокого давления корпуса статора и между отсеками низкого давления выполнены тангенциальные перепускные каналы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11