Электрическая машина

 

Использование: в области электромашиностроения. Сущность: электрическая машина содержит статор с обмоткой и сердечником, имеющим радиальные каналы. В корпусе установлены газоохладители и торцевые щиты. Лобовые части обмотки 10 ротора удерживаются бандажными кольцами. Бочка ротора охвачена оболочкой при наличии продольных перегородок 13. Бочка выполнена с большими зубцами 19 и пазовыми клиньями 20, заодно с которыми выполнены перегородки 13 с уширенными. В местах стыков уширения выполнены пазы, в которые уложены прокладки 25. В клиньях предусмотрены отверстия 27, сообщающиеся с осевыми каналами 28, отверстия 30, выполненные в перегородках 13 между окнами 23. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно, к конструкции электрических машин с формированным газовым охлаждением, например турбогенераторов.

Известна электрическая машина, содержащая статор с продольными перегородками, расположенными в зазоре и закрепленными на пазовых клиньях статора, и ротор с заборниками и дефлекторами (см. авт.св. СССР N 1056375, кл. H 02 K 9/08, 1983г.). В этой машине газ из газоохладителей поступает в пространство между сердечником и корпусом статора, затем проходит через радиальные каналы, охлаждая сердечник, поступает в зазор, откуда забирается заборниками ротора, охлаждает обмотку ротора и через дефлекторы выбрасывается обратно в зазор. Таким образом, в каналы охлаждения ротора газ поступает, получив определенный подогрев в сердечнике статора, обмотке ротора и в зазоре вследствие трения о бочку ротора, причем потери на трение о бочку существенно усиливаются выступающими в зазор заборниками и дефлекторами. В результате снижается температурный ресурс охлаждающего газа, что ведет к увеличению его расхода, во-первых, и во-вторых, уменьшается КПД машины.

За прототип по наибольшему количеству общих элементов взята конструкция электрической машины по авт.св.СССР N 132318, кл.H 02 K 7/12, 1960 г. содержащая статор и ротор с уложенной в пазы обмоткой. Ротор расположен внутри цилиндрической оболочки, между ротором и оболочкой размещены распорки, образующие осевые каналы, предназначенные для пропуска охлаждающего газа.

Организация таких каналов обеспечивает подачу в ротор газа непосредственно из газоохладителей, что приводит к увеличению температурного ресурса газа, а придание оболочке гладкой цилиндрической формы обусловливает снижение потерь на трение газа о ротор и увеличение КПД машины. Но такая конструкция не обеспечивает циркуляцию газа непосредственно через обмотку ротора, вследствие чего уменьшается эффективность охлаждения обмотки; кроме того, выполнение вращающейся оболочки в виде цилиндра требует применения дорогостоящих поковок и высокой точности обработки, что в целом осложняет технологию изготовления машины и увеличивает ее себестоимость.

Задачей изобретения является уменьшение себестоимости изготовления машины и увеличение эффективности охлаждения обмотки ротора при сохранении высокого коэффициента полезного действия.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известной электрической машине, содержащей статор и отделенный от него зазором ротор с уложенной в пазы обмоткой, снабженный наружной оболочкой и продольными перегородками, установленными между ротором и оболочкой с образованием осевых каналов, на выступающих в зазор концевых частях перегородок выполнены уширения, в совокупности образующие указанную оболочку; ротор снабжен газовыми клиньями и на их обращенных в зазор поверхностях размещены указанные перегородки, а на стыках уширений перегородок выполнены продольные пазы с уплотняющими прокладками; в обмотке ротора образованы вентиляционные каналы, а в перегородках проходящие через клин отверстия, сообщающиеся с зазором и с указанными вентиляционными каналами, причем в клиньях выполнены отверстия, сообщающиеся с осевыми каналами, а в перегородках между отверстиями, сообщающимися с зазором тангенциальные окна.

Благодаря тому, что в известной электрической машине, содержащей на роторе оболочку с продольными перегородками, образующими между ротором и оболочкой продольные осевые каналы, на выступающих в зазор концевых частях перегородок выполнены уширения с уплотняющими прокладками, в совокупности образующие указанную оболочку, а ротор выполнен с пазовыми клиньями, на обращенных в зазор поверхностях которых размещены указанные перегородки, - удается получить достаточно герметичную оболочку без использования поковок и высокоточной обработки, при обычной технологии сборки машины и, таким образом, уменьшить себестоимость машины. Причем, благодаря образованию в обмотке ротора вентиляционных каналов, а в перегородках проходящих через клин отверстий, сообщающихся с зазором и с указанными вентиляционными каналами, а также выполнению в клиньях отверстий, сообщающихся с осевыми каналами, а в перегородках тангенциальных окон, удается подвести к обмотке ротора холодный газ непосредственно из газоохладителей под достаточно большим напором вентиляторов, увеличить температурный ресурс газа и его скорость в каналах и, таким образом, повысить эффективность охлаждения обмотки ротора при сохранении минимальных потерь на трение гладкой цилиндрической оболочки об охлаждающую среду, а, следовательно, и сохранении высокого КПД машины.

На фиг. 1 показано продольное сечение турбогенератора; при подаче газа под оболочку ротора через надбандажные кольцевые щели; на фиг.2 поперечное сечение ротора турбогенератора; на фиг. 3 фрагмент I сечения, изображенного на фиг.1; на фиг. 4 фрагмент II сечения, изображенного на фиг.2; на фиг.5 - продольное сечение турбогенератора при подаче газа под оболочку ротора через надбандажные кольцевые щели и через кольцевую щель в средней части оболочки; на фиг. 6 то же сечение при подаче газа под оболочку ротора через надбандажные кольцевые щели.

Сущность изобретения поясняется на примере трех исполнений электрической машины, а именно ротора турбогенератора, отличающихся друг от друга способом подачи охлаждающего газа в осевые каналы под оболочку ротора. Согласно первому исполнению (фиг.1), электрическая машина содержит с обмоткой 1 и сердечником 2, имеющим радиальные каналы 3 для прохода охлаждающего газа. Статор с помощью ребер 4 закреплен в корпусе 5, в котором установлены газоохладители 6 и торцевые щиты 7 и 8. В пазы бочки 9 ротора электрической машины уложена обмотка 10, лобовые части которой, удерживаются бандажными кольцами 11. Бочка 9 ротора охвачена герметичной оболочкой 12, причем между оболочкой 12 и бочкой 9 имеются продольные перегородки 13. Между концевыми частями оболочки 12 и сердечников установлены неподвижные кольцевые перегородки 14. На хвостовых частях 15 ротора размещены осевые вентилятора 16, нагнетающие газ в надбандажные кольцевые щели 17 и подбандажные кольцевые щели 18 (направление движения газа обозначено на чертеже стрелками). Бочка 9 ротора электрической машины выполнена (фиг. 2) с большими зубцами 19 и пазовыми клиньями 20, заодно с которыми выполнены продольные перегородки 13, на свободных концах которых имеются уширения 21. Перегородки 13 с уширениями 21 закреплены с помощью, например, ласточкиных хвостов 22 также на внешней поверхности больших зубцов 19. Для возможности тангенциального перетока газа, в перегородках 13 предусмотрены тангенциальные окна 23 (фиг.3). В совокупности уширения 21 образуют вокруг бочки 9 гладкую снаружи цилиндрическую оболочку, причем, для придания герметичности указанной оболочке, достаточной для удержания перепада давлений, создаваемого вентиляторами 16, в местах стыков уширений 21 (фиг. 3, 4) выполнены пазы, в которые вложены уплотняющие прокладки 24 и 25 (фиг.4). Для подачи охлаждающего газа в вентиляционные каналы 26 обмотки 10 в клиньях 20 предусмотрены радиальные отверстия 27, сообщающиеся с осевыми каналами 28, а для выхода газа в зазор 29 радиальные отверстия 30, выполненные в перегородках 13 между окнами 23.

Второе выполнение конструкции электрической машины (фиг.5) аналогично первому исполнению и отличается от него тем, что в средней части оболочки 12 выполнена кольцевая щель 31, отделенная от зазора 29 неподвижными кольцевыми перегородками 32, аналогичным перегородкам 14, причем, для подачи газа в щель 31, в ребра 4 корпуса 5 вмонтированы перепускные патрубки 33, сообщающиеся с зонами нагнетания вентиляторов 16.

Третье исполнение конструкции электрической машины (фиг.6) аналогично первому исполнению, с той разницей, что вход газа под оболочку 12, перекрытую торцевыми заглушками 34, осуществляется только через подбандажные щели 18 и выполненные в концевых участках бочки 9 прорези 35, сообщающиеся с подбандажными щелями 18 и с пространством между оболочкой 12 и наружной поверхностью бочки 9.

Во всех исполнениях для охлаждения лобовых частей обмотки 10 в витках обмотки предусмотрены продольные каналы (ввиду общеизвестности на чертеже не показаны), сообщающиеся на входе газа с подбандажными кольцевыми щелями 18 и на выходе газа с зазором 29.

Работу электрической машины рассмотрим на примере первого исполнения конструкции (фиг. 1). При вращении ротора газ под напором вентиляторов 16 нагнетается в надбандажные 17 и подбандажные 18 кольцевые щели, а также в крайние радиальные каналы 3 сердечника статора 2. Пройдя через осевые каналы 28, газ через отверстия 27 в клиньях 20 попадает в вентиляционные каналы 26 обмотки 10 и далее выбрасывается в зазор 29 через радиальные отверстия 30 в перегородках 13. Выравнивание расхода газа по пазам осуществляется перетоком газа через тангенциальные окна 23 в перегородках 13. В зазор 29 выбрасывается также газ, поступивший через подбандажные щели 18 в лобовые части обмотки 10. Из зазора 29 газ поступает в расположенные между перегородками 14 радиальные каналы 3 сердечника статора 2, и далее, смешиваясь с газом, прошедшим через крайние радиальные каналы 3 сердечника 2, проходит через газоохладители 6 и снова нагнетается вентиляторами 6 в активные зоны электрической машины. Подачей холодного газа в крайние радиальные каналы 3 сердечника 2 обеспечивается лучшее охлаждение торцевых зон статора.

Во втором исполнении конструкции (фиг.5) к описанному выше тракту движения охлаждающего газа добавляется холодная струя, поступающая из зон нагнетания вентиляторов 16, через перепускные патрубки 33 и через расположенные в центре сердечника 2 радиальные каналы 3, в зазор 29 и далее через щель 31 в оболочке 12 в осевые каналы 28 ротора. Таким образом, достигается увеличение расхода газа через вентиляционные каналы 26 обмотки 10 и, соответственно, увеличение эффективности охлаждения ротора.

В третьем исполнении конструкции (фиг.6), в отличие от двух других исполнений, охлаждающий газ поступает в ротор только через подбандажные щели 118, прорези 35 и тангенциальные окна 23. Основное преимущество этого варианта заключается в использовании для прокачки газа через ротор самонапорного действия ротора, обусловленного разностью диаметров входа и выхода газа, что, в определенных случаях позволяет увеличить расход газа через ротор и, таким образом, добиться лучшей эффективности охлаждения ротора.

Характерные для данной электрической машины преимущества, применительно к турбогенераторам, позволяют расширить диапазон мощностей реально выполнимых с непосредственными охлаждением ротора и сердечника статора воздухом при нормальном или близком к нормальному атмосферном давлении, вплоть до 800 МВт в единице, и, таким образом, привести этот диапазон в более полное соответствие с рядом мощностей, достигнутых для машин с водородным охлаждением, при сохранении характерного для них уровня коэффициента полезного действия и массо-габаритных показателей.

Переход на охлаждение турбогенераторов большой мощности воздухом при давлениях, близких к атмосферному, приводит к существенному снижению их себестоимости, увеличению надежности и простоты обслуживания, по сравнению с машинами, охлаждаемыми водородом или водой, что составляет технико-экономическую эффективность данного технического решения.

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержащая статор, отделенный от него зазором ротор с уложенной в пазы обмоткой, снабженный наружной оболочкой и продольными перегородками, установленными между ротором и оболочкой с образованием осевых каналов, отличающаяся тем, что на выступающих в зазор концевых частях перегородок выполнены уширения, в совокупности образующие указанную оболочку.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что на стыках уширений выполнены продольные пазы, в которые вложены уплотняющие прокладки.

3. Машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что ротор снабжен пазовыми клиньями, на обращенных в зазор поверхностях которых размещены перегородки.

4. Машина по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в обмотке образованы вентиляционные каналы, а в перегородках выполнены проходящие через клин отверстия, сообщающиеся с зазором и с вентиляционными каналами.

5. Машина по одному из пп.1 4, отличающаяся тем, что в клиньях выполнены отверстия, сообщающиеся с осевыми каналами.

6. Машина по одному из пп.1 5, отличающаяся тем, что в перегородках между отверстиями, сообщающимися с зазором, выполнены тангенциальные окна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6