BR112018069824B1

BR112018069824B1 - Quadro do estator de uma máquina elétrica e uma máquina elétrica

Info

Publication number: BR112018069824B1
Application number: BR112018069824-5A
Authority: BR
Inventors: Toni Kilpelainen; Aleksi Kinnunen; Jani Kosonen
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2023-04-04
Also published as: KR20190002619A; CN107359730A; CN107359730B; US20190081531A1; US10530214B2; WO2017194522A1; EP3455925B1; EP3455925A1; EP3455925C0; BR112018069824A2; KR102139262B1

Abstract

A presente invenção refere-se a um quadro do estator de uma máquina elétrica (1) tendo uma primeira extremidade (2) e uma segunda extremidade (3). Um flange (4) está projetando da primeira extremidade (2) e envolvendo a primeira extremidade (2). O quadro do estator (1) está tendo canais de fluido de resfriamento (6) e aletas de resfriamento (12) na superfície externa (7) do quadro do estator (1) es-tendendo da primeira extremidade (2) à segunda extremidade (3). O quadro do estator (1) é formado como uma única peça. As extremidades das paredes externas (9) dos canais de fluido de resfriamento (6) na primeira extremidade (2) são conectadas ao flange (4) e as aletas de resfriamento (12) se estendem à junção do flange (4) e à primeira extremidade (2).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um quadro do estator de uma máquina elétrica e, mais particularmente, a um quadro do estator de uma máquina elétrica capaz de reduzir vibrações.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Em uma máquina elétrica, a distribuição desigual da massa do rotor em torno de um eixo de rotação causa um momento que dá ao rotor um movimento oscilante característico de vibração. Este desbalanceamento da massa do rotor excita o giro elíptico do eixo do rotor e limita o projeto especialmente em grandes máquinas elétricas.

[003] Uma solução comum para reduzir vibrações é usar amortecedores de vibração.

[004] A desvantagem das soluções anteriores para reduzir as vibrações originadas de um desequilíbrio de massa do rotor é um esforço considerável para a fabricação, montagem e manutenção dos sistemas de amortecimento.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[005] Um objetivo da presente invenção é resolver os inconvenientes acima mencionados e proporcionar uma solução simples e eficiente para reduzir a vibração e o turbilhão de um veio de um rotor de uma máquina elétrica.

[006] Esse objeto é alcançado com um quadro do estator de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação independente 1.

[007] Um quadro do estator de uma máquina elétrica tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta e um flange projetando da primeira extremidade e envolvendo a primeira extremidade. O quadro do estator tem canais de fluido de resfriamento e aletas de resfriamento na superfície externa do quadro do estator estendendo da primeira extremidade à segunda extremidade. O quadro do estator é formado como uma única peça. As extremidades das paredes externas dos canais de fluido de resfriamento na primeira extremidade são conectadas com o flange. As aletas de resfriamento se estendem à junção do flange e da primeira extremidade. Uma vantagem da invenção é que aumenta a rigidez ao quadro e, assim, reduz o esforço e despesa na fabricação, para montar e manter os sistemas de amortecimento necessários.

[008] As modalidades preferidas da invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[009] A seguir, a invenção será descrita em mais detalhes por meio de modalidades preferidas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[010] a Figura 1 mostra uma vista isométrica de um quadro do estator de uma máquina elétrica;

[011] a Figura 2 mostra uma vista superior de um quadro do estator de uma máquina elétrica.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[012] A Figura 1 mostra uma vista isométrica de um quadro do estator de uma máquina elétrica e a figura 2 mostra uma vista superior de um quadro do estator de uma máquina elétrica.

[013] O quadro do estator tem a primeira extremidade 2 e uma segunda 3 extremidade oposta. Da primeira extremidade 2 projeta-se um flange 4 na direção radial r do quadro 1 envolvendo a primeira extremidade 2. O flange 4 é uma parte contínua do quadro 1 que significa que reforça o quadro 1 e fornece rigidez estrutural ao quadro 1. A segunda extremidade 3 compreende uma abertura circular 5 de uma extremidade cilíndrica, por exemplo.

[014] O quadro do estator 1 compreende canais de fluido de resfriamento 6 projetando da superfície externa 7 do quadro do estator 1 na direção radial r do quadro 1. A superfície externa 7 do quadro do estator cilíndrico 1 forma as paredes internas dos canais de fluido de resfriamento 6. As entradas e saídas para o fluido de resfriamento nos canais de resfriamento 6 podem ser formadas como aberturas ao quadro do estator 1 e posicionadas em direção à primeira extremidade 2 e à segunda extremidade 3 do quadro 1. As extremidades 9 das paredes externas 8 dos canais de fluido de resfriamento 6 na primeira extremidade 2 do quadro 1 são conectadas na superfície superior 16 do flange 4. As junções entre o flange 4 e as extremidades 9 dos canais de fluido de resfriamento são 6 capazes de transferir forças axiais e torque conforme os canais de resfriamento 6 são uma parte contínua do flange 4 e do quadro do estator 1.

[015] O canal do fluido de resfriamento 6 pode compreender um corte transversal substancialmente retangular. A fim de aumentar o efeito de rigidez dos canais de fluido de resfriamento 6, a espessura das paredes externas dos canais de fluido de resfriamento pode ser elevada em direção à primeira extremidade 2 em uma direção de comprimento L do quadro 1.

[016] As paredes externas 8 dos canais de fluido de resfriamento 6 alinhadas na direção de comprimento L do quadro 1 fornecem rigidez torcional. A parte mais radialmente externa da parede externa 8 pode ser posicionada na área do aro externo 11 do flange 4 na superfície superior 16 do flange 4 pelo qual o efeito de rigidez da parede 8 é elevado. A área do aro externo 11 está próxima à borda 10 do flange 4.

[017] Além disso, é possível fixar a distância radial r1 da linha central c do quadro do estator 1 à borda 10 do flange 4 e à parte radialmente mais externa do canal de resfriamento 6 para ser substancialmente a mesma. Em seguida, o comprimento de contato formado entre as extremidades das paredes externas 8 de um canal de resfriamento 6 e o flange 4 se estende sobre a área do ar externo 11 à borda 10 do flange 4.

[018] O quadro do estator 1 tem aletas de resfriamento 12 estendendo para fora da superfície externa 7 do quadro do estator 1 e as aletas de resfriamento 12 se estendem da primeira extremidade 2 para a segunda extremidade 3. As aletas de resfriamento 12 se estendem para a área de junção entre o flange 4 e a primeira extremidade 2. As aletas de resfriamento 12 estendendo à área de junção acima da superfície superior 16 do flange 4 fornecem mais rigidez à primeira extremidade 2 que é a porção do quadro 1 recebendo a carga principal. As extremidades das aletas de resfriamento 13 podem ser chanfradas para deixar a superfície superior 16 do flange 4 desobstruída.

[019] Na segunda extremidade 3 a altura radial das aletas de resfriamento 12 pode ser reduzida em direção à segunda extremidade 3. A direção das aletas de resfriamento pode ser dirigida em uma direção que esteja entre a direção tangencial da superfície externa 7 e da direção radial.

[020] Os canais de fluido de resfriamento 6 podem estar posicionados simetricamente na direção circunferencial p do quadro, ou com intervalos desiguais. Nas figuras, a distância na direção circunferencial entre os canais de fluido de resfriamento 6 é substancialmente igual entre alguns canais de fluido de resfriamento 6 e, então, substancialmente desigual entre outros canais de fluido de resfriamento 6.

[021] O quadro do estator 1 é de formato cilíndrico. Para aumentar ainda mais a rigidez, o quadro 1 pode compreender uma porção cônica. A porção do quadro 14 na primeira extremidade 2 pode estar disposta para ampliar conicamente em direção ao flange 4. A altura da porção ampliando conicamente 14 do quadro do estator 1 pode variar entre 4% a 20% da altura total do quadro do estator 1 em uma direção de comprimento L do quadro 1.

[022] A direção de montagem do quadro do estator é uma posição vertical na direção de comprimento L do quadro 1 a primeira extremidade 2 estando abaixo da segunda extremidade 3.

[023] O quadro do estator 1 fornece uma alta rigidez rotacional. A rigidez axial do quadro do estator 1 é particularmente importante nas máquinas elétricas montadas verticalmente nas quais toda a massa do rotor é transferida ao quadro do estator 1 da máquina elétrica.

[024] Nas figuras mostradas, o número de canais de fluido de resfriamento 6 na estrutura do estator 1 é três. Três canais de fluido de resfriamento é um número preferível para uma máquina elétrica na qual o giro do eixo corresponde a uma elipse rotatória à medida que o tempo passa. No entanto, o número de canais de fluidos pode variar entre 3 e 9.

[025] O quadro do estator 1 pode compreender aberturas para serviço 15. A abertura para serviço 15 pode estar posicionada adjacente ao flange 4 e ser reforçada com um quadro circundante. O quadro circundante pode estender-se sobre a área do aro externo 11 para a borda 10 do flange 4.

[026] O quadro do estator 1 é feito em ferro fundido, por exemplo. O flange integralmente fundido 4, dutos de resfriamento 6 e aletas de resfriamento 12 permitem uma montagem muito rígida e vibração mínima.

[027] Em uma máquina eléctrica montada verticalmente, o estator com as suas partes elétricas é instalado na estrutura do estator 1 e o rotor da máquina elétrica é instalado no interior do estator, pelo que existe um espaço de ar entre o rotor e o estator. O rotor é então fixado ao eixo da máquina elétrica e o eixo é suportado por rolamentos nas proteções de extremidade e da máquina elétrica. O eixo e o rotor giram em torno do eixo de rotação axial. Uma blindagem final é fixada na segunda extremidade 3 do quadro 1.

[028] Na máquina elétrica, as aletas de resfriamento 12 e os canais de fluido de resfriamento 6 da estrutura do estator 1 estendem-se verticalmente, isto é, na direção do eixo da máquina elétrica. Um canal de fluido de resfriamento 6 pode também ser usado como um percurso de cabos para passar cabos da caixa de ligação da máquina elétrica para o interior ou para o exterior da máquina elétrica. Além disso, uma parede exterior do canal de resfriamento 6 pode compreender uma ou mais aberturas cobertas para a instalação de cabos.

[029] O aumento da rigidez da estrutura do estator 1 aumenta a frequência de reed da estrutura do estator 1 e reduz assim a vibração da máquina elétrica. Especialmente a estrutura do estator 1 reduz um giro de um eixo de um rotor de uma máquina elétrica excitada pelo desequilíbrio da massa do rotor.

[030] A máquina elétrica pode ser um motor elétrico ou um gerador elétrico.

[031] Quando a máquina elétrica é um motor elétrico, a máquina de trabalho ou a ferramenta elétrica a ser acionada pelo motor elétrico é conectada à primeira extremidade 2 da estrutura do estator 1 e montada no flange 4 da estrutura do estator 1. Quando a máquina elétrica é um gerador elétrico, a máquina acionadora que aciona o gerador elétrico é conectada à primeira extremidade 2 da estrutura do estator 1. A primeira extremidade 2 da estrutura do estator 1 está localizada na extremidade do acionamento e na segunda extremidade 3 da estrutura do estator 1 está localizado na extremidade não acionada da máquina elétrica.

[032] Será óbvio para um versado na técnica que, à medida que a tecnologia avança, o conceito inventivo pode ser implementado de várias maneiras. A invenção e as suas modalidades não estão limitadas aos exemplos descritos acima, mas podem variar dentro do escopo das reivindicações.

[033] Lista de partes: 1 um quadro, 2 uma primeira extremidade, 3 uma segunda extremidade, 4 um flange, 5 uma abertura, 6 um canal do fluido de resfriamento, 7 uma superfície externa, 8 uma parede externa, 9 uma extremidade de uma parede externa, 10 uma borda, 11 uma área do aro externo, 12 uma aleta de resfriamento, 13 uma extremidade de uma aleta de resfriamento, 14 uma porção do quadro, 15 uma abertura para serviço, 16 uma superfície superior, c linha central, L uma direção de comprimento, p uma direção circunferencial, r direção radial, r1 uma distância radial.

Claims

1. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, compreendendo uma porção interna cilíndrica tendo uma linha central axial (c), uma primeira extremidade axial (2), uma segunda extremidade axial oposta (3), e uma superfície externa (7), canais de fluido de resfriamento (6) estendendo-se na superfície externa (7) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1) a partir da primeira extremidade axial (2) para a segunda extremidade axial (3) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), aletas de resfriamento (12) estendendo-se a partir da primeira extremidade axial (2) à segunda extremidade axial (3) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), um flange (4) posicionado na primeira extremidade axial (2) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1) e formando uma parte contínua do quadro do estator (1) fortalecendo o quadro do estator (1) e fornecendo rigidez estrutural ao quadro do estator (1), o flange (4) projetando-se radialmente (r) para fora a partir da superfície externa (7) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), em que o quadro do estator (1) é formado como uma única peça, uma direção de montagem do quadro do estator (1) está em uma posição vertical na direção de comprimento (L) do quadro do estator (1), a primeira extremidade (2) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1) estando abaixo da segunda extremidade (3) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), o dito quadro do estator (1) CARACTERIZADO pelo fato de que os canais de fluido de resfriamento (6) estendem-se na direção radial (r) para uma borda externa (10) do flange (4), extremidades axiais (9) das paredes externas (8) dos canais de fluido de resfriamento (6) sendo conectadas em uma junção a uma superfície superior (16) do flange (4) na primeira extremidade axial (2) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), os canais de fluido de resfriamento (6) formando uma parte contínua do flange (4), em que a junção transfere forças axiais e torque entre o flange (4) e os canais de fluido de resfriamento (6), as aletas de resfriamento (12) estendem-se para fora a partir da superfície externa (7) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1), as aletas de resfriamento (12) sendo posicionadas entre os canais de fluido de resfriamento (6), as aletas de resfriamento (12) estendem-se até uma área de junção entre o flange (4) e a primeira extremidade axial (2) da porção interna cilíndrica do quadro do estator (1).

2. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os canais de fluido de resfriamento (6) são posicionados simetricamente na direção circunferencial (p) do quadro do estator (1).

3. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o número dos canais de fluido de resfriamento (6) no quadro (1) é três.

4. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as extremidades (9) das paredes externas (8) radialmente mais para fora dos canais de fluido de resfriamento (6) são conectadas ao flange (4) na área do aro externo (11).

5. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as junções entre o flange (4) e as extremidades (9) das paredes externas (8) são capazes de transferir forças axiais e torque.

6. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o quadro (1) é de formato cilíndrico e compreende uma porção do quadro (14) na primeira extremidade (2) que está ampliando conicamente em direção ao flange (4).

7. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o número de canais de fluido de resfriamento (6) no quadro do estator (1) é três.

8. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que as extremidades (9) das paredes externais (8) radialmente mais para fora dos canais de fluido de resfriamento (6) são conectadas ao flange (4) na área do aro externo (11).

9. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que as junções entre o flange (4) e as extremidades (9) das paredes externas (8) são capazes de transferir forças axiais e torque.

10. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o quadro (1) é de formato cilíndrico e compreende uma porção do quadro (1) na primeira extremidade que está ampliando conicamente em direção ao flange (4).

11. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o quadro do estator (1) compreende uma porção na primeira extremidade da porção interna do quadro do estator (1) que está ampliando conicamente em direção ao flange (4).

12. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que as junções entre o flange (4) e as extremidades (9) das paredes externas (8) são capazes de transferir forças axiais e torque.

13. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o quadro (1) é de formato cilíndrico e compreende uma porção do quadro (1) na primeira extremidade que está ampliando conicamente em direção ao flange (4).

14. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a espessura das paredes externas dos canais de fluido de resfriamento (6) aumenta em direção à primeira extremidade (2) da porção interna do quadro do estator (1) em uma direção de comprimento (L) do quadro do estator (1).

15. Quadro do estator (1) de uma máquina elétrica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o quadro do estator (1) é feito de ferro fundido.

16. Máquina elétrica verticalmente montada, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende o quadro do estator (1) como definido na reivindicação 1.

17. Máquina elétrica verticalmente montada, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo fato de que uma ferramenta de potência é montada ao flange (4) do quadro do estator (1).