CS261201B2 - Gas-cooled electric machine - Google Patents

Description

Vynález se týká elektrického stroje chlazeného plynem, s paketovým prostorem, který uzavírá rotor a stator obklopující rotor, s výtokovým prostorem umístěným na obvodu statoru, se vtokovým prostorem upraveným na obou koncích stroje a s dělicím zařízením, které odděluje paketový prostor od vtokového prostoru, přičemž rotor, zejména konce rotoru, je vytvořen tak, že pracuje jako ventilátor.

Plynem chlazené elektrické stroje uvedeného druhu patří delší dobu ke stavu techniky. Ve známém asynchronním stroji, který popsali R. H. Barber a T. A. Rohling v článku Large Vertical Induction Motors Redesigned, uveřejněném v Allis-Chalmers-Engineering Review č. 1, svazek 38, 1973, je uvnitř paketový prostor, to znamená prostor, v němž je uložen stator a rotor, oddělen od vnějšího vtokového prostoru určeného pro chladicí plyn dělicím zařízením tak, že čelo statorového vinutí leží úplně ve vnitřním prostoru. Chladicí plyn proudí do vtokového prostoru radiálním směrem z vnějšku dovnitř a jeho první dílčí množství proudí v důsledku ventilačního účinku rotorových chladicích výřezů těmito výřezy a statorovými chladicími výřezy od výtokového prostoru. Druhé dílčí množství chladicího plynu je obraceno prodlouženými rotorovými tyčemi, které působí jako radiální ventilátor, a dmycháno v radiálním směru zvnitřku ven přes čelo statorového vinutí a otvory v přítlačné desce do výtokového prostoru, takže chladí čelo statorového vinutí a čelní stranu svazku plechů. Průřez vtokového prostoru a prostoru, v němž leží čelo statorového vinutí, je poměrně velký a rychlost chladicího plynu je tedy malá. Ze vzduchové mezery mezi rotorem a statorem může ohřátý chladicí plyn proudit do prostoru čela vinutí jako prosakující plyn, smíchat se s čerstvým chladicím plynem a ohřát jej dřív, než čerstvý chladicí plyn odejme teplo z čela statorového vinutí a z čelní strany svazku plechů. Čelo vinutí je tedy chlazeno chladicím plynem, který proudí nízkou rychlostí a je smíchán s ohřátým plynem. Také čelní strana svazku plechů je chlazena stejným zahřátým chladicím plynem a tedy při nízké rychlosti chlazení. Toto chlazení není cílené a má omezený účinek, protože к odvádění velkého množství tepla konvekcí je nezbytná velká rychlost proudění. Nutnost speciálního vytvoření většího počtu rotorových tyčí, které jsou ve zmíněném provedení prodloužené, aby mohly fungovat jako přídavný zdroj tlaku, ukazuje, že proudění chladicího plynu by bylo jinak nedostatečné. Je pochopitelné, že neúčinné chlazení může omezovat elektrický výkon stroje.

V synchronním stroji popsaném ve švýcarském pat. spise č. 463 612 je vnitřní paketový prostor oddělen od vnějšího vtokového prostoru, určeného pro chladicí plyn, rovněž dělicím zařízením, které sestává z dělicí stěny z izolačního materiálu a z axiálního ventilátoru uloženého na rotoru. Vnější úsek čela statorového vinutí vyčnívá do vtokového prostoru, zatímco vnitřní úsek je umístěn ve vnitřním paketovém prostoru. Axiální ventilátor nasává chladicí plyn, který proudí do vtokového prostoru v osovém směru z vnějšku dovnitř přes vnější úsek čel statorového vinutí a dopravuje jej do paketového prostoru. První dílčí množství tohoto chladicího plynu proudí osovým směrem mezerami mezi póly a radiálně z vnitřku ven statorovými chladicími výřezy do výtokového prostoru. Druhé dílčí množství chladicího plynu je odchylováno axiálním ventilátorem a dmýcháno přes vnitřní úsek čela statorového vinutí radiálně zvnitřku ven do výtokového prostoru a chladí vnitřní úsek čela statorového vinutí a čelní stranu svazku plechů rovněž při nízké rychlosti proudění. I u tohoto stroje se objevují všechny uvedené nevýhody. Nezbytnost použití axiálního ventilátoru jako přídavného generátoru tlaku ukazuje i v tomto případě, že proudění chladicího plynu je nedostatečné.

Vynález má za účel odstranit nevýhody známých strojů a jeho podstata spočívá v tom, že dělicí zařízení sestává z prvního úseku, který jé umístěn proti čelu statoru a tvoří s ním kanál spojený s výtokovým prostorem, a ze druhého úseku s válcovou dutinou, která obklopuje válcovou část rotoru a tvoří s ní prstencovou těsnicí štěrbinu, přičemž čelo statorového vinutí leží vně dělicího zařízení. Přitom je účelně osová Šířka kanálu stejné řádové velikosti .jako osová šířka statorových chladicích výřezů.

U asynchronního stroje s klečovým rotorem je válcová část rotoru tvořena kruhem klečového rotoru, u stroje s rotorem s dvojitou klecí je tvořena stahovacím kruhem nasazeným na čele rotorového vinutí a u stroje s kroužkovým rotorem je tvořena bandáží na čele rotorového vinutí.

Ve stroji podle vynálezu je oddělen vtokový prostor a paketový prostor v bezprostřední blízkosti svazku plechů, takže čelo statorového vinutí je chlazeno čerstvým nesmíchaným plynem a čelní strana svazku plechů je ofukována čerstvým plynem s vysokou rychlostí a dobrou účinností chlazení; přitom není třeba použít ventilátoru jako přídavného zdroje tlaku.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení znázorněnými na výkrese, kde značí obr. 1 řez provedením asynchronního stroje podle vynálezu, obr. 2 ve zvětšeném měřítku podrobnost z obr. 1, kde je patrný kanál a dělicí zařízení, obr. 3 řez provedením synchronního stroje podle vynálezu a obr. 4 ve zvětšeném měřítku detail z obr. 3, ukazující zřetelně kanál a dělicí zařízení.

Asynchronní stroj podle obr. 1 a 2 má paketový prostor 12, který uzavírá rotor £ a stator 2 obklopující rotor _1, dále výtokový prostor 2/ vtokový prostor 4 pro chladicí vzduch a statorovou přítlačnou desku £, uloženou na čele 5 statoru 2. Dělicí zařízení £ sestává z prvního úseku, tvořeného statorovu přítlačnou deskou já a kotoučovým dílem 2/ a ze druhého úseku 10 s válcovou dutinou. Dělicí zařízení 2 odděluje paketový prostor 12 prakticky plynotěsně od vtokového prostoru £. Přitom zajišťuje statorová přítlačná deska £ ^a kotoučový díl 2 oddělení paketového prostoru 12 od vtokového prostoru £ ve svislém směru, zatímco druhý úsek 10 obklopuje válcovou část 14 rotoru, v tomto případě kruh klece a tvoří s ním prstencovou těsnicí štěrbinu 18, která zajišťuje prakticky vzduchotěsné oddělení paketového prostoru 12 a vtokového prostoru £ v axiálním směru. Současně vzniká kanál 7_, který slouží ke chlazení čela 5 statoru 2 a je spojen s výtokovým prostorem £.

Celý vstupující proud 20 chladicího plynu proudí vtokovým prostorem £ radiálně zvnějšku dovnitř, kde se rozděluje. První dílčí proud 21 chladicího plynu proudí ventilátorovým účinkem rotorových chladicích yýřezů 15 těmito výřezy 15 a statorovými chladicími výřezy 13, z nichž vystupuje do výtokového prostoru £ jako několik druhých dílčích proudů 22. Poněvadž rotující čelo 16 rotorového vinutí působí jako radiální ventilátor, proudí třetí dílčí proud 23 radiálně do kanálu 7_. Přitom se smíchává se zahřátým prosakujícím dílčím proudem 24, který přichází ze vzduchové mezery 17 mezi rotorem £ a statorem 2_t a společně s ním prochází jako pátý dílčí proud 25 kanálem Ί_ do výtokového prostoru £. Osová šířka kanálu 2 je v poměru к ostatním rozměrům vtokového prostoru £ velmi malá, řádově stejné velikosti jako osová šířka statorových chladicích výřezů 13, takže proudění chladicího plynu v kanále 1_ je velmi rychlé a čelo 2 statoru 2 se dobře chladí konvekcí, třebaže kanálem T_ prochází spolu s chladicím plynem i zahřátý prosakující dílčí proud 24. Vstupující proud 2Ό chladicího plynu chladí naproti tomu přímo čelo 11 statorového vinutí, které leží v podstatě vně dělicího zařízení £, a to v chladném stavu, nesmíchán se zahřátým plynem.

Prstencová těsnicí štěrbina 18 mezi druhým úsekem 10 dělicího zařízení 2 ^a kruhem klece zabraňuje vytékání prosakujícího dílčího proudu 24 do vtokového prostoru £, takže nemůže nastat vířivé proudění 26 ani smíchání prosakujícího dílčího proudu 24 s chladicím plynem, určeným ke chlazení čel 11 statorového vinutí. Jako jediný generátor tlaku slouží rotorové chladicí výřezy £5, které působí jako radiální ventilátor, a rotující rotorové tyče £2* které rovněž působí jako radiální ventilátor. Stroj tedy nepotřebuje přídavný zdroj tlaku a chladí se sám. Přitom je chlazení ve všech směrech uspokojivé.

Asynchronní stroj znázorněný na obr. 1 a 2 má klečový rotor. Stejně dobře však může být opatřen dvouklecovým nebo kroužkovým rotorem. V případě rotoru s dvojitou klecí může být prstencová těsnicí štěrbina 18 vytvořena mezi druhým úsekem 10 dělicího zařízení £ a stahovacím kruhem, který je nasazen na čele 16 rotorového vinutí. Ve stroji s kroužkovým rotorem může být prstencová těsnicí štěrbina 18 omezena druhým úsekem 10 dělicího zařízení £ a bandáží na čele 16 rotorového vinutí. Když ke stažení svazku plechů statoru 2 není třeba statorové přítlačné desky £, může být místo ní upravena krycí deska.

Obr. 3 а 4 znázorňují synchronní stroj, jehož chladicí systém v podstatě odpovídá chlazení asynchronního stroje z obr. 1 a 2, a pro stejné součásti je použito stejných vztahových značek. V tomto případě je rotor 2 tvořen magnetovým kolem, jehož počet pólu závisí na žádaných otáčkách. Na čelní straně magnetového kola je uložena krycí deska 30 opatřená válcovou přírubou 31. Druhý úsek 10 dělicího zařízení _8 obklopuje válcovou přírubu 31 a tvoří s ní prstencovou těsnicí Štěrbinu 18. U tohoto provedení synchronního stroje je samozřejmě třetí dílčí proud 2 3, označený vytečkovanou čarou, roven nule.

Místo krycí desky 30 můte být na Čelní straně magnetového kola tvořícího rotor 1, upraven radiální ventilátor 32 s válcovou přírubou 31. Druhý úsek 10 dělicího zařízení 8^ obklopuje i v tomto případě válcovou přírubu 31 a tvoří s ní prstencovu těsnicí štěrbinu 18. Radiální ventilátor 32 není v zásadě nezbytný, byl však znázorněn na důkaz, že jej lze ve stroji umístit bez podstatných změn za účelem zvětšení objemu chladicího vzduchu.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNALEZU

1. Elektrický stroj chlazený plynem, s paketovým prostorem, který uzavírá rotor a stator obklopující rotor, s výtokovým prostorem umístěným na obvodu statoru, se vtokovým prostorem upraveným na obou koncích stroje a s dělicím zařízením, které odděluje paketový prostor od vtokového prostoru, přičemž rotor, zejména konce rotoru, je vytvořen tak, že pracuje jako ventilátor, vyznačený tím, že dělicí zařízení (8) sestává z prvního úseku (6, 9), který je umístěn proti čelu (5) statoru (2) a tvoří s ním kanál (7) spojený s výtokovým prostorem (3), a ze druhého úseku (10) s válcovou dutinou, která obklopuje válcovou část (14) rotoru (1) a tvoří s ní prstencovou těsnicí štěrbinu (18), přičemž čelo (11) statorového vinutí leží vně dělicího zařízení (8).

2. Elektrický stroj podle bodu 1, vyznačený tím, že osová šířka kanálu (7) je stejné řádové velikosti jako osová šířka statorových chladicích výřezů (13).

3. Elektrický stroj podle bodu 1, vyznačený tím, že válcová část (14) torotu (1) asynchronního stroje s klečovým rotorem je tvořena kruhem klečového rotoru.

4. Elektrický stroj podle bodu 1, vyznačený tím, že válcová část (14) rotoru (1) asynchronního stroje s rotorem se dvojitou klecí je tvořena stahovacím kruhem nasazeným na čele (16) rotorového vinutí.

5. Elektrický stroj podle bodu 1, vyznačený tím, že válcová část (14) rotoru (1) stroje s kroužkovým rotorem je tvořena bandáží na čele (16) rotorového vinutí.

6. Elektrický stroj podle bodu 1/ vyznačený tím, že na čelní straně notoru (1) je upevněna krycí deska (30) s válcovou přírubou (31), která tvoří vnitřní plochu prstencové těsnicí Štěrbiny (18).

7. Elektrický stroj podle bodu 1* vyznačený tím, že dělicí zařízení (8) obsahuje desku (6), která je tvořena statorovou přítlačnou deskou nebo krycí deskou.

2 výkresy