CZ132597A3 - Gas-cooled electric machine - Google Patents

Description

Plynem chlazený elektrický stroj.

Oblast techniky.

Vynález se týká plynem chlazeného elektrického stroje se statorovým vinutím uspořádaným v drážkách tělesa statorových plechů, sestávajícím v podstatě^ vždy ze dvou v jedné drážce na sobě navzájem ležících tyčí statorového vinutí, vytvořených z navzájem vůči sobě izolovaných dílčích vodičů, tyče statorového vinutí jsou mimo těleso statorových plechů navzájem spolu spojeny elektricky a mechanicky v čele vinutí prostřednictvím ok v jedno vinutí a s ventilátorem pro vytváření proudu chladícího plynu proudícího strojem, přičemž část proudu chladícího plynu je vedena chladícími kanály, vytvoře nými v hlavní izolaci tyčového vinutí.

Vynález přitom vychází ze stavu techniky, jak vy plývá např. z pat. spisu EP-0 392 243 Bl.

posayadní_stav_techniky.

U elektrických strojů s nepřímo chlazeným statorovým vinutím jsou čelní svazky v čelu vinutí chlazeny proudem chladícího plynu dopravovaného ventilátorem. U strojů mezního výkonu jsou čelní svazky ohroženy vysokým ohřátím. Zatím co část vinutí uloženého v drážkách je dobře chlazena, ohřívají se tyto volně uspořádané části vinutí ne jen tokem elektrického proudu,nýbrž také magnetickými poli v prostoru čela vinutí.

U rotačních elektrických strojů s nepřímým chlazením statorového vinutí sestává vinutí z masivních a dutých dílčích vodičů, u některých strojů dokonce jen z dutých vodičů. Chladivo, proudící dutými vodiči po celé délce statorových tyčí, způsobí přitom dostatečné chlazení tyčí v čele vinutí. Přívod chladícího plynu se přitom provádí Jsa přítc-m normálně z jedné strany stroje a odvod na druhé straně stroje.

U vzduchem chlazených strojů a jednostranným přívodem není chladící účinek zejména přijvelXých délkách stroje dostačující. Aby se chladící účinek zvýšfcil,navrhuje se pro to v pat. spisu EP 0-392 243 Bl opatřit tyčové vinutí, vytvořené z masivních dílčích vodičů, postranními, nebo po obou stranách stohu dílčích vo dičů uspořádanými kovovými chladícími trubkami, nebo chladícími kanály. Jsou navzájem vůči sobě a vůči dílčím vodičům, izolovány a nacházejí se uvnitř hlavní izolace. Přívod se provádí z obou stran stroje a ze střddu stroje. Přívod ve středu stroje se přitom pro vádí radiálními kavnály v tělese statorových plechů a otvory v hlavní izolaci. Ohřátý chladící plyn opouš tí chladící kanály otvory v hlavní izolaci v oblasti koncových pásem tělesa statorových plechů radiálními kanály v tělese státorvových plechů.

Vybavení tyčí statorového vinutí přídavnými kanály a umístění takovýchto kanálů do tyče, zmenšuje pl nící činitel drážky. Tvarované části, sloužící přívodu a odvodu chladícího plynu, které jsou ponejvíce u uloženy do hlavní izolace,prodražují výrobu tyčí.

Z pat. spisu EP-0 519 091 Bl je znám plynem chlazený elektrický stroj, u kterého jjřou vlastně chlazená jen kovová oka, sloužící k elektrickému a mecha 3 nickému spojení. Oka jsou opatřena čepičkami, která oka, při ponechání více přiblinžě axiálně probíhajících kanálech, prakticky zcela obklopují. Tyto kanály jsou otevřené směrem k tělesu statorových plechů. Radiálně probíhající oddělovací stěna odděluje prostor čel vinutí od sacího prostoru ventilátoru stroje. Čepičky mají na svých koncích, přivrácených k oddělovací stěně,otvor, který je volně spojen s uvedenými kanály. Od tohoto otvoru vede pružné vedení přímo do sacího prostoru ventilátoru. V důssledku tlakového rozdílu mezi sacím prostorem a prostorem čel vinutí, proudí část chladivá,dopravovaného ventilátorem uvedenými kanály a ochlazuje oka a menší měrou venkovní konce tyčí. Za nevýhodné se může považova to, že pro chlazení ok se použije chladicí plyn, který byl již ohřát při proudění kolem čelních třmenů v čelu vinutí a který vyvíjí jen omezené působení. Přivedení čerstvého chladícího plynu by se uskutečnilo jen tehdy, jestliže by bylo v prostoru čel vinutí zabudováno zvláštní potrubí.

Podstata vynálezu.

Úkolem vynálezu je vytvořit takový elektrický stroj shora uvedeného druhu, jehož tyče statorového vinutí by se mohly v prostoru čel vinutí jednoduchými pros tředky dostatečně chladit.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tím, že tyče statorového vinutí jsou jen v čele vinutí opatřeny chladícími kanály, přičemž každé tyči je přiřazena nejméně jedna dvojice chladicích kanálů, uspořádaná na jedné jeho šiší straně, totiž první a druhý chladicí kanál, kteréžto chladicí kanály probíhají odděleně až k aktivní části tělesa statorových plechů a teprve tam jsou navzájem spolu spojeny, přičemž chladící kanály jsou s prostorem, odděleným oddělova^ístěnou od prostoru čel vinutí, izolačními trubkami, nebo izolačními hadicemi, a druhé chladící kanály jsou spojeny u ok s prostorem čel vinutí.

Vynález přestavuje v nej širším slova smyslu kom— binací chladécého uspořádání podle pat. spisů EP-0 392 243 Bl a EP-0 519 091 Bl, přitom však odstraňuje nedostatky známých řešení. Spočívá zejména na té myšlénce, realito rat chlazení v aktivní části obvyklým způsobem, tedy jako nepřímé chlazení a chladit přímo v čelním'.· Jvinutí konce tyčí, vystavené působení čelních polí a ne tedy jen oka. Tím se činitel plnění drážek v aktivní části nesníží. Podpěrné prostředky a prostředky pro distancování, nutné pro podpěru a distancování čelních třmenů mohou tak být dimenzovány bez ohledu na poměry proudění chladícího plynu.

Příklady provedení vynálezu a tím dosažené před nosti budou v dalším textu blíže vysvětleny na příkladech provedení za pomoci výkresu.

Přehled obrázků na výkrese.

Na obr. 1 je schématicky znázorněn výřez z roz vinutí čela statorového vinutí plynem chlazeného elektricého stroje.

Na obr. 2 je znázorněn průřez dolní a horní tyče podle obr. 1 podél přímky AA blízko před okem.

Na obr, 3 je znázorněn průřez dolní tyčí podél její přímky BB blízko za výstupem z aktivní části.

Na obr. 4 je znázorněn průžez okem podle obr. 1 podle jeho přímky CC.

Na obr. 5 je znázorněn průřez izolační čepičkou oka podle obr. 1 podle její přímky ED mimo oko.

Na obr. 6 je znázorněn podélný řez okem podle obr. 5 podle jeho přímky EE.

Na obr. 7 je znázorněn podélný řez alternativním provedením Cka.

Na obr. 8 je znázorněn podélný řez okem podle obr. 7 podél jeho přímky PE.

Na obr, 9 je znázorněn příčný řez spojovacími prvr ky mezi tlakovým prostorem a oky podle obr. 8 podle jejich přímky GG.

Příklady Εΐ2Υθ^θ2ί_Υ^32ΐθζη.

Na obr. 1 je znázorněn velmi zjednodušený výřez z rozvinutí čela statorového vinutí plynem chlazené ho elektrického stroje. Ve statorové drážce 1 tělesa 2 statorových plechů leží navzájem nad sebou vždy dolní tyč 3 a horní tyč 4. 2 důvodů přehlednosti znázornění jsou v obr. 1 nakresleny jen dvě dolní tyče fa dvě horní tyče. Obvyklým způsobem jsou vždy jedna dolní tyč _3 a jedna horní tyč 4 přicházející z různých drážek i.iprostřednictvím elektricky izolovaných ok 5 elektricky a mechanicky navzájem spolu spojeny,a tímto způsobem jsou spojeny ve vinutí. Souhrn všech zétělesa 2 statorových plechů vystupujících dolních ahorních tyčí včetně ok 5 tvoří čelo statorového vinutí. Dolní a horní tyče sestávají z více elektricky navzájem vůči sobě izolovaných dílčích vodičů 6,které jsou rozděleny na dva navzájem vedle sbe ležící stohy dílčích vodičů obklopené společnou hlavní izolací 7, která dosahuje až na oko 5 (viz obr. 2 a 3). Až potud jsou elektrické stroje znány.

Pro chlazení čela statorového vinutí se nyní po dle vynálezu navrhuje, uspořádat po širších stranách každé tyče 3, 4 dvojici chladících kanálů, první chladicí kanál 8 a druhý chladicí kanál 9, které leží uvnitř hlavní izolace 7. Takovéto chladicí kanály $sou výhodně uspořádány na každé straně tyčí. Jak je zřejmé z obr. 2 mohou se tyto kanály vytvořit jako uzavřené kanály z dvojité rtrubky 10 (levá polovina obr. 2). Mohou však ale také sestávat z E-profilů 11, které jsou směrem proti dílčím vodičům 6 otevřeny, přičemž jeden svazek dílčích vodičů/vnitřní stěnu katvoří nalu.

Chladící kanály 8, 9 končí krátce před vstupem tyčí 3, 4 βθ aktivní části tělesa 2 statorových plechů a tam jsou spolu navzájem spojeny, což se provede odstraněním stojin 12 resp. 13 oddělujícím oba kanály. Spojovací prostor je v obfc. 3 opatřen vztaho vými značkami 14 resp. 15. Na konci tyčí 3, 4, přivrácených k okům,nejsou naproti tomu takováto spojení mezi prvním chladícím kanálem 8 a druhým chla dícím kanálem 9 vytvořena.

Na obr. 4, 5 a 6 vytvoření izolovaných ok 5 vyznačeno zřetelněji, a sice pomocí dvou průřezu a jednoho podélného řezu. Oko zahrnuje kovový spojová7 prvek 16 tvaru písmena H, ve kterém jsou uloženy oba svazky dílčích vodičů. Dílčí vodiče 6 jsou navzájem mezi sebou a s oběma dvojicemi 17, 18 příp. 19, 20 elektricky a mechanicky spojeny pájením. Spojovací prvek ló je obklopen izolační čepičkou 21, jejíž axiální čelní stěna 22 je od spojovacího prvku 3.6 axiálně vzdálena. Takto vytvořený prostor je dvěma od dělovacími stěnami 23, 24 rozdělen ve tři komůrky 25, 26, 27. Oddělovací stěny 23, 24 leží v axiálním pro dloužení stojin 13. Horní komůrka 25 a dolní ko můrka 27 mají vždy nejméně jeden výstupní otvor 28, příp. 29. Tímto způsobem jsou chladící kanály 8 volně spojeny s prostorem 30 čela vinutí.

Do střední komůrky 26 ústí čtyři chladící kanály 9. Axiálně probíhající izolační trubka 31 spojuje komůrku 26 s tlakovým prostorem 32, přičemž současně obchází prostor 30 čela vinutí, např. výstupní prostor prouduní neznázorněného ventilátoru, který je od prostoru 30 čela vinutí oddělen radiálně probíhající oddělovací stěnou 33. Izolační trubka 31 jé~ přitom upevněna jen v oddělovací stěně L33, například je s ní slepena. Do komůrky 26 zasahuje izolační trubka 31 tvarovým stykem, není však pevně s čelní stěnou 22 izolační čepičky 21 spojena. Tímto způsobem jsou možné relativní pohyby, vyvolané provozními podmínkami v axiálním směrua v omezené míře v radiálním směru mezi okem 5 a oddělovací stěnou 33,přičemž je třeba vžiti v úvahu, že délka izolační ttrubky 31 je ve skutečném provedení větší, nežli je na výkresu zná zorněno. Místo izolačních trubek 31 mohou se také zde použít pružné izolační hadice, jak se používají u vodou chlazených statorových vinutí. Dále je rovněž možné pevné spojení mezi izolační trubkou 31 a izolační čepičkou 21, P^ričemž ovšem je potom možné vésti i zolační trubku 31 ve stěně volně, bez toho, že by v ý, oddělovací;: stěně 33 byla sevřena, aby se umožnil již shora uvedený relativní pohyb.

V důsledku tlakového rozdílu ve výstupním prostoru 32 proudění ajprostoru 30 čela vinutí proudí dílčí proud chladícího plynu, dopravovaného ventilátorem stroje, symbolizované v obr. 6 šipkou, trubkou 31 do komůrky 26 potom chladícími kanály 9 podél dílčích vodičů 6 až do spojovacích prostorů 14,15, krátce před aktivní částí 2, potom chladícími kanály 8 zpět k oku 5 a opustí ho výstupními otvory 28, resp. 29 aby se tak dostal do prostoru 30 čela vinutí. Je to tak zvané sací chlazení.

Je také možný obrácený průběh proudění, jestliže, jako u stroje podle pat. spisu EP-0 519 091 Bl, je výstupní prostor ventilátoru prostor čela vinutí. Pak se jedná o tlakvoé chlazení. Při takovéto sestavě proddí chladící plyn proti směru šipky, znázorněné v obor. 6 v obráceném sledu od prostoru 30 čela vinutí do sacího prostoru 32 ventilátoru stroje.

Alternativní provedení vynálezu je znázorněno v obr. 7, 8 a 9. Odlišuje se od dosud popsaného jen v provedení oka. Toto zahrnuje spojovací člen l6*tvaru písmena H se zesílenými rameny 17j, 18j, 19ý, 20j.

V těchto je v příkladu provedení uspořádáno osm postranních, axiálně probíhajících otvorů §ý, 9ý, které lí,cují s chladícími kanály β resp. 9. Čelní stěna izolační čepičky 21 doléhá na axiální čelní stěnu spojovacího prvku 16\ Izolační trubky 31 jsou za strčeny do rozšířeních otvorů 9, aniž by byly s nimi pevně spojeny. Prostupují dělící stěnou 33 a jsou s ní například slepeny. Také zde se mohou použít místo izolačních trubek izolační hadice.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Plynem chlazený elektrický stroj se statorovým vinutím uspořádaným v drážkách tělesa statorových plechů, sestávajícím v podstatě vždy ze dvou, v jedné drážce navzájem na sobě ležících tyčí statorového vinutí, vytvořených z navzájem vůči sobě izolovaných dílčích vodičů, tyče statorového vinutí jsou mimo těleso sta ....... i torových plechů navzájem spolu spojeny plektricky a mechanicky v čele vinutí prostřednictvím ok v jedno vinutí a s ventilátorem pro vytváření proudu chladícího plynu proudícího strojem, přičemž část proudu chladícího plynu je vedena chladícími kanály, vytvořenými v hlavní izolaci tyčového vinutí, vyznačující se tím, že tyče (3, 4) statorového vinutí jsou jen v cele vinutí opatřeny chladícími kanály (8, 9), přičemž každé tyči (3» 4) je přiřazena jedna dvojice chladících kanálů,uspořádaná na její š^í straně, totiž první chladící kanál (8) a druhý chladící kanál (9), kteréžto chladící kanály (8, 9) probíhají odděleně až k aktivní části tělesa (2) statorových plechů a teprve tam jsou spolu navzájem spojeny, přičemž první chladící kanály (85 jsou s prostorem (32),odděleným od prostoru (30) čela vinutí oddělovací stěnou (33), prostřednictvím izolačních trubek (31) nebo izolačních hadic a druhé chladící kanály (9) jsou u ok (5) s prostorem (30) čela vinutí.
2. 2. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že na koncích tyčí (3, 4) statrového vinutí jsou uspořádány kovové spojovací prvky (16; 16'), které jsou obklopeny izolační čepičkou (21), přičemž první chladící kanály (8) ústí výstupními otvory (28;29) v čelní stěněl (22) izolačních čepiček (21) do prostoru (30) čela vinutí, žatém co druhé chladící ka nály (9) ústí do nejméně jedné izolační trubky (31) nebo nejméně jedné izolační hadice.
3. 3. Elektrický stroj podle nároku 2, vyznačující se tím,žě-čelní stěna (22) .izolační čepičky (21) je uspořádaná s odstupem od spojovacího prvku (16) a tímto způsobem vytvořený prostor je rozdělen dvěma axiálně probíhajícími oddělovacími stěnami 24)ve tři komůrky (25, 26, 27), z nichž radiálně vnitřní komůrka (27) a radiálně venkovní komůrka (25) jsou opatřeny (28, 29) tak, že tyto komůrky jsou volně spojeny s prostorem (3) čela vinutí, zatím co střední komůrka (26) je volně spojena se druhými chladícími kanály (9).
4. 4. Elektrický stroj podle nároku 2, vyznačující se tím, že spojovací člen (16) je opatřen postranními otvory (8^Z, 9 }, které tvoří pokračování prvních chladících kanálů (8) a druhých chladících kanálů (9) a jedny otvory (8*) jsou prostřednictvím výstupních otvorů (28, 29) v čelní stěně (22) izolační čepičky (21) volně spojeny s prostorem (30) čela vinutí a druhé otvory (9*) jsou prostřednictvím izolačních trubek (31) nebo prostřednictvím izolačních hadic s výstupním prostorem (32) ventilátoru stroje.