CZ304132B6 - Dynamoelektrický stroj a zpusob chlazení jeho koncového vinutí - Google Patents

Abstract

Je popsán plynem chlazený dynamoelektrický stroj, který obsahuje rotor (10), mající cást (14) tela, axiálne procházející cívky (22), koncová vinutí (28) a mnozstvím vymezovacích bloku (140, 240, 340, 440) umístených mezi koncovými vinutími (28), takze mnozství dutin (142, 242, 342) je definováno mezi spolu sousedícími koncovými vinutími (28) a vymezovacími bloky (140, 240, 340, 440). Pro chlazení koncového vinutí (28) má alespon jeden z vymezovacích bloku (140, 240, 340, 440) radiálne procházející kanál (144, 244, 344, 444) s výpustním otvorem (146, 246, 248, 362, 462) umísteným pro smerování chladicího plynu protékajícího skrz nej ve smeru strední oblasti sousední dutiny (142, 242, 342).

Description

Dynamoelektrický stroj a způsob chlazení jeho koncového vinutí

Oblast techniky

Vynález se týká plynem chlazeného dynamoelektrického stroje a způsobu chlazení koncového vinutí v dynamoelektrickém stroji směrováním více proudů chladicího plynu do prostorů dutin mezi koncovými cívkami rotoru pro vytvoření více interagujících cirkulačních buněk a směrovaných proudů toku.

Dosavadní stav techniky

Výstupní výkon dynamoelektrických strojů, jako jsou velké turbogenerátory, je často omezený schopností poskytnout proud navíc do rotorových magnetizačních vinutí z důvodu teplotních omezení kladených na izolaci elektrických vodičů. Účinné chlazení rotorového vinutí tudíž přispívá přímo k výstupnímu výkonu stroje. To platí zejména o koncové oblasti rotoru, kde je přímé vynucené chlazení obtížné a nákladné kvůli typické konstrukci těchto strojů. S tím, jak trendy běžného trhu vyžadují vyšší účinnost a vyšší spolehlivost v generátorech s nízkými náklady a vysokou výkonovou hustotou, chlazení koncové oblasti rotoru se stává omezujícím faktorem.

Rotory turbogenerátorů se typicky skládají ze soustředných obdélníkových cívek namontovaných ve štěrbinách v rotoru. Koncové části cívek (běžné nazývané koncové vinutí), která jsou za podporou hlavního těla rotoru, jsou typicky drženy vůči rotačním silám zadržovacím kruhem (viz. obr. 1). Podpůrné bloky jsou umístěny střídavě mezi soustřednými koncovými vinutími cívky pro udržování relativní pozice a pro přidání mechanické stability co se týče axiálního zatížení, jako je tepelné zatížení (viz obr. 2). Navíc měděné cívky jsou omezeny radiálně zadržovacím kruhem na svém vnějším obvodu, který působí proti odstředivým silám. Přítomnost vymezovacích bloků a zadržovacího kruhu má za následek množství oblastí chladivá vystavených měděným cívkám. Primární cesta chladívaje axiální, mezi hřídelí a spodní částí koncového vinutí. Také jsou vytvořeny diskrétní dutiny mezi cívkami okrajovými povrchy cívek, bloky a vnitřním povrchem struktury zadržovacího kruhu. Koncová vinutí jsou vystavena chladivu, které je poháněno rotačními silami z prostoru radiálně pod koncovými vinutími do těchto dutin (viz. obr. 3). Tento přenos teplaje spíše malý. Je tomu tak protože podle vypočtených cest průtoku v jedné rotující dutině koncového vinutí z výpočetní analýzy dynamiky kapaliny, vstoupí tok chladivá do dutiny, prochází primární cirkulací a opustí dutinu. Cirkulace má typicky za následek nízké koeficienty přenosu tepla zejména poblíž středu dutiny. To jsou tedy opatření pro odvádění tepla v koncových vinutích, jsou však relativně neúčinná.

Byla použita různá schémata pro směrování dalšího chladicího plynu koncovou oblastí rotoru. Všechna tato chladicí schémata spoléhají buďto na (1) vyrobení chladicích průchodů přímo v měděných vodičích obrobením drážek nebo vytvoření kanálů ve vodičích a pak čerpání plynu do některé jiné oblasti stroje, a/nebo na (2) vytvoření oblastí o relativně vyšším a nižším tlaku s přidáním přepážek, průtokových kanálů a čerpacích prvků pro přinucení toho, aby chladicí plyn překonal povrchy vodičů.

Některé systémy pronikají do vysoce namáhaného rotorového zadržovacího kruhu radiálními otvory, aby se umožnilo přímé čerpání chladicího plynu podél koncových vinutí rotoru ajeho vypouštění do vzduchové mezery, ačkoli takové systémy mohou mít pouze omezenou užitečnost kvůli velkému mechanickému namáhání a životnosti co se týče únavového namáhání týkající se zadržovacího kruhu.

Pokud se použijí běžná schémata vynuceného chlazení konce rotoru, přidá se ke konstrukci rotoru značná složitost a náklady na konstrukci rotoru. Například přímo chlazené vodiče musí být

- 1 CZ 304132 B6 obrobeny nebo vyrobeny tak, aby vytvořily chladicí průchody. Navíc musí být zajištěno sběrné potrubí pro vyprázdnění plynu někde v rotoru. Schémata s vynuceným chlazením vyžadují, aby byla koncová oblast rotoru rozdělena do oddělených tlakových zón, s přidáním mnoha přepážek průtokových kanálů čerpacích členů, které opět přidávají složitost a náklady.

Pokud se nepoužije žádné z těchto schémat vynuceného nebo přímého chlazení, pak jsou koncová vinutí rotoru chlazena pasivně. Pasivní chlazení spoléhá na odstředivé a rotační síly rotoru pro cirkulaci vzduchu ve slepých, končících dutinách vytvořených mezi soustřednými vinutími rotoru. Pasivní chlazení koncových vinutí rotoru se někdy také nazývá chlazení „s volným prouděním“.

Pasivní chlazení má výhodu minimální složitosti a nákladů, přestože schopnost odvádění teplaje oslabena v porovnání s aktivními systémy přímého a vynuceného chlazení. Veškerý chladicí plyn vstupující do dutin mezi soustřednými vinutími rotoru musí odejít stejným otvorem, protože tyto dutiny jsou jinak zavřeny - čtyři „postranní stěny“ typické dutiny jsou tvořeny soustřednými vodiči a izolačními bloky, které je oddělují, se „spodní“ (radiálně směrem ven) stěnou tvořenou zadržovacím kruhem, který podporuje koncová vinutí vůči rotaci. Chladicí plyn vstupuje z kruhového prostoru mezi vodiči a hřídelí rotoru. Odvod teplaje tudíž omezen pomalou cirkulací plynu v dutině a omezeným množstvím plynu, který může vstoupit do těchto prostor a který může opustit tyto prostory.

V typických konfiguracích chladicí plyn v koncové oblasti ještě nebyl úplně urychlen na rychlost rotoru, to znamená, že chladicí plyn rotuje na částečné rychlosti rotoru. S tím, jak je kapalina hnaná do dutiny vlivem rázu relativní rychlosti mezi rotorem a kapalinou, koeficient přenosu teplaje typicky nejvyšší poblíž vymezovacího bloku, který je níže po směru proudění - tam, kde kapalina vstupuje s vysokou hybností a kde je kapalné chladivo nej studenější. Koeficient přenosu teplaje také typicky vysoký kolem obvodu dutiny. Střed dutiny přijímá nejméně chlazení.

Se zvyšováním schopnosti odvádění tepla pasivních chladicích systémů se zvyšuje schopnost vedení proudu rotoru, což poskytuje lepší schopnost jmenovitého zatížení celého generátoru s udržením výhody nízkých nákladů, jednoduché a spolehlivé konstrukce.

Patent US 5 644 179, jehož popis je zahrnut odkazem, popisuje způsob pro zvyšování přenosu tepla zvýšením rychlosti průtoku velké cirkulační buňky sjedním průtokem zavedením dalšího chladicího průtoku přímo do, a ve stejném směru jako, přirozeně nastávající průtoková buňka. To je ukázáno na obr. 4 a 5. Zatímco tento způsob zvyšuje přenos tepla v dutině zvýšením síly cirkulační buňky, střední oblast rotorové dutiny byla stále ponechána s nízkou rychlostí a tudíž nízkým přenosem tepla. Stejný nízký přenos tepla stále přetrvává v rohových oblastech.

Podstata vynálezu

Zde popsaný vynález překonává obtíže vyskytující se v jedné velké cirkulační buňce pro zlepšení odvodu tepla. Spíše nežli vstřikování chladicího toku ve směru jedné cirkulační buňky pro jeho zvětšení, jak je popsáno v patentové přihlášce US 5 644179, tento vynález popisuje několik způsobů pro vytvoření více cirkulačních buněk, které pronikají do střední oblasti dutiny a tím významně zlepšují odvod tepla v oblasti, která by jinak postrádala chladicí tok. Stejná výhoda přechází také do rohových oblastí dutiny.

Sestava koncového vinutí a způsob podle tohoto vynálezu tudíž podstatně zlepšují odvod tepla ve všech oblastech v dutině koncového vinutí rotoru vytvořením více cirkulačních buněk a chladicích proudů. Vyloučením mrtvých oblastí v aktivitách chlazení rotoru je významně zvýšena celková účinnost chlazení, což zvyšuje jmenovitý výkon stroje. Systém má nízké náklady, snadno se instaluje a je robustní, tím poskytuje praktické řešení složitého problému, a přispívá k prodejnosti generátoru.

-2 CZ 304132 B6

Předmětem tohoto vynálezu je tudíž plynem chlazený dynamoelektrický stroj, obsahující rotor mající část těla, přičemž rotor má axiálně procházející cívky a koncová vinutí procházející axiálně za alespoň jeden konec části těla; množství vymezovacích bloků umístěných mezi koncovými vinutími, a orientovaných radiálně vzhledem k ose rotoru; množství dutin vymezených mezi vzájemně sousedními koncovými vinutími vymezovacími bloky; alespoň jeden vymezovací blok má v sobě vymezený radiálně procházející kanál, přičemž kanál prochází mezi přívodním otvorem a výpustním otvorem; kde výpustní otvor je umístěn v povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku, směřujícím do dutiny sousedící s ní; a přívodní otvor je vytvořen na obvodově orientovaném povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku, jehož podstatou j e, že výstupní otvor je vymezený radiálně ve střední části vymezovacího bloku pro vypouštění toku chladicího plynu ve směru střední oblasti dutiny; a kde je vytvořeno množství výpustních otvorů, přičemž alespoň jeden výpustní otvor směřuje pod úhlem menším než 90 stupňů vzhledem k ose rotoru pro vypouštění chladicího plynu na koncové vinutí sousedící s ním.

Dalším předmětem tohoto vynálezu je způsob chlazení koncového vinutí v dynamoelektrickém stroji obsahujícím rotor mající část těla, axiálně procházející cívky a koncová vinutí procházející axiálně za alespoň jeden konec části těla, množství vymezovacích bloků umístěných mezi koncovými vinutími, a orientovaných radiálně vzhledem k ose rotoru, a množství dutin vymezených mezi spolu sousedícími koncovými vinutími a vymezovacími bloky, přičemž způsob obsahuje vytvoření alespoň jednoho vymezovacího bloku, který v sobě má vymezený radiálně procházející kanál, přičemž kanál prochází mezi přívodním otvorem a výpustním otvorem, přičemž výpustní otvor je umístěn na povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku směřujícím do dutiny sousedící s ním;

rotaci rotoru pro hnaní chladicího plynu přívodním otvorem tlakovou hlavou do radiálně procházejícího kanálu a výpustním otvorem do příslušné dutiny, pro vypouštění toku chladicího plynu ve směru střední oblasti dutiny,/ ehož podstatou j e , že výstupní otvor směřuje chladicí plyn radiálně do střední oblasti dutiny vymezovacího bloku, kde je přítomné množství výpustních otvorů pro směřování chladicího plynu pod úhlem menším než 90 stupňů vůči ose rotoru pro vypouštění chladicího plynu na koncové vinutí sousedící s ním.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 průřez částí oblasti koncového závitu rotoru dynamoelektrického stroje se statorem v protilehlém čelním vztahu k němu obr. 2 je pohled shora na průřez rotoru dynamoelektrického stroje podél přímky 2-2 z obrázku 1 obr. 3 schéma ukazující pasivní tok plynu do a skrz dutiny koncového vinutí obr. 4 částečně rozložené perspektivní zobrazení části oblasti koncového závitu rotoru podle prvního provedení vynálezu popsaného v patentu US 5 644 179 obr. 5 částečně rozložené perspektivní zobrazení části oblasti koncového závitu rotoru ukazující druhé provedení vynálezu podle patentu US 5 644179 obr. 6 je částečný průřez znázorňující sestavu a způsob pro vytváření více cirkulačních buněk v provedení podle tohoto vynálezu

-3 CZ 304132 B6 obr. 7 částečný průřez ukazující alternativní sestavu a způsob pro vytváření více cirkulačních buněk pro zlepšení odvodu tepla obr. 8 částečný průřez ukazující další alternativní provedení tohoto vynálezu pro vytvoření více toků chladicího toku pro zlepšení přenos tepla a obr. 9 pohled podél přímky 9-9 z obr. 8 ukazující další alternativní provedení podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

S odkazem na výkresy, kde stejné vztahové značky označují stejné prvky ve všech pohledech, obr. 1 a 2 ukazují rotor 10 pro plynem chlazený dynamoelektrický stroj, který také obsahuje stator 12 obklopující rotor. Rotor 10 obsahuje část 14 obecně válcového těla centrálně umístěnou na hřídeli 16 rotoru a mající axiálně protější koncové povrchy, jejíž část 18 jednoho koncového povrchu je ukázána na obr. 1. Část těla je opatřena množstvím po obvodu rozmístěných, axiálně procházejících štěrbin 20 pro příjem soustředně uspořádaných cívek 22, které tvoří rotorové vinutí. Z důvodu srozumitelnosti je ukázáno pouze pět rotorových cívek, přestože v praxi se obvykle používá o něco více.

Konkrétně je v každé ze štěrbiny naskládáno několik vodičových tyčí 24 tvořících část rotorového vinutí. Sousední vodičové tyče jsou odděleny vrstvami elektrické izolace 22. Navrstvené vodičové tyče jsou typiky udržovány ve štěrbinách klíny 26 (obr. 1) a jsou vyrobeny z vodivého materiálu jako například z mědi. Vodičové tyče 24 jsou propojeny na každém protilehlém konci části tělesa koncovými závity 27, které procházejí axiálně za koncová čela a tvoří naskládaná koncová vinutí 28. Koncové závity jsou také odděleny vrstvami elektrické izolace.

Nyní zejména s odkazem na obr. 1, je zadržovací kruh 30 umístěn kolem koncových závitů na každém konci částí těla pro držení koncových vinutí na místě vůči odstředivým silám. Zadržovací kruh je upevněn na jednom konci k části těla a prochází ven kolem hřídele 16 rotoru. Středící kruh 32 je připojen ke vzdálenému konci zadržovacího kruhu 30. Je nutné poznamenat, že zadržovací kruh 30 a středící kruh 32 mohou být namontovány jinými způsoby, jak je v oboru známo. Vnitřní obvodový okraj středícího kruhu 32 je radiálně oddělen do hřídele 16 rotoru, čímž tvoří plynový přítokový průchod 34 a koncová vinutí 28 jsou odděleny od hřídele 16, čímž definují kruhovou oblast 36. Množství axiálních chladicích kanálů 38 vytvořených podél štěrbin 20 je opatřeno v kapalinové komunikaci s plynovým přítokovým průchodem 34 prostřednictvím kruhové oblasti 36 pro doručování chladicího plynu do cívek 22.

Co se týče obr. 2, koncová vinutí 28 na každém konci rotoru 10 jsou obvodově a axiálně oddělena množstvím vymezovacích bloků 40. (Z důvodu srozumitelnosti vymezovací bloky nejsou ukázány na obr. 1). Vymezovací bloky jsou prodloužené bloky izolačního materiálu umístěné v prostorech mezi sousedními koncovými vinutími 28 a prochází za úplnou radiální hloubku koncových vinutí do kruhové mezery 36. Prostory mezi soustřednými sloupci koncových závitů 27 jsou rozděleny do dutin. Tyto dutiny jsou nahoře drženy zadržovacím kruhem 30 a na čtyřech stranách sousedními koncovými vinutími 28 sousedními vymezovacími bloky 40, jak je ukázáno na obr. 3. Jak je nejlépe vidět na obr. 1, každá z těchto dutin je v kapalinové komunikaci s plynovým přítokovým průchodem 34 prostřednictvím kruhové oblasti 36. Část chladicího plynu vstupujícího do kruhové části oblasti 36 mezi koncovým vinutím 28 a hřídelí 16 rotoru plynovým přítokovým průchodem 34 tudíž vstoupí do dutin 42, cirkuluje v nich, a pak se vrátí do kruhové oblasti 36 mezi koncovým vinutím a hřídelí rotoru. Průtok vzduchu je ukázán šipkami na obr. 1 a3.

Základní čerpací akce a rotační síly působící v dutině rotačního generátoru typicky vytváří velkou cirkulační buňku s jedním tokem, jak je schematicky vidět na obr. 3. Tato buňka s cirkulač-4 CZ 304132 B6 ním tokem vykazuje svou nejvyšší rychlost blízko obvodových okrajů dutiny, což ponechává střední oblast nepřiměřeně chlazenou kvůli inherentně nízké rychlosti ve střední oblasti dutiny. Jak je vidět na obr. 3, velké oblasti rohových oblastí jsou také nepřiměřeně chlazeny kvůli tomu, že kruhový pohyb buňky průtoku nepřenáší chladicí tok do rohů.

Co se týče obr. 6, zde je znázorněn částečný průřez koncového vinutí rotoru ztělesňujícího tento vynález, ukazuje dutiny 142 a se směrem rotace označeném šipkou X. V provedení znázorněném na obr. 6 je každý vymezovací blok 140 opatřen vnitřním kanálem 144 pro chladicí plyn, který v tomto provedení má výpustní otvor 146 nebo v bloku ve střední oblasti příslušné dutiny 142, takže tok chladivá vytváří obráceně rotující dvojici cirkulačních buněk v dutině, čímž zajišťuje zlepšený odvod tepla ve všech oblastech dutiny, včetně středních i rohových oblastí, které typicky trpí nedostatkem toku chladivá.

Každý chladicí kanál 144 leží podél délky vymezovacího bloku 140 aje tudíž orientován radiálně vzhledem k ose rotoru. Kanál prochází z bodu radiálně uvnitř nebo pod koncovým vinutím 28 do bodu obecně centrálně k radiální výšce koncového vinutí a tudíž zajišťuje průchod, kterým může chladicí plyn protékat z kruhové oblasti 36 mezi koncovým vinutím 28 a hřídelí 16 rotoru do dutin 142. Konkrétně každý kanál 144 prochází od přítokového otvoru 150 umístěného blízko radiálně vnitřního konce vymezovacího bloku 140 k výpustnímu otvoru 146 umístěnému přibližně ve středu délky vymezovacího bloku. Přítokový otvor 150 je umístěn na obvodově orientovaném povrchu vymezovacího bloku proti směru proudu pro příjem chladicího toku. Jak je vidět na obr. 6, v tomto vzorovém provedení, je přítokový otvor umístěn na části vymezovacího bloku, která prochází pod koncovým vinutím, aby existovala kapalinová komunikace mezi kruhovou oblastí 36 mezi koncovým vinutím 28 a hřídelí 16 rotoru. Výpustní otvor 146 je také umístěn na obvodově orientovaném povrchu vymezovacího bloku a je v kapalné komunikaci s jednou z dutin 142 ohraničenou vymezovacím blokem.

Tok chladívaje hnaný radiálně blokem hydrodynamickým tlakem, vznikajícím z relativní rychlosti plynu vstupujícího do koncové oblasti rotoru a odstředivém čerpáním rotoru. Jak bylo uvedeno výše, je tok chladivá směrován výpustními otvory 150 ve vymezovacím bloku (vymezovacích blocích) do střední oblasti sousední dutiny (dutin). Tento směrovaný proud chladivá vytváří opačně rotující dvojici cirkulačních buněk v dutině. Tato dvojice buněk pak pohání další cirkulační buňky, což zajišťuje zlepšený odvod tepla ve všech oblastech dutiny, včetně střední oblasti a rohů dutiny, které jinak trpí nedostatkem toku chladivá. Hlavní proud chladivá přidá k výkonnosti odvodu tepla a opustí rotační dutinu, jak je ukázáno.

Za provozu způsobí rotace rotoru vtažení chladicího plynu plynovým přítokovým průchodem 34 (obr. 1) do kruhové oblasti 36 mezi koncovým vinutím a hřídelí rotoru (obr. 6). Chladicí plyn je hnán přítokovými otvory 150 do kanálu 144. Chladicí plyn v kanále 144 je vyháněn do odpovídající dutiny z příslušného výpustního otvoru 148. Výpustní otvor je umístěn přibližně radiálně ve středním bodě dutiny, takže tok chladivá je směrován z kanálu 144 v bloku do střední oblasti dutiny 142. To vytváří více cirkulačních buněk místo pouze jediné veliké a zajišťuje zlepšený odvod tepla ve středu dutiny a všech ostatních oblastí dutiny. Generování více cirkulačních buněk usnadňuje odvod tepla ze všech částí dutiny včetně střední oblasti a rohových oblastí, které byly v jediné cirkulační buňce podle dosavadního stavu techniky spíše vynechávány.

Obr. 7 ukazuje další provedení tohoto vynálezu, kde podpůrné bloky vyprazdňují chladicí proudy tak, aby vstupovaly do každé dutiny z opačných směrů, a tím posilují opačně rotující buňky a zajišťují ještě větší průtok. Podrobněji obr. 7 ukazuje částečný průřez koncového vinutí rotoru ukazující dutiny 242 se směrem rotace označeným šipkou X. V tomto provedení je každý vymezovací blok 240 opatřen vnitřním kanálem 244 pro chladicí plyn pro vytvoření více cirkulačních buněk uvnitř dutiny pro zlepšení odvodu tepla. Stejně jako kanály z prvního provedení je každý kanál 244 pro chladicí plyn orientován radiálně vzhledem k rotoru a prochází z bodu radiálně uvnitř nebo pod koncovým vinutím 28 do bodu poblíž střední části vymezovacího bloku. Kanály tudíž poskytují průchody, do kterých může proudit chladicí plyn z kruhové oblasti 36 mezi kon-5 CZ 304132 B6 covým vinutím 28 a hřídelí 16 rotoru do střední oblasti dutin 242. Podrobně prochází každý kanál 244 od přívodního otvoru 250 umístěného poblíž radiálně vnitřního konce vymezovacího bloku k prvnímu a druhému výpustnímu otvoru 246, 248, které jsou umístěné poblíž střední části vymezovacího bloku 240 a příslušné dutiny. Přívodní otvor je umístěn na obvodově orientovaném povrch vymezovacího bloku pro příjem toku chladivá, jak udává šipka A. Jak je vidět na obr. 7, přívodní otvor 250 je umístěn na části vymezovacího bloku, která prochází pod koncovým vinutím 28, a je v kapalinové komunikaci s kruhovou oblastí 36 mezi koncovým vinutím 28 a hřídelí 16 rotoru. Jak je uvedeno výše, v tomto provedení, jsou opatřeny první a druhé výpustní otvory 246, 248, na každém obvodově orientovaném povrchu vymezovacího bloku 240 je umístěn jeden tak, aby byl v kapalinové komunikaci s příslušnými dutinami 242, které jsou ohraničeny vymezovacím blokem. Ve znázorněném provedení je dále opatřena přepážka 252 v radiálním kanále 244 pro vymezení první a druhé části 254, 256 radiálního kanálu, které jsou obvodově sousedící ve vymezovacím bloku. Považuje-li se to za žádoucí, může přepážka procházet do obvodové části průchodu označené vztahovou značkou 258, takže tok chladívaje vhodně odchýlen v obecně stejných množstvích do příslušných částí 254, 256 průchodu pro vytečení z příslušných výpustních otvorů 246, 248. Tok chladívaje směrován z kanálového bloku 240 do střední oblasti každé dutiny 242 z obou obvodových stran dutiny. To vytváří více silnějších cirkulačních buněk, zajišťuje zlepšený odvod tepla ve středu dutiny a všech ostatních oblastech dutiny. Zde opět tok chladivá vstoupí do kanálového bloku poháněný hydrodynamickým tlakem a odstředivým čerpáním.

Obr. 8 ukazuje provedení vynálezu, kde více výpustních otvorů zajišťuje tok chladivá do všech oblastí dutiny, což opět zlepšuje odvod tepla překonáním obtíží souvisejících s odvodem tepla při jediné přirozeně nastávající cirkulační buňce v rotační dutině.

Podrobněji obr. 8 ukazuje částečný průřez koncovým vinutím rotoru ukazující obvodově sousední dutiny 342, se směrem rotace označeným šipkou X. Podle tohoto provedení je opatřen každý vymezovací blok 340 vnitřním chladicím kanálem 344 pro směrování chladicího toku do obecně všech oblastí dutiny pro vylepšený odvod tepla. Stejně jako kanály z prvního a druhého provedení je každý kanál pro chladicí plyn orientován radiálně vzhledem k rotoru a prochází z přívodního otvoru 350 umístěného radiálně uvnitř nebo pod koncovým vinutím 28. Narozdíl od předchozích provedení však kanál pro chladicí plyn prochází do bodu blízko zadržovacího kruhu 30 a množství výpustí 360, 362. 364 je definováno na místech s odstupem podél délky kanálu pro chladicí plyn. Podrobně každý kanál prochází od přívodního otvoru 350 umístěného poblíž radiálně vnitřního konce vymezovacího bloku do množství výpustních otvorů včetně prvního výpustního otvoru 380 umístěných přibližně v jedné třetině délky podél vymezovacího bloku 340, druhého výstupního otvoru 362 umístěného přibližně ve dvou třetinách délky podél výpusti, a třetího výpustního otvoru 364 umístěného vedle zadržovacího kruhu 30. Směrováním toku chladivá více výpustními otvory se generuje více chladicích pomalých proudů místo jedné veliké cirkulační buňky jako tomu bylo v dosavadním stavu techniky, a tím je zajištěn stejnoměrnější odvod tepla ve všech oblastech včetně střední oblasti, která by jinak trpěla nedostatkem toku chladivá.

Je také nutné poznamenat, že zatímco jsou v provedení na obr. 8 znázorněny tři výpustní otvory, podle tohoto provedení jsou opatřeny alespoň dva takové výstupní otvory a může být tudíž opatřeno více nebo méně než právě tři výpustní otvory. Jako ještě další alternativně může být podobně jako je tomu u druhého provedení znázorněného na obr. 7, definováno množství výpustních otvorů, které prochází z chladicího kanálu v každém obvodovém směru vymezovacího bloku pro směrování toku do každé z příslušných dutin ohraničených vymezovacím blokem, pro další zajištění úplné distribuce chladicího toku do dutiny.

V provedení ukázaném na obr. 8, výpustní otvory 360, 362, 364 směrují tok chladivá obecně obvodově a jsou tudíž umístěny v rovině nacházející se pod úhlem přibližně 90 stupňů vzhledem k ose rotoru. Průřez ukázaný na obr. 9 představuje alternativní formu provedení z obr. 8. Obr. 9

-6CZ 304132 B6 ukazuje obměnu a vylepšení na několika chladicích proudech z obr. 8 směrováním proudů tak, aby narážely přímo na zahřívané stěny rotační dutiny, a tím ještě více zvyšovaly odvod tepla.

Toto provedení tudíž obecně odpovídá provedení z obr. 8 kromě toho, že výpustní průchod(y) 462 (z nich pouze jeden je zobrazen na obr. 9) pro průchod 444 ve vymezovacím bloku 440 svírají úhel, který bude definován v rovině, která je umístěna pod úhlem < 90° vzhledem kose rotoru, pro namíření chladicího proudu tak, aby dopadal přímo na koncové vinutí 28 a zlepšoval tak odvod tepla. Výpustní průchody mohou směrovat chladicí plyn na kteréhokoli z axiálně sousedících koncových vinutí rotoru, nebo jeden nebo více výpustních průchodů mohou směrovat chladicí proud směrem k jednomu axiálně sousednímu koncovému vinutí rotoru a jeden nebo více z výpustních otvorů mohou směrovat jejich příslušný chladicí proud směrem ke zbylým ze dvou koncových vinutí rotoru ohraničujících dutinu. Jako alternativa mohou obvodově sousední vymezovací bloky směrovat chladicí proudy na příslušně se střídající koncová vinutí rotoru. Mohou být použity další permutace a kombinace směrování toku chladicího proudu, jak bude zřejmé z předchozího popisu.

Jak lze vidět na obr. 2, dutiny mezi koncovými vinutími obsahují obvodově orientované dutiny nebo dutiny „ve tvaru koncových pásů“ a axiální dutiny na straně cívky. Je nutné poznamenat, že zatímco na obr. 6-8 jsou ukázány dutiny ve tvaru koncových pásů, tento vynález je stejně tak použitelný na postranní axiální cívkové dutiny. Hlavní rozdíl mezi těmito dutinami je, že axiální cívkové postranní dutiny jsou orientovány příčně ke směru rotace, na rozdíl od orientace podél směru rotace jako je tomu u dutin ve tvaru koncových pásků. To znamená, že vztah axiální rychlostní složky a obvodové rychlostní složky do dutiny by byl převrácený tak, že obvodová rychlostní složka by byla kolmá na dutinu a axiální rychlostní složka by byla rovnoběžná s dutinami. V takové orientaci by tudíž přívodní otvor a výpustní otvor byly vzhledem k sobě orientovány o 90°, takže přívod směřuje v obvodovém směru a výpust směřuje axiálně.

Zatímco byl tento vynález popsán ve spojení s tím, co se momentálně považuje za nepraktičtější a upřednostňované provedení, rozumí se, že nemá být omezen na zde popsaná provedení, naopak má pokrývat různé modifikace a ekvivalentní uspořádání, patřící do rozsahu a podstaty přiložených nároků.

Claims (6)

1. Plynem chlazený dynamoelektrický stroj, obsahující rotor (10) mající část (14) těla, přičemž rotor (10) má axiálně procházející cívky (22) a koncová vinutí (28), procházející axiálně za alespoň jeden konec (18) části (14) těla, množství vymezovacích bloků (140, 240), umístěných mezi koncovými vinutími (28), a orientovaných radiálně vzhledem k ose rotoru (10), množství dutin (142, 242, 342) vymezených mezi vzájemně sousedními koncovými vinutími (28) vymezovacími bloky (140, 240, 340, 440), přičemž alespoň jeden vymezovací blok (140, 240) má v sobě vymezený radiálně procházející kanál (144, 244, 344, 444), přičemž kanál (144, 244, 344, 444) prochází mezi přívodním otvorem (150, 250, 350) a výpustním otvorem (146, 246, 248, 362, 462), kde výpustní otvor (146, 246, 248, 362, 462) je umístěn v povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440), směřujícím do dutiny (142, 242, 342) sousedící s ní, a

-7CZ 304132 B6 přívodní otvor (150, 250, 350) je vytvořen na obvodově orientovaném povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440), vyznačující se tím, že výstupní otvor (146, 246, 248, 362, 462) je vymezený radiálně ve střední ěásti vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440) pro vypouštění toku chladicího plynu ve směru střední oblasti dutiny (142, 242, 342), a kde je vytvořeno množství výpustních otvorů (146, 246, 248, 362, 462), přičemž alespoň jeden výpustní otvor (146, 246, 248, 362, 462) směřuje pod úhlem menším než 90 stupňů vůči ose rotoru (10) pro vypouštění chladicího plynu na koncové vinutí (28), sousedící s ním.

2. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní otvor (150, 250, 350) je umístěn vedle radiálně vnitřního konce alespoň jednoho vymezovacího bloku (140, 240,340, 440).

3. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že výpustní otvor (146, 246, 248, 362, 462) je vytvořen na obvodově orientovaném povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440).

4. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že množství vymezovacích bloků (140, 240, 340, 440) má v sobě vytvořený radiálně procházející kanál (144, 244, 344, 444).

5. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že je opatřeno množství výpustních otvorů (246, 248, 360, 362, 364, 462), přičemž alespoň jeden výpustní otvor (246, 248, 362, 462) je uspořádán pro vypouštění toku chladicího plynu ve směru střední oblasti dutiny (142, 242, 342).

6. Způsob chlazení koncového vinutí (28) v dynamoelektrickém stroji obsahujícím rotor (10) mající část (14) těla, axiálně procházející cívky (22) a koncová vinutí (28) procházející axiálně za alespoň jeden konec (18) části (14) těla, množství vymezovacích bloků (140, 240, 340, 440) umístěných mezi koncovými vinutími (28), a orientovaných radiálně vzhledem k ose rotoru (10), a množství dutin (142, 242, 342) vymezených mezi spolu sousedícími koncovými vinutími (28) a vymezovacími bloky (140, 240, 340, 440), alespoň jeden vymezovací blok (140, 240, 340, 440), který má radiálně procházející kanál (144, 244, 344, 444), procházející mezi přívodním otvorem (150, 250, 350) a výpustním otvorem (146, 246, 248, 362, 462), přičemž výpustní otvor (146, 246, 248, 362, 462) je umístěn na povrchu alespoň jednoho vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440) směřujícím do dutiny (142, 242, 342) sousedící s ním, přičemž způsob obsahuje otáčení rotorem (10) pro hnaní chladicího plynu přívodním otvorem (150, 250, 350) tlakovou hlavou do radiálně procházejícího kanálu (144, 244, 344, 444) a výpustním otvorem (146, 246, 248, 362, 462) do příslušné dutiny (142, 242, 342), pro vypouštění toku chladicího plynu ve směru střední oblasti dutiny (142, 242, 342), v y z n a č u j í c í se tím, že výstupní otvor (146, 246, 248, 362, 462) směřuje chladicí plyn radiálně do střední oblasti dutiny vymezovacího bloku (140, 240, 340, 440), kde je přítomné množství výpustních otvorů (146, 246, 248, 362, 462) pro směřování chladicího plynu pod úhlem menším než 90 stupňů vůči ose rotoru (10) pro vypouštění chladicího plynu na koncové vinutí (28) sousedící s ním.