CZ304143B6 - Plynem chlazený dynamoelektrický stroj s vymezovacím mezikusem s prutokovými kanály a deflektory proudení - Google Patents

Abstract

Je navrzen plynem chlazený dynamoelektrický stroj, který obsahuje rotor (10) se základním telesem (14), axiálne procházejícími cívkami (22), soustredne usporádanými koncovými vinutími (28), a mnozstvím vymezovacích mezikusu (150, 152, 154, 156, 158), umístených mezi koncovými vinutími (28) tak, ze mezi navzájem prilehlými koncovými vinutími (28) a vymezovacími mezikusy (150, 152, 154, 156, 158) je vymezeno mnozství dutin (142, 144, 146, 148). Pro zajistení zdokonaleného chlazení koncových vinutí (28) je alespon jeden z vymezovacích mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) opatrený prutokovým kanálem (160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186), procházejícím skrze nej a procházejícím mezi k nemu prilehlými první a druhou dutinou pro zajistení obehu proudu chladicího média mezi první a druhou dutinou skrze vymezovací mezikus (150, 152, 154, 156, 158). Alespon jeden vymezovací mezikus (154) má deflektor (188, 190) proudení, umístený na kazdé z jeho první stene (196) a druhé stene (198).

Description

Plynem chlazený dynamoelektrický stroj s vymezovacím mezikusem s průtokovými kanály a deflektory proudění

Oblast techniky

Vynález se týká plynem chlazeného dynamoelektrického stroje s vymezovacím mezikusem, podrobněji zvyšování intenzity přenosu tepla zejména ve středové oblasti a v rozích dutin koncových vinutí pro zvýšení celkové účinnosti chlazení v generátoru a koncových vinutích rotoru.

Dosavadní stav techniky

Jmenovitý výstupní výkon dynamoelektrických strojů, jako například turbogenerátorů, má často omezenou schopnost poskytovat dodatečný proud budícím vinutím rotoru, kvůli teplotním omezením, kladeným na izolaci elektrických vodičů. Účinné chlazení vinutí rotoru je tudíž jedním ze základních faktorů ovlivňujících přímo výstupní výkonnostní kapacitu dynamoelektrického stroje. To platí zejména pro oblast konců vinutí rotoru, ve které je přímé nucené chlazení v důsledku typického konstrukčního uspořádání těchto strojů jednak obtížné a jednak ekonomicky nákladné. Protože převažující trendy a vývoj trhu vyžaduje stále vyšší účinnost a vyšší provozní spolehlivost při současně nižších nákladech, představuje chlazení oblasti konců vinutí rotoru limitující faktor v případě generátorů s vyšší hustotou výkonu.

Rotory turbogenerátorů typicky sestávají z koncentricky uspořádaných obdélníkových cívek, které jsou uložené ve štěrbinových drážkách rotoru. Koncové úseky cívek (obvykle označované jako koncová vinutí), přesahující podepření a uložení základního tělesa rotoru, jsou proti působení rotačních sil typicky zajištěné prostřednictvím přidržovacího věnce (viz obr. 1). Mezi uvedenými kovovými vinutími koncentricky uspořádaných cívek jsou střídavě uspořádané výztužné a vymezovací mezikusy pro udržování vzájemné polohy těchto koncových vinutí vůči sobě a zvyšování mechanické stability celé sestavy vůči axiálnímu zatížení, například tepelným zatížením (viz obr. 2). Navíc jsou měděné cívky na svých vnějších obvodech v radiálním směru vymezené prostřednictvím přidržovacího věnce, který eliminuje působení odstředivých sil. Přítomnost vymezovacích mezikusů a přidržovacího věnce má za následek vytvoření množství oblastí chladivá, vystavených měděným cívkám. Základní trajektorie proudění chladicí média je orientovaná v axiálním směru a vede mezi hnací hřídelí rotoru a spodními stěnami koncových vinutí. Kromě toho jsou mezi cívkami, respektive tyto cívky vymezujícími povrchovými stěnami, vymezovacími mezikusy a vnitřním povrchem přidržovacího věnce vytvořené nespojité dutiny. Koncová vinutí jsou vystavená působení chladicího média, které je poháněné prostřednictvím působení rotačních sil v radiálním směru zespoda koncových vinutí do uvedených dutin (viz obr. 3). Takový přenos tepla má však tendenci být nízký. Uvedená skutečnost vyplývá z výpočtem stanovené průtokové trajektorie proudění chladicího média v dutině jediného otáčivého koncového vinutí, stanovené na základě matematické analýzy snímání dynamiky tekutin, podle které proud chladicího média vstupuje do dutiny, cirkuluje skrze tuto dutinu po elementární trajektorii a po průchodu po uvedené trajektorii z této dutiny vystupuje. Výsledkem uvedeného typu cirkulace jsou charakteristicky nízké koeficienty přenosu tepla, zejména v oblasti středu dutiny. Za tohoto stavu je chlazení, ačkoliv popsané opatření představuje prostředky pro odvádění tepla z koncových vinutí cívek, relativně neúčinné.

Používala se různá schémata směrování dodatečného chladicího plynu koncovou oblastí rotoru. Všechny tyto systémy chlazení spočívají buď (1) ve vytvoření průchozích chladicích kanálů jejich vysoustružením přímo na povrchu měděných vodičů, nebo vytvořením uvedených chladicích kanálů v objemu vodiče, a přivádění chladicího média prostřednictvím těchto kanálů do příslušné oblasti dynamoelektrického stroje, a/nebo (2) ve vytvoření oblastí relativně vyšších a nižších tlaků spočívající v opatření přídavných přepážek, usměrňovačů proudění, průtokových

- 1 CZ 304143 B6 kanálů a čerpacích členů, jejichž funkcí je nucené pohánění chladicího média pro jeho průchod přes povrchy vodičů.

U některých chladicích systémů je vysoce namáhaný přidržovací věnec rotoru opatřený radiálně orientovanými průchozími otvory, jejichž účelem je výslovné umožnění zavádění a přímého protékání chladicího média podél koncových vinutí rotoru a jeho odvádění do vzduchové mezery nacházející se na konci průtokové trajektorie, nicméně takové systémy mohou mít v důsledku vysokého mechanického namáhání a s ohledem na únavovou provozní životnost přidržovacího věnce pouze limitovanou využitelnost.

Rotory, u kterých se pro chlazení jejich koncových oblastí obsahujících koncová vinutí použijí standardní chladicí systémy s nuceným oběhem, jsou z konstrukčního hlediska značně komplikované a z ekonomického hlediska představují značné zvýšení nákladů. Neboť, například, přímo chlazené vodiče musí být vyrobené s nebo strojně zpracované tak, aby v nich byly vytvořené průchozí chladicí kanály. Kromě toho musí být někde v rotoru přítomné výstupní a rozdělovači potrubí pro vyprazdňování a odvádění chladicího plynu. Chladicí systémy s nuceným oběhem vyžadují rozdělení koncové oblasti rotoru na oddělené tlakové zóny, což dále vyžaduje doplnění četných přepážek, příček a usměrňovačů proudění, průtokových kanálů a čerpacích členů, přičemž tyto součásti a jejich uspořádání představují další zvýšení složitosti konstrukce a ekonomických nákladů.

Není-li použitý žádný ze shora popsaných chladicích systémů, tj. chladicí systém s přímým oběhem a chladicí systém s nuceným oběhem, jsou koncová vinutí rotoru chlazená pasivně. Pasivní chlazení spočívá vtom, že pro cirkulaci chladicího média jsou využité odstředivé a rotační síly rotoru a tato cirkulace chladicího plynu se uskutečňuje v zaslepených, na jednom ze svých konců uzavřených dutin, které jsou vytvořené v prostorech mezi jednotlivými koncentricky uspořádanými vinutími rotoru. Pasivní chlazení koncových vinutí rotoru se někdy také označuje jako chlazení „volným prouděním“.

Pasivní chlazení poskytuje výhodu poměrně jednoduché konstrukce a minimálních nákladů, i když schopnost odvádění teplaje nižší ve srovnání s aktivními systémy chlazení s přímým nebo nuceným oběhem. Veškerý chladicí plyn u tohoto typu chlazení musí do dutin vytvořených mezi koncentricky uspořádanými vinutími rotoru vstupovat a vystupovat prostřednictvím jednoho a téhož otvoru, poněvadž tyto dutiny jsou ze všech zbývající stran uzavřené, přičemž čtyři „boční stěny“ takové typické dutiny tvoří koncentricky uspořádané vodiče a izolační mezikusy, prostřednictvím kterých jsou tyto vodiče oddělené od sebe navzájem, a „dno“, respektive radiálně vnější stěna, tvoří vnitřní povrch přidržovacího věnce, který slouží k udržování koncových vinutí a zachycování působení otáčení rotoru. Chladicí médium (plyn) do těchto dutin vstupuje z prstencového prostoru, vytvořeného mezi vodiči a hnací hřídelí rotoru. Odvádění teplaje tudíž omezené nízkou rychlostí cirkulace chladicího plynu v dutině a do uvedených prostorů a dutin tak může vstupovat a z něj vystupovat pouze omezené množství chladicího plynu.

V typických uspořádáních nemusí dojít k akceleraci chladicího média v koncové oblasti na rychlost otáčení rotoru, což jinak řečeno znamená, že se chladicí plyn otáčí pouze dílčí rychlostí vzhledem k rychlosti otáčení rotoru. Vzhledem ktomu, že je chladicí médium do dutiny poháněné prostřednictvím rázového účinku relativní rychlosti mezi rotorem a tekutinou, je koeficient přenosu tepla typicky nejvyšší v blízkosti vymezovacího mezikusu na straně, kteráje vzhledem ke směru proudění uspořádaná na výstupu, tj. v oblasti, do které tekutina vstupuje s velkou hybností a ve které je chladicí médium nejchladnější. Koeficient přenosu teplaje vysoký typicky také v oblasti kolem obvodu dutiny. Naproti tomu střed této dutiny je ochlazovaný nejméně.

Zvyšování schopnosti odvádění tepla pasivních chladicích systémů bude ve svém důsledku zvyšovat proudovou kapacitu rotoru a tím zajišťovat zvýšenou jmenovitou výstupní výkonnost generátoru, za současného zachovávání výhody jako nízkých ekonomických nákladů, tak i jednoduchého a spolehlivého konstrukčního uspořádání.

V patentovém dokumentu US 5 644 179, jehož popis je zde tímto začleněn odkazem, je popsán způsob zvyšování intenzity přenosu tepla zvyšováním rychlosti průtoku v obecně jediném cirkulačním průtokovém členu prostřednictvím zavádění přídavného proudu chladicího média přímo do, a orientovaného ve směru shodném s příslušnou orientací tohoto cirkulačního průtokového členu. Popsané uspořádání je znázorněné na obr. 4 a 5 připojených výkresů. Ačkoliv tento způsob zvyšuje intenzitu přenosu tepla v dutině díky existenci a účinku uvedeného cirkulačního průtokového článku, chladicí médium vystupuje ze středové oblasti dutiny rotoru stále nízkou rychlostí a tím zajišťuje pouze nízký přenos tepla. Stejně nízký přenos tepla stále přetrvává i vrahových oblastech dutiny.

Podstata vynálezu

Výše uvedené požadavky splňuje řešení podle tohoto vynálezu, ve kterém je zdokonalené chlazení koncových vinutí rotoru generátoru docíleno použitím vymezovacích mezikusů s průtokovými kanály pro zajištění zdokonalené průtokové cirkulace chladicího média ve středové a rohové oblasti chladicích dutin, která je normálně ochuzená o průtok chladicího média, a tím zvýšení intenzity přenosu tepla prouděním. Vynález se dále týká použití deflektorů proudění chladicího média pro zesílení průtoku chladicího média do a z uvedených chladicích dutin.

Podle prvního provedení tohoto vynálezu je poskytnut chlazený dynamoelektrický stroj, obsahující rotor, mající základní těleso, přičemž rotor má axiálně procházející cívky a koncová vinutí procházející axiálně za alespoň jeden čelní konec základního tělesa, alespoň jeden vymezovací mezikus, umístěný mezi navzájem přilehlými koncovými vinutími pro vymezování první a druhé dutiny, přilehlé k tomuto vymezovacímu mezikusu a nacházející se mezi navzájem přilehlými koncovými vinutími, přičemž alespoň jeden vymezovací mezikus v sobě má vymezený průtokový kanál, přičemž průtokový kanál prochází mezi první stěnou vymezovacího mezikusu, směřující proti první, k němu přilehlé dutině, a druhou čelní stěnou vymezovacího mezikusu směřující proti druhé, k němu přilehlé dutině, pro poskytování chladicímu médiu průtokového spojení mezi první a druhou dutinou, procházející skrze vymezovací mezikus, jehož podstatou je, že alespoň jeden vymezovací mezikus má deflektor proudění, umístěný na každé zjeho první stěně a druhé stěně.

Zajištěním proudění chladicího plynu mezi navzájem přilehlými dutinami zlepšuje příslušný průtokový kanál (kanály) základní charakter proudění chladicího plynu generovaného prostřednictvím otáčení koncových vinutí rotoru. Uvedená skutečnost má za následek zvýšenou schopnost odvádění tepla za současného zachování jak nízkých nákladů, tak i jednoduchého a spolehlivého konstrukčního uspořádání. Navíc bude takto zdokonalený pasivní chladicí systém zvyšovat proudovou kapacitu rotoru a tím zajišťovat zvýšenou jmenovitou výstupní výkonnost generátoru.

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu průtokový kanál v radiálním směru prochází skrze střední úsek vymezovacího mezikusu tak, že chladicí médium protéká mezi středovými oblastmi první a druhé dutiny. V dalším výhodném provedení tohoto vynálezu jsou prvními stěnami a druhými stěnami vymezovacího mezikusu, příslušně, obvodově orientované čelní stěny vymezovacího mezikusu. V dalším výhodném provedení tohoto vynálezu je průtokový kanál vytvořený skrze množství vymezovacích mezikusů. V dalším výhodném provedení tohoto vynálezu dynamoelektrický stroj obsahuje množství průtokových kanálů, vymezených skrze vymezovací mezikusy, přičemž prostřednictvím alespoň jednoho z průtokových kanálů chladicí médium protéká mezi středovými oblastmi první a druhé dutiny. V dalším výhodném provedení tohoto vynálezu alespoň jeden z množství průtokových kanálů je skloněný v úhlu menším než 90 stupňů vzhledem k podélné ose vymezovacího mezikusu.

-3 CZ 304143 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 pohled na dílčí úsek oblasti čelních konců vinutí rotoru dynamoelektrického stroje se statorem v protilehlém čelním uspořádání, znázorněný v řezu obr. 2 půdorysný pohled na rotor dynamoelektrického stroje, znázorněný v řezu vedeném rovinou 2-2 z obr. 1 obr. 3 schématické znázornění ilustrující pasivní proudění plynu do a skrze dutiny koncových vinutí obr. 4 perspektivní pohled na dílčí úsek oblasti čelních konců vinutí rotoru podle prvního provedení vynálezu popsaného a zveřejněného v patentovém dokumentu US 5 644 179, znázorněný s odstraněnou částí vinutí obr. 5 perspektivní pohled na dílčí úsek oblasti čelních konců vinutí rotoru podle druhého provedení vynálezu popsaného a zveřejněného v patentovém dokumentu US 5 644 179, znázorněný s odstraněnou částí vinutí, a obr. 6 pohled na koncová vinutí rotoru v dílčím řezu, znázorňující vymezovací mezikusy opatřené průtokovými kanály a deflektory proudění chladicího média v provedení podle předloženého vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

S odkazem na připojené výkresy, ve kterých jsou v jednotlivých pohledech znázorněné totožné dílčí součásti použité stejné vztahové značky, je na obr. 1 a 2 znázorněný rotor 10 pro plynem chlazený dynamoelektrický stroj, který dále obsahuje stator 12, obklopující uvedený rotor 10. Rotor 10 obsahuje obecně válcové základní těleso 14, umístěné ve středové oblasti hnacího hřídele J_6 rotoru W a mající, v axiálním směru, navzájem protilehlé čelní konce 18, přičemž část jednoho z těchto čelních konců 18 je znázorněná na obr. 1. Základní těleso je opatřené množstvím po obvodě od sebe odsazených, axiálně procházejících štěrbinových drážek 20 pro přijímání a uložení soustředně uspořádaných cívek 22, tvořících vinutí rotoru 10. Z důvodu jasnosti a srozumitelnosti je na uvedených obrázcích znázorněno pouze pět cívek, ačkoliv se v běžné praxi pro rotor 10 dynamoelektrického stroje obvykle používá vyšší počet cívek.

Podrobněji, v každé jedné z uvedených štěrbinových drážek je naskládáním a navrstvením na sebe uspořádané množství tyčových vodičů 24, tvořících část vinutí rotoru 10. Navzájem přilehlé tyčové vodiče 24 jsou od sebe oddělené prostřednictvím vrstev elektrické izolace 22. Na sobě naskládané a navrstvené tyčové vodiče 24 jsou ve štěrbinových drážkách typicky udržované prostřednictvím klínů 26 (viz obr. 1) a jsou zhotovené z vodivého materiálu, například mědi. Tyčové vodiče 24 jsou na každém z navzájem protilehlých čelních konců základního tělesa vzájemně propojené prostřednictvím čelních konců 27 vinutí, které v axiálním směru procházejí dále za čelní konce základního tělesa a tvoří na sobě navrstvená koncová vinutí 28. Také čelní konce vinutí jsou od sebe oddělené vrstvami elektrické izolace.

S odkazem na obr. 1, kolem čelních konců vinutí je na každém konci základního tělesa rotoru J_0 uspořádaný přidržovací věnec 30 pro udržování koncových vinutí na odpovídajících místech proti odstředivým silám. Tento přidržovací věnec je připevněný na příslušném konci základního tělesa a prochází ven z tohoto tělesa v axiálním směru hnacího hřídele 16 rotoru 10. K volnému konci přidržovacího věnce 30 je připevněný vystřeďovací prstenec 32. V souvislosti se shora uvedenými skutečnostmi je třeba poznamenat, že přidržovací věnec 30 a vystřeďovací prstenec

-4CZ 304143 B6 mohou být připevněné jinak, jak je známo v dosavadním stavu techniky. Vnitřní průměr vystřeďovacího prstence 32 je v radiálním směru vzhledem k vnějšímu průměru hnacího hřídele 16 rotoru 10 odsazený tak, že toto odsazení tvoří přívod 34 pro přivádění plynu, zatímco koncová vinutí 28 jsou vzhledem k vnějšímu průměru hnacího hřídele 16 rotoru 10 odsazená tak, že vymezují prstencový prostor 36. Množství axiálních chladicích kanálů 38, vytvořených podél drážek 20, je přítomné v průtokovém spojení s přívodem 34 pro přivádění plynu prstencovým prostorem 36 pro přivádění chladicího plynu do cívek 22.

S odkazem na obr. 2, koncová vinutí 28 jsou na každém konci rotoru 10 jak obvodově, tak axiálně, od sebe oddělená množstvím distančních vložek nebo vymezovacích mezikusů 40. (Z důvodu jasnosti a srozumitelnosti nejsou tyto vymezovací mezikusy 40 na obr. 1 znázorněné). Uvedenými vymezovacími mezikusy 40 jsou podlouhlé bloky izolačního materiálu, které jsou umístěné ve volných prostorech mezi navzájem přilehlými koncovými vinutími 28 a procházejí přes a za celou hloubku koncových vinutí 28 v radiálním směru až do prstencového prostoru 36. Volné prostory mezi soustředně uspořádanými a na sobě navrstvenými svazky čelních konců vinutí (dále označované jako koncová vinutí) jsou tudíž rozdělené na dutiny. Tyto dutiny jsou na horní straně ohraničené prostřednictvím přidržovacího věnce 30 a na čtyřech stranách prostřednictvím přilehlých koncových vinutí 28 a přilehlých vymezovacích mezikusů 40. Jak je nejlépe vidět na obr. 1, je každá z těchto dutin uspořádaná v průtokovém spojení, prstencovým prostorem 36, s přívodem 34 pro přivádění plynu. Část chladicího plynu vstupuje do prstencového prostoru 36, nacházejícího se mezi koncovým vinutím 28 a hnací hřídelí 16 rotoru 10 přívodem 34 pro přivádění plynu, odtud postupuje do dutin 42, v těchto dutinách 42 cirkuluje a poté se navrací do prstencového prostoru 36 mezi koncovým vinutím 28 a hnací hřídelí rotoru JO. Profil proudění chladicího média je na obr. 1 a 3 naznačený pomocí šipek.

Vlastní čerpací účinek a rotační síly působící v otáčející se dutině rotoru 10 generátoru generují v podstatě jednoduchou cirkulační průtokovou trajektorii chladicího média, která je schématicky znázorněná na obr. 3. Tato cirkulační průtoková trajektorie vykazuje nejvyšší rychlost v blízkosti obvodových okrajů dutiny, zatímco středová oblast zůstává nedostatečně ochlazená kvůli podstatně nižší rychlosti průtoku chladicího média v této oblasti dutiny. Jak je vidět na obr. 3, značně rozsáhlé rohové oblasti dutiny mohou být také nedostatečně ochlazované, protože cirkulační průtoková trajektorie proud chladicího média do těchto rohových oblastí nezavádí.

Dále je, s odkazem na obr. 6, v připojených výkresech znázorněný dílčí úsek koncového vinutí rotoru J_0 s naznačenými chladicími dutinami 142, 144, 146, 148, vymezenými mezi koncovými vinutími, přičemž směr otáčení rotoru 10 je označen šipkou X. V tomto provedení předloženého vynálezu je každý vymezovací mezikus 150, 152, 154, 156, 158 opatřený alespoň jedním průtokovým kanálem 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186 pro zajištění průtokového spojení mezi spolu sousedícími chladicími dutinami, nej výhodněji alespoň ve středové oblasti a radiálně vnějších rohových oblastech chladicích dutin pro zlepšení odvádění tepla. Průtokové kanály procházejí výhodně mezi navzájem příslušejícími radiálně středovými úseky přilehlých chladicích dutin. Další výhodnou oblastí proudění chladicího média je oblast nacházející se v blízkosti radiálně vnějších konců vymezovacího mezikusu pro zajištění průtokového spojení mezi jinak obvykle z hlediska proudění tekutinového média stagnujících rohových oblastí příslušných chladicích dutin.

Jak bude podrobněji popsáno níže, uvedené průtokové kanály procházejí z výstupní strany příslušné každé přilehlé přední dutiny na vstupní stranu příslušné přilehlé zadní dutiny, a takto zajišťují průtoková spojení, kterými může chladicí plyn protékat mezi uvedenými navzájem přilehlými dutinami. Každý průtokový kanál je tudíž uspořádaný obecně příčně vzhledem k délce příslušného vymezovacího mezikusu, obecně obvodově vzhledem k rotoru 10.

Jak je vidět na vzorovém provedení tohoto vynálezu, které je znázorněné na připojených výkresech, je upřednostňovaná poloha a počet průtokových kanálů v každém příslušném vymezovacím mezikusu závislá na obvodovém umístění tohoto vymezovacího mezikusu vzhledem k přednímu

-5CZ 304143 B6 a zadnímu konci koncového vinutí. Současně je ze znázornění na obr. 6 zjevné, že rovněž upřednostňovaná směrová orientace průtokových kanálů je závislá na příslušném obvodovém umístění vymezovacího mezikusu. Tudíž, ve znázorněném provedení obsahují obvodově nejkrajněji vně umístěné vymezovací mezikusy 150, 158 sestavy koncového vinutí, v uvedeném pořadí, první a druhé průtokové kanály, přičemž jedny průtokové kanály 162, 186 slouží k vedení a směrování proudu chladicího média do/z obecně radiálně středové oblasti přilehlé chladicí dutiny 142, 148, a jedny průtokové kanály 160, 184 slouží k vedení a směrování proudu chladicího média do/z radiálně vnějších rohových oblastí přilehlé chladicí dutiny 142, 148. V provedení znázorněném na obr. 6 jsou tyto průtokové kanály, z důvodu směrování proudu chladicího média obecně obvodově a radiálně, směrem vně v případě předního vstupního vymezovacího mezikusu 150, a směrem vnitřně v případě zadního výstupního vymezovacího mezikusu 158, skloněné v úhlu menším než 90 stupňů vzhledem k podélné ose příslušného vymezovacího mezikusu 150, 158.

Opět s odkazem na provedení znázorněná na obr. 6 může být seznatelné, že vymezovací mezikus 152, nacházející se ve směru pro proudu na zadní straně vzhledem k přednímu vstupnímu vymezovacímu mezikusu 150, je opatřený třemi v něm vymezenými průtokovými kanály 164, 166, 168, přičemž jeden průtokový kanál 164 slouží k vedení a protékání proudu chladicího média do radiálně vnějších rohových oblastí dutiny 144, a dva průtokové kanály 166, 168 jsou uspořádané k vedení a protékání proudu chladicího média z/do středové oblasti příslušných přilehlých dutin 142, 144. V případě tohoto vymezovacího mezikusu 152 jsou průtokové kanály uspořádané obecně obvodově vzhledem k ose rotoru 10 a orientované v úhlu přibližně 90 stupňů vzhledem k podélné ose vymezovacího mezikusu 152. Ve znázorněném provedení je, kromě uvedeného, vymezovací mezikus 152 na své přední čelní stěně 194 opatřený předním deflektorem 188 proudění, který bude podrobně, ve větších detailech, popsaný dále, a jehož účelem je odklánění proudu chladicího média z prstencového prostoru 36 do dutiny 142, a tím zesílení proudění chladicího média v této dutině.

Další nejblíže uspořádaný, v pořadí třetí, uprostřed umístěný respektive mezilehlý vymezovací mezikus 154 obsahuje čtyři obvodově rozmístěné průtokové kanály 170, 172, 174, 176, přičemž tři průtokové kanály 170, 172, 174 jsou uspořádané v umístěních obecně korespondujících s umístěními průtokových kanálů druhého vymezovacího mezikusů, a čtvrtý obvodový průtokový kanál 176 je umístěný v blízkosti radiálně vnitřního úseku koncového vinutí 28. Ve znázorněném vzorovém provedení je na přední čelní stěně 196 a na zadní čelní stěně 198 mezilehlého vymezovacího mezikusu 154 příslušně umístěný přední deflektor 188 proudění a zadní deflektor 190 proudění, jejichž konstrukční provedení a funkce bude podrobně, ve větších detailech, popsáno dále, a radiálně nejkrajněji vnitřně uspořádaný průtokový kanál 176 je v radiálním směru umístěný právě na radiálním vnějším úseku struktury deflektorů 188, 190 proudění.

Další nejblíže uspořádaný, v pořadí čtvrtý vymezovací mezikus 156 znázorněného provedení obsahuje tři průtokové kanály 178, 180. 182, které jsou v radiálním směru uspořádané v umístěních obecně korespondujících s umístěními průtokových kanálů druhého vymezovacího mezikusu 154. Ve zde upřednostňovaném provedení jsou tyto průtokové kanály 178, 180, 182 umístěné obecně obvodově a uspořádané v úhlu přibližně 90 stupňů vzhledem k podélné ose čtvrtého vymezovacího mezikusu 156. Jak bude podrobně, ve větších detailech, uvedeno dále, je na zadní čelní stěně 200 čtvrtého vymezovacího mezikusu přítomný zadní deflektor 190 proudění, který slouží k vedení a směrování alespoň části proudu chladicího média vystupujícího z průtokového kanálu 182 do prstencového prostoru 36 pro jeho protékání pod a kolem přilehlého zadního vymezovacího mezikusu 158.

Jak bylo uvedeno výše, je z důvodu zvýšení proudění chladicího média do příslušných dutin koncového vinutí podle dalšího charakteristického znaku upřednostňovaného provedení tohoto vynálezu alespoň jeden z uvedených vymezovacích mezikusů vybavený deflektorem 188 proudění, uspořádaném na jeho dopředně orientované straně, respektive na jeho přední čelní stěně, který se vzhledem ke směru proudění chladicího média přes příslušnou dutinu nachází na výstupní straně přilehlé přední dutiny, a/nebo deflektorem 190 proudění, uspořádaném na jeho dozadu oriento-6CZ 304143 B6 váné straně, respektive na jeho zadní čelní stěně, který se nachází na vstupní straně zadní přilehlé dutiny. Deflektor (respektive deflektory) proudění jsou z hlediska umístění přítomné na radiálně vnitřním konci příslušného vymezovacího mezikusu. Dopředně, proti směru proudění je přítomný čelně orientovaný neboli přední deflektor 188 pro zvyšování vháněného množství chladicího média do příslušné dutiny, a tím zlepšení odvádění tepla z této dutiny. Ve znázorněném vzorovém provedení přední deflektor 188 vystupuje ve směru proti proudění z vymezovacího mezikusu do vzdálenosti o délce přibližně alespoň 20 %, a nejlépe v rozmezí přibližně 20 až 40 % obvodového rozměru příslušného radiálně vnitřního konce dutiny. Dále může být ze znázorněného provedení seznatelné, že uvedený deflektor proudění vystupuje směrem dolů, to je radiálně směrem dovnitř tak, že zaujímá alespoň jednu polovinu radiálního rozměru průchozí mezery 37, která je vymezená prostorem mezi vymezovacím mezikusem a hnací hřídelí 16 rotoru 10.

Podrobněji každý přední deflektor proudění obsahuje obecně plynule obloukovitě zakřivený horní povrch 202, zakončený radiálně vnitřně orientovanou hranou 204. Jak je znázorněno, radiálně vnitřně orientovaná hrana deflektoru, která vymezuje překážku trajektorie proudění v rozsahu alespoň části hloubky vymezovacího mezikusu v radiálním směru, vystupuje pod radiálně vnitřní stěnu vymezovacího mezikusu tak, že zachycuje a mění směr proudění, které je jinak nasměrované do průchozí mezery 37, vytvořené mezi vymezovacím mezikusem a hnací hřídelí 16 rotoru 10. Dolní povrch 206 deflektoru, nacházející se ve směru proudění za radiálně vnitřně orientovanou hranou 204, vymezuje obecně pozvolný přechod do radiálně vnitřní stěny příslušného vymezovacího mezikusu.

Pro vedení a směrování proudu chladicího média do příslušné dutiny a podél příslušného vymezovacího mezikusu, přičemž tato orientace proudu chladicího média je na obr. 6 vzorově naznačená prostřednictvím šipky A, obloukovitě zakřivený horní povrch 202 deflektoru 188 proudění prochází směrem nahoru podél přední čelní stěny příslušného vymezovacího mezikusu ve vzdálenosti, jejíž velikost je větší než vzdálenost, kterou tento deflektor 188 vystupuje pod radiálně vnitřní stěnu tohoto vymezovacího mezikusu.

Ve znázorněném vzorovém provedení vystupuje každý zadní deflektor 190 proudění, podobně jako přední deflektor proudění, ve směru proudění ze zadní stěny vymezovacího mezikusu do vzdálenosti o délce přibližně alespoň 20 %, a nejlépe v rozmezí přibližně 20 až 40 % obvodového rozměru příslušného radiálně vnitřního konce dutiny. Dále ve znázorněném provedení deflektor 190 proudění prochází směrem dolů, to je radiálně směrem dovnitř a je ve vzdálenosti o délce přibližně jedné poloviny radiálního rozměru průchozí mezery 37 vytvořené mezi vymezovacím mezikusem a hnací hřídelí 16 rotoru 10 zakončený dozadu orientovanou hranou 208, pro vedení a směrování proudu chladicího média k, kolem a za radiálně vnitřní konec přilehlého, ve směru proudění zadního vymezovacího mezikusu, přičemž orientace tohoto proudu chladicího média je naznačená šipkou B.

Ve zde popisovaném upřednostňovaném provedení je každý deflektor 188, 190 uspořádaný tak, že překlenuje podstatnou část hloubky, respektive rozměru v axiálním směru průchozí mezery, například přibližně alespoň 75 %, a ještě lépe řádově až 100 % hloubky této průchozí mezery. V alternativním provedení však může každý deflektor 188, 190 proudění vystupovat z vymezovacího mezikusu pouze v rozsahu části hloubky, respektive rozměru v axiálním směru tak, aby byla ponechána alespoň jedna obtoková oblast pro protékání chladicího média do nejbližší další, ve směru proudění přilehlé zadní dutiny. Podle tohoto alternativního provedení může být část hloubky deflektoru proudění uspořádaná tak, že překlenuje část hloubky dutiny na straně stěny jednoho přilehlého koncového vinutí, na straně stěny dalšího přilehlého koncového vynutí, nebo centrálně ji přičleněný vymezovací mezikus. V typickém provedení je pro překlenování přibližně alespoň jedné poloviny hloubky přičleněného vymezovacího mezikusu přítomný jediný deflektor 188, 190 proudění. Podle dalšího alternativního provedení mohou být přítomné dva nebo více axiálně uspořádaných a vyrovnaných deflektorů proudění, z nichž každý překlenuje část rozměru v axiálním směru nebo hloubky dutiny. Při tomto uspořádání je k zajištění průtoku do další, ve směru proudění následující přilehlé dutiny, přítomna alespoň jedna obtoková průtokový oblast.

-7CZ 304143 B6

Za provozu dynamoelektrického stroje bude otáčení rotoru 10 způsobovat načerpávání chladicího plynu přívodem 34 pro přivádění plynu do prstencového prostoru 36, vytvořeného mezi koncovými vinutími 28 a hnací hřídelí 16 rotoru 10. Generovaná kinetická tlaková energie bude zajišťovat pohánění chladicího plynu směrem k a podél deflektoru 188 proudění. Chladicí plyn tudíž, s odkazem na obr. 6, protéká podél deflektoru 188 proudění, přítomného na vymezovacím mezikusu 150. a dále podél přední čelní stěny 192 tohoto vymezovacího mezikusu. Alespoň část chladicího plynu vstupuje do příslušných průtokových kanálů 162, 160, vytvořených ve vymezovacím mezikusu 150. Jak již bylo uvedeno shora, jsou průtokové kanály v těchto nejpředněji umístěných vymezovacích mezikusech koncových vinutí s výhodou uspořádané v úhlu menším než 90 stupňů vzhledem k podélné ose vymezovacího mezikusu, v důsledku čehož vykazují tyto průtokové kanály určitý sklon. Toto opatření podporuje proudění chladicího média radiálně směrem vně do přilehlé zadní dutiny 142.

Kromě tohoto proudění chladicího média do dutiny 142 průtokovými kanály 160, 162 vymezovacího mezikusu 150 je proud chladicího média současně poháněný a odkláněný z prstencového prostoru 36 do dutiny 142, což je na obr. 6 naznačeno prostřednictvím šipky A. Vzhledem k tomu, že deflektor 188 alespoň část proudu chladicího média, který by jinak protékal do a průchozí mezerou 37, vytvořenou mezi vymezovacím mezikusem 152 a hnací hřídelí 16 rotoru 10, zachycuje a odklání do dutiny 142, je proudění chladicího média skrz tuto dutinu 142 zvýšené, v důsledku čehož dochází i ke zlepšování přenosu tepla. Proud chladicího média vystupující z průtokových kanálů 160, 162 protéká ve znázorněném provedení obecně obvodově směrem k vymezovacímu mezikusu 152, kde vstupuje do a protéká průtokovými kanály 164, 166, 168. Jak je uvedeno výše, ve znázorněném provedení je vymezovací mezikus 152 opatřený třemi průtokovými kanály, z nichž dva průtokové kanály 164, 166 jsou určené pro přijímání proudu chladicího média ze středové a radiálně vnější oblasti dutiny 142, a jeden průtokový kanál 168 pro přijímání proudu chladicího média ze středové a radiálně vnitřních oblastí této dutiny. Z uvedeného je zřejmé, že obecně obvodové proudění chladicího média, zajišťované popisovaným provedením, eliminuje středové a rohové oblasti dutiny 142, ochuzované o chladicí plyn, které se může vyskytovat ve spojení se standardním cirkulačním prouděním.

S odkazem na další, nejblíže se ve směru proudění nacházející přilehlou dutinu 144, je opět, kromě proudění chladicího média do dutiny průtokovými kanály 164, 166, 168 vymezovacího mezikusu 152, proud chladicího média poháněný a směrově odkláněný z prstencového prostoru 36 do dutiny 144, jak je ukázáno šipkou A. Vzhledem k tomu, že deflektor 188 proudění alespoň část proudu chladicího média, který by jinak protékal do průchozí mezery 37 a skrze ní, vytvořené mezi vymezovacím mezikusem 152 a hnací hřídelí J6 rotoru, zachycuje a odklání do dutiny 144, je proudění chladicího média touto dutinou zvýšené, v důsledku čehož je zlepšený přenos tepla. Právě proto proud chladicího média z průtokových kanálů 164, 166, 168 protéká obecně obvodově ve znázorněném provedení směrem k vymezovacímu mezikusu 154, kde vstupuje do průtokových kanálů 170, 172, 174, 176 a protéká jimi. V tomto provedení mí vymezovací mezikus 154 čtyři průtokové kanály, z nichž jeden průtokový kanál 170 je určený pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného z radiálně vnější oblasti dutiny, dva průtokové kanály 172, 174 pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného obecně ze středové oblasti dutiny, a jeden průtokový kanál 176 pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného obecně z radiálně vnitřní oblasti dutiny 144.

S odkazem na další, nejblíže se ve směru proudění nacházející přilehlou dutinu 146 zde popisovaného provedení, je proudění chladicího média obecně omezené na protékání chladicího média do této dutiny průtokovými kanály 170, 172, 174, 176, vytvořenými ve vymezovacím mezikusu 154. V tomto provedení má zadní vymezovací mezikus 156 tři průtokové kanály 178, 180, 182, z nichž jeden průtokový kanál 178 je určený pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného z radiálně vnější oblasti dutiny, a dva průtokové kanály 180, 182 pro přijímání proudu chladicího média přiváděného obecně ze středové oblasti této dutiny 146. Proud chladicího média vystupující z průtokových kanálů 170, 172 a 174 opět, ve zde popisovaném provedení, protéká obecně

-8CZ 304143 B6 obvodově směrem k vymezovacímu mezikusu, kde vstupuje do průtokových kanálů 178, 180, 182 a protéká jimi. V tomto případě však alespoň část proudu chladicího média, vystupujícího z radiálně nejvnitřněji uspořádaného průtokového kanálu 176 protéká podél zadního deflektoru 190 proudění do prstencového prostoru pro zajištění jeho protékání pod, kolem a za radiálně vnitřní konec vymezovacího mezikusu 156.

A konečně, s odkazem na další, nejblíže ve směru proudění uspořádanou přilehlou dutinu 148 zde popisovaného provedení, je proudění chladicího média obecně omezené na protékání chladicího média do této dutiny průtokovými kanály 178, 180, 182, vytvořenými ve vymezovacím mezikusu 156. V tomto provedení má zadní vymezovací mezikus 158, jak je uvedeno výše, dva průtokové kanály 184, 186, z nichž jeden průtokový kanál 184 je určený pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného z radiálně vnější oblasti příslušné dutiny, a druhý průtokový kanál 186 pro přijímání proudu chladicího média, přiváděného obecně ze středové oblasti této dutiny. Proud chladicího média, vystupující z průtokových kanálů 178, 180 opět protéká obecně obvodově ve znázorněném provedení směrem k vymezovacímu mezikusu 158, kde vstupuje do průtokových kanálů 184, 186 a protéká jimi. Ve znázorněném provedení však alespoň část proudu chladicího média, vystupujícího z radiálně nejvnitřněji uspořádaného průtokového kanálu 182, protéká podél zadního deflektoru 190 proudění do prstencového prostoru 36 pro jeho protékání pod, kolem a za radiálně vnitřní konec vymezovacího mezikusu 158.

Jak je znázorněno, proud chladicího média, vystupující z průtokových kanálů 184, 186 protéká obecně radiálně podél zadní čelní stěny 210 vymezovacího mezikusu 158, a podél deflektoru 190 proudění do prstencového prostoru 36.

Lze tudíž vidět, že kombinace proudění chladicího média vymezovacími mezikusy 150, 152. 154, 156, 158 s deflektory 188, 190 proudění pro podporování průtoku chladicího média do dutin 142, 144, 146, 148 zajišťuje zvýšený průtok chladicího média, zejména do normálně o chladicí médium ochuzených oblastí příslušných dutin, obsahující zejména středové oblasti a radiálně vnější oblasti dutin.

Ačkoli byl tento vynález popsaný ve spojení s tím, co se nyní považuje za nejpraktičtější a upřednostňované provedení, rozumí se, že rozsah tohoto vynálezu není omezený pouze na uvedené popsané provedení, ale že naopak obsahuje různá další přizpůsobení, úpravy, modifikace a ekvivalentní uspořádání, která všechna spadají do jeho podstaty a nárokovaného rozsahu, vymezeného v připojených patentových nárocích.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Plynem chlazený dynamoelektrický stroj, obsahující rotor (10) mající základní těleso (14), přičemž rotor (10) má axiálně procházející cívky (22) a koncová vinutí (28) procházející axiálně za alespoň jeden čelní konec (18) základního tělesa (14), alespoň jeden vymezovací mezikus (150, 152, 154, 156, 158), umístěný mezi navzájem přilehlými koncovými vinutími (28) pro vymezování první a druhé dutiny (142, 144, 146, 148), přilehlé k tomuto vymezovacímu mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) a nacházející se mezi navzájem přilehlými koncovými vinutími (28), přičemž alespoň jeden vymezovací mezikus (154) v sobě má vymezený průtokový kanál (160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186), přičemž průtokový kanál prochází mezi první stěnou (192, 194, 196) vymezovacího mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) směřující proti první, k němu přilehlé dutině (142, 144, 146, 148), a druhou čelní stěnou (198, 200,

   -9CZ 304143 B6

   210) vymezovacího mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) směřující proti druhé, k němu přilehlé dutině (142, 144, 146, 148), pro poskytování chladicímu médiu průtokového spojení mezi první a druhou dutinou (142, 144, 146, 148), procházející skrze vymezovací mezikus (150, 152, 154, 156, 158), vyznačující se t í m , že alespoň jeden vymezovací mezikus (154) má deflektor (188, 190) proudění, umístěný na každé z jeho první stěně (196) a druhé stěně (198).
2. 2. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtokový kanál (162, 166, 168, 172, 174, 180, 182, 186) v radiálním směru prochází skrze střední úsek vymezovacího mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) tak, že chladicí médium protéká mezi středovými oblastmi první a druhé dutiny (142, 144, 146, 148).
3. 3. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvními stěnami (192, 194, 196) a druhými stěnami (198, 200, 210) vymezovacího mezikusu (150, 152, 154, 156, 158) jsou, příslušně, obvodově orientované čelní stěny vymezovacího mezikusu (150, 152, 154, 156, 158).
4. 4. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtokový kanál je vytvořený skrze množství vymezovacích mezikusů (150, 152, 154, 156, 158).
5. 5. Dynamoelektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje množství průtokových kanálů (160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 186) vymezených skrze vymezovací mezikusy (150, 152, 154, 156, 158), přičemž prostřednictvím alespoň jednoho z průtokových kanálů (162, 166, 168, 172, 174, 180, 182, 186) chladicí médium protéká mezi středovými oblastmi první a druhé dutiny (142, 144, 146, 148).
6. 6. Dynamoelektrický stroj podle nároku 5, vyznačující se tím, že alespoň jeden z množství průtokových kanálů (160, 162, 184, 186) je skloněný v úhlu menším než 90 stupňů vzhledem k podélné ose vymezovacího mezikusu (150, 158).