CZ347297A3

CZ347297A3 - Plynem chlazený elektrický stroj

Info

Publication number: CZ347297A3
Application number: CZ973472A
Authority: CZ
Inventors: Hans Zimmermann
Original assignee: Asea Brown Boveri Ag
Priority date: 1996-11-02
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-05-13
Also published as: JPH10146022A; HU9701781D0; HUP9701781A2; BR9705202A; CN1184363A; EP0840426A1; DE19645272A1; US5883448A; KR19980041977A

Description

Vynález se týká plynem chlazeného elektrického stroje s krytem, uspořádaným nad základovou jámou a upevněným na základu,se statorem, uspořádaným v tomto krytu,s vodiči statorového vinutí nepřímo chlazenými a uspořádanými v drážkách na vnitřním obvodu a s rotorem, přičemž těleso plechů statoru je vytvořeno z jednotlivých dílčích svazků plechu, upravených navzájem od sebe s odstupem prostřednictvím distančních třmenů a me~ prostory mezi dvěma za sebou následujícími dílčími svazky plechů tvoří radiálně probíhající chladicí mezery a chladicí mezery spojují prstencové vzduchové mezerovíté prostory na vnitřním obvodu svazku statorových plechů s komůrkovými prostory,které se nacházejí, mezi vnějším obvodem tělesa statorových plechů a krytem,kteréžto komůrkové prostory obsahují komůrky chladného plynu, kterým je přiváděn chladný chladicí plyn a komůr ky teplého plynu, do kterých proudí radiálně směrovaný ohřátý chladicí plyn z uvedených chladicích me zer, kteréžto komůrky teplého plynu jsou spojeny s chladicím zařízením v základové jámě pod strojem a při čémž ventilátory a vodicí zařízení chladicího plynu jsou uspořádány na obou koncích stroje, které odsávají ohřátý chladicí plyn z komůrek teplého plynu a ochlazený plyn jako chladný plyn je přiváděn komůrkám chladného plynu, prostoru čel vinutí a rotoru.

• · · · · · • ·

Dosavadní stav techniky.

Plynem chlazené elektrické stroje se (shora uve í děnými znaky jsou znány např. z pat. spisu DE 43 32

304 A.

Princip tak zvaného nepřímého chlazení spočívá v tom, že ztráty, vznikající na tyčích statorového vi nutí jsou předávány plynnému chladicímu médiu, vodí ku nebo vzduchu. K hlavnímu toku tepla dochází při tom od měděných tyčí přes izolaci do oblasti zubů tělesa statorových plechů. Od statorových zubů je teplo předáváno chladicímu médiu.

Meze oteplení jsou přitom předem zadány v závislosti teplotní citlivosti izolace a kromě toho odpovídajícími maximálními teplotami, které jsou stanoveny v normách rozdílnými třídami izolace (ANSI, IEC).

V důsledku relativně velkého teplotního rozdílu mezi měděnými vodiči statoru, uloženými v izolaci a mezi vnější vrstvou izolace, je maximální výkon nepřímB^SfííSzeného turbogenerátoru s klasickým principem chlazení, omezen.

Nechyběly tudíž návrhy, zlepšit chlazení, při čemž se tyto snahy soustřeďovaly jednak na zinten zivnění chlazení ve střední oblasti stroje a jednak na zásadní konstrukční přetvoření chladicího oběhu, to$iž předhod od obvyklého tlakového chlazení k sa címu chlazení, (anglicky .. ' reverse ílow coo ling), jak je například popsáno v CIGRE zprávě De velopment of Large Air Cooled Generat ordfor Gas Turbi nes and Combined Cyclesx, zejména obr. 1 na str.

·· ·«·· ·· ·· · · · ···· • · · · · · * ···· ·· ··· ··· ·♦ $

- 201, 1992 vydání 30. 8 - 5.9 1992.

Všeobecně má sací chlazení proti tlakovému chlazení tu přednost, že vzduch, ooouštějící chladiče,může být bezprostředně přiveden k chladicím mezerám ve statorua zvýšení teploty, způsobené ventilátorem stroje, je eliminováno. Jako nevýhoda by mohlo být považováno to, že vedení chladícího plynu ve stroji se stává vcelku komplikovanější, nebot zejména v prostoru čel vinutí se musí uspořádat přídavné konstrukční prvky a také dodávání chladicího plynu rotoru je obtív v · v z znejsi,

Dalším problémem je uspořádání chladičů u stroje s vyššími výkony. Umístění chladičů ve krytu je bez zvětšení rozměru krytu sotva možné.

Podstata vynálezu..

Úkolem vynálezu je vytvořit plynem chlazený elektrický stroj shora uvedeného druhu, který pracuje výhodně se sacím chlazením a může se optimálně chladit. Tento úkol se podle vynálezu řeší tak, chladicí zařízení je vytvořeno podulárně a sestává z více chladičů, které jsou nezávisle na sobě uspořádány v základové jámě a že výstupní otvory jsou volně spo jeny s komůrkami studeného plynu a vstupní otvory chladičů jsou volně spojeny s výtokovým prostorem obou ventilátorů.

Umístění chladičů v základnové jámě umožňuje využít veškery prostor pod aktivní částí a pod oběma • · · · · ·

čely vinutí, aniž by se zvýšil transportní profil stroje, což má zejména rozhodující význam při dopravě po železnici. Tímto způsobem se dá zvýšit plocha chladičů o 50 % a více.

U jednoho zejména výhodného provedení vynálezu se předpokládá, že v jedné postranní stěně základové jámy jsou uspořádaná první vybrání, že chladiče ve směru kolmo k podélné osy stroje jsou uspořádány posuvně a zásuvkovitě jsou v prvním směru skrz uvedená vybrání na jedné straně upraveny vy tahovatelně, resp. odstranitelně a žé přípojné armatury chladičů jsou us pořádány na straně protilehlé k vytahovací straně .a prostřednictvím druhých vybrání v protilehlé straně jsou přístupné. Tento způsob konstrukce umožňuje rychlou výměnu jednotlivých chladičů v případě periodické revize nebo poruchy.

Vytvořili se konstrukce tak, že výstupní otvory chldičů jsou vzdáleny od kmůrek chladného plynu, vzniká vyrovnávací prostor mezi chladiči a strojeni, který se táhne po celé délceestroje. Tento prostor je zejména tehdy výhodným, jestliže vypadl jeden chladič. Za krytím výstupního otvoru vypadnutého chladiče, napři klad deskovým zakrytím, může se výhodně zabránit tomu, aby chladicí plyn se nedostal do komůrek studeného plynu. Se zbývajícími nepoškozenými chladiči ve spojení s asiálním vyrovnávacím prostorem může se stroj dále provozovat se zmenšeným výkonem.

Vynález je vhodný zejména pro plynová a kombinovaná zařízení, u kterých termické stroje jsou inastalovány na deskovém základu. U takovýchto zařízeních je úroveň základu turbogenerátoru o 1000 a více milí • · · · · · metrů vyšší, nežli úroveň základu termického stroje. Jestliže kryt stroje je při zařazeném základu upevněn na vlstním deskovém základu termického stroje, pak slouží vnitřek základu jako základová jáma. Postranní výstupy chladičů za účelem montáže, vevize a opray, vytvářejí se pak velmi jednoduše, protože je zajiš těna dokonalá přístrupnost.

Přehled obrázků na výkrese.

Vynález bude v dalším textu blíže objasně na příkladu provedení, znázorněného na výkresu.

Na obr. 1 je znázorněn zjednodušený podélný .řez vzduchem chlazeným turbogenerátorem s uzavřeným chladícím oběhem a s chladiči, uspořádaným v základové jámě.

z

Na obr. 2 je znázorněň.^r^?ičný řez turbogenerátorem podle obr. 1 ve výšce mezi dvěma chladiči podle přímky AA.

Na obr. 3 je znázorněn druhý příčný řez turbogenerátorem podle obr. 1 ve výšce chladiče podle přímky BB.

Na obr. 4 je znázorněn vodorovný řez turbogenerátorem podle obr. 1 pod tělesem statorových ple chů podle přímky CC.

Na obr. 5 je znázorněn silně zjednodušeně podélný řez skupinou strojů, sestávající z termického a elektrického stroje.

• · · ·

V obrázcích jsou jen znázorněny prvky, podstatné pro pochopení vynálezu.

vynálezu.

Vzduchem chlazený turbogenerátor, znázorněný v obr. 1 má kryt 1 stroje, který obsahuje těleso statorových plechů, sestávající z dílčích těles 2 i plechů. V tělese statorových plechů jsou uspo řádány radiální větrací mezery 3 mezi jednotlivými dílčími tělesy 2 plechů. Rotor 4 je uložen v kozlíkových ložiscích 5, 6, které jsou na základu upevněny prostřednictvím upevňovacích kotev 8.Kryt 1 stroje je upevněn prostřednictvím dalších upevňovacích kotev 9 na základu 7,(obr. 2 a 3).

Základ 7 má základovou jámu 10,která je vytvořena axiálně po celé délce krytu 1 a téměř zaujímá celou šířku krytu 1 stroje. V této základové jámě 10 je je uspořádáno chladicí zařízení stroje. Je vytvořeno modulárně a sestává v tomto případě ze šesti chladičů 11, které jsou navzájem stejné. V základové jámě 10 jsou uspořádány na sobě navzájem nezávisle. Přitom jsou vstupní otvory chladičů 11 výtokovými prostory ve spojení s ventilátory 12 uspořádanými po obou stranách rotoru 4 a výstupní otvory chladičů 11 ústí do vy rovnávacího prostoru 13. Chladicí plyn, proudící chladiči 11, je znázorněn šipkami, přičemž vtékající te plý plyn je označen šipkami 18 a vytékající studený • · · · plyn je označen šipkami 19. Všechny další neoznačené šipky ukazují chladicí oběh chladicího plynu. Chladicí oběh je znázorněn šipkami jen v jedné polovině stroje, nebot pokud se týká chlazení je stroj vytvořen symetricky.

U tohoto chlazení jedná se o princip tak zvané hoho reversního nebo sacího chlazení, u kterého je teplý plyn označený šipkami 18 přiváděn ventilátory chladičům 11. Z chladičů 11 proudí potom chladný plyn, označený šipkami 19 skrz vyrovnávací prostor na zadní stranu stroje, tedy do prostoru mezi krytem stroje 1 stroje a tělesa statorových plechů,vytvořených z dílčích těles 2 plechů. V uvedeném prostoru jsou prostřednictvím žeber 22 krytu a radiálních a axiálních dělících stěn 23, 24 komůrky 14, 16 chladného plynu a komůrky 15, 17 teplého plynu. V daném případě je vždy jedna komůrka 14 chladného plynu na obou koncích stroje a jedna komůrka _17 te plého plynu ve středu stroje a po obou stranách svi islého středu je vždy jedna komůrka 15 teplého plynu a jedna komůrka 16 chladného plynu mezi komůrkami 14 a 17.

Proud chladicího plynu se rozděluje ve vyrov návacím prostoru do komůrek 14 a 16 chladného ply nu, přičemž se vytvářejí dílčí proudění.

První dílčí proud proudí mezi vodícími plechy 26 a vnitřním zapažením 21 přímo k rotoru 4,druhý proudí čelem vynutí 27 do vzduchové mezery 25 stroje a třetí proud chladicího plynu se dostane skrz komůrky 16 chladného plynu a větracími mezerami 3 do vzduchové mezery^: 25. Z posledně uvedené je proud chladného ply ·· ···· nu nasáván ventilátory 12 skrz větrací mezery 3 a kokůrky 15 a 17 mezi vnitřní zapažení 21 a vnější zapasení 20 a na to je tlačen k chladičům 11 v základové jámě 10.

Obr. 2 ukazuje uspořádání stroje na svém základu _7 v příčném řezu podle přímky AA v obr. l.Na vodicí kolejnice dosedají chladiče 11.

Obr. 3 ukazuje vybrání 29a, 29b postranních stěn 28, ve kterých jsou v základu 7 uspořádány chlače 11. Vybrání 29a, 29b mají stejný tvar průřezu‘jako chladiče 11,přičemž tyto chladiče 11 jsou ve vy bráních 29a, 29b uspořádány kolmo k ose stroje.Ohia di^ije na způsob zásuvky zasunut skrz první vybrání 29a na vytahovací straně v posuvném směru 31 do pro storu pod krytem 1 stroje tak, že na něm uspořádané přípojné armatůry zasahují do druhého vybrání 29b. Zde je chladič 11 spojen s dalšími zařízeními chladicího systému, které však nejsou znázorněny.

Chladič 11 a vodicí kolejnice 32 dělí prostor pod krytem 1 stroje ve vyrovnávací prostor 13 a základovou jámu 10 (viz obr. 2 a 3)-Toto provedení má zejména tu výhodu, jestliže má některý chladič 11 poruchu, například deskovitým zakrytím lze zabránit tomu, aby teplý chladicí plyn se nedostal do komůrek chladného plynu. Se zbylými provozuschopnými chladiči 11 ve spojení s axiálním vyrovnávacím prosto rem 13 může se potom stroj dále provozovat se zmenšeným výkonem.

V obr. 4 jsou chladiče 11 znázorněny v podélném řezu vedeném základem 7. _Jak'_{12e se2nat} také _{2 obr}.

1, je s umístěním chladičů 11 v základové jámě 10 využit celý prostor pod aktivní částí stroje, tedy pod částí stroje mezi čely vinutí 27, včetně nich, pro chladicí zařízení. Přitom se nezvětšuje dopravní profil stroje, což má zejména rozhodující význam pro dopravu po železnici. Tímto způsobem lze zvýšit chladicí plochu o 50 % a více ve srovnání se známým stavem techniky’·.

Vynález je vhodný zejména pro plynová a kombinovaná zařízení, u kterých je termický stroj 33 příp. termické stroje 33, obr. 5, instalovány na deskovém základu 34· U takovýchto zařízení je úroveň 35 základu turbogenerátoru o 1000 a více milimetrů vyssí nežli úroveň deskového základu termického stroje 33 reso, strijů 33. Sestliže zde se upevní kryt 1 stroje na deskovém základu 34 s mezizařazením základu 7, slouží vnitřek základu 7 jako základová jáma 10.Postranní vyjetí chladiče 11 k účelům montáže, inspekce a opravy realizuje se potom velmi jednoduše, neboť je zajištěna dokonalá přístupnost.

V předcházejícím textu byl vynález objasněn za pomoci plynem chlazeného stroje se třemi komůrkami teplého plynu a čtyřmi komůrkami chladného plynu, při čemž posledně uvedeným byl dodáván chladný plyn ze šesti chladičů 11. Je samozřejmé, že se může vynález realizova i u stroje s jiným počtem komůrek teplého plynu, komůrek chladného plynu a chladiči. Případně muselo by se potom provésti pouze jiné vedení proudu chladicího plynu pomocí žeber krytu a radiálních a axiálních dělicích stěn v zadní části stroje.

Claims

1. Plynmm chlazený elektrický stroj s krytem uspořádaným nad základovou jámou a upevněným na: základu, se statorem, uspořádaným v tomto krytu, s vodiči statorového vinutí nepřímo chlazenými a uspořádanými v drážkách na vnitřním obvodu a s rotorem, přičemž těleso plechů statoru je vytvořeno z jednotlivých díl čích svazků plechů, upravených navzájem od sebe s od stupem prostřednictvím distančních třmenů a mezipros tory mezi dvěma za sebou následujícími dílčími svazky plechů tvoří radiálně probíhající chladící mezery a chladící mezery spojují prstencové vzduchové mezero vité prostory na vnitřním obvodu svazku statorových plechů s komůrkovými prostory, které se nacházejí mezi vnějším obvodem tělesa statorových plechů a krytem,kteréžto komůrkové prostory obsahují komůrky chladného plynu, kterým je přiváděn chladný chladicí plyn a komůrky teplého plynu, do kterých proudí radiálně smě rovaný ohřátý chladicí plyn z uvedených chladicích mezer, kteréžto komůrky teplého plynu jsou spojeny s chladicím zařízením v základové jámě pod strojem a přičemž ventilátory a vodicí zařízení chladicího plynu jsou uspořádány na obou koncích stroje, které odsávají ohřátý chladicí plyn z komůrek teplého plynu a ochlazený plyn jako chladný plyn je přiváděn komůrkám chladného plynu, prostoru čel vinutí a rotoru, vyznačující se tím, že chladicí zařízení je vytvořěno modulárně a sestává z většího počtu chladičů (11), které jsou uspo řádány navzájem na sobě nezávisle v základové jámě ♦· 4444 • 4 4 44

4 4 44444

4 4 44

444 444 444 (10) a že výstupní otvory chladičů (11) jsou volně spojeny s komůrkami (14, 16) chladného plynu a vstupní otvory chladičů (11) jsou spojeny s výtokovým prostorem obou ventilátorů (12).

2. Stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstupní otvory chladičů (11) jsou od komůrek (14, 16) uspořádány vzdáleny, přičemž takto vytvořený prostor slouží jako vyrovnávací prostor (13).

3. Stroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v první postranní stěně (28) základové jámy (10) jsou uspořádaná první vybrání (29a), že chladiče (11) jsou uspořádány posuvně ve směru kolmo k podélné ose stroje a jsou uspořádány na způsob zasuv-, ky a skrz první vybrání (29a) jsou ve směru (31) jsou na jedné straně vytahovatelné příp, odstranitelné a přípojné armatury (30) chladičů (11) jsou uspořádány na protilehlé straně vzhledem k vytahovací straně a prostřednictvím druhých vybráních (29b) v protile hlé postranní stěně (28) základové jámy (10) jsou přístupné.

4. Stroj podle nároku 3 nebo tím, že kryt (1) stroje je upevněn přičemž vnitřek základu (7) tvoří (10).

4, vyznačující se na základu (7), základovou jámu • ·· ·

5. Stroj podle některého z předcházejících nároků

1 až 4, vyznačující se tím, že výstupní otvory jednotlivých chladičů (11) jsou pro jejich vyřazení z provozu vytvořeny individuálně uzavíratelné prostřednictvím deskových prvků.