HUT71078A - Gas cooled electric machine - Google Patents

Description

A találmány tárgya gázhűtéses villamos gép. Ez a villamos gép egy házból, az ebben a házban elhelyezett állórészből és egy forgórészből áll. Az állórészben a belső kerületen lévő hornyokban vannak elhelyezve a közvetett hűtésű állórésztekercs-vezetők. Az állórész lemezteste távtartó lapok által egymástól bizonyos távolságban tartott, egyedi rész-lemezcsomagokból van felépítve. A két egymást követő rész-lemezcsomag közötti közbenső terek radiális hűtőréseket képeznek. A hűtőrések az állórész-lemezcsomag belső kerületén lévő, gyűrű alakú légréstereket összekötik az állórész-lemezcsomag külső kerülete és a ház között lévő kamraterekkel. Ezeknek a kamráknak egy része hideggázkamra, amikbe hideg hűtőgázt lehet bevezetni, a másik része forrógázkamra, amikbe az említett hütőrésekből radiálisán kifelé irányulva felmelegedett hűtőgáz ömlik be. A forrógázkamrák hűtőkkel vannak összeköttetésben. A gép mindkét végén vannak hűtőgázszállító eszközök és hűtőgázvezető berendezések, amik a hűtött gázt hideggázként a hideggázkamrákba vezetik és a felmelegedett hűtőgázt a forrógázkamrákból elszívják.

A leírt jellemzőkkel rendelkező gázhűtéses villamos gép ismeretes például a Brown Boveri Technik 3/86 számának 133138. oldaláról, és különösen a 135. oldalon lévő 3. ábrából.

Az úgynevezett közvetett hűtés elve szerint az állórésztekercs rúdjain keletkező veszteségeket a hűtőközegnek (hidrogénnek vagy levegőnek) adjuk le. Az alapvető hőáram a rúdréztől a szigetelésen át az állórész-lemeztest fogrészéhez vezet. Az állórészfogak adják le a hőt a hűtőközegnek.

A felmelegedés határait a szigetelés hőmérsékletérzékenysége és ezenkívül megfelelő maximális hőmérsékletek határozzák meg,

- 3 amiket a szabványok különböző szigetelési osztályokban rögzítenek (ANSI, IEC).

A szigetelésbe beágyazott állórészréz és a szigetelés külső rétege közötti viszonylag nagy hőmérsékletkülönbség miatt a klasszikus hűtési elv szerinti közvetve hűtött turbogenerátor maximális teljesítménye korlátozva van.

Ezért számos javaslatot tettek a hűtés javítására. Ezek főként a közepes tartományban lévő gépek hűtésének hatékonyabbá tételére vonatkoztak.

így az EP-B-0 279 064 sz. szabadalom leír egy gázhűtéses villamos gépet, amiben a forrógázkamrákat a gép középső részében külön vezetékek - a gép végein lévő meleggázkamrákat megkerülve - közvetlenül kötik össze a hűtőkkel. Ily módon megakadályozzák, hogy a középen lévő forrógázkamrákból jövő, felmelegedett hűtőgáz elkeveredjen a gép végein lévő forrógázterekből jövő hűtőgázzal és lehetőség van arra, hogy a térfogatáramokat az egyes hűtőréseken át úgy osszák el a hűtőrésekhez hozzárendelt légrés- és kamraterekre, hogy a gép hosszirányában a hőmérsékletprofil majdnem teljesen egyenletes legyen.

Ez a megoldás az új konstrukcióknál nagyon jól bevált, a már működő gépeknél azonban csak jelentős ráfordítással valósítható meg.

Találmányunk célja a bevezetőleg leírt jellegű gázhűtéses villamos gép olyan kialakítása, ami lehetővé teszi, hogy a hűtőhatás a tulajdonképpeni gép átépítése nélkül jóval egyenletesebbé váljon.

Ezt a feladatot a találmány értelmében a bevezetőleg leírt jellegű gázhűtéses villamos gépnél úgy oldjuk meg, hogy a gép • ·

- 4 végén lévő forrógázkamrák kiáramlási keresztmetszetében a gép végén lévő forrógázkamrák és a hűtő között fojtószerveket helyezünk el.

A gép hűtőlevegőárama ílymódon közel tetszőlegesen osztható el a különböző kamrákra és ezáltal a gép hőmérséklete a gép hosszirányában messzmenően egyenletessé tehető.

A fojtószerveket előnyös módon az egész keresztmetszetet átfedő lemezlapok képezik, amikben több áttörés van. A hatásos keresztmetszet beállítására a találmány egyik különösen előnyös továbbfejlesztésénél egy lyuklap szolgál, ami a lemezlapra felfekszik és ugyancsak áttörések vannak benne. A két lemezt egymáshoz képest eltolva a hatásos keresztmetszet finoman beállítható .

A találmány különösen alkalmas már megépített gépek utólagos hűtéstechnikai beszabályozására, mivel magába a gépbe nem kell beavatkozni. A forrógáz-kamráktól a rendszerint a gép alatti alapgödörben elhelyezett hűtőkhöz vezető levegővezetékekben viszont elegendő hely van a fojtószervek beépítéséhez és beállításához, és ott a szerelők is szabadon tudnak mozogni.

Találmányunkat annak példaképpen! kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra egy ismert felépítésű, nyitott hűtőkörös, a gép végén lévő forrógázkamrák kiömlőnyílásában fojtószervekkel ellátott, léghűtéses generátor egyszerűsített hosszmetszete, a

2. ábra az 1. ábra nagyított részlete, amin a fojtószervek helyzete és kialakítása látható, a

3. ábra egy állítható keresztmetszetű fojtószerv felülnézete, a • ··· ··· «· * · • · · · * · ······· ·· ·· ···

4. ábra a fojtószerv egy másik kiviteli alakja, amiben kör alakú áttörések vannak, az

5. ábra a fojtószerv egy további kiviteli alakja, ami egymástól bizonyos távolságban lévő lemezlapokból és az ezekhez tartozó réslapból áll.

Az 1. ábrán látható egy 1 bakcsapágy, egy külső, 2 burkolat, egy belső, 4 burkolat és a gép 5 háza. A 6 tekercsfej a 7 támasztólapon át egy 8 állórész-nyomólapra támaszkodik. A 9 állórész-lemeztestben az egyes rész-lemeztestek között radiális szellőzőrések vannak. A 9 állórész-lemeztestet a 8 állórésznyomólapokkal együtt 10 húzórudak szorítják össze. A 11 forgórész két végén 12 forgórészsapkák vannak. A tekercstérben vannak a 13 tekercsösszekötések és a 14 fázis- és csillagpontkapcsok. A gép két végén egy-egy axiális 15 ventillátor van. A belső, 4 burkolat radiálisán belső vége levegővezető 16 gyűrűként van kiképezve. A gép alatti 17 alapgödörben vannak a 18 hűtők. A 18 hűtők előtti forrólevegőt a 19 nyilak, a hűtők utáni hideglevegőt a 20 nyilak jelölik. További (külön nem jelölt) nyilak mutatják a különböző hűtőlevegőáramokat a gép belsejében. A következőkben csak a gép egyik felével foglalkozunk, mivel a gép hűtési szempontból szimmetrikusan van felépítve.

A hideg levegő a 18 hűtőktől és a külső, 2 burkolat és a belső, 4 burkolat közötti térből a 15 ventillátorra jut. Az első részáram a forgórész tekercsfején át, a 12 forgórészsapka alatt áramlik, a második részáram a gép 21 levegőrésébe áramlik, és harmadik hűtőlevegőáram a tekercsfej téren át a gép hátsó részébe, vagyis a gép 5 háza és a 9 állórész-lemeztest közötti térbe áramlik.

- 6 A gép hátsó részében 22 házbordák, valamint radiális és axiális válaszfalak hideggázkamrákat és forrógázkamrákat képeznek. A leírt példaképpen! kiviteli alaknál a gép két végén van egy-egy 23 forrógázkamra és a gép közepén egy 24 forrógázkamra, továbbá egy-egy 25 hideggázkamra a 23 és 24 forrógázkamra között. Az utóbbiba áramlik be az említett harmadik hűtőlevegőáram a 15 ventillátortól. Ezt a hűtőlevegőáramot a szellőztetőrések a 9 állórész-lemeztest rész-lemezcsomagjai közé nyomják és így a 23 és 24 forrógázkamrába kerül. A 23 és 24 forrógázkamrából a forró hűtőgáz a gép 5 házának alsó oldalán lévő, nagy felületű 26, illetőleg 27 áttöréseken át a 17 alapgödörbe és ott a 18 hűtőkre jut.

A felépítés és a hűtőlevegő vezetése eddig megegyezik a Brown Boveri Technik idézett számában leírt gépével. Bár a gép kialakításakor a különböző kamrákba belépő, illetőleg azokból kilépő levegőáramok elrendezésénél és elosztásánál az eltérő áramlási ellenállásokat figyelembe vették, mégis a későbbi üzemeltetéskor kiderülhet, hogy a hűtőhatás a gép közepén kevésbé hatékony, mint a gép végeinél. Az utólagos átalakítás különböző terelő és elválasztó berendezéseknek az állórész hátsó részébe történő beépítése vagy ezeknek a berendezéseknek az átépítése útján csak feltételesen lehetséges, ha ugyan egyáltalán lehetséges. Itt kap szerepet a találmány.

A találmánynak az az alapgondolata, hogy az egyes térfogatáramok elosztását a hideggázkamrák és forrógázkamrák révén nem a gép házán belül, hanem a gépből való kilépésnél, a 18 hűtőkhöz vezető úton befolyásoljuk. Evégett a gép két végén lévő 23 forrógázkamrákhoz hozzárendelt 26 áttörésekben 28 fojtószervek vannak, amiket az 1. ábrán szaggatott vonalak jelölnek. Ezek a 28 fojtószervek a 23 forrógázkamráknak a 18 hűtőkhöz vezető áramlási keresztmetszetét előnyös módon állíthatóan leszűkítik.

A 2. ábrán - ami az 1. ábra nagyított részlete - látható ezeknek a fojtószerveknek a helyzete és kialakítása. Mindegyik 28 fojtószerv egy egyrészes vagy többrészes 29 lemezlapból áll, ami a 30 kereten van rögzítve. Ez a 30 keret a gép házának része és egyik oldala a 17 alapgödör 17a lábazatán fekszik. A 29 lemezlapban szabályosan elosztva 31 áttörések vannak. A 29 lemezlap alsó oldalán alulról egy második, a 29 lemezlaphoz képest vízszintesen eltolható 32 lyuklap van rögzítve, amiben ugyancsak 33 áttörések vannak. Ezeknek a 33 áttöréseknek az alakja és elosztása megegyezik a 29 lemezlap 31 áttöréseinek alakjával és elosztásával. A 29 lemezlap alsó oldalán rögzített 34 vezetőlécek szerelési segédeszközként szolgálnak.

A 29 lemezlap előnyös módon több részből - a 3. ábrán látható 29a laprészből és 29b laprészből áll, hogy alulról könnyen be lehessen tenni a 23 forrógázkamrába. A 32 lyuklap viszont lehet egyrészes kialakítású. A fojtószervnek a 3. ábra szerinti felülnézetén világosan látható, hogy a 32 lyuklapot a 29 lemezlaphoz képest a 34 vezetőlécek irányában eltolva a 29 lemezlapban lévő 31 áttörések hatásos keresztmetszetét pontosan meghatározott határok között változtatni lehet és ezáltal a hatásos keresztmetszetet előre megadott értékeken belül a két külső, 23 forrógázkamra 18 hűtőkhöz menő kiömlőnyílásánál is változtatni lehet.

A gyakorlati alkalmazás során kapott kövekező értékek szemléltetik, hogy a fojtószerv egy tényleges gépnél hogyan járulhat • ·

- 8 hozzá a hűtés egyenletessé tételéhez a gép hosszirányában.

Mérések alapján megállapítottuk, hogy az állórészt hűtő hűtőlevegő mennyiségének kétharmada áramlik a gép végein lévő 23 forrógázkamrákba és csak egyharmada a középső, 24 forrógázkamrába. Ennek következtében a gép középső része megengedhetetlen mértékben felmelegszik. Számításokkal és tényleges gépen üzem közben végzett mérésekkel alátámasztott becslések szerint a hűtőlevegő teljes mennyiségének mintegy 60...80%-át kell a gép középső részén (24 forrógázkamra) átvezetni, hogy a gép hosszirányában a hőmérséklet közelítőleg állandó legyen. Evégett az átáramlási keresztmetszetet a gép végein lévő 23 forrógázkamrában az egyenkénti kb. 3 m2-ről 0,1 és 0,2 m2 közötti értékre kell csökkenteni, hogy a levegőmennyiségnek ezt az eloszlását elérjük. A kitűzött cél minden további nélkül megvalósítható úgy, hogy a gép végein lévő két 23 forrógázkamrába beépítünk egy-egy, 31 áttörésekkel ellátott, összesen 0,2 m2 átömlési felülettel rendelkező 29 lemezlapot és egy megfelelőképpen kialakított 32 lyuklapot. A gép zaj szintje a forrógázkamrák átáramlási keresztmetszetének szűkítése következtében meglepő módon csak jelentéktelen mértékben nőtt. Ennek oka az, hogy az áramlási sebességek itt viszonylag kicsik.

Négyszög keresztmetszetű 31, 33 áttörések helyett más keresztmetszeti alakú, például a 4. ábra szerinti kör alakú áttöréseket is lehet alkalmazni. Az áttöréseket nem kell feltétlenül a 29 lemezlap teljes felületén elosztani, hanem lehet például a középső részen koncentrálni. Egy vagy több, egymásra szorosan felfekvő, áttörésekkel ellátott 29 lemezlap, illetőleg 29a, 29b laprész helyett fojtószervként lehet több lemezlapot úgy •· 4 · ·* 4 · ·· « · · β · ♦ ♦ « ··« ··· · · ♦ · • · 4 · · · ···*··· ·· «· · · 4

- 9 alkalmazni, hogy közöttük rés van. Az ilyen megoldás is megvalósítható egy módosított lyuklappal kombinálva, ahogyan ez az 5. ábrán látható.

A lemezlap több, 29c, 29d és 29e laprészből áll, amiket egy S rés választ el egymástól. A 32 lyuklap helyett itt 35 réslapot alkalmazunk, amiben az S rések éleivel párhuzamos 36 rések vannak.

A továbbiakban nincs szükség áttörésekkel ellátott lemezlapra és a hozzá tartozó lyuklapra, illetőleg réslapra. Ha ugyanis az optimális keresztmetszeteket kísérletekkel már meghatároztuk, akkor be lehet építeni egy megfelelőképpen kialakított lemezlapot, illetőleg ugyanakkora teljes átáramlási felülettel rendelkező részlapokat.

Találmányunkat az előzőekben levegőhűtéses, három forrógázkamrát és két hideggázkamrát tartalmazó gép példáján ismertettük. Magától értetődik, hogy a találmányt háromnál több forrógázkamrát és kettőnél több hideggázkamrát tartalmazó gépeknél is meg lehet valósítani. Ekkor adott esetben nemcsak a külső forrógázkamrákba, hanem a külső forrógázkamrák és a középső forrógázkamra közötti további forrógázkamrákba is be kell építeni a leírt jellegű fojtószerveket.

Claims (6)

1. Gázhűtéses villamos gép, ami alapgödörrel (17) ellátott alapzaton elhelyezett házból, az ebben a házban elhelyezett állórész-lemeztestből (9) és egy forgórészből (11) áll; az állórész-lemeztest (9) belső kerületén lévő hornyokban vannak elhelyezve a közvetett hűtésű állórésztekercs-vezetők; az állórészlemeztest (9) távtartó lapok által egymástól bizonyos távolságban tartott, egyedi rész-lemezcsomagokból van felépítve és a két egymást követő rész-lemezcsomag közötti közbenső terek radiális hűtőréseket képeznek; a hűtőrések a gép levegőrés tereit (21) összekötik az állórész-lemeztest külső kerülete és a ház között lévő kamrákkal, amiknek egy része hideggázkamra (25), amikbe hideg hűtőgázt lehet bevezetni, a másik része forrógázkamra (23, 24), amikbe az említett hütőrésekből radiálisán kifelé irányulva felmelegedett hűtőgáz ömlik be; a forrógázkamrák (23, 24) hűtőkkel (18) vannak összeköttetésben és a gép mindkét végén vannak hűtőgázszállító eszközök és hűtőgázvezető berendezések, amik a hűtött gázt hideggázként a hideggázkamrákba vezetik és a felmelegedett hűtőgázt a forrógázkamrákból elszívják, azzal jellemezve, hogy a gép végén lévő forrógázkamrák kiáramlási keresztmetszetében a gép végén lévő forrógázkamrák (23) és a hűtő (18) között fojtószervek (28) vannak elhelyezve.

2. Az 1. igénypont szerinti gázhűtéses villamos gép, azzal jellemezve, hogy a fojtószervet egy, előnyös módon több lemezlap képezi, amikben áttörések (31) vannak.

3. A 2. igénypont szerinti gázhűtéses villamos gép, azzal jellemezve, hogy a lemezlap (29) egy lyuklappal (32) működik együtt, aminek az áttörései (33) úgy vannak elhelyezve és elosztva, hogy a lyuklapot (32) a lemezlaphoz (29) képest eltolva előre meghatározott hatásos keresztmetszetszűkitést lehet elérni.

4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti gázhűtéses villamos gép, azzal jellemezve, hogy a szerelés és szétszerelés egyszerűsítése végett legalább a lemezlap (29) több részlapra (29a, 29b) van osztva.

5. A 2. vagy 3. igénypont szerinti gázhűtéses villamos gép, azzal jellemezve, hogy a lemezlap egymástól bizonyos távolságban lévő részlapokból (29c, 29d, 29e) áll, amik között rés (S) van.

6. Az 5. igénypont szerinti gázhűtéses villamos gép, azzal jellemezve, hogy a részlapok (29c, 29d, 29e) együttműködnek egy réslappal (35), aminek a rései (36) úgy vannak elhelyezve és elosztva, hogy a réslapot (35) a részlapokhoz (29c, 29d, 29.e) képest eltolva előre meghatározott hatásos keresztmetszetszűkítést lehet elérni.