RU2101836C1

RU2101836C1 - Electrical machine

Info

Publication number: RU2101836C1
Application number: RU96105596A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Шалаев; Ибрагим Ахмедович Кади-Оглы
Original assignee: Владимир Григорьевич Шалаев; Ибрагим Ахмедович Кади-Оглы
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: electrical and electromechanical engineering. SUBSTANCE: machine has stator with radial ducts 3, rotor 9 inside enclosure 12; novelty is that at least on one side of core-and-winding assembly of rotor there is end disk 13 that forms, together with pressure disks 14, slit 15 for admitting cooling gas to axial ducts 16. Disk 13 is secured to respective end portion of enclosure 12 and slit 15 is arranged on smaller diameter of rotor as compared to arrangement of outlet ports of cooling ducts. EFFECT: simplified design and high efficiency independent of type of electrical machine. 2 cl, 4 wdgu

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к конструкции электрических машин с форсированным газовым охлаждением, например турбогенераторов. The invention relates to electrical engineering, namely to the design of electric machines with forced gas cooling, for example turbogenerators.

Известна электрическая машина, содержащая статор с продольными перегородками, расположенными в зазоре и закрепленными на пазовых клиньях статора, и ротор с заборниками и дефлекторами [1] В этой машине газ из газоохладителя поступает в пространство между сердечником и корпусом статора, затем проходит через радиальные каналы, охлаждая сердечник, поступает в зазор, откуда забирается заборниками ротора, охлаждает обмотку ротора и через дифлекторы выбрасывается обратно в зазор. Таким образом, в вентиляционные каналы ротора газ поступает, получив определенный подогрев в сердечнике статора, обмотке ротора и в зазоре вследствие трения о бочку ротора, причем потери на трение о бочку существенно усиливаются выступающими в зазор заборниками и дефлекторами. В результате, во-первых, снижается температурный ресурс охлаждающего газа, что приводит к требованию увеличения его расхода и, во-вторых, уменьшается КПД машины. Known electric machine containing a stator with longitudinal partitions located in the gap and mounted on the grooves of the stator, and a rotor with intakes and deflectors [1] In this machine, gas from the gas cooler enters the space between the core and the stator housing, then passes through radial channels, cooling the core, it enters the gap, from where it is taken by the rotor intakes, cools the rotor winding and is thrown back through the diffusers into the gap. Thus, gas enters the ventilation ducts of the rotor, having received certain heating in the stator core, the rotor winding and in the gap due to friction against the rotor barrel, and friction losses against the barrel are significantly amplified by the intakes and deflectors protruding into the gap. As a result, firstly, the temperature resource of the cooling gas is reduced, which leads to the requirement to increase its flow rate and, secondly, the efficiency of the machine decreases.

За прототип (по наибольшему количеству общих элементов) взята конструкция электрической машины, включающая статор, ротор с питающими каналами для подачи охлаждающего раза в радиальные вентиляционные каналы, содержащий оболочку, закрепленную на наружной поверхности активной части с помощью продольных перегородок, между которыми имеются пути для выхода газа, сообщающиеся с установленными с обеих сторон активной части вентиляторами. В этой конструкции обеспечивается подача в ротор газа непосредственно из газоохладителей, что приводит к увеличению температурного ресурса газа, кроме того, приданием оболочке гладкой цилиндрической формы обусловливается снижение потерь на трение и увеличение КПД машины [2]
Однако в такой конструкции питающие каналы расположены в теле активной части ротора, что в применении к синхронным машинам, например турбогенераторам, приводит к росту индукции в ярме ротора, увеличению габаритов активной части и снижению КПД, что является недостатком прототипа, кроме того, расположение питающих каналов в теле активной части усложняет изготовление машины и увеличивает ее стоимость.The prototype (for the largest number of common elements) is the design of an electric machine, including a stator, a rotor with supply channels for supplying cooling times to radial ventilation channels, containing a shell fixed to the outer surface of the active part using longitudinal partitions, between which there are exit routes gas in communication with fans installed on both sides of the active part. In this design, gas is supplied directly to the rotor from gas coolers, which leads to an increase in the temperature resource of the gas, in addition, giving the shell a smooth cylindrical shape results in a reduction in friction losses and an increase in machine efficiency [2]
However, in this design, the supply channels are located in the body of the active part of the rotor, which, when applied to synchronous machines, for example turbogenerators, leads to an increase in induction in the yoke of the rotor, an increase in the dimensions of the active part and a decrease in efficiency, which is a disadvantage of the prototype, in addition, the location of the supply channels in the body of the active part complicates the manufacture of the machine and increases its cost.

Целью изобретения является упрощение конструкции и обеспечение высокого уровня КПД вне зависимости от типа машины. The aim of the invention is to simplify the design and ensure a high level of efficiency, regardless of the type of machine.

Поставленная цель достигается тем, что в известной электрической машине, содержащей статор, ротор с вентиляционными каналами в активной части, имеющий оболочку и продольные перегородки, установленные между наружной поверхностью активной части и оболочкой с образованием осевых каналов, сообщающихся с входными отверстиями вентиляционных каналов, по меньшей мере с одной стороны активной части ротора установлена с образованием щели для входа охлаждающего газа в осевые каналы торцевая шайба, скрепленная с соответствующей концевой частью оболочки ротора, причем указанная щель расположена на меньшем диаметре, по сравнению с расположением выходных отверстий вентиляционных каналов, которые целесообразно сообщить с зазором машины. This goal is achieved by the fact that in a known electric machine containing a stator, a rotor with ventilation channels in the active part, having a shell and longitudinal partitions installed between the outer surface of the active part and the shell with the formation of axial channels communicating with the inlet openings of the ventilation channels, at least at least one side of the active part of the rotor is installed with the formation of a gap for the cooling gas to enter the axial channels, an end washer fastened to the corresponding end part the rotor shell, and the specified slot is located on a smaller diameter, compared with the location of the outlet openings of the ventilation channels, which are advisable to communicate with the clearance of the machine.

Благодаря тому, что щель для входа охлаждающего газа, образованная между активной частью ротора и торцевой шайбой, сообщается с осевыми каналами, расположенными между наружной поверхностью активной части и оболочкой, удается подвести охлаждающий газ к вентиляционным каналам со стороны наружной поверхности ротора, не усложняя активную часть и не увеличивая ее габариты, что вполне соответствует поставленной цели. Due to the fact that the cooling gas inlet gap formed between the active part of the rotor and the end plate communicates with the axial channels located between the outer surface of the active part and the casing, it is possible to supply cooling gas to the ventilation channels from the outer surface of the rotor without complicating the active part and without increasing its dimensions, which is fully consistent with the goal.

На фиг. 1 показано продольное сечение электрической машины, а именно турбогенератора; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 узел на фиг. 2; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a longitudinal section of an electric machine, namely a turbogenerator; in FIG. 2 section AA in figure 1; in FIG. 3 node in FIG. 2; in FIG. 4 section BB in FIG. 2.

Электрическая машина, а именно турбогенератор, содержит (фиг. 1) статор с обмоткой 1 и сердечником 2, имеющим радиальные каналы 3 для прохода охлаждающего газа. Статор с помощью ребер 4 закреплен в корпусе 5, в котором установлены газоохладители 6 и торцевые щиты 7 и 8. В пазы бочки 9 ротора уложена обмотка 10, лобовые части которой удерживаются бандажными кольцами 11. Бочка 9 ротора охвачена оболочкой 12, к концевым частям которой прикреплены торцевые шайбы 13, образующие в совокупности с нажимными шайбами 14 лобовых частей щели 15 для входа охлаждающего газа в аксиальные каналы 16, имеющиеся между наружной поверхностью бочки 9 и оболочкой 12. На хвостовых частях 17 ротора размешены осевые вентиляторы 18, лопатки которого ориентированы таким образом, чтобы газ нагнетался в зазор 19 и щели 15. Между бочкой 9 и оболочкой 12 (фиг. 2) имеются продольные перегородки 20, выполненные заодно с пазовыми клиньями 21, и тангенциальные перегородки 22. Продольные перегородки 20 (фиг. 3) на выступающих в зазор концевых частях имеют уширения 23, в совокупности образующие оболочку 12 в зоне пазов ротора. В обмотке 24 ротора образованы U-образные вентиляционные каналы 25, входные отверстия которых сообщаются с аксиальными каналами 16, а выходные отверстия с зазором 19. Таким образом, указанные выходные отверстия оказываются расположеными на большем радиусе, чем щели 15. Для уменьшения паразитных перетоков газа на стыках уширений 23 установлены стеклотекстолитовые прокладки 26. Размещенные на больших зубцах 27 ротора (фиг. 4) тангенциальные перегородки 22 крепятся на "ласточкиных хвостах" 26 и на выступающих в зазор концевых частях имеют уширения 29, в совокупности образующие оболочку 12 в зоне больших зубцов 27. Для охлаждения зубцов 27 в перегородках 22 выполнены газоперепускные отверстия 30. An electric machine, namely a turbogenerator, contains (Fig. 1) a stator with a winding 1 and a core 2 having radial channels 3 for the passage of cooling gas. The stator with ribs 4 is fixed in the housing 5, in which gas coolers 6 and end shields 7 and 8 are installed. A winding 10 is laid in the grooves of the barrel 9 of the rotor, the frontal parts of which are held by retaining rings 11. The barrel 9 of the rotor is covered by a shell 12, to the end parts of which end washers 13 are attached, forming, together with the pressure washers 14, of the frontal parts of the slit 15 for the cooling gas to enter the axial channels 16 between the outer surface of the barrel 9 and the shell 12. Axial fans 18, blades are placed on the tail parts 17 of the rotor which are oriented so that the gas is pumped into the gap 19 and the gap 15. Between the barrel 9 and the shell 12 (Fig. 2) there are longitudinal partitions 20, made integral with the groove wedges 21, and tangential partitions 22. Longitudinal partitions 20 (Fig. 3 ) on the end parts protruding into the gap, have broadenings 23, which together form a shell 12 in the area of the rotor slots. U-shaped ventilation channels 25 are formed in the rotor winding 24, the inlet openings of which are in communication with the axial channels 16, and the outlet openings have a gap of 19. Thus, these outlet openings are located at a greater radius than the slots 15. To reduce spurious gas flows by fiberglass gaskets 26 are installed at the joints of the extensions 23. The tangential partitions 22 located on the large teeth 27 of the rotor (Fig. 4) are attached to the “dovetail” 26 and have extensions 29 protruding into the gap; collectively forming a shell 12 in the area of large teeth 27. To cool the teeth 27 in the partitions 22, gas bypass holes 30 are made.

При вращении ротора охлаждающий газ под напором вентиляторов 18, дополняемым самонапорным действием ротора, обусловленным различной скоростью вращения входных щелей 15 и выходных отверстий вентиляционных каналов 25, проходит через щели 15, аксиальные каналы 16, U-образные вентиляционные каналы 25 и радиальные каналы 3 сердечника статора, осуществляя охлаждение активных частей машины, при этом тангенциальные перегородки 22 отсекают поток газа от больших зубцов, направляя его преимущественно в аксиальные каналы 16 (на фиг. 1, 3 направление движения газа обозначено стрелками). Таким образом, в предложенной конструкции подвод охлаждающего газа в вентиляционные каналы 25 осуществляется помимо тела активной части ротора, а именно через наружную поверхность активной части, что ведет к упрощению конструкции электрической машины и способствует увеличению ее КПД. When the rotor rotates, the cooling gas under the pressure of the fans 18, supplemented by the self-acting action of the rotor, due to the different rotation speeds of the inlet slots 15 and the outlet openings of the ventilation channels 25, passes through the slots 15, axial channels 16, U-shaped ventilation channels 25 and radial channels 3 of the stator core while cooling the active parts of the machine, while the tangential partitions 22 cut off the gas flow from the large teeth, directing it mainly to the axial channels 16 (in Fig. 1, 3, the direction of movement gas indicated by arrows). Thus, in the proposed design, the supply of cooling gas to the ventilation ducts 25 is carried out in addition to the body of the active part of the rotor, namely through the outer surface of the active part, which leads to a simplification of the design of the electric machine and helps to increase its efficiency.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения состоит в уменьшении себестоимости и улучшении эксплуатационных характеристик электрической машины. The technical and economic efficiency of the proposed technical solution consists in reducing the cost and improving the operational characteristics of the electric machine.

Claims

1. An electric machine containing a stator, a rotor with ventilation channels in the active part, having a shell and longitudinal partitions installed between the outer surface of the active part and the shell with the formation of axial channels communicating with the inlet of the ventilation channels, characterized in that at least with one side of the active part of the rotor is installed with the formation of a gap before the cooling gas enters the axial channels, an end washer fastened to the corresponding end part of the rotor shell, the gap located on the smaller diameter of the rotor compared to the location of the outlet openings of the ventilation ducts.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the outlet openings of the ventilation ducts communicate with the clearance of the machine.