RU2258295C2 - Electrical machine gas cooling method and electrical machine - Google Patents
Electrical machine gas cooling method and electrical machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258295C2 RU2258295C2 RU2003113260/09A RU2003113260A RU2258295C2 RU 2258295 C2 RU2258295 C2 RU 2258295C2 RU 2003113260/09 A RU2003113260/09 A RU 2003113260/09A RU 2003113260 A RU2003113260 A RU 2003113260A RU 2258295 C2 RU2258295 C2 RU 2258295C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- gas
- coolers
- channels
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к электромашиностроению, а именно к системам газового охлаждения электрической машины, преимущественно турбогенератора, с замкнутым циклом вентиляции, при котором в качестве напорных элементов используют вентиляторы.The claimed invention relates to electrical engineering, and in particular to gas cooling systems of an electric machine, mainly a turbogenerator, with a closed ventilation cycle, in which fans are used as pressure elements.
Известна электрическая машина [1] с газовой многоструйной системой вентиляции, в которой корпус статора в тангенциальном направлении разделен на чередующиеся отсеки высокого и низкого давления газа. Вентиляционные каналы статора в секторах высокого давления в зубцовой зоне снабжены заглушками, расположенными в области расточки сердечника статора. В данной схеме вентиляции поток охлаждающего газа от вентиляторов поступает в отсеки высокого давления корпуса статора, откуда по вентиляционным каналам между пакетами сердечника охлаждающий газ движется из области ярма к зубцовой зоне, далее по аксиальным щелевым отверстиям, выполненным в зубцах, перемещается поперек пакета активной стали в вентиляционные каналы отсека низкого давления. Подогретый газ из каналов обмотки ротора, выбрасываемый в зазор между статором и ротором, входит в вентиляционные каналы секторов сердечника статора низкого давления, где смешивается с охлаждающим газом статора.Known electric machine [1] with a gas multi-jet ventilation system in which the stator housing in the tangential direction is divided into alternating compartments of high and low gas pressure. The stator ventilation ducts in the high pressure sectors in the tooth zone are equipped with plugs located in the area of the stator core bore. In this ventilation scheme, the cooling gas flow from the fans enters the high-pressure compartments of the stator housing, from where, through the ventilation channels between the core packets, the cooling gas moves from the yoke to the tooth zone, then moves along the axial slotted holes made in the teeth across the active steel packet into ventilation ducts of the low pressure compartment. The heated gas from the rotor winding channels, ejected into the gap between the stator and the rotor, enters the ventilation channels of the low pressure stator core sectors, where it is mixed with the stator cooling gas.
Схема организована так, что ротор с каналами, вход и выход которых расположен на разных радиусах вращения, и вентиляторы работают последовательно и через вентиляторы проходит суммарный поток охлаждающего газа, циркулирующий в электрической машине. В результате увеличиваются потери в вентиляторах и снижается КПД электрической машины. Кроме того, существенный недостаток такой схемы состоит в том, что в каналы статора из зазора между статором и ротором поступает подогретый газ. Следствием этого является повышение температуры обмотки и активной стали статора в секторах низкого давления.The scheme is organized so that the rotor with channels, the input and output of which is located at different radii of rotation, and the fans operate sequentially and through the fans passes the total flow of cooling gas circulating in the electric machine. As a result, losses in the fans increase and the efficiency of the electric machine decreases. In addition, a significant drawback of such a scheme is that heated gas enters the stator channels from the gap between the stator and the rotor. The consequence of this is an increase in the temperature of the stator winding and active steel in the low pressure sectors.
Известна электрическая машина [2], в которой применена замкнутая вытяжная система вентиляции с использованием в качестве напорных элементов компрессора, размещенного на валу ротора, и каналов ротора с входами и выходами, расположенными на разных радиусах вращения ротора, посредством которых обеспечивается движение газа в машине.Known electric machine [2], which uses a closed exhaust ventilation system using as pressure elements of the compressor located on the rotor shaft, and the rotor channels with inputs and outputs located at different radii of rotation of the rotor, through which the gas moves in the machine.
Охлаждающий газ после охладителей, расположенных на стороне компрессора, разделяется на два потока, один из которых сразу поступает в каналы ротора с одной стороны бочки ротора, другой поток проходит в аксиальном направлении через камеру, расположенную между корпусом и наружной поверхностью сердечника статора, на противоположную сторону машины и направляется в аксиальные каналы сердечника статора и в каналы ротора через камеру, в которой расположены лобовые части обмотки статора. Выход газа из каналов ротора организован в центральной части зазора между статором и ротором, откуда весь поток роторного газа направляется по зазору к компрессору. Поток газа из аксиальных каналов статора через камеру, в которой расположены лобовые части обмотки статора, направляется также на компрессор. Далее оба газовых потока поступают на охладители.After the coolers located on the compressor side, the cooling gas is divided into two flows, one of which immediately enters the rotor channels from one side of the rotor barrel, the other flows axially through the chamber located between the housing and the outer surface of the stator core, on the opposite side machine and sent to the axial channels of the stator core and to the rotor channels through the chamber, in which the frontal parts of the stator winding are located. The gas outlet from the rotor channels is organized in the central part of the gap between the stator and the rotor, from where the entire flow of rotor gas is directed through the gap to the compressor. The gas flow from the axial channels of the stator through the chamber, in which the frontal parts of the stator winding are located, is also directed to the compressor. Further, both gas flows enter the coolers.
Основной недостаток аксиальной системы вентиляции статора состоит в том, что распределение температуры обмотки и сердечника статора по длине машины носит существенно неравномерный характер. Эффективность аксиальных каналов недостаточно высока, поскольку они удалены от обмотки и зубцов статора, являющихся наиболее напряженными в тепловом отношении активными элементами электрической машины. Кроме того, высокое аэродинамическое сопротивление аксиальных каналов статора и ротора требует применения высоконапорного компрессора, что приводит к снижению КПД генератора.The main disadvantage of the axial stator ventilation system is that the temperature distribution of the stator winding and core along the length of the machine is substantially uneven. The efficiency of axial channels is not high enough, since they are removed from the winding and stator teeth, which are the most thermally stressed active elements of an electric machine. In addition, the high aerodynamic resistance of the axial channels of the stator and rotor requires the use of a high-pressure compressor, which leads to a decrease in the efficiency of the generator.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ газового охлаждения генератора с замкнутым циклом вентиляции [3], в котором охлаждающий газ от охладителей посредством напорных элементов, в качестве которых используют два вентилятора, размещенные с обеих сторон бочки ротора, и каналы ротора с входами и выходами, расположенными на разных радиусах вращения ротора, подают тремя параллельными путями в каналы статора и ротора, а подогретый в них газ направляют на охладители через камеру сбора подогретого газа, которую организуют в пространстве между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора.The closest in technical essence to the claimed invention is a method of gas cooling of a generator with a closed ventilation cycle [3], in which cooling gas from coolers by means of pressure elements, which use two fans located on both sides of the rotor barrel, and rotor channels with inlets and exits located at different radii of rotation of the rotor, are fed in three parallel ways to the stator and rotor channels, and the gas heated in them is sent to coolers through the collection chamber of the heated ha and which is organized in the space between the heat sinks and the outer surface of the stator core.
Два основных потока охлаждающего газа после охладителей направляют через камеру, в которой расположены лобовые части обмотки статора, в воздушный зазор между статором и ротором и в каналы ротора.The two main flows of cooling gas after the coolers are directed through the chamber, in which the frontal parts of the stator winding are located, into the air gap between the stator and the rotor and into the rotor channels.
Первый поток охлаждающего газа из зазора между статором и ротором по радиальным каналам крайней и торцевых зон сердечника статора подают в камеру сбора подогретого газа, размещенную между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора.The first flow of cooling gas from the gap between the stator and the rotor through the radial channels of the extreme and end zones of the stator core is fed into the heated gas collection chamber located between the coolers and the outer surface of the stator core.
Второй поток охлаждающего газа после каналов ротора подают в зазор между статором и ротором, из зазора по радиальным каналам в центральной зоне сердечника статора подогретый газ направляют в ту же камеру сбора подогретого газа.The second cooling gas stream after the rotor channels is fed into the gap between the stator and the rotor, from the gap along the radial channels in the central zone of the stator core, the heated gas is sent to the same heated gas collection chamber.
Третий поток охлаждающего газа сразу после охладителей подают в каналы центральной части основной зоны сердечника статора, вход и выход этих каналов организован со стороны наружной поверхности сердечника статора.The third flow of cooling gas immediately after the coolers is fed into the channels of the central part of the main zone of the stator core, the input and output of these channels is organized from the outer surface of the stator core.
Все три потока подогретого газа смешиваются в камере сбора подогретого газа, откуда весь поток подогретого газа направляют через вентиляторы на охладители.All three heated gas streams are mixed in the heated gas collection chamber, from where the entire heated gas stream is directed through coolers to coolers.
Электрическая машина, позволяющая осуществить указанный способ газового охлаждения, включает корпус с размещенными в нем охладителями, сердечник статора, имеющий в центральной части основной зоны чередующиеся между собой радиальные каналы и каналы (U-образные), вход и выход которых расположен на наружной поверхности статора, а в крайней и торцевых зонах - радиальные каналы, ротор, установленный в статоре с зазором и имеющий каналы с входом и выходом на разных радиусах вращения, вентиляторы, размещенные с обеих сторон бочки ротора, и камеры, первая из которых размещена в пространстве между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора, а вторая организована в зонах расположения лобовых частей обмотки статора.An electric machine that allows this gas cooling method to be implemented includes a housing with coolers placed in it, a stator core having radial channels and channels (U-shaped) alternating between themselves in the central part of the main zone, the input and output of which are located on the outer surface of the stator, and in the extreme and end zones - radial channels, a rotor installed in the stator with a gap and having channels with input and output at different radii of rotation, fans located on both sides of the rotor barrel, and cameras the first of which is located in the space between the coolers and the outer surface of the stator core, and the second is organized in the areas of the frontal parts of the stator winding.
Данная система вентиляции статора позволяет снизить уровень температур обмотки и активной стали в центральной части основной зоны сердечника статора за счет чередования радиальных каналов, питаемых подогретым газом из зазора между статором и ротором, и U-образных каналов, снабжаемых холодным газом непосредственно из охладителей. Поскольку через радиальные каналы пропускается газ, подогретый в зазоре механическими потерями и потерями в роторе, эффективность охлаждения обмотки и активной стали статора снижается. Температура обмотки и стали в крайних зонах сердечника статора существенно повышается, т.к. радиальные вентиляционные каналы крайних зон снабжаются подогретым газом из зазора между статором и ротором.This stator ventilation system allows lowering the temperature level of the winding and active steel in the central part of the main zone of the stator core due to the alternation of radial channels fed by heated gas from the gap between the stator and the rotor and U-shaped channels supplied with cold gas directly from the coolers. Since gas is heated through radial channels and heated in the gap by mechanical losses and losses in the rotor, the cooling efficiency of the stator winding and active steel is reduced. The temperature of the winding and steel in the extreme zones of the stator core rises significantly, because the radial ventilation ducts of the extreme zones are supplied with heated gas from the gap between the stator and the rotor.
Контуры охлаждения статора и ротора не разделены и через вентиляторы проходит весь расход газа, циркулирующий в машине. По этой причине уровень вентиляционных потерь возрастает, а КПД электрической машины снижается.The cooling circuits of the stator and rotor are not separated and the entire gas flow circulating in the machine passes through the fans. For this reason, the level of ventilation losses increases, and the efficiency of the electric machine decreases.
Задачей, решаемой заявляемой группой изобретений, является повышение КПД электрической машины с газовым охлаждением за счет снижения вентиляционных потерь, увеличение интенсивности охлаждения обмотки и сердечника статора путем организации движения газовых потоков в системе вентиляции электрической машины, а также снижение материалоемкости электрической машины.The problem solved by the claimed group of inventions is to increase the efficiency of an electric machine with gas cooling by reducing ventilation losses, increasing the cooling intensity of the stator winding and core by organizing the movement of gas flows in the ventilation system of an electric machine, as well as reducing the material consumption of an electric machine.
Указанная задача решается за счет того, что в заявляемом способе газового охлаждения электрической машины с замкнутым циклом вытяжной вентиляции охлаждающий газ от охладителей статора и от охладителей ротора направляют посредством вентиляторов, размещенных с обеих сторон бочки ротора, и каналов ротора с входами и выходами, расположенными на разных радиусах вращения ротора, тремя параллельными путями в каналы ротора и каналы сердечника статора, а подогретый в этих каналах газ направляют на охладители статора и ротора через камеру сбора подогретого газа, организованную в зонах расположения лобовых частей обмотки статора.This problem is solved due to the fact that in the inventive method of gas cooling of an electric machine with a closed exhaust ventilation cycle, the cooling gas from the stator coolers and from the rotor coolers is directed by fans located on both sides of the rotor barrel, and rotor channels with inputs and outputs located on different radii of rotation of the rotor, in three parallel ways into the channels of the rotor and the channels of the stator core, and the gas heated in these channels is directed to the stator and rotor coolers through the collection chamber heated gas, organized in the areas of the frontal parts of the stator winding.
Первый путь охлаждающего газа организуют от охладителей статора через камеру сбора холодного газа, размещенную между охладителями статора и наружной поверхностью сердечника статора, к входам в каналы основной зоны сердечника статора, из которых подогретый газ собирают посредством газосборных воздуховодов с внешней стороны сердечника статора и подают в камеру сбора подогретого газа с внешней стороны лобовых частей обмотки статора.The first path of the cooling gas is arranged from the stator coolers through the cold gas collection chamber located between the stator coolers and the outer surface of the stator core, to the entrances to the channels of the main zone of the stator core, from which heated gas is collected through gas collection ducts from the outside of the stator core and fed into the chamber collecting heated gas from the outside of the frontal parts of the stator winding.
Второй путь газа организуют также от охладителей статора через камеру сбора холодного газа статора. При этом охлаждающий газ направляют на входы в радиальные каналы торцевой зоны сердечника статора, из которых подогретый газ направляют непосредственно в камеру сбора подогретого газа также с внешней стороны лобовой части обмотки статора.The second gas path is also arranged from the stator coolers through the stator cold gas collection chamber. In this case, the cooling gas is directed to the entrances to the radial channels of the end zone of the stator core, from which the heated gas is sent directly to the heated gas collection chamber also from the outside of the frontal part of the stator winding.
Из камеры сбора подогретого газа часть газа, прошедшего первым и вторым путем, направляют на охладители ротора, а другую его часть - к вентиляторам и далее к охладителям статора.From the heated gas collection chamber, part of the gas passed through the first and second paths is directed to rotor coolers, and the other part to the fans and further to the stator coolers.
Третий путь газа организуют от охладителей ротора, с выхода которых охлаждающий газ направляют в каналы ротора, а подогретый в каналах ротора газ через зазор между ротором и статором подают в камеру сбора подогретого газа с внутренней стороны лобовых частей обмотки статора (роторное пространство) непосредственно на вход вентиляторов, откуда подогретый газ при их помощи направляют на охладители статора.The third gas path is arranged from rotor coolers, from the output of which cooling gas is sent to the rotor channels, and the gas heated in the rotor channels through the gap between the rotor and the stator is fed into the heated gas collection chamber from the inside of the frontal parts of the stator winding (rotor space) directly to the inlet fans, from where the heated gas with their help is sent to the stator coolers.
Новым в заявляемом способе является:New in the claimed method is:
- организация камеры сбора холодного газа для охлаждения статора в пространстве между охладителями статора и наружной поверхностью сердечника статора;- organization of a cold gas collection chamber for cooling the stator in the space between the stator coolers and the outer surface of the stator core;
- организация камеры сбора подогретого газа в зонах расположения лобовых частей обмотки статора;- organization of the heated gas collection chamber in the areas of the frontal parts of the stator winding;
- подача охлаждающего газа из охладителей статора в каналы основной зоны сердечника статора со стороны наружной поверхности сердечника статора, эвакуация подогретого в них газа также со стороны наружной поверхности сердечника статора при помощи газосборных воздуховодов, организация выхода подогретого газа из газосборных воздуховодов в камеру сбора подогретого газа с внешней стороны лобовых частей обмотки статора;- the supply of cooling gas from the stator coolers to the channels of the main zone of the stator core from the outer surface of the stator core, the evacuation of gas heated in them also from the outer surface of the stator core using gas collection ducts, the organization of the outlet of the heated gas from the gas collection ducts to the heated gas collection chamber with the outer side of the frontal parts of the stator winding;
- подача охлаждающего газа из охладителей статора в радиальные каналы торцевой зоны сердечника статора со стороны наружной поверхности сердечника статора и эвакуация подогретого газа из этих каналов непосредственно в камеру сбора подогретого газа с внешней стороны лобовых частей обмотки статора;- supply of cooling gas from the stator coolers to the radial channels of the end zone of the stator core from the outer surface of the stator core and the evacuation of heated gas from these channels directly into the heated gas collection chamber from the outside of the frontal parts of the stator winding;
- эвакуация части газа, подогретого во всех вентиляционных каналах статора, из камеры сбора подогретого газа на охладители ротора;- evacuation of part of the gas heated in all ventilation ducts of the stator from the heated gas collection chamber to the rotor coolers;
- подача охлаждающего газа после охладителей ротора в каналы ротора и эвакуация подогретого газа из каналов ротора через зазор между ротором и статором в камеру сбора подогретого газа с внутренней стороны лобовых частей обмотки статора;- supply of cooling gas after the rotor coolers to the rotor channels and evacuation of the heated gas from the rotor channels through the gap between the rotor and the stator to the heated gas collection chamber from the inside of the frontal parts of the stator winding;
- подача подогретого газа из каналов ротора и части газа из каналов статора посредством вентиляторов на охладители статора.- supply of heated gas from the rotor channels and part of the gas from the stator channels through fans to the stator coolers.
Способ вентиляции электрической машины, при котором газ, подогретый в каналах ротора, и часть газа, подогретого в каналах статора, направляют посредством вентиляторов на охладители статора, а оставшуюся часть газа, подогретого в каналах статора, направляют непосредственно на охладители ротора, не выявлен в существующем уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".The method of ventilation of an electric machine, in which the gas heated in the rotor channels and part of the gas heated in the stator channels are directed by fans to the stator coolers, and the rest of the gas heated in the stator channels is sent directly to the rotor coolers, not found in the existing prior art, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability condition "inventive step".
Для обеспечения такого способа газового охлаждения электрическая машина имеет некоторые особенности конструктивного исполнения.To ensure this method of gas cooling, the electric machine has some design features.
Предлагаемая электрическая машина содержит корпус, размещенные в нем охладители, статор, ротор, установленный в статоре с зазором, вентиляторы, размещенные с обеих сторон бочки ротора, и камеры, первая из которых размещена между охладителями статора и наружной поверхностью сердечника статора, а вторая размещена в зонах расположения лобовых частей обмотки статора.The proposed electric machine comprises a housing, coolers placed therein, a stator, a rotor installed in the stator with a gap, fans placed on both sides of the rotor barrel, and chambers, the first of which is located between the stator coolers and the outer surface of the stator core, and the second is located areas of the frontal parts of the stator winding.
Выходы охладителей статора объединены с первой камерой.The outputs of the stator coolers are combined with the first chamber.
Статор имеет вентиляционные каналы основной зоны сердечника, входы и выходы которых расположены на наружной поверхности сердечника статора, и радиальные каналы в торцевой зоне сердечника статора. При таком конструктивном решении каналов исключена связь по газовым потокам между каналами сердечника статора и зазором между ротором и статором по всей длине сердечника статора.The stator has ventilation channels of the main core zone, the inputs and outputs of which are located on the outer surface of the stator core, and radial channels in the end zone of the stator core. With such a constructive solution of the channels, gas flow communication between the stator core channels and the gap between the rotor and the stator along the entire length of the stator core is excluded.
Входы всех каналов статора открыты для прохода охлаждающего газа из охладителей статора со стороны первой камеры, а их выходы выведены во вторую камеру.The entrances of all stator channels are open for the passage of cooling gas from the stator coolers from the side of the first chamber, and their outputs are led out to the second chamber.
При этом выходы из радиальных каналов сердечника статора организованы непосредственно во вторую камеру с внешней стороны лобовых частей обмотки статора, выходы из каналов основной зоны сердечника статора соединены со второй камерой при помощи газосборных воздуховодов, например системы коробов, установленных на наружной поверхности статора над указанными выходами. При этом выход системы коробов во вторую камеру размещен с наружной стороны лобовых частей обмотки статора.The exits from the radial channels of the stator core are organized directly into the second chamber from the outer side of the frontal parts of the stator winding, the exits from the channels of the main zone of the stator core are connected to the second chamber using gas collection ducts, for example, ducts installed on the outer surface of the stator above these outputs. In this case, the output of the duct system to the second chamber is located on the outside of the frontal parts of the stator winding.
Выход охладителей ротора соединен с входом в каналы ротора, выходы из каналов ротора через зазор между статором и ротором сообщаются со второй камерой.The output of the rotor coolers is connected to the entrance to the rotor channels, the exits from the rotor channels through the gap between the stator and the rotor communicate with the second chamber.
Вторая камера соединена непосредственно с входами охладителей ротора, а с входами охладителей статора она соединена через зону повышенного давления вентиляторов.The second chamber is connected directly to the inputs of the rotor coolers, and it is connected to the inputs of the stator coolers through the high pressure zone of the fans.
Новым в заявляемом устройстве является:New in the claimed device is:
- объединение выходной зоны охладителей статора с первой камерой, размещенной между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора; (признак 1)- combining the output zone of the stator coolers with the first chamber located between the coolers and the outer surface of the stator core; (sign 1)
- расположение на наружной поверхности статора в зоне первой камеры выходов каналов основной зоны сердечника статора и входов в радиальные каналы торцевых зон сердечника статора; (признак 2)- the location on the outer surface of the stator in the area of the first chamber of the outputs of the channels of the main zone of the stator core and the inputs to the radial channels of the end zones of the stator core; (symptom 2)
- размещение над выходами из каналов основной зоны сердечника статора газосборных воздуховодов, выполненных, например, в виде системы коробов, соединяющих эти выходы со второй камерой, образованной в зонах расположения лобовых частей обмотки статора; (признак 3)- placement of gas collecting ducts above the exits from the channels of the main zone of the stator core, made, for example, in the form of a duct system connecting these outputs to a second chamber formed in the areas of the frontal parts of the stator winding; (sign 3)
- размещение выхода газосборных воздуховодов во вторую камеру с внешней стороны лобовых частей обмотки статора вблизи от входов охладителей ротора; (признак 4)- placing the outlet of the gas collection ducts into the second chamber from the outside of the frontal parts of the stator winding close to the rotor cooler inlets; (sign 4)
- размещение выходов из радиальных каналов торцевой зоны сердечника во вторую камеру с внешней стороны лобовых частей обмотки статора; (признак 5)- placement of exits from the radial channels of the core end zone into the second chamber from the outside of the frontal parts of the stator winding; (sign 5)
- соединение выходов охладителей ротора с входами в каналы ротора; (признак 6)- connection of the outputs of the rotor coolers with the entrances to the rotor channels; (symptom 6)
- соединение выходов каналов ротора через зазор между статором и ротором посредством вентиляторов с входами охладителей статора (признак 7).- connecting the outputs of the rotor channels through the gap between the stator and the rotor by means of fans with the inputs of the stator coolers (feature 7).
Признак 2 из перечисленных выше известен из [3], но в [3] только часть каналов основной зоны сердечника статора имеет входы и выходы, расположенные в пространстве между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора, а в заявляемой электрической машине входы и выходы всех каналов основного сердечника статора размещены между охладителями и наружной поверхностью сердечника статора.Sign 2 of the above is known from [3], but in [3] only part of the channels of the main zone of the stator core has inputs and outputs located in the space between the coolers and the outer surface of the stator core, and in the inventive electric machine, the inputs and outputs of all channels of the main the stator core is placed between the coolers and the outer surface of the stator core.
Признаки (1), (3)-(7) из перечисленных выше не выявлены из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".Signs (1), (3) - (7) of the above are not identified from the existing level of technology, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability condition "inventive step".
Снижение вентиляционных потерь, а следовательно, повышение КПД электрической машины с газовым охлаждением в заявляемой группе изобретений достигается за счет того, что вентиляторы обеспечивают расходом газа только статорный контур вентиляции.Reducing ventilation losses, and therefore, increasing the efficiency of the gas-cooled electric machine in the claimed group of inventions is achieved due to the fact that the fans provide only a stator ventilation circuit with gas consumption.
В заявляемом устройстве в основной зоне сердечника статора выполнены вентиляционные каналы, равномерно распределенные по длине и окружности сердечника. Причем каждый канал начинается и заканчивается на наружной поверхности сердечника, не сообщаясь с зазором между статором и ротором, что позволяет исключить взаимную связь систем охлаждения статора и ротора. Это, в свою очередь, позволяет получить равномерное распределение температур обмотки и активной стали по длине и окружности сердечника статора. В каналы статора не поступает подогретый газ из зазора между статором и ротором, что повышает эффективность охлаждения обмотки и активной стали статора. Использование такой эффективной системы вентиляции статора дает возможность уменьшить высоту паза и наружный диаметр сердечника статора по сравнению с электрическими машинами аналогичной мощности, охлаждаемыми по традиционным схемам охлаждения. Следствием этого является снижение материалоемкости электрической машины, которое достигается за счет уменьшения расхода электротехнической стали, меди обмотки статора и высоковольтной изоляции.In the inventive device in the main zone of the stator core, ventilation channels are made uniformly distributed along the length and circumference of the core. Moreover, each channel begins and ends on the outer surface of the core, not communicating with the gap between the stator and the rotor, which eliminates the mutual connection of the cooling systems of the stator and rotor. This, in turn, makes it possible to obtain a uniform temperature distribution of the winding and active steel along the length and circumference of the stator core. Heated gas does not enter the stator channels from the gap between the stator and the rotor, which increases the cooling efficiency of the stator winding and active steel. The use of such an effective stator ventilation system makes it possible to reduce the groove height and the outer diameter of the stator core in comparison with electric machines of similar power cooled by traditional cooling schemes. The consequence of this is a decrease in the material consumption of the electric machine, which is achieved by reducing the consumption of electrical steel, copper stator winding and high voltage insulation.
В данном способе вентиляции охлаждение торцевой зоны (крайних пакетов и магнитных шунтов) сердечника статора организовано по одноструйной схеме, при которой движение газовых потоков по радиальным вентиляционным каналам между пакетами активной стали происходит от периферии сердечника статора к расточке и далее в зону расположения лобовых частей обмотки статора. Такой способ вентиляции дает возможность повысить эффективность охлаждения торцевых пакетов сердечника статора и обеспечить работу электрической машины в режимах с потреблением реактивной мощности.In this method of ventilation, the cooling of the end zone (extreme packages and magnetic shunts) of the stator core is organized according to a single-jet scheme, in which the movement of gas flows through the radial ventilation channels between the active steel packets occurs from the periphery of the stator core to the bore and then to the area of the frontal parts of the stator winding . This method of ventilation makes it possible to increase the cooling efficiency of the end packages of the stator core and to ensure the operation of the electric machine in modes with reactive power consumption.
В охлаждении лобовых частей обмотки статора и конструктивных элементов торцевой зоны статора участвует суммарный газовый поток, циркулирующий в электрической машине, при этом не требуется затрат мощности на дополнительные источники давления для охлаждения этих элементов.The cooling of the frontal parts of the stator winding and the structural elements of the stator end zone involves the total gas flow circulating in the electric machine, and it does not require power consumption for additional pressure sources for cooling these elements.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, где изображена электрическая машина, в которой использовано газовое охлаждение с замкнутым циклом вытяжной вентиляции.The proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows an electric machine in which gas cooling with a closed exhaust ventilation cycle is used.
Электрическая машина включает корпус 1, размещенные в нем статор 2 и ротор 3, установленный в статоре 2 с зазором, охладители статора 4 и охладители ротора 5, вентиляторы 6 и камеры, первая из которых 7 размещена между охладителями статора 4 и наружной поверхностью сердечника статора 2, а вторая камера 8 - в зонах расположения лобовых частей обмотки 9 статора 2.The electric machine includes a housing 1, a stator 2 and a rotor 3 installed therein, with a clearance in the stator 2, stator coolers 4 and rotor coolers 5, fans 6 and chambers, the first of which 7 is located between the stator coolers 4 and the outer surface of the stator core 2 and the second chamber 8 in the areas of the frontal parts of the winding 9 of the stator 2.
Статор 2 имеет в основной зоне сердечника вентиляционные каналы 10, входы и выходы которых выполнены на наружной поверхности сердечника статора 2, и в торцевых зонах сердечника радиальные вентиляционные каналы 11.The stator 2 has in the main zone of the core ventilation channels 10, the inputs and outputs of which are made on the outer surface of the core of the stator 2, and in the end zones of the core radial ventilation channels 11.
Ротор 3 имеет вентиляционные каналы 12 с входами и выходами на разных радиусах вращения бочки ротора 3.The rotor 3 has ventilation ducts 12 with inputs and outputs at different radii of rotation of the barrel of the rotor 3.
Выходы охладителей статора 4 объединены с камерой 7, в которой расположены и входы каналов 10 и 11.The outputs of the stator coolers 4 are combined with a chamber 7, in which the inputs of channels 10 and 11 are located.
Над выходами каналов 10 размещены газосборные воздуховоды 13, которые соединяют их с камерой 8, при этом выходы из газосборных воздуховодов 13 в камеру 8 выполнены с внешней стороны лобовых частей обмотки 9 статора 2. Выходы из каналов 11 соединены непосредственно с камерой 8 с внешней стороны лобовых частей обмотки 9 статора 2.Above the exits of the channels 10, gas collection ducts 13 are placed that connect them to the chamber 8, while the exits from the gas collection ducts 13 to the chamber 8 are made on the outside of the frontal parts of the stator winding 9. The outputs from the channels 11 are connected directly to the chamber 8 on the outside of the frontal parts of the winding 9 of the stator 2.
Камера 8 с внешней стороны лобовых частей обмотки 9 статора 2 соединена с входами охладителей ротора 5.The camera 8 from the outside of the frontal parts of the winding 9 of the stator 2 is connected to the inputs of the coolers of the rotor 5.
Выходы охладителей ротора 5 через пространство, расположенное между корпусом 1 и зоной повышенного давления 14 вентиляторов 6, соединены с входами в каналы ротора 12, выходы из каналов 12 через зазор между статором 2 и ротором 3 сообщаются с камерой 8 и выполнены с внутренней стороны лобовых частей обмотки 9 статора 2 вблизи вентиляторов 6, зоны повышенного давления 14 которых соединены с входами охладителей статора 4.The outputs of the rotor coolers 5 through the space located between the housing 1 and the pressure zone 14 of the fans 6 are connected to the entrances to the channels of the rotor 12, the exits from the channels 12 through the gap between the stator 2 and the rotor 3 communicate with the chamber 8 and are made on the inside of the frontal parts windings 9 of stator 2 near fans 6, high pressure zones 14 of which are connected to the inputs of stator coolers 4.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.
Первый поток охлаждающего газа из охладителей статора 4 направляют в каналы 10, из которых при помощи газосборных воздуховодов 13 подогретый в каналах 10 газ подают в камеру 8.The first flow of cooling gas from the coolers of the stator 4 is sent to the channels 10, of which, using gas collection ducts 13, the gas heated in the channels 10 is supplied to the chamber 8.
Второй поток охлаждающего газа из охладителей статора 4 направляют в каналы 11, а подогретый в каналах 11 газ подают в камеру 8. Часть первого и второго подогретых газовых потоков из камеры 8 направляют на охладители ротора 5, а другую его часть - на вентиляторы 6.The second stream of cooling gas from the stator coolers 4 is sent to the channels 11, and the gas heated in the channels 11 is supplied to the chamber 8. A part of the first and second heated gas streams from the chamber 8 is directed to the rotor coolers 5, and the other part to the fans 6.
Третий поток охлаждающего газа из охладителей ротора 5 подают в каналы 12, из каналов 12 через зазор между статором 2 и ротором 3 подогретый газ направляют с внутренней стороны лобовых частей обмотки 9 статора 2 в камеру 8, далее на вентиляторы 6 и через их зоны повышенного давления 14 - на входы охладителей статора 4.The third flow of cooling gas from the coolers of the rotor 5 is fed into the channels 12, from the channels 12 through the gap between the stator 2 and the rotor 3, the heated gas is sent from the inside of the frontal parts of the winding 9 of the stator 2 to the chamber 8, then to the fans 6 and through their high pressure zones 14 - to the inputs of the stator coolers 4.
Указанное техническое решение осуществляется промышленным способом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой группы изобретений условию патентоспособности «промышленная применимость».The specified technical solution is carried out industrially, which allows us to conclude that the claimed group of inventions meets the patentability condition “industrial applicability”.
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ № 2047257.1. RF patent No. 2047257.
2. Патент ЕР № 1122865 A1.2. EP patent No. 1122865 A1.
3. R. Joho, J. Baumgartner, T. Hinkel, C.E. Stephan, M. Jung Cigre - 2000. Type-tested air-cooled turbo-generator in the 500 MVA range (Switzerland).3. R. Joho, J. Baumgartner, T. Hinkel, C.E. Stephan, M. Jung Cigre - 2000. Type-tested air-cooled turbo-generator in the 500 MVA range (Switzerland).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113260/09A RU2258295C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Electrical machine gas cooling method and electrical machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003113260/09A RU2258295C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Electrical machine gas cooling method and electrical machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003113260A RU2003113260A (en) | 2004-11-27 |
| RU2258295C2 true RU2258295C2 (en) | 2005-08-10 |
Family
ID=35845284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003113260/09A RU2258295C2 (en) | 2003-05-05 | 2003-05-05 | Electrical machine gas cooling method and electrical machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2258295C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8648505B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical machine with multiple cooling flows and cooling method |
| US8686607B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical motor having radially offset cooling stream and cooling method |
| RU2523444C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-20 | Открытое Акционерное Общество "Силовые Машины - Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Оао "Силовые Машины") | Axial fan unit of electric machine |
| RU2524160C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины") | Method for gas cooling of electrical machine, and electrical machine |
| RU2559293C2 (en) * | 2012-12-21 | 2015-08-10 | Др. Инж. х.к. Ф. Порше Акциенгезелльшафт | Electrical machine and vehicle with such electrical machine |
-
2003
- 2003-05-05 RU RU2003113260/09A patent/RU2258295C2/en active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8648505B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical machine with multiple cooling flows and cooling method |
| RU2510560C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-03-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Electrical machine with multiple cooling flows and cooling method |
| US8686607B2 (en) | 2008-12-23 | 2014-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical motor having radially offset cooling stream and cooling method |
| RU2516234C2 (en) * | 2008-12-23 | 2014-05-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Electric machine with axial off-centre coolant flow and respective method |
| RU2559293C2 (en) * | 2012-12-21 | 2015-08-10 | Др. Инж. х.к. Ф. Порше Акциенгезелльшафт | Electrical machine and vehicle with such electrical machine |
| US9831745B2 (en) | 2012-12-21 | 2017-11-28 | Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft | Electric machine |
| RU2523444C1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-20 | Открытое Акционерное Общество "Силовые Машины - Зтл, Лмз, Электросила, Энергомашэкспорт" (Оао "Силовые Машины") | Axial fan unit of electric machine |
| RU2524160C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины") | Method for gas cooling of electrical machine, and electrical machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6097116A (en) | Turbo-generator | |
| US5883448A (en) | Gas-cooled electric machine | |
| CN109698574B (en) | Electric machine | |
| US6304011B1 (en) | Rotary electrical machines | |
| RU2298276C2 (en) | Superconducting synchronous machine with narrowing air gap between rotor and stator, method for its cooling and method for forming of gap | |
| US5652469A (en) | Reverse flow ventilation system with stator core center discharge duct and/or end region cooling system | |
| US6943469B2 (en) | Supplemented zonal ventilation system for electric generator | |
| JP2649931B2 (en) | Electric machine | |
| US20110278969A1 (en) | Electrical machine with multiple cooling flows and cooling method | |
| US7071586B2 (en) | Dynamo-electric machine | |
| JPH09119320A (en) | Integral type power converter cooling system using turbine intake | |
| RU2258295C2 (en) | Electrical machine gas cooling method and electrical machine | |
| RU2350006C1 (en) | Electrical machine stator | |
| RU2410818C1 (en) | Electric machine with system of air cooling | |
| US4163163A (en) | Non-salient pole synchronous electric generator | |
| US11349373B2 (en) | Radial counter flow jet cooling system | |
| RU2309512C1 (en) | Method for cooling an electric machine and an electric machine | |
| RU2438224C1 (en) | Electrical machine ventilation system | |
| RU2358371C1 (en) | Method of air cooling sectioned inverter-fed induction motor and sectioned inverter-fed induction motor equipped with air cooling system | |
| JP2006074866A (en) | Dynamo-electric machine | |
| RU2267214C2 (en) | Method for gas cooling of electric machine and electric machine with gas cooling | |
| RU2282927C1 (en) | Method for gas cooling of electric machine and an electric machine | |
| US20240113585A1 (en) | Cooling channels in a high-density motor | |
| RU2003113260A (en) | METHOD OF GAS COOLING OF ELECTRIC MACHINE AND ELECTRIC MACHINE | |
| US20240113596A1 (en) | Header guiding fluid flow to and from cooling channels in a high density motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Notice of change of address of a patent owner |