RU2558686C2

RU2558686C2 - Ротор для электрической машины и способ его доводки

Info

Publication number: RU2558686C2
Application number: RU2013125023/07A
Authority: RU
Inventors: Александер ШВЕРИ; Стефан БАУМАЙСТЕР
Original assignee: АЛЬСТОМ Риньюэбл Текнолоджиз
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2015-08-10
Also published as: CN103475128A; JP5815600B2; US20130328422A1; US9473000B2; EP2672613B1; EP3694084A1; CA2816108A1; CA2816108C; EP2672613A1; JP2013255417A; RU2013125023A; CN103475128B

Abstract

Изобретение относится к электрическим машинам. Ротор (4) для электрической машины (1) содержит вал (6), крестовину на валу (6), многослойный барабан (8) на крестовине. Крестовина имеет множество расположенных на расстоянии элементов, определяющих между собой воздуховоды. Многослойный барабан (8) имеет множество охлаждающих каналов (17), соединенных с воздуховодами. Ротор (4) имеет также дроссельный элемент (25), связанный с, по меньшей мере, одним воздуховодом и/или охлаждающим каналом (17). Техническим результатом является предотвращение циркуляции любого объемного расхода воздуха сверх объемного расхода воздуха, требуемого для охлаждения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее раскрытие относится к ротору для электрической машины и способу его доводки.

Электрической машиной может быть вращающаяся электрическая машина, такая как синхронный генератор или асинхронный генератор (предпочтительно соединенный с гидротурбиной), или синхронный или асинхронный электродвигатель, или также электрические машины других типов. Дополнительно электрическая машина может иметь ротор с явно выраженными полюсами либо без.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электрические машины, такие как гидрогенераторы, имеют ротор, соединенный с гидротурбиной, и статор. Часто ротор и статор собраны с вертикальной осью.

Ротор содержит вал, крестовину на валу и многослойный барабан на крестовине.

Крестовина определяет множество осевых воздуховодов, а многослойный барабан имеет множество радиальных охлаждающих каналов, соединенных с воздуховодами, так что газ (такой как воздух) во время работы циркулирует по воздуховодам и охлаждающим каналам для охлаждения ротора и статора.

Циркуляция воздуха вызывает потери, которые необходимо свести к минимуму.

В частности, потери зависят от общего объемного расхода воздуха, циркулирующего через машину, и распределения объемного расхода воздуха в машине.

Для сокращения потерь при циркуляции электрические машины традиционно проектируют таким образом, чтобы оптимизировать циркуляцию объема воздуха, тем не менее при проектировании характеристик охлаждения таких электрических машин существуют некоторые факторы неопределенности, которые нельзя просчитать заранее.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект этого раскрытия включает в себя обеспечение ротора для электрической машины и указание способа доводки ротора, благодаря которому можно сократить потери при циркуляции.

Эти и другие аспекты достигаются путем обеспечения ротора и способа в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Преимущественно, ротор и способ обеспечивают также оптимизацию температур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные признаки и преимущества станут более очевидны из описания предпочтительного, но не исключительного, варианта осуществления ротора и способа, проиллюстрированного при помощи не ограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:

фиг. 1 изображает схематичный вид электрической машины в первом варианте осуществления;

на фиг. 2 и 3 показаны детали электрической машины по фиг. 1;

фиг. 4 - схематичный вид электрической машины во втором варианте осуществления;

фиг. 5-8 изображают детали электрической машины по фиг. 1; и

фиг. 9 изображает еще один вариант осуществления электрической машины.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На чертежах показана такая электрическая машина 1, как гидрогенератор.

Электрическая машина 1 имеет статор 2 с расточкой 3 статора и ротор 4, размещенный в расточке 3 статора.

Статор 2 и ротор 4 размещены в корпусе, который содержит газ, такой как воздух (но возможны также и другие газы). Содержащийся в корпусе газ циркулирует через электрическую машину 1 для ее охлаждения.

Ротор 4 включает в себя вал 6, который служит опорой для крестовины 7. Крестовина 7 служит опорой для многослойного барабана 8, который включает в себя механическую часть 9 и электрическую часть 10 с пазами, вмещающими проводящие пруты 11.

Крестовина 7 имеет множество расположенных на расстоянии элементов 13, например радиальных пластин, которые определяют между друг другом воздуховоды 14.

Предпочтительно, воздуховоды 14 простираются параллельно продольной оси 15 ротора.

Многослойный барабан 8 имеет охлаждающие каналы 17, которые предпочтительно простираются радиально и перпендикулярно оси 15 ротора 15.

Охлаждающие каналы 17 соединены с воздуховодами 14.

Статор 2 имеет многослойный сердечник 19 и охлаждающие каналы 20. Многослойный сердечник соединен с опорой 21 и охладителем 22.

Ротор содержит дроссельные элементы 25, которые связаны с одним или несколькими воздуховодами 14 и/или одним или несколькими охлаждающими каналами 17.

Дроссельные элементы 25 обеспечивают регулировку общего объемного расхода воздуха, циркулирующего через электрическую машину 1, и распределение объемного расхода воздуха в машине, так что потери при циркуляции можно оптимизировать.

Например, объемный расход воздуха можно отрегулировать так, чтобы объемный расход воздуха, циркулирующего через машину (например, роторе и статоре), являлся объемным расходом воздуха, требуемым для охлаждения; другими словами через электрическую машину 1 предотвращается циркуляция любого объемного расхода воздуха сверх объемного расхода воздуха, требуемого для охлаждения.

Дроссельные элементы 25 могут обеспечиваться в воздуховодах 14.

В этом случае дроссельные элементы предпочтительно устанавливают границы первой зоны 27 воздуховода 14, соединенной с первой группой 28 охлаждающих каналов 17, и второй зоны 29 воздуховода 14, соединенной со второй группой 30 охлаждающих каналов 17.

Например, дроссельные элементы 25 могут определяться пластинами, обеспеченными в воздуховоде 14, причем пластина определяет проход 31 для газа, проходящего через воздуховод 14.

Проход 31 предпочтительно определяется отверстием в пластине.

Как вариант или дополнение, дроссельным элементом в этом варианте осуществления может быть также любой элемент, посредством которого можно дросселировать объемный расход воздуха, например, дроссельные клапаны с электрическим, гидравлическим или пневматическим управлением.

Как вариант или дополнение к дроссельным элементам, которые частично закрывают воздуховод 14, дроссельные элементы можно также обеспечивать у охлаждающих каналов 17.

В этом случае дроссельные элементы 25 предпочтительно размещены в воздуховодах 14 и соединены с концами по меньшей мере некоторых из охлаждающих каналов 17.

К примеру, дроссельные элементы 25 включают в себя одну или несколько стенок 35 подвижных относительно многослойного барабана 8. Каждая стенка 35 может быть удлиненной пластиной, которая размещена в воздуховоде 14 и может скользить по многослойному барабану 8.

Каждая стенка 35 имеет щели 36 и соединена с системой приведения в действия, которая схематично представлена под номером 37.

Система 37 приведения в действия может регулировать положение стенки 35, так чтобы щели 36 выравнивались с охлаждающими каналами 17 или частично или полностью закрывали их.

Как вариант или дополнение, дроссельным элементом в этом варианте осуществления может быть также любой элемент, посредством которого можно дросселировать объемный расход воздуха, например, дроссельные клапаны с электрическим, гидравлическим или пневматическим управлением, связанный с каждым охлаждающим каналом 17.

Охлаждающие каналы 17 могут также иметь конец, соединенный с воздуховодами 14, который расширяется и предпочтительно снабжен дроссельным элементом 25 у его большего диаметра.

В этом варианте осуществления управление дроссельными элементами 25 обеспечивает регулировку потери давления на входе в охлаждающие каналы 17, так что, например, при полностью открытых дроссельных элементах 25 через охлаждающие каналы достигается больший расход, чем при частично открытых дроссельных элементах 25 или даже без какой либо системы регулировки воздуха.

Также и в этом случае дроссельными элементами 25 могут быть, к примеру, дроссельные клапаны с электрическим, или пневматическим, или гидравлическим приводом. Как бы то ни было возможны дроссельные элементы других типов.

Работа электрической машины очевидна из описанного и проиллюстрированного, и выглядит по существу следующим образом.

Во время работы охлаждающий газ, такой как воздух, входит в воздуховоды 14, проходит через воздуховоды 14 и входит в охлаждающие каналы 17 для охлаждения проводящих прутов 11 и многослойного барабана 8. Затем охлаждающий газ проходит в охлаждающие каналы 20 статора 2 также для охлаждения прутов статора и многослойного сердечника 19 статора.

Таким образом охлаждающий газ поступает в охладитель 22 для охлаждения.

Стрелка F указывает циркуляцию воздуха.

Во время циркуляции дроссельные элементы 25 ограничивают объемный расход воздуха через машину, так что фактически циркулирует только объем воздуха, требуемый для охлаждения. Это ограничивает потери при циркуляции.

Настоящее раскрытие относится также к способу модернизации ротора для электрической машины.

Способ включает в себя обеспечение по меньшей мере дроссельного элемента 25, связанного с по меньшей мере одним воздуховодом 14 и/или охлаждающим каналом 17.

Например, ротор 4 эксплуатируется до того, как обеспечены дроссельные элементы 25. Пока ротор работает (до того, как обеспечены дроссельные элементы 25), обнаруживаются потери при циркуляции воздуха и/или тепловые потери.

Таким образом, дроссельные элементы 25 обеспечиваются исходя из обнаруживаемых потерь при циркуляции воздуха и/или тепловых потерь (например, чтобы сводить к минимуму потери при циркуляции и/или оптимизировать температуры).

Естественно, описанные признаки могут быть обеспечены независимо друг от друга.

На практике используемые материалы и размеры можно выбирать произвольно в соответствии с требованиями и состоянием уровня техники.

ССЫЛОЧНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ПОЗИЦИИ

1 электрическая машина

2 статор

3 расточка статора

4 ротор

6 вал

7 крестовина

8 многослойный барабан

9 механическая часть

10 электрическая часть

11 проводящие пруты

13 элементы

14 воздуховоды

15 ось ротора

17 охлаждающие каналы

19 многослойный сердечник

20 охлаждающие каналы

22 охладитель

25 дроссельные элементы

27 первая зона

28 первая группа

29 вторая зона

30 вторая группа

31 проход

35 стенка

36 щель

37 система приведения в действие

F охлаждающий газ

Claims

1. Ротор (4) для электрической машины (1), содержащий вал (6), крестовину (7) на валу (6), многослойный барабан (8) на крестовине(7), причем крестовина (7) имеет множество расположенных на расстоянии радиальных пластин (13), между которыми сформированы воздуховоды (14), причем многослойный барабан (8) имеет множество охлаждающих каналов (17), соединенных с воздуховодами (14), причем ротор содержит, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25), связанный с, по меньшей мере, одним воздуховодом (14) и/или охлаждающим каналом (17) и содержащий:
по меньшей мере, одну стенку (35), подвижную относительно многослойного барабана (8),
щели (36) на, по меньшей мере, одной стенке (35),
систему (37) приведения в действие, по меньшей мере, одной стенки (35), обеспечивающую регулировку положения стенки (35), так, чтобы щели (36) выравнивались с охлаждающими каналами 17 или частично или полностью закрывали их.

2. Ротор (4) по п. 1, в котором в, по меньшем мере, одном воздуховоде (14) предусмотрен, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25).

3. Ротор (4) по п. 2, в котором, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25) определяет:
первую зону (27) воздуховода (14), соединенную с первой группой (28) охлаждающих каналов (17), и вторую зону (29) воздуховода (14), соединенную со второй группой (30) охлаждающих каналов (17).

4. Ротор (4) по п. 2, в котором, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25) является пластиной, предусмотренной в воздуховоде (14), при этом пластина определяет проход (31) для газа, проходящего через воздуховод (14).

5. Ротор (4) по п. 4, в котором проход (31) определяется отверстием в пластине.

6. Ротор (4) по п. 1, в котором, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25) предусмотрен у, по меньшей мере, одного охлаждающего канала (17).

7. Ротор (4) по п. 6, в котором, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор (25) размещен в, по меньшей мере, одном воздуховоде (14) и соединен с концом, по меньшей мере, одного охлаждающего канала (17).

8. Ротор (4) по п. 1, в котором, по меньшей мере, один дросселирующий регулятор включает в себя дросселирующий клапан.

9. Ротор (4) по п. 8, в котором дросселирующий клапан является дросселирующим клапаном с электрическим, гидравлическим или пневматическим управлением.

10. Способ доводки ротора (4) для электрической машины (1), причем ротор содержит вал (6), крестовину (7) на валу (6), многослойный барабан (8) на крестовине(7),
причем крестовину (7) выполняют с множеством расположенных на расстоянии радиальных пластин (13), между которыми формируют воздуховоды (14),
причем многослойный барабан (8) выполняют с множеством охлаждающих каналов (17), соединенных с воздуховодами (14), при этом устанавливают, по меньшей мере, один дроссельный регулятор (25), связанный с, по меньшей мере, одним воздуховодом (14) и/или охлаждающим каналом (17), при этом выполняют, по меньшей мере, одну стенку (35) дроссельного регулятора (25) подвижной относительно многослойного барабана (8),
формируют щели (36) на, по меньшей мере, одной стенке (35), устанавливают на дроссельном регуляторе (25) систему (37) приведения в действие, по меньшей мере, одной стенки (35),
регулируют положение стенки (35), так, чтобы щели (36) выравнивались с охлаждающими каналами (17) или частично или полностью закрывали их.

11. Способ по п. 10, содержащий этапы, на которых:
эксплуатируют ротор (4) до установки дросселирующего регулятора (25), и
регистрируют потери при циркуляции воздуха и/или тепловые потери в процессе эксплуатации ротора (4),
устанавливают дросселирующий регулятор (25) исходя из обнаруживаемых потерь при циркуляции воздуха и/или тепловых потерь.