SE457183B - Synkronmaskin - Google Patents

Description

15 20 25 457 183 2 En dylik maskin är känd t ex genom svenska patentskriften 305 029.

Vid kända maskiner av ovan preciserad typ ger centrifugalkrafterna en så stor tryckökning i riktning radiellt utåt hos den genom ovannämnda inlopps- öppningar inströmmande kylgasen, att strypning vanligtvis måste införas i kylgaskretsen, om kylgasflödet inte skall bli onödigt stort, vilket skulle medföra onödigt stora ventilationsförluster hos maskinen. Strypningen åstad- kommes vanligtvis genom att man är restriktiv vid dimensionering av inlopps- och/eller utloppsöppningarna hos ovannämnda inloppskammare. Den uppgift som avses löst genom uppfinningen är att inuti maskinen upprätta en anordning med vars hjälp önskad begränsning av kylgasflödet kan åstadkommas på sådant sätt, att turbulens och andra värmealstrande fenomen hos den cirkulerande kylgasen i så stor grad som möjligt undvikes, samt att vid upprättandet av en dylik anordning nyttiggöra komponenter som redan ingår i den konventio- nella konstruktionen.

Enligt uppfinningen uppnås erforderlig begränsning av kylgasflödet genom att detta - innan det tillförs ovannämnda inloppskammare ges en väsentlig tangen- tiell hastighetskomponent genom att avböjas med hjälp av ett flertal led- skenor, vilka är anordnade tangentiellt efter varandra i ett tänkt, ringfor- migt,med rotorn koaxiellt parti hos ovannämnda kylgasutrymme.

Ledskenorna utgör - tillsammans med avskärmande anordningar som tvingar kyl- gasflödet att strömma längs ledskenorna utan att i nämnvärd grad avvika åt sidorna - en begränsningsanordning för det genom maskinen strömmande kylgas- flödet. Ovannämnda avböjning sker utan nämnvärd reduktion av_kylgasflödets energinnehåll. Genom att passera ledskovlarna sättes kylgasflödet i rota- tion om maskinens rotationsaxel i rotorns rotationsriktning. Motsvarande, i kylgasflödet inneboende rotationsenergi övergår inte i nämnvärd grad till värme under kylgasens transport till rotorns kylkanaler, utan bibehålles som rotationsenergi hos den genom rotorns inloppskammare och rotorns kyl- kanaler strömmande kylgasen. Till skillnad från det som är fallet hos ovan- 10 20 25 30 35 457 183 nämnda konventionella maskiner behövs det ingen - eller relativt liten - effekt för att ge den genom ovannämnda inloppsöppningar inströmmande kyl- gasen samma rotationshastighet som rotorn.

Enligt en vidare utveckling av uppfinningen är ledskenorna anordnade att kunna vridas om var sin vridningsaxel. Samtliga vridningsaxlar ligger i en rotationsyta som kan tänkas framkomma genom cirkulär rotation av en av dem om maskinens rotationsaxel, och vridbarheten innebär att ovannämnda avböj- ning och därmed kylgasflödets storlek kan injusteras. Lämpligen är ledske- norna anordnade att kunna vridas medelst en eller flera servomotorer anslutna till en är-värdesgivare och en bör-värdesgivare på sådant sätt, att maskinens temperatur hålles konstant vid varierande belastning på maskinen och vid varierande temperatur på det kylvatten som tillförs värmeväxlarens primär- sida. Ovannâmnda konstanta temperatur väljes därvid ungefär lika med den temperatur som maximalt kan tillåtas vid kontinuerlig drift utan att någon nämnvärd reduktion av maskinens livslängd behöver inträffa.

Vad som kännetecknar uppfinningen framgår av nedanstående patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas under hänvisning till bifogade schematiska ritningar. Figurerna 1 och 2 visaren första utföringsform av en maskin enligt uppfinningen, varvid fig 1 visar ett axialsnitt genom halva maskinen längs I-I på fig 2, som visar en fjärdedel av samma maskin i radial- snitt längs II-II på fig 1. Figurerna 3 och H visar en andra utföringsform av en maskin enligt uppfinningen, varvid fig 3 visar ett axialsnitt genom halva maskinen längs III-III på fig U, som visar en fjärdedel av samma maskin i radialsnitt längs IV-IV på fig 3. Fig 5 visar i förstorad skala en perspek- tivskiss av en på fig 1 visad detalj. Fig 6 visar i axialsnitt en tredje ut- föringsform av uppfinningen.

På figurerna 1 och 2 betecknar 1 statorn, 2 rotorn och 3 rotoraxeln hos en synkrongenerator med vertikal rotationsaxel H. Statorkärnan 5 är fästad vid ett denna omslutande statorstativ 6 som är lagrat på en horisontell begräns- ningsyta 7 hos en i betong utförd generatorgrop. Generatorgropen begränsas i radiell led av en betongvägg 8, vars inre begränsningsyta 8' i huvudsak utgörs av en med rotorn och statorn koaxiell cylinderyta. Rotorn 2 har en i magnetiskt material utförd, hålcylindrisk rotorring 9 som uppbär ett fler- tal utpräglade poler 10, vilka är försedda med var sin rotorspole 11. Rotor- ringen 9 är anordnad i mekanisk förbindelse med ett på axeln 3 fästat rotor- nav 12 med hjälp av ett flertal, företrädesvis i var sitt axialplan och med konstant inbördes vinkelavstånd anordnade armplattor 13. En övre ändplatta 10 15 20 25 30 35 40 U 457 1U och en nedre ändplatta 15 är anordnad transversellt till rotationsaxeln U - företrädesvis i var sitt radialplan - och fastsvetsade vid överkanten respektive underkanten hos samtliga armplattor, varvid momentöverföringen mellan rotornavet 12 och rotorringen 9 till största delen sker med hjälp av den nedre ändplattan 15. Konstruktionselementen 9, 12, 1Ä, 15 avgränsar tillsammans ett flertal ringsektorformiga utrymmen 16, vilka tjänar som inloppskammare för en kylgas, t ex luft. Varje inloppskammare 16 har en i den övre ändplattan 1U utformad cirkulär inloppsöppning 17 samt en i den nedre ändplattan 15 utformad, i närheten av rotorringen utformad utlopps- öppning 18 för kylgas, och en på samma sätt utformad och anordnad utlopps- öppning 19 i den övre ändplattan lü. Var och en av ändplattorna 1ü och 15 kan vara hopsatt av ett flertal separat tillverkade element. Rotorringen 9 har ett flertal radiellt löpande kanaler 20 för kylgas. Vid normal maskin- drift medför centrifugalkrafter att kylgas via inloppsöpphingarna 17 sugs in i inloppskamrarna 16 från vilka kylgasen strömmar direkt genom ett fler- tal vid rotorns mittparti befintliga radiella rotorringskanaler, medan ett flertal vid den övre rotoränden befintliga radiella rotorringskanaler är anordnade att tillföras kylgas via utloppsöppningarna 19, och ett flertal vid den nedre rotoränden befintliga radiella rotorringskanaler är anordnade att tillföras kylgas via utloppsöppningarna 18. Utloppsöppningarna 19 mynnar ut i en ringformig övre fördelningskammare 21', som är avgränsad mellan rotorringen och en stillastående, ringformig dubbelkrökt skärm 21. Skärmen 21 har två cirkulära kanter av vilka den ena är tätande fästad vid den övre ändytan hos statorkärnan 5, medan den andra är försedd med en stillastående, borstliknande tätningsring UH som ligger an mot ett ringformigt tätnings- parti hos ändplattan 1U. Utloppsöppningarna 18 mynnar ut 1 en nedre fördel- ningskammare 22' som är avgränsad med hjälp av en ringformig, konisk skärm 22, vars nedre kant är fixerad i tätande mekanisk förbindelse med rotor- ringens nedre ändparti, medan den övre kanten är fixerad vid den nedre änd- plattan 15 i tätande förbindelse med denna.

Statorn 1 och rotorn 2 är inneslutna i ett gasutrymme 23 i vilket kylgas cirkulerar. Gasutrymmet 23 avgränsas bl a med hjälp av en del av ändplat- tans 1U översida, en del av axeln 3, en stillastående, mot axeln tätande och koaxiellt med denna anordnad cylindrisk skärmanordning ZU, som ligger tätande an mot den inre periferin hos en ringformig täckplatta 25 för generatorgropen, betongytorna 8' och 7, en ringformig, koaxiellt till statorkärnan mellan statorstativets 6 nedre ände och betongytan 7 fästad, pneumatiskt tätande anordning 42 och med hjälp av ändpartier och radiellt utåt vettande ytpartier hos statorstativets 6 yttre begränsningsyta. En stillastående och med L-formigt tvärsnitt utformad skärmring 26 avgränsar 20 25 30 35 457 183 tillsammans med anordningen H2 ett ringformigt uppsamlingsutrymme U3 för samtliga vertikalt nedåt genom polluckorna strömmande kylgasflöden.

Statorstatívet 6 avgränsar radiellt utanför statorkärnans yttre cylinderyta och koaxiellt med denna en ringkammare 27 av ungefär samma axiella dimension som statorkärnan. Statorn 1 har ett flertal radiellt genom statorkärnan 5 förlöpande kylkanaler 28, vilka utmynnar i ringkammaren 27, som är anordnad i pneumatisk förbindelse med ingångsöppningarna hos ett flertal på ritningen ej visade kylarkanaler hos minst en kylare 29. Kylarkanalerna utmynnar i gas- utrymmet 23 - företrädesvis radiellt utanför statorstativet 6. Företrädesvis används ett flertal kylare 29, vilka kan vara fixerade vid statorstativet som visat på fig 1 och 2 - eller alternativt - anordnade utanför utrymmet 23.

Varje kylare 29 är utförd som en värmeväxlare, varvid ovannämnda kylarkanaler ingår i sekundärkretsen under det att primärkretsen genomströmmas av ett värmeupptagande medium, t ex vatten.

Den i maskinen cirkulerande kylgasens strömningsvägar är på fig 1 antydda medelst streckade pilar. Det framgår att en del av det genom öppningarna paserande kylgasflödet strömmar mellan skärmen 21 och rotorringens övre änd- yta för att därefter, i likhet med den genom rotorkanalerna 20 strömmande kylgasen, tillföras rotorns polluckor. En del av den till polluckorna till- förda kylgasen lämnar dessa via polluckornas nedåt vettande, i uppsamlings- utrymmet H3 utmynnande öppningar för att sedan tillföras ringkammaren 27 via ett flertal i rotorstativets nedre ändyta upptagna inloppsöppningar 30.

Den resterande delen av kylgasflödet strömmar från polluckorna in i de radiella kanalerna 28 i statorkärnan 5 och därifrån in i ringkammaren 21, varifrån det totala kylgasflödet strömmar genom kylarens 29 sekundärkrets och ut i en radiellt utanför statorstativet 6 liggande del av gasutrymmet 23. Därifrån strömmar den avkylda kylgasen radiellt inåt på väg mot inlopps- öppningarna 1H hos rotorn, varvid hela kylgasflödet passerar genom en ovan- för stator och rotor befintlig del av gasutrymmet 23. En plan, ringformig, företrädesvis i ett radialplan liggande, cirkulär ledskärm 31 är styvt mekaniskt förbunden med de nedre kanterna hos ett flertal radiellt för- löpande radialbalkar 32, vilka vid sina överkanter är styvt mekaniskt för- bundna vid den ringformiga täckplattan 25. Ledskärmen 31 är vid sin radi- ellt inre kant anordnad i tätande mekanisk förbindelse med skärmanordningen ZU. Ledskärmens 31 yttre diameter är ungefär lika med rotorringens 9 medel- diameter. Hela kylgasflödet passerar på sin väg mot inloppsöppningarna 17 10 15 20 30 35 457 183 genom ett mellanrum mellan ledskärmen 31 och ett plant, i huvudsak i ett radialplan liggande parti hos den dubbelkrökta skärmen 21. I detta mellanrum är en cirkulär ledskenering 33 och ett flertal av denna uppburna ledskenor 3H anordnade med jämn, i huvudsak tangentiell fördelning längs ledskeneringens hela omkrets och med vridbarhet om var sin i huvudsak axiellt riktad vrid- ningsaxel 35. Ledskeneringen 33, som är koaxiellt anordnad i förhållande till rotorringen, ligger an mot och är fixerad vid ovannämnda plana parti hos skärmen 21. Varje ledskena 34 har en inloppskant M9 och en med denna i huvudsak parallell avloppskant 50, samt två transversellt till dessa kanter förlöpande sidokanter 51 och 52. Det genomsnittliga spelet mellan sidokanten 51 och skärmringen 31 är i likhet med det genomsnittliga spelet mellan sido- kanten 52 och ledskeneringen 33 valt så litet som möjligt - endast så stort att ledskenan utan nämnvärt hinder skall kunna vridas om vridningsaxeln 35.

Vart och ett av de båda spelen utgör högst 15 %, företrädesvis högst 5 % av det maximala avståndet A mellan de båda sidokanterna. Varje ledskena 3H har en övre vridningstapp 36 och en nedre vridningstapp 37, vilka är ko- axiella med vridningsaxeln 35, varvid förstnämnda vridningstapp är lagrad i en motsvarande fördjupning 38 i ledskeneringen 33, medan den senare är lagrad i en av radialbalkarna 32 och/eller i ledskärmen 31. Varje ledskena 3U är försedd med en vid denna fixerad radiellt riktad manöverarm 39. Den fria änden hos armen 39 är utformad med en vertikal tapp som är vridbart lagrad i ett motsvarande hål H0 hos en manöverring H1. Manöverringen H1 är koaxiellt anordnad i förhållande till rotorn och med vridbarhet om rota- tionsaxeln U.

Varje ledskena utgörs av en kropp som 1 horisontell riktning huvudsakligen är begränsad av två enkelkrökta, 1 huvudsak inbördes parallella ytor, som är vinkelrätt orienterade 1 förhållande till ett radialplan hos maskinen och krökta på sådant sätt att det totala kylgasflödet - som i ovannämnda mellanrum är praktiskt taget rent radiellt riktat - genom att passera led- skenorna och utan nämnvärd reduktion av inneboende energi blir avböjt i tangentiell riktning med en riktningsändring på minst 10°, företrädesvis mera än 200, och på sådant sätt att den tangentiella hastíghetskomponenten får samma riktning som rotorn. Luftens totala hastighet ökas vid dess passage genom ledskenorna och efter ledskenorna. Energin till denna hastighetsökning tas från det statiska trycket. Luftens statiska tryck blir därigenom lägre_ då luften når rotorn än utan ledskenor. En strypning av luften har åstadkom- mits med sänkt luftflöde som följd. Den effekt, som fordras för att ge de till rotorn tillförda kylgasmängderna samma rotatíonshastighet som rotorn, minskas, eftersom luften redan innan den når rotorn har en viss rotations- 20 25 30 35 457 183 hastighet. Generatorns verkningsgrad ökas dels på grund av denna effektminsk- ning, dels på grund av att mindre mängd luft skall fås att rotera genom maski- nen .

Alternativt kan även den nedre ändplattan 15 förses med inloppsöppningar, varvid dessa utformas och anordnas på samma sätt som de i den övre ändplat- tan utformade ínloppsöppningarna 17, medan maskinens nedre del förses med ledskenor och en dubbelkrökt skärm som beträffande utformning och placering är i huvudsak spegelsymmetriska om linjen II-II med motsvarande på fig 1 visade komponenter 3ü och 21, medan skärmens 26 vertikala del har avlägs- nats. Därvid får kylgasens strömningsvägar i den nedanför II-II liggande maskinhalvan ett förlopp som kan avbildas med ett pilmönster som är spegel- symmetriskt om linjen II-II i förhållande till motsvarande på fig 1 ovanför linjen II-II visade pilmönster.

Den på figurerna 3 och U visade maskinen avviker i funktionellt avseende från den på figurerna 1 och 2 visade bara genom att man í stället för den dubbelkrökta skärmen 21 har använt en ringformig skärm 60, och genom att man vid den nedre maskinänden har använt en ringformig, med L-formigt tvär- snitt utformad skärm UH 1 stället för skärmarna 22 och 26. Skärmarna 60 och 61 är vid sin yttre periferí anordnade 1 gastät mekanisk förbindelse med statorstommen. Varje ledskena 53 är vridbar om en motsvarande vrid- ningsaxel 54. Dessutom har den på figurerna 3 och H visade maskinen - i stället för de på fig 1 visade cirkulära inloppsöppningarna 17 - ett lika stort antal ringsektorformiga inloppsöppningar 117. Dessa har åstadkommits genom att det i stället för den på fig 1 visade ringformiga ändplattan 1M har använts två koaxiellt och med inbördes radiellt avstånd anordnade ringar 1HU' och 1UH". De övriga konstruktionselementen på fig Å och/eller U är för- sedda med ett hänvisningstal som vart och ett överstiger hänvisningstalet för motsvarande konstruktionselement på fig 1 och/eller fig 2 med ett- hundra.

Kylgasens cirkulationsvägar är antydda med streckade pilar.

Den på fig 6 visade maskinen avviker från den på figurerna 3 och N visade endast beträffande ledskovelarrangemantet. Konstruktionselement med samma form'och placering som motsvarande konstruktionselement på figurerna 3 och U har samma hänvisningstal. Hos den på fig 6 visade maskinen - såväl som hos de ovan beskrivna utföringsformerna - är ett flertal ledskenor jämnt_ fördelade efter varandra i omlöpningsriktningen hos ett tänkt ringformigt, 10 15 20 25 30 457 185 så cirkulärt utrymmesparti som ingår i ovannämnda kylgasutrymme. Detta tänkta utrymmesparti är i samtliga fall koaxiellt i förhållande till rotorn, och det ligger mellan en stillastående, ovanför rotorn,i mekanisk förbindelse med statorn anordnad skärm och en yta som avgränsar kylgasutrymmet utåt. Pâ fig 6 är ett flertal ledskenor US anordnade mellan två med T-formigt tvär- snitt utformade och koaxiellt med rotorn anordnade ringar H6 respektive H7, vilka är fixerade vid skärmen 60 respektive vid skärmanordningen 12h. Ring- arna M6 och H7 är närmast ledskenorna M5 företrädesvis utformade som regul- jära polygoner, varvid antalet polygonsidor är lika med antalet ledskenor.

Varje ledskena NS har i huvudsak samma form som den på fig 5 visade led- skenan 3U och är i likhet med denna försedd med två vridningstappar samt anordnad med vridbarhet om en axel H8, vars läge i förhållande till led- skenan är detsamma som det på fig 5 visade läget för vridningsaxeln 35.

En av de båda vridningstapparna kan lämpligen vara förlängd och förd ut genom skärmanordnlngen 12U för anslutning till ett manöverorgan. Var och en av ledskenorna 45 har en inloppskant 149 och en utloppskant 150 samt två transversellt i förhållande till dessa förlöpande sidokanter. Ringen H7 har ett som ledskärm fungerande parti H7', som ligger intill en sidokant hos var och en av ledskenorna H5 med ett genomsnittligt spel på högst 15 %, företrädesvis högst 5 % av det genomsnittliga avståndet mellan ledskenans sidokanter.

Ledskenorna 45 ger den mellan ringarna U6 och UT strömmande kylgasen en stark rotation om axeln U med samma rotationsriktning som rotorn.

Uppfinningen avses även omfatta ett flertal synkronmaskintyper utöver de på ritningarna visade. Således omfattas även synkronmaskiner.med horison- tell rotationsaxel samt synkronmaskiner där kylgasutrymmet inte är avgrän- sat utåt med hjälp av betongväggar utan endast med hjälp av metalliska höljeväggar.

Som nämnt anses en kylare utgöra en del av en maskin enligt uppfinningen även om den ligger utanför kylgasutrymmet, t ex radiellt utanför betong- väggarna 8 respektive 108 eller ett motsvarande metalliskt hölje. I dylika fall ledes kylgas från statorstativet till kylaren och från kylaren till kylgasutrymmet medelst hydrauliska förbindelseledningar genom radiellt eller axiellt avgränsande väggar eller täckplattor.

Claims (6)

9 457 183 PATENTKRAV

1. Synkronmaskin innefattande en stator med en ringformad statorkärna (5), vilken är försedd med ett flertal passager för ett radiellt utåt strömmande kylgasflöde, en av statorn omsluten rotor med en rotoraxel (3), ett rotornav (12), en rotorring (9), ett flertal av rotorrlngen uppburna utpräglade poler (10), ett flertal med inbördes vinkelavstând och mellan rotorríngen och rotor- navet anordnade armplattor (13), ringformiga ändplattor (14, 15) anordnade transversellt till rotoraxeln mellan rotornavet och rotorríngen, ett flertal inloppskammare avgränsade av armplattorna och ändplattorna och- med inloppsöppningar (17) radiellt innanför rotorringen för tillförsel av kylgas till inloppskamrarna, organ för tillförsel av kylgas från ínloppskamrarna till utrymmet mellan rotorn och statorn, vilka organ innefattar första icke-roterande skärm- organ (21, 26) vid maskinens båda ändar anordnade att axiellt avgränsa det radiellt utåtriktade flödet av kylgas för att tillförsäkra ett flöde av kylgas genom statorns passager, organ (UU) för tätning mellan-de första skärmorganen och rotorn, w k ä n n e t e c k n a d a v att den ytterligare innefattar andra icke-roterande skärmorgan (31, ZÄ) vid åtminstone den ena av maski- nens båda ändar och anordnade att tillsammans med en ändplatta bilda ett gasutrymme för i riktning mot ínloppskamrarna strömmande kylgas, minst en öppning för tillförsel av kylgas till gasutrymmet, samt ett flertal i öppningen anordnade ledskenor (3H) för avlänkning i rotorns rotationsriktning av det till gasutrymmet strömmande kylgasflödet. 457 183 w

2. Synkronmaskin enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att rotoraxeln är i huvudsak vertikal.

3. Synkronmaskin enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d a v att den innefattar organ för tätning mellan rotoraxeln och det andra skärmorganet.

U. Synkronmaskin enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d a v att det andra skärmorganet ansluter sig till det första skärmorganet.

5. Synkronmaskin enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d a v att åtminstone vissa av ledskenorna är vridbart anord- nade runt var sin vrídningsaxel för möjliggörande av inställning av dessa ledskenors vinkelläge.

6. Synkronmaskin enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d a v att åtminstone vissa av ledskenorna är vridbara för påverkan av kylgasflödets storlek, att minst en servomotor är mekaniskt för- bunden med dessa ledskenor för inställning av deras vridningsvinkel i bero- ende av avvikelsen mellan signalerna från en temperaturärvärdesgivare och en temperaturbörvärdesgivare för konstanthâllning av maskinens temperatur.