UA45403C2 - Електрична машина з газовим охолодженням - Google Patents

Abstract

Електрична машина з газовим охолодженням має провідники-стрижні в лобовій частині обмотки, які безпосередньо охолоджуються частиною потоку охолоджувального газу, спрямованого охолоджувальними каналами, розташованими всередині серег кінців стрижнів. Для цього кінці стрижнів обмотки, виготовлених у вигляді двоплощинних стрижнів, відокремлені один від одного в зоні серег і утворюють радіальні охолоджувальні канали, які на сергах відведення сполучено з трубними з'єднаннями, зв'язаними електричне та аерогідродинамічно з коловими з'єднаннями. Охолоджувальні канали колових з'єднань сполучено ізолювальними трубами або шлангами з камерою всмоктування вентилятора машини, відокремленою перегородкою від простору, який займає лобова частина обмотки. Потрапляння потоку охолоджувального газу в охолоджувальні канали в радіальному напрямі течії посилено за рахунок дефлектора, розташованого кільцеподібне у просторі, зайнятому лобовою частиною обмотки, поруч з торцями серег.

Description

Опис винаходу

Цей винахід стосується електричної машини з газовим охолодженням, опис якої подано в формулі винаходу.

Винахід опирається на рівень техніки, відомий, наприклад, з ЕР-0519091 В1.

В електричних машинах із непрямим охолодженням статорної обмотки торцеві хомути та з'єднані з ними так звані колові або фазові з'єднання в лобовій частині обмотки охолоджуються частиною потоку охолоджувального газу, який подається вентиляторами. У машин із граничною потужністю торцеві хомути та фазові з'єднання зазнають надто сильного нагрівання. Водночас з тим як вкладена в пази частина обмотки охолоджується 70 цілеспрямовано, вільно розміщені її частини нагріваються не лише струмом, а й магнітними полями у просторі, який займає лобова частина обмотки.

В електричних машинах, які обертаються, з прямим охолодженням статорної обмотки ця обмотка складається з суцільних та порожнистих провідників, а в деяких типах машин - лише з порожнистих провідників.

Охолоджувальний засіб, який тече порожнистими провідниками за всією довжиною стрижнів статорної обмотки, спричиняє до достатнього охолодження стрижнів в її лобовій частині. Колові або фазові з'єднання, які також мають вигляд порожнистих провідників, посилено охолоджуються охолоджувальним засобом.

У машинах з повітряним охолодженням із однобічним живленням, зокрема у машин значної довжини, бракує охолоджувальної дії. Тому для збільшення охолоджувальної дії в ЕР-0392243 В1 пропонується забезпечити стрижні обмотки, виготовлені з суцільних провідників, бічними чи розташованими між обома стопами провідників металевими охолоджувальними трубами або охолоджувальними каналами відповідно, їх відокремлено один від одного та від провідників і розміщено всередині головної ізоляції. Живлення здійснюється з обох боків машини та від її середини. При цьому підведення всередину машини відбувається радіальними каналами у пакеті заліза статора та отворами в головній ізоляції. Нагрітий охолоджувальний газ залишає охолоджувальні канали крізь отвори у головній ізоляції на ділянці кінцевих зон пакета заліза статора та крізь радіальні канали в пакеті с заліза статора. Ге)

Виконання додаткових каналів у стержнів статорної обмотки та подібних каналів у стрижні зменшує коефіцієнт заповнення пазів. Фасонні деталі, які використовуються для підведення та відведення охолоджувального газу, вкладені здебільшого у головну ізоляцію, здорожують виготовлення стрижнів. До того ж охолодження розташованих у лобовій частині обмотки колових з'єднань залишається без уваги. о

З ЕР-0519091 В1 відома електрична машина з газовим охолодженням, у котрій спеціально охолоджуються ав лише металеві серги, які використовуються для електричного та механічного з'єднування. Ці серги мають ковпачки, які майже повністю охоплюють їх, залишаючи вільними один чи кілька аксіальних каналів, відкритих у в бік пакета заліза статора. Перегородка, яка проходить радіально, відокремлює простір, зайнятий лобовою ю частиною обмотки, від камери всмоктування вентилятора машини. Ковпачки з боку перегородки мають на своїх

Зо кінцях отвори, сполучені із зазначеними каналами. Від цього отвору безпосередньо в камеру всмоктування М вентилятора веде гнучка лінія. Через різницю тиску між камерою всмоктування та простором, зайнятим лобовою частиною обмотки, частина охолоджувального засобу, який подає вентилятор, тече цими каналами та охолоджує серги і меншою мірою зовнішні кінці стрижнів. Недоліком є те, що для охолоджування серег « використовується охолоджувальний газ, який нагрівся вже під час обтікання торцевих хомутів у лобовій частині З 740 обмотки, а отже має обмежену охолоджувальну дію. с В основі винаходу лежить завдання створення електричної машини описаного вище типу, кінці статорної

Із» обмотки якої та суміжні з ними колові з'єднання у просторі, зайнятому лобовою частиною обмотки, могли б повною мірою охолоджуватися простими засобами.

Згідно з винаходом це завдання розв'язано тим, що стрижні статорної обмотки у лобовій частині мають перші охолоджувальні канали (8) лише в зоні серег (ба, 55), причому ці перші охолоджувальні канали (8) проходять, шк здебільшого, радіально, серги відведення (55) з боку стікання потоку за першими охолоджувальними каналами 4! (8) містять між собою та виготовленими у вигляді порожнистих провідників коловими з'єднаннями (20) трубні з'єднання (11), причому колові з'єднання (20) у вигляді порожнистих провідників мають другі охолоджувальні шк канали (9), які вільно сполучаються з першими охолоджувальними каналами (8) серег відведення (55), другі ав! 20 охолоджувальні канали (9) за допомогою ізолювальних труб (31) або шлангів сполучаються з простором (32), відокремленим перегородкою (33) від простору (30), який займає лобова частина обмотки, при цьому між с» перегородкою (33) і торцями серег (ба, 55) міститься дефлектор (34) для посиленого проходження потоку першими охолоджувальними каналами (8) у нормальних сергах (5а).

Переваги винаходу полягають, зокрема, в тому, що за рахунок радіальних перших каналів у зоні всіх серег 25 достатнє охолодження кінців стрижнів досягається за допомогою потоку охолоджувального газу, причому, ці

ГФ) перші охолоджувальні канали на сергах відведення безпосередньо пов'язано з другими охолоджувальними юю каналами колових з'єднань, виготовлених у вигляді порожнистих провідників. Ці другі охолоджувальні канали ізолювальними шлангами або трубами сполучено з простором, відокремленим перегородкою від простору, який займає лобова частина обмотки, причому є можливість посиленого охолоджування колових з'єднань у 60 сполученні з сергами відведення. Особлива перевага полягає в тому, що на торцях усіх серег на постійній відстані від них міститься дефлектор, який спрямовує потік повітря перегородкою, що спричиняє до посиленого повітряного потоку першими охолоджувальними каналами.

Формою виконання, якій надається перевага, передбачено, що стрижні статорної обмотки мають вигляд двоплощинних стрижнів, кінці яких у зоні лобової частини обмотки відокремлюються один від одного клиновою бо вставкою, отже на кінцях стрижнів утворюються радіальні перші охолоджувальні канали. Серги, які фіксують кінці стрижнів, складаються зі з'єднувальних елементів, також розташованих на відстані один від одного в зоні перших охолоджувальних каналів. Ці серги оточено ізолювальними ковпачками, кожний з яких має для перших охолоджувальних каналів один випускний та один випускний отвір.

Особливо цінно, що потік охолоджувального газу проходить радіальне ззовні радіальне всередину лобовою частиною обмотки а, отже, і сергами кінців стрижнів.

Рішення опирається, зокрема, на ідею реалізації охолоджування в активній частині у звичайному розумінні, тобто як непряме та пряме охолодження кінців стрижнів і колових з'єднань, які зазнають впливу торцевих полів у лобовій частині обмотки через навантажене охолодження. Приклад виконання винаходу та його переваги 7/0 докладніше пояснюються нижче за допомогою креслень.

Стислий опис креслень

На кресленнях схематично зображено: фіг.1: фрагмент схематичної розгортки лобової частини статорної обмотки газоохолоджувальної електричної машини; фіг.2: переріз кінців стрижнів у лобовій частині статорної обмотки з фіг.1 по лінії ДД; фіг.3: поздовжній розріз кінця стрижня з фіг.2 по лінії СС; фіг.4: поздовжній розріз серег відведення з фіг.2 по лініях АА або ВВ з приєднаними до них коловими з'єднаннями та повітронаправляючим дефлектором; фіг.5: поздовжній розріз нормальної серги з фіг.2 по лінії ЕЕ з повітронаправляючим дефлектором; фіг.6: фрагмент схематичної розгортки колових з'єднань.

Шляхи реалізації винаходу

На кресленні 1 зображено досить спрощений фрагмент схематичної розгортки лобової частини обмотки електричної машини з газовим охолодженням. У кожному пазі 1 пакета 2 заліза статора розташовано один над одним нижній З та верхній 4 стрижні. Для наочності на фіг.1 зображено лише два нижніх та верхніх стрижні. сч

Кожний нижній З і кожний верхній 4 стрижні, які виходять з різних пазів 1, електричне та механічно з'єднано між собою за допомогою електричне ізольованих серег 5 і об'єднано, таким чином, в обмотку. Сукупність усіх і) нижніх та верхніх серег, які виходять з пакета 2 заліза статора, і серег 5 утворює лобову частину статорної обмотки. Нижні та верхні стрижні складаються з великої кількості електричне ізольованих один від одного провідників 6, які будучи розміщеними на дві стопи, розташовані поруч одна з одною, та оточеними спільною с

Зо Головною ізоляцією 7, сягають майже серги 5 (фіг.2 і 3). У цьому відношенні електричні машини відомі.

У сполученні з фіг.3 нижче подано опис конструкції кінців стрижнів із сергами ба, 55. Окремі провідники 6 о утворюють, розташовуючись один над одним, дві стопи, отже кожний нижній 4 та верхній 4 стрижні утворюють «Е один двоплощинний стрижень. У напрямку кінців стрижнів стопи провідників відокремлено клиновою вставкою 15 у такий спосіб, щоб між кінцями стрижнів на відповідному юнці утворюється охолоджувальний канал 8. Серга 5а, о 5р, яка оточує кінець стрижня, охоплює І -подібні металеві з'єднувальні елементи 14, в яких знаходяться кінці «Е стрижнів. Там провідники 6 електричне та механічно з'єднано паянням між собою та І -подібними металевими з'єднувальними елементами 14, причому останні, співпадаючи на торцях своїх коротких колін, утворюють з охолоджувальним каналом 8 отвір для потоку охолоджувального середовища. Виготовлену з І-подібних металевих воль, з'єднувальних елементів 14 сергу ба, 55 оточено ізолювальним ковпачком 1ба, 16р, 16с, « причому проміжок між ним і сергою заповнено заповнювачем 17. з с При цьому слід усвідомлювати різницю між нормальними 5а сергами і так званими сергами відведення 5б.

Так, кінці одного нижнього З та одного верхнього 4 стрижнів зведено у виготовленій з чотирьох І-подібних ;» металевих з'єднувальних елементів 14 серзі ба та охоплено ізолювальним ковпачком 1ба. При цьому ізолювальний ковпачок 1ба має з боку нижнього стрижня упускний отвір 18, а з боку верхнього стрижня - випускний отвір 19 для охолоджувального каналу 8. Напрямок течії охолоджувального газу позначено позицією їх 13. Суттєвим для оптимального охолодження шляхом протікання охолоджувального газу кінцями стрижнів із нормальним сергами ба є його радіальне підведення. У прикладі виконання напрямок 13 потоку о охолоджувального газу вибрано від зовнішньої периферії лобової частини обмотки до її внутрішньої периферії. їх Охолодження кінців стрижнів у сергах відведення 505 відбувається у такий самий спосіб, як і охолодження

Кінців стрижнів у нормальних сергах 5а. Серги відведення 50 утворюють електричне з'єднання з коловими або о фазовими з'єднаннями 20 (рисунок 4), які оточують лобову частину обмотки на її зовнішній периферії, причому 4) ці колові з'єднання розташовано у провідному з'єднанні із затискачами генератора (не показано). Згідно з винаходом кожну сергу відведення 55 встановлюють навколо одного кінця стрижня, тобто верхнього 4 або нижнього 3. Оскільки принципова конструкція серег відведення 56 на кінцях верхніх або нижніх стрижнів ов ідентична, на фіг.4 зображено тільки розрізи АА та ВВ з фіг.3. Нижче конструкцію охолоджувального пристрою на серзі відведення 55 обмежено пристроєм на одному кінці верхнього стрижня 4. (Ф) Як уже зазначалося, відокремлені клиновою вставкою 15 кінці стрижнів об'єднані в серзі відведення 56 з ка ІЇ-подібними з'єднувальними елементами 14, тут двома. На коротких колінах І -подібних з'єднувальних елементів 14 серги відведення 50 електрично з'єднано металевими з'єднувальними елементами 12 із трубним з'єднанням во 11, а у відношенні до проточного каналу 8 - сергою відведення 50. Сергу відведення 50 оточено з кінців трубного з'єднання 11 ізолювальним ковпачком 16с, який має на внутрішній периферії лобової частини обмотки упускний отвір 18 для охолоджувального газу. Трубне з'єднання 11 веде до колового з'єднання 20 (фіг.4), яке оточує радіально ззовні лобову частину обмотки. Для наочності електричні та гідравлічні виводи колового з'єднання 20 зображено окремо, хоча кожне колове з'єднання 20 має всі ці виводи. Колові з'єднання мають 65 прямокутний профіль та виготовлені у формі порожнистих провідників з охолоджувальним каналом 9.

Охолоджувальні канали 8 кінців 50 стрижнів розташовано у послідовному вільному зв'язку з охолоджувальними каналами 10 трубних з'єднань 11 та з охолоджувальними каналами 9 колових з'єднань 20. Кожне колове з'єднання 20 закрито заглушкою 23, в ізолювальну трубу 31 входить нарізане з'єднання 21. Ізолювальну трубу 31 одним кінцем зафіксовано на перегородці 33 теж за допомогою нарізаного з'єднання. Як видно з розгортки

Колових з'єднань 20 на фіг.5, ізолювальні 31 зв'язують, обминаючи простір ЗО, який займає лобова частина обмотки, охолоджувальні канали 9 колових з'єднань 20 із простором 32 зниженого тиску, наприклад з камерою всмоктування вентилятора машини (не показано), відокремленим від простору 30, зайнятого лобовою частиною обмотки, яка радіально проходить перегородкою 33. Для електричного з'єднання із затискачами генератора (не показано) використовуються зроблені суцільними відведення 22. Ізолювальні труби 31, які можуть виготовлятися /о також у вигляді ізолювальний шлангів, виготовлені здебільшого з тефлону. Охолоджувальні канали 8 серег відведення 50 вільно та послідовно сполучаються з камерою 32 всмоктування вентилятора машини, що забезпечує посилене охолодження серег відведення 56 та колових з'єднань.

Завдяки різниці тиску в камері 32 всмоктування та просторі 30, який займає лобова частина обмотки, частина потоку охолоджувального газу, який подається вентилятором (позначено на фіг.4 стрілками 13) протікає /5 охолоджувальним каналом 8, потім охолоджувальним каналом 10 у трубному з'єднанні 11, після чого охолоджувальним каналом 9 колового з'єднання 20 та виходить із нього ізолювальною трубою 31 в камеру 32 всмоктування вентилятора машини.

Принципово таку ж конструкцію, за винятком з'єднань з коловими з'єднаннями 20, мають нормальні серги 5а, зображені як приклад у поздовжньому розрізі на фіг.5. Ізолювальний ковпачок 1ба охоплює кінці нижнього З та го Верхнього 4 стрижнів, причому вільним залишається і радіальний охолоджувальний канал 8. Для цілеспрямованого потрапляння потоку охолоджувального газу до цього охолоджувального каналу 8 навпроти торців ізолювального ковпачка 1ба міститься дефлектор 34. Цей дефлектор 34 кільцеподібне розташовано в усьому просторі, який займає лобова частина обмотки, поруч із торцями всіх ізолювальних ковпачків 1ба, 166, 16с (фіг.4) так, що між ними та дефлектором 34 виникає обмежений проточний канал і, отже, посилений потік у сч ов напрямку 13 течії охолоджувальними каналами 8 радіальне ззовні радіальне всередину простору 30, зайнятого лобовою частиною обмотки. Дефлектор 34 закріплено нарізаним з'єднанням на внутрішньому 35 та зовнішньому і) 36 кільцях, які застосовуються для підтримки лобової частини обмотки в електричній машині. Для оптимального охолодження нормальних серег 5а використовується, послідовно, різниця тиску охолоджувального засобу радіально ззовні радіальне всередину в просторі, який займає лобова частина обмотки, причому допоміжний со зо пристрій у вигляді дефлектора 34 спрямовує потік 13 охолоджувального засобу в радіальному напрямі охолоджувальними каналами 8. о

Певна річ, можливий і зворотний потік, якщо при зміненні конфігурації охолоджувальний газ подається «г радіальне всередину і потім виходить охолоджувальними каналами 8 радіально назовні.

Виконання згідно з винаходом серег 5а, 55 з радіальними охолоджувальними каналами 8 на кінцях стрижнів у о поєднанні з охолоджувальними каналами 9 для колових з'єднань 20 та розташованим поруч із торцями серег 5а, «Е

Бр дефлектором 34 створює оптимальний і до того ж відносно простий охолоджувальний пристрій для всіх електричних провідних елементів у зоні лобової частини обмотки машин із граничною потужністю. 7 « лин з г» 4 АХ ІЇ -й т тр Б 5 с и -- ' ри ні ншйнлі з До

ОЙ й

Ша о іме) 7 Фіг.1

Claims (7)

65 Формула винаходу

1. Електрична машина з газовим охолодженням, яка містить розташовану в пазах (1) пакета (2) заліза статора статорну обмотку, яка складається здебільшого з розташованих один на одному в кожному пазу (1) та виготовлених з ізольованих один від одного провідників (б) стрижнів (3, 4), які поза пакетом (2) заліза статора електричне з'єднуються між собою в лобовій частині в обмотку сергами (ба, 55) та коловими з'єднаннями (20), причому серги (5а, 55) включають у себе певну кількість нормальних серег (ба) та певну кількість серег відведення (5Б), а також вентилятор для створення потоку охолоджувального газу через машину, частково спрямованого розташованими всередині серег (ба. 55) першими охолоджувальними каналами (8), 70 яка відрізняється тим, що стрижні статорної обмотки в лобовій частині мають перші охолоджувальні канали (8) лише в зоні серег (б5а, 55), причому ці перші охолоджувальні канали (8) проходять, здебільшого, радіальне, серги відведення (5Б) з боку стікання потоку за першими охолоджувальними каналами (8) містять між собою та виготовленими у вигляді порожнистих провідників коловими з'єднаннями (20) трубні з'єднання (11), причому колові з'єднання (20) у вигляді порожнистих провідників виконано з другими охолоджувальними каналами (9), які 75 вільно сполучаються з першими охолоджувальними каналами (8) серег відведення (50), другі охолоджувальні канали (9) ізолювальними трубами (31) або шлангами сполучено з простором (32). відокремленим перегородкою (33) від простору (30), який займає лобова частина обмотки, при цьому між перегородкою (33) та торцями серег (5а, 55) міститься дефлектор (34) посиленого протікання потоку першими охолоджувальними каналами (8) в нормальних сергах (5а).

2. Машина за пунктом 1, яка відрізняється тим, що стрижні (3, 4) статорної обмотки виготовлено у вигляді двоплощинних стрижнів, кінці яких у зоні лобової частини обмотки відокремлено один від одного клиновою вставкою (15) так, що на кінцях стрижнів утворюються радіальні перші охолоджувальні канали (8).

З. Машина за пунктом 2, яка відрізняється тим, що серги (5а, 55) виготовлено з металевих з'єднувальних елементів (14), розташованих на відстані один від одного в зоні перших охолоджувальних каналів (8). Ге

4. Машина за пунктом 1, яка відрізняється тим, що частина потоку охолоджувального газу. яка охолоджує (5) лобову частину обмотки, має, здебільшого, радіальний напрямок (13) течії.

5. Машина за пунктом 1, яка відрізняється тим, що серги (5а, 55) оточено ізолювальними ковпачками (1ба, 1660, 16с), які мають впускні та/або випускні отвори (18, 19) для перших охолоджувальних каналів (8).

6. Машина за пунктом 1, яка відрізняється тим, що простір (32), відокремлений перегородкою (33) від (зе) простору, (30), який займає лобова частина обмотки, є камерою всмоктування вентилятора машини. о

7. Машина за пунктом 1. яка відрізняється тим, що дефлектор (34) розташовано кільцеподібно на постійній відстані від торців серег (ба. 55), причому між торцями серег (5а, 55) і дефлектором (34) утворено обмежений «І проточний канал. ів) «

- . и? щ» 1 щ» («в) сю» іме) 60 б5