статор электрической машины

Формула изобретения

1. СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ с газовой многоструйной системой вентиляции, содержащий корпус, разделенный на чередующиеся отсеки высокого и низкого давления газа, шихтованный сердечник, в пазах которого уложена обмотка, состоящий из пакетов и сообщающихся с отсеками корпуса радиальных вентиляционных каналов, образованных вентиляционными распорками, прикрепленными к пакетам в зубцовой зоне и ярме, отличающийся тем, что по крайней мере в средней части сердечника распорки в ярме пакетов установлены с возможностью смещения потока охлаждающего газа в тангенциальном направлении, кратного шагу по отсекам корпуса статора, а в зубцах вентиляционные распорки установлены с обеспечением смещения потока в аксиальном направлении в соседний канал с помощью сквозных щелевых отверстий, распределенных по высоте зубцов.

2. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные распорки имеют прямолинейные участки в зубцах и наклонные в ярме сердечника статора, причем наклон распорок в соседних вентиляционных каналах выполнен в противоположных направлениях.

3. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные роаспорки имеют прямолинейные участки в зубцах и в ярме через один вентиляционный канал по длине сердечника и прямолинейные участки в зубцах и наклонные в ярме в остальных вентиляционных каналах.

4. Статор по п.1, отличающийся тем, что вентиляционные распорки выполнены прямолинейными в зубцах и в ярме, а вентиляционные каналы снабжены перегородками, расположенными по наружной окружности сердечника с шагом, равным ширине отсеков корпуса, причем перегородки соседних каналов между собой смещены на упомянутый шаг.

5. Статор по пп. 1 4, отличающийся тем, что в вентиляционных каналах в зубцовых зонах высокого давления газа между вентиляционными распорками установлены съемные заглушки.

6. Статор по пп. 1 5, отличающийся тем, что между отсеками высокого давления корпуса статора и между отсеками низкого давления выполнены тангенциальные перепускные каналы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим машинам с газовым охлаждением, например, к крупным синхронным машинам и к турбогенераторам.

Известны синхронные электрические машины с многоструйной системой вентиляции, у которых сердечник разделен радиальными каналами на пакеты активной стали, а охлаждающий газ, поступающий в радиальные вентиляционные каналы из зазора между статором и ротором, движется в последнем в аксиальном направлении [1] Недостатком таких машин являются повышенные потери на вентиляцию за счет перемешивания газа в воздушном зазоре при вращении ротора и повышения аэродинамического сопротивления воздушного зазора с ростом мощности электрической машины.

Известны также электрические машины, у которых между корпусом и сердечником статора установлены продольные перегородки, образующие чередующиеся зоны высокого и низкого давления газа [2] В этих машинах газ в зазоре между статором и ротором движется в тангенциальном направлении. Недостатком таких электрических машин является малая эффективность охлаждения ротора из-за низкой скорости движения газа в зазоре, а также значительный тепловой перекос по сердечнику статора.

Известны также электрические машины с многоструйной системой вентиляции, у которых продольные перегородки установлены не только между сердечником и корпусом статора, но и в воздушном зазоре [3] В таких электрических машинах возможность образования завихрений в зазоре между статором и ротором приводит к увеличению аэродинамического сопротивления, снижению расхода газа и повышению потерь на вентиляцию, снижающих КПД машины.

Перечисленные недостатки конструкций, в которых гидравлическая связь между отсеками высокого и низкого давления корпуса осуществляется через воздушный зазор между статором и ротором, делают их непригодными для применения в электрических машинах большой мощности с полным воздушным охлаждением.

Конструкцией, наиболее близкой к заявляемой, является синхронная неявнополюсная машина [4] содержащая статор с сердечником, имеющим радиальные вентиляционные каналы между пакетами и аксиальные вентиляционные каналы в зубцах крайних пакетов. Однако такая конструкция сохраняет недостатки, связанные с тем, что весь поток охлаждающего агента, предназначенный для охлаждения сердечника и обмотки статора, проходит через воздушный зазор.

В основу изобретения положена задача создания в типовых габаритах электрических машин такой конструкции, которая исключила бы при охлаждении сердечника статора выход охлажденного газа в зазор.

Сущность изобретения заключается в том, что статор электрической машины с газовой многоструйной системой вентиляции содержит корпус, разделенный на чередующиеся отсеки высокого и низкого давления газа, шихтованный сердечник, в пазах которого уложена обмотка, состоящий из пакетов, разделенных радиальными вентиляционными каналами, образованными вентиляционными распорками, прикрепленными к пакетам в зубцовой зоне и зоне ярма. Радиальные каналы сообщаются с отсеками корпуса. По крайней мере в средней части сердечника вентиляционные распорки в ярме пакетов установлены со смещением потока охлаждающего газа в тангенциальном направлении на шаг, кратный шагу по отсекам корпуса статора, а в зубцах по краю зубцов со смещением потока в аксиальном направлении в сквозные щелевые отверстия пакета, выполненные по высоте зубцов.

Целесообразно, чтобы вентиляционные распорки имели прямоугольные участки в зубцах и наклонные в ярме пакета сердечники статора, причем чтобы наклон распорок в соседних вентиляционных каналах был выполнен в противоположных направлениях.

Целесообразно также, чтобы между отсеками высокого и низкого давления корпуса статора были выполнены перепускные каналы, а между вентиляционными распорками в зубцовых зонах высокого давления установлены съемные заглушки.

Предпочтительно, чтобы вентиляционные распорки имели прямоугольные участки в зубцах и ярме через один вентиляционный канал по длине сердечнике и прямоугольные участки в зубцах и наклонные в ярме в остальных вентиляционных каналах.

Предпочтительно также, чтобы вентиляционные распорки были выполнены прямолинейными в зубцах и в ярме, а вентиляционные каналы снабжены перегородками (распорками), расположенными по наружной окружности сердечника с шагом, равным ширине отсеков корпуса статора, причем чтобы перегородки соседних каналов между собой были также смещены на упомянутый шаг.

Новизна предложения состоит в том, что вентиляционные распорки установлены с тангенциальным смещением потока охлаждающего воздуха в ярме с шагом, кратным шагу по отсекам корпуса статора, и в том, что сквозные щелевые отверстия по высоте зубцов выполнены во всех пакетах сердечника статора. Принципиально такое решение позволяет исключить выход в зазор потока охлаждающего воздуха, предназначенного для охлаждения сердечника и обмотки, уложенной в пазы статора. Кроме того, предложенное решение позволяет исключить тепловые перекосы.

Таким образом, данное изобретение неочевидным путем решает задачу обеспечения гидравлической связи между отсеками высокого и низкого давления корпуса статора и соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертежах представлены примеры конкретного выполнения предлагаемого статора.

На фиг. 1 представлен статор, продольный разрез; на фиг.2, 3 статор по соседним вентиляционным каналам, вентиляционные распорки в ярме выполнены наклонными, поперечный разрез; на фиг.4, 5 другой вариант статора с наклонными в ярме вентиляционными распорками в одном канале и с прямыми вентиляционными распорками в соседнем канале (через пакет); на фиг.6, 7 третий вариант, в котором вентиляционные распорки в пазах и ярме прямые, каналы снабжены дополнительными перегородками (распорками), расположенными по наружной окружности сердечника; на фиг.8 фрагмент поперечного разреза статора, где показаны заглушки; на фиг. 9 вид на зубцы со стороны расточки; на фиг.10 развертка по продольной оси корпуса статора; на фиг.11 поперечные разрезы корпуса статора фиг.10 с изображением перепускных каналов между отсеками.

Статор электрической машины содержит корпус 1 со стяжными призмами 2, на которые нашихтован сердечник 3, скрепленный с торцов нажимными фланцами (плитами) 4 и крепежными гайками 5. Корпус 1 разделен на чередующиеся в тангенциальном направлении аксиальные отсеки высокого давления 6 и низкого давления 7 (см. фиг.2-7).

Между отсеками высокого давления выполнены перепускные каналы 8, а между отсеками низкого давления перепускные каналы 9 (см. фиг.10, 11). Отсеки низкого давления соединены с помощью воздуховодов с камерами воздухоохладителей (на чертежах не показаны).

Сердечник 3 разделен по длине радиальными вентиляционными каналами 10 на пакеты 11. Вентиляционные каналы 10 образованы сегментами 12 с закрепленными на них вентиляционными распорками 13 в ярме и вентиляционными распорками 14 в зубцах. Количество сегментов в слое равно или кратно количеству аксиальных отсеков корпуса статора. В зубцах сегментов выполнены щелевые отверстия 15 по высоте зубца.

Изображенный на фиг.2, 3 вариант реализации изобретения предусматривает выполнение вентиляционных распорок в зубцах сегмента прямыми, а в ярме сегментов наклонными со сдвигом потока охлаждающего воздуха на шаг по отсекам корпуса статора. Причем укладка сегментов выполнена таким образом, что в одном вентиляционном канале вентиляционные распорки в ярме имеют наклон, например, по часовой стрелке (см. фиг.2), а в соседнем вентиляционном канале, через пакет, против часовой стрелки (см. фиг.3), т.е. при укладке сегменты каждого следующего слоя повернуты на 180^о.

В варианте, изображенном на фиг.4,5, сегменты с наклонными распорками 16 (см. фиг. 4), в которых наклон распорок в два раза больше, чем на фиг.2, 3, следуют за сегментами с прямыми распорками 17 (см. фиг.5).

В варианте, изображенном на фиг.6, 7, вентиляционные распорки 18 выполнены прямыми, а по наружному диаметру сегмента между двумя призмами установлены дополнительные перегородки (распорки) 19 (см. фиг.6) и дополнительные перегородки (распорки) 20 (см. фиг.7) со смещением перегородок 20 по отношению к перегородкам 19 на 1/2 шага по отсекам корпуса. По этому варианту вентиляционные каналы по длине сердечника чередуются следующим образом: дополнительные перегородки 19 слева от оси сегмента в следующем канале; дополнительные перегородки 20 справа от оси сегмента и т.д.

Прямые вентиляционные распорки 14 (см. фиг.8) установлены по краю пазов 21 с минимальным зазором 22, необходимым только из условия свободной укладки стержней обмотки 23 и расклиновки клиньев 24 в пазах 21.

Между распорками 14 в каналах, гидравлически соединенных с отсеками высокого давления, могут быть установлены съемные заглушки 25.

Вариант изобретения, проиллюстрированный фиг.1, 2, 3, 8, 9, 10, 11 работает следующим образом:

При шихтовке сердечника 3 статора первый вентиляционный канал 10 образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 вправо от оси сегмента. После укладки пакета 11 следующий (второй) вентиляционный канал образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 влево от оси сегмента, для чего сегмент при укладке переворачивается на 180^о. После укладки второго пакета 11 третий вентиляционный канал 10 образуется сегментами 12 с наклоном вентиляционных распорок 13 вправо от оси сегмента и т.д.

При работе электрической машины поток охлаждающего воздуха от вентиляторов (на чертежах не показаны) попадает в аксиальные отсеки высокого давления 6 корпуса 1 статора, откуда по наклонным распоркам 13 вентиляционного канала 10, примыкающим к отсекам высокого давления 6, воздух попадает в зубцы сегмента 12, смещаясь в тангенциальном направлении на шаг по отсекам корпуса. Из зубцовой зоны воздух через аксиальные щелевые отверстия 15, проходящие через толщину пакета в зубцовую зону следующего (второго) вентиляционного канала 10, по прямым вентиляционным распоркам 14 и наклонным вентиляционным распоркам 13 попадает в аксиальный отсек низкого давления 7,

откуда либо напрямую, либо через перепускные каналы 9 на воздухоохладители (на чертежах не показаны).

Горячий воздух из обмотки ротора, выбрасываемый в воздушный зазор машины, создающий избыточное давление в воздушном зазоре, входит в вентиляционные каналы 10 со стороны зубцовой зоны, причем вход воздуха в вентиляционный канал происходит не по сплошному сечению канала, а только в те промежутки, где из щелевых отверстий 15 горячий воздух направляется к отсекам корпуса статора низкого давления, по пути сливаясь с горячим воздухом, идущим из ротора.

Таким образом, охлаждающий поток воздуха входит в сердечник радиально, в этой же плоскости смещается тангенциально в сторону и проходит затем радиально в зубцы, в зубцах под 90^о к плоскости меняет направление на аксиальное, через щелевые отверстия проходит толщину пакета, опять меняет направление на радиальное (под углом 90^о), проходит зубцовую зону, смещается тангенциально в противоположную сторону и входит в аксиальный отсек корпуса статора низкого давления.

В вариантах изобретения, иллюстрируемых фиг.1, 4, 5, 8, 9, 10, 11 и фиг. 1, 6, 7, 8, 9, 10, 11 процессы протекают аналогичным образом.