ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБМОТОК РОТОРА Российский патент 1995 года по МПК H02K9/193 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к турбогенераторам с водяным охлаждением обмоток ротора, в котором подача и слив воды осуществляется помимо вала, а гидравлический напор в ветвях обмоток создается разностью центробежных сил между выходом и входом параллельных цепей.

Известна конструкция электрической машины с самонапорным жидкостным охлаждением, на торцах которой размещены выполненные в виде кольцевых и открытых со стороны оси машины камер напорный и сливной коллекторы [1]
В данной конструкции не исключена возможность попадания воды внутрь статора генератора.

Известна электрическая машина с водяным охлаждением обмоток ротора, имеющего с обеих сторон сливные кольца, охваченные лабиринтными щитами камеры слива, содержащие дренажи, соединенные с емкостью с регулятором уровня воды [2]
Схема подачи и слива воды в этой конструкции предполагает наличие непосредственного контакта газа, заполняющего турбогенератор, с водой, что приводит к насыщению газа влагой. В камерах слива воды из обмоток ротора происходит интенсивное распыление сбрасываемой со сливного кольца воды, сопровождающееся нагревом и парообразованием, связанным с торможением воды в камерах. Влага в виде пленки, мелкодисперсной фракции и пара имеет возможность через лабиринтные уплотнения проникать в область лобовых частей обмотки статора. Указанные причины, а также возможные микротечи в гидравлических цепях турбогенератора приводят к увеличению влажности в корпусе турбогенератора.

Далее влажный газ из сливных камер наружных щитов по трубопроводам подается на газоосушитель. После газоосушителя газ проходит через вентиляторы, сетчатый фильтр и подается в генератор. При этом обеспечивается постоянный поток сухого газа через лабиринтные уплотнения, предотвращающие попадание влаги из камер слива в зону лобовых частей обмотки статора.

Предотвращение попадания увлажненного газа (воздуха) внутрь генератора хотя и обеспечивает требуемый микроклимат внутри машины, но связано с установкой энергоемкого оборудования холодильных машин, вентиляторов, газосушителя и т.п. Так, например, при охлаждении насыщенного влажного газа от температуры 50 до 15^оС необходимо отвести от газа U=67 кВт при расходе газа 1000 м³/ч.

Наиболее близким к заявляемому, взятым за прототип, является устройство жидкостного охлаждения ротора электрической машины [3] содержащее установленный на роторе напорный кольцевой коллектор и сливной коллектор со встроенной встречно вращающейся жидкости трубкой, выведенной во внешний резервуар с регулятором уровня, воздействующим на дросселирующее устройство подачи воды в напорный коллектор.

Это устройство хотя и обеспечивает во всех режимах оптимальный расход воды через обмотки ротора, но не решает задачу предотвращения увлажнения воздуха внутри машины, так как увлажняемый в зонах сливов воздух хотя и в меньшем объеме, но проникает внутрь машины.

Изобретение решает задачу повышения надежности работы электрической машины за счет обеспечения оптимального для предотвращения увлажнения электрической машины расхода воздуха, проходящего между лабиринтными уплотнениями и сливными кольцами ротора, а также удешевления конструкции за счет исключения установки энергоемкого оборудования.

Цель достигается за счет того, что в электрической машине с водяным охлаждением обмоток ротора, имеющего с обеих сторон сливные кольца, охваченные лабиринтными уплотнениями с кольцевыми камерами, образующими с наружными щитами камеры слива, содержащие дренажи, соединенные с емкостью с регулятором уровня воды, причем емкость снабжена регулирующим клапаном, расположенным над уровнем воды, согласно изобретению кольцевые камеры лабиринтных уплотнений снабжены дренажами со средствами контроля воздушного напора и наличия воды.

Новизна предложенного решения заключается в новой совокупности признаков.

Введение в совокупность признаков регулирующего клапана, расположенного в верхней части емкости над уровнем воды, обеспечивает оптимальный для предотвращения увлажнения электрической машины расход воздуха, проходящего в сторону слива воды между лабиринтными уплотнениями и водосливными кольцами ротора.

Кроме того, снабжение кольцевых камер лабиринтных уплотнений дренажами со средствами контроля воздушного напора и наличия воды дает возможность сигнализации и останова в случае появления воды в кольцевых камерах.

Таким образом, предложенное устройство позволяет установить оптимальный расход воздуха, т. е. расход, необходимый и достаточный для предотвращения увлажнения воздушного объема статора, что позволяет избежать установки оборудования системы конденсации водяных паров, повысить эксплуатационную надежность электрической машины, а также своевременно обнаружить появление нарушения герметичности водоохлаждаемых элементов электрической машины по изменению влажности воздуха в ее отдельных зонах.

На чертеже показана электрическая машина с водоохлаждаемым ротором.

В статоре 1 ротор 2 с обеих сторон содержит водосливные кольца 3 (на чертеже показана одна сторона электрической машины и одно водосливное кольцо, другая сторона идентична первой). Торец кольца расположен в камере 4 слива, образованной наружным щитом 5 и лабиринтным уплотнением 6 с кольцевыми камерами 7 и 8. Из нижней части камеры 4 слива выходит дренаж 9, который входит в емкость 10 с поплавковым регулятором, 11 уровня с подводящим трубопроводом 12 и переливной трубой 13 с воронкой 14. В верхней части гидрозатвора размещен регулирующий клапан 15. Подача воды из емкости 10 насосом (на чертеже не показан) выполняется через трубопровод 16 по стрелке Е и далее через напорный трубопровод 17 по стрелке В и напорную камеру 18 в обмотку ротора (на чертеже не обозначена). Кольцевые камеры 7 и 8 уплотнения 6 содержат дренажные трубопроводы 19 и 20, заканчивающиеся емкостью 21 с напоромером 22 и с дренажом 24 с U-образным затвором 25 и реле 23 уровня.

Машина работает следующим образом.

Под действием центробежных сил вращающегося внутри статора 1 ротора 2 вода из водосливного кольца 3 веерообразно по стрелкам А сливается в камеру 4, образованную наружным щитом 5 и лабиринтными уплотнениями 6 с камерами 7 и 8, и далее свободно неполным сечением через дренаж 9 по стрелке С в емкость 10, где поплавковым регулятором 11 с подводящим трубопроводом 12 уровень воды в баке удерживается постоянным. Необходимое постоянство уровня воды в баке гарантируется наличием над уровнем переливной трубы 13 с воронкой 14, а свободный слив через дренаж 9 обеспечивается так, что последний врезан в бак 10 выше уровня воды в нем. Клапан 15 регулирует выход наружу из емкости 10 воздуха, унесенного веерообразным потоком воды из камеры 4 слива. Расход воздуха через клапан 15 устанавливается на номинальном режиме работы машины в объеме, достаточном для предотвращения попадания воды в камеры 7 и 8 лабиринтных уплотнений 6.

Из емкости 10 вода через трубопровод 16 по стрелке Е насосом подается через напорный трубопровод 17 по стрелке В в напорную камеру 18 и далее в обмотки ротора, где под действием центробежных сил вращающегося ротора снова выбрасывается веерообразно в водосливную камеру 4.

Напор воздуха в камерах 7 и 8 и контроль наличия воды, стекаемой из камер (в случае ее попадания) через дренажи 19 и 20 в емкость 21, контролируются напоромером 22 и реле 23 уровня в дренаже 24 с U-образным затвором 25. В случае попадания воды реле 22 срабатывает на отключение и остановку электрической машины.

Объем воздуха, протекаемый извне через статор 1 и зазор между водосливным кольцом 3 и лабиринтным уплотнением 6, должен быть минимальным, но достаточным для предотвращения увлажнения внутреннего объема машины, т.е. достаточным для воспрепятствования попадания воды или водяных паров внутрь статора машины, так как чем больше расход воздуха между лабиринтным уплотнением и водосливным кольцом, тем меньше вероятность попадания водяных паров или увлажненного воздуха в статор. С другой стороны, захват водяным потоком, выходящим из ротора с большой скоростью, больших объемов воздуха приводит к изменению качественного состава воды, т.е. к повышенному содержанию кислорода и углекислого газа в воде и к дополнительному загрязнению воздушных фильтров и необходимости установки более мощного вентилятора для нагнетания воздуха в статор.

Использование: в электромашиностроении. Сущность изобретения: электрическая машина содержит емкость 10, которая снабжена регулирующим клапаном 15, расположенным над уровнем воды, а кольцевые камеры 7 и 8 лабиринтных уплотнений 6 снабжены дренажами 19 и 20 со средствами контроля воздушного напора 22 и наличия воды 25. 1 ил.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ ОБМОТОК РОТОРА, имеющего с обеих сторон сливные кольца, охваченные лабиринтными уплотнениями с кольцевыми камерами и образующими с наружными щитами камеры слива, содержащие дренажи, соединенные с емкостью с регулятором уровня воды, и емкость снабжена регулирующим клапаном, расположенным над уровнем воды, отличающаяся тем, что кольцевые камеры лабиринтных уплотнений снабжены дренажами со средствами контроля воздушного напора и наличия воды.