ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 1995 года по МПК H02K9/19 

Изобретение относится к электромашиностроению.

Известно применение жидкостного охлаждения в капсульных гидрогенераторах (например, авт. св. СССР N 240084, кл. H 02 K 9/19, 1967). Здесь предусматривается применение водоподводящего устройства и сливного устройства, которое устанавливают на свободном торце вала гидрогенератора. Водоподводящее устройство состоит из расположенных рядом напорной, сливной и дренажных камер. В данном варианте получается совмещенная конструкция водонапорного и сливного узлов. Наличие рядом расположенных камер напора и слива независимо от применения уплотнений приводит к некоторому смешиванию охлаждающей дистиллированной воды (жидкости) с горячей, что крайне нежелательно, так как ухудшается эффективность охлаждения обмотки ротора. При таком расположении водоподводящего устройства подача охлаждающей воды от него в обмотку и слив горячей воды происходят через разделительные каналы, предусмотренные в центральном отверстии вала генератора.

В связи с тем, что центральное отверстие вала генератора оказывается занятым водяным трактом, маслоприемник турбины приходится размещать в зоне верхней части турбины, например, у фланцевого соединения валов генератора и турбины. Это требует дополнительного места и удлинения вала турбины, а значит, и увеличения линейных размеров капсулы, что при выборе компоновок крайне нежелательно, так как это отрицательно влияет на КПД водяного потока, поступающего на турбину.

Также известно решение, предусматривающее подачу охлаждающей жидкости в ротор (авт. св. СССР N 276228, кл. H 02 K 9/19, 1968). Согласно этомy изобретению подача охлаждающей жидкости в обмотку ротора осуществляется с одной стороны лобовых частей, а слив уже нагретой жидкости с другой. Напорный и сливной коллекторы расположены с разных сторон ротора (сверху и снизу). Однако в этом случае, как и в авт. св. N 240084, центральное отверстие вала занято, так как предусматривается установка совмещенного водопроводящего устройства тоже на торце вала генератора. Это значит, что в данном случае это изобретение имеет ограничение в применение или ведет к некоторому увеличению линейных размеров за счет установки маслоприемника в нижней части агрегата. Оно может быть применено лишь для агрегатов с радиальной осевой турбиной (или диагональной), у которой нет штанг, проходящих через центральное отверстие вала сверху вниз.

В гидроагрегатах, у которых маслоприемник поворотно-лопастной турбины расположен в верхней части генератора, штанги регулирующего кольца проходят через центральное отверстие. Это значит, что подача и слив охлаждающей жидкости в обмотку ротора через центральное отверстие вала не может быть осуществлены или это потребуют создания совмещенного водомаслоприемника. В этом случае возможно попадание протечек масла из маслоприемника в охлаждающую воду роторной обмотки.

Изобретение решает задачу повышения надежности за счет повышения интенсивности охлаждения обмоток и исключения перемешивания холодной жидкости с горячей.

Это достигается за счет того, что в гидрогенераторе с жидкостным охлаждением обмоток ротора, содержащем водоподводящий и водосливной коллекторы с дренажными камерами, согласно изобретению подводящий и сливной коллекторы выполнены независимыми друг от друга с радиально-осевой подачей охлаждающей жидкости и радиально-осевым сливом горячей жидкости, при этом подводящий коллектор установлен вблизи ротора на свободной части вала генератора, а коллектор слива горячей жидкости установлен на свободной части вала турбины, во внешней части вала ротора и вала турбины выполнены осевые напорные и сливное отверстия с заглушками.

Технический эффект может быть достигнут, если осуществить подачу охлаждающей жидкости в обмотки ротора более надежным способом, если осуществить радиальный подвод жидкости, освободив центральное отверстие вала для штанг маслоприемника. Для этого предлагается на свободной части вала генератора установить радиальный водоподводящий коллектор, совмещенный с двумя внешними дренажными камерами. Через радиальный водоподводящий коллектор охлаждающая жидкость подается в соответствующее отверстие, выполненное в теле вала соосно центральному отверстию. Через отверстие, выполненное в теле вала, охлаждающая жидкость поступает по подводящим радиальным трубам к распределительному кольцевому коллектору. От кольцевого коллектора охлаждающая жидкость поступает на обмотку полюсов. Слив нагретой жидкости осуществляется с другой, противоположной стороны и тоже через отверстие, выполненное тоже во внешней части тела вала турбины, с последующим сливом через радиальный водосливной коллектор.

Таким образом, в предлагаемой компоновке агрегат снабжен двумя самостоятельными независимыми коллекторами: слева от ротора расположен радиальный коллектор для подвода охлаждающей жидкости в обмотку ротора (КОЖ), а справа от ротора расположен радиальный коллектор для слива нагретой жидкости, прошедшей по отверстиям проводников обмотки ротора (КГЖ).

Таким образом, предлагаемая конструкция за счет применения радиальных подвода и слива жидкости через отверстия, выполненные во внешней части вала, высвобождает центральные отверстия в вале, и появляется возможность размещения штанги маслоприемника. Кроме того, данная конструкция исключает необходимость применения совмещенного водомаслоприемника, т.е. исключает возможность попадания масла от маслоприемника в водопроводящий коллектор и обмотку, что обеспечивает повышение надежности работы гидрогенератора.

На чертеже показан капсульный гидроагрегат, продольный разрез.

На чертеже представлена взаимосвязь ротора 2 с валом 1 генератора и с валом 3, входящим в комплект турбины. Соединенные между собой болтами 4 вал 1, ротор 2 и вал 3 представляют собой единую линию вала гидроагрегата. Вал 1, ротор 2 и вал 3 имеют свободное центральное отверстие 5, в котором могут быть размещены и установлены штанги 6 маслоприемника поворотно-лопастной турбины.

С целью исключения перетекания отработанной горячей жидкости, проходящей через обмотку 7 полюсов, и попадания ее в трубопровод холодной подводящей жидкости подводящий коллектор 8 и сливной коллектор 9 выполнены независимыми по расположению друг от друга и размещены с разных сторон ротора. Так, коллектор 8, подводящий холодную жидкость в обмотку 7, расположен в зоне вала 1 генератора. Коллектор 9, отводящий отработанную горячую жидкость, расположен на валу 3 турбины в зоне фланцевого соединения 10. Каждый из коллекторов 8 и 9 снабжен уплотнениями 11, образующими дренажные камеры 12 и 13, соединенные с дренажными трубопроводами 14 и 15. Таким образом, применение независимых подводящего коллектора 8 и сливного коллектора 9 исключает смешивание охлаждающей жидкости, поступающей в обмотку 7 ротора, с горячей отработанной жидкостью.

Подача охлаждающей жидкости в ротор и слив уже нагретой жидкости осуществляется следующим образом.

Из узла 16 подготовки, в который входят насосы, охладитель, бак, реле давления, указатель течения и другие необходимые приборы, охлаждающая жидкость по трубопроводу 17 поступает в водоподводящий коллектор 8. Для последующей подачи этой жидкости в обмотку 7 полюсов ротора во внешней части тела вала 1 предусмотрена группа радиальных отверстий 18, сообщающихся с осевым отверстием 19. Далее охлаждающая жидкость поступает в питающие трубы 20 и кольцевой коллектор 21, крепление которых предусмотрено на остове ротора. От кольцевого коллектора 21 в зависимости от выбранной гидравлической схемы (количество последовательных или параллельных соединений обмоток) охлаждающая жидкость поступает по шлангам 22 непосредственно на охлаждение обмотки 7 ротора. Каждый из шлангов 22 имеет штуцерное соединение (не показано).

Охлаждающая жидкость, пройдя по соответствующим каналам проводников обмотки 7 ротора, уже нагретая поступает в сливной кольцевой коллектор 23 и далее по трубе 24 в осевое отверстие 25 и через отверстие 26 нагретая вода поступает в сливной коллектор 9. Из сливного коллектора 9 и его дренажных камер 12 и 13 по трубам 14 и 15 основной поток горячей жидкости и протечки поступают через трубопровод 27 в водоподготовительное устройство 16. Охлажденная жидкость, обработанная в устройстве 16, циркулирует многократно в зависимости от режима работы гидроагрегата, обеспечивая надежность его работы за счет снижения нагрева обмоток 7.

Количество отверстий 18, 19 и 25, 26 и труб 20 и 24 выбирается согласно электромагнитному, тепловому и гидравлическому расчетам.

Как видно из изложенного выше, применение радиальных подвода и слива жидкости через отверстия 18, 19 и 25, 26 высвобождает центральные отверстия в валах 1 и 3, что позволяет разместить в них штанги маслоприемника поворотно-лопастной турбины. Это исключает также применение совмещенного водомаслоприемника, что устраняет попадание масла от маслоприемника в водоподводящий коллектор и обмотку ротора и оседание масляных взвесей в водоохлаждающем тракте генератора.

Сверление осевых отверстий 19 и 25 не представляет технологической и производственной сложности, и они могут быть выполнены со стороны фланцев каждого из упомянутых валов. С целью исключения протечек жидкости со стороны торцов отверстий 19 и 25 предусмотрены уплотняющие съемные пробки 28 и 29. Их съем необходим для возможной чистки при профилактике гидравлического тракта в процессе эксплуатации агрегата на ГЭС.

Водоподводящий 8 и сливной 9 коллекторы конструктивно просты, как и в изготовлении, и могут быть выполнены из тонколистовой нержавеющей стали. Они разборные и съемные для удобства выполнения монтажных работ и при эксплуатации. Габариты коллекторов выбраны предельно малыми, а потому их можно расположить на свободных участках вала 1 генератора и вала 3 турбины, не прибегая к увеличению осевых габаритов гидроагрегата и всей капсулы (не показана).

Водоподготовительное устройство 16 изображено условно, элементы, входящие в него, не обозначены позициями.

Данная разработка выполнена применительно к горизонтальному капсульному гидроагрегату, поставка которого запланирована для зарубежного заказчика. Данное решение применимо к вертикальным и горизонтальным агрегатам.

Использование: в гидроагрегатах с жидкостным охлаждением обмотки. Сущность изобретения: гидроагрегат имеет ротор, который расположен между валами генератора и турбины. Стенки валов выполнены с осевыми напорными и сливными отверстиями. 1 ил.

ГИДРОАГРЕГАТ, содержащий генератор и турбину с полыми валами, ротор с жидкостным охлаждением обмотки, подводящий и сливной коллекторы, расположенные по обе стороны от ротора и сообщенные с полостью вала через радиальные отверстия, расположенные в стенке вала, отличающийся тем, что ротор расположен между валами генератора и турбины, подводящий коллектор установлен на валу генератора, а сливной на валу турбины, и стенки указанных валов выполнены с осевыми напорными и сливными, сообщающимися с радиальными отверстиями, снабженными заглушками со стороны ротора.