ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК H02K1/32 H02K9/08 

Предполагаемое изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к электрическим машинам с форсированным охлаждением ротора, например, турбогенераторам.

Известна электрическая машина с подачей охлаждающего газа через торец бочки ротора в подпазовые каналы и выбросы нагретого газа в зазор (см. В.В. Титов, Г.М.Хуторецкий и др. Турбогенераторы. Расчет и конструкция, "Энергия", Ленинградское отделение, 1967, стр. 93, рис. 1-48, г.).

Поскольку подпазовые каналы имеют относительно небольшое сечение, то для осуществления достаточно эффективного охлаждения ротора такой электрической машины применяются потребляющие значительную мощность высоконапорные нагнетающие устройства (компрессоры), снижающие коэффициент полезного действия (КПД) машины.

Известна также электрическая машина, содержащая статор с продольными перегородками и ротор, для охлаждения которого осуществляется забор охлаждающего газа из зазора и выброс его обратно в зазор (см. авт. свид. СССР N 1056375, кл. H 02 K 9/08, опубл. в бюл. N 43 от 23.11.83 г.).

В этой машине охлаждающий газ после выхода из газоохладителя приобретает определенный перегрев в зазоре вследствие трения о бочку и в таком состоянии попадает в каналы охлаждения ротора; в результате снижается температурный ресурс охлаждающего газа, что ведет к увеличению его расхода и снижению КПД машины.

Прототипом заявляемого устройства является электрическая машина, с цилиндрической поверхностью сердечника ротора которой сцеплена герметичная оболочка, а в аксиальные каналы сердечника подается охлаждающий газ, нагнетаемый в осевое отверстие ротора компрессором (см. сборник докладов "Охлаждение турбо- и гидрогенераторов", ЦИ ТИ электропромышленности и приборостроения, М. 1959, стр.109, рис. 9).

Нагнетание охлаждающего газа в небольшое, сравнительно с размерами сердечника, осевое отверстие ротора приводит к увеличению мощности компрессора и снижению КПД машины, что является недостатком прототипа.

Т. о. желательно иметь электрическую машину, коэффициент полезного действия которой увеличен за счет снижения потерь на вентиляцию ротора.

Поставленная задача достигается тем, что в электрической машине, содержащей статор, продольные перегородки, и ротор, сердечник которого охвачен герметичной оболочкой, упомянутые продольные перегородки установлены между сердечником и герметичной оболочкой, причем названные перегородки выполнены из немагнитного материала.

Анализ показывает, что в сравнении с известными конструкциями предлагаемое техническое решение обладает новизной. Причем совокупность известных признаков дает новый положительный эффект, состоящий в том, что благодаря установке продольных перегородок между сердечником ротора и герметичной оболочкой, часть находящегося между ротором и статором пространства, обладающего значительным геометрическим сечением (особенно для турбогенераторов, имеющих большие зазоры), используется для циркуляции охлаждающего газа, не испытывающего под оболочкой нагрева, обусловленного вращением поверхности ротора; в результате снижаются потери на вентиляцию ротора и увеличивается КПД машины. Т.о. подтверждается существенность отличий предлагаемого решения.

Изобретение поясняется на примере неявнополюсной синхронной электрической машины, поперечное сечение которой показано на фиг. 1; на фиг. 2 изображена выноска 1.

Электрическая машина содержит статор с обмоткой 1 и сердечником 2 (см. фиг. 1), охлаждаемыми жидкостью, и ротор, в сердечнике 3 которого имеются пазы 4 (см. фиг. 2) с обмоткой 5 изолированной гильзами 6 и удерживаемой металлическими клиньями 7, причем по периметру стержней обмотки 5 выполнены U-образные вентиляционные каналы 8. На внешней стороне клиньев 7 и на поверхности большого зубца сердечника 3 закреплены продольные немагнитные перегородки 9, на свободном конце которых имеются уширения 10, отработанные по цилиндру. На обработанных поверхностях уширений 10 закреплена герметичная немагнитная оболочка 11, в результате чего между указанной оболочкой, сердечником 3 и перегородками 9 образованы каналы 12 для впуска и каналы 13 для выпуска охлаждающего газа (направление движения газа на чертеже обозначено стрелками). Каналы 12 и 13 посредством направляющих элементов связаны с зонами соответственно повышенного и пониженного давлений вентилятора (направляющие элементы и вентилятор, ввиду их общеизвестности, на чертеже не показаны).

При вращении ротора электрической машины, под действием создаваемой вентилятором разности охлаждающий газ двигается по каналам 12, 13 и 8, охлаждая сердечник 3 и обмотку 5. Развитые сечения каналов 12 и 13 способствуют снижению их гидравлических сопротивлений, уменьшению мощности вентилятора и увеличению КПД машины. Потери, возникающие от трения наружной поверхности оболочки 11 об окружающий газ, отводятся подаваемой в статор жидкости и практически не влияют на нагрев газа, циркулирующего в каналах 12 и 13; т.о. вентиляционный (газовый) тракт машины, менее экономичный по отношению к тракту жидкостного охлаждения, оказывается разгружен от упомянутых потерь, что также положительно влияет на КПД.

Предложенное техническое решение может иметь применение в электрических машинах разных типов и мощностей, однако наибольший эффект дает его использование в мощных турбогенераторах, величина одностороннего зазора в которых достигает значения 75^oC95 мм, а расход газа для охлаждения ротора исчисляется десятками кубических метров в секунду.

Изобретение относится к области электромашиностроения и конструкции машин с форсированным охлаждением и позволяет снизить потери на вентиляцию ротора, повысить коэффициент полезного действия. Электрическая машина содержит статор с обмоткой 1 и сердечником 2. В сердечнике 3 ротора имеются пазы с обмоткой изолированной гильзами, зафиксированной клиньями, по периметру обмотки выполнены вентиляционные каналы. На внешней стороне клиньев закреплены немагнитные перегородки 9 с уширениями, на которых закреплена герметичная немагнитная оболочка 11 с образованием каналов 12. 2 ил.

Электрическая машина, содержащая статор, ротор с наружной герметичной оболочкой и продольные перегородки, установленные между ротором и оболочкой с образованием осевых каналов, отличающаяся тем, что ротор выполнен с большими зубцами и с пазовыми клиньями, и перегородки закреплены на внешней поверхности клиньев и зубцов, а на свободных концах имеют уширения, к которым прикреплена указанная оболочка.