СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК H02K9/04 H02K19/00 

Изобретение относится к способу охлаждения вращающейся электрической машины с воздушным охлаждением с открытым охлаждающим контуром, у которого отфильтрованный механическим путем атмосферный воздух подается через расположенные по обеим сторонам на валах ротора вентиляторами посредством охлаждающих каналов в статор и ротор и воздушный зазор машины, и затем снова отдается в атмосферу.

Изобретение относится также к вращающейся электрической машине, которая охлаждается по этому способу.

Электрическая машина с газовым охлаждением с этими признаками известна, например, из "Браун Бовери Техник", 3/86, страницы 133-138, в частности, фиг. 3 на стр. 135.

Принципом так называемого косвенного охлаждения является отдача возникающих в стержнях намотки статора потерь на охлаждающую среду (воздух). Основной поток тепла состоится при этом от медного стержня через изоляцию в зубчатую зону жестяного корпуса статора. От зубьев статора тепло отдается охлаждающей среде.

У машин с открытым охлаждающим контуром механически отфильтрованный атмосферный воздух подается через расположенные по обеим сторонам вала ротора вентиляторы посредством охлаждающих каналов в статор и ротор и воздушный зазор машины, и затем вновь отдается атмосфере. Механическая фильтрация при этом осуществляется в обычных пылевых фильтрах и т.п.

В чрезвычайных условиях окружающей среды, например, высокой доли двуокиси серы в воздухе, либо переходят к замкнутому охлаждению контуру, либо подается весь охлаждающий воздух после его "механической" фильтрации также через фильтр вредных веществ, например, фильтр на активированном угле. В обоих случаях повышаются инвестиционные затраты.

В основе изобретения лежит задача создать способ охлаждения вращающейся электрической машины с воздушным охлаждением с открытым охлаждающим контуром, который позволит обойтись минимумом инвестиционных затрат.

Эта задача, согласно изобретению, решается тем, что только подаваемый к ротору охлаждающий воздух подлежит дополнительной фильтрации, причем подаваемый к статору и, в случае необходимости, к воздушному зазору, механически отфильтрованный охлаждающий воздух подается через вентиляторы, в том время как подаваемый к ротору охлаждающий воздух подается в ротор отдельным путем. При этом для подачи охлаждающего воздуха для ротора преимущественно используется его собственная вентиляция.

При этом в основе изобретения лежит накопленный опыт, что загрязненный вредными газами охлажденный воздух на основе обзорного направления охлаждающего газа в статоре причиняет меньше вреда на охлаждающих каналах и в них, чем в прежде сложных путях охлаждающего воздуха в роторе. Достигаемая таким образом экономия касается прежде всего инвестиционных затрат: фильтры для вредных веществ становятся меньше, т.к. только небольшая часть (от 15 до 20%) охлаждающего воздуха должна быть подготовлена.

Кроме того, увеличивается срок службы фильтров для вредных веществ.

Вращающаяся электрическая машина, которая охлаждена по способу, согласно изобретению, охватывает расположенный за пределами корпуса машины механический фильтр, из которого может быть подан первый поток охлаждающего воздуха непосредственно к вентиляторам на обеих сторонах машины через первые направляющие охлаждающего воздуха, фильтр для вредных веществ, через который подается часть покидающего механический фильтр предварительно отфильтрованного охлаждающего воздуха через вторые направляющие для охлаждающего воздуха.

Примеры исполнения изобретения, а также достигаемые ими преимущества поясняются ниже более подробно чертежом.

На чертеже схематически изображены примеры исполнения изобретения, а именно, показано:
фиг. 1 - упрощенный продольный разрез генератора с воздушным охлаждением известной конструкции с отрытым охлаждающим контуром и отдельной подачей охлаждающего воздуха к ротору;
фиг. 2 - увеличенный отрезок фиг. 1, который показывает особое исполнение концевой части ротора, а также пути свежего воздуха к ротору и статору;
фиг. 3 - альтернативное исполнение подачи охлаждающего воздуха к ротору с каналами в валу ротора.

На фиг. 1 цифровой 1 обозначена стойка опоры, цифровой 2 - наружная обшивка, цифровой 3 - первая внутренняя обшивка, цифровой 4 - вторая внутренняя обшивка и цифровой 5 - корпус машины.

Намоточная головка 6 опирается на опорные плиты 7 на прессовочной плите статора 8. В жестяном корпусе статора 9 предусмотрены радиальные вентиляционные отверстия 9a между отдельными частями жестяного корпуса. Тяги 10 спрессовывают жестяной корпус статора с прессовочными плитами статора 8. Ротор 11 имеет на обеих концах роторные крышки 12. Намоточные соединения в полости намоточной головки обозначены цифровой 13, клеммы фаз и нейтрали - цифровой 14.

По обоим концам машины предусмотрено по одному осевому вентилятору 15. Радиально внутренний конец второй внутренней обшивки 4 образован в виде воздушного направляющего кольца 16. В фундаментном приямке 17 под машиной предусмотрен пылевой фильтр 18. Холодный воздух за пылевым фильтром 18 обозначен стрелкой 19, горячий воздух из статора - стрелкой 20.

Другие стрелки (не показанные подробнее) обозначают различные потоки охлаждающего воздуха внутри машины. В последующем следует рассматривать только половину машины, т.к. машина - что касается охлаждения - сконструирована симметрично.

Холодный атмосферный воздух течет через пылевой фильтр 18 и полость (камеру) 21 между первой внутренней обшивкой 3 и внутренней обшивкой 4 к вентилятору 15. Затем поток охлаждающего воздуха разветвляется.

Первый, меньший частичный поток, направляется в воздушный зазор машины 22, второй частичный поток попадает через полость намоточной головки 23 в заднюю часть машины, полость между корпусом машины 5 и жестяным корпусом статора 9.

В задней части машины посредством шпангоутов корпуса 24 и радиальных и осевых перегородок образованы камеры для холодного и горячего газа.

В примере по одной камере горячего газа 25 на обоих концах машины и одна камера горячего газа 26 в центре машины, а также по одной камере холодного газа 27 между камерами 25 и 26. В последние попадает так называемый второй поток охлаждающего воздуха от вентилятора 15, сжимается вентиляционными отверстиями 9a между частями жестяного корпуса статора 9 и попадает в так называемые камеры горячего газа 25 и 26.

Из камер горячего газа 25 и 26 горячий охлаждающий газ попадает через проемы с большой поверхностью на нижней стороне корпуса машины 5 в выпускную камеру 28 в фундаментном приямке 17, а оттуда - на улицу.

До сих пор конструкция и направление охлаждающего воздуха соответствуют известной из "Браун Боверли Техник" а.а.0. машине.

В отличие от известной из "Буран Бовери Техник" а.а.0. машины, где поток охлаждающего воздуха за вентилятором 15 дополнительно разветвляется на третий поток охлаждающего воздуха для охлаждения ротора, согласно изобретению, здесь происходит отделение охлаждающего воздуха к статору и к ротору уже за пределами собственно корпуса машины 5.

Как уже изложено во вступлении, у электрических машин с воздушным охлаждением всасываемый из атмосферы охлаждающий воздух должен быть освобожден от пыли и прочих частиц, а также от водяного пара. Как правило, это осуществляется пылевыми или сепараторами загрязнений, в последующем обозначенными механическими фильтрами.

В примере этого механический фильтр 18 расположен в приямке фундамента 17 под машиной. Он может быть размещен также около машины. У газотурбинных групп, где поданный воздух также механически фильтруется, прежде чем он подается к компрессору, фильтр 18 может отпасть.

От фильтра 18 механически отфильтрованный воздух подается непосредственно в кольцевую камеру 21 между первой и второй внутренней обшивкой 3 и 4. Частичный воздушный поток 29 проводится соответственно через один фильтр с активированным углем 30 и освобождается там от вредных компонентов, как двуокись серы и прочее.

Вместо фильтра с активированным углем может быть применено другое устройство для осаждения вредных субстанций, которое подходит к этим вредным веществам. Только после этого дополнительно отфильтрованный таким образом воздух подается в полость 31 между наружной обшивкой 2 и первой внутренней обшивкой 3. Разделение фундаментного приямка 17 на различные камеры для направления воздуха осуществляется при помощи перегородок 32.

Это новое направление охлаждающего газа требует, само собой разумеется, модификаций на самой машине. Они должны быть теперь пояснены фиг. 2, которая показывает увеличенный, только в незначительных деталях модифицированный продольный разрез через концевую часть машины по фиг. 1. При этом одинаковые или одинаково действующие детали предусмотрены с теми же относительными обозначениями, как на фиг. 1.

Осевой вентилятор 15 закреплен на буртике 33. В этом буртике по его окружности предусмотрены каналы аксиально проходящие проходные отверстия 34. Между плитой 35 роторной крышки 12 и вентилятором 15 предусмотрено первое цилиндрическое покрытие 36. Оно отделяет полость намоточной головки 23 от роторной полости 37.

Закрепленное на указанном буртике 33 второе цилиндрическое покрытие 38 взаимодействует с третьим цилиндрическим покрытием 39. Последнее закреплено на первой внутренней обшивке 3 и на наружной обшивке 2 и имеет распределенные по его окружности проемы 40. Повернутые друг к другу свободные концы второго и третьего покрытия 38 и 39 образуют при этом вращающееся уплотнение между полостями 21 и 31.

В целях комплектности указано также уплотнение вала 2 и между роторным валом и наружной обшивкой 2.

Поступающий из фильтра с активированным углем 30 поток охлаждающего воздуха попадает через полость 31 и проемы 40 в полость 41 между роторным валом и покрытиями 38 и 39, проходит каналы-отверстия 34 в буртике и попадает в роторную полость 37. Там он разветвляется, в основном, на два частичных потока.

Один частичный поток проходит через намоточную головку 42 ротора 11, а другой частичный поток проходит через охлаждающие каналы ротора 11a. Оба частичных потока объединяются в воздушном зазоре машины 22 и поступают оттуда через охлаждающие шлицы 9a в жестяном корпусе статора 9 в камеры горячего газа 25 и 26 (см. фиг. 1).

В качестве средства подачи для охлаждающего воздуха ротора не требуется никакого особого вентилятора, т.к. здесь используется собственный вентилятор ротора.

У конструкций ротора без особенно выраженного буртика 33 подача охлаждающего воздуха от полости 41 к роторной полости 37 осуществляется тем, что в валу ротора вырабатываются под буртиком каналы - пропуски 43 охлаждающего воздуха.

Изготовление подобных пропусков 43 слишком дорогостоящее и, кроме того, ослабляет роторный вал.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей способа охлаждения вращающейся электрической машины с воздушным охлаждением и открытым охлаждающим контуром, в которой отфильтрованный механическим путем атмосферный воздух попадает через установленные по обеим сторонам вала ротора вентиляторы посредством охлаждающих каналов в статор, ротор и воздушный зазор машины, а затем снова отдается в атмосферу. Согласно изобретению, только подаваемый к ротору охлаждающий воздух подвергают дополнительной фильтрации. При этом подаваемый к статору, а в случае необходимости и к воздушному зазору машины механически отфильтрованный охлаждающий воздух транспортируют вентиляторами, а в ротор охлаждающий воздух подают отдельным путем. Вращающаяся электрическая машина с таким охлаждением имеет открытый охлаждающий контур с охлаждающими каналами в роторе, корпусе статора, с корпусом машины, наружной обшивкой корпуса, вентиляторами на обоих концах вала ротора для подачи отфильтрованного механическим фильтром воздуха во внутрь машины через камеры, отделенные от внутренней части машины вторыми внутренними обшивками. Согласно изобретению, эти камеры поделены первыми внутренними обшивками, а образованная наружной и первой внутренней обшивками первая камера выполнена с возможностью подачи дополнительно отфильтрованного охлаждающего воздуха, обходя вентилятор, напрямую к ротору. При этом вторая камера, образованная первой и второй внутренними обшивками, выполнена только с возможностью подачи только предварительно отфильтрованного охлаждающего воздуха. В машине также предусмотрены средства для отделения полости намоточной головки от роторной полости. Изобретение направлено на уменьшение инвестиционных затрат на фильтр дополнительной очистки, так как только небольшая часть необходимого для охлаждения воздуха требует дополнительной фильтрации. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения вращающейся электрической машины с воздушным охлаждением с открытым охлаждающим контуром, при котором механически отфильтрованный атмосферный воздух подают через расположенные по обеим сторонам на роторном валу вентиляторы (15) через охлаждающие каналы (9а, 11а) в статор (9) и ротор (11) и воздушный зазор машины (22) и затем снова отдают в атмосферу, отличающийся тем, что механически отфильтрованный воздух подают непосредственно к статору (9) и воздушному зазору машины (22) и только подаваемый к ротору (11) охлаждающий воздух подвергают дополнительной фильтрации, причем подаваемый к статору и, в случае необходимости, к воздушному зазору машины механически отфильтрованный охлаждающий воздух транспортируют вентиляторами, а подаваемый к ротору охлаждающий воздух подают в ротор отдельным путем. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу охлаждающего воздуха для ротора (11) осуществляют через собственную вентиляцию ротора. 3. Вращающаяся электрическая машина с воздушным охлаждением, снабженная открытым охлаждающим контуром, предусмотренным с охлаждающими каналами (11а), ротором, предусмотренным с охлаждающими каналами (9) жестяным корпусом статора (9), корпусом машины (5), наружными обшивками (2) на обеих торцевых сторонах корпуса, вентиляторами (15) на каждом конце вала ротора (11) для подачи отфильтрованного механическим фильтром (18) охлаждающего воздуха через камеры (21) на торцевых сторонах машины во внутрь машины, причем камеры отделения от внутренней части машины вторыми внутренними обшивками (4), отличающаяся тем, что камеры поделены первой внутренней обшивкой (3), причем образованная наружной обшивкой (2) и первой внутренней обшивкой (3) первая камера (31) выполнена с возможностью подачи дополнительно отфильтрованного охлаждающего воздуха, обходя вентилятор (15), напрямую к ротору, причем вторая, образованная первой (3) и второй внутренней обшивкой (4) камера (21) выполнена с возможностью подачи только предварительно отфильтрованного охлаждающего воздуха, предусмотрены средства (33) для отделения полости намоточной головки (23) вентилятора (15) от роторной полости (37). 4. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что для соединения первой камеры (31) с роторной полостью (37) предусмотрены каналы (34, 43) под вентилятором (15). 5. Машина по п.4, отличающаяся тем, что вентилятор (15) закреплен на буртике (33), в котором образованы каналы (34) через аксиально проходящие отверстия. 6. Машина по п. 4, отличающаяся тем, что каналы образованы пропусками (43) в роторном валу. 7. Машина по одному из пп.3 - 6, отличающаяся тем, что роторная полость (37) отделена от полости намоточной головки (23) вентилятора (15) первым цилиндрическим покрытием (36), преимущественно закрепленным на плите (35) роторной крышки (12).