ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С КОМБИНИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2004 года по МПК H02K9/16 H02K9/06 

Изобретение относится к электрическим машинам с системами охлаждения, соответствующими специфике высоковольтных электрических машин с применением высоковольтных кабелей для обмотки статора с большим числом витков и глубоким пазом.

Известны системы охлаждения электрических машин, например, турбогенераторов с применением 3 независимых источников водяного охлаждения: непосредственного обмотки статора, непосредственного обмотки ротора и сердечника статора с помощью плоских водяных охладителей, расположенных между пакетами сердечника (Л.1). Такая схема является достаточно эффективной с точки зрения охлаждения, однако, она обладает недостаточно надежным элементом водяного охлаждения вращающегося ротора. Кроме того, она практически не применима в части использования непосредственного водяного охлаждения для высоковольтной обмотки статора, т.к. в этом случае трудно обеспечить необходимую электрическую прочность обмотки в местах подвода и отвода воды.

Наиболее близкой к заявляемой является электрическая машина (Л.2), содержащая сердечник статора с обмоткой, разделенный на аксиальные пакеты радиальными вентиляционными каналами, ротор с обмоткой и вентиляционными каналами, симметрично расположенные на концах вала ротора вентиляторы, воздухоохладители и корпус, разделенный на зоны охлаждения. В электрической машине используется система газового (в частности, воздушного) охлаждения, когда обмотка статора и сердечник статора и ротора охлаждаются по вытяжной схеме, т.е. когда нагретый в машине газ вытягивается вентиляторами и подается на газо-(воздухо-) охладители. Суть охлаждения состоит в том, что холодный воздух после газоохладителей разделяется на два потока: первый подается на наружный диаметр спинки статора и лобовые части обмотки статора и через радиальные вентиляционные каналы в сердечнике поступает в зазор между ротором и статором, при этом происходит охлаждение активной стали статора и обмотки статора. Нагретый воздух из зазора поступает на вентиляторы и под их напором на газоохладители. Второй поток холодного газа после газоохладителей поступает в зону охлаждения лобовых частей обмотки ротора и затем в зазор, нагретый газ из зазора поступает на вентиляторы. При этом основной расход охлаждающего газа идет через сердечник статора. Такая система охлаждения надежна и проста в производстве. Однако применительно к высоковольтным электрическим машинам она обладает тем недостатком, что при очень высоком статорном пазе высоковольтной обмотки, больших потерях в пазовой части обмотки статора и в зубцах и при встречном направлении движения газа из ротора система становится мало эффективной для охлаждения обмотки статора в пазовой части и самого сердечника в этой зоне.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности системы охлаждения высоковольтной электрической машины.

Технический результат изобретения достигается тем, что в электрической машине с комбинированным охлаждением, содержащей сердечник статора, разделенный на аксиальные пакеты, ротор с обмоткой и с вентиляционными каналами, вентиляторы, расположенные симметрично на противоположных концах вала ротора, воздухоохладители и корпус, разделенный на зоны охлаждения, система охлаждения машины выполнена комбинированной, при этом лобовые части обмотки статора и ротор имеют воздушное охлаждение, так что зоны холодного воздуха охладителей соединены с холодными зонами лобовых частей обмотки статора и холодными зонами вентиляционных каналов ротора, а зоны нагретого воздуха лобовых частей статора и зоны нагретого воздуха ротора, образованные зазором между статором и ротором, примыкают к вытяжным зонам вентиляторов, сердечник статора выполнен с высоковольтной обмоткой и снабжен собственной жидкостной системой охлаждения в виде плоских охладительных элементов, расположенных между аксиальными пакетами.

Сущность изобретения поясняется примером конкретного выполнения, представленного на чертеже, где

1 - сердечник статора, разделенный на пакеты;

2 - водоохладители сердечника статора;

3 - лобовые части обмотки ротора;

4 - ротор с обмоткой;

5 - вентиляторы;

6 - вентиляционные каналы ротора;

7 - газоохладители;

8 - зона холодного воздуха после газоохладителей;

9 - зона холодного воздуха лобовых частей;

10 - зона холодного воздуха ротора;

11 - зона нагретого воздуха лобовых частей;

12 - зона нагретого воздуха ротора (воздушный зазор между статором и ротором).

Система охлаждения является симметричной. На чертеже, поз.1 показан сердечник статора, разделенный на пакеты, между которыми расположены плоские водоохладители 2. Два газоохладителя 7 расположены в корпусе. Лобовые части многорядной высоковольтной обмотки статора 3 выступают за сердечник статора 1. Ротор с обмоткой 4 снабжен двумя вентиляторами 5. В обмотке и теле ротора выполнены вентиляционные каналы 6. Сразу после газоохладителей 7 холодный газ попадает в зоны холодного газа 8, из которых один поток через отверстие в корпусе направляется в холодную зону 9 лобовых частей обмотки статора, а другой поток 8 в холодную зону вентиляционных каналов ротора 10, расположенную под лобовыми частями обмотки ротора. Из зоны 9 газ проходит решетку лобовых частей 3, охлаждая их, и поступает в зону нагретого газа 11, которая непосредственно примыкает к вытяжной зоне (зоне разряжения) вентилятора 5. Из зоны 10 охлаждающий газ поступает в вентиляционные каналы ротора 6, охлаждает обмотку ротора и выбрасывается в зону нагретого газа ротора 12 (в воздушный зазор между статором и ротором), которая также непосредственно примыкает к нагретой зоне лобовых частей 11 и к вытяжной зоне вентилятора 5. После вентилятора под его напорным действием нагретый газ поступает на газоохладители 7.

Благодаря применению комбинированной системы охлаждения интенсивное охлаждение сердечника статора и высоковольтной обмотки статора осуществляется с помощью плоских водяных охладителей, располагаемых между пакетами сердечника. Лобовые же части высоковольтной обмотки статора и обмотка ротора охлаждаются воздухом, причем расход воздуха и вентиляционные потери существенно уменьшаются по сравнению с прототипом, поскольку сердечник статора имеет водяные охладители. При этом интенсивность охлаждения ротора улучшается, так как выход роторного газа в воздушный зазор не встречает противодействия со стороны сердечника статора. Схема движения газа выполнена вытяжной, т.е. в зоны охлаждения лобовых частей статора и обмотки ротора поступает холодный газ непосредственно после воздухоохладителей.

Предлагаемое техническое решение позволит существенно повысить эффективность охлаждения активного объема высоковольтной электрической машины, соответствуя ее специфике.

Литература

1. Сборник “Электросила” №39, 2000, с. 14-21, рис.3.

2. Филиппов И.Ф., Основы теплообмена в электрических машинах. Энергия. ЛО., 1974, с. 102 и 103, рис.6-3,б, рис.6-4б.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах охлаждения высоковольтных электрических машин, в частности, турбогенераторов с применением высоковольтных кабелей для обмотки статора с большим числом витков и глубоким пазом. Сущность изобретения состоит в следующем. Система охлаждения электрической машины выполнена комбинированной, то есть интенсивное охлаждение сердечника статора и высоковольтной обмотки статора осуществляется собственной жидкостной системой охлаждения, выполненной в виде плоских охладительных элементов, располагаемых между аксиальными пакетами сердечника статора. Лобовые же части высоковольтной обмотки статора и обмотка ротора охлаждаются воздухом, причем расход воздуха и вентиляционные потери существенно уменьшаются поскольку сердечник статора имеет водяные охладительные элементы, а интенсивность охлаждения ротора улучшается, так как выход нагретого роторного газа в воздушный зазор не встречает противодействия со стороны сердечника статора. Технический результат от использования данного изобретения состоит в существенном повышении эффективности охлаждения активного объема высоковольтной электрической машины. 1 ил.

Электрическая машина с комбинированным охлаждением, содержащая сердечник статора, разделенный на аксиальные пакеты, ротор с обмоткой и с вентиляционными каналами, вентиляторы, расположенные симметрично на противоположных концах вала ротора, воздухоохладители и корпус, разделенный на зоны охлаждения, отличающаяся тем, что система охлаждения машины выполнена комбинированной, при этом лобовые части обмотки статора и ротор имеют воздушное охлаждение, так что зоны холодного воздуха охладителей соединены с холодными зонами лобовых частей обмотки статора и холодными зонами вентиляционных каналов ротора, а зоны нагретого воздуха лобовых частей статора и зоны нагретого воздуха ротора, образованные зазором между статором и ротором, примыкают к вытяжным зонам вентиляторов, сердечник статора выполнен с высоковольтной обмоткой и снабжен собственной жидкостной системой охлаждения в виде плоских охладительных элементов, расположенных между аксиальными пакетами.