ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОР С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ-ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2015 года по МПК H02K9/00 H02K9/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электрических машин с вращающимися деталями. Оно касается двигателя-генератора с воздушным охлаждением согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также способа его эксплуатации.

Уровень техники

Двигатели-генераторы с воздушным охлаждением часто охлаждаются посредством замкнутого воздушного контура. Требуемое количество воздуха определяется величиной отводимых тепловых потерь. В связи с тем что возникающие потери, а также создаваемый объемный поток охлаждающего воздуха изначально не могут быть точно определены, то необходимо запланировать резервы относительно объемного потока. Слишком малое количество воздуха ведет к перегреву генератора. Слишком большой объемный поток вызывает ненужные потери на стороне вентиляции. Следовательно, целью является выбор объемного потока охлаждающего воздуха столь большим, как это необходимо, и столь малым, как это возможно. Как правило, объемный поток ограничивается искусственно создаваемыми потерями давления внутри воздушного контура (принцип дросселирования).

Настоящее изобретение упрощает и оптимизирует этот порядок действий. Целью является приведение по возможности в точное соответствие объемного потока охлаждающего воздуха с требованиями к охлаждению, будь это однократно при пуске в эксплуатацию генераторов или неоднократно при разных случаях расчетной нагрузки на генератор, как это происходит у асинхронных машин. Обычно у гидравлических машин, как они, например, представлены на фиг.1 источника информации ЕР 740402 А1, это достигается, например, посредством сужения определенных поперечных сечений воздушного тракта. У больших гидравлических машин это происходит часто на входе в крестовину ротора. С помощью дополнительных металлических листов сужают входное сечение и тем самым ограничивают количество охлаждающего воздуха.

Однако такой порядок действий имеет некоторые недостатки:

- монтаж перекрывающих листов на крестовине ротора, в зависимости от конструкции машины с встроенным ротором, больше не возможен. Площадь отверстия на входе в крестовину ротора должна быть окончательно определена еще до установки ротора;

- если размещение дополнительных листов при встроенном роторе возможно, то это можно произвести только при остановленной машине. Это требует больших затрат времени, и, тем не менее, нельзя точно воздействовать на объемный поток;

- перекрывающие листы дополнительно увеличивают вес, что нагружает подшипники. Кроме того, листы необходимо соответственно тщательно фиксировать, т.к. они находятся на вращающейся части генератора;

- распределение объемного потока, имеющее решающее значение для равномерности охлаждения и, следовательно, температур в машине, может подвергнуться отрицательному воздействию;

- может отсутствовать реакция на разные расчетные случаи нагрузки на генератор.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание двигателя-генератора, в котором устранены недостатки предыдущих решений в части охлаждения и который, в частности, позволяет проводить дросселирование во время работы или же приводить объемный поток охлаждающего воздуха в точное соответствие с соответствующими требованиями и, в частности, также в отношении динамики при разной нагрузке. При этом подшипники машины не должны подвергаться дополнительной нагрузке. Другая задача состоит в создании способа эксплуатации такого двигателя-генератора.

Указанные задачи решаются совокупностью признаков пунктов 1 и 13 формулы изобретения. Согласно изобретению двигатель-генератор с воздушным охлаждением содержит ротор с валом, установленным с возможностью вращения вокруг оси машины, на котором расположена обмотка ротора, а также статор с пакетом активной стали и расположенной в нем обмоткой, которая концентрически охватывает обмотку ротора, при этом предусмотрен замкнутый воздушный контур, работающий на охлаждающем воздухе, в котором охлаждающий воздух протекает через обмотку ротора и обмотку статора радиально изнутри наружу, охлаждается в расположенных за пределами статора охладителях и снова отводится в ротор. Двигатель-генератор согласно изобретению отличается тем, что для регулировки объемного потока охлаждающего воздуха в охлаждающем контуре на охладителях предусмотрены регулирующие дросселирующие устройства.

Настоящее изобретение позволяет производить дросселирование в процессе работы. Следовательно, объемный поток может приводиться в точное соответствие с соответствующими требованиями. При необходимости это также возможно и в динамическом отношении при разной нагрузке. Дополнительно требуемые конструктивные детали не находятся на вращающейся части генератора, и поэтому подшипники не нагружаются без необходимости. В настоящем изобретении дросселирование производится практически «в конце» охлаждающего контура, то есть перед или после охладителей.

Согласно варианту выполнения изобретения дросселирующие устройства расположены на входной стороне охладителей.

Согласно другому варианту выполнения изобретения дросселирующие устройства расположены на выходной стороне охладителей.

Еще один вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что дросселирующие устройства содержат множество пластин, расположенных параллельно друг другу в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

Согласно варианту развития пластины выполнены с возможностью поворота вокруг своей продольной оси.

Целесообразным дополнением служит выполнение пластин с возможностью раздельного поворота. Тем самым возможно влиять на объемный поток не только в целом, но также и на его распределение по площади сечения.

Другой вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что пластины располагаются по всей ширине и/или длине охладителей.

Еще один вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что дросселирующие устройства содержат множество распределенных в плоскости перпендикулярно направлению потока дросселирующих элементов, при этом каждый из дросселирующих элементов содержит проходное отверстие.

Согласно предпочитаемому варианту выполнения по меньшей мере в части проходных отверстий расположен в виде откидного клапана дроссельный клапан, выполненный поворотным вокруг оси вращения.

Также и здесь дросселирующие элементы могут приводиться в действие раздельно.

Согласно изобретению способ эксплуатации двигателя-генератора отличается тем, что регулировка объемного потока охлаждающего воздуха в процессе эксплуатации двигателя-генератора производится путем плавной регулировки дросселирующих устройств.

Согласно варианту выполнения изобретения регулировка объемного потока производится посредством дросселирующих устройств в соответствии с температурой, измеренной на двигателе-генераторе.

Другой вариант выполнения отличается тем, что регулировка объемного потока производится одноразово при пуске в эксплуатацию двигателя-генератора.

Еще один вариант выполнения отличается тем, что объемный поток регулируется динамически во время работы двигателя-генератора в зависимости от расчетного случая нагрузки.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью примеров своего выполнения со ссылкой на чертежи. При этом изображено:

фиг.1 - схематическая компоновка двигателя-генератора с вертикальной осью и воздушным охлаждением в том виде, как он пригоден для выполнения изобретения;

фиг.2 - расположение регулируемого дросселирующего устройства на входной стороне охладителя согласно примеру выполнения изобретения;

фиг.3 - расположение регулируемого дросселирующего устройства (с управляющим устройством) на выходной стороне охладителя согласно другому примеру выполнения изобретения;

фиг.4 - вид сверху в направлении потока на другой тип дросселирующего устройства;

фиг.5 - выполнение отдельного дросселирующего элемента дросселирующего устройства на фиг.4.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически показано устройство двигателя-генератора с вертикальной осью и воздушным охлаждением в том виде, как он пригоден для осуществления изобретения. Двигатель-генератор 10 содержит ротор 34, который расположен с возможностью вращения вокруг оси 15 машины и имеет вал или ступицу 11, на которой предусмотрена обмотка 16 ротора в форме раздельно размещенных полюсных обмоток. Обмотка 16 ротора соединена с валом 11 ротора через крестовину 21 ротора.

Вал 11 ротора установлен с возможностью вращения на радиальных 12, 13 и упорных 14 подшипниках. Крестовина 21 ротора служит для направления охлаждающего воздуха 24, который поступает через входные отверстия 22 и по соответствующим проходным каналам 23 в обмотке 16 ротора выходит в радиальном направлении наружу через обмотку 16 ротора. Обмотка 16 ротора концентрически охватывается статором 35, содержащим обмотку 17, расположенную в пакете 18 активной стали статора. Выходящий из обмотки 16 ротора охлаждающий воздух протекает в радиальном направлении через статор 35 и после выхода из него охлаждается расположенным снаружи охладителем 19, через который протекает вода 20 (см. трубопроводы 27 на фигурах 2, 3). Охлажденный в охладителях 19 охлаждающий воздух 24 подается обратно в ротор 34 и снова поступает в крестовину 21 ротора при закрытии охлаждающего замкнутого контура.

Дросселирование охлаждающего объемного потока производится при входе в охладители 19 или при выходе из охладителей 19, как это показано в виде примера на фигуре 2, 3. На фиг.2 видно, что на входной стороне охладителей 19 расположено дросселирующее устройство 25, содержащее множество пластин 26, способных поворачиваться вокруг продольной оси (на фиг.2 продольные оси пластин 26 ориентированы перпендикулярно плоскости чертежа). В принципе пластины 26 могут совместно поворачиваться не показанным механизмом для обеспечения регулируемого дросселирования объемного потока охлаждающего воздуха 24 охладителем 19 или внутри охлаждающего контура. Возможно также выполнить пластины 26 с возможностью поворота в отдельности с тем, чтобы при этом можно было влиять разным способом на объемный поток на разных местах поперечного сечения.

Однако это дросселирующее устройство 25, как показано на фиг.3, также может быть расположено на выходной стороне охладителя 19. В обоих случаях на охладителе 19 имеется достаточно места для дросселирующих устройств 25. Кроме того, этот участок легко доступен снаружи и поэтому хорошо пригоден для монтажа и технического обслуживания.

Посредством расположения пластин 26 на их решетке можно легко влиять на коэффициент потери давления и, следовательно, на падение давления. В зависимости от конструкции пластины 26 могут при этом располагаться по всей ширине охладителя и/или его высоте.

Выполнение и принцип действия дросселирующих устройств могут варьироваться в зависимости от требования. Другой тип дросселирующего устройства показан на фигурах 4 и 5. Дросселирующее устройство 28 на фиг.4 содержит множество отдельных дросселирующих элементов 29, которые равномерно распределены на обычно непроницаемой стенке. Отдельный дросселирующий элемент 29 (фиг.5) имеет (например, круглое) проходное отверстие 30, в котором расположен в виде откидного клапана дроссельный клапан 33, выполненный с возможностью поворота посредством оси 32 вокруг оси 31 вращения. В зависимости от положения при повороте дроссельного клапана 33 проходное отверстие 30 открывается в большей или меньшей степени. Через положение дроссельного клапана 33 можно воздействовать на коэффициент потери давления и тем самым на потерю давления. При необходимости отдельные «дроссели» или дросселирующие элементы 29 могут комбинироваться.

Задачей дросселирующих устройств всегда является воздействие на падение давления и тем самым на объемный поток. Регулировка объемного потока производится плавно во время работы установки. Путем контроля за температурой генератора регулируется оптимальный объемный поток. Для этого может быть предусмотрено, как показано на фиг.3 в сильно упрощенном виде, устройство 36 дроссельного управления, которое принимает данные о температуре с температурного датчика 37 и затем регулирует дросселирование в дросселирующем устройстве 25. Как уже упоминалось, это может производиться однократно при запуске в эксплуатацию или при необходимости объемный поток может регулироваться динамически в зависимости от расчетного случая нагрузки. В первом случае может обеспечиваться преимущество, заключающееся в выполнении по меньшей мере части дросселирующих элементов 29 в виде неподвижных диафрагм в целях снижения расходов на аппаратную часть. Поскольку они выполнены разными в отношении формы и/или площади сечения, то можно воздействовать на потерю давления и, следовательно, на распределение потока охлаждающего воздуха по сечению. Дросселирующие устройства 25 или 28 могут быть изготовлены простыми и надежными, т.к. на допуски не распространяются особые требования.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

10 двигатель-генератор (с воздушным охлаждением)

11 вал ротора

12, 13 радиальный подшипник

14 упорный подшипник

15 ось машины

16 обмотка ротора

17 обмотка статора

18 пакет активной стали статора

19 охладитель

20 вода

21 крестовина ротора

22 входное отверстие

23 проходной канал

24 охлаждающий воздух

25, 28 дросселирующее устройство

26 пластины (поворотные)

27 трубопровод

29 дросселирующий элемент

30 проходное отверстие

31 ось вращения

32 ось клапана

33 дроссельный клапан

34 ротор

35 статор

36 устройство дроссельного управления

37 температурный датчик

Изобретение относится к области электрических машин с вращающимися деталями. Двигатель-генератор (10) с воздушным охлаждением содержит ротор (34) с валом (11), который расположен с возможностью вращения вокруг оси (15) машины и на котором расположена обмотка (16) ротора, и статор (35) с пакетом (18) активной стали и расположенной в нем обмоткой (17), концентрически охватывающей обмотку (16) ротора, при этом предусмотрен замкнутый контур охлаждения, работающий на охлаждающем воздухе, в котором охлаждающий воздух протекает через обмотку (16) ротора и обмотку (17) статора радиально изнутри наружу, охлаждается в расположенных вне статора (35) охладителях (19) и снова отводится в ротор (34). Охлаждение, изменяемое до или в процессе работы, обеспечивается простым способом благодаря тому, что для регулировки объемного потока охлаждающего воздуха в контуре охлаждения предусмотрены на охладителях (19) регулируемые дросселирующие устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двигатель-генератор (10) с воздушным охлаждением, содержащий ротор (34) с валом (11), который расположен с возможностью вращения вокруг оси (15) машины и на котором размещена обмотка (16), и статор (35) с пакетом (18) активной стали и расположенной в нем обмоткой (17), концентрически охватывающей обмотку (16) ротора, при этом предусмотрен замкнутый контур охлаждения, работающий на охлаждающем воздухе (24), в котором охлаждающий воздух протекает через обмотку (16) ротора и обмотку (17) статора радиально изнутри наружу, охлаждается в расположенных вне статора (35) охладителях (19) и снова отводится в ротор (34), отличающийся тем, что для регулировки объемного потока охлаждающего воздуха в контуре охлаждения на охладителях (19) предусмотрены регулируемые дросселирующие устройства (25, 28).

2. Двигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что дросселирующие устройства (25, 28) расположены на входной стороне охладителей (19).

3. Двигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что дросселирующие устройства (25, 28) расположены на выходной стороне охладителей (19).

4. Двигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что дросселирующие устройства (25) содержат множество пластин (26).

5. Двигатель-генератор по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере часть пластин (26) расположена соответственно с возможностью поворота вокруг своей продольной оси параллельно друг другу в плоскости, перпендикулярной направлению потока.

6. Двигатель-генератор по п.5, отличающийся тем, что пластины (26) выполнены с возможностью раздельного поворота.

7. Двигатель-генератор по п.4, отличающийся тем, что пластины (26) расположены по всей ширине и/или высоте охладителей (19).

8. Двигатель-генератор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дросселирующие устройства (28) содержат множество дросселирующих элементов (29), расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению потока, при этом каждый дросселирующий элемент (29) содержит проходное отверстие (30).

9. Двигатель-генератор по п.8, отличающийся тем, что проходные отверстия (30) совпадают друг с другом по форме сечения и/или площади сечения.

10. Двигатель-генератор по 8, отличающийся тем, что проходные отверстия (30) выполнены отличающимися друг от друга по форме сечения и/или площади сечения.

11. Двигатель-генератор по п.8, отличающийся тем, что дросселирующие устройства (28) содержат множество дросселирующих элементов (29), расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению потока, при этом каждый из дросселирующих элементов (29) содержит проходное отверстие (30), в котором подобно откидному клапану расположен дроссельный клапан (33) с возможностью поворота вокруг оси (31) вращения.

12. Двигатель-генератор по п.11, отличающийся тем, что дросселирующие элементы (29) выполнены с возможностью привода в действие раздельно.

13. Способ эксплуатации двигателя-генератора по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что регулировку объемного потока охлаждающего воздуха производят в процессе работы двигателя-генератора (10) плавной регулировкой дросселирующих устройств (25, 28).

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что регулировку объемного потока охлаждающего воздуха производят посредством дросселирующих устройств (25, 28) с учетом замеренной на двигателе-генераторе (10) температуры.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что регулировку объемного потока производят однократно при пуске в эксплуатацию двигателя-генератора (10).

16. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что объемный поток динамически регулируют во время работы двигателя-генератора (10) в зависимости от расчетного случая нагрузки.