Статор электрической машины Советский патент 1988 года по МПК H02K9/19 H02K1/20 

324

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения состоит в снижении материалоемкости, повышении надежности и нагрузочной способности путем снижения максимальных нагревов крайних пакетов. Статор электрической машины содержит сердечник из листов, имеющих рассечки в зубцах, разделенных охладителями с теплопроводами 11, заполняющими рассечки, и охлаждающие трубки 5, закрепленные в зубцах и ярме. Благодаря тому, что охлаждающие трубки зоны ярма присоединены к сливным 7 коллекторам, а трубки зубцовой зоны - к напорным 6, и теплопроводы 11 охладителей охватывают охлаждающие трубки, обеспечивается достижение поставленной цели. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

е

е

dtDri::;

Й-Й-И 8 В 7

и

дзие.1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в мощных турбогенераторах.

Цель изобретения - снижение материалоемкости, повышение надежности и нагрузочной способноти турбогенераторов путем снижения максимальных нагревов крайних пакетов сердечника статора.

На фиг. 1 изображен сердечник статора с аксиальными охлаждающими труб- ками и охладителями, установленными между пакетами концевых зон; на фиг. 2 - сердечник статора с аксиальными охлаждающими трубками, с указанием, разрезана фиг. 3 - щтуцер с прокладкой из ма- териала, обладающего аномально низким трением; на фиг. 4 - трубка с выполненными на внутренней поверхности выступами; на фиг. 5 и 6 - пример выполнения охладителей концевых зон с теплопроводами, заполняющими рассечки пакетов и ох- ватывающими аксиальные охлаждающие трубки.

Сердечник статора состоит из центральной части 1 и концевых зон 2, содержащих охладители 3. Аксиальные охлаждающие трубки 4 пронизывают сердечник и при помощи щтуцеров 5 подсоединены к коллекторам, причем трубки зубцовой зоны подсоединены к напорным коллекторам 6, а трубки зоны ярма - к сливным коллекторам 7. У торцов сердечника вывод- ные щтуцера трубок зубцовой зоны соединены попарно последовательно с вводными штуцерами трубок зоны ярма соединительными трубками 8. В щтуцерах установлены уплотняющие прокладки 9, выполненные из материала с аномально низ- КИМ трением. На внутренней поверхности трубок, расположенных в зуб-цовой зоне, выполнены выступы 10 с щагом t(0,2-4- + l,0)d и высотой б(0,3-0,l)d, где d - внутренний диаметр трубки. Охладители концевых зон содержат теплопроводы 11, заполняющие рассечки пакетов и охватывающие аксиальные охлаждающие трубки, а рассечки выполнены наклоненными относительно оси зубца под углом 1-90° в сторону сбегающего края основания зубца, и аксиальная трубка делит их на части так, что отрезки со стороны набегающего края Ь и со стороны сбегающего края 2 основания зубца соотносятся в пределах 1:10-1:1.

В качестве примера приведено приме- нение предлагаемого решения в турбогенераторах типа ТЗВ.

Применение аксиального охлаждения центральной части и смешанного аксиаль- но-радиально концевых зон сердечника статора турбогенератора типа ТЗВ повышает надежность системы охлаждения от 0,775 для известной системы охлаждения до

5

0 с 0

о 5 0 ,

о

5

0,922 для системы охлаждения сердечника статора, выполненной по предлагаемому решению. Высокая надежность системы охлаждения, в свою очередь, повышает надежность и коэффициент готовности турбогенератора в целом.

В ходе исследований турбогенератора ТЗВ-8002УЗ было установлено, что охлаждающая вода при прохождении ветви охлаждения концевой зоны сердечника статора подогревается в среднем на 17 К. Учитывая, что в ветви содержится 5-6 охладителей, включенных последовательно, можно констатировать, что при прохождении воды по трубке одного охладителя подогрев составляет 2,8-3,4 К. Длина трубки составляет примерно 3 м, следовательно, удельный подогрев воды в трубках охладителей составляет 1 К/м.

Принимая параметры теплообмена воды и стенки трубок охладителей и аксиальных охлаждающих трубок одинаковыми, можно ориентировочно определить подогрев воды при прохождении по аксиальной трубке. Длина сердечника статора турбогенератора составляет около 7 м, следовательно, подогрев хладагента в аксиальных охлаждающих трубках составляет 7 К. В результате если сердечник статора охлаждается от одного сливного и одного напорного коллекторов, расположенных по разные стороны от сердечника, по оси мащины перекос перегревов сердечника статора составляет 7 К, что равняется примерно 10% максимальных перегревов зубцов крайних пакетов сердечника статора. Кроме этого, различен подогрев хладагента в трубках зубцовой зоны и трубок зоны ярма. Учитывая, что перегрев ярма сердечника статора примерно в 7 раз ниже перегрева зубцов, вода в охлаждающих трубках ярма подогревается примерно на 1 К. В крайних пакетах со стороны сливного коллектора усиливается неравномерность нагрева в радиальном направлении. Если без применения аксиального охлаждения отношение перегревов зубцов к перегревам ярма крайних пакетов составляет 70:9, то с применением аксиального охлаждения по известным решениям это отношение равно 77:10. Вследствие этого в режимах с потреблением реактивной мощности, когда нагрузка згубцов крайних пакетов торцовым магнитным полем рассеяния максимальна, перегревы в этой зоне со стороны сливного коллектора могут превзойти допустимые значения.

Указанные нежелательные явления устраняются при использовании предлагаемой конструкции путем организации встречного движения потоков воды в соседних в тангенциальном направлении охлаждающих трубках, а также создания цепи охлаждения трубка зубцовой зоны - трубка ярма.

В результате устраняется неравномерность нагрева сердечника статора в осевом и радиальном направлениях, что снижает максимальные нагревы, уменьшает влияние циклической тепломеханики сердеч- ника статора на стабильность контактной теплопередачи в системе охладитель - пакет концевой зоны, а также уменьшает скорость протекания деградационных процессов в сердечнике статора.

Применение турбулизатороа в трубках зубцовой зоны позволяет интенсифицировать теплообмен между потоком хладагента и стенкой трубки без увеличения расхода хладагента и значительного увеличения гид- равлического сопротивления аксиальной охлаждающей трубки. Выступы могут быть выполнены как кольцевыми, так и по спиральной линии. В этом случае шагом выступов является расстояние между соседними витками. Метод выполнения высту- пов может быть самым разным (например, накаткой на готовой стальной трубке и т. д.).

Таким образом, применение теплопроводов позволяет снизить превышение темпе- ратуры зубцовой зоны крайнего пакета над температурой охладителя почти на 25%. В данном случае оценивалось применение теплопроводов минимальной толщины из расчета возможности установки их в существующих рассечках крайних пакетов сер- дечника статора турбогенератора ТЗВ- 8002УЗ. Если установить теплопроводы большей толщины или из более теплопроводного материала, например меди (коэффициент теплопроводности примерно в 2,5 раза выше, чем у силумина), то следует ожидать еще более существенного снижения перегревов, чему также способствует хоро- щий тепловой контакт с аксиальной охлаждающей трубкой.

Предлагаемое конструктивное решение позволяет повысить надежность и коэффициент готовности крупных электрических машин с жидкостным охлаждением статора, снизить материалоемкость конструкции сердечника статора, снизить максимальные нагревы в зубцовой зоне крайнего пакета, что увеличивает срок службы изоляции, расширяет диапазон допустимых нагрузочных режимов, выравнять температурное поле сердечника статора, что уменьшает влияние циклической тепломеханики на стабильность контактной теплопередачи

в системе охладитель-пакет концевой зоны сердечника статора, снижает скорость протекания деградационных процессов в сердечнике статора, улучшает виброакустические характеристики сердечника статора.

Формула изобретения

Фиъ.