Статор электрической машины с жидкостным охлаждением Советский патент 1992 года по МПК H02K5/20 H02K9/28 

сл С

Сущность изобретения: электрическая машина содержит корпус статора с сердечником и высоковольтной обмоткой, торцовое закрытие 3 которого представляет собой несущий элемент, в виде щита. На внутренней стенке щита, расположенной у обмотки, на кольцевой его кромке vCTaHos- лены лабиринтное уплотнение 6 и токособи- рающее кольцо, которые соединены болтами. Для подачи воды в канал с внешней стороны щита от фланца выполнен водяной тракт из труб и приваренных фланцев. Кольцевые уплотнения являются основными уплотняющими элементами и обеспечивающими герметичность зон с высоковольтной обмоткой и зоной с повышенной влажностью. 3 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области электромашиностроения и, в частности, к турбогенераторостроению, т.е. к высокоиспользованным электрическим машинам, имеющим большие линейные нагрузки.

Известны электрические машины, торцевые части которых содержат ряд элементов конструкции, которые служат для закрытия машины, в виде щитов, прикрепленных к корпусу статора, и различного рода вспомогательных узлов и деталей установленных, например, на щите.

Все детали, расположенные вблизи активных частей ротора и статора, пронизываются потоками рассеяния, которые наводят

циркуляционные токи, суммирующиеся, как правило, на кромках этих деталей.

Местом крепления этих узлов и деталей являются внутренние кольцевые зоны,-в которых и суммируются гоки. Эти токи создают добавочные потери в деталях, и, следовательно, их нагрев, отрицательно сказывающийся на надежную работу деталей и узлов в этой зоне.

Повреждение элементов концевых частей, чаще всего, турбогенераторов, вызванные чрезмерным нагревом - следствие недостаточного учета полей рассеяния и неправильного выполнения конструкции.

В турбогенераторах мощностью 150- 200 МВт наблюдались явления чрезмерного нагрева внутренних газоразделительных

xi

Ч 4 Ы 4

щитов, диффузоров, сопровождающиеся подгаром и оплавлением стыковых зон крепления внутренних газоразделительных щитов к наружному щиту. а также участков разъема составных щитов и диффузоров. Существует ряд способов борьбы с перегревом и разрушением деталей токами от торцевых полей рассеяния; изолирование стыковых зон сборных деталей, создание экранов вокруг массивных деталей торцевых частей, специальных магнитопроводов (шунтов), а также короткозамыкающих токо- проводящих колец, с обеспечением в зависимости от интенсивности нагревов системы охлаждения.

Одним из эффективных средств борьбы с этими явлениями может быть изолирование стыковых зон деталей.

Известен узел крепления диффузора вентилятора турбогенератора мощностью 165 МВт (см. кн. Электромагнитные и тепловые процессы в концевых частях мощных турбогенераторов, АН УССР, изд. Наукова думка Киев - 1971 г, стр.35-36, рис.25). При эксплуатации этого узла вследствие нагрева циркуляционными токами накладок и крепящих болтов, произошел отрыв накладки с последующим повреждением других деталей турбогенератора. Имели место также оплавления и подгары верхнего полукольца щита вентилятора в местах сочленения с торцевым щитом.

В одном из вариантов между щитом и диффузором установлена изоляционная прокладка из текстолита, крепящие болты изолированы от щита трубками из бакели- зированной бумаги и прокладками из элек- трокартона. Предусмотрено более надежное крепление болтов стопорными шайбами.

Необходимо отметить, что вопрос эксплуатационной надежности деталей с изолированными стыками требует внимательного изучения. В практике известны случаи аварий из-за повреждения изо- ляции в подобных узлах. Кроме того, области повреждений, вызванных вихревыми и циркуляционными токами, расширяются с возрастанием линейных нагрузок.

Наиболее близким к заявляемой, взятой за прототип, является электрическая машина переменного тока, содержащая нажимной фланец (несущий элемент), на краях которого со стороны, противоположной сердечнику статора, размещены кольца из материала с высокой электропроводностью (токособирающие), имеющие с нажимным фланцем хороший электрический контакт, например, посредством пайки (см. авт. св. Ns 311339, кл. Н 02 К 5/20, 1956 г.).

Причиной перегревов элементов конструкции в торцовых частях являются вихревые токи, величина которых зависит от места расположения этих элементов от активных частей. С увеличением единичной мощности машин возникает острая необходимость в ликвидации последствий, к которым приводят перегревы.

В выбранном прототипе несущий эле0 мент (нажимная плита) представляет массивную деталь, размеры и материалы которой выбираются из соображений механической прочности для удержания в спрессованном состоянии сердечника статора на

5 весь срок эксплуатации электрической машины без разборки и сборки. Поэтому к такому несущему элементу можно приварить или припаять токораспределяющие кольца, будь то с охлаждающими каналами

0 или без них.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции за счет снижения перегревов.

За счет выполнения элементов конст5 рукции разборными и съемными, а также введения канала с кольцевым уплотнением удалось значительно уменьшить перегревы от токов, перетекающих по кромке кольцевой зоны несущего элемента, и одновремен0 но охладить токособирающее кольцо путем введения косвенного охлаждения, и тем самым предохранить уплотнительное кольцо от старения. Тем самым повышается надежность электрической машины.

5 Это достигается следующим образом. Известный статор электрической машины с жидкостным охлаждением, содержит, по меньшей мере, одно токособирающее кольцо, размещенное на удаленных кромках не0 сущего элемента конструкции и прикрепленное к нему; и лабиринтное уплотнение. В предлагаемом решении токособирающее кольцо и лабиринтное уплотнение присоединены к несущему эле5 менту, состоящему, как минимум, из двух частей, посредством крепежных элементов, а плоскости прилегания кольца, несущего элемента и лабиринтного уплотнения снабжены кольцевыми уплотнениями, при этом

0 токособирающее кольцо снабжено каналом для охлаждения, а кольцевые уплотнения, расположенные ближе к ротору, являются гидроплотными.

На фиг.1 изображен турбогенератор с

5 жидкостным охлаждением активных и конструктивных частей; на фиг.2 показан выносной элемент места установки токособирающего кольца, уплотнений и конструкции подачи воды; на фиг.З - сопряжение элементов в кольцевой кромке щита.

Турбогенератор 1 (фиг.1), содержит корпус статора с сердечником и высоковольтной обмоткой 2, торцевое закрытие 3 которого представляет собой несущий элемент, в виде щита 4, с закрепленными на ней другими элементами. На внутренней стенке щита 5, расположенной у обмотки 2, на кольцевой его кромке установлено лабиринтное уплотнение 6 и токособирающее кольцо 7, которые соединены болтами 8.

Для подачи воды в канал 9 с внешней стороны щита 4 от фланца 10 выполнен водяной тракт из труб 11, 12 и приварных фланцев 13.

На кольцевой кромке щита 14 выполнена кольцевая канавка 15, с уложенной в нее концевой резиной круглого сечения. Аналогичным образом выполнена канавка 17 в токособирающем кольце 7. Кольцевые уплотнения 16 являются основными уплотняющими элементами и обеспечивающими герметичность зон с высоковольтной обмоткой 2 и зоной с повышенной влажностью 18. Щит 4 имеет нижнюю часть 19 и верхнюю - 20.

При сборке турбогенератора на монтаже, после установки корпуса статора с сердечником и обмоткой 2, устанавливается нижняя часть 19 щита 4, затем верхняя часть 20. Уплотнив разъемы щита 4 резиной, собирают две половинки и крепят при помощи болтов 8 к корпусу.

Перед заводкой ротора в статор, навешивают на ротор короткозамыкающие кольца 7 и заводят ротор, После установки ротора, собирают лабиринтное уплотнение 6 и производят установку всех резиновых уплотнений, а затем прибалчивают кольцо 7 и уплотнения 6 к щиту, не нарушая уплотнений 16.

Для проверки герметичности сборки подают воду в канал 9 под давлением от внешнего источника и проверяют на наличие течи со стороны обмотки.

Что касается вихревых токов, то эти токи, не доходя до кромки нажимного кольца

14, переходят в токособирающие кольца, из- за низкого сопротивления и, суммируясь, замыкается по нему.

При этом потери, которые выделяются в

кольце, косвенно отводятся водой, протекающей вдоль этого кольца по каналу 9, а затем сливается в нижнюю половину 19 щита 4.

При плановых ремонтах генератора все

элементы конструкции, кроме токораспре- делительного кольца входящие в торцевую зону, разбираются и снимаются при выеме ротора, и затем собираются.

За счет выполнения элементов конструкции разъемными и съемными, а также введения кольцевого резинового уплотнения удалось значительно уменьшить токи, перетекающие по кромке кольцевой зоны несущего элемента, и одновременно охлэдить токособирающее кольцо путем введения косвенного охлаждения и тем самым предохранить уплотнительное кольцо от старения при перегреве.

Таким образом, обеспечено снижение

перегревов и повышение надежности электрической машины.

Формула изобретения Статор электрической машины с жидкостным охлаждением, содержащий по меньшей мере одно токособирающее кольцо, размещенное на удаленных кромках несущего элемента конструкции и прикрепленное к нему, и лабиринтное уплотнение, отличающийся тем, что, с целью повышения

надежности конструкции за счет снижения нагревов, токособирающее кольцо и лабиринтное уплотнение присоединены к несущему элементу, состоящему, как минимум, из двух частей посредством крепежных элементов, а плоскости прилегания кольца, несущего элемента и лабиринтного уплотнения снабжены кольцевыми уплотнениями, при этом токособирающее кольцо снабжено каналом для охлаждения, а кольцевые уплотнения, расположенные ближе к ротору, являются гидроплотными.

1

-tzu-qp-vtrir

n tid.n

-ift

О DD П

2 11

Фиг 2

fbJaver йоду

ФигЗ