Статор електричної машини

1. Статор електричної машини з газовою системою вентиляції, що містить корпус, повітроводи, камеру низького тиску й камеру високого тиску, розташовану в просторі між корпусом і сердечником з укладеною в пази обмоткою, причому сердечник складається із шихтованих пакетів і з'єднаних з камерами високого й низького тиску вентиляційних каналів, утворених вентиляційними розпірками, прикріпленими до шихтованих пакетів у зубчастій зоні й зоні ярма, причому в зубчастій зоні вентиляційні розпірки встановлені із забезпеченням зсуву потоку охолоджувального газу в аксіальному напрямку в сусідній вентиляційний канал за допомогою отворів, розподілених по висоті зубців, який відрізняється тим, що всі вентиляційні канали закрито з боку розточення сердечника статора, повітроводи розміщені в камері високого тиску на зовнішній поверхні сердечника по його довжині із кроком через одне зубчасте ділення, причому повітроводи з однієї сторони сполучають 2 (19) 1 3 Винахід стосується електромашинобудування, а саме, електричних машин з газовим охолодженням, наприклад, турбогенераторам. Відома конструкція й система газового охолодження статора електричної машини, описана у винаході «Система вентиляції електричної машини» (Патент РФ N22220491, Н02K9/00, Н02K1/20, опубл. 27.12.2003р.). У розглянутій конструкції електричної машини під пазовими клинами розміщені канали, що з'єднують радіальні канали сусідніх зубців й утворюють єдиний радіальнотангенціальний вентиляційний канал із входом і виходом охолоджувального газу з боку зовнішньої поверхні сердечника статора. У розглянутій конструкції всі вентиляційні канали закриті з боку розточення сердечника статора, тобто відділені від повітряного зазору між статором і ротором. Така конструкція має наступні недоліки: - змушене зростання висоти паза без збільшення корисного об'єму, зайнятого обмоткою; - високий аеродинамічний опір радіальнотангенціального вентиляційного каналу через обмежений перетин пазової ділянки каналу; - підвищення температури охолоджувального газу на ділянці радіально-тангенціального каналу від входу на зовнішній поверхні сердечника статора до каналу, розміщеного під пазовим клином, за рахунок припливу тепла по сталі сердечника в тангенціальному напрямку від іншої частини цього каналу, що відводить підігрітий газ із сердечника. Найбільш близьким по технічній сутності до заявленого винаходу є конструкція, описана у винаході «Статор електричної машини» (Патент РФ N2047257, Н02K1/20, Н02K9/02, опубл. 27.10.1995р.). У даному винаході статор електричної машини з газовою багатоструминною системою вентиляції має корпус, розділений на відсіки, що чергуються, (камери) високого й низького тиску газу. Сердечник статора складається із шихтованих пакетів, розділених радіальними вентиляційними каналами. Вентиляційні канали утворені за допомогою вентиляційних розпірок, установлених між пакетами в зонах ярма й зубців сердечника. Радіальні канали сполучаються з відсіками (камерами) корпуса. Принаймні в середній частині сердечника вентиляційні розпірки в зоні ярма встановлені зі зсувом потоку охолоджувального газу в тангенціальному напрямку на крок, кратний кроку по відсіках (камерам) корпуса статора, а в зубцях вентиляційні розпірки встановлені із забезпеченням зсуву потоку в аксіальному напрямку в сусідній канал за допомогою наскрізних щілинних отворів, розподілених по висоті зубців. У першому випадку встановлюються прямі вентиляційні розпірки в зубцях і похилі в ярмі сердечника статора, причому нахил розпірок у сусідніх вентиляційних каналах виконаний у протилежних напрямках. У другому випадку вентиляційні розпірки мають прямолінійні ділянки в зубцях й у ярмі через один вентиляційний канал по довжині сердечника й прямолінійні ділянки в зубцях і похилі в ярмі в інших вентиляційних каналах. 94171 4 У третьому випадку вентиляційні розпірки виконані прямими в зубцях й у ярмі, а вентиляційні канали оснащені перегородками, розташованими по зовнішній окружності сердечника із кроком, рівним ширині відсіків (камер) корпуса, причому перегородки сусідніх каналів між собою зміщені на згаданий крок. У вентиляційних каналах у зубчастих зонах високого тиску газу між вентиляційними розпірками встановлені знімні заглушки. Між відсіками (камерами) високого тиску корпуса статора й між відсіками (камерами) низького тиску виконані тангенціальні перепускні канали. Дана конструкція й система охолодження мають наступні недоліки: 1. Надходження у вентиляційні канали, що сполучаються з відсіками низького тиску, підігрітого газу із зазору між статором і ротором приведе до значного підвищення й нерівномірного розподілу температури обмотки й сталі статора по довжині сердечника. 2. Відсутня циркуляція газу між обмоткою й вентиляційними розпірками в зоні зубців вентиляційних каналів, що сполучаються з відсіками високого тиску та які відділені від газу в зазорі між статором і ротором знімними заглушками, установленими між вентиляційними розпірками. 3. Конструкція ускладнена поділом корпуса статора на аксіальні відсіки, що чергуються в тангенціальному напрямку, і з'єднанням відсіків різного тиску за допомогою перепускних каналів. Задачею даного винаходу є поліпшення охолодження обмотки й зубців по всій довжині й окружності сердечника статора за рахунок інтенсифікації тепловіддачі. Зазначений технічний результат досягається тим, що статор електричної машини з газовою системою вентиляції містить корпус, сердечник, повітроводи, камеру низького тиску й камеру високого тиску. Камера низького тиску розташована в зоні лобових частин обмотки статора, а камера високого тиску розташована в просторі між корпусом і сердечником. У пази сердечника покладена обмотка, причому сердечник складається із шихтованих пакетів й сполучених з камерами високого й низького тиску вентиляційних каналів. Вентиляційні канали утворені вентиляційними розпірками, прикріпленими до шихтованих пакетів у зубчастій зоні й зоні ярма сердечника. Всі вентиляційні канали закриті з боку розточення сердечника статора. У камері високого тиску на зовнішній поверхні сердечника по всій його довжині із кроком через одне зубчасте ділення розміщені повітроводи, які з однієї сторони сполучаються з камерою низького тиску, а з іншої сторони з вентиляційними каналами сердечника. У зубчастій зоні сердечника вентиляційні розпірки встановлені із забезпеченням зсуву потоку охолоджувального газу в аксіальному напрямку через наскрізні отвори, виконані в шихтованому пакеті по висоті зубця, у сусідній вентиляційний канал. У зоні ярма сердечника вентиляційні розпірки встановлені із забезпеченням проходу потоку охолоджувального газу з камери високого тиску по парних вентиляційних каналах у зубчасту зону й проходу потоку охолоджувального 5 94171 6 газу із зубчастої зони у повітроводи по непарних Новим у конструкції, що заявляється, є: вентиляційних каналах. - закриття всіх вентиляційних каналів з боку Доцільно в кожному зубці встановити чотири розточення сердечника статора; вентиляційні розпірки. Перші дві вентиляційні роз- розташування камери низького тиску в проспірки встановлені радіально на відстані від розтоторі лобових частин обмотки статора, а не в просчення сердечника статора й симетрично щодо осі торі між корпусом і сердечником статора; симетрії зубця з утворенням трьох радіальних ка- розміщення повітроводів у камері високого налів для проходу охолоджувального газу. На відтиску на зовнішній поверхні сердечника по всій стані від перших двох вентиляційних розпірок його довжині із кроком через одне зубчасте діленустановлені дві інші вентиляційні розпірки таким ня; чином, щоб відокремити частину отворів. Кінці - сполучання повітроводів з однієї сторони з зазначених розпірок, звернені до перших двох векамерою низького тиску, а з іншої сторони з вентинтиляційних розпірок, зведені разом на осі симетляційними каналами сердечника; рії зубця, а їхні протилежні кінці встановлені на - установка в зоні ярма вентиляційних розпірок відстані від основи зубця й розсунуті в протилежіз забезпеченням проходу потоку охолоджувальноних напрямках від осі симетрії зубця. го газу в парних вентиляційних каналах з камери Пропонована установка вентиляційних розпівисокого тиску в зубчасту зону, а в непарних венрок у зубці дозволяє одержати рівномірний розпотиляційних каналах - із зубчастої зони у повітроводіл витрати охолоджувального газу по перетину ди. кожного аксіального отвору в зубці. Пропонована конструкція сердечника статора В першому варіанті конструкції в зоні ярма в порівнянні із прототипом дозволяє одержати встановлені вентиляційні розпірки похило до радірівномірний розподіл температури обмотки й зубальних осей пазів і приєднані попарно з однієї стоців по довжині й окружності сердечника, підвищити рони до бічних стінок кожного повітроводу. З іншої інтенсивність охолодження й знизити температуру сторони протилежні кінці кожної пари вентиляційобмотки й зубців сердечника статора. них розпірок установлені з забезпеченням проходу Ознака «установка у зоні ярма вентиляційних біля дна пазів для частини потоку охолоджувальрозпірок із забезпеченням проходу потоку охолоного газу, що подається з камери високого тиску. У джувального газу в парних вентиляційних каналах парних вентиляційних каналах нахил вентиляційз камери високого тиску в зубчасту зону, а в непаних розпірок виконано по напрямку один до однорних вентиляційних каналах -з зубчастої зони у го, а в непарних вентиляційних каналах - по наповітроводи» не виявлена у рівні техніки, із чого прямку один від одного. можна зробити висновок, що пропоноване як виУ даному варіанті розташування вентиляційнахід технічне рішення відповідає умові патентоних розпірок у зоні ярма, крім проходу охолоджуспроможності «винахідницький рівень». вального газу з камери високого тиску по вентиляНа фігурах представлені приклади конкретноційних каналах у зубчасту зону в парних го виконання пропонованого статора. вентиляційних каналах і проходу охолоджувальноНа фіг. 1 показано поздовжній розріз активної го газу з зубчастої зони у повітроводи в непарних зони статора; вентиляційних каналах, забезпечується додаткона фіг.2 показана установка вентиляційних ровий прохід частини потоку охолоджувального газу зпірок у зубці сердечника статора; біля дна пазів, минаючи зубчасту зону. Це дає на фіг. 3 - поперечний розріз статора по сусідможливість відводити охолоджувальним газом ніх вентиляційних каналах (а - парних каналах, б частину втрат, що виділяються в сталі ярма, і донепарних каналах), у випадку, якщо вентиляційні зволяє зменшити підігрів охолоджувального газу в розпірки в зоні ярма встановлені похило; зоні зубців і знизити температуру обмотки й зубців. на фіг. 4 - поперечний розріз статора по сусідУ другому варіанті конструкції в зоні ярма доніх вентиляційних каналах (а - парних каналах, б датково встановлені перегородки, а вентиляційні непарних каналах), у випадку, якщо вентиляційні розпірки розташовані радіально напроти бічних розпірки в зоні ярма установлені радіально й кастінок повітроводів на відстані від перегородок для нали оснащені додатковими перегородками. забезпечення проходу потоку охолоджувального Статор електричної машини містить корпус 1, газу. Перегородки приєднані до бічних стінок кожсердечник 2, у пазах якого укладена обмотка 3, ного повітроводу. У парних вентиляційних каналах закріплена пазовими клинами 4. Сердечник 2 за допомогою перегородок закрито прохід для складається із шихтованих пакетів 5, у зубчастій охолоджувального газу в кожен повітровід, а в зоні яких виконано аксіальні наскрізні отвори 6, непарних вентиляційних каналах закрито прохід розташовані по осі симетрії зубців, і вентиляційних для охолоджувального газу між сусідніми повітроканалів 7, утворених вентиляційними розпірками 8. водами. У просторі між корпусом 1 і сердечником 2, що є При такому розташуванні вентиляційних розкамерою високого тиску 9, розміщені повітроводи пірок весь потік охолоджувального газу направля10, які займають частину висоти камери високого ється в зубчасту зону. За рахунок цього відбуватиску 9. Повітроводи 10 приєднані вхідними вікнається збільшення швидкостей охолоджувального ми до поверхні сердечника 2 і сполучаються з кагазу у вентиляційних каналах, коефіцієнтів тепломерою низького тиску (на фігурі не показана), розвіддачі з поверхонь зубців й аксіальних отворів, ташованої в зоні лобових частин обмотки 3. виконаних у зубцях, і зниження температури обмоПовітроводи 10 мають довжину рівну довжині сертки й зубців. дечника 2, а їхні бічні стінки, що утворюють вхідні 7 94171 8 вікна, розміщені по осях симетрії сусідніх зубців 12, виконані П-подібної форми, які приєднані до сердечника 2 через одне зубчасте ділення. бічних стінок повітроводів 10. Кожна перегородка Вентиляційні канали 7 сполучаються з каме12 у парних вентиляційних каналах 7 закриває рою високого тиску 9 і повітроводами 10 з камепрохід для потоку охолоджувального газу у повітрою низького тиску (на фігурі не показано). Вентироводи 10, а в непарних вентиляційних каналах 7 ляційні канали 7 закриті з боку розточення закриває прохід для потоку охолоджувального газу сердечника 2 тангенціальними дистанційними розв камеру високого тиску 9. Вентиляційні розпірки 8 пірками 11, установленими в зубцях між пазовими установлені радіально на деякій відстані від переклинами 4, що кріплять обмотку 3. городок 12 і від дна пазів. У кожному зубці, представленому на фіг.2, При роботі електричної машини потік охолоустановлені чотири вентиляційні розпірки 8, перші джувального газу з камери високого тиску 9 продві вентиляційні розпірки 8 розташовані на відстані ходить між повітроводами 10 у парні вентиляційні від тангенціальної дистанційної розпірки 11, мають канали 7 зони ярма, утворені вентиляційними роздовжину близьку до половини висоти зубця, устапірками 8 між шихтованими пакетами 5 сердечниновлені симетрично щодо його осі, утворюючи три ка 2. У зоні ярма охолоджувальний газ переміщарадіальних канали для проходу газу. Кінці двох ється по парних вентиляційних каналах 7 у інших вентиляційних розпірок 8 зведені разом на напрямку до зубчастої зони. У зубчастій зоні з паосі симетрії зубця, відсунуті до основи зубця від рних вентиляційних каналів 7 крізь аксіальні накінців перших двох вентиляційних розпірок 8, відоскрізні отвори 6 охолоджувальний газ попадає в кремлюючи частину отворів 6. Протилежні кінці сусідні (непарні) вентиляційні канали 7. Далі оховентиляційних розпірок 8 розсунуті вліво й вправо лоджувальний газ переміщається із зубчастої зони від осі симетрії поблизу основи зубця. Вентиляційпо непарних вентиляційних каналах 7 у зону ярма ні розпірки 8 забезпечують зсув потоку охолоджуй далі по повітроводах 10 потрапляє в камеру нивального газу в аксіальному напрямку в сусідній зького тиску (на фігурах не показані), розташовану канал через наскрізні отвори 6. в зоні лобових частин обмотки 3 сердечники 2. У зоні ярма в першому варіанті конструкції, Особливість першого варіанту конструкції попредставленому на фіг. 3, вентиляційні розпірки 8 лягає в наступному. Частина потоку охолоджуваустановлені похило до радіальних осей пазів. Венльного газу в парних вентиляційних каналах 7 натиляційні розпірки 8 з'єднані з бічними стінками 5 правляється із зони ярма по проходах, утворених повітроводів 10, утворюючи своїми протилежними по осях повітроводів 10 поблизу дна пазів похиликінцями біля дна пазів, на осях яких установлені ми вентиляційними розпірками 8, минаючи зубчасповітроводи 10, проходи для газу. У парних вентиту зону, у повітроводи 10. У непарних вентиляційляційних каналах 7 нахил вентиляційних розпірок них каналах частина потоку охолоджувального 8, приєднаних до кожного повітроводу 10, виконагазу з камери високого тиску 9 переміщається по но у напрямку один до одного. У непарних вентиярму й по проходах, утворених по осях між повітляційних каналах 7 нахил вентиляційних розпірок роводами 10 поблизу дна паза похилими вентиля8 виконано по напрямку один від одного. ційними розпірками 8, приєднується до потоку гаУ другому варіанті конструкції, представленозу, що виходить із зубчастої зони, і спрямовується му на фіг. 4, додатково встановлені перегородки у повітроводи 10. 9 94171 10 11 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 94171 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601