Статор електричної машини

(19) >^J^V(U> 7OyJ С1 (5D5 H_Q2.K.1/20i H_02K_9/04 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) СТАТОР ЕЛЕКТРИЧНОЇ МАШИНИ 1 (20)94311384, 06.05.93 * (21)4883326/SU (22)19.11.90 (46)30.09.96. Вюп.ЬЬ З (56) 1. Абрамов А.И. и др. Проектирование турбогенераторов. М., Высшая школа, 1990, с. 51. 2. Авторское свидетельство СССР *к В58181, кл. Н 02 К 9/04, 1981 (прототип) (71) Інститут технічної теплофізики АН УРСР (ІТТФ АН УРСР) (72) Дибан Юрій Євгенович (73) Дибан Юрій Євгенович (UA) (57) 1. Статор электрической машины, содержащий обмотку, шихтованный сердечник с вентиляционными каналами, образованными радиальными распорками между пакета ми, вентиляционные элементы, установленные в радиальных каналах, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вентиляционные элементы выполнены в виде обтекаемых тел цилиндрической формы, жестко закрепленных между радиальными распорками и расположенных на их продольной оси симметрии с продольным шагом между телами, причем число тел не меньше двух. 2. Статор электрической машины по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вентиляционные элементы расположены перпендикулярно боковой поверхности распорок с продольным шагом между телами, равным (1,03,0/dr, где dr - гидравлический диаметр канала в каждой точке расположения соответствующих цилиндрических тел, при этом диаметр каждого тела равен (0,13-0,30)dr. Изобретение относится к области электромашиностроения, преимущественно к турбогенераторам с принудительным газовым охлаждением. Известны статоры электрических машин, например турбогенераторов, содержащих обмотку, шихтованный сердечник с вентиляционными каналами, образованными радиальными распорками между пакетами [1]. При этом наблюдается большая тепловая неравномерность по длине канала, вызванная тем, что в районе спинки течение газа является ламинарным или переходным с присущими данному типу течений низкими значениями коэффициентов теплоотдачи, отличающимися в 2-3 раза от значений коэффициентов теплоотдачи в районе зубка, где режим течения является полностью турбулентным. Такой перегрев железа статора приводит к его раннему старению и снижению надежности и долговечности работы с е р д е ч н и к а статора турбогенератора в целом. Наиболее близким из технических решений, выбранным в качестве прототипа, является вентиляционный канал, в котором в зоне спинки между вентиляционными распорками над стержнями обмотки установлены дополнительные вентиляционные элементы, например U-образной формы [2]. Указанное решение обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, при обтекании размещенных таким образом тел U-образной формы, независимо от направления движения газа (от спинки к зазору или от зазора к спинке), будет наблюдаться 9805 сложная гидродинамическая картина, характеризующаяся отрывом части газа от основного потока и образованием застойной зоны внутри U-образноі о элемента, а также наличием зоны противодвижения части газа по отношению к основному потоку. Часть газа из этой зоны будет затем повторно увлекаться основным потоком, а оставшаяся создавать область повышенного гидродинамического сопротивления. Таким образом, предлагаемый гидродинамический выигрыш от использования таких тел будет нивелироваться о б р а з о в а н и е м сложных, гидродинамически активных зон с повышенным сопротивлением. Во-вторых, вследствие размещения указанных элементов на поверхности нагреваемого пакета, будет наблюдаться локальное возрастание температуры железа статора в месте их установки. Поскольку внутри U-обрззного элемента образуется застойная зона, размеры которой зависят от глубины элемента, то охлаждение этих локальных зон нагрева будет неэффективным, по сравнению с охлаждением оставшейся части канала пакета. Причем в случае движения охлаждающего газа от спинки к зазору, когда режим течения в месте расположения U-образного элемента является ламинарным или переходным, с низкими, по сравнению с турбулентным (район зубца и паза) режимом, значениями коэффициентов теплоотдачи, наличие таких плохо охлаждаемых зон приведет к опасному перегреву железа статора, что нежелательно, особенно, если учесть традиционное железо статора в зоне спинки в обычных каналах пакета. Все вместе эти недостатки приводят к снижению надежности и долговечности сердечника статора. Задачей изобретения является повышение надежности и долговечности статора путем интенсификации охлаждения пакетов сердечника. Задача изобретения решается тем, что в статоре электрической машины, содержащей обмотку, шихтованный сердечник с вентиляционными каналами, образованными радиальными распорками между пакетами, вентиляционные элементы, установленные в радиальных каналах, согласно изобретению, вентиляционные элементы выполнены в виде обтекаемых тел цилиндрической формы, жестко закрепленных между радиальными распорками и расположенных на их продольной оси симметрии с продольным шагом между телами, причем число тел не меньше доух. Вентиляционные элементы расположены перпендикулярно боковой поверхности 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 распорок с продольным шагом между телами равным: (1,0-3,0)dr, где о> - гидравлический диаметр канала в каждой точке расположения соответствующих цилиндрических тел, при этом диаметр каждого тела равен (0,13-0,30)dr. Выполнение вентиляционных элементов указанной формы, позволяет повысить интенсивность охлаждения статора поеравнению с прототипом. Это достигается созданием развитого турбулентного режима в канале, вследствие обтекания проходящим охладителем цилиндрических тел. Степень турбулизации потока в таком канале определяется размером тел и продольным шагом между ними. Указанный диапазон размеров и шагов между телами позволяет достичь наиболее высокой степени турбулизации по сравнению с другими размерами и шагами, а также по сравнению с прототипом. Высокая степень турбулизации потока вызвана тем, что при обтекании цилиндрического тела в узком щелевом канале, каковым с точки зрения геометрии и является вентиляционный канап, поток охладителя отрывается от цилиндра, образуя за задней кромкой две отрывные области, смыкающиеся на некотором, конкретном для каждого размера, расстоянии. Если же в месте смыкания потока установить еще один цилиндр, то будет происходить усиление описанного выше процесса, т.е. за цилиндром будет образовываться вихревая дорожка, на всем протяжении которой будет наблюдаться увеличение коэффициента теплоотдачи по сравнению с прототипом. Потому в указанном канале требуется установка не меньше двух цилиндрических тел указанного размера и шага. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез турбогенератора с газовым охлаждением. На фиг.2 показан вентиляционный сегмент и его поперечный разрез. На фиг.З показано влияние диаметра цилиндрических тел на теплообмен в канале. 11а фиг.4 приведено влияние продольного шага между телами на теплообмен в вентиляционном канале. Статор 1 содержит обмотку 2, шихтованный сердечник 3, вентиляционные каналы 4, о т с е к и 5, газоохладитель 6, цилиндрические тела 7, распорки 8, пакеты 9. Холодный газ, поступая из газоохладителя 6, проходя по отсекам 5, поступает в охлаждающие каналы 4 статора, расположенные между пакетами 9 и образованные радиальными распорками 8. На их продольной оси перпендикулярно расположены и жестко закреплены обтекаемые цилиндри* 9805 ческие тела 7. Проходя по каналу, газ турбув среднем 150% по сравнению с прототилизуется, нагревается и, выйдя из канала, пом (линия 10). поступает в газоохладигель, и процесс поНа фиг.4 показаны результаты эксперивторяется заново. ментов в зависимости от шага между телаНа фиг.З линия 10 показывает зависи- 5 ми. Линия 14 соответствует продольному шагу между телами 3.0 dr, линия 15 - шагу мость теплоотдачи (числа Нуссельта (N u ) от 2,0 dr. Все результаты приведены для тел режима течения (число Рейнольдса (Re) для диаметром 0,2 dr. Из графика следует, что прототипа, линия 11 соответствует указансредний рост теплоотдачи в виде числя Nu ному каналу с цилиндрическими телами диаметром 0,13 dr. линия 12 - телам диаметром 10 составляет 140% по сравнению с прототи0,2d r , а линия 13 - телам диаметром 0,3 d r . пом (линия 10). Во всех случаях шаг между телами равнялся Применение указанных вентиляцион1,0 dr, а гидравлический диаметр рассчитыных элементов позволяет увеличить межревался для геометрии прототипа. монтный срок службы сердечника статора, Из графика (линии 11-13) следует, что 15 что в свою очередь увеличивает долговечрост коэффициента теплоотдачи составляет ность работы самого турбогенератора. Фиг.4 9805 A- A 0805 M/ — — — /3 \ ^ U 12 • і/ і 10йf it /ге 9805 MJ ш — — — — __ -— — 12 Iff 1U ^* ft / 101D' Упорядник Замовлення 4552 Техред М.Моргентая Коректор М. Керецман Р Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород. вул.ГагарІна, 101