Патент на изобретение №2226025

(54) ОХЛАДИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроения и может быть использовано в высоковольтных электрических машинах, в частности в турбогенераторах с номинальным напряжением 110 кВ и выше. Сущность изобретения состоит в следующем. Охладительный элемент высоковольтной электрической машины состоит из литого металлического корпуса, повторяющего по конфигурации лист электротехнической стали с заложенными в корпус охладительными металлическими трубками. Корпус охладительного элемента выполнен с закрытыми замкнутыми пазами, общее количество которых в сердечнике составляет не менее половины всех пазов сердечника статора, при этом водоохладительные трубки, проходящие по перемычкам, образующим замкнутые пазы, располагаются так, что они образуют различные сочетания как по количеству водоохладительных трубок, так и по подключению их к сливному и напорному коллекторам. Технический результат – повышение механической прочности охладительного элемента за счет перемычек пазов корпуса, обеспечение возможности расположения водоохладительных трубок охладительного элемента по контуру закрытого паза с сохранением номинального сечения внутреннего канала трубок в местах изгиба, охватывающего паз, изменение направления тока охлаждающей жидкости в охладительных трубках для создания эффективного охлаждения сердечника статора. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к высоковольтным турбогенераторам, и может быть использовано в турбогенераторах с номинальным напряжением, например, 110 кВ и выше.

Для высоковольтных электрических машин актуальной является задача создания сердечника статора с глубокими пазами и узкими зубцами, жидкостное охлаждение которого осуществляют с помощью охладительных элементов (охладителей), расположенных между пакетами статора и состоящих из литых металлических корпусов, повторяющих по конфигурации лист электротехнической стали, с заложенными в них охладительными металлическими трубками.

Известен сердечник статора высоковольтных электрических машин с глубокими полузакрытыми пазами (Nemesis GPI – Powerformer, с.6-7, копия прилагается к материалам заявки), жидкостное охлаждение которого осуществлено с помощью изолированных трубок, проходящих через зубцы сердечника, т.е. между его пазами, в продольном направлении.

Недостатком такой конструкции является необходимость выполнения металлических охлаждающих трубок, проходящих через зубцы сердечника, изолированными, что усложняет их конструкцию или требует применения трубок, изготовленных из изоляционного материала, который не обладает высокими прочностными характеристиками. Кроме того, наличие электрической изоляции вызывает дополнительный температурный перепад на ней. Выход аксиально расположенных трубок через торцы крайних пакетов сердечника создает трудности в выполнении подвода жидкости к таким трубкам в связи с наличием по всей глубине пазов многослойной кабельной обмотки, препятствующей доступу к охлаждающим трубкам.

Наиболее близка к заявляемой (“Электросила”, №39, СПб, 2000, с.14-21, рис.3) выбранная за прототип конструкция охладителя сердечника статора, в котором жидкостное охлаждение сердечника осуществлено с помощью охладительных элементов, расположенных между пакетами статора и состоящих из литых металлических корпусов, повторяющих по конфигурации лист электротехнической стали, с заложенными в них между пазами металлическими трубками для циркуляции воды.

Применительно к высоковольтным электрическим машинам, в которых листы электротехнической стали должны быть выполнены с глубокими пазами и узкими зубцами (промежутками между пазами), эта конструкция имеет ряд недостатков.

Повторяя конфигурацию листа электротехнической стали, такая конструкция предопределяет необходимость расположения охлаждающей трубки строго в габаритах зубца, особенно в его вершине, что приводит к значительной деформации трубки в месте ее изгиба и соответственно к уменьшению поперечного сечения внутреннего канала трубки.

При наличии малого размера ширины зубца в его вершине становится невозможным применение трубки в качестве элемента системы жидкостного охлаждения сердечника статора.

Упомянутая конфигурация зубцовой зоны охладительных элементов приводит также к недостаточной жесткости охладителя в высоких зубцах и, как следствие, не обеспечивает достаточной жесткости в тангенциальном направлении всех собранных пакетов сердечника, разделенных между собой указанными охладителями.

Техническим результатом заявляемого решения является:

– повышение эффективности охлаждения узких зубцов (промежутков между пазами большой глубины) сердечника статора,

– повышение механической прочности охладительного элемента,

– обеспечение достаточной жесткости в тангенциальном направлении всех собранных пакетов сердечника статора, разделенных между собой охладительными элементами,

– расширение области применения охладительного элемента, т.е. возможность его использования для высоковольтного турбогенератора, в том числе на напряжение 110 кВ и выше.

Технический результат достигается тем, что в охладительном элементе высоковольтной электрической машины, располагаемом между пакетами сердечника статора и состоящем из литого металлического корпуса, повторяющего по конфигурации лист электротехнической стали, с заложенными в корпус охладительными металлическими трубками, подключенными к напорным и сливным коллекторам и проходящими между пазами, пазы выполнены глубокими и не менее их половины закрытыми, а охладительные трубки для закрытых пазов проходят по замыкающей паз перемычке.

Сущность заявляемого технического решения поясняется примерами конкретного выполнения, проиллюстрированными на фиг.1-6, где показаны

1 – корпус охладительного элемента,

2 – закрытые пазы охладительного элемента,

3 – охладительные трубки,

4 – перемычки, замыкающие паз охладительного элемента,

5 – открытые пазы охладительного элемента.

Охладительные трубки 3, располагаемые в корпусе 1 охладительного элемента, имеют изгиб не в вершине зубца, как это имело место в прототипе, а огибают закрытые пазы 2. Это обеспечивает повышение эффективности охлаждения узких зубцов (промежутков между пазами большой глубины) за счет возможности сохранения номинального размера площади поперечного сечения внутреннего канала охлаждающей трубки в месте ее изгиба.

Выполнение не менее половины глубоких пазов охладительного элемента закрытыми за счет замыкающих перемычек и проходящих по ним охладительных трубок создает повышенную жесткость охладительного элемента, а также способствует созданию достаточной жесткости в тангенциальном направлении всех собранных пакетов сердечника статора, разделенных между собой охладительными элементами.

На фиг.1 и 2 показаны варианты, где все пазы 2 могут быть выполнены закрытыми, а охладительные трубки 3 охватывают каждый паз 2 и проходят по каждой перемычке 4. Выполнение всех пазов охладительного элемента закрытыми обеспечивает получение максимальной его жесткости, а наличие замыкающих перемычек в каждом пазу позволят располагать в каждом зубце охладительные трубки, что обеспечивает наибольший эффект охлаждения зубцов сердечника и обмотки статора.

Промежутки между пазами, в которых обе охладительные трубки 3 соединены с напорным и обе охладительные трубки 3 со сливным коллектором, могут чередоваться (фиг.1, п.3 формулы). Это дает возможность осуществить групповое распределение трубок 3 по напорному и сливному коллекторам.

Наиболее предпочтительным из вышепоказанных является вариант, в котором в одном промежутке между пазами 2 одна охладительная трубка 3 соединена с напорным, а другая со сливным коллектором (фиг.2, п.4 формулы). Благодаря этому осуществляют равномерное распределение охлаждающего эффекта по зубцам сердечника статора.

На фиг.3 показан вариант исполнения охладительного элемента, в котором в промежутке между пазами 2 расположена одна охладительная трубка 3, а закрытые пазы 2, охваченные и не охваченные по перемычке 4 охладительными трубками 3, чередуются (п.5 формулы). При таком исполнении обеспечивают охлаждение зубцов сердечника статора минимальным количеством трубок 3.

На фиг.4 показан вариант исполнения охладительного элемента, в котором корпус имеет открытые пазы 5, чередующиеся с закрытыми пазами 2, причем в каждом зубце расположена одна охладительная трубка 3, которая охватывает только закрытый паз 2 (п.6 формулы), благодаря чему обеспечивают минимальное количество трубок 3.

На фиг.5 показан вариант исполнения охладительного элемента, в котором напорные и сливные трубки 3 расположены через паз так, что каждый паз имеет с одной стороны напорную, а с другой сливную часть трубки 3 (п.7 формулы). Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение охлаждающего эффекта по зубцам сердечника статора при минимальном количестве трубок.

На фиг.6 показан вариант исполнения охладительного элемента, в котором охладительные трубки 3 между подключением их к напорному и сливному коллекторам соединены между собой последовательно (п.8 формулы), что позволяет уменьшить количество соединительных элементов трубок с коллекторами.

Главным результатом заявляемого технического решения является возможность его использования для охлаждения сердечника статора с глубокими пазами, которые характерны для высоковольтных электрических машин, например 110 кВ и выше. При этом заявляемый охладительный элемент обладает по сравнению с прототипом повышенной эффективностью охлаждения и механической прочностью, а также способствует созданию достаточной жесткости в тангенциальном направлении всех собранных пакетов сердечника статора, разделенных между собой охладительными элементами.

Формула изобретения

1. Охладительный элемент высоковольтной электрической машины, располагаемый между пакетами сердечника статора, состоящий из литого металлического корпуса, повторяющего по конфигурации лист электротехнической стали с пазами, с заложенными в корпус охладительными металлическими трубками, подключенными к напорным и сливным коллекторам и проходящими между пазами, отличающийся тем, что пазы выполнены глубокими и не менее половины закрытыми, а охладительные трубки для закрытых пазов проходят по замыкающей паз перемычке.

2. Охладительный элемент по п.1, отличающийся тем, что все пазы выполнены закрытыми.

3. Охладительный элемент по п.2, отличающийся тем, что промежутки между пазами, в которых обе охладительные трубки соединены с напорным коллектором, и обе охладительные трубки со сливным коллектором чередуются.

4. Охладительный элемент по п.2, отличающийся тем, что в одном промежутке между пазами одна охладительная трубка соединена с напорным, а другая – со сливным коллектором.

5. Охладительный элемент по п.2, отличающийся тем, что в промежутке между пазами расположена одна охладительная трубка, а закрытые пазы, охваченные и неохваченные по перемычке охладительными трубками, чередуются.

6. Охладительный элемент по п.1, отличающийся тем, что его корпус имеет открытые пазы, чередующиеся с закрытыми, причем в каждом промежутке между пазами расположена одна охладительная трубка, которая охватывает только закрытый паз.

7. Охладительный элемент по п.6, отличающийся тем, что напорные и сливные трубки расположены через паз так, что каждый паз имеет с одной стороны напорную, а с другой – сливную часть трубки.

8. Охладительный элемент по п.6, отличающийся тем, что часть охладительных трубок между подключением их к напорному и сливному коллекторам соединены между собой последовательно.

РИСУНКИ