CZ405997A3 - Plynem chlazený elektrický stroj - Google Patents

Description

Plynem chlazený elektrický stroj.

Oblast techniky.

Vynález se týká plynem chlazeného elektrického stroje se statorovým vinutím, uspořádaným v drážkách tělesa statorových plechů, v podstatě sestávajícím z tyčí statorového vinutí, vytvořených vždy ze dvou v jedné drážce navzájem nad sebou ležících, vzájemně vůči sobě izolovaných dílčích vodičů, které jsou, mimo těleso statorových plechů,v čele vinutí, prostřednictvím oček a kruhových spojek elektricky navzájem spojeny v jedno vinutí, přičemž očka sestávají z více normálních oček a více svodových oček, a z ventilátoru pro vytváření proudu chladicího plynu skrz stroj, přičemž dílčí proud tohoto proudu chladicího plynu je veden prvními chladicími kanály, upravenými uvnitř oček.

P55ayadní_stav_teehniky^

Vynález vychází ze známého stave techniky, jak je například popsán v pat. spisu EP-0 519 o91 Bl.

U elektrických strojů s nepřímo chlazeným sta tořovým vinutím a s nimi spojené tak zvané kruhové spojky, nebo fázové spojky v čelu vinutí jsou chlazedílčím proudem proudu chladicího plynu, dopravovaného • ··· •· ···· • 9 • · · · · · ··« · ··· ···· ·· · ventilátorem. U strojů mezních výkonů jsou čelní třmeny a kruhové spojky ohroženy vysokým ohřátím. Zatímco část vinutí uložená v drážkách, je cíleně ochlazována, ohřívají se volně uspořádané části vinutí ne jen protékajícím proudem, ale i taky magnetickými poli v prostoru čela vinutí,

U rotujících elektrických strojů s přímo chlazeným statorovým vinutím sestává vinutí z masivních,dutých dílčích vodičů, u mnohých strojních typů dokonce jen z dutých vodičů. Chladicí prostředek, proudící dutým vodičem po celé délce statorových tyčí, způsobí dostatečné chlazení tyčí v čele vinutí, Kruhové spojky nebo fázové spojky jsou provedeny rovněž jako duté vodiče a jsou intenzivně chladicím prostředkem chla zeny.

U vzduchem chlazených strojů s jednostranným napájením není chladicí účinek, zejména u velkých strojních zařízeních dostačující. Aby se chladicí působení zvýšilo, navrhuje se podle pat, spisu EP-0 392 243 Bl, opatřit tyče vinutí, vytvořené z masivních dílčích vo dičů, postranními nebo mezi oběma stohy dílčích vodičů ležícími chladicími trubkami resp. chladicími kanály. Jsou vůči sobe navzájem a vůči dílčím vodi čům izolovány a nacházejí se uvnitř hlavní izolace.Napájení se provádí z obou stran stroje a ze středu stroje. ^řívod ve středu stroje se přitom provádí prostřednictvím radiálních kanálů v tělese statorových plechů a otvory v hlavní izolaci. Ohřátý chladicí plyn opouští chladicí kanály otvory v hlavní izolaci v obsti koncového pásma tělesa statorových plechů a radiálními kanály v tělese statorových plechů.

* *··· · ·· ·· · ··· • ♦ * · · · · ·· · *1 · · · · · · • ·' » · ······ • · · · · · «·· · ··· ···· ·· ·

Vybavení tyčí statorového vinutí přídavnými kanály a umístění takovýchto kanálu do tyče zmenšuje faktor plnění drážky. Tvarové prvky, sloužící pro přívod a odvod chladicího plynu, které jsou nejčastěji uloženy v hlavní izolaci, prodržují výrobu tyčí. Kromě toho toto se netýká chlazení kruhových spojek umístěných v čelu vinutí.

Z pat. spisu EP-0 519 091 Bl je znám plynem chlazený elektrický stroj, u kterých jsou chlazena jen kovová očka, sloužící k elektrickému a mechanickému spojení. Ty jsou opatřena vičkami, která očka, až na po nechání volných jednoho nebo více přibližně axiálně probíhajících kanálů, prakticky zcela obklopují. : Tyto kanály jsou otevřeny směrem k tělesu statorových plechů. Radiálně probíhající dělící stěna odděluje pro čela vinutí od sacího prostoru ventilátoru stroje.Víčka mají na svých koncích, přivrácených k dělicí stěně, otvor, který je s uvedenými kanály volně spojen. Od tohoto otvoru vede pružné vedení přímo do sacího prostoru ventilátoru. V důsledku rozdílu tlaků mezi sacím prostorem vintilátoru a prostorem čela vinutí, proudí část chladicího prostředku, dopravovaná ventilátorem,uvedenými kanály a ochlazuje očka a v nepatrné míře také venkovní konce tyčí. Jako nevýhodné může být pova žováno to, že se přitom ohřívá čelní třmen v čele vinutí, tedy dochází k omezenému účinku chlazení.

Bodstata^vynálezu.

Úkolem vynálezu je, vytvořit stroj shora uvedeného

• · · • · · • · · · • · «» <

*· ··«· druhu, jehož konce statorového vinutí a na tyto konce statorového vinutí napojené kruhové spojky v prostoru čela vinutí se mohou jednoduchými prostředky dostatečně chladit.

Tento úkol se podle vynálezu řeší tak, že tyče statorového vinutí jsou v čelu vinutí jen v oblasti oček opatřeny prvními chladicími kanály, přičemž tyto první chladicí kanály probíhají v podstatě radiálně, svodová očka na straně odtokujprvních chladicích kanálů, mají mezi sebou a kruhovými spojkami, vytvořenými jako duté vodiče, trubková spojení, přičemž kruhové spojky jako duté vodiče jsou provedeny s druhými chladicím kanály, které jsou ve volném spojení s prvními chladicími kanály svodových oček, že druhé chladicí kanály kruhových spojek Jjsou prostřednictvím i zolačních trubek nebo izolačních hadic s prostorem od prostoru čela vinutí odděleného dělicí stěnou a že mezi dělicí stěnou a čelními stranami oček je uspořádáno zapažení pro zvýšení průtoku prvních chladí cích kanálů skrz normální očka.

Přednosti vynálezu je kromě jiného třeba vidět v tom,^J že prostřednictvím prvních radiálních chladicích kanálů se dosáhne v oblasti všech oček dosta čujícího chlazení konců tyčí prostřednictvím proudu chladicího plynu, přičemž navíc tyto první chladicí kanály jsou u svodových oček v přímém spo jení s druhými chladicími kanály kruhových spojek,vytvořenými jako duté vodiče. Tyto druhé chladicí ka nály jsou prostřednictvím izolačních hadic nebo izo «· V Λ ♦ acn c trubek spojeny s prostorem, odděleným dě lící stěnou od prostoru čela vinutí, čímž je možné • 6 * • »» «· ···· • » « · * · · • · · · « «······ ·· · intenzivní chlazení kruhových spojek ve spojení se svodovými očky. Zvláštní přednost spočívá v tom, jestliže se na čelní straně všech oček s konstantním odstupem od nich uspořádá zapažení za účelem vedení proudu vzduchu podél dělicí stěny, takže se vanutí intenzivní proudění prvními kanály.

U jednoho výhodného provedení se předpokládá, že tyče statorového vinutí jsou provedeny jako dvourovianové tyče, jejichž roviny jsou v oblasti čela vinutí navzájem od sebe oddáleny vždy pomocí klínové vložky, takže se na koncích tyčí vytvoří radiální první chladicí kanály. Očka, fixující konce tyčí, sestávají ze spojovacích prvku, které jsou v oblasti prvních chla dicích kanálů rovněž od sebe vzdáleny. Tato očka jsou obklopena izolačními víčky, která mají pro první chladicí kanály vždy jeden vstupní a jeden výstupní ot vor.

Zejména výhodné je, jestliže proud chladicího plynu proudí radiálně z venku radiálně dovnitř· čela vinutí a tím protéká i očka konců tyčí.

Řešení spočívá na té myšlénce, realizovat chlazen ní v aktivní části obvyklým způsobem jako nepřímé chlazení a konce tyčí a kruhové spojky v prostoru čela vinutí, vystavené působení magnetických polí chladit v kombinaci s přímým chlazením, ^rříklad provedení vynálezu, jakož i s tím dosažené přědnosti budou v dalším textu blíže objasněny za pomoci výkresu.

»··»

Přehled obrázků na výkrese.

Na výkresech jsou schématicky znázorněny příklady provedení vynálezu.

Na obr. 1 je schématicky znázorněn výřez schématického rozvinutí čela statorového vinutí plynem chlazeného elektrického stroje.

Na obr. 2 je znázorněn průřez konci tyčí čela statorového vinutí podle obr. 1 podle přímky D-D.

Na obr. 3 je znázorněn ; podélný řez konci tyčí podle obr. 2 podél jejich přímky C-C.

Na obr. 4 je znázorněn podélný řez svodovými očky podle obr. 2 podél přímek A-A nebo B-B, s kru hovými spojkami, napojenými na svodová očka a se zapáčením pro vedení vzduchu.

Na obr. 5 je znázorněn podélný řze normálním očkem podle obr. 2 podél jeho přímky E-E se zapažením pro vedení vzduchu.

Na obr. 6 je znázorněn výřez schématicky znázor něného rozvinutí kruhových spojek.

klady_groveddení_vynálezu.

Na výkresu v obr. 1 je znázorněn silně zjednodušený výřez schématického rozvinutí čela statoru plynem chlazeného elektrického stroje. každé statorové drážce 1 tělesa 2 statorových plechů leží navzájem

Λ · • · • ·» · ·· ♦ • · « · • I» ··* · * Λ · · • · · » • · « · · <

• · * φ Φ · Φ · · » ·.

nad. sebou vždy dolní tyč 3 a horní tyč 4. 2 dovodu přehldnějšího znázornění jsou v obr. 1 zakresleny jen dvě dolní tyče 3 a dvě horní tyče 4.Obvyklým způ jsou vždy jedna dolní tyč 3 a jedna horní tyč 4, přicházející z různých drážek 1, spojeny prostřed nictvím elektricky izolovaných oček 5 elektricky a mechanicky spolu navzájem spojeny a tím způsobem jsou spojeny v jedno vinutí.

Všechny dolní tyče 3 a horní tyče 4, vystupující z tělesa 2 statorových plechů tvoří čelo vinutí statoru. Solní tyče 3 a horní tyče 4 sestá vají z více elektricky navzájem vůči sobě izolova ných dílčích vodičů 6, které jsou rozděleny na dva navzájem vedle sebe ležící stohy dílčích vodičů 6 a jsou obklopeny společnou hlavní izolací 7, která dosahuje až na očko 5 (viz obr. 2 a 3). Takováto tyč statorového vinutí je také známa jako dvourovinná tyč,

Ve spojení s obr. 3 je popsáno vytvoření konců tyčí s očky 5a, 5b následovně. Jednotlivé dílčí vodiče 6 tvoří navzájem na sobě ležíc, dva stohy dílčích vodičů, takže se pro dolní tyč 3 případně horní tyč 4 dostane dvorovinná tyč. Ke koncům tyčí jsou stohy dílčích vodičů prostřednictvím klíčové vložky 15 navzájem od sebe vzdáleny, takže se mezi konci tyčí vytvoří chladicí kanál 8. Očko 5a, 5b obklopující konec tyče obsahuje kovový spojovací člen 14 ve tvaru písmena L, ve kterých jsou uloženy tyčové roviny. Tam jsou dílčí vodiče 6 mezi sebou a se spojovacími členy 14 ve tvaru písmena L elektricky a mechanicky ppojeny, přičemž spojovací členy 14 • ·*·· · ·* ·♦·· «· · 9 9 ♦ ♦ · · e * · · · » · » • · · · «····* • » * · » · •»· * ··»«··» «· · vytvářejí na čelních stranách svých krátkých ramen s chladicím kanálem 8 otvor pro proudění chladicího prostřédku. Oókov 5a, 5b vytvořené ze spojovacích členů 14 tvaru písmena L je obklopeno izolačním víčkem 16a, 16b, l§c, přičemž meziprostor mezi izolač ním víčkem 16a, 16b, 16c je vyplněn plnicím materiálem.

Přitom je třeba rozlišovat mezi normálními očky 5a a tak zvanými svodovými očky 5b. V normálním očku 5a, vytvořeným ze čtyř spojovacích členů 14 tvaru písmena L,jsou spojeny konce vždy jedné dolní tyče 3 a jedné horní tyče 4 a obklopeny izolačním víčkem lóa. Přitom má izolační víčko lóa na stra ně dolní tyče vstupní otvor 18 a na straně horní tyče výstupní otvor 19 pro chladicí kanál 8. Směr proudění chladicího plynu je označen šipkou 13. Podstatné pro optimální chlazení při proudění skrz konce tyčí s normálními očky 5a je radiální přívod chladicího plynu. V daném provedení je směr proudění označený šipkou _13 chladicího plynu zvolen od venkovního rozsahu čela vinutí k vnitřnímu rozsahu čela vinutí.

Chlazení konců tyčí ve svodových očkách 5b se provádí stejně jako chlazení konců tyčí v normálním očkách 5a. Svodová očka 5b vytvářejí elektrické spojení ke kruhovým spojkám nebo fázovým spojkám 20 obklopujícím čelo vinutí na jeho vnějším rozsahu, (viz obr. 4), přičemž tyto kruhové spojky jsou elektricky vodivě spojeny se svorkami generátoru (viz obr.

4). Podle vynálezu se svodová očka 5a instalují vždy kolem konce konce horní tyče 4 a dolní tyče 3.

• · » « · ft ♦ * · ♦ Λ >

Principielní vytvoření svodových oček 5b na koncích horních tyčí 4 a dolních tyčí 3 je ovšem stejné.,tudíž v obr. 4 je znázorněn jen řez pro řezy A-A a B-B znázorněné v obr. 3. Vytvoření chladicího uspo řádání svodového očka 5b je v dalším redukováno na jedno uspořádání na jednom konci horní tyče 4.

Jak bylo již popsáno, jsou roviny tyčí, vzdálené od sebe prostřednictvím klínových vložek 15, sdruženy v jednom svodovém očku 5b spojovacích členů 14 tvaru písmena L, N_a krátkých ramenech spojovacího členu 14 tvaru písmena L jsou svodová očka 5b spo j ena pr ostřednictví$^vos^ kovacího Členu 12 elektricky s trubkovým spojením 11 a pokud se týká vytvoření kanálu 8 proudění jen prostřednictvím svodového očka 5b. Svodové očko 5b je s koncem trubkového spojení 11 obklopeno izolačním víčkem l&c, které má na vnitřním rozsahu čela vinutí vstupní otvor 18 pro chladicí plyn. Trubkové spojení 11 vede k trubkové spojce* 20, obklopující z venku radiálně čelo vinutí, jak ukazuje obr. 4· Aby bylo znázornění pře hlednější, jsou elektrické přípoje a přípoje pro proud chladicího prostředku kruhové spojky 20 znázorněny odděleně, přesto že každá kruhová spojka 20 je opa třena všemi těmito přípoji. Kruhové spojky 20 mají obdélníkový profil a jsou provedeny jako dutý vodič s jedním chladicím kanálem 9. Při řazení navzájem za Z S z sebou jsou chladicí kanály-svodových oček 5b volně spojeny s chladicími kanály 10 trubkových spojení 11 a^s chladicími kanály 9 kruhových spojek 20. K_agčlá kruhová spojka 20 , . je uzavřena uzavíra cím i víčkem 23, přičemž chladicí kanál 9 • ·*·· * ·· «· ♦ ♦*· •» · «··<·? · « · • · * · · · · • · * * <»··*· • » · · * a • »a « ··« ···» a» · ústí skrz uzavírací víčko _23 a šroubové spojení 21 do izolační trubky 31. Izolační trubka 31 je na své druhé straně upevněna na dělicí stěně 33 rovněž pros střednictvím šroubového spojení. Jak osvětluje rozvinuté znázornění kruhových spojek 20 v obr. 5, spo jují izolační trubky _31, při současném obejití pros toru _30 čela vinutí, chladicí kanály 9 kruhových spojek 20 s podtlakovým prostorem 32, například se sacím prostorem neznázorněného ventilátoru stroje,který je od prostoru 30 čela vinutí oddělen radiálně probíhající dělicí stěnou 33. Pro elektrické spojení s neznázorněnými spojkami generátoru jsou uspořádaná masivně vytvořená svodová vedení 22. Izolační trubky 31 mohou být samozřejmě provedeny jako izolační hadice a sestávají výhodně z teflonu. Chladicí kanály 8 svodových oček 5b jsou tím ve volném spojení se sacím prostorem 32 ventilátoru stroje, čímž je zaručeno intenzivní chlazení svodových oček 5b a kruhových spojek 20.

V důsledku tlakového rozdílu v sacím prostoru 32 a v prostoru 30 čela vinutí proudí část proudu chladicího plynu, dopravovaného ventilátorem stroje ve směru šipky 13 znázorněné v obr. 4, skrz chladicí kanál 8, potom chladicím kanálem 10 do trubkového spojení 11, potom chladicím kanálem 9 kruhové t spojky 20 a opouští ji izolační trubkou 31 do sacího prostoru 32 ventilátoru stroje.

Principielně stejné vytvoření až na spojení ke kruhovým spojkám 20 mají normální očka 5a, která jsou například znázorněna v podélném řezu v obr. 5. Izolační víčko 16a obepíná konce dolní tyče 3 _a horní tyče 4, přičemž rovněž radiální chladicí ka• 9 ·4·4 ·» • · ··«►* · * € » ♦ 4 • » · 4 · • · * 4 4·· • · 4 4 nál 8 zůstává volným. Pro cílené proudění tohoto chladicího kanálu 13 je uspořádáno zapažení 34 proti čelním stranám izolačního víčka 16a. Toto zapa žení 34 je v celém prostoru čela vinutí ve tvaru prstence v sousedství čelních stran všech izolačních víček 16a, 16b, 16c (viz obr. 4), takže se vytvoří omezený kanál proudění mezi izolačními víčky 16a, 16b, 16c a zapažením 34, a tím je proudění ve směru šipky 13 skrz chladicí kanály 8_ vytvářeno velmi in tenzivní a sice radiálně z venku směrem radiálně do vniřku prostoru 30 děla vinutí. Zapažení 34 je upevněno zašroubováním na vnitřním prstenci 35 a venkovním prstenci 36, kteréžto prostence 35, 36 jsou tak jako tak použity pro podepření čela vinutí, v elektrickém stroji. Pro optimální ' chlazení normálních oček 5a se jednak využije tlakový rozdíl chladicího prostředku radiálně z venku směrem radiálně dovnitř v prostoru čela vinutí, přičemž pomoc pro proudění je tvo řena zapažením proudění chladicího prostředku ve směru šipky 13 v radiálním směru skrz chladicí naály 8.

^e samozřejmé, že je možný i obrácený průběh proudění, jestliže při změněném uspořádání bude chladicí plyn proudit radiálně dovnitř a na to směrem radiálně z venku skrz chladicí kanály 8.

Vybavení oček 5a, 5b radiálními kanály 8 na koncích tyčí v kombinaci s chladicími kanály 9 pro kruhové spojky 20 a zapažením 34 uspořádaným v sousedství čelních stran oček 5a, 5b, zaručuje optimální chlazení a navíc poměrně jednoduché uspořádání chlazení pro všechny lektrické vodivé prvky v oblasti čela vinutí strojů mezních výkonů.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ **··

   P/ * »· «* ···· • · * *··«·« * · · ♦ « f ··*#··· ·· «

   NÁROKY

   1. Plynem chlazený elektrický stroj se statorovým vinutím, uspořádaným v drážkách tělesa statorových plechů, v podstatě sestávajícím z tyčí statorového vinutí, vytvořených vždy ze dvou v jedné drážce navzájem nad sebou ležících, vzájemně vůči sobě izolovaných dílčích vodičů, které jsou, mimo těleso statorových plechů v čele vinutí, prostřednictvím oček a kruhových spojek elektricky navzájem spojeny v jedno vinutí,přičemž očka sestávají z více normálních oček a více svodových oček, a z ventilátoru pro vytváření proudu chladicího plynu skrz stroj, přičemž dílčí proud tohto prou»· du chladicího plynu je veden prvními chladicími kanály, upravenými uvnitř oček, vyznačující se tím,že tyče statorového vinutí v čele vinutí jsou jen v oblasti oček (5a, 5b) opatřeny uvedenými prvními chladicími kanály (8), přičemž tyto první chladicí kanály (8) probíhají v podstatě radiálně, že svodová očka (5b) na straně odtoku prvních chladicích kanálů (8) mají mezi sebou a kruhovými spojkami (20) pro vedenými jako duté vodiče, trubková spojení (11),přičemž kruhové spojky (20) jsou provedeny jako duté vodiče s druhými chladicími kanály (9), které jsou ve volném spojení s prvními chladicími kanály (8) svodových oček (5b), že druhé chladicí kanály (9) kruhových spojek (20) jsou spojeny s prostorem (32), odděleným od prostoru (30) čela vinutí, dělící stěnou (33), prostřednictvím izolačních trubek (31) nebo izilačních hadic a že mezi dělicí stěnou (33) a čelními stranami oček (5a, 5b) je uspořádáno zapa*· ** » · « ♦ * • * · · · ♦ * * · žení (34) pro zvýšení průtoku chladicího prostředku prvními chladicími kanály (8) skrz normální očka (5a).
2. 2. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že tyče (34) statorového vinutí jsou provedeny jako dvou rovinnové tyče, jejichž roviny v ob lasti čela vinutí jsou prostřenictvím klínové vložky (15) navzájem od sebe vzdáleny, takže se na koncích tyčí vytvoří radiální první chladicí kanály (8).
3. 3. Elektrický stroj podle nároku 2,. vyznačující se tím, že očka (5A, 5b) jsou vytvořena z kovo vých spojovacích členů (14), které jsou v oblasti prvních chladicích kanálů upraveny s odstupem navzájem od sebe.
4. 4. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že dílčí proud proudu chladicího plynu má v podstatě radiální směr (13) proudění.
5. 5. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že očka (5A, 5b) jsou obklopena izolačními vičkami (l6a, 16b, 16c), která mají vstupní otvory (18) a/nebo výstupní otvory (19) pro první chladicí kanály (8).
6. 6. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující ·· «φ φφφφ φ * φ * -♦ • · ♦ · φ φ · · φ · φ φ φ ♦ · φ · φ * ♦ · se tím, že prostor (32), oddělený dělicí stěnou (33) od prostoru (30) čela vinutí, je sacím prostorem ventilátoru stroje.
7. 7. Elektrický stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že zapažení (34) je uspořádáno ve tvaru prstence s konstantní vzdáleností od čelních stran oček (5a, 5b), přičemž je vytvářen ohraničený kanál proudění mezi čelními stranami oček (5a, 5b) a zapařením (34)»