ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С МНОГОСТРУЙНЫМ ГАЗОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к электромашиностроению.
Известна электрическая машина с многоструйным газовым охлаждением (см., например, А.Е.Алексеев «Конструкция электрических машина, ГЭИ, 1958 г., с.69, рис.2-52), которая содержит ротор с вентиляторами на валу, статор, сердечник которого собран с радиальными вентиляционными каналами, воздухоохладители и корпус статора, внутреннее пространство которого от наружной обшивки до наружного диаметра сердечника статора на всей длине сердечника статора подразделено на чередующиеся отсеки, причем все четные от торцев сердечника статора отсеки воздуховодами в нечетных от торцев сердечника статора отсеках последовательно соединены между собой. Также и все нечетные от торцев сердечника статора отсеки соединены между собой воздуховодами в четных отсеках, причем каждый из отсеков сопряжен с определенной группой радиальных вентиляционных каналов в сердечнике статора.
При работе электрической машины из зоны повышенного давления после вентиляторов охлаждающий газ через аксиальные воздуховоды в нечетных от торцев сердечника статора отсеках подается в четные от торцев сердечника статора газораздающие отсеки. Отсюда охлаждающий газ поступает в радиальные каналы сердечника статора, проходит радиально к ротору, охлаждая пакеты электротехнической стали сердечника статора и пазовые части обмотки статора, выходит в зазор между статором и ротором, растекается вдоль статора по этому зазору и поворачивает в радиальные вентиляционные каналы сердечника статора, соединенные с нечетными от торцев сердечника статора газоприемными отсеками корпуса статора, охлаждает пакеты электротехнической стали сердечника статора и пазовые части обмотки статора, выходит в эти нечетные газоприемные отсеки и отсюда по аксиальным воздуховодам в четных от торцев сердечника статора отсеках попадает в газоохладители и далее - в зону разрежения охлаждающего газа перед вентиляторами.
К недостатком конструкции относятся сложность изготовления корпуса статора, высокие трудо- и материалозатраты, а также высокое аэродинамическое сопротивление вентиляционного тракта, особенно в зоне радиального зазора между статором и ротором, практически исключающее возможность использования этой конструкции в электрических машинах с относительно небольшим зазором между статором и ротором, в частности в асинхронных электрических машинах.
Известна принятая за прототип бескорпусная электрическая машина по патенту РФ №1718341, H02K 9/08, 1992 г. Электрическая машина содержит ротор с вентиляторами на валу, статор, кожух и щиты воздухонаправляющие и воздухоохладитель. Шихтованный из листов или сегментов сердечник статора собран из отдельных пакетов, между которыми путем использования радиальных дистанционных распорок образованы радиальные вентиляционные каналы. В запрессованном состоянии сердечник статора удерживается торцевыми нажимными кольцами с вентиляционными отверстиями на уровне наружного диаметра сердечника статора и продольными П-образными стяжками, уложенными на наружную поверхность сердечника статора так, что их боковые стороны совпадают с концами дистанционных распорок в радиальных вентиляционных каналах, а вентиляционные отверстия в торцевых нажимных кольцах с трех сторон закрыты торцами этих П-образных стяжек. При этом П-образные стяжки соединены, например, электросваркой, с торцами нажимных колец, сердечником статора и концами дистанционных распорок в радиальных вентиляционных каналах сердечника статора. Таким образом, организованы аксиальные вентиляционные каналы, соединенные на всей длине сердечника статора с радиальными вентиляционными каналами сердечника статора.
На чертеже в описании изобретения представлена электрическая машина с нагнетательной системой вентиляции. В этом случае охлаждающий газ из зон повышенного давления, созданных вращающимися вентиляторами у торцев сердечников статора и ротора, поступает в вентиляционные отверстия торцевых нажимных колец, распространяется по аксиальным вентиляционным каналам в П-образных стяжках, поворачивает в радиальные вентиляционные каналы сердечника статора в секторы между соседними радиальными дистанционными распорками, проходит в направлении к ротору, выходит в зазор между статором и ротором, растекается по этому зазору в тангенциальных направлениях, поворачивает в соседние секторы радиальных вентиляционных каналов, не закрытые по наружному диаметру сердечника статора продольными П-образными стяжками, выходит на периферию сердечника статора, после чего проходит воздухоохладитель и далее между щитами воздухонаправляющими поступает в зону разряжения по другую сторону от вентилятора.
Охлаждающий газ из зон повышенного давления после вентиляторов может поступать и в зазор между сердечниками статора и ротора. Однако, при малых этого зазора его аэродинамическое сопротивление и перепады статического давления охлаждающего газа в зазоре велики и расход охлаждающего газа из зон повышенного давления через зазор мал или вообще отсутствует и система охлаждения функционирует, как описано выше.
Недостатком прототипа является то, что при увеличенных радиальных зазорах между сердечниками статора и ротора его аэродинамическое сопротивление и перепады статического давления охлаждающего газа в зазоре уменьшается, при этом статическое давление охлаждающего газа в аксиальных каналах и в зазоре между сердечниками статора и ротора напротив, по крайней мере, первых от торцев сердечника статора радиальных вентиляционных каналов или напротив нескольких первых от торцев сердечника статора радиальных вентиляционных каналов по величине могут быть весьма близкими, вследствие чего расход охлаждающего газа из аксиальных вентиляционных каналов в сторону ротора в этих радиальных каналах будет так мал, что это приведет к недопустимым перегревам торцевых частей статора и ротора. В большей мере это относится к синхронным электрическим машинам, поскольку у них зазор между статором и ротором всегда относительно больше, чем в асинхронных электрических машинах.
Задача, которую решает предлагаемая полезная модель - улучшение охлаждения торцевых частей сердечников статора и ротора электрической машины.
Технический результат достигается тем, что в электрической машине с многоструйным газовым охлаждением, содержащей ротор и статор, сердечник которого, шихтованный из листов или из сегментов электротехнической стали, собран из отдельных пакетов, разделенных радиальными вентиляционными каналами с использованием радиальных дистанционных распорок и в запрессованном состоянии удерживается торцевыми нажимными кольцами с вентиляционными отверстиями в зоне наружного диаметра сердечника статора и продольными П-образными стяжками, которые своими боковыми сторонами уложены на наружную поверхность сердечника статора, причем боковые стороны П-образных стяжек совпадают с концами радиальных дистанционных распорок в радиальных вентиляционных каналах, а торцы П-образных стяжек с трех сторон закрывают вентиляционные отверстия в торцевых нажимных кольцах, причем все эти элементы соединены между собой с образованием аксиальных вентиляционных каналов, в первых от торцев сердечника статора радиальных вентиляционных каналах или в нескольких первых от торцев сердечника статора радиальных вентиляционных каналах аксиальные вентиляционные каналы от радиальных каналов отделены тангенциальными дистанционными распорками, концы которых соединены с боковыми сторонами продольных П-образных стяжек, а радиальные дистанционные распорки в этих радиальных вентиляционных каналах на стороне наружного диаметра сердечника статора укорочены.
Заявленная электрическая машина с многоструйным газовым охлаждением поясняется фигурами, где схематично показаны: фиг.1 - продольный разрез электрической машины, фиг.2 - поперечный разрез по А-А на фиг.1, фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б на фиг.1.
На фигурах 1, 2, 3 изображение электрической машины соответствует варианту исполнения ее с нагнетательной системой вентиляции (движение охлаждающего газа показано стрелками, значок (+) означает движение охлаждающего газа от наблюдателя, значок (·) означает движение охлаждающего газа к наблюдателю).
Электрическая машина содержит ротор 1, статор, состоящий из сердечника 2 и обмотки статора 3. Сердечник 2 статора собран из листов или сегментов электротехнической стали пакетами 4, между которыми с использованием радиальных дистанционных распорок 5 образованы радиальные вентиляционные каналы 6. В запрессованном состоянии сердечник 2 статора удерживается торцевыми нажимными кольцами 7 с отверстиями 8 и П-образными стяжками 9. При этом П-образные стяжки 9 установлены так, что своими концами они с трех сторон охватывают отверстия 8 в торцевых нажимных кольцах 7, а боковыми сторонами прилегают к наружной поверхности сердечника 2 статора, а точнее, к наружной поверхности пакетов 4 и к концам дистанционных распорок 5 и соединены со всеми этими элементами, например, электросваркой. Таким образом, образованы аксиальные вентиляционные каналы 10. Все пространство каждого радиального вентиляционного канала 6 дистанционными распорками 5 разделено на секторы 11 и 12, связанные между собой только радиальным зазором 13 между ротором 1 и сердечником 2 статора, а в радиальных вентиляционных каналах 6, ближайших к торцам сердечника 2 статора или в нескольких радиальных вентиляционных каналах 6, ближайших к торцам сердечника 2 статора аксиальные вентиляционные каналы 10 отделены от радиальных вентиляционных каналов 6 тангенциальными дистанционными распорками 14, концы которых соединены с боковыми сторонами П-образных продольных стяжек 9. В этих же радиальных вентиляционных каналах 6, дистанционные распорки 5 на стороне наружного диаметра сердечника 2 статора укорочены.
При работе электрической машины в зоне лобовых частей обмотки статора у торцев ротора 1 и сердечника 2 статора за счет вращения собственных вентиляторов или за счет подачи охлаждающего газа в электрическую машину от внешнего источника создается избыточное давление охлаждающего газа, и он поступает в отверстия 8 торцевых нажимных колец 7, и далее в аксиальные вентиляционные каналы 10, и в зазор 13 между ротором 1 и сердечником 2 статора.
В подавляющем большинстве радиальных вентиляционных каналов 6 охлаждающий газ из аксиальных каналов 10 поступает в секторы 11, проходит в направлении к ротору 1, охлаждая пакеты 4 и пазовые части обмотки статора 3, выходит в зазор 13, растекается тангенциально, охлаждая при этом ротор 1 и поворачивает в секторы 12 радиальных вентиляционных каналов 6, где охлаждает пакеты 4 сердечника 2 статора и пазовые части обмотки статора 3 и выходит на периферию сердечника 2 статора.
В первых же от торцев сердечника 2 статора радиальных вентиляционных каналах 6 или в нескольких первых от торцев сердечника 2 статора радиальных вентиляционных каналах 6 охлаждающий газ движется из радиального зазора 13 между ротором 1 и сердечником 2 статора в сторону периферии сердечника статора. Таким образом интенсифицировано охлаждение торцевых пакетов 4 сердечника 2 статора. Для обеспечения лучшей устойчивости тангенциальных дистанционных распорок 14 они могут быть выполнены и не строго тангенциальными, а, например, V-образными с соединением их концов с боковыми сторонами П-образных продольных стяжек 9.
На фигурах ширина П-образных стяжек 9 показана равной пазовому делению сердечника 2 статора по его наружному диаметру. Однако, при необходимости, ширина П-образных стяжек 9 может быть равной нескольким, например, двум пазовым делениям сердечника 2 статора по его наружному диаметру.
Кроме рассмотренного варианта с нагнетательной вентиляцией, электрическая машина с многоструйным газовым охлаждением может быть выполнена и с вытяжной вентиляцией, а также с разомкнутым или с замкнутым циклом вентиляции, с собственными вентиляторами или с внешним источником охлаждающего газа с использованием для этих вариантов исполнения традиционных элементов конструкции.