СЕРДЕЧНИК СТАТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ГАЗОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к области электромашиностроения и предназначена для использования в сердечниках статоров турбогенераторов с газовым охлаждением.
Известен статор турбогенератора с газовым охлаждением с многоструйной системой вентиляции, в котором большое пространство между сердечником и корпусом используется для размещения горизонтальных охладителей и распределения потоков охлаждающего и нагретого газа в камерах высокого и низкого давлений (Титов В.В., Хуторецкий Г.М. и др., Турбогенераторы. Расчет и конструкция, «Энергия», Ленинградское отделение, 1967 г., с. 128 рис. 2-33). При этом вентиляция турбогенератора осуществляется по замкнутому циклу с охлаждением газа газоохладителями, встроенными в корпус статора. Необходимый напор газа для охлаждения сердечника и обмотки создается двумя вентиляторами, установленными на валу ротора. По длине сердечник статора разделен на отдельные шихтованные пакеты с разделяющими их посредством распорок вентиляционными каналами.
Недостатком устройства является то, что при косвенном охлаждении обмотки статора длина пакета в шихтованном сердечнике должна быть относительно невелика, так как через боковую поверхность пакетов в сердечнике отводятся потери, выделяющиеся не только в активной стали, но и в меди обмотки статора. Большой расход газа в турбогенераторе требует большого числа вентиляционных каналов, что приводит к увеличению его габаритов и, как следствие, является препятствием для увеличения его мощности из-за ограничения размеров статора при транспортировке по железной дороге и приводит к удорожанию генератора при необходимости выполнения статора составным из нескольких частей, транспортируемых отдельно.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является сердечник статора турбогенератора с воздушным охлаждением (Патент на полезную модель RU №54269, H02K 1/20, опубл. 10.06.2006), содержащий пазы, обмотку, уложенную в пазы, пакеты в сердечнике, собранные из основных сегментов электротехнической стали, каналы для возможности циркуляции газа между пакетами сердечника, образованные с помощью вентиляционных сегментов с приваренными распорками, щели по середине зубцов в сегментах со стороны вентиляционных каналов шириной 3÷3.5 мм, высотой до 2/3 высоты зубцов и аксиальной длиной, равной 1/3 длины пакета в каждом пакете сердечника, кроме концевых.
Недостаток конструкции заключается в том, что пакеты сердечника, установленные в стыковой зоне камер холодного и горячего газа, имеют различную температуру по длине пакета, которая приводит к образованию температурного перепада между соседними пакетами сердечника, создавая неравномерность нагрева статора по длине сердечника.
Задачей заявляемого устройства является улучшение охлаждения сердечника статора, обмотки статора и выравнивание температурного состояния пакетов сердечника статора в стыковых зонах нагретого и холодного воздуха, а также в целом по сердечнику статора.
Указанная задача решается за счет того, что в сердечнике статора турбогенератора, содержащем пазы, обмотку, уложенную в пазы, пакеты в сердечнике, собранные из сегментов электротехнической стали, каналы, образованные с помощью вентиляционных сегментов с приваренными распорками, щели по середине зубцов в сегментах со стороны вентиляционных каналов в каждом пакете сердечника, кроме концевых аксиальной длиной, равной 1/3 длины пакета, в шихтованных пакетах на стыках камер холодного и горячего газа выполнена щель по всей аксиальной длине этих пакетов.
В шихтованных пакетах на стыках камер холодного и горячего газа выполнен щелевой канал по всей аксиальной длине этих пакетов.
Новым в заявляемом устройстве является выполнение в пакетах сердечника статора, расположенных на стыке камер холодного и горячего газа, щели по всей аксиальной длине пакета или выполнение вместо щели щелевого канала, не имеющего выхода в радиальном направлении в воздушный зазор между ротором и статором с сохранением тех же поперечных размеров щели по середине зубцов в сердечнике, что и в прототипе.
Сущность заявляемого устройств поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - продольный разрез сердечника в корпусе статора со сквозной щелью по оси зубцов сегментов в шихтованных пакетах на стыке камер холодного и горячего газа;
фиг. 2 - продольный разрез сердечника в корпусе статора со сквозным щелевым каналом по оси зубцов сегментов в шихтованных пакетах на стыке камер холодного и горячего газа;
фиг. 3 - вид на основной сегмент электротехнической стали;
фиг. 4 - вид на вентиляционный сегмент из электротехнической стали с приваренными на нем вентиляционными распорками и щелью по оси зубца;
фиг. 5 - вид на сегмент электротехнической стали со щелью по оси зубца;
фиг. 6 - вид на сегмент электротехнической стали со щелевым каналом по оси зубца.
Сердечник 1 (фиг. 1) статора состоит из шихтованных в корпусе 2 (фиг. 1) сегментов электротехнической стали 3 (фиг. 3), разделенных вентиляционными распорками 4 (фиг. 4) на отдельные пакеты 5 (фиг. 1). В пакетах 5 (фиг. 1) сердечника 1 (фиг. 1) выполнены пазы 6 (фиг. 3), в которые уложена обмотка 7 (фиг. 1). В каждом пакете 5 (фиг. 1) сердечника статора кроме концевых 8 (фиг. 1) и пакетов 9 (фиг. 1) в стыковых зонах камер 10 и 11 (фиг. 1) с обеих торцевых сторон, прилегающих к вентиляционным распоркам 4 (фиг. 4), по оси зубцов 12 (фиг. 5) сегментов из листов электротехнической стали выполнены щели 13 (фиг. 1, 5) длиной по одной трети длины пакета 5 (фиг. 1). В пространстве между сердечником 1 (фиг. 1) и корпусом 2 (фиг. 1) находятся камеры сбора холодного 10 и горячего газа 11 (фиг. 1). По оси зубцов 12 (фиг. 5) сегментов электротехнической стали пакетов 9 (фиг. 1), расположенных на стыке камер холодного и горячего газа, выполнены щели 13 (фиг. 5) по всей аксиальной длине пакетов 9 (фиг. 1). Вместо щели по оси зубца может быть выполнен щелевой канал 14 (фиг. 2, 6) по всей длине пакетов 9 (фиг. 1). Расстояние от расточки статора 15 (фиг. 6) до начала щелевого канала 14 (фиг. 6) в радиальном направлении не менее толщины пазового клина статора 16 (фиг. 6). Между расточкой сердечника статора 15 (фиг. 6) и ротором 17 (фиг. 1) имеется воздушный зазор 18 (фиг. 1).
Предлагаемый сердечник статора работает следующим образом.
Холодный газ после газоохладителей от вентиляторов поступает в камеры сбора холодного газа 10 (фиг. 1) и далее по радиальным вентиляционным каналам, образованным вентиляционными распорками 4 (фиг. 4) между пакетами 5, 8, 9 (фиг. 1) попадает в воздушный зазор 18 (фиг. 1), откуда уже подогретый газ по аналогичным вентиляционным каналам соседних пакетов поступает в камеру сбора горячего газа 11 (фиг. 1).
Для улучшения охлаждения нагретых пакетов камеры 11 (фиг. 1) охлаждающий газ из вентиляционного канала камеры 10 (фиг. 1) частично проходит по щелям 13 (фиг. 4) вглубь зубцов 12 (фиг. 5), а затем по вентиляционным каналам выходит в камеру сбора горячего газа 11 (фиг. 1) откуда поступает в газоохладители, где охлаждается. В связи с тем, что пакеты сердечника камеры 11 (фиг. 1) охлаждаются уже подогретым газом из зоны пакетов камер 10 температура этих пакетов несколько выше температуры пакетов холодного газа камеры 1 (фиг. 1). Для дополнительного охлаждения обмотки и сердечника статора в пакетах 9 (фиг. 1) стыковой зоны камер холодного 10 и горячего 11 (фиг. 1) газа, охлаждающий газ, пройдя по вентиляционному каналу пакета 5 (фиг. 1) камеры 10 (фиг. 1) поступает в сквозную щель 13 (фиг. 5) в зубце 12 (фиг. 1) пакета 9 (фиг. 1) на всю его длину и далее через вентиляционный канал пакета камеры горячего газа 11 (фиг. 1) поступает в пространство между корпусом и сердечником.
Улучшение охлаждения сердечника и выравнивание температурного состояния пакетов сердечника и обмотки статора в стыковых зонах нагретого и холодного газа достигается тем, что холодный газ, частично проходя по щели в зубцах или щелевому каналу в зубцах, выполненным по всей аксиальной длине пакетов, расположенных на границах зон горячего и холодного газа, дополнительно охлаждает эти пакеты и выравнивает температуру пакетов.
Кроме того, выполнение сквозных щелей в зубцах сегментов или щелевых каналов по всей длине пакетов в стыковых зонах холодного и горячего газа увеличивает площадь поверхности охлаждения зубцов и общее проходное сечение каналов для охлаждающего газа, что улучшает охлаждение сердечника и обмотки статора.
Выполнение щелевого канала в зубце вместо паза повышает интенсивность охлаждения зубцов, так как при этом исключается частичный выход холодного газа из вентиляционных каналов, прилегающих к пакетам стыковых зон, в воздушный зазор, где охлаждающий газ смешивается с подогретым газом из обмотки ротора в воздушном зазоре.