СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ И УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ЕГО ВНЕШНЕГО КОЛЬЦА
STATOR OF ELECTRICAL MACHINE AND UNIT OF ITS OUTER RING FIXATION

Техническое решение относится к области электромашиностроения и касается конструкции статора электрической машины большой мощности, в частности турбогенератора с воздушным охлаждением.
Известен статор электрической машины [1], в котором лобовые части обмотки размещены между внешним и внутренним кольцами и поджаты к конической поверхности внешнего кольца. Внешнее кольцо закреплено через консоль на нажимной плите.
За прототип принята конструкция статора электрической машины [2], содержащая корпус, сердечник с обмоткой и вентиляционными каналами. Лобовые части обмотки имеют форму корзины, в которой проходы не используются для вентиляции, так как заполнены замазкой, скрепляющей лобовые части обмотки с внешним кольцом и между собой. Лобовые части обмотки уложены на коническую поверхность внешнего кольца и поджаты внутренним кольцом. Внешнее кольцо через кронштейн закреплено на нажимной плите сердечника, сердечник установлен в корпусе статора.
Известные решения обеспечивают достаточно надежное крепление лобовых частей обмотки электрической машины большой мощности, но отсутствие каналов для прохода воздуха через лобовые части обмотки делает неприменимым их для машин с воздушным охлаждением.
За прототип для узла крепления внешнего кольца выбрана конструкция [3] с двумя охватывающими лобовые части обмотки внешними кольцами. Для крепления колец к корпусу и нажимному кольцу используются упругие пластинчатые элементы, закрепленные с помощью болтов, оси которых ориентированы параллельно оси машины.
Недостатком узла крепления является то, что в пределах зазоров; аксиального болтового соединения возможны радиальные перемещения упругих элементов и вместе с ними лобовых частей обмотки статора, имеющие характер вибрации.
Целью заявляемого решения является достижение эффективного охлаждения статора электрической машины и снижение вибрации лобовых частей обмотки.
Поставленная цель достигается за счет того, что в статоре электрической машины, содержащей корпус, сердечник с вентиляционными каналами, обмотку, лобовые части которой имеют форму корзины, внешнее и внутреннее кольца для крепления лобовых частей обмотки, узел крепления внешнего кольца к корпусу, в упомянутом внутреннем кольце выполнены вентиляционные отверстия, а между корзиной и наружным кольцом полости, сообщающиеся через проходы в корзине с вентиляционными отверстиями во внутреннем кольце, причем полости расположены напротив выхода из вентиляционных каналов сердечника. Во внешнем кольце также могут быть выполнены вентиляционные отверстия, сообщающиеся с полостями.
Поставленная цель также достигается за счет того, что в узле крепления внешнего кольца к корпусу статора электрической машины, содержащем упругие элементы, каждый из которых закреплен одним концом на корпусе, а другим концом - на внешнем кольце, упомянутый упругий элемент выполнен в виде шпильки, например, с резьбовыми концами, на одном из которых размещена закрепленная на корпусе гайка.
Из уровня техники не выявлено:
- отверстий во внутреннем кольце,
- наличия вентиляционного пути из каналов сердечника через полости между корзиной и наружным кольцом в отверстия во внутреннем кольце и дополнительно - в отверстия во внешнем кольце,
- исполнения упругого элемента в виде шпильки.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен фрагмент продольного сечения сердечника статора электрической машины в области лобовых частей обмотки.
Статор электрической машины содержит шихтованный сердечник 1, размещенный внутри цилиндрического корпуса 2. С торцов сердечника 1 установлены нажимные элементы 3. Обмотка 4 уложена в пазы 5 сердечника 1. В спинке сердечника 1 выполнены вентиляционные каналы 6, например аксиальные. В корзине 7 лобовых частей обмотки имеются проходы 8. Лобовые части обмотки размещены между внутренним 9 и внешним 10 кольцами. Между внешним кольцом 10 и корзиной 7 лобовых частей обмотки установлены радиальные ребра 11 и образованы полости 12. На ребрах 11 подвязаны лобовые части обмотки. Каналы 6 сердечника 1 сообщаются с полостями 12. Во внутреннем кольце 9 выполнены вентиляционные отверстия 13, во внешнем кольце 10 - вентиляционные отверстия 14. Внешнее кольцо 10 закреплено на корпусе 2 статора с помощью шпилек 15 с резьбовыми концами. На один конец шпильки 15 навинчена гайка 16, закрепленная на корпусе 2, а другой конец через втулку 17 соединен с внешним кольцом 10. Для повышения надежности при установке втулки 17 на кольце 10 может использоваться, например, эпоксидный клей. На чертеже стрелками обозначено направление движения охлаждающего потока.
Шпильки 15 обеспечивают необходимую степень жесткости лобовых частей обмотки 4. Гайкой 16 регулируют установку зафиксированных и размещенных между кольцами 9 и 10 лобовых частей обмотки, а также их возможное смещение.
Выходящий из вентиляционных каналов 6 статора воздух поступает в полости 12, проходит вдоль внешней поверхности лобовых частей обмотки и через проходы 8 корзины и отверстия 13 выходит в пространство со стороны расточки статора, а через отверстия 14 - в пространство со стороны корпуса 2. Вентиляционные отверстия 14 служат для перепуска избытка воздуха, поступающего из аксиальных каналов 6. Часть воздуха из каналов 6 поступает в зону перехода обмотки 4 из пазовой части в лобовую и выходит в пространство со стороны расточки.
Технические преимущества заявленного решения состоят в эффективном охлаждении статора электрической машины и снижении вибрации лобовых частей обмотки.
Источники информации
1. Патент СН615055, МПК Н02К 3/50, приоритет от 24.02.1977, опубликован 28.12.1979, фирма Электросила.
2. Справочник по электрическим машинам, под редакцией И.П. Копылова, т.1, М, Энергоатомиздат, 1988, стр. 148, подраздел 8.2.5, рис. 8.4.
3. Патент US 5693996, МПК Н02К 3/46, приоритет от 29.03.1995, опубликован 02.12.1997, фирма ABB.
4. Патент US 7763996, МПК Н02К 9/00, приоритет от 25.08.2008, опубликован 27.07.2010, фирма General Electric.
5. Патент US 5485050, МПК Н02К 3/46, приоритет от 26.02.1994, опубликован 16.01.1996, фирма ABB.
6. Патент US 5140740, МПК Н02К 15/14, приоритет от 13.12.1990, опубликован 25.08.1992.
7. Патент US 3991334, Н02К 3/46, приоритет от 23.01.1975, опубликован 31.07.1997, фирма Westinghouse.
8. Патент GB 921126, МПК Н02К, приоритет от 31.10.1959, опубликован 13.03.1963, фирма ABB.
9. Патент JP 4109067, МПК Н02К 3/50, приоритет от 30.09.2002, опубликован 22.04.2004, фирма Hitachi.
10. Патент DE 19732949, МПК Н02К 5/20, приоритет от 31.07.1997, опубликован 04.02.1999, фирма ABB.
11. Патент DE 1286198, МПК Н02К, приоритет от 24.12.1964, опубликован 02.01.1969, фирма ABB.
12. Заявка на патент DE 102007004449, Н02К 3/50, приоритет от 30.03.2006, опубликована 04.10.2007, фирма Alstom.
13. Авторское свидетельство SU 1767620, Н02К 3/50, приоритет от 08.08.1990, опубликовано 07.10.1992, фирма Электросила.
14. Авторское свидетельство SU 743119, Н02К 3/50, приоритет 17.09.1973, опубликовано 25.06.1980, фирма Электросила.