СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
ELECTRICAL MACHINE ROTOR VENTILATION SYSTEM

Техническое решение относится к области электромашиностроения и касается вентиляции лобовых частей обмотки ротора крупной электрической машины, в частности турбогенератора с воздушным охлаждением.
В роторе электрической машины [1] охлаждающий поток проходит вдоль вала в пространство под цилиндрической оболочкой, и через радиальные каналы оболочки, выполненные в области перегиба катушек, поступает в лобовую часть обмотки. Установленные между катушками радиальные распорки образуют протяженные зигзагообразные вентиляционные каналы вдоль боковых поверхностей катушек.
За прототип принята система вентиляции ротора электрической машины [2] с размещенными под лобовыми частями катушками обмотки и охватывающей вал оболочкой. Через пространство между оболочкой и валом охлаждающий поток поступает в пазовую часть ротора, через пространство над оболочкой - к лобовым частям обмотки ротора. Между боковыми поверхностями соседних катушек установлены радиальные распорки. В пространстве между оболочкой и нижними витками катушек с помощью продольных перегородок организованы зоны впуска и выпуска охлаждающего потока, сообщающиеся с протяженными вентиляционными каналами, выполненными в проводниках обмотки. Отвод охлаждающего потока от лобовых частей обмотки осуществлен в сторону бочки ротора.
Общим недостатком известных систем вентиляции ротора является то, что охлаждающий поток проходит вдоль катушек лобовых частей обмотки по длинным вентиляционным каналам малого сечения. Такие каналы обладают большим аэродинамическим сопротивлением и невысокой пропускной способностью. В этой связи известные системы вентиляции ротора оказываются неэффективны в применении к машинам большой мощности.
Задачей заявляемого решения является повышение эффективности охлаждения лобовой части обмотки ротора.
Технический результат заключается в увеличении единичной мощности электрической машины.
Поставленная задача решается тем, что в известной системе вентиляции ротора электрической машины, содержащей размещенную под лобовыми частями катушек обмотки оболочку, пространство между оболочкой и валом для подачи охлаждающего потока в ротор, радиальные распорки между боковыми поверхностями соседних катушек, вентиляционные каналы для охлаждения лобовых частей катушек, пространство между оболочкой и нижними витками лобовых частей катушек, разделенное установленными в нем продольными перегородками на зоны впуска охлаждающего потока в вентиляционные каналы и зоны выпуска охлаждающего потока из вентиляционных каналов, упомянутые продольные перегородки установлены напротив зубцов ротора с шагом в одно пазовое деление ротора, в оболочке в зонах впуска охлаждающего потока в вентиляционные каналы выполнены радиальные каналы с шагом в два пазовых деления ротора, при этом вентиляционные каналы выполнены в радиальных распорках и имеют U-образную форму.
Из уровня техники не выявлено:
- размещение продольных перегородок напротив зубцов ротора с шагом в одно пазовое деление ротора;
- выполнение радиальных каналов в оболочке с шагом в два пазовых деления ротора.
Изобретение поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен фрагмент поперечного сечения лобовой части ротора электрической машины, на фигуре 2 - вариант размещения продольных перегородок.
Ротор электрической машины, например турбогенератора, содержит оболочку 1 (см. фиг.1), охватывающую вал 2 с образованием пространства 3 для подачи охлаждающего потока в ротор. Между катушками 4 в лобовой части обмотки размещены продольные распорки 5 с U-образными вентиляционными каналами 6 для охлаждения катушек 4. В пространстве 7 между оболочкой 1 и нижними витками катушек 4 лобовой части обмотки напротив зубцов 8 ротора (фиг.2) установлены продольные перегородки 9 с шагом в одно пазовое деление ротора (τ). Перегородки 9 разделяют пространство 7 на зоны впуска 10 охлаждающего потока в вентиляционные каналы 6 и зоны выпуска 11 охлаждающего потока из вентиляционных каналов 6. В зонах впуска 10 в оболочке 1 выполнены радиальные каналы 12 с шагом в два пазовых деления ротора (2τ). Перегородки 9 могут быть размещены на оболочке 1 вдоль всей области установки распорок 5 до кольцевой перегородки 13. На чертежах движение охлаждающего потока обозначено стрелками.
Охлаждающий поток проходит в ротор под оболочкой 1 вдоль вала 2, часть его поступает на охлаждение лобовых частей катушек. Через радиальные каналы 12 в оболочке 1 поток попадает в зоны впуска 10, проходит по вентиляционным каналам 6, охлаждая лобовые части катушек, и выходит в зоны выпуска 11. Короткие U-образные каналы 6 обладают сравнительно небольшим аэродинамическим сопротивлением и повышенной пропускной способностью. Через них проходит больший охлаждающий поток, и эффективность охлаждения ротора электрической машины увеличивается. Выход потока из зон выпуска 11 может быть организован как в сторону торцевого закрытия лобовых частей катушки (например, установкой перегородки 13), так и в сторону пазовой части ротора.
Технические преимущества заявленной системы вентиляции заключаются в возможности повышения плотности тока в обмотке и, соответственно, увеличения мощности машины.
Источники информации
1. Патент DE 3700508, фирма Siemens, H02K 9/12, приоритет 09.01.1987, опубликован 21.07.1988.
2. Патент US 3005119, фирма General Electric, H02K, приоритет 05.08.1960, опубликован 17.10.1961.
3. Патент DE 1613196, H02K, приоритет от 23.01.1967, опубликован 21.01.1971.
4. Патент DE 4021861, фирма Siemens, H02K 9/00, приоритет от 09.07.1990, опубликован 16.01.1992.
5. Патент EP 1841042, фирма Hitachi, H02K 3/24, H02K 3/51, приоритет 27.03.2006, опубликован 03.10.2007.
6. Патент EP 1171938, фирма General Electric, H02K 1/32, приоритет 09.02.2000, опубликован 16.08.2001.
7. Патент EP 160887, фирма Kraftwerk Union AG - Siemens, H02K 9/12, приоритет 08.05.1984, опубликован 13.11.1985.
8. Патент US 6346754, фирма Hitachi, H02K 3/24, H02K 3/26, приоритет 26.05.2000, опубликован 12.02.2002.
9. Патент US 6087745, фирма Siemens, H02K 3/24, приоритет 19.10.1998, опубликован 11.07.2000.
10. Патент JP 52027504, фирма Hitachi, H02K 1/32, H02K 9/06, приоритет от 27.08.1975, опубликован 01.03.1977.
11. Патент EP 1850458, фирма Toshiba, H02K 3/24, H02K 9/08, приоритет от 28.04.2006, опубликован 15.11.2007.