Статор электрической машины с полным воздушным охлаждением

Полезная модель относится к турбогенераторам с полным воздушным охлаждением и позволяет обеспечить эффективное охлаждение обмотки статора. Статор электрической машины включает обмотку, стержни которой содержат полые проводники (6). Входы полых проводников соединены с кольцевым напорным коллектором (5), а выходы с кольцевым вытяжным коллектором (7). Напорный коллектор сообщается с зоной высокого давления центробежного компрессора (1), а вытяжной коллектор с системой подготовки сжатого воздуха (16) и зоной низкого давления центробежного компрессора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно, к мощным турбогенераторам с воздушным охлаждением.

При создании мощных турбогенераторов с воздушным охлаждением на первый план встает задача обеспечения интенсивного охлаждения обмотки статора, поскольку она является самым напряженным в тепловом отношении конструктивным элементом.

Наиболее близким прототипом является электрическая машина, статор которой содержит обмотку, стержни которой выполнены в виде комбинации полых и сплошных медных проводников. Полые проводники подключены к напорному и сливному коллекторам, соединенным с системой охлаждения, обеспечивающей подачу к коллекторам охлажденной жидкости и отвод от них нагретой жидкости. Система охлаждения содержит бак, из которого охлаждающая жидкость основным насосом через водяные охладители по трубопроводам подается в обмотку статора, а после прохождения обмотки статора возвращается в бак (патент РФ 2289184, H02K 9/20, H02K 9/19, опубл. 10.12.2006 г.).

При работе электрической машины охлаждающая жидкость (дистиллированная вода) под действием насосов подается в кольцевой напорный коллектор, расположенный в зоне размещения лобовых частей обмотки статора, из которого она поступает в полые проводники стержней обмотки статора, перемещается по полым проводникам в аксиальном направлении и выходит на другой стороне машины в сливной коллектор, далее поступает в бак, из которого через охладители направляется в напорный коллектор.

Охлаждение обмотки статора при помощи воды эффективно, но при эксплуатации требуется следить за выполнением жестких требований к водно-химическому режиму системы водяного охлаждения для исключения коррозии и повреждения полых медных проводников из-за вымывания меди и выпадения окислов. Для выполнения требований по водно-химическому режиму система водяного охлаждения включает систему подготовки дистиллята.

При применении водяного охлаждения существует опасность возникновения течей в системе водяного охлаждения и увлажнения изоляции обмотки, что существенно снижает надежность работы генератора. При разгерметизации водяного контура охлаждения необходимо вывести генератор из работы и восстановить герметичность системы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение допустимого уровня нагрева обмотки статора в турбогенераторах большой мощности с воздушным охлаждением при отсутствии водяного охлаждения и повышение надежной работы генераторов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в статоре электрической машине стержни обмотки содержат полые проводники, входы которых сообщаются с кольцевым напорным коллектором, а выходы с кольцевым вытяжным коллектором. Напорный коллектор сообщается с зоной высокого давления центробежного компрессора, а вытяжной коллектор с системой подготовки сжатого воздуха и зоной низкого давления центробежного компрессора.

Целесообразно, чтобы система подготовки сжатого воздуха включала многоступенчатый компрессор с охладителями, установленными после его промежуточных ступеней, и фильтр для очистки воздуха, забираемого из машинного зала станции, который размещен на входе в многоступенчатый компрессор.

С целью снижения мощности, затрачиваемой на сжатие воздуха в компрессоре, перед ним целесообразно установить охладитель для охлаждения горячего воздуха, вышедшего из обмотки статора. После центробежного компрессора также целесообразно установить охладитель для отвода тепла, подведенного воздуху при адиабатном сжатии в компрессоре.

Надежность электрической машины достигается за счет того, что для охлаждения обмотки статора вместо воды используется сжатый воздух, циркулирующий по полым проводникам стержней обмотки статора.

Использование непосредственного охлаждения обмотки статора сжатым воздухом дает возможность значительно увеличить интенсивность охлаждения меди обмотки и позволяет создавать турбогенераторы с полным воздушным охлаждением большей мощности.

На фиг. представлена принципиальная схема системы охлаждения обмотки статора.

В системе циркуляции сжатого воздуха в обмотке статора центробежный компрессор 1 соединен через мультипликатор 2 с приводным двигателем 3. Мультипликатор 2 предназначен для повышения частоты вращения центробежного компрессора 1, приводимого в движение тихоходным приводным двигателем 3. Зона высокого давления центробежного компрессора 1 через охладитель 4 сообщается с кольцевым напорным коллектором 5. Входы полых медных проводников 6 обмотки статора сообщаются с напорным коллектором 5, а выходы с кольцевым вытяжным коллектором 7. Напорный коллектор 5 и вытяжной коллектор 7 размещены в зонах расположения лобовых частей обмотки статора (на схеме не показаны). Вытяжной коллектор 7 соединен через охладитель 8 с зоной низкого давления центробежного компрессора 1.

Система подготовки сжатого воздуха 16 состоит из многоступенчатого компрессора 9 с приводным двигателем 14, соединенным с машинным залом станции 10 через фильтр 11, установленным во входном патрубке 12. После промежуточных ступеней многоступенчатого компрессора 9 предусматриваются охладители 13, необходимые для охлаждения воздуха перед входом в следующую ступень для уменьшения потребляемой мощности многоступенчатого компрессора 9. Компрессоры для системы подготовки сжатого воздуха целесообразно выбирать поршневого или ротационного типа. Крайне желательно использовать безмасляный компрессор, так как при этом не потребуется принятия дополнительных мер для предотвращения попадания масла в контур охлаждения стержней.

Обратный клапан 15 соединен с многоступенчатым компрессором 9 и входом в охладитель 8 системы циркуляции сжатого воздуха в обмотке статора. Подача сжатого воздуха в контур охлаждения обмотки статора из системы подготовки сжатого воздуха 16 осуществляется через обратный клапан 15, препятствующий вытеканию сжатого воздуха из контура охлаждения обмотки при отключении многоступенчатого компрессора 9.

В зависимости от влажности окружающего воздуха, возможно, придется дополнительно использовать систему осушки воздуха, нагнетаемого в контур охлаждения стержней. Избыточное давление перед центробежным компрессором 1 целесообразно принимать около 8 ати, так как это значение соответствует стандартной номенклатуре серийно производимых компрессоров общепромышленного назначения.

При работе электрической машины охлаждение полых проводников 6 стержней обмотки статора осуществляется сжатым воздухом. Под действием многоступенчатого компрессора 9, приводимого в движение приводным двигателем 14, воздух забирается из машинного зала станции 10 через фильтр 11, установленный во входном патрубке 12, сжимается до требуемого давления и направляется в систему циркуляции сжатого воздуха в обмотке статора. После промежуточных ступеней компрессора 9 воздух подается на охладители 13. Подача сжатого воздуха в систему циркуляции сжатого воздуха в обмотке статора из системы подготовки сжатого воздуха 16 осуществляется через обратный клапан 15. Сжатый воздух из системы подготовки сжатого воздуха 16 направляется на охладитель 8 под действием центробежного компрессора 1, приводимого в движение двигателем 3 через мультипликатор 2. Далее через охладитель 4 сжатый воздух поступает в напорный коллектор 5, откуда направляется на входы полых проводников 6 обмотки статора, перемещается по ним в аксиальном направлении и поступает в вытяжной коллектор 7 и через охладитель 8 поступает на вход центробежного компрессора 1.

Полезная модель решает задачу интенсификации охлаждения обмотки статора и обеспечения надежной работы турбогенератора с полным воздушным охлаждением.

1. Статор электрической машины, характеризующийся тем, что стержни обмотки содержат полые проводники, входы которых сообщаются с кольцевым напорным коллектором, а выходы - с кольцевым вытяжным коллектором, при этом напорный коллектор сообщается с зоной высокого давления центробежного компрессора, а вытяжной коллектор - с системой подготовки сжатого воздуха и зоной низкого давления центробежного компрессора.

2. Статор электрической машины по п.1, характеризующийся тем, что система подготовки сжатого воздуха включает в себя многоступенчатый компрессор с охладителями, установленными после промежуточных ступеней, и фильтр, размещенный на входе в многоступенчатый компрессор.

3. Статор электрической машины по п.1, характеризующийся тем, что перед и после центробежного компрессора установлены охладители.