RU2024157C1 - Liquid-cooled field winding - Google Patents
Liquid-cooled field windingInfo
- Publication number
- RU2024157C1 RU2024157C1 SU4908524A RU2024157C1 RU 2024157 C1 RU2024157 C1 RU 2024157C1 SU 4908524 A SU4908524 A SU 4908524A RU 2024157 C1 RU2024157 C1 RU 2024157C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- rod
- drain
- direct
- tubular elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим машинам и, в частности, к обмоткам роторов, охлаждаемым жидкостью. The invention relates to electric machines and, in particular, to liquid-cooled rotor windings.
Известна конструкция обмотки ротора синхронного неявнополюсного турбогенератора, которая охлаждается дистиллятом, протекающим по гидравлическим каналам проводников обмотки возбуждения, расположенным внутри них. Проводники изолированы друг от друга собственной изоляцией, а от ротора - корпусной изоляцией. В лобовых частях проводники обмотки имеют напорные и сливные штуцеры, подключенные через диэлектрическую арматуру к напорной и сливной камерам устройства водоподвода. Гидравлическая цепь может состоять из всех, нескольких и одного витка с односторонней и двухсторонней подачей и сливом дистиллята. Подобная конструкция описана в [1]. A known design of the rotor winding of a synchronous implicit pole turbogenerator, which is cooled by a distillate flowing through the hydraulic channels of the field winding conductors located inside them. The conductors are insulated from each other by their own insulation, and from the rotor by case insulation. In the frontal parts, the winding conductors have pressure and drain fittings connected through dielectric valves to the pressure and drain chambers of the water supply device. The hydraulic circuit can consist of all, several and one turn with one-sided and two-way supply and discharge of the distillate. A similar construction is described in [1].
Недостатки рассмотренной конструкции следующие. Дистиллятное охлаждение обмотки возбуждения имеет высокие эксплуатационные издержки и установленную стоимость системы охлаждения и водоподготовки. Непосредственное дистиллятное охлаждение требует диэлектрических вставок в подсоединительной арматуре, что снижает надежность конструкции обмотки возбуждения при высоких центробежных силах быстроходных роторов турбогенераторов. Аксиальность непосредственного дистиллятного охлаждения создает сконцентрированные на одном конце ротора температурные перепады, вызывающие термическую аксиальную несимметрию, термический небаланс и связанные с ним шумы и вибрации. С ростом мощности турбогенератора возрастает длина ротора и приходится увеличивать диаметр гидравлического канала, что приводит либо к увеличению размеров паза, ограниченных прочностью быстроходного ротора, или к уменьшению доли проводникового материала в витке до 65-70% от полного сечения, что увеличивает плотность тока, потери и мощность возбуждения, а это снижает КПД и предельную мощность машины. The disadvantages of the considered design are as follows. Distillation cooling of the field winding has high operating costs and the installed cost of the cooling system and water treatment. Direct distillate cooling requires dielectric inserts in the connecting fittings, which reduces the reliability of the field winding design at high centrifugal forces of high-speed rotors of turbogenerators. The axial nature of direct distillate cooling creates temperature differences concentrated at one end of the rotor, causing thermal axial asymmetry, thermal imbalance, and associated noise and vibration. With increasing turbogenerator power, the rotor length increases and the diameter of the hydraulic channel has to be increased, which leads either to an increase in the groove size limited by the strength of the high-speed rotor or to a decrease in the fraction of conductive material in the coil to 65-70% of the total cross-section, which increases the current density and losses and excitation power, and this reduces the efficiency and ultimate power of the machine.
Рассмотренная конструкция обмотки возбуждения является прототипом предлагаемого изобретения. The considered design of the field winding is a prototype of the invention.
Цель изобретения - повышение мощности электрической машины за счет применения косвенного охлаждения обмотки возбуждения технической или проточной водой, повышение КПД, электрической машины за счет использования косвенных охладителей обмотки возбуждения, встроенных в стержни, между столбиками элементарных проводников. The purpose of the invention is to increase the power of an electric machine due to the use of indirect cooling of the field winding by technical or running water, to increase the efficiency of the electric machine due to the use of indirect field winding coolers built into the rods between the columns of elementary conductors.
Размещают внутри стержней, между столбиками проводников в собственной изоляции, косвенные охладители, состоящие из массива с высокой теплопроводностью, в котором расположены трубчатые коррозионностойкие немагнитные элементы напорного - прямого и сливного - обратного контуров, причем по внешней поверхности косвенный охладитель покрыт слоем диэлектрика, изолирующим его от элементарных проводников. Выполняют прямой и обратный контуры чередующимися по высоте. Выполняют на концах стержней наконечники, герметизированные напорными и сливными камерами, корпуса которых закрыты крышками, обварены герметичными швами и залиты металлом массива охладителей. При двухсторонней подаче хладагента происходит его сквозная циркуляция по трубчатым элементам встречно с напором с одной, а сливом - с другой стороны. Выполняют при двухсторонней подаче хладагента прямой и обратный контуры, замкнутые на длине полувитка стержня, с расположением напора и слива с одной стороны стержня на обоих его концах. Indirect coolers are placed inside the rods, between the columns of conductors in their own insulation, consisting of an array with high thermal conductivity, in which tubular corrosion-resistant non-magnetic elements of pressure - direct and drain - return circuits are located, and on the outer surface the indirect cooler is covered with a dielectric layer that insulates it from elementary conductors. Perform forward and reverse circuits alternating in height. The tips are sealed at the ends of the rods, sealed by pressure and drain chambers, the housings of which are closed by lids, welded with hermetic seams and filled with metal from an array of coolers. With a two-way supply of refrigerant, it passes through the tubular elements in the opposite direction with pressure on one side and discharge on the other side. For two-way supply of refrigerant, direct and reverse circuits are closed, closed on the length of the half-turn of the rod, with the location of the pressure and discharge on one side of the rod at both ends.
На фиг.1 изображен стержень обмотки возбуждения, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел водоподвода к стержню обмотки возбуждения с параллельным соединением напорной камер, продольный разрез; на фиг.5 - участок середины косвенного охладителя с гидравлической перемычкой, продольное сечение; на фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.1. Figure 1 shows the core of the field winding, a longitudinal section; in FIG. 2 - section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 - node water supply to the core of the field winding with a parallel connection of the pressure chamber, a longitudinal section; figure 5 is a plot of the middle of the indirect cooler with a hydraulic jumper, a longitudinal section; in Fig.6 is a section GG in Fig.1.
Стержень 1 обмотки возбуждения состоит из столбиков 2 элементарных проводников, в каждом из которых элементарные проводники 3 прилегают собственной изоляцией 4 с одной стороны к корпусной изоляции 5, а с другой стороны - к косвенному охладителю 6, содержащему массив 7 из высокотеплопроводящего металла, например алюминиевого сплава, в котором размещены трубчатые элементы 8 и 10 прямого и обратного контура, изготовленные из немагнитного коррозионностойкого металла, вдоль всего стержня 1. По гидравлическим каналам 9 и 11 трубчатых элементов 8 и 10 циркулирует жидкий хладагент, например техническая вода или фреон. Косвенный охладитель 6 покрыт с обеих сторон, прилегающих к столбикам проводников 2, слоем высокотеплопроводного диэлектрика 12. Трубчатые элементы 8 и 10 пропущены через фиксаторы 13 в средней части и фиксаторы 14 перед радиусами закругления 15 на выходе стержня из паза. Косвенный охладитель 6 на закруглении 15 может быть выполнен с массивом 7, изготовленным из диэлектрического материала 16 с высокой теплопроводностью 16, например полиимидного компаунда. Фиксатор 18 устанавливается с обоих концов косвенного охладителя 6 после выхода его из закругления 15. На конце косвенного охладителя 6 на трубчатые элементы 8 и 10 надет наконечник 18, на котором крепятся корпуса 26 напорной 19 и сливной 20 камер герметичными швами 25. Камеры 19 и 20 накрываются крышками 24 и обвариваются герметичными швами 25, а в стенки корпусов 26 встраиваются подводящие штуцеры 22, напорный, и сливной 23. Между корпусами 26 напорной и сливной камер 19 и 20 размещена термостойкая теплоизолирующая прокладка 27. Соседний стержень 1 для образования последовательного витка присоединяется с помощью хвостовика 29 и припоя 30. Противоположный конец стержня 1 оснащен надетым на трубчатые элементы 8 и 10 наконечником 31 смесительной камеры 32 при односторонней подаче. The
На фиг.2 представлен стержень 1, между столбиками проводников 3 которого размещен косвенный охладитель 6, изолированный диэлектриком 12 от них, причем трубчатые элементы 8 прямого и 10 обратного контуров охлаждения могут быть выполнены чередующимися по высоте охладителя 6, а также и сгруппированными: верхние все прямого контура 8, а нижние - все обратного контура 10. Figure 2 shows the
На фиг.3 представлен узел водоподачи с последовательным соединением камер напора 19 и слива 20. Пазы 21 наконечника 18 герметизированы массивом 7 охладителя 6. Figure 3 presents the node water supply with a serial connection of the chambers of the
На фиг. 4 представлен второй вариант узла водоподачи к стержню 1 с параллельным соединением напорной 19 и сливной 20 камер. In FIG. 4 shows a second variant of the node of water supply to the
Гидравлическое соединение трубчатых элементов прямого 8 и обратного 10 контуров может быть выполнено с помощью гидравлической перемычки 28, которое может быть использовано как для образования обратного контура в конце стержня 1, так и на половине стержня 1. The hydraulic connection of the tubular elements of the direct 8 and
Обмотка возбуждения работает следующим образом. Охлаждающая жидкость (техническая вода, фреон) подается через напорный штуцер 22 в напорную камеру 19, из которой она попадает в гидравлические каналы 9 трубчатых элементов прямого контура 8 и, проходя по ним вдоль длины стержня 1, снимает тепловые потери, выделяющиеся в элементарных проводниках 3 и отводит эти потери через слои собственной изоляции 4 и диэлектрика 12 к массиву 7 охладителя 6. Замкнувшись через камеру смешения 32 или через гидравлическую перемычку 28, подогретый на половину расчетного перегрева хладагент проходит по гидравлическим каналам 11 трубчатых элементов обратного контура 10 и снимает также некоторое количество тепловых потерь из элементарных проводников 3 и также подогревается и затем попадает в сливную камеру 20 и через сливной штуцер 23 - во внешнее устройство подачи жидкости. Одновременно со снятием потерь от столбиков проводников 2 происходит радиальное выравнивание температуры между контурами прямым 8 и обратным 10 через массив 7 таким образом, что охладитель 6 имеет некоторую усредненную температуру, примерно равную полусумме входной и выходной температуры жидкого хладагента. Вариант конструкции охладителя с расположением узла подачи жидкого хладагента с напорной 19 и сливной 20 камерами и камерой 32 смешения на противоположном конце стержня рекомендуется для машин со средней и небольшой длиной стержня 1. Для мощных машин с большой длиной стержня рекомендуется вариант либо со сквозным проходом жидкого хладагента по трубчатым элементам 8 и 10 при двухсторонней подаче его в узлы подвода, либо вариант с двухсторонней подачей и возвратом жидкости на половине длины стержня 1 с помощью гидравлических перемычек 28. Последний вариант позволяет повысить мощность машины по сравнению со сквозным вариантом циркуляции жидкости. The field coil operates as follows. Coolant (industrial water, freon) is supplied through the pressure fitting 22 to the
Преимущества изобретения по сравнению с прототипом следующие. Площадь, занимаемая косвенным охладителем, на 5-10% меньше, чем площадь гидравлических внутрипроводниковых каналов. Это позволяет снизить потери и мощность возбуждения, что повышает КПД машины. Применение для охлаждения обмотки возбуждения технической воды, которое становится возможным за счет использования коррозионностойких материалов гидравлического тракта, позволяет снизить эксплуатационные издержки и установочную стоимость системы водоснабжения и водоподготовки, а также уменьшить потери и мощность возбуждения за счет снижения температуры входящей техничеспкой воды на 7-10оС, что позволяет увеличить генерируемую мощность и КПД машины. Усреднение температуры охладителей за счет близкого расположения прямого и обратного контуров, контактируюих через высокотеплопроводный массив, позволяет выровнять температуру стержня вдоль его длины и температуру стержней по пазам, что приводит к практическому исключению аксиальной и тангенциальной неравномерности нагрева обмотки возбуждения и ротора в целом и к снижению за счет этого термомеханических дополнительных деформаций, вибраций и шумов, обусловленных неравномерностью нагрева ротора, что повышает надежность машины.The advantages of the invention compared to the prototype are as follows. The area occupied by the indirect cooler is 5-10% less than the area of the hydraulic internal conduit channels. This allows you to reduce losses and excitation power, which increases the efficiency of the machine. The use of process water for cooling the field winding, which becomes possible through the use of corrosion-resistant materials in the hydraulic circuit, reduces operating costs and the installation cost of the water supply and water treatment systems, as well as reduces losses and excitation power by reducing the temperature of the incoming technical water by 7-10 o C, which allows to increase the generated power and efficiency of the machine. Averaging the temperature of the coolers due to the close location of the forward and reverse circuits contacting through the highly heat-conducting array allows aligning the temperature of the rod along its length and the temperature of the rods along the grooves, which leads to the practical elimination of the axial and tangential uneven heating of the field winding and the rotor as a whole and reduce due to this thermomechanical additional deformations, vibrations and noise caused by uneven heating of the rotor, which increases the reliability of the machine.
Изобретение может быть использовано в неявнополюсных машинах для охлаждения обмотки возбуждения в турбогенераторах, турбодвигателях и асинхронных двигателях с фазным ротором. The invention can be used in non-polarized machines for cooling the field winding in turbine generators, turbo-motors and asynchronous motors with a phase rotor.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4908524 RU2024157C1 (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | Liquid-cooled field winding |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4908524 RU2024157C1 (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | Liquid-cooled field winding |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024157C1 true RU2024157C1 (en) | 1994-11-30 |
Family
ID=21559015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4908524 RU2024157C1 (en) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | Liquid-cooled field winding |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2024157C1 (en) |
-
1990
- 1990-12-28 RU SU4908524 patent/RU2024157C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Сборник "Электросила", N 33, с.32, рис.2. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0461905A2 (en) | Liquid cooling the rotor of a electrical machine | |
JP2528658B2 (en) | Pump / heat exchanger assembly | |
US4274021A (en) | Liquid cooled stator winding for a rotary electric machine having reduced thermal elongation stresses | |
NZ588950A (en) | Cooling of an electrical generator using hollow cooling pipes integrated into stacked laminate plates of a stator | |
RU2706016C1 (en) | Electric machine stator with liquid cooling | |
US3261995A (en) | Cooling system for electrical machines | |
RU2146410C1 (en) | Device with set of winding bars stretched over longitudinal axis and piled up along vertical axis | |
RU2687560C1 (en) | Electric machine with liquid cooling of stator | |
US5055729A (en) | Integral water-cooled circuit ring/bus bar assembly for high frequency generators | |
RU2024157C1 (en) | Liquid-cooled field winding | |
CN103457369A (en) | Cooling and supporting element for a stator segment of an electro-mechanical machine, especially for wind turbine application | |
US3046424A (en) | Dynamo electric machines | |
RU2054782C1 (en) | Liquid-cooled stator winding conductor | |
RU2223584C2 (en) | Electrical machine stator | |
RU2706802C1 (en) | Electric machine stator with liquid cooling (versions) | |
RU2054781C1 (en) | Rotor of nonsalient-pole electrical machine | |
RU2283525C2 (en) | Electrical machine with liquid-cooled stator | |
US3818256A (en) | Tube-tension device for water cooled turbine generator rotors | |
RU2025869C1 (en) | Pole of electric machine with fluid cooling | |
EP1727263A2 (en) | Water cooled stator winding of an electric motor | |
EA001129B1 (en) | Rotary electric machine with radial cooling | |
EP1205020A1 (en) | Water cooled stator winding of an electric motor | |
RU1836777C (en) | Electric machine pole | |
RU2719287C1 (en) | Electric machine stator with tubular cooling system | |
JPS58170337A (en) | Cooler for stator core part of rotary electric machine |