РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H02K3/51 

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно может быть использовано в конструкциях турбогенераторов.

Известно, что в крупных электрических машинах, в частности турбогенераторах, обмотка возбуждения в лобовых частях крепится с помощью массивных бандажных колец, насаженных в нагретом состоянии на бочку ротора с натягом, обеспечивающим контакт между поверхностями при всех скоростях вращения до номинальной [1] При этом надежный контакт между бандажным кольцом и бочкой ротора обуславливает низкое переходное сопротивление между ними и снижает нагрев торцовой зоны ротора от действия токов обратной последовательности, так как бандажное кольцо в этом случае играет роль короткозамыкающего элемента.

Однако при длительной работе турбогенератора в анормальных режимах (значительная несимметрия, асинхронный ход) бандажное кольцо может разогреваться токами обратной последовательности до температур, которые вызывают исчезновение остаточного натяга при номинальной скорости вращения ротора. В таких случаях усилие, действующее на бандажное кольцо вследствие небольшой конусности его поверхности, на которую опирается лобовая часть обмотки возбуждения, может отодвинуть бандажное кольцо от торца бочки ротора. Поэтому в практике элетромашиностроения вводятся дополнительные конструктивные элементы, например кольцевые разрезные шпонки, препятствующие осевому смещению бандажного кольца относительно бочки ротора.

Кроме этого, исчезновение остаточного натяга нарушает надежный контакт между бандажным кольцом и бочкой ротора, вызывая резкое увеличение переходного сопротивления между ними, вызывая повышенный нагрев от действия токов обратной последовательности в районе посадки. В мощных турбогенераторах для снижения перегрева торцовой зоны ротора используется демпферная обмотка, которая образуется стержнями в пазах под клином и короткозамыкающими элементами из проводящих материалов в лобовых частях [2]
Однако демпферная система с короткозамыкающими элементами вне зоны посадки бандажного кольца не позволяет исключить местные подгары посадочных мест при работе турбогенераторов со значительной несимметричной нагрузкой или в асинхронном режиме.

Известна конструкция ротора электрической машины, у которой бандажное кольцо удерживается от осевых перемещений шпонкой, выполненной из кольцевых сегментов, имеющих форму клина, при этом шпоночный паз бандажного кольца также имеет форму клина, соответствующую форме шпонки [3]
Недостатком такой конструкции является наличие клиновых прокладок, служащих для расклиновки сегментной шпонкой бандажного кольца и бочки, которые должны быть закреплены от действия сил, вызывающих осевые перемещения, и центробежных сил, что требует введения дополнительных конструктивных элементов, усложняющих сборку ротора. Кроме того, шпонка надежно контактирует с бочкой ротора только через прокладку и не является сама по себе короткозамыкающим элементом, так как выполнена сегментной, а потому не защищает посадочные поверхности от подгаров.

Известен ротор электрической машины, имеющий на бочке тангенциальные канавки, в которых расположены перемычки, электрически соединяющие пазовые клинья, так что образуются короткозамкнутые контуры [4]
Однако такая конструкция сложна технологически, так как требует заливки материала перемычек, например латуни, в предварительно проточенные на бочке канавки, после чего производится чистовая токарная обработка и фрезерование пазов. Такая технология трудно осуществима применительно к роторам мощных турбогенераторов, имеющих большой диаметр бочки ротора.

За прототип взята конструкция ротора электрической машины, у которой бандажное кольцо удерживается от осевых смещений посредством кольцевой гайки с наружной резьбой, размещенной на наружной поверхности бочки ротора и упирающейся своей торцовой поверхностью в разрезную шпонку, установленную в кольцевой канавке бочки ротора [5]
Однако такая конструкция не исключает возможности сползания бандажного кольца с перекосом при исчезновении остаточного натяга, что отрицательно сказывается на вибрационной стабильности ротора в процессе эксплуатации и снижает его надежность. При этом шпонка не является короткозамыкающим элементом, по крайней мере, из-за того, что выполнена разрезной. Кроме того, при перекосе бандажного кольца площадь контакта шпонки с бочкой резко уменьшается, что увеличивает переходное сопротивление между шпонкой и бочкой и приводит к местным подгарам.

Задачей изобретения является повышение надежности ротора электрической машины и упрощение его конструкции, а также защита от местных подгаров посадочных поверхностей.

Задача решается тем, что в роторе электрической машины, содержащем обмотку возбуждения, закрепленную в лобовых частях бандажными кольцами посредством гайки, упирающейся в кольцевую разрезную шпонку, установленную в кольцевой канавке бочки ротора, кольцевая шпонка выполнена из материала с высокой электропроводностью и имеет коническую форму, а торец гайки со стороны шпонки имеет скос, соответствующий профилю шпонки, причем шпонка снабжена электрически замыкающим элементом, образуя короткозамыкающее кольцо, имеющее постоянный центробежный контакт с поверхностью бочки ротора, в непосредственной близости перед посадкой бандажного кольца.

За счет выполнения разрезной хорошо электропроводящей конической шпонки с замыкающей накладкой, одновременно предотвращающей осевые смещения бандажного кольца и образующей короткозамыкающее кольцо, контактирующее с поверхностью бочки ротора, обеспечиваются вибрационная стабильность ротора в процессе эксплуатации и шунтирование в отношении токов обратной последовательности зоны бандажной посадки.

Таким образом, предложенная конструкция отличается надежностью и простотой фиксирует бандажную посадку и предохраняет ее от подгаров.

На фиг. 1 показано крепление бандажного кольца на роторе; на фиг. 2 представлена шпонка с замыкающим элементом, поперечный разрез.

Ротор электрической машины (фиг. 1) содержит бандажное кольцо 1, которое насажено на бочку 2 ротора в горячем состоянии. Разрезная коническая шпонка 3, выполненная из материала с высокой электропроводностью, например из хромистой бронзы, предварительно заводится в кольцевую канавку 4 бочки 2 ротора. Гайка 5 заворачивается на резьбу в бандажном кольце 1, плотно прилегая своей скошенной поверхностью к шпонке 3 так, что другая грань шпонки упирается в стенку кольцевой канавки 4.

На разрезной шпонке 3 (фиг. 2) имеются выступы 6, под которыми расположен короткозамыкающий элемент накладка 7 из материала с высокой электропроводностью.

При вращении ротора под действием центробежных сил разрезная шпонка 3 конической формы, действуя на гайку 5, оказывает осевое усилие на бандажное кольцо 1, противодействующее осевому усилию, стремящемуся стянуть бандаж с посадки, прижимая бандажное кольцо к торцу бочки 2 ротора. Шпонка 3 оказывается распертой в кольцевой канавке 4 бочки ротора, что обеспечивает хороший контакт между шпонкой 3 и бочкой ротора. Короткозамыкающий элемент накладка 7, перекрывающая разрез шпонки 3 и плотно прижимающаяся к ней, обеспечивает замыкание по шпонке токов обратной последовательности.

Предложенная конструкция опробована в опытном порядке на одном из действующих турбогенераторов, подтвердила высокую надежность в различных режимах и готовится к внедрению на ряде турбогенераторов.

Использование: в турбогенераторах. Ротор электрической машины содержит бандажное кольцо 1, которое насаживается на бочку 2 ротора в горячем состоянии. Коническая шпонка 3 предварительно заводится в кольцевой паз бочки 2. Гайка 5 заворачивается на резьбу в бандажном кольце 1, плотно прилегая своей скошенной торцовой поверхностью к шпонке 3. При этом шпонка имеет электрически замыкающий ее элемент. Изобретение позволяет полностью исключить осевые перемещения бандажного кольца на вращающемся роторе и защитить посадочные поверхности на бочке и бандажном кольце от подгаров. 2 ил.

РОТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий обмотку возбуждения, закрепленную в лобовых частях бандажными кольцами посредством гайки, упирающейся в кольцевую разрезную шпонку, установленную в кольцевой канавке бочки ротора, отличающийся тем, что кольцевая шпонка выполнена из материала с высокой электропроводностью и имеет коническую форму, а торец гайки со стороны шпонки имеет скос, соответствующий ее профилю, причем шпонка в зоне разреза снабжена электрически замыкающим ее элементом, образуя короткозамыкающее кольцо, имеющее постоянный центробежный контакт с поверхностью бочки ротора в непосредственной близости от бандажного кольца.