ТОКОПОДВОДЯЩАЯ ОСЬ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K3/04 

Изобретение относится к токоподводящей оси для ротора электрической машины, в частности турбогенератора, предназначенной для соединения проходящей центрально в роторе в осевом направлении линии подвода возбуждения с проводами обмотки возбуждения в лобовой части обмотки ротора, причем эта ось изготовлена из стали и состоит из стержня и резьбовых элементов на обоих концах оси.

При этом изобретение исходит из уровня техники, следующего, например, из описания изобретения.

В турбогенераторах направление проводов возбуждения на роторе к обмотке ротора осуществляется в общем центральном отверстии вала. Провода в отверстии вала в большинстве случаев являются массивными и кругом изолированными. От этих направляемых центрально массивных проводов соединение с обмоткой ротора производится через токоподводящие оси, радиально ввинченные в массивные провода. Такая ось является, например, предметом патента. Помимо осей из меди или медного сплава в новых конструкциях используют оси из высокопрочной стали, которые тогда должны форсированным образом охлаждаться. Общим для всех осуществлений является то, что помимо резьбового соединения с массивными проводами в отверстии вала в качестве необходимого рассматривалось, по меньшей мере, второе резьбовое соединение оси в радиальном отверстии вала для того, чтобы выдерживать воздействующие на ось центробежные силы.

Это второе резьбовое соединение находится на том участке вала, который вследствие прогиба вала за счет собственного веса ротора и сил небаланса подвергается исключительно высокой нагрузке. В наиболее неблагоприятном случае в зоне резьбы в радиальном отверстии вала могут образовываться трещины, которые могут приводить к аварии.

В основе изобретения лежит задача создания токоподводящей оси, которая приводит к отсутствию опасности для вала и также может оптимальным образом охлаждаться.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что стержень в продольном направлении оси снабжен прорезями и предусмотрены, по меньшей мере, три прорези, проходящие радиально до центра оси.

Преимущественно изобретения, в частности, можно усматривать в том, что ось без заметных потерь в прочности в продольном направлении является упругой поперек продольного направления оси. Выполнение прорезей в продольном направлении обеспечивает к тому же оптимальное охлаждение. Ось согласно изобретению также является более легкой по сравнению с известными осуществлениями, так что становится излишним дополнительное фиксирование за счет резьбового соединения и т.д. Охлаждение может быть еще более усилено в том случае, если согласно первому дальнейшему осуществлению ось снабжена проходным отверстием, проходящим через всю ось.

Предпочтительным является выполнение стержня коническим, причем более толстый конец является расположенным внутри концом оси. Это уменьшает нагрузку за счет центробежных сил.

Дальнейшее увеличение охлаждения может достигаться в том случае, когда на ось надвинут полый цилиндр с тонкой стенкой, опирающийся выступающими вовнутрь выступом на буртик на оси на высоте перехода от резьбового элемента к стержню, и охлаждающий газ направленным образом направляется через объем между стержнем вала и этим цилиндром. В соединении с проходящими до места под названным буртиком прорезями охлаждение может быт усовершенствовано таким образом, что ось выдерживает все рабочие нагрузки в электрическом и механическом отношении.

Примеры осуществления изобретения, а также достижимые с его помощью преимущества более подробно поясняются далее с помощью чертежей.

На чертежах схематически изображены примеры осуществления изобретения, а именно показаны: на фиг. 1 пример осуществления встроенной в машину токоподводящей оси согласно изобретению в продольном разрезе; на фиг. 2 - разрез вдоль токоподводящей оси согласно фиг. 1 вдоль ее линии А-А.

Обозначенная в целом ссылочной позицией 1 токоподводящая ось из стали имеет конический стержень 2 и резьбовые элементы 3, 4 на обоих концах. На внутреннем конце ось 1 ввинчена в массивные провода 5, 6 с поперечным сечением в форме полукруга, проходящие в осевом направлении в центральном отверстии вала 7 корпуса ротора 8. Для взаимной изоляции между обоими плоскими сторонами массивных проводов 5, 6 предусмотрена изолирующая прокладка 9 из армированного стекловолокном синтетического материала. Центральное отверстие вала 7 облицовано изолирующей трубкой 10, имеющей в зоне осей 1 проемы. Между изолирующей трубкой 10 и массивными проводами 5, 6 предусмотрен кольцевой объем 11, через который может течь охлаждающий газ.

Как можно видеть из изображенного на фиг. 2 поперечного сечения оси, стержень оси снабжен проходным отверстием 12 в продольном направлении оси. К тому же стержень оси 2 снабжен в продольном направлении оси шестью, в случае настоящего примера, прорезями 13, которые можно видеть на фиг. 2 в виде секторов 14. Под прорезью в этой связи понимается проходящая в основном в продольном направлении оси выемка материала, проходящая в предельном случае до продольного центра оси. Эти прорези 13 проходят в продольном направлении оси до места рядом с резьбовыми элементами 3, 4 и там заканчиваются (пунктирные линии в позиции 15 на фиг. 1). Радиальный размер прорезей 13 назначается таким образом, чтобы они врезались в проходное отверстие 12. Также может выполняться число прорезей 13, отличное от шести, причем в качестве нижнего предела следует рассматривать три, тогда как верхний предел определяется остаточной прочностью.

На переходе от стержня 2 к (внутреннему) резьбовому элементу 3 на стержне оси выполнен буртик 16. Перед ввинчиванием оси 1 на ось 1 надвинут (со стороны конца, расположенного внутри) тонкостенный полый цилиндр 17. Этот цилиндр имеет рядом с его внутренним концом направленный вовнутрь кольцеобразный выступ 18, которым полый цилиндр 17 опирается на названный буртик 16. Предохранительное кольцо 19 служит для удержания вместе оси 1 и полого цилиндра 17. Как отчетливо следует из фиг. 1, прорези 13 проходят до места за буртиком 16 прежде, чем они заканчиваются на участке оси между буртиком 16 и внутренним резьбовым элементом 3. Таким образом, кольцевой объем 11 между массивными проводами 5, 6 и изолирующей трубкой 10 через проем в изолирующей трубке 10 находится в свободном соединении с кольцевым объемом 20 между расположенным радиально снаружи участком стержня и полым цилиндром 17. Подаваемый вентилятором машины охлаждающий газ без заметного сопротивления может течь от кольцевого объема 11 в отверстие вала 7 через прорези 13 в стержне оси и, наконец, через кольцевой объем 20 прежде, чем он вновь покинет ротор.

Для того чтобы вне полого цилиндра 17 между ним и стенкой радиального отверстия вала 22 протекало как можно меньшее количество охлаждающего газа, нижний конец полого цилиндра 21 утолщен и согласован с формой изолирующей трубки 10. К тому же положение кольцеобразного выступа 18 назначено таким образом, что нижний конец 21 полого цилиндра 17 во встроенном состоянии прилегает к изолирующей трубке 10.

Помимо нацеленного направления охлаждающего газа в оси и на ней прорези 13 имеют вторую существенную функцию. Без существенного уменьшения прочности оси в ее продольном направлении токоподводящая ось согласно изобретению является существенно более упругой в поперечном направлении. Тем самым достигается развязка между местом зажима оси на массивных проводах 5, 6 в отверстии вала 7, с одной стороны, и присоединением к лобовой части обмотки ротора, что существенно повышает эксплуатационную надежность машины.

Использование: в области электротехники. Сущность: в больших электрических машинах электрическое соединение между проходящей центрально в роторе в осевом направлении линией подвода возбуждения (5, 6) и проводами обмотки возбуждения в лобовой части обмотки ротора подвергается большой электрической и механической нагрузке. Если токоподводящая ось (1) в стержне (2) снабжена прорезями в продольном направлении оси, причем предусмотрены, по меньшей мере, три прорези (13), проходящие радиально до продольного центра оси, то ось становится более упругой поперек продольного направления и ее можно направленным образом охлаждать. Это осуществлено в изобретении. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Токоподводящая ось ротора электрической машины, преимущественно турбогенератора, предназначенная для соединения проходящей через центральное осевое отверстие в роторе линии подвода возбуждения с проводами обмотки возбуждения в лобовой части обмотки ротора, выполненная из стали в виде стержня с резьбовыми элементами на обоих его концах отличающаяся тем, что стержень выполнен по меньшей мере с тремя продольными прорезями, проходящими радиально до центра оси. 2. Ось по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена со сквозным продольным отверстием. 3. Ось по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что стержень выполнен коническим с утолщенным внутренним концом в области соединения. 4. Ось по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что она охвачена тонкостенным цилиндром с направленным внутрь выступом, который опирается на буртик, выполненный в месте перехода от стержня к внутреннему резьбовому элементу.