РОТОР СИНХРОННОЙ НЕЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ С ГАЗОВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2003 года по МПК H02K9/02 H02K3/51 

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к синхронным неявнополюсным электрическим машинам, а именно к турбогенераторам с непосредственным газовым охгвждением, а более конкретно к элементам конструкции ротора.

Известны электрические машины, в которых ротор состоит из вала, бандажных колец, обмотки возбуждения, которая имеет лобову часть, выполненную в форме цилиндра (а.с. СССР 1156196, МКИ Н 02 К 3/51, 1983 г.), и систему подачи охлаждающих газов и отвода горячих газов, вход и выход которой размещен в полости, образованной между валом ротора и внутренней поверхностью катушек обмотки. Однако системы охлаждения указанных машин малоэффективны, т.к. в этом устройстве не обеспечивается требуемая эффективность охлаждения активной зоны, так как имеет место тепловая разбалансировка ротора, заключающаяся в нарушении симметрии охлаждения отдельных зон в лобовой части обмотки ротора
Известен также ротор синхронной неявнополюсной электрической машины, имеющий эффективную систему отвода горячих газов от обмотки возбуждения, которая обеспечивает требуемую эффективность охлаждения активной зоны, принятый за ближайший аналог (а.с. СССР 1753546, МКИ Н 02 К 3/51, 1992 г.). В указанном изобретении ротор синхронной неявнополюсной электрической машины содержит вал и обмотку возбуждения, выполненную из катушек, разделенных в лобовых частях обмотки изоляционными распорками с образованием радиальных вентиляционных каналов. Лобовая часть обмотки охвачена бандажным кольцом и имеет форму усеченного конуса Между внутренней поверхностью катушек обмотки и валом ротора образована полость, поперечное сечение которой уменьшается к торцу лобовой части обмотки. Посредством радиальных вентиляционных каналов, размещенных в обмотке, эта полость соединена с полостью, образованной внутренней поверхностью бандажного кольца и наружной поверхностью катушек обмотки, в которой образованы сборные каналы с поперечным сечением, увеличивающимся к торцу лобовой части обмотки. Для улучшения процесса охлаждения обмотки возбуждения конусность наружной поверхности катушек и внутренней поверхности бандажных колец выполнена различной, а лобовые части катушек обмотки отогнуты к оси вращения ротора таким образом, что поперечное сечение сборных каналов увеличивается в направлении движения газа в нем по мере увеличения поступления газа из радиальных каналов, а к торцу лобовой части обмотки прилегает центрирующее кольцо с выходным отверстием.

В указанном решении при вращении ротора поток газа, поступающий в полость между внутренней поверхностью катушек обмотки и валом ротора, через радиальные вентилящюнные каналы направляется в сборные каналы. Из-за увеличения к торцу обмотки поперечного сечения сборных каналов газ в радиальных каналах распределяется равномерно и увеличивается его общий расход, что в конечном итоге повышает эффективность охлаждения в лобовой части обмотки ротора.

Недостаток этой конструкции заключается в том, что коническая форма сечения лобовой части обмотки ротора не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к таким конструкциям. В некоторых случаях, например, для турбогенераторов предельных мощностей непременным условием является выполнение лобовой части обмотки цилиндрической формы при довольно жестких требованиях по интенсивности и равномерности ее охлаждения.

Задачей, решаемой изобретением, является создание практически равномерного распределения температуры по длине витка путем уменьшения местного пика температуры посредством интенсивного охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения ротора, имеющей цилиндрическую форму.

Поставленная задача решается за счет того, что в роторе синхронной неявнополюсной электрической машины с газовым охлаждением, содержащем вал, обмотку возбуждения, бандажные кольца, обмотка возбуждения выполнена из катушек, разделенных изоляционными распорками, и изоляционных элементов, также разделенных изоляционными распорками, образующими и в том, и в другом случае радиальные вентиляционные каналы. Эти каналы имеют выход в полость, образованную между внутренней поверхностью катушек и валом ротора Эта полость разделена распределительными элементами на четное число равнозначных отсеков. Каждый второй отсек внутри указанной полости разделен дополнительной перегородкой на две части таким образом, что первая часть разделенного отсека примыкает к валу ротора, а вторая часть разделенного отсека примыкает к внутренней поверхности катушек.

Целые отсеки и первые части разделенных отсеков функционально согласованы с каналами подачи охлаждающего газа и радиальными вентиляционными каналами; а вторые части разделенных отсеков функционально согласованы с радиальными вентиляционными каналами и с каналом отвода горячего газа Кроме того, ротор содержит бандажное кольцо, охватывающее лобовую часть обмотки возбуждения и центрирующее кольцо, выходное отверстие которого выполнено с наклоном, что вызвано конструктивными требованиями.

При вращении вала ротора поток охлаждающего газа направляется в целые отсеки и первые части разделенных отсеков, распределяется по радиальным вентиляционным каналам, которые расположены в охлаждаемых элементах, а после похождения через охлаждаемые элементы выводится из обмотки через вторые части разделенных отсеков в каналы отвода горячего газа.

Организованный таким образом подвод охлаждающего газа к вентиляционным каналам обмотки и отвод горячего газа обеспечивает равномерное распределение газа при условии, что лобовая часть обмотки выполнена в форме цилиндра, а также обеспечивается увеличение общего расхода охлаждающего газа по сравнению с роторами по АС СССР 1156196, МКИ Н 02 К 3/51, 1983 г., что повышает эффективность охлаждения лобовой части обмотки возбуждения.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить единичную мощность турбогенератора, так как исключается тепловая разбалансировка ротора, заключающаяся в нарушении симметрии охлаждения активных зон в лобовой части обмотки возбуждения ротора.

Таким образом, в предлагаемом роторе, лобовая часть обмотки которого выполнена цилиндрической, обеспечивается равномерное распределение температуры по длине витка путем уменьшения местного пика температуры посредством интенсивного охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения ротора за счет образования дополнительного подвода охлаждающего газа.

Новым в заявляемом изобретении является то, что лобовая часть обмотки возбуждения имеет цилиндрическую форму, полость между внутренней поверхностью катушек и валом ротора разделена распределительными элементами на четное число равнозначных отсеков, при этом каждый второй отсек разделен дополнительной перегородкой на две части, причем первая часть разделенного отсека примыкает к валу ротора, а вторая часть отсека примыкает к внутренней поверхности катушек; целые отсеки и первые части разделенных отсеков функционально согласованы с канатом подачи охлаждающего газа, а вторые части разделенных отсеков функционально согласованы с каналом отвода горячих газов, выходное отверстие центрирующего кольца выполнено с наклоном.

Выполнение канала подачи охлаждающего газа в обмотку возбуждения ротора синхронной неявнополюсной электрической машины с газовым охлаждением через целые отсеки и первые части разделенных отсеков, образованных в полости между внутренней поверхностью катушек и валом ротора, и осуществление отвода горячего газа через вторые части разделенных отсеков не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, где представлен чертеж продольного и поперечных разрезов лобовой части ротора синхронной неявнополюсной электрической машины
Устройство состоит из вала ротора 1; обмотки возбуждения 2; лобовой части обмотки возбуждения 3; бандажного кольца 4; вентиляционных каналов 5; распределительных элементов 6; центрирующего кольца 7; отверстия центрирующего кольца 8; входных отсеков 9; выходных отсеков 10; вентиляционных распорок 11. Стрелками и условными обозначениями показано направление движения газа.

На валу ротора 1 в пазах уложена обмотка возбуждения 2 и ее лобовые части 3 охватывает бандажное кольцо 4. Вентиляционные каналы 5 могут быть выполнены как в витках катушек, так и в изоляционных распорках 11.

Под лобовой частью обмотки возбуждения 2 установлены распределительные элементы 6, установленные на равных расстояниях друг от друга и функционально согласованные с вентиляционными каналами 5.

Распределительные элементы 6 делят пространство между валом ротора 1 и обмоткой возбуждения 2 на входные отсеки 9 для подвода охлаждающего газа и выходные отсеки 10 для отвода горячего газа
Отверстие 8 центрирующего кольца 7 выполнено наклонным. Устройство работает следующим образом.

При вращении вала ротора 1 поток газа направляется во входные отсеки 9, а затем распределяется по вентиляционным каналам 5, расположенным в дуговых (позиция А-А) и прямолинейных (позиция Б-Б) участках лобовой части 3. Направление движения газа показано стрелками и условными обозначениями.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к турбогенераторам с газовым охлаждением. Технический результат изобретения, заключающийся в улучшении охлаждения ротора, достигается путем того, что в роторе синхронной неявнополюсной электрической машины с газовым охлаждением лобовая часть обмотки возбуждения имеет цилиндрическую форму, полость между внутренней поверхностью катушек и валом ротора разделена распределительными элементами на четное число равнозначных отсеков, при этом каждый второй отсек разделен дополнительной перегородкой на две части, причем первая часть разделенного отсека примыкает к валу ротора, а вторая часть отсека примыкает к внутренней поверхности катушек. 1 ил.

Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины с газовым охлаждением, содержащий вал, бандажные кольца, обмотку возбуждения, выполненную из катушек, разделенных в лобовых частях изоляционными распорками, с образованием радиальных вентиляционных каналов, соединяющихся с полостью между внутренней поверхностью катушек и валом ротора, центрирующее кольцо с выходным отверстием, отличающийся тем, что лобовая часть обмотки возбуждения имеет цилиндрическую форму, полость между внутренней поверхностью катушек и валом ротора разделена распределительными элементами на четное число равнозначных отсеков, при этом каждый второй отсек разделен дополнительной перегородкой на две части, причем первая часть разделенного отсека примыкает к валу ротора, а вторая часть отсека примыкает к внутренней поверхности катушек; целые отсеки и первые части разделенных отсеков функционально согласованы с каналом подачи охлаждающего газа, а вторые части разделенных отсеков функционально согласованы с каналом отвода отработанного газа, при этом выходное отверстие центрирующего кольца выполнено с наклоном.