РОТОР СИНХРОННОЙ НЕЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2007 года по МПК H02K3/51 H02K1/26 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к роторам крупных электрических машин, например к турбогенераторам.

Известен ротор синхронной неявнополюсной электрической машины с обмоткой, закрепленной в лобовой части массивными металлическими бандажными кольцами, одетыми одной стороной на торцовые части сердечника горячей посадкой так, что вторая сторона колец остается свободной, незакрепленной [1]. Недостатком этой конструкции ротора электрической машины является наличие знакопеременных напряжений, которые возникают в зоне посадки бандажных колец от действия массы бандажных колец и подбандажного содержимого в процессе вращения ротора.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является другая известная конструкция ротора синхронной неявнополюсной электрической машины [2], с двухпосадочным исполнением бандажного узла, в которой бандажные кольца закрепляются другой, тыльной стороной через эластичные центрирующие кольца на концевых частях вала ротора. Однако использование этого изобретения не исключает, а лишь несколько уменьшает знакопеременные напряжения в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора, возникающие при прогибе вала ротора в процессе эксплуатации электрической машины.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение надежности ротора синхронной неявнополюсной электрической машины за счет дополнительного снижения знакопеременных напряжений в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора от воздействия прогиба ротора.

На Фиг.1 изображен ротор синхронной неявнополюсной электрической машины, содержащей массивный сердечник (1), ограниченный торцовой частью (2) с катушечной обмоткой (3), закрепленной в лобовых частях в радиальном направлении с помощью массивных металлических бандажных колец (4), с кольцевыми прорезями (5) на наружной цилиндрической и конусной поверхностях, посаженных с натягом, одной стороной, на торцовые зоны сердечника, а другой тыльной частью через центрирующие кольца (6), на концевые части вала (7) ротора.

Обозначения: υ_макс. - максимальный статический прогиб вала ротора в центральной части сердечника; и - статические прогибы вала ротора на участках расположения посадочных зон бандажного кольца.

На Фиг.2 изображен бандажный узел ротора с бандажным и центрирующим кольцами, деформирующийся под воздействием прогиба вала ротора на величину Δυ, а также прорези (5) на внутренней цилиндрической поверхности бандажных колец.

Бандажный узел являющийся наиболее нагруженным в механическом отношении узлом синхронной неявнополюсной электрической машины, удерживающий лобовые части обмотки, закрепленные на вращающемся сердечнике, в радиальном направлении от действия центробежных сил за счет бандажного кольца, а в осевом направлении от действия сил, возникающих в результате теплового расширения обмотки, с помощью центрирующего кольца.

В двухпосадочном исполнении бандажного узла, с закрепленными с обеих сторон бандажными кольцами, наиболее опасны знакопеременные напряжения, которые возникают в процессе эксплуатации электрической машины, от прогиба вала ротора, в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора.

В процессе вращения ротора под воздействием собственной массы сердечник, вал ротора прогибаются так, что в срединной части сердечник прогибается на величину υ_макс., а на участках расположения посадочных зон бандажного кольца на величину Δυ. В этом случае, в месте посадки бандажного кольца на сердечник возникают знакопеременные напряжения, величина которых напрямую зависит от толщины и наружного диаметра бандажного кольца в плоскости торцовой части сердечника. Из теории сопротивления материалов известно, что для балки с защемленным концом, каковым можно считать горячую посадку бандажного кольца на сердечник, при однозначном значении прогиба на другом конце балки, каковым можно считать разницу прогиба вала на участках расположения посадочных зон бандажного кольца , величины изгибающих моментов в месте защемления балки и соответственно напряжения изгиба находятся в прямой пропорциональности от габаритов и конфигурации балки.

Достаточно массивная конструкция бандажных колец в виде цилиндра с толстыми стенками предопределена необходимостью удерживать при вращении ротора массивную обмотку и другие составные части ротора, предопределяет, по указанной выше причине, появление значительных знакопеременных напряжений, которые возникают в зоне посадки бандажных колец в процессе вращения ротора.

Устранить или, по крайней мере, максимально снизить эти знакопеременные напряжения в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора и является целью изобретения.

Это достигается тем, что на наружной цилиндрической и конусной поверхностях бандажных колец вблизи места посадки на сердечник выполнена, по крайней мере, одна кольцевая прорезь, а их глубина выполняется такой, чтобы ее внутренний диаметр был меньше наружного диаметра бандажного кольца в плоскости, проходящей через торцы сердечника. При этом ширина прорези ограничивается только запасом прочности бандажного кольца от воздействия центробежных сил массы бандажного кольца и подбандажного содержимого.

В этом случае в месте "защемления" бандажного кольца уровень знакопеременных напряжений снижается за счет возрастания гибкости бандажного кольца при наличии в нем прорезей.

Кольцевые прорези могут выполняться как на внутренней цилиндрической поверхности бандажных колец вблизи места посадки на сердечник, так и в конусной части бандажных колец, где прорезь выполняется с одной боковой плоскостью, обращенной к тыльной стороне бандажного кольца.

Источники информации:

1. Патент РФ «Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины» №2253935, 10.06.2005 г.

2. Авторское свидетельство на изобретение СССР "Ротор электрической машины" №792491, 30.12.1980 г.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности - к роторам крупных электрических машин, например турбогенераторов. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в повышении надежности ротора синхронной неявнополюсной электрической машины за счет обеспечения максимального снижения знакопеременных напряжений в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора от воздействия массы бандажного узла и из-за прогиба ротора. Данный технический результат достигается тем, что на наружной цилиндрической и на конусной поверхностях бандажных колец вблизи места их посадки на сердечник ротора выполнена, по крайней мере, одна кольцевая прорезь, образованная боковыми плоскостями и днищем, расположенным концентрично наружной цилиндрической поверхности бандажных колец с плавным переходом к боковым плоскостям. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины, содержащий массивный сердечник с катушечной обмоткой, закрепленной в лобовых частях в радиальном направлении с помощью массивных металлических бандажных колец, посаженных одной стороной на торцовую зону сердечника, а другой, тыльной, стороной через центрирующие кольца на концевые части вала ротора, отличающийся тем, что на наружной цилиндрической и на конусной поверхностях бандажных колец вблизи места их посадки на сердечник выполнена, по крайней мере, одна кольцевая прорезь, образованная боковыми плоскостями и днищем, расположенным концентрично наружной цилиндрической поверхности бандажных колец с плавным переходом к боковым плоскостям.2. Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины по п.1, отличающийся тем, что глубина кольцевой прорези на наружной цилиндрической поверхности бандажного кольца выполнена такой, что ее внутренний диаметр меньше наружного диаметра бандажного кольца в плоскости, проходящий через торец сердечника, а ширина данной кольцевой прорези ограничена запасом прочности бандажного кольца от воздействия центробежных сил массы бандажного кольца и подбандажного содержимого ротора.3. Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевая прорезь на конусной части бандажного кольца выполнена с одной боковой плоскостью, обращенной к тыльной стороне бандажного кольца.4. Ротор синхронной неявнополюсной электрической машины по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что дополнительно выполнена кольцевая прорезь на внутренней цилиндрической поверхности бандажных колец вблизи места их посадки на сердечник.