ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2015 года по МПК H02K3/51 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области электрических машин. Оно относится к вращающейся электрической машине, в частности к гидрогенератору, в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Данное изобретение относится к ротору электрической машины, в частности гидрогенератора, используемому в нагнетательных аккумулирующих электроэнергетических установках, например, имеющему корпус ротора, который изготавливается из нескольких слоев металлических листов и удерживается в собранном состоянии с помощью аксиальных зажимных болтов. Аксиальные пазы для обмотки расположены вдоль внешней поверхности корпуса ротора, причем обмотка ротора вставляется в вышеупомянутые пазы для обмотки и удерживается в них против действия центробежных сил. Блоки обмотки, выступающие в осевом направлении из корпуса ротора и образующие переднюю обмотку, защищены от действия центробежных сил с помощью специальных опорных приспособлений.

В таких электрических машинах передняя обмотка на роторе подвергается очень большим механическим и тепловым нагрузкам. Поддержка передней обмотки для компенсации центробежных усилий может в этом случае обеспечиваться с помощью бандажа, изготовленного из предварительно напряженной стальной проволоки, в сочетании с монолитным встроенным стальным кольцом. Сложные крепежные приспособления, ограничения максимально допустимых габаритов для транспортировки и ограничения веса ротора приводят в результате к ограничениям, касающимся конструкции ротора. Для роторов главных электродвигателей гидрогенераторов, имеющих большие габариты, необходимо осуществлять сборку непосредственно на месте установки на электростанции. Кроме того, большие монолитные стальные кольца затрудняют поток охлаждающей среды через переднюю обмотку и соответственно негативно влияют на охлаждение передней обмотки.

В документе DE 19513457 описано расположение прижимных штифтов на торцевых пластинах многослойного корпуса ротора и установка опорного кольца, содержащего по меньшей мере два кольца, которые расположены на расстоянии друг от друга в осевом направлении и поддерживаются на их внутренней кольцевой поверхности на втулке, причем эти кольца стягиваются друг с другом в той части корпуса ротора, которая находится вблизи продольной оси, вместе с прижимными штифтами с помощью стяжного болта, который проходит аксиально сквозь корпус ротора. В части ротора, расположенной дальше от продольной оси, предусмотрены вторые стягивающие болты, которые проходят аксиально только сквозь вышеупомянутые кольца и стягивают кольца друг с другом в осевом направлении. И наконец, предусмотрены третьи стягивающие болты, которые проходят радиально через переднюю обмотку и действуют по меньшей мере на внешнюю поверхность самого наружного кольца, если смотреть в осевом направлении.

Большое число полузакрытых пазов, расположенных аксиально и параллельно друг другу, распределены вдоль внешней поверхности всех колец, на каждом из которых в каждом случае имеется одна прямая кромка с просверленными радиально отверстиями с внутренней резьбой, причем вышеупомянутые третьи стягивающие болты завинчиваются в вышеупомянутые отверстия с внутренней резьбой. Это обеспечивает надежное радиальное крепление, которое может быть легко реализовано.

Однако в этой хорошо известной конструкции осевое тепловое расширение обмотки при ее нагревании может привести к тому, что обмотка будет давить на болты передней обмотки (третьи болты), и болты будут подвергаться нежелательному и неприемлемому изгибу.

В документе WO 2010/115481 для решения этих проблем предложена электродинамическая машина с корпусом ротора, кольцеобразной передней обмоткой, которая расположена аксиально рядом с корпусом ротора и соосно с ним, и опорным кольцом, расположенным радиально внутри передней обмотки и соосно с ней, причем передняя обмотка и опорное кольцо присоединены неподвижно к корпусу ротора с возможностью вращения вместе с ним, а передняя обмотка и опорное кольцо стянуты друг с другом в радиальном направлении с помощью стягивающих стержней, которые проходят сквозь круглые радиальные каналы, просверленные в передней обмотке и опорном кольце. Стягивающие стержни в этом случае действуют благодаря тому, что их радиально расположенные внутренние концы находятся на опорном кольце, а их радиально расположенные внешние концы находятся на подшипниковых блоках, которые опираются на переднюю обмотку. Ширина просвета круглых радиальных каналов, просверленных в опорном корпусе, имеет несколько большую величину, чем диаметр стягивающих стержней, и опорная конструкция радиально расположенных внутренних концов стягивающих стержней на передней обмотке позволяет стягивающим стержням немного перемещаться, сдвигаясь в радиальном направлении. Это достигается, в частности, благодаря тому, что по меньшей мере некоторые концы стягивающих стержней смонтированы с помощью подшипниковых блоков, которые имеют сферическую поверхность подшипника.

Однако один недостаток этого технического решения заключается в том, что все стягивающие стержни необходимо подготавливать индивидуально для обеспечения сдвигающего перемещения, что приводит к значительному усложнению конструкции и процедуры монтажа.

Раскрытие изобретения

Таким образом, одна из задач данного изобретения заключается в создании вращающейся электрической машины типа, указанного в начале настоящего технического описания, которая не имела бы недостатков, характерных для известных на сегодняшний день машин в отношении защиты передних обмоток от действия центробежных сил, и обеспечивала бы компенсацию действия теплового расширения передних обмоток за счет эффективной и простой конструкции.

Указанная задача полностью решена за счет конструктивных особенностей, описанных в пункте 1 формулы изобретения.

Данное изобретение относится к вращающейся электрической машине, в частности к гидрогенератору, содержащей ротор, который содержит многослойный блок ротора, расположенный в направлении оси машины и имеющий обмотку ротора, образующую переднюю обмотку на каждом торце многослойного блока ротора, причем передняя обмотка прикреплена к ободу передней обмотки, который расположен концентрически внутри передней обмотки и соединен с многослойным блоком ротора в осевом направлении для противодействия центробежным силам за счет использования болтов, проходящих радиально сквозь переднюю обмотку, причем конструкция крепления обеспечивает надежную компенсацию аксиальных расширений передней обмотки. Данное изобретение характеризуется тем, что болты крепятся к ободу передней обмотки в каждом случае с помощью элемента с Т-образным поперечным сечением, который проходит в осевом направлении и установлен с возможностью осевого перемещения в соответствующей Т-образной прорези, выполненной в ободе передней обмотки.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения, болты выполнены в виде болтов с резьбой, которые завинчиваются в элемент с Т-образным поперечным сечением.

Другой вариант осуществления данного изобретения характеризуется тем, что в каждом случае предусмотрено множество болтов с одинаковым радиальным расположением, расположенных друг за другом в осевом направлении, так, что все болты, имеющие одинаковое радиальное расположение, присоединены к общему элементу с Т-образным поперечным сечением или вкручены в общий элемент с Т-образным поперечным сечением.

В частности, все болты с одинаковым радиальным расположением воздействуют на переднюю обмотку с внешней стороны через общий опорный элемент.

Краткое описание чертежей

Данное изобретение будет описано ниже более подробно со ссылкой на примеры вариантов осуществления изобретения в соответствии с приложенными чертежами.

На фиг.1 показан вид в перспективе части ротора вращающейся электрической машины в соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

на фиг.2 - расположение и крепление передней обмотки в электрической машине, изображенной на фиг.1, на виде в разрезе, выполненном перпендикулярно продольной оси электрической машины (фиг.2a) и в направлении продольной оси электрической машины (фиг.2b).

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан вид в перспективе части ротора вращающейся электрической машины 10 в соответствии с одним примером варианта осуществления данного изобретения. Ротор 11, только часть которого показана на данном чертеже, проходит вдоль оси 20 электрической машины и содержит корпус ротора или многослойный блок 12 ротора и обод 13 передней обмотки, присоединенный к многослойному блоку ротора на его торце, изображенном на чертеже.

Аксиальные пазы для обмотки, в которые вставляется обмотка ротора (не показана), расположены на внешней поверхности многослойного блока 12 ротора. Блоки (15a, b на фиг.2) обмотки, выступающие из многослойного блока 12 ротора, образуют переднюю обмотку (15 на фиг.2), которую необходимо удерживать на месте для противодействия центробежным силам, возникающим во время работы электрической машины.

Для этого в области передней обмотки 15 имеются радиально расположенные болты 18, которые проходят сквозь переднюю обмотку 15 и крепятся к ободу 13 передней обмотки. Чтобы обеспечить возможность свободного расширения передней обмотки 15 в осевом направлении и ее крепление, все крепежное приспособление передней обмотки должно обеспечить компенсацию теплового расширения обмотки. В предложенном здесь техническом решении это достигается за счет того, что крепежное приспособление передней обмотки может перемещаться в осевом направлении. Для каждого аксиального ряда болтов 18, имеющих одинаковое радиальное расположение, предусмотрен один общий аксиально расположенный элемент 17 с Т-образным поперечным сечением, на котором крепятся болты 18 для передней обмотки 15. С этой целью элемент 17 с Т-образным поперечным сечением имеет соответственно расположенные на расстоянии друг от друга отверстия с резьбой, причем болты 18 с резьбой вкручиваются своими внутренними концами в указанные отверстия с резьбой. Элементы 17 с Т-образным поперечным сечением расположены в осевом направлении в соответствующих им по форме Т-образных прорезях 16, выполненных в аксиальном направлении в ободе 13 передней обмотки. Болты 18 опираются своей головкой на общий, аксиально расположенный опорный элемент 21, установленный на внешней стороне, при этом опорный элемент оказывает радиальное давление на переднюю обмотку 15, например, через основной слой 22. Между блоками 15a и 15b обмотки могут быть расположены промежуточные слои 23, чтобы обеспечить равномерно распределенные усилия на переднюю обмотку 15.

Благодаря описанной выше конструкции передней обмотки 15 и ее креплению на ободе 13 передней обмотки, во-первых, центробежные усилия, возникающие во время работы передней обмотки 15, компенсируются и передаются на обод 13 передней обмотки, а, во-вторых, тепловое расширение обмотки не приводит в результате к возникновению поперечных сдвигающих усилий на болты 18, поскольку болты могут совместно со всем крепежным приспособлением воспринимать нагрузку, прикладываемую к ободу 13 передней обмотки при осевом перемещении в направлении 19, показанном на фиг.1, за счет того, что элемент 17 с Т-образным поперечным сечением перемещается в Т-образной прорези 16 в осевом направлении.

Перечень условных обозначений

10 - вращающаяся электрическая машина

11 - ротор

12 - многослойный блок ротора

13 - обод передней обмотки

14 - паз для обмотки

15 - передняя обмотка 15a, b - блок обмотки

16 - Т-образная прорезь

17 - элемент с Т-образным поперечным сечением

18 - болты

19 - направление перемещения

20 - ось машины

21 - опорный элемент

22 - основной слой

23 - промежуточный слой

Изобретение относится к вращающейся электрической машине (10), в частности к гидрогенератору, содержащей ротор (11), который содержит многослойный блок (12) ротора, проходящий в направлении оси (20) машины и имеющий обмотку ротора, образующую переднюю обмотку на каждом торце многослойного блока (12) ротора, причем передняя обмотка прикреплена к ободу (13) передней обмотки, который расположен концентрически внутри передней обмотки и соединен с многослойным блоком (12) ротора в осевом направлении, чтобы компенсировать центробежные усилия с помощью болтов (18), проходящих радиально сквозь переднюю обмотку, и крепежного приспособления (16, 17, 18), предназначенного для надежной компенсации осевых расширений передней обмотки. Болты (18) крепятся к ободу (13) передней обмотки в каждом случае с помощью элемента (17) с Т-образным поперечным сечением, который проходит в осевом направлении и установлен с возможностью осевого перемещения в соответствующей ему по форме аксиальной Т-образной прорези, выполненной в ободе (13) передней обмотки. Техническим результатом является обеспечение надежности крепежного приспособления. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вращающаяся электрическая машина (10), в частности гидрогенератор, содержащая ротор (11), который содержит многослойный блок (12) ротора, проходящий в направлении оси (20) машины и имеющий обмотку (15a, b) ротора, образующую переднюю обмотку (15) на каждом торце многослойного блока (12) ротора, причем передняя обмотка прикреплена к ободу (13) передней обмотки, который расположен концентрически внутри передней обмотки (15) и соединен с многослойным блоком (12) ротора в осевом направлении, чтобы компенсировать центробежные усилия с помощью болтов (18), проходящих радиально сквозь переднюю обмотку (15), и крепежного приспособления (16, 17, 18, 21), предназначенного для надежной компенсации осевых расширений передней обмотки (15), отличающаяся тем, что болты (18) прикреплены к ободу (13) передней обмотки в каждом случае с помощью элемента (17) с Т-образным поперечным сечением, который проходит в осевом направлении и установлен с возможностью осевого перемещения в соответствующей ему Т-образной прорези, выполненной в ободе (13) передней обмотки.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что болты (18) представляют собой болты с резьбой, вкрученные в элемент (17) с Т-образным поперечным сечением.

3. Машина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в каждом случае предусмотрено множество болтов (18), имеющих одинаковое радиальное расположение и расположенных друг за другом в осевом направлении, при этом все болты (18) с одинаковым радиальным расположением установлены на общем элементе (17) с Т-образным поперечным сечением или вкручены в общий элемент (17) с Т-образным поперечным сечением.

4. Машина по п.3, отличающаяся тем, что все болты (18) с одинаковым радиальным расположением имеют возможность воздействия на переднюю обмотку (15) снаружи через общий опорный элемент (21).