ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С СИСТЕМОЙ УДЕРЖАНИЯ ЛОБОВОЙ ЧАСТИ ОБМОТКИ РОТОРА Российский патент 2015 года по МПК H02K3/51 

Настоящее изобретение относится к сфере электрических машин. Оно относится к электрической машине в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Двояко запитываемые асинхронные машины, работающие в диапазоне мощности от 20 МВ·А до 500 МВ·А, могут использоваться для производства электроэнергии с переменной частотой вращения. Эти машины отличаются наличием распределенной трехфазной обмотки на роторе. Обмотка ротора состоит из отдельных стержней, которые утоплены в пазах пакета ротора из листового материала. В лобовой части обмотки отдельные стержни подключаются в обмотку. Расположение соединений стержней равномерно распределено по периферии. В результате вращения ротора лобовые части обмотки подвергаются воздействию центробежных сил, от которых они должны быть механически защищены посредством системы удержания лобовой части обмотки. В принципе, на сегодняшний день известны три типа систем удержания лобовой части обмотки:

1. Закрепление посредством стальной крышки, как это осуществляется в турбогенераторах.

2. Закрепление посредством обвивания стальным кабелем, проволокой или полимерной пленкой всей лобовой части обмотки.

3. Закрепление посредством болтов, винтов или U-образных скоб. На фиг.1, в разрезе, в сильно упрощенной форме, представлена такого рода асинхронная машина 10. Она содержит выполненный с возможностью вращения вокруг оси 18 ротор 19, который концентрично окружен корпусом 14 статора из стального листа с соответствующей обмоткой статора и лобовой частью 17 обмотки статора. Ротор 19 содержит центральный корпус 11, который на концах переходит соответственно в вал 11'. Центральный корпус 11 окружен корпусом 12 ротора из стального листа, в котором располагается обмотка 13 ротора. На одном из валов 11' расположены токосъемные кольца 15, которые предназначены для обеспечения током обмотки 13 ротора. Лобовая часть 16 обмотки ротора, которая на фиг.2(а) в вертикальном расположении представлена еще раз в увеличенном масштабе, оснащена системой 29 удержания лобовой части обмотки, которая в соответствии с фиг.2(а) оснащена радиально проходящими через лобовую часть 16 обмотки ротора удерживающими элементами в форме снабженных гайками 21 резьбовых штанг 20, или винтов, или других аналогичных элементов.

Удерживающие элементы 20, 21 воспринимают воздействующие на лобовую часть 16 обмотки ротора в процессе работы машины центробежные силы и выводят их в расположенную под лобовой частью обмотки массивную часть ротора. При таких обстоятельствах в процессе работы машины в течение длительного времени может произойти поломка механически сильно нагруженных удерживающих элементов 20, 21 или же их механическая целостность может быть нарушена каким-либо иным образом. Также может иметь место ослабление гаек 21 или винтовых соединений, при этом функциональность удерживающих элементов 20, 21 таким образом утрачивается. Если в результате такого отказа происходит ослабление части удерживающих элементов 20, 21 и эта часть смещается в направлении наружу, то могут иметь место косвенные помехи в работе машины, которые приведут к более длительному выходу машины из строя, а тем самым к существенным дополнительным затратам.

В любом случае желательно либо полностью предотвращать такого рода отказы в работе удерживающих элементов 20, 21, либо, по меньшей мере, удерживать такого рода косвенные помехи в определенных границах. Кроме того, было бы предпочтительным, если непреднамеренные изменения в лобовой части обмотки были своевременно обнаружены и машина могла быть заранее отключена с целью минимизации повреждений или даже с целью недопущения их возникновения.

Задачей изобретения является, таким образом, такое конструктивное выполнение электрической машины ранее указанного типа, при котором предотвращается или, по меньшей мере, ограничивается возможность повреждения на лобовой части обмотки вследствие воздействия центробежных сил.

Задача решается посредством совокупности признаков пункта 1 формулы изобретения. Важным для изобретения является то, что удерживающие элементы снабжены предохранительными средствами, которые защищают удерживающие элементы от непреднамеренного ослабления и/или выпадения в случае поломки.

Вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что удерживающие элементы выполнены в виде проходящих в радиальном направлении через лобовую часть обмотки резьбовых штанг или винтов, которые на наружном конце снабжены гайкой или головкой винта, для опоры лобовой части обмотки ротора.

Предохранительные средства могут содержать при этом тканевый предохранитель, который, в частности, в форме тканевой ленты, в предпочтительном варианте с плотным прилеганием и в направлении периферии прижат посредством внешних сторон гаек или головок винтов.

Предохранительные средства могут содержать, однако, и проволочный предохранитель, который в форме проволоки, в предпочтительном варианте с плотным прилеганием и в направлении периферии, прижат посредством внешних сторон гаек и/или винтовых штанг, или же головок винтов.

В этом случае на удерживающих элементах в предпочтительном варианте предусмотрены шлицы, в которые вложен проволочный предохранитель, который в то же время защищает удерживающие элементы от прокручивания.

Другой вариант выполнения изобретения характеризуется тем, что система удержания лобовой части обмотки оснащена средствами контроля, посредством которых может производиться контроль надлежащего функционирования лобовой части обмотки.

Средства контроля содержат устройства для измерения напряжения, которые измеряют механическое напряжение предохранительных средств в системе удержания лобовой части обмотки и для произведения оценки передают их далее на блок оценки результатов.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - асинхронная машина в разрезе с обмоткой статора и ротора и системой удержания для лобовой части обмотки ротора в соответствии с уровнем техники;

фиг.2 - на двух фрагментах разрез лобовой части обмотки ротора по фиг.1 в увеличенном масштабе в вертикальном расположении (фиг.2а) и два типа предохранения для удерживающих элементов в соответствии с различными вариантами выполнения изобретения (фиг.2b);

фиг.3 - на двух фрагментах разрез через (фиг.3а) и вид сверху на (фиг.3b) проволочный предохранитель, включающих в себя резьбовые штанги и гайки удерживающих элементов в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения изобретения;

фиг.4 - вариант установки средств контроля в систему удержания лобовой части обмотки в соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения изобретения;

фиг.5 - схема контрольного устройства, которое работает со средствами контроля по фиг.4.

В соответствии с изобретением болты или винты системы 29 удержания лобовой части обмотки должны быть зафиксированы в лобовой части 16 обмотки ротора. Если под удерживающими элементами в соответствии с фиг.2а и фиг.3 понимают резьбовые штанги 20 с гайками 21, то это означает возможность защиты гаек 21 от нежелательного ослабления. Если же должно произойти непредвиденное нарушение целостности винта или болта, то это означает возможность дальнейшего удержания высвобожденных фрагментов, с целью предотвращения поломки машины.

Защита от выпадения может осуществляться в соответствии с изобретением посредством использования проволоки (проволочный предохранитель 23 на фиг.2b) или же ткани (тканевый предохранитель 22 на фиг.2b), которые в направлении периферии зажаты головками винтов или гайками 21. В режиме нормальной работы винты (или резьбовые штанги 20) не могут перемешаться в радиальном направлении. Усилия, которые передаются от винтов (или резьбовых штанг 20), велики, так как они содержат центробежные силы, возникающие за счет массы лобовой части 16 обмотки. Если имеет место нарушение целостности винта (или резьбовой штанги 20), то только лишь центробежная сила массы высвобождаемого фрагмента винта оказывает воздействие на процесс стопорения. Эта сила сравнительно невелика. На основании этого возможно удерживать поврежденный винт или резьбовую штангу 20 посредством проволоки или ткани. В качестве подходящего материала для ткани или тканевой ленты рассматривается ткань, очень прочная на разрыв и стабильная даже при повышенных температурах.

В то время как тканевая лента тканевого предохранителя 22 в соответствии с фиг.2b может быть проведена по ширине гаек 21 или головок винтов, при использовании проволочного предохранителя 23 в предпочтительном варианте следует предусмотреть в гайках 21 или резьбовых штангах 20, или же в головках винтов в соответствии с фиг.3 расположенные в направлении периферии шлицы 24, в которые закладывается проволочный предохранитель 23. За счет находящейся в шлицах 24 проволоки гайки 21 или винты не могут осуществлять поворотные движения. Одновременно с этим сама проволока оказывается защищенной от сдвига.

С процессом стопорения системы удержания может быть одновременно связано преимущество при осуществлении контроля. Система контроля служит для защиты машины. Она используется для того, чтобы определять и сообщать о нежелательных повреждениях винта или болта или о недопустимом растяжении лобовой части 16 обмотки ротора, чтобы машина своевременно могла быть выведена из технологического процесса и могли быть произведены ремонтные мероприятия.

Для этого в соответствии с фиг.4 и 5 напряжение (растяжение) в проволоке или в тканевой ленте контролируется посредством соответствующего электронного датчика (устройство 25 для измерения напряжения) (к примеру, с динамометром). Если, вследствие поломки, от винта отделяется фрагмент, то механическое напряжение в проволоке (проволочном предохранителе 23) увеличивается и может быть определено. При этом датчик или устройство 25 для измерения напряжения может быть встроено непосредственно в проволоку, по ее периферии (верхняя часть на фиг.4), или же может измерять равным образом напряжение в двух предохранительных проволоках за счет того, что датчик располагается перпендикулярно проволокам (нижняя часть фиг.4). Далее имеется возможность провести проволоки с соответствующими отводами в места крестообразного пересечения стержней обмотки для осуществления возможности измерения напряжения внутри корпуса ротора.

Измерительные сигналы от различных датчиков или устройств 25 для измерения напряжения в лобовой части 16 обмотки ротора подаются на соответствующее контрольное устройство (28 на фиг.5) центрального блока 26 оценки результатов и там подвергаются обработке и оценке. Если в процессе работы определяются необычные изменения значений напряжения в предохранителях системы 29 удержания лобовой части обмотки, то на вышестоящий индикаторный блок 27 подается уведомление и отображается на нем. Уведомление может быть одновременно передано на центральное устройство управления машиной, и там может быть инициирован процесс автоматического отключения, так что машина может быть своевременным образом подвергнута проверке.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к асинхронным электрическим машинам (10), работающим в диапазоне мощности в несколько MВ·А, и предназначено для ограничения возможности повреждения на любой части обмотки вследствие воздействия центробежных сил. Электрическая машина содержит вращающийся вокруг оси ротор с обмоткой, которая расположена в корпусе ротора из листового металла и снаружи корпуса ротора из листового металла имеет, соответственно, открытую лобовую часть (16) обмотки, которая для восприятия возникающих в процессе работы центробежных сил оснащена системой (29) удержания лобовой части обмотки, которая включает в себя множество радиальных удерживающих элементов (20, 21). Надежность работы машины повышается за счет того, что удерживающие элементы (20, 21) снабжены предохранительными средствами (22, 23), которые защищают удерживающие элементы (20, 21) от непреднамеренного ослабления и/или выпадения в случае поломки. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электрическая машина (10), работающая в диапазоне мощности в несколько МВ·А, в частности асинхронная машина, и содержащая вращающийся вокруг оси (18) ротор (19) с обмоткой (13) ротора, которая расположена в корпусе (12) ротора из листового металла и снаружи корпуса (12) ротора из листового металла имеет соответственно открытую лобовую часть (16) обмотки, которая для восприятия возникающих в процессе работы центробежных сил оснащена системой (29) удержания лобовой части обмотки, которая включает в себя множество радиальных удерживающих элементов (20, 21), причем удерживающие элементы (20, 21) снабжены предохранительными средствами (22, 23), предназначенными для защиты удерживающих элементов от непреднамеренного ослабления и/или выпадения в случае поломки, причем удерживающие элементы (20, 21) выполнены в виде проходящих в радиальном направлении через лобовую часть (16) обмотки ротора резьбовых штанг (20) или винтов, которые на наружном конце снабжены гайкой (21) или головкой винта, для опоры лобовой части (16) обмотки ротора, отличающаяся тем, что предохранительные средства (22, 23) содержат тканевый предохранитель (22), который прижат посредством внешних сторон гаек (21) или головок винтов или предохранительные средства содержат проволочный предохранитель (23), который в виде проволоки прижат посредством внешних сторон гаек (21) и/или винтовых штанг (20) или головок винтов.

2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что на удерживающих элементах выполнены шлицы (24), в которые вложен проволочный предохранитель (23), который в то же время защищает удерживающие элементы от прокручивания.

3. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система (29) удержания лобовой части обмотки оснащена средствами (25) контроля, посредством которых производится контроль функционирования лобовой части (16) обмотки.

4. Электрическая машина по п.3, отличающаяся тем, что средства контроля содержат устройства (25) для измерения напряжения, которые предназначены для измерения механического напряжения предохранительных средств в системе (29) удержания лобовой части обмотки и передачи его для оценки на блок (26) оценки результатов.