Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением Советский патент 1992 года по МПК H02K3/22 

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к производству роторов асинхронизированных турбогенераторов (АСТГ), называемых также роторами машин двойного питания.

Особенностью конструкции таких машин является применение для ротора многофазной (обычно двух- или трехфазной) обмотки. Повышение мощности АСТГ приводит к необходимости интенсификации охлаждения проводников обмотки ротора, в частности, к применению водяного охлаждения проводников. При этом проблемным вопросом является создание для роторов АСТГ такой многофазной обмотки, в которой обеспечивается надежность соединения проводников и равномерная раздача воды по параллельным цепям охлаждения.

Известна обмотка ротора электрической машины двойного питания (обмотка ротора АСТГ), состоящая из концентрических катушек. Слои этой обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. град., образуют, по существу, двухфазную обмотку, обеспечивающую работу АСТГ во всех характерных для него режимах: синхронном и асинхронном. Обмотка, ввиду особых качеств обеспечения разгрузки магнитопро- вода ротора от насыщения, применена для производства АСТГ мощностью 200 МВт (АСТГ-200). Проводники этой обмотки имеют непосредственное газовое (водородное) охлаждение. Что касается применения водяного охлаждения для такой обмотки, то это конструктивно затруднено из-за сложности присоединения и размещения патрубков подачи и слива воды, особенно к верхнему слою обмотки. Это ограничивает возможность применения обмотки с ростом единичной мощности машин.

В части простоты присоединения и размещения упомянутых патрубков подачи и слива воды перспективно применение обмоток с перекрещивающимися лобовыми частями, например, петлевых обмоток. Концы стержней таких обмоток выведены на торец лобовой части и доступны для присоединения патрубков.

Петлевые обмотки могут быть выполнены уложенными в два ряда. Каждая катушка такой обмотки может иметь несколько витков. Для проектирования ротора АСТГ с непосредственным жидкостным охлаждением проводников приемлемы катушки с небольшим количеством витков, последовательно соединенных электрически и гидравлически: двумя или тремя. Это связано с тем, что увеличение числа витков, хотя и полезно для снижения величины тока в выводах (токо- подводах) и в обмотке возбудителя, яо приводит к дроблению сечения проводников и каналов в них, что неблагоприятно для организации жидкостного охлаждения.

Недостатком такой обмотки является

сложность исполнения головок, т.е. мест соединения ее стержней в лобовых частях. Даже при выполнении катушек из двух витков в одной из головок обмотки (со стороны, противоположной концам катушки) остает0 ся внутреннее соединение проводников, охваченное наружным соединением. Это внутреннее соединение, закрытое наружным, недоступно для ремонта, а наружное технологически трудновыполнимо из-за

5 препятствия со стороны внутренних стержней. То есть пригонке поверхностей и сжатию концов наружных проводников в головках мешают ранее уложенные стержни второго и третьего проводника катушки. Од0 новременно возрастает длина головок, а вместе с ней и длина лобовой части обмотки-. Снижение надежности из-за сложности соединений проводников катушек является первым недостатком такой обмотки.

5Второй недостаток обмотки проявляется при организации ее жидкостного охлаждения. Действительно, приемлемой системой охлаждения катушек такой обмотки является самонапорная система. Имеет0 ся в виду система охлаждения, когда жидкость, обычно вода, заливается свободной струей во вращающуюся корытообразную емкость, в которую выведены концы патрубков подачи жидкости в обмотку, про5 ходит через проводники и под действием центробежных сил сливается наружу на большем радиусе из обмотки. Самонапорная система имеет определенные преимущества по сравнению с другой известной

0 системой жидкостного охлаждения ротора при принудительной подаче и сливе жидкости с использованием центрального отверстия вала. Эти качества - снижение давления в витках и на уплотнительных эле5 ментах, возможность размещения увеличенного количества патрубков подачи и слива жидкости и др , создают определенные преимущества для ее применения в роторах турбогенераторов.

0Однако применение самонапорной системы для катушек обмотки недостаточно надежно из-за неравномерности распределения давления жидкости в витках. Это вызвано наличием в этой обмотке череду5 ющегося подьема и опускания стержней на обеих сторонах катушек, вместо требующегося их последовательного подъема.

Снижение надежности при самонапорном жидкостном охлаждении проводников - второй недостаток такой обмотки.

Этот же недостаток обмотки сохраняется при выполнении ее состоящей из нескольких одинаковых обмоток уложенных больше, чем в два ряда друг над другом. В этом случае внутри каждого двухслойного ряда жидкость вначале может подниматься от нижнего проводника секции к верхнему, но затем при длине гидравлического тракта более одного витка должна опускаться при переходе к началу (нижнему проводнику) смежной сехции.

Цель изобретения - повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в конструкции петлевой обмотки ротора тур- богенератора с жидкостным охлаждением, состоящей из отдельных секций, расположенных по окружности ротора, упомянутые секции соединены на роторе в катушки с числом витков два или более с образовани- ем формы спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточный, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего - с камерой слива охлаждающей жидкости. Начало нижнего проводника каждой катушки может быть смещено в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину пазового деления.

Начало хотя бы одной из фаз может быть выполнено с размещением выводных концов и перемычек со стороны, противопо- ложной по сравнению с другими фазами с замыканием этих выводных концов накоротко.

На фиг. 1 показана схема предложенной обмотки; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - схема исполнения катушек обмотки; на фиг. 4 и 5 - концевые участки лобовых частей обмотки с противоположных сторон, продольные разрезы; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 4.

Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением состоит из отдельных секций 1, расположенных по окружности ротора. В общем случае обмотка ротора выполнена многофазной. Соединение катушек 2 произведено в фазах с выводными концами Ki, Ka; Li; Mi, M2 последовательно с помощью перемычек 3- 6. Перемычки 3 электрически соединяют конец витка очередной катушки в пределах полюсно-фазных зон с началом нижнего витка последующей катушки. Они имеют относительно небольшую длину и жидкостью не охлаждаются.

Секции обмотки соединены на роторе в катушки 2. Число витков в каждой катушке два или более. Витки в катушках выполнены соединением проводников 7-10. Соединенные друг с другом проводники образуют форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя 11 в промежуточные слои 12 и 13 и затем в верхний слой 14. Соединение проводников смежных слоев произведено, например пайкой, в местах 15-17. При этом место 17 соединения выдвинуто в аксиальном направлении наружу по отношению к месту 15 соединения, Каналы 18 проводников соединены отверстием 19, а их выход на торцы закрыт заглушками 20.

Спиральная форма витков катушек имеет шаг по высоте пазовой части через один проводник, т.е. между проводниками остается свободным промежуток h, который соответствует высоте одного изолированного проводника с необходимым количеством прокладок между ними.

Нижний конец 21 спирали каждой катушки соединен патрубком п (подача) с камерой 22 подачи охлаждающей жидкости. В камеру жидкость поступает через неподвижный цилиндр 23. Второй конец 24 спирали соединен патрубком с (слив) с камерой 25 слива жидкости. Патрубки п и с могут размещаться с обеих сторон ротора. Соответственно этому камеры 22 и 25 также располагаются с его обеих сторон. Концы катушек, выведенные в камеры подачи и слива жидкости, уплотнены известным способом резиновыми кольцами 26 и 27, установленными в изоляционные втулки 28 и 29. Аналогично уплотнены концы с от перемычек 4-6, соединены одна с другой относительно короткой вставкой 30.

Начало нижнего проводника каждой катушки может быть выполнено смещенным в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину а/2 пазового давления.

Кроме того, одна из фаз обмотки может быть выполнена с размещением выводных концов Mi и М2 со стороны, противоположной выводам других фаз. В частности, эта фаза может быть короткозамкнутой и не иметь выводов (токоподводов), соединенных с возбудителем. Замыкание накоротко фазы производится перемиычкой 31, объединяющей ее концы Mi и М2. Короткозамк- нутая фаза используется при работе машины в асинхронном режиме.

Предлагаемая конструкция реализуется при следующем способе сборки. Вначале укладывают выводные проводники (токо- подводы) Кь К2, Li, и перемычку 31 между

точками Mi и Ma. Соединяют их со стержнями фаз в местах 32. Токоподводы и перемычка 31 могут быть выполнены достаточно большого сечения и не иметь непосредственного жидкостного охлаждения.

После этого производят сборку нижнего слоя 11 обмотки с патрубками п подачи охлаждающей жидкости. К проводникам ниж- него слоя до укладки их в ротор присоединены (припаяны) перемычки 3. На нижний слой сверху укладывают последующий слой 12 обмотки. Производят соединение расположенных один над другим концов проводников 15 со стороны, противоположной патрубкам п и с катушек. После этого укладывают третий слой и соединяют его в местах 16 с вторым. Верхний слой укладывают последним. Соединяют (паяют) стержни верхнего и предыдущего слоя в местах 17.

В результате на роторе образуются катушки 2, имеющие вид спирали с возрастающим радиусом размещения проводников от ее начала к концу. Опущенный на участке 33 на меньший радиус конец с катушек обеспечивает снижение давления между камерой подачи и камерой слива жидкости до требуемого уровня.

Катушки электрически соединяют друг с другом путем припайки перемычек 3 к верхнему витку. Эти перемычки предварительно соединены с соответствующими проводниками нижнего слоя. Соединяют перемычками 4-6 полюсно-фазные зоны обмотки.

Таким образом, в предложенном устройстве благодаря выполнению катушек в форме спирали с шагом по высоте пазовой части через один проводник упрощена конструкция соединений этих проводников в лобовых частях обмотки. Эти соединения, размещенные в местах 15-17, доступны для осмотра и ремонта. Например, можно запаять отдельное соединение в местах 15 и 17 (при случайном нарушении его герметичности во время эксплуатации машины) без вы- мотки проводников или запаять соединение 16 при снятии с ротора только одного верхнего проводника с отводом с.

Последовательное повышение радиуса размещения проводников катушек от начала к концу спирали обеспечивает повышение надежности при применении самонапорной системы жидкостного охлаждения обмотки.

Упрощение конструкции соединений проводников в лобовых частях и повышение надежности их жидкостного охлаждения обеспечивает достижение поставленной цели.

Кроме того, благодаря смещению начала нижнего проводника каждой катушки в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на угол, равный

половине пазового деления all, улучшена технологичность сборки конструкции. В частности, облегчена установка приспособления для сжатия проводников в местах 16 при пайке, так как этой установке не препятствуют смещенные участки 21 проводников нижнего слоя 11.

Дополнительно упрощение конструкции связано с размещением выводных концов Mi и М2 и перемычек 6 одной фазы со

стороны, противоположной по сравнению с другими фазами. Этим облегчено размещение в лобовых частях обмотки уменьшенного с одной стороны ротора (на одну) количества перемычек 4 и 5 и одновременно

обеспечено образование свободных зон для размещения патрубков с слива жидкостного охлаждения этих перемычек. Жидкостное охлаждение перемычек 4-6 позволяет уменьшить их сечение до размеров проводника катушек обмотки и благодаря этому компактно их разместить и закрепить на ро торе.

В синхронном режиме АСТГ по коротко- замкнутой фазе ток не протекает и она в

работе машины не участвует. При переходе в асинхронный режим в замкнутой накоротко фазе наводится ток и эта фаза дополняет магнитодвижущую силу двух других фаз. Предлагаемое устройство предназначено для внедрения при проектировании двухполюсного асинхронизированного турбогенератора мощностью 800 МВт (АСТГ- 800).

Формула изобретения

1.Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением, содержащая секции из полых проводников, расположенные по окружности ротора, о т личающаяся тем, что, с целью повышения надежности, упомянутые секции соединены в катушки с числом витков два или более с образованием формы спирали, последовательно переходящей из нижнего

слоя в промежуточные, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего - с камерой слива охлаждающей жидкости.

2.Обмотка поп. 1,отличающаяся тем, что, с целью упрощения изготовления, начало нижнего проводника каждой секции выполнено со смещением в тангенциальном направлении относительно вышележащих

проводников на половину пазового деления.

3. Обмотка по п. 1,отличающаяся тем, что она выполнена многофазной, а по

4. Обмотка ротора турбогенератора по п. 3, отличающаяся тем, что выводные концы и перемычки короткозам- кнутых фаз выполнены со стороны, проти

Использование: роторы турбогенераторов, в частности асинхронизированных турбогенераторов, Сущность изобретения: петлевая обмотка турбогенератора с жидкостным охлаждением содержит секции из по- лых проводников, расположенные по окружности ротора и соединенные в катушки. Катушка образована соединением проводников 7, 8, 9, образующих форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточные, а затем в верхний слой, с шагом по высоте пазовой части через один проводник. Нижний конец 21 спирали гидравлически связан с камерой подачи, а верхний конец 24 - с камерой слива охлаждающей жидкости. Обмотка может быть выполнена многофазной, а часть фаз - короткозамкнутыми. 3 з.п. ф-лы, 7 ил. /7 ФигЗ VJ CJ сл ю о ю

меньшей мере одна из фаз-короткозамкну- 5 воположной по сравнению с другими той.фазами.

(DA/

13 JҐ

Фиг. 2

Oi (-.

CM1 . CvJ

Йл.Ј

Редактор С.Патрушева

Составитель В.Кузьмин Техред М.Моргентал

/7 /5

21 Фиг. 7

Корректор С.Шевкун