РОТОР НЕЯВНОПОЛЮСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к электромашиностроению, преимущественно к конструкции роторов крупных неявнополюсных машин, в частности турбогенераторов.
Известен ротор электрической машины, содержащий массивную бочку, в пазах которой уложена обмотка с лобовыми частями, закрепленными с обоих торцов посредством массивных бандажных колец, которые удерживаются на бочке от осевых перемещений при помощи кольцевой шпонки. Шпонка установлена одновременно в соответствующих кольцевых канавках бочки ротора и носика бандажного кольца (см. в книге Титова В.В. и др. «Турбогенераторы. Расчет и конструкция», Л., Энергия, 1967 г., стр.236).
Данная конструкция характеризуется нестабильностью осевого крепления бандажного кольца вследствие имеющегося зазора между бандажным кольцом и шпонкой: в процессе работы бандажное кольцо может совершать ограниченные в пределах данного зазора неравномерные перемещения вдоль оси ротора, что приводит к перекосу бандажного кольца, нарушению сбалансированности ротора и, как следствие, к ухудшению его вибрационного состояния.
Наиболее близкой по назначению и технической сущности к заявляемой полезной модели является конструкция ротора электрической машины, содержащая бочку с зубцами, бандажное кольцо, стопоры бандажного кольца, имеющие выступ в форме клина, заходящий в кольцевой паз соответствующей формы на внутренней поверхности носика бандажного кольца. Стопоры выполнены в виде вставок, размещенных по окружности в выемках, выполненных в больших зубцах ротора и снабженных механизмами для радиального перемещения. Во вставке выполнено сквозное резьбовое отверстие, а механизм радиального перемещения выполнен в виде винта, ввернутого в это отверстие и упирающегося в дно выемки. (Авторское свидетельство СССР №1092661 Н02К 3/51, опубл. 15.05.1984 г. Бюл. №18).
Данная конструкция характеризуется недостаточной прочностью, так как бандажное кольцо удерживается от осевых перемещений на бочке только лишь небольшими выступами в форме клина, которые могут быть срезаны в процессе работы машины. Анализ причин появления осевых перемещений бандажных колец показал, что они обусловлены, во-первых, недостаточностью натяга, во-вторых, температурными деформациями (расширением) лобовых частей обмотки ротора, и, в-третьих, разнонаправленным последствием действия центробежных сил на элементы ротора: прижатые в радиальном направлении к бандажному кольцу лобовые части обмотки в осевом направлении стремятся расшириться, в то время, как растянутые в радиальном направлении зубцы ротора в осевом направлении стремятся сократиться. Именно по этой причине смещения бандажных колец наблюдаются уже в разгонно-балансировочных сооружениях при балансировке и испытании роторов турбогенераторов даже без температурных воздействий. Рассмотрение возможных сочетаний описанной выше системы нагрузок и термомеханических воздействий во всех, даже аварийных режимах работы машины, приводит к выводу, что перемещения бандажных колец может происходить преимущественно в направлении «от бочки ротора».
Технический результат, на который направлено предлагаемое техническое решение, заключается в исключении возможности перемещения бандажного кольца от «бочки ротора», обеспечении прочности для удерживания бандажного кольца и тем самым повышении надежности ротора электрической машины.
Указанный технический результат достигается тем, что ротор электрической машины содержит бочку с зубцами, на которых закреплено бандажное кольцо и имеются выемки, состоящие из цилиндрической и овальной части, причем в цилиндрической части установлен механизм аксиального перемещения, а в овальной части установлен стопор, одной стороной упирающийся в торец бандажного кольца, а другой стороной совмещенный по наклонной плоскости с механизмом аксиального перемещения, при этом в кольцевых канавках бочки ротора и носика бандажного кольца установлена кольцевая разрезная шпонка.
Целесообразно, чтобы механизм аксиального перемещения был выполнен из вставки со сквозным резьбовым отверстием, в котором установлен винт, упирающийся в дно паза, а стопор был выполнен с торцевым и боковыми аксиальными выступами, первый из которых упирается в торец бандажного кольца, а вторые размещаются в соответствующих аксиальных пазах, выполненных в зубцах бочки ротора.
Необходимые свойства конструкции достигаются тем, что функцию элемента, воспринимающего аксиальные нагрузки, выполняет разрезная кольцевая шпонка, а стопоры, одной стороной упирающиеся в торец бандажного кольца, а другой стороной совмещенные (сопряженные) по наклонной плоскости с механизмом аксиального перемещения, создают аксиальное давление на носик бандажного кольца. При сборке бандажного узла стопоры перемещают бандажное кольцо, плотно прижимая его к кольцевой шпонке, устраняя все зазоры.
Выполнение конструкции, в которой стопор своими боковыми аксиальными выступами, размещаясь в соответствующих аксиальных пазах, выполненных в теле зубцов ротора, перемещается только в аксиальном направлении с помощью механизма аксиального перемещения, выполненного из вставки со сквозным резьбовым отверстием, в котором установлен винт, и упирается в торец бандажного кольца ротора, позволяет перемещать бандажное кольцо всегда в сторону «от бочки ротора». Вставка механизма аксиального перемещения, опираясь на стопор через наклонную плоскость, вместе со стопором удерживается от центробежных сил вращения боковыми аксиальными выступами стопора.
Эффективность предложенного технического решения заключается в следующем:
- оригинальность и предельная простота конструкции, обеспечивающая надежную фиксацию аксиального положения бандажного кольца;
- исключение необходимости каких-либо изменений основной конструкции-прототипа и технологии ее сборки;
- возможность реализации решения на рабочих роторах, установленных на электростанциях.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
На фиг.1 изображена часть ротора электрической машины с системой фиксации осевого положения бандажного кольца.
На фиг.2 показан вид сверху на выемку, выполненную в зубце бочки ротора.
На фиг.3 представлен поперечный разрез по центру цилиндрической части выемки.
На фиг.4 изображена часть ротора электрической машины с системой фиксации осевого положения бандажного кольца с закрытием выемок на уровне диаметра.
На фиг.5 изображена часть ротора электрической машины с системой фиксации осевого положения бандажного кольца с установленными изолирующими прокладками.
Ротор электрической машины содержит бандажное кольцо 1, закрепленное на зубцах бочки 2 ротора посадкой с натягом. Одновременно в кольцевых канавках бочки 2 ротора и носика бандажного кольца 1 установлена кольцевая разрезная шпонка 3. В больших зубцах бочки 2 ротора выполнены выемки 4. Выемки 4 состоят из цилиндрической и овальной части. Цилиндрическая часть выемки выполнена глубже овальной части. Стопоры 5 вставлены своими боковыми аксиальными выступами 6 в аксиальные пазы 7, выполненные в зубцах бочки 2 ротора овальной части выемки 4, прямоугольный выступ 8 упирается в торцевую поверхность бандажного кольца 1. Механизм аксиального перемещения стопоров 5 размещен в цилиндрической части выемки 4 и состоит из вставки 9 и винта 10. Вставка 9 сопряжена со стопором 5 по наклонной плоскости.
Сборка ротора осуществляется следующим образом.
Бандажное кольцо 1 нагревают и надевают на посадочные места бочки 2 ротора по обычной технологии до полного раскрытия кольцевой разрезной шпонки 3 в канавке носика бандажного кольца 1. После этого в цилиндрическую часть выемок 4 закладывают вставку 9, а в овальную часть вставляют стопоры 5. При ввинчивании винтов 10 в сквозные резьбовые отверстия вставок 9, вставки 9 поднимаются вверх, тем самым, перемещая стопоры 5 в аксиальном направлении до упора в торцевую поверхность бандажного кольца 1. Далее продолжая ввинчивать винты 10, посредством стопоров 5, бандажное кольцо 1, находящееся в горячем состоянии, перемещается в направлении от «бочки ротора» до упора в кольцевую разрезную шпонку 3 (плоскость А), а кольцевая разрезная шпонка в свою очередь упирается в торец кольцевой канавки бочки 2 ротора (плоскость Б).
По мере остывания бандажного кольца 1 необходимо подтягивать винты 10, обеспечивая плотное (без зазоров) прижимание стопоров 5 к бандажному кольцу 1 (отсутствие зазоров по плоскостям А и Б).
После полного остывания бандажного кольца 1 производится либо керновка только винтов 10, либо они вывинчиваются, вставки 9 и стопоры 5 удаляются. В этом случае вместо стопоров 5 и вставок 9 устанавливаются стопоры 11 и вставки 12 с винтами 13, обеспечивая закрытие выемок 4 на уровне диаметра бочки 2 ротора для исключения дополнительных потерь трения.
Операцию по установке стопоров 5, вставок 9 и винтов 10 в выемки 4 можно выполнять до посадки бандажного кольца 1 на бочку 2 ротора.
При необходимости для предотвращения протекания обратных токов в месте контакта поверхностей стопоров 5 с бандажным кольцом 1, возможна установка изолирующих прокладок 14.
Во время работы стопоры всегда давят на бандажное кольцо, фиксируя его в крайнем положении «от бочки ротора» и не дают ему перемещаться при ослаблении посадки.
В результате применения полезной модели бандажное кольцо оказывается полностью фиксированным от аксиальных перемещений, тем самым обеспечивается надежность вибрационного состояния ротора при работе.