РОТОР ТУРБОДВИГАТЕЛЯ

Техническое решение относится к электромашиностроению и касается особенностей конструкции роторов синхронных электрических машин, в частности роторов турбодвигателей с воздушным охлаждением.
Известен ротор синхронной электрической машины (патент США №4547688, H02K 3/48, опубл. 15.10.1985 г.), который содержит вал, центрирующие кольца и напорные элементы (вентиляторы). В утолщенной части вала (бочке ротора) в пазах уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах. Воздух от вентилятора поступает в обмотку возбуждения через проходы (каналы) для воздуха между центрирующими кольцами и валом. В бандажных кольцах для выхода воздуха из каналов, проходящих через лобовые части обмотки возбуждения, выполнены радиальные отверстия, которые соединяются с каналами лобовых частей обмотки возбуждения. Выполнение радиальных отверстий в бандажном кольце позволяет повысить интенсивность охлаждения лобовых частей обмотки ротора, но недостатком такой конструкции является то, что охлаждение лобовых частей обмотки статора осуществляется уже нагретым воздухом, выходящим из радиальных отверстий, выполненных в бандажном кольце.
Наиболее близкой является конструкция ротора синхронной электрической машины (патент РФ №2129328, H02K 9/04, H02K 19/00, опубл. 20.04.1999 г.), в которой в средней утолщенной части (бочке ротора), выполнены пазы, в которых уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах, с двух сторон вала размещены напорные элементы (вентиляторы). Охлаждающий воздух от вентилятора поступает двумя потоками, один поток идет в воздушный зазор между ротором и статором электрической машины, а второй в зону лобовых частей обмотки статора. Между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха к обмотке возбуждения. Отделение (закрытие) роторной полости от полости лобовых частей обмотки статора выполнено с помощью цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны перекрывает проход воздуха от вентилятора. Воздух от вентилятора не поступает в каналы обмотки возбуждения ротора. Недостатком такой конструкции является нагрев обмотки возбуждения.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в снижении температуры обмотки возбуждения ротора синхронной электрической машины с воздушным охлаждением.
Для достижения указанного технического результата предлагается ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением, содержащий вал, в утолщенной части которого (бочке ротора), в пазах уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах. Причем между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха от напорных элементов (вентиляторов), размещенных на роторе симметрично с двух сторон, а закрытие роторной полости выполнено в виде цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны цилиндр соединен с напорным элементом с образованием прохода для воздуха от напорных элементов в роторную полость, а в бандажных кольцах имеются отверстия, которые соединяются с каналами в лобовых частях обмотки возбуждения.
Целесообразно в качестве напорных элементов использовать центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения имеют отверстия.
Для увеличения объема поступающего к обмотке возбуждения воздуха целесообразно использовать центрирующие кольца, в которых, помимо каналов между центрирующими кольцами и валом, дополнительно выполнены окна.
Новым является разделение потока воздуха статорной и роторной полости с помощью цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны - с напорным элементом с образованием прохода для охлаждающего воздуха в роторную полость от напорного элемента. В такой конструкции часть потока охлаждающего воздуха с помощью вентилятора направляется через роторную полость непосредственно к обмотке возбуждения ротора, что позволяет принудительно направить охлаждающий воздух в обмотку возбуждения, а другая часть охлаждающего воздуха направляется к лобовым частям обмотки статора и в воздушный зазор между ротором и статором. Кроме того, выполнение отверстий в бандажных кольцах позволяет отводить нагретый воздух от обмотки возбуждения через воздушный зазор между статором и ротором, где он смешивается с охлаждающим воздухом, поступающим от вентилятора.
Такая конструкция ротора позволяет значительно снизить температуру обмотки возбуждения ротора.
На фиг. изображена часть ротора и зона лобовых частей обмотки статора синхронной электрической машины с воздушным охлаждением.
Ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением содержит вал 1. В утолщенной части вала 1 (бочке ротора) выполнены пазы, в которые уложена обмотка возбуждения 2. Лобовые части обмотки возбуждения 2 удерживаются бандажными кольцами 3. Бандажные кольца 3 установлены на центрирующих кольцах 4. Между центрирующими кольцами 4 и валом 1 имеются каналы 5, расположенные по внутреннему диаметру центрирующих колец 4, и дополнительные окна 6 для прохода охлаждающего воздуха от напорных элементов 7, установленных с двух сторон вала 1.
Закрытие (отделение) роторной полости 8 выполнено с помощью цилиндра 9, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом 4, а с другой стороны цилиндр 9 соединен с напорным элементом 7 с образованием прохода 10 для охлаждающего воздуха от напорных элементов 7 в роторную полость 8. В бандажных кольцах 3 выполнены отверстия 11, которые соединяются с каналами 12 лобовых частей обмотки возбуждения 2. В качестве напорных элементов 7 установлены центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения 2 имеют отверстия 13.
При работе электрической машины охлаждающий воздух в каждом из центробежных вентиляторов разделяется на две части. Одна часть охлаждающего воздуха поступает на охлаждение лобовых частей обмотки статора 14 и в воздушный зазор 15 между статором и ротором.
Вторая часть охлаждающего воздуха поступает в роторную полость 8, в рассматриваемом примере через отверстия 13, выполненные в центробежном вентиляторе, далее через каналы 5 и окна 6 в центрирующем кольце 4 попадает в лобовые части обмотки возбуждения 2. После прохождения по каналам охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения 2 вторая часть охлаждающего воздуха через отверстия 11 в бандажных кольцах 3 и канал между валом 1 и бандажным кольцом выбрасывается в воздушный зазор 15 и зону лобовых частей обмотки статора 14.
Такая конструкция позволяет исключить циркуляцию воздуха вокруг вентилятора, и направить охлаждающий воздух непосредственно в лобовые части обмотки возбуждения, тем самым улучшить тепловое состояние обмотки возбуждения.