РОТОР ВЫСОКООБОРОТНОЙ ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована при проектировании высокооборотных турбоэлектрических машин различного назначения, в т.ч. турбогенераторов.
Известен ротор электрической машины, содержащий вал, втулку с призматической наружной поверхностью и магнитную систему с постоянными магнитами, заключенную в обойму из немагнитного металла или сплава, предохраняющую ротор от разрушения центробежными силами при вращении [1, 2]. Известная конструкция обладает высокой надежностью при достаточно большом диаметре ротора, однако при малых диаметрах ротора, характерных для высокооборотных электрических машин, вал в силу своих малых размеров имеет ограничения по передаче вращающего момента и малую изгибную жесткость, по причине чего возможно совпадение резонансных частот вращения ротора с областью номинальных режимов работы изделия. Необходимость задания точных размеров по валу снижает технологичность изготовления изделия.
Наиболее близким к полезной модели устройством является ротор магнитоэлектрического генератора фирмы Calnetix, работающий в диапазоне частот вращения 150000-200000 об/мин [3, 4]. Согласно приведенным в источнике описанию, эскизам и габаритным размерам, ротор генератора содержит металлическую наружную обойму, обеспечивающую прочность конструкции, 2-полюсную магнитную систему с постоянными магнитами и вал, обеспечивающий передачу механического момента и изгибную жесткость ротора. Однако в подобной конструкции ярко проявляется противоречие, характерное для высокооборотных электрических машин и состоящее в том, что надежность вала, выполняющего означенные выше функции, растет с увеличением его наружного диаметра, а увеличение диаметра вала ограничивает размеры магнитной системы со стороны ее внутреннего диаметра, что, в свою очередь, накладывает ограничения на энергетические характеристики машины.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности и технологичности изготовления изделия, а также улучшения его энергетических характеристик.
Технический результат достигается за счет того, что в роторе высокооборотной турбоэлектрической машины, содержащем вал, втулку, магнитную систему с постоянными магнитами и цилиндрическую немагнитную обойму, сечение обоймы определяется необходимостью выдерживать высокие центробежные нагрузки и является достаточным для того, чтобы обойма могла выполнять дополнительные функции элемента изгибной жесткости ротора, передающего также вращающий момент. В турбогенераторах выполнение обоймой вышеуказанных функций может быть достигнуто в случае, если обойма и рабочее колесо турбины являются единой деталью. При этом энергетические характеристики изделия могут быть улучшены при увеличении объема постоянных магнитов за счет уменьшения размеров втулки и диаметра вала, который в данной полезной модели не предназначен для обеспечения изгибной жесткости ротора и служит только для предварительного напряжения конструкции ротора в осевом направлении, и таким образом, его размеры могут быть выбраны только исходя из условия прочности на растяжение.
На фиг.1 представлена конструкция высокооборотной электрической машины - турбогенератора, роль немагнитной обоймы ротора которого выполняет деталь, выполненная единым целым с рабочим колесом турбины. На фиг.2 представлено поперечное сечение ротора данного турбогенератора.
Ротор электрической машины содержит немагнитную обойму 1, сборную или монолитную двухполюсную или многополюсную магнитную систему 2, втулку 3, имеющую в пределах магнитной системы призматическую наружную поверхность и цилиндрическую внутреннюю поверхность, шпильку 4, проходящую через отверстие во втулке и гайку 5, затяжка которой вызывает сжатие конструкции в осевом направлении и повышение ее изгибной жесткости. За пределами магнитной системы втулка 3 сопрягается с внутренней поверхностью обоймы. Также для наглядности на фиг.1 показан статор электрической машины 6 с рабочей обмоткой 8, закрепленный в корпусе 7 турбогенератора.
Устройство может быть использовано в турбоэлектрических машинах различного назначения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.172, рис.9.1 (б)
1. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.174, рис.9.4
3. Рекламный буклет "Rotor & Stator Sets" фирмы Calnetix (взят с сайта http://www.calnetix.com, дата обращения 14.05.2008, копия прилагается, по состоянию на 14.10.2009 документ с сайта удален).
4. Рекламный буклет фирмы Calnetix "High Speed Motors and Generators" (http://www.calnetix.com/Calnetix_Brochure.pdf, дата обращения 14.10.2009).