ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, В ЧАСТНОСТИ АСИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ В ДИАПАЗОНЕ МОЩНОСТИ ОТ 20 МВ А ДО 500 МВ А И БОЛЕЕ
ROTATING ELECTRICAL MACHINE, NAMELY ASYNCHRONOUS ELECTRICAL MACHINE OF DOUBLE-WAY FEED IN POWER RANGE OF 20 MV A TO 500 MV A AND HIGHER

Настоящее изобретение относится к области выработки электрической энергии. Изобретение касается вращающейся электрической машины, в частности асинхронной электрической машины двойного питания в диапазоне мощности от 20 МВ·А до 500 МВ·А и более в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Асинхронные машины двойного питания в диапазоне мощности от 20 МВ·А до 500 МВ·А и более могут применяться для выработки энергии с переменной частотой вращения ротора. Данные машины отличаются распределенной трехфазной обмоткой на роторе. Обмотка ротора состоит из отдельных стержней, которые уложены в пакет листов ротора в пазы. В лобовой части обмотки отдельные стержни соединяются в обмотку. Подача тока осуществляется посредством, по меньшей мере, трех контактных колец, которые на конце машины закреплены на валу. Разрез такой машины в сильно упрощенной форме показан на фиг.1. Представленная на фиг.1 асинхронная машина 10 содержит ось 13 машины. Вокруг данной оси 13 вращается центральный пакет 11 с валом, на котором расположены контактные кольца 12. Вокруг центрального пакета 11 расположен пакет 14 листов ротора, к которому под лобовой частью 16 обмотки ротора присоединяется вспомогательный обод 20 ротора. Вокруг пакета 14 листов ротора концентрично расположен пакет 15 листов статора, в котором размещена обмотка статора, которая на конце пакета с лобовой частью обмотки статора 17 выдается вперед наружу. Пакет 14 листов ротора в увеличенном разрезе изображен на фиг.2.
Поскольку роторы асинхронных машин двойного питания несут обмотку 18 ротора, то она должна быть защищена от возникающих центробежных сил. Пакет листов ротора служит, с одной стороны, для восприятия данных сил и одновременно определяет направление магнитного потока. Вспомогательный обод 20 ротора служит для восприятия центробежных сил, которые воздействуют на лобовую часть 16 обмотки ротора. Вспомогательный обод 20 ротора, также как пакет 14 листов ротора, состоит из уложенных слоями листов металла, которые для соединения спрессовываются в осевом направлении. При этом известно применение нажимной пластины 19, которая распределяет создаваемое болтами 21, 22 усилие прессования на листы металла пакета ротора (см., например, DE-A1-19513457 или DE-A1-10 2007 000668).
К пакету 14 листов ротора предъявляются различные высокие требования. На фиг.2 представлено принципиальное разделение на электрическую зону 14а и механическую зону 14b. С одной стороны, в зубьях должно существовать достаточное осевое давление между слоями листов металла, чтобы обеспечить однородность пакета. Для предотвращения вибраций слои не должны размыкаться, так как относительные движения между зубьями и обмоткой 18 ротора могли бы повредить изоляцию. С другой стороны, давление не должно быть слишком большим, чтобы предотвратить повреждение слоев изоляции между отдельными листами металла, так как такие повреждения привели бы к повышенным потерям. В механической зоне 14b обода ротора осевое давление должно быть больше, чем в электрической зоне 14а, чтобы получить определенную силу трения между листами металла.
Описание изобретения
Поэтому задачей изобретения является создание такой электрической машины упомянутого вначале вида, благодаря которой значительно лучше могут выполняться различные требования к зажиму пакета листов ротора в разных зонах.
Задача решается совокупностью признаков пункта 1 формулы изобретения. Для решения в соответствии с изобретением важно то, что пакет (14) листов ротора в механической зоне спрессован посредством идущих в осевом направлении сквозь пакет листов ротора срезных болтов и в электрической зоне - посредством других болтов.
Согласно варианту осуществления изобретения другие болты могут быть выполнены в виде идущих в осевом направлении сквозь пакет листов ротора стяжных болтов.
Другой пример осуществления изобретения отличается тем, что для распределения осевого усилия прессования на пакет листов ротора на концах пакета предусмотрена соответственно нажимная пластина, и что другие болты выполнены в виде давящих снаружи против нажимных пластин зажимных болтов.
Если, в частности, вне нажимных пластин расположен вспомогательный обод ротора для опоры лобовой части обмотки ротора, то зажимные болты предпочтительно могут быть размещены во вспомогательном ободе ротора.
Следующий вариант осуществления изобретения отличается тем, что, по меньшей мере, часть срезных болтов выполнена в виде цельных болтов.
Однако и это допустимо и предпочтительно с учетом применения разных материалов, если, по меньшей мере, часть срезных болтов выполнена в виде составных болтов, которые содержат наружную трубку и проходящий сквозь трубку центральный стяжной болт.
В частности, в этом случае наружная трубка в осевом направлении может быть разделена на несколько звеньев, чтобы можно было лучше соблюсти требуемые допуски и облегчить процесс сборки и монтажа машины.
При этом предпочтительно, если звенья на концах оснащены подходящими друг к другу средствами для установки звеньев концентрично друг под другом.
Другой вариант осуществления изобретения отличается тем, что нажимная пластина разделена в радиальном направлении в соответствии с радиальным делением пакета листов ротора на отдельную внутреннюю и отдельную наружную нажимные пластины, и что внутренняя и наружная нажимные пластины имеют друг с другом разъемное соединение.
Усовершенствование этого варианта осуществления изобретения отличается тем, что наружная нажимная пластина разделена по окружности на отдельные одинаковые участки окружности, что участки окружности наружной нажимной пластины с прямолинейным ребром вращения примыкают к внутренней нажимной пластине, а участки окружности наружной нажимной пластины встроены во внутреннюю нажимную пластину посредством молотов (с расщепом).
Краткое пояснение к фигурам
Ниже изобретение более подробно поясняется при помощи примеров осуществления в сочетании с фигурами чертежей. Показаны на
фиг.1 в сильно упрощенной форме разрез асинхронной машины в том виде, в котором она подходит для использования изобретения;
фиг.2 в увеличенном разрезе конструкция пакета листов ротора машины с фиг.1, включая используемую для зажима пакета листов ротора нажимную пластину с разными болтами в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
фиг.3 на двух детализированных фиг.3 (а) и 3 (b) два разных типа болтов для электрической зоны пакета листов ротора;
фиг.4 принципиальная конструкция составного срезного болта;
фиг.5 на разных фиг. от 5 (а) до 5 (d) различные виды средств для установки звеньев срезного болта концентрично с разделенной трубкой; и
фиг.6 на виде сверху в осевом направлении сектор нажимной пластины для зажима пакета листов ротора в соответствии с другим примером осуществления изобретения.
Способы осуществления изобретения
В соответствии с фиг.2 для осевого зажима пакета 14 листов ротора применяются различные типы болтов, а именно срезные болты 22 и стяжные болты 21.
Срезные и стяжные болты 22 и 21 соответственно служат для того, чтобы создать нужное давление в пакете 14 листов ротора. Для создания давления в зоне зуба или электрической зоне 14а, могут применяться два основных принципа.
Стяжные болты:
Стяжные болты (21 на фиг.2 и фиг.3 (а)) проходят по всей осевой длине пакета 14 листов ротора. Поскольку стяжные болты 21 находятся в активной магнитной части (высокая магнитная индукция) пакета листов, они должны быть электрически изолированы. Для предотвращения механической нагрузки изоляции эти болты не должны работать на срез. Посредством натяжения в стяжном болте 21 может «регулироваться» давление на нажимную пластину 19 и вместе с ним давление в зубьях (см. 29 на фиг.6).
Зажимные болты во вспомогательном ободе 20 ротора:
Зажимные болты 23 во вспомогательном ободе 20 ротора могут применяться вместо цельных стяжных болтов 21 (см. фиг.3 (b)). Если зажимной болт 23 используется во вспомогательном ободе 20 ротора, то происходит передача давления в зону зуба пакета листов ротора через болт, который размещен во вспомогательном ободе 20 ротора. При этом между зажимным болтом 23 и нажимной пластиной 19 находятся зажимная пластина 25 и гайка 24. Посредством глубины ввинчивания зажимного болта 23 в гайку 24 может «регулироваться» давление на нажимную пластину 19 и, следовательно, на зубья.
Срезные болты 22 выполняют, напротив, две задачи: с одной стороны, они служат для создания осевого давления в механической зоне 14b пакета 14 листов ротора. С другой стороны, они должны воспринимать возникающие между листами металла пакета 14 ротора усилия среза. По этой причине срезные болты 22 не могут быть изолированы и находятся согласно способу на внутренней кромке, в слабой магнитной части 14b механической зоны.
Передаваемые усилия среза определяют свойства материала и (наружный) диаметр срезных болтов 22. Осевое давление в пакете 14 листов ротора регулируется посредством удлинения болтов. Для обеспечения достаточного остаточного давления в пакете 14 листов ротора, несмотря на усадку пакета 14 листов ротора, требуется некоторое минимальное удлинение в исходном состоянии. При больших диаметрах болтов оно может привести к слишком высокому давлению.
Поэтому предпочтительно, согласно фиг.4, вместо цельных болтов применять толстостенные трубки 27 вместе с центральными стяжными болтами 26, которые проходят в отверстии трубок 27. Передаваемые усилия среза определяют свойства материала и диаметры трубок. При этом усилия среза воспринимают трубки 27. Достигаемое давление на пакет листов ротора регулируется через удлинение центральных стяжных болтов 26. Поскольку диаметры этих трубок меньше, чем у цельных болтов, то при том же самом удлинении можно достичь достаточно большего давления.
Определенный недостаток решения с трубками 27 и центральными стяжными болтами 26 заключается в высоком требовании к точности отверстий в трубках 27. В частности, у более длинных машин весьма затратным является достижение нужных жестких допусков. Однако ту же самую идею можно реализовать при помощи разделенных в осевом направлении трубок 27. При этом трубка 27 разделяется на несколько звеньев (27а на фиг.5), которые значительно легче можно изготовить с требуемыми допусками. Кроме того, данный вариант выполнения изобретения облегчает процесс сборки и монтажа машины. Для того чтобы простым способом отдельные звенья 27а расположить друг к другу концентрично, концы в соответствии с фиг.5 могут снабжаться резьбой (фиг.5 (d), смещаться (Fig.5 (с)) или заостряться (фиг.5 (b), или сужаться на конус (фиг.5 (а)), причем также возможно сочетание этих решений.
Противоречащие требования к электрической и механической зонам 14а и 14b соответственно пакета 15 листов статора еще лучше можно выполнить при помощи конструкции болтов посредством разделенной в радиальном направлении нажимной пластины 19. На фиг.6 на виде сверху в осевом направлении представлено схематическое изображение варианта исполнения нажимной пластины 19. Нажимная пластина 19 разделена как в радиальном направлении, так и частично в направлении окружности на отдельную внутреннюю нажимную пластину 19а и отдельную наружную нажимную пластину 19b. Со своей стороны, наружная нажимная пластина 19b разделена в направлении окружности на отдельные участки окружности. Посредством следующего разделения нажимной пластины 19 на внутреннюю и несколько наружных частей 19а и 19b соответственно деления пакета 14 листов ротора на механическую зону 14b и электрическую зону 14а способ осевого зажима может оптимизироваться отдельно для разных зон пакета 14 листов ротора.
Для возможности достижения целенаправленного наклона наружной нажимной пластины 19b разделение между наружной и внутренней нажимной пластиной 19а и 19b соответственно должно содержать прямолинейное на отдельных участках ребро 28 вращения. Посредством разделения в радиальном направлении нажимной пластины 19 можно достичь разного давления в электрической и механической зонах 14а и 14b соответственно пакета 14 листов ротора.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
10 асинхронная электрическая машина
11 центральный пакет (с валом)
12 контактное кольцо
13 ось
14 пакет листов ротора
14а электрическая зона
14b механическая зона
15 пакет листов статора
16 лобовая часть обмотки ротора
17 лобовая часть обмотки статора
18 обмотка ротора
19 нажимная пластина
19а внутренняя нажимная пластина
19b наружная нажимная пластина
20 вспомогательный обод ротора
21 стяжной болт
22 срезной болт
23 зажимной болт
24 гайка
25 зажимная пластина
26 центральный стяжной болт
27 трубка
27а звено
28 ребро вращения
29 зуб