РОТОР ТУРБОГЕНЕРАТОРА

Предлагаемая полезная модель относится к электромашиностроению и может быть использовано в конструкциях электрических машин с жидкостным охлаждением обмотки возбуждения ротора, в частности в мощных турбогенераторах с полным водяным охлаждением.
В рассматриваемых турбогенераторах, подача и слив воды осуществляются помимо вала, а гидравлический напор в ветвях обмоток создается разностью центробежных сил между выходом и входом параллельных цепей, движение воды в обмотке обеспечивается центробежной силой, создаваемой за счет разности диаметров внутреннего и наружного цилиндров, образующих напорную и сливную камеры.
Известен ротор электрической машины с жидкостным охлаждением обмотки возбуждения, содержащий вал, на котором закреплены обмотка возбуждения, упорное кольцо и центрирующее кольцо. Внутренний и наружный полые цилиндры закреплены коаксиально на упорном и центрирующем кольцах и образуют напорную и сливную камеры. Аксиальные каналы, через которые проходят трубки для слива и подвода жидкости к обмотке, проходят через центрирующее и упорное кольца. (Авторское свидетельство №1307509, H02K 9/19, опубл. 30.04.1987 г., Бюл, №16). За счет возможности снятия центрирующего кольца и замены аксиальных трубок упрощается ремонт. Но при эксплуатации таких роторов возможны случаи утечки жидкости в зоне размещения водоподводящих труб, что может приводить к аварийной остановке машины.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является ротор электрической машины, который содержит закрепленные на валу обмотку возбуждения с жидкостным охлаждением и центрирующее (упорное) кольцо. На кольце установлены распределительный (напорный) и сливной коллекторы, выполненные в виде коаксиальных внутреннего и наружного цилиндров. Распределительный (напорный) и сливной коллекторы образуют напорную и сливную камеры. Через упорное кольцо проходят аксиальные трубки, заключенные в изоляционные гильзы (втулки) и предназначенные для подачи и слива охлаждающей жидкости в полые проводники обмотки. На внутренней и наружной поверхностях втулок имеются кольцевые канавки, в которых размещаются уплотняющие резиновые кольца (упругие уплотняющие элементы). В данном техническом решении в зоне размещения аксиальных трубок выполнена кольцевая полость, сообщающаяся в своей верхней части с камерой сливного коллектора, иными словами центрирующее (упорное) кольцо выполнено U-образной формы. (Авторское свидетельство №1686624, H02K 9/19, опубл. 23.10.1991 г., Бюл. №39).
Конструкции роторов с U-образной формой упорного кольца подтвердила высокие эксплуатационные качества в части надежного водообеспечения обмоток с исключением протечек.
Вместе с тем, как показала практика, данная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в сложной технологии сборки кольца U-образной формы вместе с выводными трубками обмотки возбуждения, изоляционными втулками и упругими уплотняющими элементами, которая не исключает возможность повреждения отдельных элементов в процессе сборки и разборки электрической машины. Поскольку для обеспечения герметичности соединений требуется высокая плотность обжатия упругих уплотняющих элементов, то при установке кольца на вал и установке изоляционных втулок в сквозные аксиальные отверстия кольца U-образной формы требуется приложить значительные аксиальные усилия. При этом не исключаются случаи повреждения изоляционных втулок и упругих уплотняющих элементов. В особенности это касается изоляционных втулок, устанавливаемых на длинных напорных выводах, проходящих через два ряда отверстий в U-образном кольце.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, состоит в обеспечении герметичности соединений и упрощении процесса сборки, снижении вероятности повреждения элементов водообеспечения обмотки и тем самым повышении надежности работы электрической машины.
Указанный технический результат достигается тем, что ротор электрической машины содержит закрепленные на валу обмотку возбуждения с жидкостным охлаждением и упорное кольцо U-образной формы с коаксиально закрепленными на нем напорным и сливным кольцами, образующими напорную и сливную камеры. При этом через сквозные отверстия, расположенные в упорном кольце, проходят напорные и сливные выводы обмотки возбуждения, заключенные во втулки. На внутренней и наружной поверхностях втулок имеются кольцевые канавки, в которых размещены упругие уплотняющие элементы. Упорное кольцо состоит из внутреннего и внешнего колец, закрепленных между собой крепежными элементами с возможностью разборки. На входах отверстий внутреннего кольца установлены дополнительные упругие уплотняющие элементы, поджатые в аксиальном направлении.
Для обеспечения возможности разборки внутреннее и внешнее кольца закреплены между собой крепежными элементами. В качестве крепежных элементов могут использоваться болтовые соединения, при этом головки болтов, располагающиеся со стороны напорной камеры, закрыты снаружи кольцевым кожухом для исключения их кавитации в потоке воды, поступающей в ротор.
Для обеспечения герметичности целесообразно на входах отверстий внутреннего кольца выполнить кольцевые канавки, образующие кольцевые полости, в которых установить дополнительные упругие уплотняющие элементы, закрепленные крепежными элементами со стороны входов в отверстия внутреннего кольца. Кольцевые полости и дополнительные упругие уплотняющие элементы целесообразно выполнить прямоугольного сечения, а в качестве крепежных элементов использовать шайбы с гайками.
Новизна предлагаемой полезной модели заключается в следующем:
- упорное кольцо выполнено с возможностью разборки и состоит из двух колец, внутреннего и внешнего, соединенных между собой с возможностью разборки, благодаря чему достигается возможность раздельной установки изоляционных втулок и упругих уплотняющих элементов в отверстиях внутреннего и внешнего колец;
- на входах отверстий внутреннего кольца установлены дополнительные упругие уплотняющие элементы, поджатые в аксиальном направлении, благодаря чему обеспечивается герметичность конструкции.
Разборность конструкции позволяет установить первый (внутренний) ряд изоляционных втулок и упругих уплотняющих элементов на выводах обмотки в отверстиях внутреннего кольца и затем, после присоединения к нему внешнего кольца, установить второй (внешний) ряд втулок и упругих уплотняющих элементов в отверстиях внешнего кольца. Данная раздельная установка втулок и упругих уплотняющих элементов первого и второго ряда позволяет избежать их повреждения при сборке и разборке ротора. При завинчивании гаек упругие уплотняющие элементы и дополнительные упругие уплотняющие элементы, например, выполненные из резины, заполняют все имеющиеся полости без зазоров, чем и обеспечивается надежная герметизация изоляционных втулок на внешнем, наиболее трудно уплотняемом диаметре.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. показан продольный разрез узла водообеспечения ротора электрической машины.
Узел водообеспечения обмотки возбуждения ротора электрической машины включает упорное кольцо, которое состоит из внутреннего кольца 1 и внешнего кольца 2, соединенных между собой на внутреннем диаметре крепежными элементами 3. Внутреннее кольцо 1 и внешнее кольцо 2 зафиксированы друг относительно друга с помощью кольцевых выступов со скользящей посадкой и радиально ориентированных штифтов. На внутреннее кольцо 1 методом горячей посадки насажено бандажное кольцо 4. С внешним кольцом 2 скреплено болтами напорное кольцо 5, и коаксиально с ним на внутреннем кольце 1 закреплено сливное кольцо 6, соответственно образующие напорную камеру 7 и сливную камеру 8. Напорная камера 7 и сливная камера 8 предназначены для подачи и слива охлаждающей воды в обмотку ротора. В напорной камере 7 расположен коллектор подачи охлаждающей жидкости (на фиг. не показан), который неподвижно закреплен на торцевом щите корпуса электрической машины.
В качестве крепежных элементов 3 используются болтовые соединения. Головки болтов для исключения кавитации в потоке воды, поступающей в напорную камеру 7, закрыты кольцевым П-образным кожухом 9. В радиальных зазорах между хвостовиной вала 10 и внутренним кольцом 1 и внешним кольцом 2 установлены резиновые уплотняющие кольца 11 круглого сечения, отделяющие внутреннее пространство ротора от напорной камеры 7 и сливной камеры 8.
В аксиальных отверстиях внутреннего кольца 1 размещены трубчатые сливные выводы 12 катушек обмотки ротора, заключенные в изоляционные втулки 13. На внутренней и наружной поверхностях втулок 13 имеются кольцевые канавки, в которых размещены упругие уплотняющие элементы 14 (резиновые уплотняющие кольца круглого сечения). В аксиальных отверстиях внутреннего кольца 1 и внешнего кольца 2 размещены напорные выводы 15 катушек обмотки ротора. Для упрощения сборки изоляционные втулки 13, располагающиеся на длинных напорных выводах 15, выполнены из двух частей, располагающихся последовательно в отверстиях внутреннего кольца 1 и внешнего кольца 2. Соответственно, для уплотнения напорных выводов 15 обмотки применен двойной комплект изоляционных втулок 13 с упругими уплотняющими элементами 14 (резиновыми уплотняющими кольцами круглого сечения).
На входах отверстий внутреннего кольца 1 выполнена резьба, а за ней в отверстиях и на наружной поверхности изоляционных втулок 13 выполнены совмещенные уступы, образующие кольцевые полости прямоугольного сечения, в которых размещаются дополнительные упругие уплотняющие элементы 16, выполненные в виде резиновых колец прямоугольного сечения. Дополнительные упругие уплотняющие элементы 16 поджимаются в аксиальном направлении гайками 17 до полного, без радиальных и аксиальных зазоров со стенками полостей, сжатия резины. Для снижения сил трения и исключения повреждений резины между дополнительными упругими уплотняющими элементами 16 и торцами гаек 17 установлены шайбы из твердого материала, например, стали или меди.
Разборная конструкция упорного кольца, состоящего из внутреннего кольца 1 и внешнего кольца 2, позволяет раздельно уплотнять выводы обмотки ротора по внутреннему кольцу 1 и внешнему кольцу 2. Это существенно упрощает процессы сборки и разборки ротора, снижает вероятность повреждения элементов системы водообеспечения обмотки при сборках и разборках и, в результате, повышает надежность работы электрической машины.
Движение воды в обмотке обеспечивается центробежной силой, создаваемой за счет разности диаметров напорного кольца 5 и сливного кольца 6. В напорную камеру 7 вода подается из неподвижного коллектора, закрепленного на торцевом щите корпуса электрической машины. Гидравлический затвор и резиновые уплотняющие кольца 11 отсекают внутреннее пространство электрической машины от пространства машзала. Со сливного кольца 6 вода поступает в сливную камеру 8. Из сливной камеры 8 вода отводится самотеком по трубе, расположенной у основания сливной камеры 8. Утечки воды из сливной камеры 8 в сторону обмотки статора улавливаются изоляционным лабиринтным уплотнением.
Предложенная конструкция повышает надежность и долговечность ротора и упрощает его сборку.