ротор электрической машины

Формула изобретения

1. Ротор электрической машины, содержащий массивный сердечник с катушечной обмоткой, закрепленной в лобовых частях в радиальном направлении с помощью массивных металлических бандажных колец, надетых одной стороной на торцовые части сердечника, а другой стороной - на цилиндрическую поверхность центрирующего кольца, в поперечном сечении которого выполнены прорези в тангенциальном направлении равномерно по окружности, а внутренняя поверхность центрирующего кольца соединена с концевыми частями вала ротора, отличающийся тем, что центрирующее кольцо выполнено из двух соединенных друг с другом наружного и внутреннего колец, в одном из которых выполнены несколько рядов тангенциальных прорезей таким образом, что перемычки между прорезями одного ряда располагаются напротив срединной части прорезей другого ряда.

2. Ротор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что тангенциальные прорези, по крайней мере, одного из упомянутых верхнего или нижнего рядов выполнены на наружной и внутренней поверхностях одного из наружного или внутреннего колец, при этом прорези выполнены корытообразной формы.

3. Ротор электрической машины по п.1, отличающийся тем, что при выполнении тангенциальных прорезей во внутреннем кольце прорези нижнего ряда выполнены корытообразной формы на его внутренней поверхности, а прорези остальных рядов выполнены в форме эллипсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к роторам крупных электрических машин, например к турбогенераторам.

Известен ротор электрической машины с обмоткой, закрепленной в лобовой части массивными металлическими бандажными кольцами, надетыми одной стороной на торцовые части сердечника ротора горячей посадкой, а другой тыльной стороной, через центрирующие кольца в поперечном разрезе Z-образной формы, которая выполняет функцию эластичных элементов. Однако такая форма эластичных элементов, обеспечивая хорошую податливость бандажного узла в аксиальном направлении, не обеспечивает его достаточной гибкостью в радиальном направлении [1].

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является другая известная конструкция ротора электрической машины [2] с двухпосадочным исполнением бандажного узла, в которой бандажные кольца закрепляются с тыльной стороны через центрирующие кольца, с тангенциальными прорезями, на концевых частях вала ротора. Однако использование этого изобретения лишь уменьшает знакопеременные напряжения в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора, возникающие при прогибе вала ротора в процессе эксплуатации электрической машины и не всегда может быть использовано по условиям прочности центрирующего кольца.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение - это повышение надежности ротора электрической машины за счет дополнительного снижения знакопеременных напряжений в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора.

На Фиг.1 изображен ротор электрической машины, содержащей массивный сердечник (1) с катушечной обмоткой (2), закрепленной в лобовых частях (3) в радиальном направлении с помощью массивных металлических бандажных колец (4), надетых одной стороной на торцовые части сердечника горячей посадкой, а другой тыльной частью через центрирующие кольца (5) с эластичными элементами (6), на концевые части вала (7) ротора. Обозначения: _макс.- максимальный статический прогиб вала ротора в центральной части сердечника.

На Фиг.2 приведен поперечный разрез центрирующего кольца выполняются из двух соединенных горячей посадкой наружного (8) и внутреннего (9) колец, в котором выполнены два ряда тангенциально расположенных прорезей (10). Позициями (11) и (12) обозначены соответственно наружная поверхность внешнего кольца и внутренняя поверхность второго кольца, на которой выполнен один из рядов прорезей корытообразной формы.

На Фиг.3 приведен разрез по А-А центрирующего кольца, на котором отображено только внутреннее кольцо на наружной и внутренней цилиндрических поверхностях которого выполнены прорези корытообразной формы, ограниченные перемычками (13).

Бандажный узел, являющийся наиболее нагруженным в механическом отношении узлом ротора электрической машины, удерживает лобовые части обмотки, закрепленные на вращающемся сердечнике, в радиальном направлении от действия центробежных сил за счет бандажного кольца, а в осевом направлении от действия сил, возникающих в результате теплового расширения обмотки, с помощью центрирующего кольца.

В двухпосадочном исполнении бандажного узла, с закрепленными с обеих сторон бандажными кольцами, наиболее опасны знакопеременные напряжения, которые возникают в процессе эксплуатации электрической машины, от прогиба вала ротора в зоне посадки бандажных колец на сердечник, величина которого достигает максимального значения в срединной части ротора ( _макс). Такие же напряжения возникают и в однопосадочной конструкции бандажного узла от воздействия массы бандажного кольца и подбандажного содержимого при вращении ротора.

Устранить или, по крайней мере, максимально снизить эти знакопеременные напряжения в зоне посадки бандажных колец на сердечник ротора и являются целью изобретения.

Это достигается тем, что центрирующее кольцо выполняется из двух соединенных горячей посадкой наружного и внутреннего колец, в одном из которых выполняются несколько рядов тангенциально расположенных прорезей так, чтобы перемычки между прорезями одного ряда располагались напротив срединной части прорезей другого ряда. В этом случае открывается возможность, с одной стороны, целенаправленно выполнять одно из колец как эластичную вставку в центрирующее кольцо, например, изготовив ее из пружинной стали, а с другой стороны открывается возможность вариантного конструктивного решения бандажных узлов роторов, например, превращение однопосадочного консольного исполнения бандажного узла в двухпосадочное, путем установки вставки - внутреннего эластичного кольца и наоборот.

При этом представляется целесообразным тангенциальные прорези, по крайней мере, одного из верхнего и нижнего рядов прорезей размещать на наружных и внутренних поверхностях одного из колец, предназначенном стать эластичным элементом в центрирующем кольце, а сами прорези выполнены корытообразной формы. Такая конструкция прорезей, наиболее близкая по своей форме листовой рессоре, помимо всего прочего, значительно надежней и проще в изготовлении, чем эластичные элементы в центрирующем кольце в виде прорезей замкнутой формы.

В некоторых случаях оказывается невозможным выполнить эластичные элементы в виде прорезей корытообразной формы, например, по условиям прочности сопрягаемых составных частей, тогда при размещении тангенциальных прорезей во внутреннем кольце, нижний ряд прорезей, выполняется на внутренней поверхности корытообразной формы, а остальные ряды в форме удлиненного эллипса.

Источники информации

1. Титов В.В. и др. Турбогенераторы. Расчет и конструкция. Л.: Энергия, 1959 г., стр.18, рис.1-10 (б) - 895 стр.

2. Авторское свидетельство, на изобретение СССР "Ротор электрической машины", №792491, 01.09.1980 г.