Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: роторы турбогенераторов , в частности асинхронизированных турбогенераторов , Сущность изобретения: петлевая обмотка турбогенератора с жидкостным охлаждением содержит секции из полых проводников, расположенные по окружности ротора и соединенные в катушки . Катушка образована соединением проводников 7, 8, 9, образующих форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточные, а затем в верхний слой, с шагом по высоте пазовой части через один проводник. Нижний конец 21 спирали гидравлически связан с камерой подачи, а верхний конец 24 - с камерой слива охлаждающей жидкости. Обмотка может быть выполнена многофазной, а часть фаз - короткозамкнутыми. 3 з.п. ф-лы, 7 ил. /7 ФигЗ VJ CJ сл ю о ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1735969 А1 (! 9) (11) (я)5 Н 02 К 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

17 4 (л)

Ql

О, (. ) О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4807448/07 (22) 02.04.90 (46) 23.05.92. Бюл. № 19 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения

Харьковско о завода "Электротяжмаш" им. В,И. Ленина (72) В.В. Кузьмин, В.Г. Ракогон и Д.Б. Карпман (53) 621,313.04(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1042133, кл, Н 02 К 1/26, 1981, Авторское свидетельство СССР

¹ 278838, кл. Н 02 К 3/22, 1965. (54) ПЕТЛЕВАЯ ОБМОТКА РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ (57) Использование: роторы турбогенераторов, в частности асинхронизированных турбогенераторов, Сущность изобретения: петлевая обмотка турбогенератора с жидкостным охлаждением содержит секции из полых проводников, расположенные по окружности ротора и соединенные в катушки. Катушка образована соединением проводников 7, 8, 9, образующих форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточные, а затем в верхний слой, с шагом по высоте пазовой части через один проводник, Нижний конец

21 спирали гидравлически связан с камерой подачи, а верхний конец 24 — с камерой слива охлаждающей жидкости. Обмотка может быть выполнена многофазной, а часть фаз — короткозамкнутыми. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1735969

15

30

40

Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к производству роторов асинхронизированных турбогенераторов (АСТГ), называемых также роторами машин двойного питания.

Особенностью конструкции таких машин является применение для ротора многофазной (обычно двух- или трехфазной) обмотки. Повышение мощности АСТГ приводит к необходимости интенсификации охлаждения проводников обмотки ротора, в частности, к применению водяного охлаждения проводников. При этом проблемным вопросом является создание для роторов

АСТГ такой многофазной обмотки, в которой обеспечивается надежность соединения проводников и равномерная раздача воды по параллельным цепям охлаждения.

Известна обмотка ротора электрической машины двойного питания (обмотка ротора АСТГ), состоящая иэ концентрических катушек. Слои этой обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. град„ образуют, по существу, двухфазную обмотку, обеспечивающую работу АСТГ во всех характерных для него режимах; синхронном и асинхронном, Обмотка, ввиду особых качеств обеспечения разгрузки магнитопровода ротора от насыщения, применена для производства АСТГ мощностью 200 МВт (АСТГ-200), Проводники этой обмотки имеют непосредственное газовое (водородное) охлаждение. Что касается применения водяного охлаждения для такой обмотки, то это конструктивно затруднено из-за сложности присоединения и размещения патрубков подачи и слива воды, особенно к верхнему слою обмотки. Это ограничивает возможность применения обмотки с ростом единичной мощности машин.

В части простоты присоединения и размещения упомянутых патрубков подачи и слива воды перспективно применение обмоток с перекрещивающимися лобовыми частями, например, петлевых обмоток, Концы стержней таких обмоток выведены на торец лобовой части и доступны для присоединения патрубков.

Петлевые обмотки могут быть выполнены уложенными в два ряда. Каждая катушка такой обмотки может иметь несколько витков. Для проектирования ротора АСТГ с непосредственнымым жидкостным охлаждением проводников приемлемы катушки с небольшим количеством витков, последовательно соединенных электрически и гидравлически; двумя или тремя. Это связано с тем, что увеличение числа витков, хотя и полезно для снижения величины тока в выводах (токоподводах) и в обмотке возбудителя, но приводит к дроблению сечения проводников и каналов в них, что неблагоприятно для организации жидкостного охлаждения.

Недостатком такой обмотки является сложность исполнения головок, т.е. мест соединения ее стержней в лобовых частях. Даже при выполнении катушек из двух витков в одной из головок обмотки (со стороны, противоположной концам катушки) остается внутреннее соединение проводников, охваченное наружным соединением. Это внутреннее соединение, закрытое наружным, недоступно для ремонта, а наружное технологическй трудновыполнимо из-за препятствия со стороны внутренних стержней. То есть пригонке поверхностей и сжатию концов наружных проводников в головках мешают ранее уложенные стержни второго и третьего проводника катушки, Одновременно возрастает длина головок, а вместе с ней и длина лобовой части обмотки:

Снижение надежности из-за сложности соединений проводников катушек является первым недостатком такой обмотки.

Второй недостаток обмотки проявляется при организации ее жидкостного охлаждения. Действительно, приемлемой системой охлаждения катушек такой обмотки является самонапорная система. Имеется в виду система охлаждения, когда жидкость, обычно вода, заливается свободной струей во вращающуюся корытообразную емкость, в которую выведены концы патрубков подачи жидкости в обмотку, проходит через проводники и под действием центробежных сил сливается наружу на большем радиусе из обмотки, Самонапорная система имеет определенные преимущества по сравнению с другой известной системой жидкостно о охлаждения ротора при принудительной подаче и сливе жидкости с использованием центрального отверстия вала. Эти качества — снижение давления в витках и на уплотнительных элементах, возможность размещения увеличенного количества патрубков подачи и слива жидкости и др., создают определенные преимущества для ее применения в роторах турбогенераторов, Однако применение самонапорной системbl для катушек обмотки недостаточно надежно из-за неравномерности распределения давления жидкости в витках, Это вызвано наличием s этой обмотке чередующегося подъема и опускания стержней на обеих сторонах катушек, вместо требующегося их последовательного подъема.

Снижение надежности при самонапорном жидкостном охлаждении проводников — второй недостаток такой обмотки, 1735969

Этот же недостаток обмотки сохраняется при выполнении ее состоящей из нескольких одинаковых обмоток уложенных больше, чем в два ряда друг над другом. В этом случае внутри каждого двухслойного ряда жидкость вначале может подниматься от нижнего проводника секции к верхнему, но затем при длине гидравлического тракта более одного витка должна опускаться при переходе к началу (нижнему проводнику) смежной секции, Цель изобретения — повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в конструкции петлевой обмотки ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением, состоящей из отдельных секций, расположенных по окружности ротора, упомянутые секции соединены на роторе в катушки с числом витков два или более с образованием формы спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточный, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего, — с камерой слива охлаждающей жидкости, Начало нижнего проводника каждой катушки может быть смещено в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину пазового деления.

Начало хотя бы одной из фаз может быть выполнено с размещением выводных концов и перемычек со стороны, противоположной по сравнению с другими фазами с замыканием этих выводных концов накоротко.

На фиг. 1 показана схема предложенной обмотки; на фиг. 2 — узел на фиг. 1; на фиг. 3 — схема исполнения катушек обмотки; на фиг. 4 и 5 — концевые участки лобовых частей обмотки с противоположных сторон, продольные разрезы; на фиг. 6 — разрез А — А на фиг. 4; на фиг, 7 — разрез Б — Б на фиг. 4.

Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением состоит из отдельных секций 1, расположенных по окружности ротора. В общем случае обмотка ротора выполнена многофазной. Соединение катушек 2 произведено в фазах с выводными концами K), K2; 11, 1г; М, М последовательно с помощью перемычек 36, Перемычки 3 электрически соединяют конец витка очередной катушки в пределах полюсно-фазных зон с началом нижнего витка последующей катушки, Они имеют относительно небольшую длину и жидкостью не охлаждаются.

Секции обмотки соединены на роторе в катушки 2. Число витков в каждой катушке два или более, Витки в катушках выполнены соединением проводников 7 — 10. Соединенные друг с другом проводники образуют форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя 11 в промежуточные слои 12 и 13 и затем в верхний слой 14, Соединение проводников смежных слоев произведено, например пайкой, в местах

15 — 17, При этом место 17 соединения выдвинуто в аксиальном направлении наружу по отношению к месту 15 соединения, Каналы 18 проводников соединены отверстием 19, а их выход на торцы закрыт заглушками 20, Спиральная форма витков катушек имеет шаг по высоте пазовой части через один проводник, т.е, между проводниками остается свободным промежуток h, который соответствует высоте одного изолированного проводника с необходимым количеством прокладок между ними, Нижний конец 21 спирали каждой катушки соединен патрубком п (подача) с камерой 22 подачи охлаждающей жидкости. В камеру жидкость поступает через неподвижный цилиндр 23. Второй конец 24 спирали соединен патрубком с (слив) с камерой

25 слива жидкости. Патрубки п и с могут размещаться с обеих сторон ротора. Соответственно этому камеры 22 и 25 также располагаются с его обеих сторон. Концы катушек, выведенные в камеры подачи и слива жидкости, уплотнены известным способом резиновыми кольцами 26 и 27, установленными в изоляционные втулки 28 и 29.

Аналогично уплотнены концы с от перемычек 4-6, соединены одна с другой относительно короткой вставкой 30.

Начало нижнего проводника каждой катушки может быть выполнено смещенным в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину а/2 пазового давления.

Кроме того, одна из фаз обмотки может быть выполнена с размещением выводных концов М> и М со стороны, противоположной выводам других фаз, В частности, эта фаза может быть короткозамкнутой и не иметь выводов (токоподводов), соединенных с возбудителем, Замыкание накоротко фазы производится перемиычкой 31, объединяющей ее концы М> и М2, Короткозамкнутая фаза используется при работе машины в асинхронном режиме.

Предлагаемая конструкция реализуется при следующем способе сборки. Вначале укладывают выводные проводники (токоподводы) К>, Кг, L), Lz и перемычку 31 между

1735969

20

55 точками М1 и Mz. Соединяют их со стержнями фаз в местах 32. Токоподводы и перемычка 31 могут быть выполнены достаточно большого сечения и не иметь непосредственного жидкостного охлаждения.

После этого производят сборку нижнего слоя 11 обмотки с патрубками и подачи охлаждающей жидкости. К проводникам нижнего слоя до укладки их в ротор присоединены (припаяны) перемычки 3, На нижний слой сверху укладывают последующий слой 12 обмотки, Производят соединение расположенных один над другим концов проводников 15 со стороны, противоположной патрубкам и и с катушек, После этого укладывают третий слой и соединяют его в местах 16 с вторым. Верхний слой укладывают последним. Соединяют (паяют) стержни верхнего и предыдущего слоя в местах 17.

В результате на роторе образуются катушки 2, имеющие вид спирали с возрастающим радиусом размещения проводников от ее начала к концу. Опущенный на участке

33 на меньший радиус конец с катушек обеспечивает снижение давления между камерой подачи и камерой слива жидкости до требуемого уровня.

Катушки электрически соединяют друг с другом путем припайки перемычек 3 к верхнему витку. Эти перемычки предварительно соединены с соответствующими проводниками нижнего слоя. Соединяют перемычками 4 — 6 полюсно-фазные зоны обмотки.

Таким образом, в предложенном устройстве благодаря выполнению катушек в форме спирали с шагом по высоте пазовой части через один проводник упрощена конструкция соединений этих проводников в лобовых частях обмотки. Эти соединения, размещенные в местах 15 — 17, доступны для осмотра и ремонта. Например, можно запаять отдельное соединение в местах 15 и 17 (при случайном нарушении его герметичности во время эксплуатации машины) без вымотки проводников или запаять соединение

16 при снятии с ротора только одного верхнего проводника с отводом с, Последовательное повышение радиуса размещения проводников катушек от начала к концу спирали обеспечивает повышение надежности при применении самонапорной системы жидкостного охлаждения обмотки.

Упрощение конструкции соединений проводников в лобовых частях и повышение надежности их жидкостного охлаждения обеспечивает достижение поставленной цели.

Кроме того, благодаря смещению начала нижнего проводника каждой катушки в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на угол, равный половине пазового деления а/2, улучшена технологичность сборки конструкции. В частности, облегчена установка приспособления для сжатия проводников в местах 16 при пайке, так как этой установке не препятствуют смещенные участки 21 проводников нижнего слоя 11.

Дополнительно упрощение конструкции связано с размещением выводных концов М1 и Mz и перемычек 6 одной фазы со стороны, противоположной по сравнению с другими фазами. Этим облегчено размещение в лобовых частях обмотки уменьшенного с одной стороны ротора (на одну) количества перемычек 4 и 5 и одновременно обеспечено образование свободных зон для размещения патрубков с слива жидкостного охлаждения этих перемычек, Жидкостное охлаждение перемычек 4 — 6 позволяет уменьшить их сечение до размеров проводника катушек обмотки и благодаря этому компактно их разместить и закрепить на роторе, B синхронном режиме АСТГ по короткозамкнутой фазе ток не протекает и она в работе машины не участвует. При переходе в асинхронный режим в замкнутой накоротко фазе наводится ток и эта фаза дополняет магнитодвижущую силу двух других фаз.

Предлагаемое устройство предназначено для внедрения при проектировании двухполюсного асинхронизированного турбогенератора мощностью 800 МВт (АСТГ800).

Формула изобретения

1. Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением, содержащая секции из полых проводников, расположенные по окружности ротора, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, упомянутые секции соединены в катушки с числом витков два или более с образованием формы спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточные, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего — с камерой слива охлаждающей жидкости.

2, Обмотка по и, 1, отл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью упрощения изготовления, начало нижнего проводника каждой секции выполнено со смещением в тангенциальном направлении относительно вышележащих

1735969

10 . проводников на половину пазового деления, 3, Обмотка поп,1, отл ич а ю щаяся тем, что она выполнена многофазной, а по меньшей мере одна из фаз — короткозамкнутой, 4. Обмотка ротора турбогенератора поп,З,отличающаяся тем,что выводные концы и перемычки короткозамкнутых фаз выполнены со стороны, проти5 воположной по сравнению с другими фазами.

1735969

13

1735969

А-А

Составитель В.Кузьмин

Редактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Корректор С,Шевкун

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1822 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5