BRPI0809530B1

BRPI0809530B1 - rotor para uma máquina elétrica

Info

Publication number: BRPI0809530B1
Application number: BRPI0809530A
Authority: BR
Inventors: Schwery Alexander; Schwanda Josef; Schmid Matthias; Binder Susanne
Original assignee: Alstom Hydro France; Alstom Renewable Technologies; Alstom Technology Ltd; Ge Renewable Tech
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2019-02-05
Also published as: US20100079030A1; EP2132859B1; KR20090126279A; SI2132859T1; CN101689783A; EP2132859A1; WO2008119661A1; RU2479094C2; US8049393B2; CA2681973A1; PT2132859E; BRPI0809530A2; RU2009140087A; ES2409212T3; KR101501558B1; CN101689783B; CA2681973C

Abstract

rotor para uma máquina elétrica a presente invenção refere-se a um rotor (10) para uma máquina elétrica, em particular, de um hidrogerador, cujo rotor (10) compreende uma culatra do rotor (12) com ranhuras de enrolamento (13) axiais, dispostas de forma distribuída na circunferência externa, nas quais estão colocadas barras de enrolamento (14, 15) do enrolamento do rotor, cujas extremidades de enrolamento (16, 17) que saem axialmente da culatra do rotor(12) formam uma cabeça de enrolamento ( 11 ), que por meio de um dispositivo de retenção (19, ... , 28) que abrange uma infinidade de pinos radiais (24) é retida contra as forças centrífugas que surgem, caracterizado pelo fato de que, os pinos radiais (24) apresentam cabeças (25) ligadas fixamente com a haste (31 ).

Description

ROTOR PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA

Descrição

Campo técnico [001] A presente invenção refere-se à área de máquinas elétricas. Ela refere-se a um rotor para uma máquina elétrica, em particular, de um hidrogerador, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

Estado da técnica [002] Devido às condições econômicas de mercado modificadas nos mercados de eletricidade abertos e às tecnologias aperfeiçoadas na área da eletrônica de potência, o tema de acionamentos com número de rotações variáveis para a produção de energia ganhou significado. Para este propósito, em particular, no caso de potências acima de 60 MVA são empregadas, de preferência, máquinas assíncronas de alimentação dupla.

[003] O estator deste tipo de máquina não se distingue das máquinas síncronas com pólo de abas usuais para esta aplicação. Máquinas deste tipo se caracterizam, pelo fato de que, tanto no estator, como também, no rotor elas são equipadas com um enrolamento trifásico. Neste caso, normalmente as cabeças de enrolamento do enrolamento do rotor estão dispostas em uma superfície cilíndrica (veja, por exemplo, a patente DEA1-195 13 457).

[004] Devido à força centrífuga, as barras de enrolamento em operação possuem a tendência de se mover radialmente para fora para longe do centro. A dificuldade no caso da execução de cabeças de enrolamento mencionada reside no fato de proteger suficientemente as barras do enrolamento contra deformação através de forças mecânicas. Para isto, em geral estão disponíveis três soluções:

[005] no caso de máquinas menores, toda a cabeça de enrolamento é enrolada com várias camadas de fio de aço. No caso de diâmePetição 870180141158, de 15/10/2018, pág. 11/21

2/8 tros maiores, isto não faz sentido, por motivos técnicos de fabricação.

[006] No caso de máquinas com diâmetros maiores que 2 metros, as cabeças de enrolamento são fixadas, ou através de pinos radiais ou hastes roscadas, com uma retenção no prolongamento axial da culatra do rotor, como está descrito na publicação mencionada acima, ou [007] toda a cabeça de enrolamento é envolvida por um cilindro de aço encolhido, como é conhecido em máquinas síncronas com pólo completo.

[008] A publicação mencionada acima se concentra, sobretudo, na descrição de toda construção com o sistema de apoio da cabeça de enrolamento coordenado. Os pinos usados neste caso servem para o apoio radial das cabeças de enrolamento do rotor, e são ancorados na culatra do rotor levantada axialmente (veja as figuras 4 e 5 da publicação com os pinos 37). Os pinos são hastes roscadas que, por um lado, são aparafusadas na culatra do rotor (36) e, por outro lado, absorvem as forças centrífugas que incidem no lado do entreferro, por meio de elementos individuais retangulares e porcas. A desvantagem do sistema descrito está no grande número de particularidades e no risco de destruição da máquina, ligado com isto, no caso de perda de um pino ou de uma porca.

[009] O desenvolvimento descrito a seguir entra em mais detalhes sobre os pinos usados e, em particular, sua fixação segura.

Apresentação da invenção [0010] A tarefa da invenção é aperfeiçoar o rotor mencionado no início, de tal modo que, as desvantagens da solução conhecida sejam evitadas e resulte uma fixação, em particular, segura, dos pinos radiais.

[0011] A tarefa é solucionada através da totalidade das características da reivindicação 1. É importante para a invenção o fato de que, os pinos radiais apresentem cabeças ligadas fixamente com a haste. Neste

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3/8 caso, por um lado, é drasticamente reduzido o número de componentes empregados. Por outro lado, é afastado o perigo de que as porcas ou as arruelas situadas externamente se soltem e possam danificar a máquina ou destruí-la totalmente.

[0012] De acordo com uma execução da invenção, as cabeças dos pinos radiais estão ligadas com a haste, com fecho devido ao material, de preferência, forjadas ou soldadas. Com isto, em particular, o emprego de cabeças moldadas de modo especial é facilitado.

[0013] A fim de reduzir a resistência ao ar do rotor rotativo é vantajoso, neste caso, se, as cabeças dos pinos radiais apresentarem uma forma aerodinâmica favorável, sendo que, em particular, as cabeças dos pinos radiais são arredondadas no lado superior, e para o aperto dos pinos apresentam dois flancos retos nos lados que ficam opostos.

[0014] Uma outra execução da invenção é caracterizada pelo fato de que, vários pinos radiais dispostos um após outro na direção axial pressionam, por fora contra a cabeça de enrolamento, respectivamente, uma régua de retenção comum, que passa na direção axial. Deste modo, é obtida uma distribuição de pressão uniforme dos pinos apertados sobre a cabeça de enrolamento sem que, através de arruelas separadas, o número dos elementos empregados tenha que ser aumentado essencialmente. A fim de, também neste caso, manter a resistência ao ar reduzida, para o aperfeiçoamento da aerodinâmica, as réguas de retenção apresentam cantos longitudinais arredondados.

[0015] Uma outra execução da invenção se caracteriza pelo fato de que, para a fixação dos pinos na circunferência externa de um prolongamento axial da culatra do rotor, que se encontra dentro da cabeça de enrolamento, estão previstos recessos em forma de martelo, nos quais estão inseridas contrarréguas providas de furos com rosca na direção axial, para o

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4/8 aparafusamento dos pinos radiais, sendo que, em particular, os pinos radiais pertencentes, respectivamente, a uma régua de retenção são aparafusados em uma contrarrégua comum. Com isto, não somente a montagem é simplificada, mas também o número de componentes é mantido reduzido.

[0016] De preferência, além disso, estão previstos meios para a segurança dos pinos radiais contra uma torção, sendo que, em particular, os pinos radiais apresentam, respectivamente, na extremidade interna, uma abertura com uma superfície de contato retangular, e os pinos radiais estão seguros contra uma torção por meio de réguas de segurança adjacentes às superfícies de contato, inseridas axialmente nos recessos.

Breve Esclarecimento das Figuras [0017] A seguir a invenção deverá ser esclarecida em detalhes, com auxílio de exemplos de execução no contexto com o desenho. São mostradas:

[0018] Figura 1 - na direção radial, vista de fora, a cabeça de enrolamento com um dispositivo de retenção de acordo com um exemplo de execução preferido da invenção;

[0019] Figura 2 - um recorte ampliado da figura 1 com as cabeças dos pinos radiais moldadas de modo aerodinâmico;

[0020] Figura 3 - uma vista de cima sobre a cabeça de enrolamento da figura 1;

[0021] Figura 4 - um recorte ampliado da figura 3, com os elementos de fixação e de segurança para os pinos radiais; e [0022] Figura 5 - em duas figuras parciais 5(a) e 5(b) duas vistas distintas de um pino radial, como o que é empregado no dispositivo de retenção da figura 1.

Meios para a execução da invenção [0023] A solução proposta se baseia na idéia de reduzir o nú

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5/8 mero de componentes do dispositivo de retenção da cabeça de enrolamento e, ao mesmo tempo, fixar mecanicamente todas as partes contra uma soltura devido às vibrações. Com isto é alcançado um considerável aumento da segurança do sistema.

[0024] Na figura 1, visto na direção radial por fora, está representado um recorte de um rotor 10 de um grande hidrogerador/ motor com uma cabeça de enrolamento 11, que está equipado com um dispositivo de retenção de acordo com um exemplo de execução preferido da invenção. A montagem básica do rotor 10 pode ser retirada da publicação citada no início. O rotor 10 possui uma culatra do rotor 12 cilíndrica com ranhuras de enrolamento 13 axiais dispostas de modo distribuído na circunferência externa. Nas ranhuras de enrolamento 13 estão colocadas barras de enrolamento 14, 15 (respectivamente, sobrepostas aos pares) do enrolamento do rotor. As extremidades de enrolamento 16, 17 que saem axialmente da culatra do rotor 12 são dobradas e ligadas eletricamente entre si, de acordo com um esquema especificado de enrolamento e de fases nas extremidades, por meio de olhais circulares 18. As extremidades de enrolamento 16, 17 são parte da cabeça de enrolamento 11.

[0025] Dentro da cabeça de enrolamento 11 se estende, na direção axial, um prolongamento 21 (cilíndrico) axial da culatra do rotor 12, que no lado frontal é fechado por meio de uma placa de compressão 29, na qual se apóia uma multiplicidade de pinos de aperto 30 axiais que une o pacote de chapas da culatra do rotor 12 na direção axial. Na circunferência externa do prolongamento 21, na direção axial, estão dispostas várias coroas da roda 34, uma após a outra, nas quais estão previstos recessos 19 em forma de martelo, distribuídos uniformemente ao longo da circunferência, os quais servem para a fixação do dispositivo de retenção de acordo com a invenção, para a cabeça de enrolamento 11.0 dispositivo de retenção

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6/8 abrange uma multiplicidade de pinos radiais 24.

[0026] Como é visível das figuras 2 e 5, são usados pinos radiais 24, que apresentam cabeças 25 ligadas fixamente com a haste 31. A ligação fixa das cabeças 25 com os pinos 24 ocorre, de preferência, com fecho devido ao material, por exemplo, através de forjamento ou soldagem. Assim, são empregados, em particular, pinos 24 com cabeças 25 forjadas ou soldadas fixamente. As cabeças 25 apresentam dois flancos retos 26, 27 nos lados que ficam opostos, para o aperto dos pinos 24 com uma chave de forqueta ou similar. Além disso, ao invés de arruelas retangulares são empregadas réguas de retenção 23 que passam axialmente, que distribuem as forças de retenção dos pinos 24 de modo uniforme para o enrolamento ou para a cabeça de enrolamento 11.

[0027] Além disso, as cabeças dos parafusos 25, como também, as réguas de retenção 23 se caracterizam por sua forma aerodinâmica (cabeças 25 redondas e cantos arredondados das réguas de retenção 23) o que leva a uma redução das perdas por atrito durante a operação.

[0028] Os pinos 24 radiais passam na direção radial, através da cabeça de enrolamento 11, e são recebidos nos recessos 19 em forma de martelo na culatra do rotor (21) prolongada axialmente. Os pinos 24 são retidos por meio de uma contrarrégua 20 deslocada com furos roscados. De modo correspondente à régua de retenção 23, a contrarrégua 20 passa no lado dianteiro, ao longo do prolongamento da culatra do rotor. Com isto, cada pino 24 pode ser aparafusado individualmente e levado à tensão necessária. Entre a cabeça de enrolamento 11 e o prolongamento 21 da culatra do rotor 12 ainda estão dispostos adicionalmente corpos de distanciamento 22 através dos quais os pinos passam.

[0029] Como é visível da figura 5, os pinos 24, do contrário arredondados, possuem uma abertura 32 na extremidade livre, com uma su

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7/8 perfície de contato 33 retangular. Isto tem o seguinte motivo: os pinos 24 são apertados para a tensão necessária por meio de ferramentas apropriadas, de tal modo que, na posição final os flancos retos 26, 27 das cabeças de parafusos 25 estão situados transversais ao eixo longitudinal da máquina; como está representado nas figuras 1 e 2. Nesta posição a superfície de contato 33 retangular das extremidades dos pinos 24 passa paralela aos flancos dos recessos 19 em forma de martelo. Tão logo todos os pinos 24 de uma fileira (régua de retenção 23) tenham sido colocados, então, pode ser colocada uma régua de segurança 28 (figura 4) no recesso que ficou. Neste caso, a régua de segurança 28 é dimensionada, de tal modo que, os pinos 24 não podem ser mais girados. Este princípio permite, de modo simples, a segurança de todas as partes do dispositivo de retenção contra afrouxamento imprevisto das partes aparafusadas. Além disso, deste mesmo modo também é possível fixar os pinos 24 em ambos os lados com uma régua inserida se, de modo correspondente, as extremidades dos pinos estiverem providas de duas superfícies de contato paralelas. Finalmente, uma outra possibilidade da segurança consistiría em prover os pinos 24 com ranhuras atrás, através das quais, para a segurança pode ser introduzido um fio de metal.

Lista de Números de Referência rotor cabeça de enrolamento culatra do rotor ranhura de enrolamento

14,15 barra de enrolamento

16,17 extremidade de enrolamento (dobrada) olhai circular recesso

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8/8 contrarrégua prolongamento (culatra do rotor) corpo de distanciamento régua de retenção pino cabeça (pino)

26,27 flanco régua de segurança placa de compressão pino de aperto haste abertura superfície de contato coroa da roda

Claims

Reivindicações

1. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA, em particular, de um hidrogerador, cujo rotor (10) compreende uma culatra do rotor (12) com ranhuras de enrolamento (13) axiais, dispostas de forma distribuída na circunferência externa, nas quais estão colocadas barras de enrolamento (14, 15) do enrolamento do rotor, cujas extremidades de enrolamento (16, 17) que saem axialmente da culatra do rotor (12) formam uma cabeça de enrolamento (11), que por meio de um dispositivo de retenção (19, ..., 28) que abrange uma infinidade de pinos radiais (24) é retida contra as forças centrífugas que surgem, em que os pinos radiais (24) apresentam cabeças (25) ligadas fixamente com a haste (31), o rotor (10) sendo caracterizado pelo fato de que vários pinos (24) radiais dispostos um após outro na direção axial pressionam, por fora contra a cabeça de enrolamento (11), respectivamente, uma régua de retenção (23) comum, que passa na direção axial.
2. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as cabeças (25) dos pinos radiais (24) estão ligadas com a haste (31) com fecho devido ao material.
3. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as cabeças (25) dos pinos radiais (24) são soldadas com a haste (31).
4. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as cabeças (25) dos pinos radiais (24) apresentam uma forma aerodinâmica favorável.
5. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as cabeças

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2/2 (25) dos pinos radiais (24) são arredondadas no lado superior, e para o aperto dos pinos (24) apresentam dois flancos retos (26, 27) nos lados que ficam opostos.
6. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as réguas de retenção (23) apresentam cantos longitudinais arredondados para o aperfeiçoamento da aerodinâmica.
7. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, para a fixação dos pinos (24) na circunferência externa de um prolongamento (21) axial da culatra do rotor (12), que se encontra dentro da cabeça de enrolamento (11), estão previstos recessos (19) em forma de martelo, nos quais estão inseridas contrarréguas (20) providas de furos com rosca na direção axial, para o aparafusamento dos pinos (24) radiais.
8. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 7, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) radiais pertencentes, respectivamente, a uma régua de retenção (23) são aparafusados em uma contrarrégua (20) comum.
9. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, caracterizado pelo fato de que estão previstos meios (28, 32, 33) para a segurança dos pinos (24) radiais contra uma torção.
10. ROTOR (10) PARA UMA MÁQUINA ELÉTRICA de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os pinos (24) radiais apresentam, respectivamente, na extremidade interna, uma abertura (32) com uma superfície de contato (33) retangular, e pelo fato de que, os pinos (24) radiais estão seguros contra uma torção por meio de réguas de segurança (28) adjacentes às superfícies de contato (33), inseridas axialmente nos recessos (19).