PT2132859E - Rotor de uma máquina elétrica - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "ROTOR DE UMA MÁQUINA ELÉTRICA"

CAMPO TÉCNICO A presente invenção refere-se ao domínio das máquinas elétricas. Mais particularmente refere-se a um rotor de uma máquina elétrica, particularmente de um hidrogerador, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

ESTADO DA TÉCNICA

Devido aos requisitos da economia de mercado modificados relativamente aos mercados da eletricidade e às tecnologias melhoradas no domínio da eletrónica de potência o tema de sistemas de acionamentos com um número de rotações variável para a produção de energia tem vindo a adquirir um maior significado. Para este efeito particularmente no caso de potências acima de 60 MVA são utilizadas máquinas assíncronas de alimentação dupla. O estator deste tipo de máquinas não difere das máquinas síncronas de polos salientes utilizáveis para esta aplicação. As máquinas deste tipo são caracterizadas por tanto no estator como no rotor serem equipadas com um enrolamento trifásico. Habitualmente neste caso as cabeças de enrolamento do enrolamento de rotor estão dispostas numa superfície cilíndrica (ver por ex. DE-A1-195 13 457).

Devido à força centrífuga as barras de enrolamento em funcionamento têm a tendência de se movimentar radialmente para o exterior a partir do centro. A dificuldade no caso da referida forma de realização das cabeças de enrolamento 2 consiste em proteger suficientemente as barras de enrolamento contra deformação por atuação de forças mecânicas. Para este efeito em termos gerais estão disponíveis três soluções:

No caso de máquinas mais pequenas a cabeça de enrolamento na sua totalidade é enrolada com várias camadas de fio de aço. No caso de diâmetros maiores por motivos da técnica de produção isto não é sensato. . No caso de máquinas com diâmetros maiores de 2 metros as cabeças de enrolamento ou através de pinos radiais ou através de barras roscadas com um elemento de fixação são fixadas no prolongamento axial da culatra de rotor, conforme descrito no documento acima referido, ou; . a cabeça de enrolamento na sua totalidade é envolvida por um cilindro de aço encolhido, conforme é conhecido no caso das máquinas síncronas de polos lisos. 0 documento acima referido concentra-se sobretudo na descrição da construção geral com o sistema de suporte da cabeça de enrolamento associado. Os pinos utilizados neste caso servem para o suporte axial das cabeças de enrolamento de rotor e são ancorados na culatra de rotor axialmente elevada (ver Fig. 4 e 5 do documento com os pinos 37) . Os pinos são barras roscadas, que por um lado são aparafusados na culatra de rotor (36) e por outro lado no lado do entreferro por meio dos elementos individuais retangulares e porcas recebem as forças centrífugas emergentes. A desvantagem do sistema descrito reside no grande número de componentes individuais e no risco inerente da destruição da máquina em caso de perda de um pino ou de uma porca. 3 0 desenvolvimento descrito em seguida descreve mais detalhadamente os pinos utilizados e particularmente a respetiva fixação segura. A GB 14 680 e a EP 0 736 953 divulgam um rotor de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção tem por objetivo, desenvolver o rotor acima referido, de modo a evitar a desvantagens da solução conhecida e particularmente a gerar uma fixação segura dos pinos radiais. O referido objetivo é alcançado através da totalidade das caracteristicas da reivindicação 1. No caso da presente invenção é essencial, que os pinos radiais apresentem cabeças fixamente ligadas à haste. Assim por um lado é drasticamente reduzido o número dos componentes utilizados. Por outro lado é afastado o perigo, de se soltarem porcas ou arruelas exteriores e danifiquem ou destruam totalmente a máquina.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção as cabeças dos pinos radiais estão ligadas por material à haste, preferencialmente forjadas ou soldadas. Assim é particularmente facilitada a utilização de cabeças especificamente moldadas. dos pinos radiais

Para reduzir a resistência ao ar do rotor em rotação, neste caso é vantajoso, que as cabeças dos pinos radiais apresentem uma forma aerodinamicamente conveniente, em que particularmente as cabeças dos pinos radiais são 4 arredondadas na parte superior e para apertar os pinos em lados opostos apresentam dois flancos direitos.

De acordo com a presente invenção vários pinos radiais dispostos uns atrás dos outros na direção axial respetivamente pressionam uma barra de fixação comum, que se estende na direção axial, do exterior contra a cabeça de enrolamento. Assim é alcançada uma distribuição de pressão homogénea dos pinos apertados sobre a cabeça de enrolamento, sem que por arruelas separadas tenha de ser significativamente aumentado o número de elementos utilizados. Para igualmente neste caso manter uma resistência ao ar reduzida, as barras de fixação para o melhoramento da aerodinâmica apresentam arestas longitudinais arredondadas.

Uma outra forma de realização da presente invenção é caracterizada por para a fixação dos pinos na periferia exterior de um prolongamento axial que se encontra no interior da cabeça de enrolamento da culatra de rotor estarem previstos entalhes em forma de martelo, nos quais são introduzidas contrabarras com orifícios roscados dispostos na direção axial para aparafusar os pinos radiais, sendo que particularmente os pinos radiais associados a uma barra de fixação respetivamente são aparafusados numa contrabarra comum. Assim não é apenas facilitada a montagem, mas é igualmente mantido reduzido o número de componentes.

Além disso preferencialmente estão previstos meios para a proteção dos pinos radiais contra uma rotação, sendo que particularmente os pinos radiais respetivamente na extremidade interior apresentam um recesso com uma 5 superfície de encosto retangular, e, os pinos radiais através de barras de segurança dispostas nas superfícies de encosto, axialmente introduzidas nos entalhes, são protegidos contra uma rotação.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Em seguida a presente invenção é mais detalhadamente explicada com base em exemplos de realização com referência às figuras. Em que:

Fig. 1 apresenta na direção radial vista do exterior a cabeça de enrolamento com um dispositivo de retenção de acordo com um exemplo de realização preferido da presente invenção;

Fig. 2 apresenta um recorte ampliado da Fig. 1 com as cabeças aerodinamicamente moldadas dos pinos radiais;

Fig. 3 apresenta uma vista de cima da cabeça de enrolamento da Fig. 3;

Fig. 4 apresenta um recorte ampliado da Fig. 3 com os elementos de fixação e de segurança para os pinos radiais, e;

Fig. 5 apresenta em duas figuras parciais 5 (a) e 5 (b) duas vistas distintas de um pino radial conforme é utilizado no dispositivo de retenção de acordo com a Fig. 1. 6

FORMAS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO A solução apresentada baseia-se na ideia de reduzir o número de componentes individuais do dispositivo de retenção de cabeça de enrolamento e simultaneamente proteger mecanicamente todos os componentes contra uma liberação por vibrações. Assim é alcançado um aumento significativo da segurança do sistema.

Na Fig. 1 na direção radial visto do exterior é apresentado um recorte de um rotor 10 de um hidrogerador/motor de grande dimensão com uma cabeça de enrolamento 11, que está equipado com um dispositivo de retenção de acordo com um exemplo de realização preferido da presente invenção. A construção básica do rotor 10 pode ser retirada do documento inicialmente citado. O rotor 10 apresenta uma culatra de rotor cilíndrica 12 com ranhuras de enrolamento 13 axiais dispostas na periferia exterior. Nas ranhuras de enrolamento 13 (respetivamente em pares sobrepostos) são introduzidas barras de enrolamento 14, 15 do enrolamento de rotor. As extremidades de rotor 16, 17 que saem axialmente da culatra de rotor 12 são acotoveladas e de acordo com um esquema de enrolamento ou de fases predeterminado estão eletricamente ligadas umas às outras nas extremidades por meio de ilhós circulares 18. As extremidades de enrolamento 16, 17 são componentes da cabeça de enrolamento 11.

No interior da cabeça de enrolamento 11 na direção axial estende-se um prolongamento axial (cilíndrico) 21 da culatra de rotor 12, que na parte frontal termina com uma placa de prensagem 29, na qual se apoia uma pluralidade de pinos de fixação axiais 30, que mantêm unido o pacote de lâminas da culatra de rotor 12 na direção axial. Na 7 periferia exterior do prolongamento 21 na direção axial estão dispostas várias coroas de roda 34 umas atrás das outras, nas quais ao longo da periferia estão previstos entalhes 19 homogeneamente distribuídos, que servem para a fixação do dispositivo de retenção de acordo com a presente invenção para a cabeça de enrolamento 11. 0 dispositivo de retenção compreende uma pluralidade de pinos radiais 24.

Conforme é evidente na Fig. 2 e 5, são utilizados pinos radiais 24, que apresentam cabeças 25 fixamente ligadas à haste 31. A ligação fixa das cabeças 25 com os pinos 24 preferencialmente é realizada por material, por exemplo por forja ou solda. Assim são particularmente utilizados pinos 24 com cabeças 25 forjadas ou fixamente soldadas. As cabeças 25 apresentam dois flancos direitos 26, 27 opostos, que servem para apertar os pinos 24 com uma chave de forqueta ou similar. Além disso em vez de arruelas retangulares são utilizadas barras de fixação 23 que se estendem na direção axial, as quais distribuem homogeneamente as forças de retenção dos pinos 24 pelo enrolamento ou a cabeça de enrolamento 11.

Tanto as cabeças de parafuso 25 como igualmente as barras de fixação 23 são caracterizados por uma forma aerodinâmica (cabeças redondas 25 e cantos arredondados das barras de fixação 23) , o que conduz a uma redução das perdas por fricção durante o funcionamento.

Os pinos radiais 24 estendem-se na direção radial através da cabeça de enrolamento 11 e são alojados nos entalhes 19 em forma de martelo na culatra de rotor (21) axialmente alargada. Os pinos 24 são retidos por meio de uma contrabarra 20 provida de orifícios roscados.

Correspondentemente à barra de fixação 23 no lado frontal a contrabarra 20 estende-se através do comprimento do prolongamento da culatra de rotor. Cada pino 24 pode ser individualmente aparafusado e ser colocado sob a tensão necessária. Entre a cabeça de enrolamento 11 e o prolongamento 21 da culatra de rotor 12 adicionalmente estão dispostos corpos distanciadores 22, atravessados pelos pinos 24.

Conforme é evidente na Fig. 5, os pinos habitualmente redondos 24 na respetiva extremidade livre apresentam um recesso 32 com uma superfície de encosto 33 retangular. Isto tem a seguinte razão: os pinos 24 são colocados sob a tensão necessária através de ferramentas adequadas, de modo que na posição final os flancos direitos 26, 27 das cabeças de parafuso 25 estão dispostos na perpendicular relativamente ao eixo longitudinal da máquina; conforme apresentado na Fig. 1 e 2. Nesta posição a superfície de encosto 33 retangular das extremidades dos pinos 24 estende-se em paralelo relativamente aos flancos dos entalhes 19 em forma de martelo. Assim que tenham sido dispostos todos os pinos 24 numa linha (barra de fixação 23) , pode ser introduzida uma barra de segurança 28 (Fig. 4) no entalhe excedentário. Neste caso a barra de segurança 28 é dimensionada, de modo que os pinos 24 já não podem ser rodados. Este principio de modo simples permite a proteção de diversos componentes do dispositivo de retenção contra uma liberação imprevista dos componentes aparafusados. Além disso é igualmente possível, do mesmo modo, proteger os pinos 24 de ambos os lados com uma barra introduzida, quando as extremidades dos pinos correspondentemente são providas de duas superfícies de encosto paralelas. Finalmente uma outra possibilidade seria prover os pinos 24 9 de ranhuras, através das quais para a proteção pudesse ser introduzido fio metálico.

LISTA DE REFERÊNCIAS 10 Rotor 11 Cabeça de enrolamento 12 Culatra de rotor 13 Ranhura de enrolamento 14, 15 Barra de enrolamento 16, 17 Extremidade de enrolamento (acotovelada) 18 Ilhós circular 19 Entalhe 20 Contrabarra 21 Prolongamento (culatra de rotor) 22 Corpo distanciador 23 Barra de fixação 24 Pino 25 Cabeça (pino) 26, 27 Flanco 28 Barra de segurança 29 Placa de prensagem 30 Pino de fixação 31 Haste 32 Recesso 33 Superfície de encosto 34 Coroa de roda

Lisboa, 24 de Maio de 2013

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um rotor (10) de uma máquina elétrica, particularmente de um hidrogerador, sendo que o rotor (10) compreende uma culatra de rotor (12) com ranhuras de enrolamento axiais (13) dispostas de forma distribuída na periferia exterior, nas quais são introduzidas barras de enrolamento (14, 15) do enrolamento de rotor, cujas extremidades de rotor (16, 17) que saem axialmente da culatra de rotor (12) formam uma cabeça de enrolamento (11), a qual por meio de um dispositivo de retenção (19, ..., 28) compreendendo uma pluralidade de pinos radiais (24) é retida contra as forças centrífugas emergentes, em que os pinos radiais (24) apresentam cabeças (25) fixamente ligadas à haste (31), caracterizado por vários pinos radiais (24) dispostos uns atrás dos outros na direção axial respetivamente pressionarem uma barra de segurança (23) comum, que se estende na direção axial, do exterior contra a cabeça de enrolamento (11).

2. Um rotor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as cabeças (25) dos pinos radiais (24) estarem ligadas por material com a haste (31).

3. Um rotor de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as cabeças (25) dos pinos radiais (24) estarem soldadas com a haste (31).

4. Um rotor de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por as cabeças (25) dos pinos radiais (24) apresentarem uma forma aerodinamicamente conveniente. 2

5. Um rotor de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as cabeças (25) dos pinos radiais (24) serem arredondadas na parte superior e para apertar os pinos (24) em lados opostos apresentarem dois flancos direitos (26, 21) .

6. Um rotor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as barras de fixação (23) para o melhoramento da aerodinâmica apresentarem arestas longitudinais arredondadas.

7. Um rotor de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por para a fixação dos pinos (24) na periferia exterior de um prolongamento axial (21) que se encontra no interior da cabeça de enrolamento (11) da culatra de rotor (12) estarem previstos entalhes (19) em forma de martelo, nos quais são introduzidas contrabarras (20) com orifícios roscados dispostos na direção axial para aparafusar os pinos radiais (24).

8. Um rotor de acordo com a reivindicação 1 e 7, caracterizado por os pinos radiais (24) respetivamente associados a uma barra de fixação (23) serem aparafusados numa contrabarra (20) comum.

9. Um rotor de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por estarem previstos meios (28, 32, 33) para a proteção dos pinos radiais (24) contra uma rotação.

10. Um rotor de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os pinos radiais (24) respetivamente na extremidade interior apresentarem um recesso (32) com uma superfície de encosto retangular (33), e, por os pinos 3 radiais (24) através de barras de segurança (: nas superficies de encosto (33), axialmente nos entalhes (19), serem protegidos contra uma Lisboa, 24 de Maio de 2013 8) dispostas introduzidas rotação.