RU2054781C1

RU2054781C1 - Rotor of nonsalient-pole electrical machine

Info

Publication number: RU2054781C1
Authority: RU
Inventors: Виталий Сергеевич Максимов
Original assignee: Виталий Сергеевич Максимов
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: electrical machines. SUBSTANCE: flat cooler is installed in each slot between conductors and accommodates in its body tubular components arranged one on top of other with ducts passing cooling water in opposing directions. EFFECT: improved cooling conditions. 3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам переменного тока и, в частности, к роторам синхронных машин неявнополюсной конструкции высокооборотных турбогенераторов и двигателей, а также в роторах асинхронных и асинхронизированных электрических машин. The invention relates to electric machines of alternating current and, in particular, to the rotors of synchronous machines of the implicit pole design of high-speed turbogenerators and motors, as well as in the rotors of asynchronous and asynchronized electric machines.

Известна конструкция ротора синхронного турбогенератора, содержащая вал с подшипниковыми шейками, магнитопровод, выполненный за одно целое с валом и состоящий из ярма и зубцовой зоны, в пазы которой уложена концентричная обмотка возбуждения из изолированных проводников в собственной и корпусной изоляции, которые закреплены в радиальных пазах немагнитными клиньями, например с высокой электропроводностью (дюралюминиевые или медные, или бронзовые), которые замыкаются по концам бочки ротора внутренней поверхностью бандажных колец, покрытых низкоомной серебряной полудой, причем клинья радиальных пазов ротора по всей длине контактируют электрически с массивом бочки ротора и используются в специальных пазах больших зубцов как стержни демпферной обмотки. Обмотка возбуждения выполнена из полых проводников, в отверстиях которых циркулирует охлаждающая жидкость. Лобовые части катушек обмотки возбуждения удерживаются бандажными кольцами, представляющими собой цилиндры из высокопрочного немагнитного материала: титана или стали. Для подвода охлаждающей жидкости используются приемники жидкости, устанавливаемые с одной или двух сторон для длинных роторов. Рассмотренная конструкция ротора с непосредственным водяным охлаждением описана в источниках [1,2]
Недостатки рассмотренной конструкции ротора следующие.A known design of the rotor of a synchronous turbogenerator, comprising a shaft with bearing journals, a magnetic circuit, made in one piece with the shaft and consisting of a yoke and a tooth zone, in the grooves of which a concentric field winding of insulated conductors is laid in its own and case insulation, which are secured in non-magnetic radial grooves wedges, for example with high electrical conductivity (duralumin or copper, or bronze), which are closed at the ends of the barrel of the rotor by the inner surface of the retaining rings, shaded by low-impedance silver mold, and the wedges of the radial grooves of the rotor along the entire length are in electrical contact with the array of the rotor barrels and are used in special grooves of large teeth as rods of the damper winding. The field winding is made of hollow conductors, in the openings of which coolant circulates. The frontal parts of the field winding coils are held by retaining rings, which are cylinders made of high-strength non-magnetic material: titanium or steel. For the supply of coolant fluid receivers are used, installed on one or two sides for long rotors. The considered design of the rotor with direct water cooling is described in the sources [1,2]
The disadvantages of the considered rotor design are as follows.

Наличие больших зубцов и зон с малыми зубцами, между которыми расположены проводники обмотки возбуждения, охлаждаемые непосредственно, создает зоны с различным нагревом в радиально-тангенциальном направлении, что приводит к возникновению радиально-тангенциального термического небаланса и повышению вибраций с двойной оборотной частотой для двухполюсной конструкции или в общем случае с частотой 2р (полюсной). The presence of large teeth and zones with small teeth between which the field winding conductors are located, which are directly cooled, creates zones with different heating in the radial tangential direction, which leads to the appearance of radial tangential thermal imbalance and an increase in vibrations with a double revolution frequency for a bipolar design or in the general case, with a frequency of 2p (pole).

Размещение в зоне большого зубца стержней демпферной обмотки усиливает явление радиально-тангенциального термического небаланса, так как при наличии стержней в больших зубцах увеличиваются местные нагревы от потерь в них, а также добавочные потери от электрических токов перетока в контактной зоне стержень-бочка ротора под действием разности потенциалов, индуктируемой в бочке ротора и стержнях из-за их различного электрического сопротивления. Последние потери вызывают подгары на контактных поверхностях стержень-бочка ротора, что снижает надежность ротора и электрической машины в целом. Кроме того, снижается реальный КПД, что приводит к недовыработке энергии и перерасходу топлива. The placement of damping winding rods in the zone of a large tooth reinforces the phenomenon of radial-tangential thermal imbalance, since if there are rods in large teeth, local heating from losses in them increases, as well as additional losses from electric overflow currents in the contact zone of the rotor rod-barrel under the influence of the difference potentials induced in the rotor barrel and rods due to their different electrical resistance. The last losses are caused by burning on the contact surfaces of the rotor rod-barrel, which reduces the reliability of the rotor and the electric machine as a whole. In addition, real efficiency is reduced, which leads to underproduction of energy and excessive consumption of fuel.

Непосредственное контактирование бандажных колец с бочкой ротора и клиньев пазов, причем в этом случае бандажные кольца выполняют функцию короткозамыкающих колец демпферной системы ротора, при лужении их поверхности контакта создают из-за центробежных сил повышенное контактное сопротивление, что приводит к высоким местным перегревам, особенно в несимметричных и асинхронных режимах. Кроме того, из-за повышенного контактного сопротивления между стержнями и бандажными кольцами, а также из-за более высокого сопротивления самих бандажных колец, которые одновременно выполняют функцию и короткозамыкающих колец демпферной системы, создаются перенапряжения в обмотке возбуждения при коротких замыканиях и асинхронных и несимметричных режимах, что требует увеличения толщины электрической изоляции обработки возбуждения, а это снижает использование электрической машины, увеличивает ее массу даже при непосредственном водяном охлаждении обмотки возбуждения и снижает ее КПД. Direct contact of the retaining rings with the barrel of the rotor and the wedges of the grooves, and in this case, the retaining rings act as short-circuited rings of the rotor damper system, when tin contact surface creates due to centrifugal forces increased contact resistance, which leads to high local overheating, especially in asymmetric and asynchronous modes. In addition, due to the increased contact resistance between the rods and the retaining rings, as well as due to the higher resistance of the retaining rings themselves, which simultaneously function as short-circuit rings of the damper system, overvoltages are generated in the field winding during short circuits and asynchronous and asymmetric modes , which requires an increase in the thickness of the electrical insulation of the excitation processing, and this reduces the use of the electric machine, increases its mass even when driving directly ohm-cooling of the excitation winding and reducing its efficiency.

Непосредственное контактирование клиньев паза и бочки ротора приводит к увеличению добавочных потерь от электрических токов, перетекающих через зону контакта между бочкой ротора и клиньями под действием разности потенциалов, индуктируемых в контурах различных активных электрических сопротивлений: бочка ротора 0-200 мкОм, клин 3,2 мкмОмсм, а это снижает КПД электрической машины и ее энерговыработку, а также снижает термическую стойкость ротора, особенно в переходных, асинхронных и несимметричных режимах. Direct contact between the wedges of the groove and the barrel of the rotor leads to an increase in additional losses from electric currents flowing through the contact zone between the barrel of the rotor and the wedges under the influence of the potential difference inducted in the circuits of various active electrical resistances: the barrel of the rotor is 0-200 μOhm, the wedge is 3.2 μOhms , and this reduces the efficiency of the electric machine and its energy production, and also reduces the thermal stability of the rotor, especially in transient, asynchronous and asymmetric modes.

Клинья пазов обычно для длинных роторов изготавливаются составными и из дюралюминия, который имеет способность покрываться окисной пленкой, которая имеет большее электрическое сопротивление, чем основной металл, что приводит к увеличению активных потерь в клиньях, выполняющих функцию демпферной обмотки при протекании по ним продольных токов, а это создает подгары между торцами клиньев, особенно в переходных, несимметричных и асинхронных режимах, что снижает надежность ротора и всей электрической машины и уменьшает электроэнерговыработку за счет снижения реального КПД. Slot wedges for long rotors are usually made of composite and made of duralumin, which has the ability to be covered with an oxide film, which has a greater electrical resistance than the base metal, which leads to an increase in active losses in wedges that perform the function of a damper winding when longitudinal currents flow through them, and this creates burns between the ends of the wedges, especially in transient, asymmetric and asynchronous modes, which reduces the reliability of the rotor and the entire electric machine and reduces electric power output otku by reducing real efficiency.

Непосредственное охлаждение обмотки водой по полым проводникам даже при высокой степени очистки дистиллята, высоких тепловых нагрузках ротора приводит к образованию закисной пленки меди, которая со временем ухудшает теплоотдачу между каналом и дистиллятом, что повышает температуру обмотки возбуждения, ее сопротивления и потери в ней. Кроме того, непосредственное дистиллятное охлаждение требует материалоемкой системы водоподготовки и высоких эксплуатационных издержек. Direct cooling of the water winding through the hollow conductors even with a high degree of distillate purification and high thermal loads of the rotor leads to the formation of a nitrous film of copper, which over time worsens the heat transfer between the channel and the distillate, which increases the temperature of the field winding, its resistance and loss in it. In addition, direct distillate cooling requires a material-intensive water treatment system and high operating costs.

Непосредственное охлаждение обмотки возбуждения дистиллятом и охлаждение бочки ротора и клиньев газом в зазоре создают различный уровень температурного потенциала зубцов и обмотки, что сказывается на взаимных термических перемещениях системы тел: обмотка, клинья, бочка ротора, что создает дополнительные к механическим перемещениям термические деформации, а так как эти тела взаимосвязаны, то возможен повышенный износ изоляции обмотки возбуждения от взаимных термомеханических перемещений, а это снижает ресурс ротора. Direct cooling of the field winding by distillate and cooling of the rotor barrel and wedges with gas in the gap create a different level of temperature potential of the teeth and winding, which affects the mutual thermal displacements of the body system: winding, wedges, rotor barrel, which creates thermal deformations additional to mechanical displacements, and Since these bodies are interconnected, increased wear of the excitation winding insulation from mutual thermomechanical movements is possible, and this reduces the life of the rotor.

При непосредственном дистиллятном охлаждении обмотки возбуждения, особенно при односторонней его подаче, в роторе образуется аксиальный перепад температуры, создающий различное термическое расширение бочки ротора в радиальном направлении и, как следствие, уменьшение воздушного зазора: меньший воздушный зазор под статором со стороны выхода более нагретого дистиллята и больший зазор со стороны входа холодного дистиллята, это проявляется в различии магнитных тяжений по обоим концам ротора и появлению пульсирующего с полюсной частотой продольного момента, что ухудшает вибрационное состояние ротора и, как следствие, надежность работы электрической машины. With direct distillate cooling of the field winding, especially when it is fed on one side, an axial temperature difference forms in the rotor, which creates different thermal expansion of the rotor barrel in the radial direction and, as a result, reduces the air gap: a smaller air gap under the stator from the outlet side of the more heated distillate and a larger gap on the inlet side of the cold distillate, this is manifested in the difference in magnetic tension at both ends of the rotor and the appearance of a pulsating with a pole frequency longitudinal moment, which affects the vibrational state of the rotor and, as a result, the reliability of the electric machine.

Наличие обмотанной и необмотанной с большим зубцом зон создает различные тангенциальные термические потенциалы, что создает различные радиальные термические расширения и, как следствие, различные под необмотанной и обмотанными зонами радиальные воздушные зазоры, что ухудшает вибрационное состояние ротора от радиального термического небаланса. The presence of zones wound and unwound with a large tooth creates various tangential thermal potentials, which creates different radial thermal expansions and, as a result, different radial air gaps under the unwound and wrapped zones, which worsens the vibrational state of the rotor from radial thermal imbalance.

Ротор с непосредственным водяным охлаждением обмотки возбуждения и демпферной обмоткой с равномерно распределенными стержнями-клиньями по окружности бочки является прототипом предлагаемого изобретения. A rotor with direct water cooling of the field winding and a damper winding with evenly distributed wedge rods around the circumference of the barrel is a prototype of the invention.

Целью изобретения является снижение термического небаланса ротора путем выравнивания аксиальной и радиальной составляющих нагрева ротора за счет применения косвенного охлаждения обмотки возбуждения и равномерно расположенной по окружности бочки ротора демпферной обмотки, охлаждаемых жидкостью, например дистиллятом, конденсатом; снижение аксиального термического небаланса путем выравнивания температуры демпферной и возбуждения обмоток за счет двухсторонней подачи жидкого хладагента и его циркуляции по контуру на полудлине бочки ротора; снижение аксиального термического небаланса ротора путем выравнивания температуры бочки ротора двухсторонней подачей жидкого хладагента в демпферную и возбуждения обмотки встречными потока с входом и выходом на противоположных концах ротора и при гидравлических каналах прямого и обратного потоков, чередующихся через один; уменьшение радиально-тангенциального термического небаланса ротора путем равномерного расположения по окружности бочки пазов с обмоткой возбуждения, заклиниваемых стержнями демпферной обмотки при этом демпферная и возбуждения обмотки охлаждаются жидким хладагентом; уменьшение потерь от перетоков между демпферной обмоткой и бочкой ротора путем изоляции клиньев демпферных стержней диэлектриком, а демпферных колец-изолировкой от бандажей и бочки ротора диэлектриком в виде колец, втулок и шайб; снижение температуры и повышение надежности узла сопряжения бочки ротора с бандажными кольцами путем использования демпферных колец в качестве камер подачи и слива жидкого хладагента и путем изготовления демпферных колец из материала стержней-клиньев, что повышает надежность обмотки возбуждения в переходных, несимметричных и асинхронных режимах за счет уменьшения перенапряжений из-за разницы суммарных сопротивлений по продольной и поперечной осям; повышение эффективности демпфирования полей в переходных, несимметричных и асинхронных режимах путем уменьшения продольного активного сопротивления стержней-клиньев за счет улучшения контакта между торцами составных частей клиньев установкой луженых торцовых контактных пластин и электропроводящих втулок. The aim of the invention is to reduce the thermal imbalance of the rotor by aligning the axial and radial components of the heating of the rotor through the use of indirect cooling of the field winding and the damper winding evenly spaced around the circumference of the rotor barrel, cooled by a liquid, for example, distillate, condensate; reduction of axial thermal imbalance by equalizing the damper temperature and excitation of the windings due to the two-way supply of liquid refrigerant and its circulation along the circuit at the half-length of the rotor barrel; reduction of the axial thermal unbalance of the rotor by balancing the temperature of the rotor barrel by supplying liquid refrigerant to the damper by double-sided excitation of the winding by counter flow with inlet and outlet at opposite ends of the rotor and with hydraulic channels of forward and reverse flows alternating through one; reduction of radial tangential thermal imbalance of the rotor by uniformly spacing grooves of the excitation winding along the circumference of the barrel, which are jammed by the damping winding rods, while the damping and winding excitations are cooled by liquid refrigerant; reduction of losses from overflows between the damper winding and the rotor barrel by isolating the wedges of the damper rods with a dielectric and insulating damper rings from the bandages and the barrel of the rotor by a dielectric in the form of rings, bushings and washers; lowering the temperature and increasing the reliability of the interface between the rotor barrel and the retaining rings by using damping rings as chambers for supplying and discharging liquid refrigerant and by manufacturing damping rings from wedge-rod material, which increases the reliability of the field winding in transient, asymmetric and asynchronous modes by reducing overvoltages due to the difference in the total resistances along the longitudinal and transverse axes; increasing the efficiency of field damping in transient, asymmetric and asynchronous modes by reducing the longitudinal active resistance of the wedge rods by improving the contact between the ends of the wedge components by installing tinned end contact plates and electrically conductive bushings.

На фиг. 1 представлен ротор, продольный разрез; на фиг.2 и 3 разрез Д-Д на фиг.1 в двух вариантах исполнения; на фиг.4 полувиток в разрезе; на фиг.5 разрез А-А на фиг.1; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.7 разрез В-В на фиг. 1; на фиг.8 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.9-11 представлены три варианта соединения гидравлических каналов. In FIG. 1 shows a rotor, a longitudinal section; figure 2 and 3 section DD in figure 1 in two versions; figure 4 half-turn in section; figure 5 section aa in figure 1; Fig.6 section BB in Fig.1; in Fig.7 a section bb in Fig. 1; in Fig.8 section GG in Fig.1; figure 9-11 presents three options for connecting hydraulic channels.

Ротор 1 быстроходной синхронной электрической машины содержит вал 2, выполненный за одно целое с магнитопроводом 3, состоящим из ярма 4 и зубцовой зоны 5 с большими зубцами 6 и малыми зубцами 7, образованными пазами 8, в которые уложены проводники 9 обмотки 10 возбуждения, состоящими из прямоугольных проводников 11 в собственной изоляции 12 и изолированных от корпуса диэлектриком 13 и прокладками 14 и 15. Проводники 11 расположены в столбики и таким образом, что между ними размещен плоский элемент 16, состоящий из массива 17 и гидравлических каналов 18 и 19, образованных трубчатыми элементами 20, причем гидравлический канал 18 (с точкой) пропускает жидкость в прямом направлении, а гидравлический канал 19 (с крестиком) пропускает жидкость в противоположном направлении. Плоский элемент 16 проходит по всей длине полувитка и на концах имеет наконечники 21 и 22, которые имеют напорные 23 и сливные 24 камеры и штуцеры напора 25 и слива 26, к которым подсоединены трубки 27, присоединяемые к коллекторам 28 и 29, напорному и сливному, расположенным, например, либо с одной стороны для машин небольшой и средней мощности или с двух сторон для машин большой мощности. Лобовые части 30 обмотки 10 возбуждения удерживаются с помощью бандажных колец 31, насаженных на вал 2 и опирающихся на бочку ротора 1 через диэлектрические кольца 32. Обмотка 10 возбуждения в пазу крепится с помощью клиньев 33, изготовленных из прочного материала с высокой электропроводностью, например Д 16 Т, латуни или меди, и содержащего массив 34, гидравлический канал 35 (один или два), в который вставлен трубчатый элемент 36 из коррозионностойкого материала (нержавеющей стали). С обоих торцов 27 каждая часть клина 33 имеет накладку 38 из луженого низкоомного материала (меди), прикрепленную к массиву 34, например, методом взрыва, а по периметру, соприкасающемуся с обмоткой и шлицом зубца, клин 33 имеет диэлектрическую опрессовку 39, например из пресс-материала АГ-4. С обоих торцов 37 концентрично трубчатому элементу 36 выполнены глухие отверстия 40, в которые вставляются в процессе сборки луженые медные втулки 41, образующие герметичный гидравлический канал. В качестве герметика может быть использован фосфористый жидкотекучий припой 42, заливаемый в отверстие 43 и затекающий в кольцевую канавку 44. Концевые клинья 33А соединяются с демпферными кольцами 45 паяным швом 46. Гидравлический канал обеспечивается втулками 47 и 48, вставляемыми одним концом в клинья 33А, а другим концом в демпферное кольцо 45, причем демпферное кольцо имеет сливную и напорную камеры 49 и 50, к каждой из которых присоединяются подводящие трубки 51 и 52. Втулки 47 и 48 герметизируются в клиньях 33А и демпферном кольце припоем 42 через отверстия 43 и канавки 44. Демпферные кольца 45 для удержания от центробежных сил имеют элементы 53 крепления, которые с помощью болтов 54, изолированных от демпферных колец 45 шайбами 55 и втулками 57, крепятся к бочке ротора 1. Между элементом 53 крепления и ротором 1 установлены диэлектрические прокладки 58. The rotor 1 of a high-speed synchronous electric machine contains a shaft 2, made in one piece with the magnetic circuit 3, consisting of a yoke 4 and a tooth zone 5 with large teeth 6 and small teeth 7, formed by grooves 8, in which the conductors 9 of the excitation winding 10, consisting of rectangular conductors 11 in their own insulation 12 and insulated from the housing by a dielectric 13 and gaskets 14 and 15. Conductors 11 are arranged in columns and so that a flat element 16 is placed between them, consisting of an array 17 and hydraulic channels 18 and 19 formed by tubular elements 20, moreover, the hydraulic channel 18 (with a point) passes liquid in the forward direction, and the hydraulic channel 19 (with a cross) passes liquid in the opposite direction. The flat element 16 extends along the entire length of the half-turn and at the ends has tips 21 and 22, which have pressure 23 and drain 24 chambers and fittings for pressure 25 and drain 26, to which tubes 27 are connected, connected to collectors 28 and 29, pressure and drain, located, for example, either on one side for machines of small and medium power or on both sides for machines of high power. The frontal parts 30 of the field winding 10 are held by retaining rings 31 mounted on the shaft 2 and resting on the barrel of the rotor 1 through dielectric rings 32. The field coil 10 is secured to the groove using wedges 33 made of durable material with high electrical conductivity, for example, D 16 T, brass or copper, and containing an array 34, a hydraulic channel 35 (one or two) into which a tubular element 36 of a corrosion-resistant material (stainless steel) is inserted. From both ends 27, each part of the wedge 33 has a patch 38 made of tinned low-resistance material (copper), attached to the array 34, for example, by explosion, and along the perimeter in contact with the winding and slot of the tooth, the wedge 33 has a dielectric crimping 39, for example, from a press - material AG-4. Blind holes 40 are made at both ends 37 of the concentric tubular element 36, into which tinned copper sleeves 41 are inserted during the assembly process, forming a sealed hydraulic channel. As a sealant can be used phosphorous fluid solder 42, poured into the hole 43 and flowing into the annular groove 44. End wedges 33A are connected to the damper rings 45 by solder seam 46. The hydraulic channel is provided by bushings 47 and 48 inserted at one end into wedges 33A, and the other end into the damper ring 45, and the damper ring has a drain and pressure chambers 49 and 50, to each of which the supply tubes 51 and 52 are connected. The bushings 47 and 48 are sealed in wedges 33A and the damper ring with solder 42 through the hole rstia 43 and grooves 44. The damper rings 45 for retaining from centrifugal forces have fastening elements 53, which are fastened to the barrel of the rotor 1 with bolts 54 isolated from the damper rings 45 by washers 55 and bushings 57 between the fastening element 53 and the rotor 1 dielectric pads 58.

Устройство по фиг.1 работает следующим образом. The device of figure 1 works as follows.

Охлаждающая жидкость по напорному коллектору 28 и напорным трубкам 51 и 2, проходящим в пазах 59 вала 2, поступает в охладители обмотки возбуждения 10 и демпферной обмотки 45 через напорную камеру 50 и, проходя в прямом направлении, отводит тепловые потери, возникающие в активной зоне. Тепловой поток от витков обмотки 10 возбуждения через собственную изоляцию 12 и массив 17 плоского элемента и через стенку трубчатого элемента 20 проходит к жидкости. Тепловой поток в клиньях-стержнях 33 через стенку трубчатого элемента 36 попадает в охлаждающую жидкость. The coolant flows through the pressure manifold 28 and pressure tubes 51 and 2, passing in the grooves 59 of the shaft 2, into the coolers of the field coil 10 and damper coil 45 through the pressure chamber 50 and, in the forward direction, removes heat losses that occur in the core. The heat flux from the turns of the field winding 10 through its own insulation 12 and the array 17 of the flat element and through the wall of the tubular element 20 passes to the liquid. The heat flow in the wedges-rods 33 through the wall of the tubular element 36 enters the coolant.

Пройдя по прямому контуру плоского охладителя 16, жидкость по перемычке 60 попадает в обратный контур и по каналу 19 проходит в сливную камеру 24 и через подводящую трубку 27 попадает в сливной коллектор 29. Из прямого контура демпферной обмотки 33 жидкость по перемычке 61 поступает в обратный контур (отверстие канала с крестиком) и через сливную камеру 49 демпферного кольца 45 и по отводящей трубке 52 проходит в сливной коллектор 29. Выравнивание температуры обмотки 10 возбуждения по высоте плоского элемента 16 происходит на участке между гидравлическими каналами 18 и 19 прямого и обратного контуров через стенки трубчатых охладителей 20 и массив 17, причем массив 17 может быть изготовлен как из материала с высокой теплопроводностью, например алюминия, так и из диэлектрика, например пресс-материала АГ-4 или полиимида, фторопласта. Having passed along the direct contour of the flat cooler 16, the liquid through the jumper 60 enters the return circuit and passes through the channel 19 to the drain chamber 24 and through the inlet pipe 27 enters the drain manifold 29. From the direct circuit of the damper winding 33, the liquid enters the return circuit through the jumper 61 (opening of the channel with a cross) and through the drain chamber 49 of the damper ring 45 and through the discharge pipe 52 passes into the drain manifold 29. The temperature of the field winding 10 is aligned with the height of the flat element 16 in the section between the hydraulic channels 18 and 19 of the direct and reverse circuits through the walls of the tube coolers 20 and the array 17, moreover, the array 17 can be made of a material with high thermal conductivity, such as aluminum, and from a dielectric, such as an AG-4 press material or polyimide, fluoroplastic .

Изобретение имеет следующие преимущества. The invention has the following advantages.

Косвенное охлаждение обмотки возбуждения позволяет уменьшить потери на возбуждение за счет лучшего коэффициента заполнения паза, например для турбогенератора с водяным непосредственным охлаждением мощностью 2 МВт при непосредственном охлаждении коэффициент заполнения составляет 0,7, а при косвенном охлаждении 0,82, что в 1,17 раза уменьшает плотность тока, в 1,37 раза основные потери на возбуждение и нагрев. Кроме того, применение косвенного охлаждения позволяет обеспечить лучший выбор проводников обмотки возбуждения из-за меньшей дискретности их сортамента, а также уменьшить добавочные потери на возбуждение благодаря уменьшению высоты проводника. Indirect cooling of the field winding can reduce field losses due to a better groove fill factor, for example, for a turbo-generator with 2 MW direct-cooling water, with direct cooling, the fill factor is 0.7, and with indirect cooling 0.82, which is 1.17 times reduces current density, by 1.37 times the main losses due to excitation and heating. In addition, the use of indirect cooling makes it possible to provide a better choice of field winding conductors due to the smaller discreteness of their assortment, as well as to reduce additional excitation losses due to a decrease in the height of the conductor.

Косвенное охлаждение обмотки возбуждения с помощью плоских элементов с чередованием охладительных трактов через один по высоте паза и со встречным потоком жидкого хладагента позволяет выровнять температуру обмотки по длине и высоте в одном пазу и этим устранить влияние неравномерности аксиально-радиального нагрева, что позволяет уменьшить влияние термического небаланса на вибрационное состояние ротора и этим повысить надежность работы электрической машины. Indirect cooling of the field winding with the help of flat elements with alternating cooling paths through one groove height and with an oncoming liquid refrigerant flow allows the winding temperature to be aligned along the length and height in one groove and thereby eliminate the effect of axial radial heating unevenness, which reduces the effect of thermal imbalance on the vibrational state of the rotor and thereby increase the reliability of the electric machine.

Применение косвенного охлаждения обмотки возбуждения с помощью плоских элементов при двухсторонней подачей охлаждающей жидкости и сквозном проходе хладагента по прямому и обратному контурам по длине полувитка позволяет уменьшить температуру обмотки возбуждения или при той же температуре повысить токовую нагрузку на 7-10% что позволяет повысить номинальную мощность электрической машины практически пропорционально на 7-10% а это повышает ее энерговыработку. The use of indirect cooling of the field winding using flat elements with two-way supply of coolant and a through passage of refrigerant along the forward and reverse circuits along the half-length allows to reduce the temperature of the field winding or to increase the current load by 7-10% at the same temperature, which allows to increase the rated power of electric machines almost proportionally by 7-10% and this increases its energy production.

Применение косвенного жидкостного охлаждения обмотки возбуждения с помощью плоских элементов с прямым и обратным контурами на половине полувитка и подачей хладагента с двух сторон позволяет уменьшить температуру обмотки возбуждения на 15-20% и этим снизить потери и мощность возбуждения или при той же температуре повысить мощность электрической машины на 15-20% что повышает электроэнерговыработку электрической машины. The use of indirect liquid cooling of the field winding using flat elements with direct and reverse circuits for half a turn and refrigerant supply from two sides allows reducing the temperature of the field winding by 15-20% and thereby reducing the losses and power of excitation or at the same temperature increase the power of an electric machine by 15-20% which increases the electric power output of an electric machine.

Применение продольно-поперечной демпферной обмотки с равномерным распределением стержней-клиньев по окружности бочки ротора и их непосредственным жидкостным охлаждением с помощью нержавеющих трубчатых элементов, встроенных в клинья-стержни, позволяет практически исключить термический небаланс ротора за счет равномерного охлаждения его поверхности. The use of the longitudinally-transverse damper winding with uniform distribution of the wedge rods around the circumference of the rotor barrel and their direct liquid cooling with the help of stainless tubular elements integrated into the wedge rods almost eliminates the thermal imbalance of the rotor due to uniform cooling of its surface.

Применение демпферных колец, изготовленных из материала с высокой электропроводностью, позволяет повысить термическую стойкость демпферной системы в несимметричных, асинхронных и переходных режимах. The use of damper rings made of a material with high electrical conductivity, allows to increase the thermal stability of the damper system in asymmetric, asynchronous and transient modes.

Применение демпферной системы, электрически изолированной от бочки ротора, позволяет уменьшить потери от разнопотенциального перетока электрических зарядов через контактные поверхности клин-стержень-бочка ротора и бандаж-клин-стержень, бандаж-демпферное кольцо, и этим избежать местных перегревов, особенно в несимметричных, переходных и асинхронных режимах, исключив этим подгары контактных поверхностей, что повышает надежность ротора. The use of a damper system, electrically isolated from the rotor barrel, allows to reduce losses from the different potential flow of electric charges through the contact surfaces of the wedge-rod-barrel of the rotor and the bandage-wedge-rod, the bandage-damper ring, and thereby avoid local overheating, especially in asymmetric, transitional and asynchronous modes, thereby eliminating fumes of contact surfaces, which increases the reliability of the rotor.

Вариант предусматривает ротор с равномерно размещенными по его окружности пазами с уложенной в них обмоткой возбуждения, исключает радиально-тангенцальный термический небаланс ротора. The variant provides for a rotor with grooves evenly spaced around its circumference with an excitation winding laid in them, eliminating radial-tangential thermal imbalance of the rotor.

Применение гидравлического контура демпферной обмотки с прямым и обратным течением жидкости в пределах ширины одного клина с длиной гидравлической цепи, равной удвоенной длине бочки, позволяет осуществить одностороннюю подачу жидкого хладагента через напорную и сливную камеры демпферного кольца и обеспечить равномерную температуру поверхности бочки ротора. The use of the hydraulic circuit of the damper winding with direct and reverse fluid flow within the width of one wedge with a hydraulic chain length equal to twice the length of the barrel allows for unilateral supply of liquid refrigerant through the pressure and drain chambers of the damper ring and to ensure uniform surface temperature of the rotor barrel.

Применение при двухсторонней подаче жидкости прямого и встречного течения жидкого хладагента по сквозным ее проходам по длине бочки ротора при размещении гидравлических контуров, прямого и обратного по ширине одного клина позволяет повысить пропускную способность гидравлического тракта и обеспечить повышение мощности электрической машины. The use of direct and counter flow of liquid refrigerant during two-way supply of liquid through its through passages along the length of the rotor barrel when placing hydraulic circuits, direct and reverse along the width of one wedge, allows to increase the throughput of the hydraulic tract and to increase the power of the electric machine.

Применение при двухсторонней подаче жидкого хладагента прямого и обратного контуров, замыкающихся на полудлине бочки ротора, позволяет повысить мощность электрической машины при снижении температуры поверхности бочки ротора. The use of direct and reverse circuits, closing on the half-length of the rotor barrel, for two-way supply of liquid refrigerant, allows to increase the power of the electric machine while lowering the surface temperature of the rotor barrel.

Применение косвенного водяного охлаждения обмотки возбуждения и непосредственного водяного охлаждения демпферной обмотки с использованием трубчатых охладителей из коррозионностойких материалов позволяет использовать при достаточном уровне электрической изоляции охладителей обмотки возбуждения от проводников и бочки ротора и демпферной обмотки от бочки ротора, позволяет использовать для охлаждения техническую воду, что упрощает систему водоподготовки, оставляя в ней только фильтры механической и химической очистки и магнитный сепаратор, что снижает стоимость, трудоемкость системы водоподготовки и уменьшает эксплуатационные издержки. The use of indirect water cooling of the field winding and direct water cooling of the damper winding using tubular coolers made of corrosion-resistant materials makes it possible to use field water coolers from conductors and the rotor barrel and the damper winding from the rotor barrel with sufficient electrical isolation, which makes it possible to use industrial water for cooling, which simplifies water treatment system, leaving in it only filters of mechanical and chemical treatment and magnetic with a separator, which reduces the cost, the complexity of the water treatment system and reduces operating costs.

Применение косвенного охлаждения обмотки возбуждения в сочетании с непосредственным жидкостным охлаждением демпферной обмотки при обеспечении теплоотвода на одном зубцовом делении и равномерности теплоотвода по зубцовым делениям позволяет повысить мощность электрической машины, например турбогенератора в двухполюсном исполнении, до 2,5-3 ГВт при уменьшении уровней шумов и вибраций и при повышении надежности эксплуатации. The use of indirect cooling of the field winding in combination with direct liquid cooling of the damper winding while providing heat removal on one tooth division and uniform heat removal along tooth divisions allows increasing the power of an electric machine, for example, a two-pole turbogenerator, up to 2.5-3 GW while reducing noise levels and vibration and increased reliability.

Изобретение может быть использовано в высокоскоростных электрических машинах: синхронных генераторах и двигателях, а также в асинхронных и асинхронизированных электрических машинах. The invention can be used in high-speed electric machines: synchronous generators and motors, as well as in asynchronous and asynchronized electric machines.

Claims

1. A rotor of an implicit pole electric machine with full water cooling, consisting of a shaft with bearing necks and grooves and a magnetic circuit having a yoke and a tooth zone, in the grooves of which a concentric field winding is laid, the conductors of which are secured by high-conductive wedges in the grooves of the specified wedges and which have closed at the ends of the magnetic circuit with damper rings, forming together a longitudinally-transverse damping circuit, and the frontal parts of the field winding are fixed with bandages, and in the axles of the shaft are fixed pipelines for supplying cooling water from the pressure chamber to the drain chambers, characterized in that the grooves with the field winding conductors are uniformly distributed around the circumference of the rotor magnetic circuit and a flat cooling element consisting of an array made of aluminum alloy is placed in each groove between the conductors and tubular elements made of corrosion-resistant metal, located one above the other, hydraulically switched on with oppositely directed flows of cooling water in neighboring ones.

2. The rotor according to claim 1, characterized in that the damper winding wedge rods are made with hydraulic channels formed by tubular elements made of corrosion-resistant metal, and the joints between adjacent sections of the said rods are sealed with tinned bushings located in holes concentric with the hydraulic channels, and filled through radial openings in the wedge rods with fluid solder, while the hydraulic channels of the wedge rods are connected to the corresponding pressure and drain chambers, and damper rings, each of which are respectively connected to pressure and outlet lines forming the contours of the hydraulic damper system with the circulation of cooling water.

3. The rotor according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the wedges-rods are isolated from the rotor magnetic circuit by a heat-resistant dielectric, and the damper rings are isolated from the bandages of the frontal parts of the field winding by dielectric rings of a heat-resistant dielectric, and from the rotor magnetic circuit by dielectric elements.