RU97015U1

RU97015U1 - ROTOR HIGH-TURNING TURBOELECTRIC MACHINE

Info

Publication number: RU97015U1
Application number: RU2009143770/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Левин; Юрий Сергеевич Елисеев; Михаил Федорович Ходунов; Дмитрий Анатольевич Ситин; Владимир Маркович Довгалёнок; Николай Николаевич Лаптев; Сергей Сергеевич Вирясов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь"; Александр Владимирович Левин; Юрий Сергеевич Елисеев; Михаил Федорович Ходунов; Дмитрий Анатольевич Ситин; Владимир Маркович Довгалёнок; Николай Николаевич Лаптев; Сергей Сергеевич Вирясов
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2010-08-20

Abstract

Ротор высокооборотной турбоэлектрической машины, содержащий вал, втулку, магнитную систему с постоянными магнитами и цилиндрическую обойму из немагнитного металла или сплава, отличающийся тем, что обойма выполнена единым целым с рабочим колесом турбины. The rotor of a high-speed turboelectric machine containing a shaft, a sleeve, a magnetic system with permanent magnets and a cylindrical cage made of non-magnetic metal or alloy, characterized in that the cage is made integrally with the impeller of the turbine.

Description

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована при проектировании высокооборотных турбоэлектрических машин различного назначения, в т.ч. турбогенераторов.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of high-speed turboelectric machines for various purposes, including turbogenerators.

Известен ротор электрической машины, содержащий вал, втулку с призматической наружной поверхностью и магнитную систему с постоянными магнитами, заключенную в обойму из немагнитного металла или сплава, предохраняющую ротор от разрушения центробежными силами при вращении [1, 2]. Известная конструкция обладает высокой надежностью при достаточно большом диаметре ротора, однако при малых диаметрах ротора, характерных для высокооборотных электрических машин, вал в силу своих малых размеров имеет ограничения по передаче вращающего момента и малую изгибную жесткость, по причине чего возможно совпадение резонансных частот вращения ротора с областью номинальных режимов работы изделия. Необходимость задания точных размеров по валу снижает технологичность изготовления изделия.Known rotor of an electric machine containing a shaft, a sleeve with a prismatic outer surface and a magnetic system with permanent magnets, enclosed in a cage of non-magnetic metal or alloy, which protects the rotor from destruction by centrifugal forces during rotation [1, 2]. The known design has high reliability with a sufficiently large diameter of the rotor, however, for small rotor diameters characteristic of high-speed electric machines, the shaft, due to its small size, has limitations on the transmission of torque and low bending stiffness, due to which resonant rotational speeds of the rotor can coincide with the area of nominal operating modes of the product. The need to specify the exact dimensions on the shaft reduces the manufacturability of the product.

Наиболее близким к полезной модели устройством является ротор магнитоэлектрического генератора фирмы Calnetix, работающий в диапазоне частот вращения 150000-200000 об/мин [3, 4]. Согласно приведенным в источнике описанию, эскизам и габаритным размерам, ротор генератора содержит металлическую наружную обойму, обеспечивающую прочность конструкции, 2-полюсную магнитную систему с постоянными магнитами и вал, обеспечивающий передачу механического момента и изгибную жесткость ротора. Однако в подобной конструкции ярко проявляется противоречие, характерное для высокооборотных электрических машин и состоящее в том, что надежность вала, выполняющего означенные выше функции, растет с увеличением его наружного диаметра, а увеличение диаметра вала ограничивает размеры магнитной системы со стороны ее внутреннего диаметра, что, в свою очередь, накладывает ограничения на энергетические характеристики машины.The device closest to the utility model is the rotor of a Calnetix magnetoelectric generator operating in the frequency range of 150000-200000 rpm [3, 4]. According to the description, sketches and overall dimensions provided in the source, the generator rotor contains a metal outer cage providing structural strength, a 2-pole magnetic system with permanent magnets, and a shaft providing transmission of mechanical moment and bending stiffness of the rotor. However, in such a design, a contradiction is characteristic for high-speed electric machines and consists in the fact that the reliability of the shaft that performs the functions indicated above increases with its outer diameter, and an increase in the shaft diameter limits the size of the magnetic system from its inner diameter, which, in turn, imposes restrictions on the energy characteristics of the machine.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности и технологичности изготовления изделия, а также улучшения его энергетических характеристик.The technical result that can be achieved using the utility model is to increase the reliability and manufacturability of the product, as well as improve its energy characteristics.

Технический результат достигается за счет того, что в роторе высокооборотной турбоэлектрической машины, содержащем вал, втулку, магнитную систему с постоянными магнитами и цилиндрическую немагнитную обойму, сечение обоймы определяется необходимостью выдерживать высокие центробежные нагрузки и является достаточным для того, чтобы обойма могла выполнять дополнительные функции элемента изгибной жесткости ротора, передающего также вращающий момент. В турбогенераторах выполнение обоймой вышеуказанных функций может быть достигнуто в случае, если обойма и рабочее колесо турбины являются единой деталью. При этом энергетические характеристики изделия могут быть улучшены при увеличении объема постоянных магнитов за счет уменьшения размеров втулки и диаметра вала, который в данной полезной модели не предназначен для обеспечения изгибной жесткости ротора и служит только для предварительного напряжения конструкции ротора в осевом направлении, и таким образом, его размеры могут быть выбраны только исходя из условия прочности на растяжение.The technical result is achieved due to the fact that in the rotor of a high-speed turbo-electric machine containing a shaft, a sleeve, a permanent magnet magnetic system and a cylindrical non-magnetic cage, the cross-section of the cage is determined by the need to withstand high centrifugal loads and is sufficient to allow the cage to perform additional element functions bending stiffness of the rotor, transmitting also torque. In turbine generators, the cage of the above functions can be achieved if the cage and the impeller of the turbine are a single part. Moreover, the energy characteristics of the product can be improved by increasing the volume of permanent magnets by reducing the size of the sleeve and the diameter of the shaft, which in this utility model is not designed to provide the bending stiffness of the rotor and serves only to prestress the rotor design in the axial direction, and thus its dimensions can only be selected on the basis of tensile strength conditions.

На фиг.1 представлена конструкция высокооборотной электрической машины - турбогенератора, роль немагнитной обоймы ротора которого выполняет деталь, выполненная единым целым с рабочим колесом турбины. На фиг.2 представлено поперечное сечение ротора данного турбогенератора.Figure 1 shows the design of a high-speed electric machine - a turbogenerator, the role of a non-magnetic cage of the rotor of which is performed by a part made integrally with the impeller of the turbine. Figure 2 presents the cross section of the rotor of this turbogenerator.

Ротор электрической машины содержит немагнитную обойму 1, сборную или монолитную двухполюсную или многополюсную магнитную систему 2, втулку 3, имеющую в пределах магнитной системы призматическую наружную поверхность и цилиндрическую внутреннюю поверхность, шпильку 4, проходящую через отверстие во втулке и гайку 5, затяжка которой вызывает сжатие конструкции в осевом направлении и повышение ее изгибной жесткости. За пределами магнитной системы втулка 3 сопрягается с внутренней поверхностью обоймы. Также для наглядности на фиг.1 показан статор электрической машины 6 с рабочей обмоткой 8, закрепленный в корпусе 7 турбогенератора.The rotor of the electric machine contains a non-magnetic ferrule 1, a prefabricated or monolithic bipolar or multipolar magnetic system 2, a sleeve 3 having a prismatic outer surface and a cylindrical inner surface within the magnetic system, a stud 4 passing through an opening in the sleeve and a nut 5, the tightening of which causes compression structures in the axial direction and increase its bending stiffness. Outside the magnetic system, the sleeve 3 is mated with the inner surface of the cage. Also, for clarity, figure 1 shows the stator of an electric machine 6 with a working winding 8, mounted in the housing 7 of the turbogenerator.

Устройство может быть использовано в турбоэлектрических машинах различного назначения.The device can be used in turboelectric cars for various purposes.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

1. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.172, рис.9.1 (б)1. Osin I.L., Shakaryan Yu.G. Electric cars. Synchronous machines. M .: "Higher School", 1990, p. 172, Fig. 9.1 (b)

1. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины. Синхронные машины. М.: «Высшая школа», 1990, стр.174, рис.9.41. Osin I.L., Shakaryan Yu.G. Electric cars. Synchronous machines. M .: "Higher School", 1990, p. 174, Fig. 9.4

3. Рекламный буклет "Rotor & Stator Sets" фирмы Calnetix (взят с сайта http://www.calnetix.com, дата обращения 14.05.2008, копия прилагается, по состоянию на 14.10.2009 документ с сайта удален).3. Advertising booklet "Rotor & Stator Sets" by Calnetix (taken from http://www.calnetix.com, accessed May 14, 2008, a copy is attached, as of October 14, 2009 the document has been deleted from the site).

4. Рекламный буклет фирмы Calnetix "High Speed Motors and Generators" (http://www.calnetix.com/Calnetix_Brochure.pdf, дата обращения 14.10.2009).4. Advertising booklet of Calnetix company "High Speed Motors and Generators" (http://www.calnetix.com/Calnetix_Brochure.pdf, accessed October 14, 2009).

Claims

The rotor of a high-speed turboelectric machine containing a shaft, a sleeve, a magnetic system with permanent magnets and a cylindrical cage made of non-magnetic metal or alloy, characterized in that the cage is made integrally with the impeller of the turbine.