Ротор турбогенератора з концентричною обмоткою

Реферат: Винахід належить до eлектромашинобудування. Ротор турбогенератора містить концентричну обмотку збудження, котушки рівновеликої висоти якої розташовані в радіальних пазах бочки однакової ширини, з безпосереднім газовим охолоджуванням витків пазової частини обмотки за зустрічно-аксіальною схемою. Кожна з малих котушок, прилеглих до великого зуба ротора, має m витків, кожна чверть такого витка має тільки дві зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга - у пазовій частині, де зазначені зони охолодження малих котушок утворені паралельними аксіальними каналами з тільки двома зустрічно-аксіально розташованими входами охолоджуючого газу з боку лобової частини безпосередньо з торця бочки та тільки двома виходами охолоджуючого газу, а кожна з решти котушок має n витків, причому n>m. Кожна чверть такого витка має три зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга та третя - у пазовій частині. Перша та друга зазначені зони охолодження решти котушок виконані по суті аналогічно першій та другій зонам охолодження малих котушок, а третя зона утворена аксіальними каналами, що паралельні аксіальним каналам першої та другої зон охолодження. Вхід в ці аксіальні канали розташований радіально з відкритих підпазових каналів, виконаних у кожній з решти котушок, причому висота витка кожної малої котушки більше висоти витка кожної з решти котушок та має значення, близьке до n/m. Технічним результатом є покращення електричних параметрів турбогенератора за рахунок змінення форми кривої магніторушійної сили обмотки збудження. UA 115656 C2 (12) UA 115656 C2 UA 115656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі електромашинобудування і може бути використаним при виробництві турбогенераторів з безпосереднім газовим охолоджуванням. Відомі ротори чотириполюсних турбогенераторів потужністю 300 МВт і вище, що мають концентричні обмотки збудження з аксіальними каналами у витках для організації безпосереднього водневого охолоджування [Turbogenerators order for USA. "Electrical Review", 1970, April 10, p. 523; "Electrical Times", 1970, April 2-9, p. 10; "Electrical Review", 1969, September 5, p. 334; "AEG Mitteilungen" 1969, № 1]. Спосіб охолоджування котушок обмотки цих роторів організований по схемі, що складається з декількох паралельних шляхів (ділянок), у тому числі включаючи і прохід газу по підпазовому каналу різного перерізу. До недоліків цієї схеми можна віднести ускладненість системи охолоджування; недостатнє охолодження окремих котушок через конструктивну незабезпеченість потрібної кількості газу; наявність багатоступеневих підпазових каналів для окремої ділянки охолоджування, а також складність виготовлення ротора, що має різну глибину підпазових каналів по довжині бочки. Відомі також ротори двополюсних турбогенераторів потужністю 500 МВт з концентричними обмотками збудження котушкового типу з аксіальними каналами у витках котушок [Hlavac J., Pivrnec M. Development of the cooling system for a 500 MW turbo-generator rotor. - "CIGRE-Int. Conf. Large High Tens. Elec. Syst. Paris, 1970. /Prepr./», s.a., № 11-04, 10 pp., ill.]. У бочці ротора в радіальні пази однієї висоти укладаються котушки однакової ширини з числом витків n. Охолоджування витків котушок виконане по зустрічно-аксіальній схемі. Кожна чверть котушки ротора охолоджується по трьом паралельним ділянкам: подача охолоджуючого газу безпосередньо в аксіальні канали з лобової частини обмотки і дві подачі з відкритих двоступеневих підпазових каналів в аксіальні канали витків через радіальні отвори. Число зон виходу газу - три на четверту частку ротора. Схема охолоджування однакова для всіх котушок, включаючи і малі котушки (найкоротші), прилеглі до великих зубців ротора. Першим недоліком відомого ротора є послідовне охолоджування лобової та пазової частин котушок. Паралельне охолодження пазової та лобової частин витків малих котушок відомого ротора організувати неможливо, бо отвори для входу охолоджуючого газу в лобовій частині повинні розташовуватися безпосередньо у торця бочки ротора, саме там, де розміщений вхід охолоджуючого газу у підпазовий канал. Через конструктивну завантаженість ротора в зоні лобової частини обмотки (щільну компоновку конструктивних елементів) досить складно забезпечити необхідну кількість газу для охолоджування малої котушки, і тим самим забезпечити однаковий нагрів в порівнянні з рештою котушок обмотки. Другим недоліком відомого ротора турбогенератора є наявність двох зон входу охолоджуючого газу в витки котушок із підпазових каналів, що потребує застосування підпазових каналів різного перерізу по довжині бочки та певним чином ускладнює конструкцію ротора. Третім недоліком відомого ротора турбогенератора є використання відкритих двоступеневих підпазових каналів, які не забезпечують надійної механічної опори вмісту пазів при технологічному опресуванні котушок, особливо у випадках малого розміру заплечиків біля дна пазу, а також не забезпечують необхідної електричної міцності ізоляції нижнього витка котушки без додаткових ізоляційних прокладок. В основу винаходу поставлено задачу усунення вказаних недоліків відомого ротора турбогенератора з концентричною обмоткою збудження і зустрічно-аксіальною схемою його газового охолоджування. Поставлена задача вирішується тим, що у роторі турбогенератора, що містить концентричну обмотку збудження, котушки рівновеликої висоти якої розташовані в радіальних пазах бочки однакової ширини, з безпосереднім газовим охолоджуванням витків пазової частини обмотки за зустрічно-аксіальною схемою, відповідно до винаходу, кожна з малих котушок, прилеглих до великого зуба ротора, має m витків, кожна чверть такого витка має тільки дві зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга - у пазовій частині, де зазначені зони охолодження малих котушок утворені паралельними аксіальними каналами з тільки двома зустрічно-аксіально розташованими входами охолоджуючого газу з боку лобової частини безпосередньо з торця бочки та тільки двома виходами охолоджуючого газу, а кожна з решти котушок має n витків, причому n>m, кожна чверть такого витка має три зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга та третя - у пазовій частині, де перша та друга зазначені зони охолодження решти котушок виконані по суті аналогічно першій та другій зонам охолодження малих котушок, а третя зона утворена аксіальними каналами, що паралельні аксіальним каналам першої та другої зон охолодження, вхід в ці аксіальні канали розташований радіально з відкритих підпазових каналів, виконаних у кожній з решти котушок, причому висота витка кожної малої котушки більше висоти витка кожної з решти котушок та має значення, близьке до n/m. 1 UA 115656 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується також тим, що кількість витків m в малій котушці дорівнює n2, висота її витка збільшена у відповідності з формулою: [n/m] + (0,5…1,5) мм, а переріз аксіального каналу витка цієї котушки збільшений на 30…50 % в порівнянні з перерізом каналу витка решти інших котушок. Поставлена задача вирішується також тим, що у відкритий підпазовий канал встановлена закрита ізоляційна коробка підвищеної механічної міцності, висота якої перевищує висоту підпазового каналу на величину від 2-х до 3-х значень товщини корпусної ізоляції котушок обмотки збудження. Суть винаходу пояснюється на прикладі запропонованого ротора двополюсного турбогенератора потужністю 550 МВт з безпосереднім водневим охолоджуванням обмотки ротора. На Фіг. 1 показане аксонометричне зображення однієї четвертої частки будь-якої із концентричних котушок обмотки ротора, за винятком котушок, що примикають до великих зубців ротора турбогенератора; на Фіг. 2 показано аксонометричне зображення однієї четвертої частки малої котушки, прилеглої до великого зуба ротора турбогенератора; на Фіг. 3 зображений поперечний переріз пазової частини ротора турбогенератора на одному зубовому поділі; на Фіг. 4 зображений поперечний переріз електроізоляційної коробки в підпазовому каналі ротора турбогенератора. На Фіг. 1 показані витки котушки, що мають аксіальні канали для безпосереднього водневого охолоджування, утворені двома коритоподібними елементарними провідниками. У цих котушках число витків n=7. Охолоджування витків у пазовій 1 і лобовій 2 частинах здійснюється трьома паралельними ділянками: подача охолоджуючого газу безпосередньо в аксіальні канали витків з боку лобових частин (загальна зона 3) і в аксіальні канали витків через радіальні отвори 4 у витках з відкритих підпазових каналів (зона 5). При цьому з відкритих підпазових каналів подача газу здійснюється лише через радіальні отвори. Всього на четверту частку цих котушок припадає три зони виходу гарячого газу - 6, 7 і 8. На Фіг. 2 для цього ротора турбогенератора показані витки однієї четвертої частки малої котушки, прилеглої до великого зуба ротора. Охолоджування витків цієї котушки (пазової частини 1 і лобової 2) здійснюється шляхом безпосередньої подачі охолоджуючого газу в аксіальні канали тільки з боку лобових частин (зона 3) з виходом гарячого газу для пазової частини котушки в зоні 6 та для лобової частини котушок - в зоні 8, тобто паралельний шлях охолоджування, що утворюється в решті котушок підпазовими каналами і радіальними отворами у витках, конструктивно виключений. Таким чином, охолоджування витків малої котушки спрощене, число зон виходу газу зменшене і зведене до двох на кожну її четверту частку. Загальна схема охолоджування витків котушок в цілому стала комбінованою. При цьому, всі котушки обмотки ротора турбогенератора мають однакову висоту, та укладені в пази бочки ротора однієї висоти без урахування підпазового каналу (Фіг. 3). Для вирівнювання нагріву малих котушок до температур решти інших котушок, в пазах малих котушок без підпазових каналів закладено зменшене число витків m. У даному прикладі m=n-2=5. При цьому, одночасно з конструктивним виключенням підпазового каналу та зменшенням числа витків малих котушок, висота витка малої котушки 9 збільшена в порівнянні з висотою витка решти котушок 10 у відношенні близькому до n/m=7/5, а переріз аксіального каналу витка 11 в порівнянні з перерізом аксіального каналу витків решти котушок 12 збільшений на значення близьке до 40 %. До переваги даного винаходу належить і те, що зменшення числа витків в малих котушках, в порівнянні з рештою, автоматично вирішує відому задачу підвищення електричних параметрів турбогенератора за рахунок покращення форми кривої магніторушійної сили обмотки збудження. У запропонованому роторі в відкритих підпазових каналах, де розміщені решта інших котушок окрім малих, установлені електроізоляційні коробки 13 високої механічної міцності (Фіг. 4), наявність яких дозволяє виконувати якісно технологічну операцію опресовування котушок обмотки при виготовленні ротора. Ізоляційна коробка в своїй верхній частині має отвори 14 для подачі охолоджуючого газу в радіальні отвори витків котушок. При необхідності оптимізації витрати газу по довжині котушки отвори 14 коробки 13 виготовлені різного перерізу. Забезпечення необхідної електричної міцності ізоляції нижнього витка до периметра паза ротора і підпазового каналу отримано шляхом установки ізоляційної коробки вище заплечика підпазового каналу на 2…3 товщини корпусної ізоляції "Δ" обмотки збудження. Встановлена у відкритий підпазовий канал закрита електроізоляційна коробка 13 не потребує ізоляційної прокладки 15 для відкритих підпазових каналів. 60 2 UA 115656 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Ротор турбогенератора, що містить концентричну обмотку збудження, котушки рівновеликої висоти якої розташовані в радіальних пазах бочки однакової ширини, з безпосереднім газовим охолоджуванням витків пазової частини обмотки за зустрічно-аксіальною схемою, який відрізняється тим, що кожна з малих котушок, прилеглих до великого зуба ротора, має m витків, кожна чверть такого витка має тільки дві зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга - у пазовій частині, де зазначені зони охолодження малих котушок утворені паралельними аксіальними каналами з тільки двома зустрічно-аксіально розташованими входами охолоджуючого газу з боку лобової частини безпосередньо з торця бочки та тільки двома виходами охолоджуючого газу, а кожна з решти котушок має n витків, причому n>m, кожна чверть такого витка має три зони охолодження, одна з яких розташована у лобовій частині, друга та третя - у пазовій частині, де перша та друга зазначені зони охолодження решти котушок виконані по суті аналогічно першій та другій зонам охолодження малих котушок, а третя зона утворена аксіальними каналами, що паралельні аксіальним каналам першої та другої зон охолодження, вхід в ці аксіальні канали розташований радіально з відкритих підпазових каналів, виконаних у кожній з решти котушок, причому висота витка кожної малої котушки більше висоти витка кожної з решти котушок та має значення, близьке до n/m. 2. Ротор за п. 1, який відрізняється тим, що кількість витків m в малій котушці дорівнює n-2, висота її витка збільшена у відповідності з формулою: [n/m] + (0,5…1,5) мм, а переріз аксіального каналу витка цієї котушки збільшений на 30…50 % в порівнянні з перерізом каналу витка решти інших котушок. 3. Ротор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що у відкритий підпазовий канал встановлена закрита ізоляційна коробка підвищеної механічної міцності, висота якої перевищує висоту підпазового каналу на величину від 2-х до 3-х значень товщини корпусної ізоляції котушок обмотки збудження. 3 UA 115656 C2 4 UA 115656 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5