Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением

(5 й)5 Н 02 К 3/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроенияХарьковского завода "Электротяжмаш"им. В,И, Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1042133, кл, Н 02 К 1/26, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 278838, кл. Н 02 К 3/22, 1965,(54) ПЕТЛЕВАЯ ОБМОТКА РОТОРА ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ(57) Использование: роторы турбогенераторов, в частности асинхронизированных турбогенераторов, Сущность изобретения:петлевая обмотка турбогенератора с жидкостным охлаждением содержит секции из полых проводников, расположенные поокружности ротора и соединенные в катушки. Катушка образована соединением и роводников 7, 8, 9, образующих формуспирали, последовательно переходящей изнижнего слоя в промежуточные, а затем вверхний слой, с шагом по высоте пазовойчасти через один проводник, Нижний конец21 спирали гидравлически связан с камерой подачи, а верхний конец 24 - с камерой слива охлаждающей жидкости. Обмотка может быть выполнена многофазной, а часть фаз - короткозамкнутыми, 3 з,п. ф-лы, 7 ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электромашиностроению, преимущественно к производству роторов асинхронизированных турбогенераторов (АСТГ), называемых также роторами машин двойного питания,Особенностью конструкции таких машин является применение для ротора многофазной (обычно двух- или трехфазной) обмотки. Повышение мощности АСТГ приводит к необходимости интенсификации охлаждения проводников обмотки ротора, в частности, к применению водяного охлаждения проводников. При этом проблемным вопросом является создание для роторов АСТГ такой многофазной обмотки, в которой обеспечивается надежность соединения проводников и равномерная раздача воды по параллельным цепям охлаждения.Известна обмотка ротора электрической машины двойного питания (обмотка ротора АСТГ), состоящая иэ концентрических катушек, Слои этой обмотки, сдвинутые друг относительно друга на 90 эл. град образуют, по существу, двухфазную обмотку, обеспечивающую работу АСТГ во всех характерных для него режимах; синхронном и асинхронном, Обмотка, ввиду особых качеств обеспечения разгрузки магнитопровода ротора от насыщения, применена для производства АСТГ мощностью 200 МВт (АСТГ), Проводники этой обмотки имеют непосредственное газовое (водородное) охлаждение, Что касается применения водяного охлаждения для такой обмотки, то это конструктивно затруднено из-за сложности присоединения и размещения патрубков подачи и слива воды, особенно к верхнему слою обмотки. Это ограничивает возможность применения обмотки с ростом единичной мощности машин.В части простоты присоединения и размещения упомянутых патрубков подачи и слива воды перспективно применение обмоток с перекрещивающимися лобовыми частями, например, петлевых обмоток, Концы стержней таких обмоток выведены на торец лобовой части и доступны для присоединения патрубков.Петлевые обмотки могут быть выполнены уложенными в два ряда. Каждая катушка такой обмотки может иметь несколько витков. Для проектирования ротора АСТГ с непосредственнымым жидкостным охлаждением проводников приемлемы катушки с небольшим количеством витков, последовательно соединенных электрически и гидравлически; двумя или тремя. Это связано с тем, что увеличение числа витков, хотя и полезно для снижения величины тока в выводах (токо- подводах) и в обмотке возбудителя, но приводит к дроблению сечения проводников и каналов в них, что неблагоприятно для организации жидкостного охлаждения.Недостатком такой обмотки является сложность исполнения головок, т.е. мест соединения ее стержней в лобовых частях. Даже при выполнении катушек из двух витков в одной из головок обмотки (со стороны, противоположной концам катушки) остается внутреннее соединение проводников, охваченное наружным соединением. Это внутреннее соединение, закрытое наружным, недоступно для ремонта, а наружное технологическй трудновыполнимо из-за препятствия со стороны внутренних стержней. То есть пригонке поверхностей и сжатию концов наружных проводников в головках мешают ранее уложенные стержни второго и третьего проводника катушки, Одновременно возрастает длина головок, а вместе с ней и длина лобовой части обмотки: Снижение надежности из-за сложности соединений проводников катушек является первым недостатком такой обмотки.Второй недостаток обмотки проявляется при организации ее жидкостного охлаждения. Действительно, приемлемой системой охлаждения катушек такой обмотки является самонапорная система. Имеется в виду система охлаждения, когда жидкость, обычно вода, заливается свободной струей во вращающуюся корытообразную емкость, в которую выведены концы патрубков подачи жидкости в обмотку, проходит через проводники и под действием центробежных сил сливается наружу на большем радиусе из обмотки, Самонапорная система имеет определенные преимущества по сравнению с другой известной системой жидкостноо охлаждения ротора при принудительной подаче и сливе жидкости с использованием центрального отверстия вала. Эти качества - снижение давления в витках и на уплотнительных элементах, возможность размещения увеличенного количества патрубков подачи и слива жидкости и др, создают определенные преимущества для ее применения в роторах турбогенераторов,Однако применение самонапорной системы для катушек обмотки недостаточно надежно из-за неравномерности распределения давления жидкости в витках, Это вызвано наличием в этой обмотке чередующегося подъема и опускания стержней на обеих сторонах катушек, вместо требующегося их последовательного подъема.Снижение надежности при самонапорном жидкостном охлаждении проводников - второй недостаток такой обмотки,Этот же недостаток обмотки сохраняется при выполнении ее состоящей из нескольких одинаковых обмоток уложенных больше, чем в два ряда друг над другом. В этом случае внутри каждого двухслойного ряда жидкость вначале может подниматься от нижнего проводника секции к верхнему, но затем при длине гидравлического тракта более одного витка должна опускаться при переходе к началу (нижнему проводнику) смежной секции,Цель изобретения - повышение надежности.Указанная цель достигается тем, что в конструкции петлевой обмотки ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением, состоящей из отдельных секций, расположенных по окружности ротора, упомянутые секции соединены на роторе в катушки с числом витков два или более с образованием формы спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточный, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего, - с камерой слива охлаждающей жидкости, Начало нижнего проводника каждой катушки может быть смещено в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину пазового деления,Начало хотя бы одной из фаз может быть выполнено с размещением выводных концов и перемычек со стороны, противоположной по сравнению с другими фазами с замыканием этих выводных концов накоротко.На фиг. 1 показана схема предложенной обмотки; на фиг. 2 - узел на фиг. 1; на фиг. 3 - схема исполнения катушек обмотки; на фиг. 4 и 5 - концевые участки лобовых частей обмотки с противоположных сторон, продольные разрезы; на фиг. 6 - разрез А - А на фиг. 4; на фиг, 7 - разрез Б - Б на фиг, 4,Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением состоит из отдельных секций 1, расположенных по окружности ротора. В общем случае обмотка ротора выполнена многофазной, Соединение катушек 2 произведено в фазах с выводными концами К 1 К 2 1 1 12; М 1 М 2 последовательно с помощью перемычек 3- 6, Перемычки 3 электрически соединяют конец витка очередной катушки в пределах полюсно-фазных зон с началом нижнего витка последующей катушки, Они имеют относительно небольшую длину и жидкостью не охлаждаются. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Секции обмотки соединены на роторе в катушки 2. Число витков в каждой катушке два или более, Витки в катушках выполнены соединением проводников 7 - 10. Соединенные друг с другом проводники образуют форму спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя 11 в промежуточные слои 12 и 13 и затем в верхний слой 14, Соединение проводников смежных слоев произведено, например пайкой, в местах 15 - 17, При этом место 17 соединения выдвинуто в аксиальном направлении наружу по отношению к месту 15 соединения, Каналы 18 проводников соединены отверстием 19, а их выход на торцы закрыт заглушками 20,Спиральная форма витков катушек имеет шаг по высоте пазовой части через один проводник, т.е, между проводниками остается свободным промежуток Ь, который соответствует высоте одного изолированного проводника с необходимым количеством прокладок между ними,Нижний конец 21 спирали каждой катушки соединен патрубком п (подача) с камерой 22 подачи охлаждающей жидкости. В камеру жидкость поступает через неподвижный цилиндр 23. Второй конец 24 спирали соединен патрубком с (слив) с камерой 25 слива жидкости. Патрубки и и с могут раЗмЕщатьСя С ОбЕих Старсн рОтОра. СООтветственно этому камеры 22 и 25 также располагаются с его обеих сторон. Концы катушек, выведенные в камеры подачи и слива жидкости, уплотнены известным способом резиновыми кольцами 26 и 27, установленными в изоляционные втулки 28 и 29. Аналогично уплотнены концы с от перемычек 4-6, соединены одна с другой относительно короткой вставкой 30.Начало нижнего проводника каждой катушки может быть выполнено смещенным в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на половину а/2 пазового давления,Кроме того, одна из фаз обмотки может быть выполнена с размещением выводных концов М 1 и М 2 со стороны, противоположной выводам других фаз, В частности, эта фаза может быть короткозамкнутой и не иметь выводов (токоподводов), соединенных с возбудителем, Замыкание накоротко фазы производится перемиычкой 31, объединяющей ее концы М 1 и М 2, Короткозамкнутая фаза используется при работе машины в асинхронном режиме.Предлагаемая конструкция реализуется при следующем способе сборки. Вначале укладывают выводные проводники (токо- подводы) К 1, К 2, О,2 и перемычку 31 между10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 точками М 1 и Мг, Соединяют их со стержнями фаз в местах 32, Токоподводы и перемычка 31 могут быть выполнены достаточнобольшого сечения и не иметь непосредственного жидкостного охлаждения.После этого производят сборку нижнегослоя 11 обмотки с патрубками и подачи охлаждающей жидкости. К проводникам нижнего слоя до укладки их в роторприсоединены (припаяны) перемычки 3, Нанижний слой сверху укладывают последующий слой 12 обмотки, Производят соединение расположенных один над другимконцов проводников 15 со стороны, противоположной патрубкам и и с катушек, Послеэтого укладывают третий слой и соединяютего в местах 16 с вторым. Верхний слойукладывают последним, Соединяют (паяют)стержни верхнего и предыдущего слоя в местах 17.В результате на роторе образуются катушки 2, имеющие вид спирали с возрастающим радиусом размещения проводниковот ее начала к концу. Опущенный на участке33 на меньший радиус конец с катушек обеспечивает снижение давления между камерой подачи и камерой слива жидкости дотребуемого уровня.Катушки электрически соединяют друг сдругом путем припайки перемычек 3 к верхнему витку. Эти перемычки предварительно соединены с соответствующимипроводниками нижнего слоя, Соединяютперемычками 4 - 6 полюсно-фазные зоны обмотки.Таким образом, в предложенном устройстве благодаря выполнению катушек вформе спирали с шагом по высоте пазовойчасти через один проводник упрощена конструкция соединений этих проводников влобовых частях обмотки. Эти соединения,размещенные в местах 15 - 17, доступны дляосмотра и ремонта. Например, можно запаять отдельное соединение в местах 15 и 17(при случайном нарушении его герметичности во время эксплуатации машины) без вымотки проводников или запаять соединение16 при снятии с ротора только одного верхнего проводника с отводом с,Последовательное повышение радиусаразмещения проводников катушек от начала к концу спирали обеспечивает повышение надежности при применениисамонапорной системы жидкостного охлаждения обмотки.Упрощение конструкции соединенийпроводников в лобовых частях иповышение надежности их жидкостногоохлаждения обеспечивает достижение поставленной цели. Кроме того, благодаря смещению начала нижнего проводника каждой катушки в тангенциальном направлении относительно вышележащих проводников на угол, равный половине пазового деления а/2, улучшена технологичность сборки конструкции. В частности, облегчена установка приспособления для сжатия проводников в местах 16 при пайке, так как этой установке не препятствуют смещенные участки 21 проводников нижнего слоя 11.Дополнительно упрощение конструкции связано с размещением выводных концов М 1 и Мг и перемычек 6 одной фазы со стороны, противоположной по сравнению с другими фазами. Этим облегчено размещение в лобовых частях обмотки уменьшенного с одной стороны ротора (на одну) количества перемычек 4 и 5 и одновременно обеспечено образование свободных зон для размещения патрубков с слива жидкостного охлаждения этих перемычек, Жидкостное охлаждение перемычек 4 - 6 позволяет уменьшить их сечение до размеров проводника катушек обмотки и благодаря этому компактно их разместить и закрепить на роторе,В синхронном режиме АСТГ по коротко- замкнутой фазе ток не протекает и она в работе машины не участвует. При переходе в асинхронный режим в замкнутой накоротко фазе наводится ток и эта фаза дополняет магнитодвижущую силу двух других фаз.Предлагаемое устройство предназначено для внедрения при проектировании двухполюсного асинхронизированного турбогенератора мощностью 800 МВт (АСТГ). Формула изобретения 1. Петлевая обмотка ротора турбогенератора с жидкостным охлаждением, содержащая секции из полых проводников, расположенные по окружности ротора, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности, упомянутые секции соединены в катушки с числом витков два или более с образованием формы спирали, последовательно переходящей из нижнего слоя в промежуточные, а затем в верхний слой с шагом по высоте пазовой части через один проводник, и гидравлическим соединением нижнего конца спирали с камерой подачи, а верхнего - с камерой слива охлаждающей жидкости.2, Обмотка поп,1, отл ича ю щаяся тем, что, с целью упрощения изготовления, начало нижнего проводника каждой секции выполнено со смещением в тангенциальном направлении относительно вышележащих1735969 10, проводников на половину пазового деления,3, Обмотка поп,1,отличающаяся тем, что она выполнена многофазной, а по меньшей мере одна из фаз - короткозамкнутой,4. Обмотка ротора турбогенераторапоп,З,отличающаяся тем,что выводные концы и перемычки короткозамкнутых фаз выполнены со стороны, проти воположной по сравнению с другимифазами.13 1735969 14 г агЮ Составитель В.Кузьми ва Техред М.Моргентал едактор С,Па Коррект Шевк Заказ 1822 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Гагарина, 1 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгор