RU113889U1 - TURBO ENGINE ROTOR - Google Patents

Abstract

1. Ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением, содержащий вал, в утолщенной части которого в пазах уложена обмотка возбуждения, лобовые части которой удерживаются бандажными кольцами, установленными на центрирующих кольцах, причем между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха от напорных элементов, размещенных на роторе симметрично с двух сторон, а закрытие роторной полости выполнено в виде цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, отличающийся тем, что с другой стороны цилиндр соединен с напорным элементом с образованием прохода для воздуха от напорных элементов в роторную полость, а в бандажных кольцах имеются отверстия, которые соединяются с каналами в лобовых частях обмотки возбуждения. ! 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что в качестве напорных элементов установлены центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения имеют отверстия. ! 3. Ротор по п.1, отличающийся тем, что в центрирующих кольцах дополнительно выполнены окна. 1. The rotor of an air-cooled synchronous electric machine, containing a shaft, in the thickened part of which the excitation winding is laid in the grooves, the frontal parts of which are held by shroud rings mounted on the centering rings, and between the centering rings and the shaft there are channels for the passage of air from the pressure elements, placed on the rotor symmetrically on both sides, and the closure of the rotor cavity is made in the form of a cylinder, which on one side is connected to the centering ring, characterized in that on the other side the cylinder is connected to the pressure head to form a passage for air from the pressure elements into the rotor cavity, and in the shroud rings there are holes that are connected to the channels in the frontal parts of the field winding. ! 2. A rotor according to claim 1, characterized in that centrifugal fans are installed as pressure elements, which have holes in the axial direction from the side of the field winding. ! 3. A rotor according to claim 1, characterized in that windows are additionally made in the centering rings.

Description

Техническое решение относится к электромашиностроению и касается особенностей конструкции роторов синхронных электрических машин, в частности роторов турбодвигателей с воздушным охлаждением.The technical solution relates to electrical engineering and relates to the design features of the rotors of synchronous electric machines, in particular rotors of air-cooled turbo engines.

Известен ротор синхронной электрической машины (патент США №4547688, H02K 3/48, опубл. 15.10.1985 г.), который содержит вал, центрирующие кольца и напорные элементы (вентиляторы). В утолщенной части вала (бочке ротора) в пазах уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах. Воздух от вентилятора поступает в обмотку возбуждения через проходы (каналы) для воздуха между центрирующими кольцами и валом. В бандажных кольцах для выхода воздуха из каналов, проходящих через лобовые части обмотки возбуждения, выполнены радиальные отверстия, которые соединяются с каналами лобовых частей обмотки возбуждения. Выполнение радиальных отверстий в бандажном кольце позволяет повысить интенсивность охлаждения лобовых частей обмотки ротора, но недостатком такой конструкции является то, что охлаждение лобовых частей обмотки статора осуществляется уже нагретым воздухом, выходящим из радиальных отверстий, выполненных в бандажном кольце.Known rotor synchronous electric machine (US patent No. 4547688, H02K 3/48, publ. 10/15/1985), which contains a shaft, centering rings and pressure elements (fans). In the thickened part of the shaft (rotor barrel) in the grooves the field winding is laid. The frontal parts of the field winding hold the retaining rings mounted on the centering rings. Air from the fan enters the field winding through the passages (channels) for air between the centering rings and the shaft. In the retaining rings for the exit of air from the channels passing through the frontal parts of the field winding, radial holes are made that are connected to the channels of the frontal parts of the field coil. The implementation of the radial holes in the retaining ring allows you to increase the cooling rate of the frontal parts of the rotor winding, but the disadvantage of this design is that the cooling of the frontal parts of the stator winding is carried out by the heated air leaving the radial holes made in the retaining ring.

Наиболее близкой является конструкция ротора синхронной электрической машины (патент РФ №2129328, H02K 9/04, H02K 19/00, опубл. 20.04.1999 г.), в которой в средней утолщенной части (бочке ротора), выполнены пазы, в которых уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах, с двух сторон вала размещены напорные элементы (вентиляторы). Охлаждающий воздух от вентилятора поступает двумя потоками, один поток идет в воздушный зазор между ротором и статором электрической машины, а второй в зону лобовых частей обмотки статора. Между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха к обмотке возбуждения. Отделение (закрытие) роторной полости от полости лобовых частей обмотки статора выполнено с помощью цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны перекрывает проход воздуха от вентилятора. Воздух от вентилятора не поступает в каналы обмотки возбуждения ротора. Недостатком такой конструкции является нагрев обмотки возбуждения.The closest is the design of the rotor of a synchronous electric machine (RF patent No. 2129328, H02K 9/04, H02K 19/00, publ. 04/20/1999), in which the grooves are made in the middle thickened part (rotor barrel) field winding. The frontal parts of the field winding hold the retaining rings mounted on the centering rings, pressure elements (fans) are placed on both sides of the shaft. The cooling air from the fan comes in two streams, one stream goes into the air gap between the rotor and the stator of the electric machine, and the second into the zone of the frontal parts of the stator winding. Between the centering rings and the shaft there are channels for the passage of air to the field coil. Separation (closing) of the rotor cavity from the cavity of the frontal parts of the stator winding is made using a cylinder, which is connected to the centering ring on one side and blocks the air passage from the fan on the other hand. Air from the fan does not enter the channels of the rotor field winding. The disadvantage of this design is the heating of the field winding.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в снижении температуры обмотки возбуждения ротора синхронной электрической машины с воздушным охлаждением.The technical result, which the proposed technical solution is aimed at, is to reduce the temperature of the field winding of the rotor of the rotor of an air-cooled synchronous electric machine.

Для достижения указанного технического результата предлагается ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением, содержащий вал, в утолщенной части которого (бочке ротора), в пазах уложена обмотка возбуждения. Лобовые части обмотки возбуждения удерживают бандажные кольца, установленные на центрирующих кольцах. Причем между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха от напорных элементов (вентиляторов), размещенных на роторе симметрично с двух сторон, а закрытие роторной полости выполнено в виде цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны цилиндр соединен с напорным элементом с образованием прохода для воздуха от напорных элементов в роторную полость, а в бандажных кольцах имеются отверстия, которые соединяются с каналами в лобовых частях обмотки возбуждения.To achieve the technical result, a rotor of an air-cooled synchronous electric machine is proposed, comprising a shaft, in the thickened part of which (the barrel of the rotor), an excitation winding is laid in the grooves. The frontal parts of the field winding hold the retaining rings mounted on the centering rings. Moreover, between the centering rings and the shaft there are channels for the passage of air from pressure elements (fans) placed symmetrically on the rotor on both sides, and the closing of the rotor cavity is made in the form of a cylinder, which is connected to the centering ring on one side, and the cylinder is connected on the other with a pressure element with the formation of a passage for air from the pressure elements to the rotor cavity, and in the retaining rings there are holes that connect to the channels in the frontal parts of the excitation winding.

Целесообразно в качестве напорных элементов использовать центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения имеют отверстия.It is advisable to use centrifugal fans as pressure elements, which have holes in the axial direction from the side of the field winding.

Для увеличения объема поступающего к обмотке возбуждения воздуха целесообразно использовать центрирующие кольца, в которых, помимо каналов между центрирующими кольцами и валом, дополнительно выполнены окна.To increase the volume of air entering the field winding, it is advisable to use centering rings, in which, in addition to the channels between the centering rings and the shaft, windows are additionally made.

Новым является разделение потока воздуха статорной и роторной полости с помощью цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, а с другой стороны - с напорным элементом с образованием прохода для охлаждающего воздуха в роторную полость от напорного элемента. В такой конструкции часть потока охлаждающего воздуха с помощью вентилятора направляется через роторную полость непосредственно к обмотке возбуждения ротора, что позволяет принудительно направить охлаждающий воздух в обмотку возбуждения, а другая часть охлаждающего воздуха направляется к лобовым частям обмотки статора и в воздушный зазор между ротором и статором. Кроме того, выполнение отверстий в бандажных кольцах позволяет отводить нагретый воздух от обмотки возбуждения через воздушный зазор между статором и ротором, где он смешивается с охлаждающим воздухом, поступающим от вентилятора.New is the separation of the air flow of the stator and rotor cavities by means of a cylinder, which is connected on one side to the centering ring and, on the other hand, to the pressure element to form a passage for cooling air into the rotor cavity from the pressure element. In this design, a part of the cooling air flow is directed through the rotor cavity directly to the rotor excitation winding, which allows forcing the cooling air to be forced to the excitation winding, and the other part of the cooling air is directed to the frontal parts of the stator winding and into the air gap between the rotor and stator. In addition, making holes in the retaining rings allows the heated air to be removed from the field winding through the air gap between the stator and the rotor, where it is mixed with cooling air from the fan.

Такая конструкция ротора позволяет значительно снизить температуру обмотки возбуждения ротора.This design of the rotor can significantly reduce the temperature of the field winding of the rotor.

На фиг. изображена часть ротора и зона лобовых частей обмотки статора синхронной электрической машины с воздушным охлаждением.In FIG. shows the rotor part and the frontal area of the stator winding of an air-cooled synchronous electric machine.

Ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением содержит вал 1. В утолщенной части вала 1 (бочке ротора) выполнены пазы, в которые уложена обмотка возбуждения 2. Лобовые части обмотки возбуждения 2 удерживаются бандажными кольцами 3. Бандажные кольца 3 установлены на центрирующих кольцах 4. Между центрирующими кольцами 4 и валом 1 имеются каналы 5, расположенные по внутреннему диаметру центрирующих колец 4, и дополнительные окна 6 для прохода охлаждающего воздуха от напорных элементов 7, установленных с двух сторон вала 1.The rotor of an air-cooled synchronous electric machine comprises a shaft 1. In the thickened part of the shaft 1 (rotor barrel), grooves are made in which the field winding is laid 2. The front parts of the field winding 2 are held by retaining rings 3. The retaining rings 3 are mounted on the centering rings 4. Between the centering rings 4 and the shaft 1 have channels 5 located along the inner diameter of the centering rings 4, and additional windows 6 for the passage of cooling air from the pressure elements 7 installed on both sides of the shaft 1.

Закрытие (отделение) роторной полости 8 выполнено с помощью цилиндра 9, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом 4, а с другой стороны цилиндр 9 соединен с напорным элементом 7 с образованием прохода 10 для охлаждающего воздуха от напорных элементов 7 в роторную полость 8. В бандажных кольцах 3 выполнены отверстия 11, которые соединяются с каналами 12 лобовых частей обмотки возбуждения 2. В качестве напорных элементов 7 установлены центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения 2 имеют отверстия 13.The closure (separation) of the rotor cavity 8 is made using a cylinder 9, which is connected to the centering ring 4 on the one hand and, on the other hand, the cylinder 9 is connected to the pressure element 7 to form a passage 10 for cooling air from the pressure elements 7 to the rotor cavity 8. In the retaining rings 3, holes 11 are made, which are connected to the channels 12 of the frontal parts of the field winding 2. Centrifugal fans are installed as pressure elements 7, which have holes in the axial direction from the side of the field winding 2 I'm 13.

При работе электрической машины охлаждающий воздух в каждом из центробежных вентиляторов разделяется на две части. Одна часть охлаждающего воздуха поступает на охлаждение лобовых частей обмотки статора 14 и в воздушный зазор 15 между статором и ротором.During operation of the electric machine, the cooling air in each of the centrifugal fans is divided into two parts. One part of the cooling air enters to cool the frontal parts of the stator winding 14 and into the air gap 15 between the stator and the rotor.

Вторая часть охлаждающего воздуха поступает в роторную полость 8, в рассматриваемом примере через отверстия 13, выполненные в центробежном вентиляторе, далее через каналы 5 и окна 6 в центрирующем кольце 4 попадает в лобовые части обмотки возбуждения 2. После прохождения по каналам охлаждения лобовых частей обмотки возбуждения 2 вторая часть охлаждающего воздуха через отверстия 11 в бандажных кольцах 3 и канал между валом 1 и бандажным кольцом выбрасывается в воздушный зазор 15 и зону лобовых частей обмотки статора 14.The second part of the cooling air enters the rotor cavity 8, in the considered example, through the holes 13 made in the centrifugal fan, then through the channels 5 and the windows 6 in the centering ring 4 it enters the frontal parts of the field winding 2. After passing through the cooling channels the frontal parts of the field winding 2, the second part of the cooling air through the holes 11 in the retaining rings 3 and the channel between the shaft 1 and the retaining ring is thrown into the air gap 15 and the area of the frontal parts of the stator winding 14.

Такая конструкция позволяет исключить циркуляцию воздуха вокруг вентилятора, и направить охлаждающий воздух непосредственно в лобовые части обмотки возбуждения, тем самым улучшить тепловое состояние обмотки возбуждения.This design eliminates the circulation of air around the fan, and directs the cooling air directly to the frontal parts of the field coil, thereby improving the thermal state of the field coil.

Claims (3)

1. Ротор синхронной электрической машины с воздушным охлаждением, содержащий вал, в утолщенной части которого в пазах уложена обмотка возбуждения, лобовые части которой удерживаются бандажными кольцами, установленными на центрирующих кольцах, причем между центрирующими кольцами и валом имеются каналы для прохода воздуха от напорных элементов, размещенных на роторе симметрично с двух сторон, а закрытие роторной полости выполнено в виде цилиндра, который с одной стороны соединен с центрирующим кольцом, отличающийся тем, что с другой стороны цилиндр соединен с напорным элементом с образованием прохода для воздуха от напорных элементов в роторную полость, а в бандажных кольцах имеются отверстия, которые соединяются с каналами в лобовых частях обмотки возбуждения.1. The rotor of an air-cooled synchronous electric machine, comprising a shaft, in the thickened part of which an excitation winding is laid in the slots, the front parts of which are held by retaining rings mounted on the centering rings, and there are channels between the centering rings and the shaft for the passage of air from the pressure elements, placed on the rotor symmetrically on both sides, and the closure of the rotor cavity is made in the form of a cylinder, which is connected to the centering ring on one side, characterized in that on the other side us cylinder connected to a pressure member to form a passage for air from pressure elements into the rotor cavity, and in shroud rings have openings that communicate with the channels in the end parts of the field winding. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что в качестве напорных элементов установлены центробежные вентиляторы, которые в осевом направлении со стороны обмотки возбуждения имеют отверстия.2. The rotor according to claim 1, characterized in that centrifugal fans are installed as pressure elements, which have holes in the axial direction from the side of the field winding. 3. Ротор по п.1, отличающийся тем, что в центрирующих кольцах дополнительно выполнены окна.

3. The rotor according to claim 1, characterized in that the centering rings additionally have windows.