Соединение двойного вала и вращающейся машины - RU2307440C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к соединению двойного вала и вращающейся машины и, в частности, относится к соединению двойного вала и приводного электродвигателя, применяемому в системе вращающегося трансформатора высокой мощности.

Уровень техники

Вращающийся трансформатор высокой мощности можно использовать для преобразования электроэнергии из одной энергосистемы, действующей на одной частоте, во вторую энергосистему, действующую на второй частоте. Патент США №5953225 от 14 сентября 1999 г., Larsen, раскрывает вращающийся трансформатор, содержащий систему восстановления мощности, которая восстанавливает и подает в систему, принимающую энергию, разность мощности, обусловленную механической энергией, передаваемой на вращающийся вал вращающегося трансформатора.

Еще один такой узел вращающегося трансформатора раскрыт в патентной заявке Канады №2351895, опубликованной 30 декабря 2001 г., Martin и Rehder. Этот узел вращающегося трансформатора использует три фазы изолированного шинопровода, проходящего через центр вращающегося вала для соединения ротора вращающегося трансформатора с одной из двух энергосистем, между которыми вращающийся трансформатор преобразует электроэнергию из одной системы через статор в другую систему, действующую на немного другой частоте. Обе секции вала соединены друг с другом соединительным фланцем. Ротор вращающегося трансформатора установлен на нижней секции вала. Система восстановления мощности содержит приводной электродвигатель, соединенный с верхней секцией вала между двумя группами выводов шинопровода. Приводной электродвигатель прилагает крутящий момент на верхнюю часть вала для восстановления мощности относительно близко к выходным отверстиям выводов, выполненным для шинопровода.

В результате новейших разработок установлено, что более предпочтительно, чтобы шинопровод проходил как через нижний вал, так и через верхний вал, и при этом верхний вал не будет ослабляться, когда приводной электродвигатель будет прилагать крутящий момент на верхний вал. Это обстоятельство также обусловило необходимость осуществления видоизменений в соединении приводного электродвигателя с верхним валом ротора - для введения коррекции в отношении вала, который иначе может получить повреждение, ослабнуть или сломаться при коротком замыкании приводного электродвигателя или по причине других коротких замыканий.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к двойному соединению вала и вращающейся машины; причем соединение вращающейся машины расположено между двумя двойными соосными валами, используемыми в общей системе вала.

В частности, настоящее изобретение относится к соединению двойного вала и вращающейся машины, содержащему первый вращающийся вал, второй вращающийся вал и соединение ротора вращающейся машины. Первый вращающийся вал имеет соединительный фланец первого вала, проходящий от него в радиальном направлении наружу. Второй вращающийся вал соосен с первым вращающимся валом и имеет соединительный фланец второго вала, проходящий от него в радиальном направлении наружу. Соединительный фланец второго вала отстоит от соединительного фланца первого вала. Соединение ротора вращающейся машины имеет крестовину ротора и соединительный фланец ротора, проходящий от него в радиальном направлении внутрь от крестовины, закрепленной между соединительными фланцами первого и второго валов и примыкающей к ним.

Настоящее изобретение отвечает потребности, возникающей в случаях, когда необходимо соединить ротор электромеханического устройства, например электрогенератор или электродвигатель; или ротор механического устройства, такого, например, как вентилятор или насос; к системе вала, когда отсутствует возможность прохождения всего вала или его части через центр соединительного фланца на роторе. Соединительные фланцы вала являются типичными препятствиями на вале, которые не дают ему проходить через соединительный фланец на роторе. Настоящее изобретение решает эту проблему путем разделения вала на соединительном фланце ротора; при этом соединительный фланец ротора установлен между двумя валами, и тем самым устраняется необходимость прохождения части того или иного вала через соединительный фланец ротора.

Поэтому настоящее изобретение действует как сквозной вал, соединяющийся с соединительным фланцем ротора, без необходимости прохождения какой-либо части вала через центр фланца ротора. Как таковое, настоящее изобретение позволяет осуществление соединения ротора вращающейся машины с двухсоставным сквозным валом, имеющим препятствия на обеих сторонах местоположения соединения ротора, диаметр которых превышает внутренний диаметр соединительного фланца ротора. Такое соединение невозможно в случае применения цельного сквозного вала.

Подробное описание настоящего изобретения приводится ниже. В целях данного описания: ссылки делаются на линию в среднеосевой точке соединительного фланца ротора вращающейся машины. Поэтому, когда упоминается наружная в осевом направлении поверхность компонента соединения, то имеется в виду та поверхность компонента, которая наиболее удалена от соединительного фланца ротора по оси центральной линии вала, в то время как внутренняя в осевом направлении поверхность является той поверхностью, которая наиболее близка к соединительному фланцу ротора.

Соединение двойного вала и вращающейся машины согласно настоящему изобретению содержит первый вращающийся вал, имеющий соединительный фланец первого вала, проходящий от него в радиальном направлении. Соединительный фланец первого вала имеет противоположные первую, в осевом направлении внутреннюю, и вторую, в осевом направлении наружную, поверхностные части. Ротор вращающейся машины имеет диск соединительного фланца, который проходит в радиальном направлении внутрь от наружной части ротора и известен также под названием крестовины. Соединительный фланец ротора имеет противоположные первую и вторую поверхностные части, проходящие перпендикулярно к геометрической оси системы вала. Соединение имеет множество соединительных штырей, проходящих в осевом направлении от соединительного фланца первого вала через соединительный фланец ротора. Каждый соединительный штырь имеет соединительное крепежное средство, предпочтительно гайку, установленное на нем в упор ко второй поверхностной части соединительного фланца ротора, для соединения первой поверхностной части соединительного фланца ротора с первой, в осевом направлении внутренней, поверхностной частью соединительного фланца первого вала. Соединение имеет второй вращающийся вал, соосный с первым вращающимся валом. Второй вращающийся вал имеет соединительный фланец второго вала, проходящий от него в радиальном направлении. Соединительный фланец второго вала имеет вторую, в осевом направлении наружную, поверхность и пару компланарных, в осевом направлении внутренних, поверхностей, отделенных друг от друга в радиальном направлении пазом, обеспечивающим углубленную, в осевом направлении внутреннюю, поверхность, отстоящую от компланарных поверхностных частей на заданное расстояние. Контакт между вторым вращающимся валом и второй поверхностью соединительного фланца ротора происходит через пару компланарных, в осевом направлении внутренних, поверхностей на соединительном фланце второго вала. Размер паза в соединительном фланце второго вращающегося вала - и в осевом, и в радиальном направлениях - определяется размером соединительных гаек в контакте со второй поверхностной частью соединительного фланца ротора. Паз в соединительном фланце второго вращающегося вала достаточно глубокий, и поэтому этот фланец не контактирует с соединительными гайками, расположенными на второй поверхностной части соединительного фланца ротора. Это соединение имеет дополнительные крепежные средства, предпочтительно гайки, каждая из которых крепится к соединительным штырям и в упор ко второй, в осевом направлении наружной, поверхностной части соединительного фланца второго вала для соединения соединительного фланца второго вала с соединительным фланцем ротора.

Соединение ротора с валами выполняется в два этапа. Во-первых, вращающийся вал соединяют с соединительным фланцем ротора с помощью соединительных штырей и гаек, контактирующих со второй поверхностной частью соединительного фланца ротора. Нужно отметить, что для выполнения этого этапа соединения имеется большое свободное пространство, поскольку в это время второй вращающийся вал еще не установлен. Затем второй вращающийся вал соединяют с соединительным фланцем ротора с помощью тех же соединительных штырей для первого соединения и дополнительных соединительных гаек, чтобы выполнить контакт со второй, в осевом направлении наружной, поверхностью соединительного фланца второго вала. Пространство для выполнения этого соединения сильно ограничено, поскольку второй вал теперь установлен, и поэтому для выполнения соединения остается только пространство между наружной поверхностью второго вала и внутренней поверхностью ротора. Поэтому целесообразно разместить соединительный фланец ротора таким образом, чтобы он был направлен к осевому концу ротора, с которым соединен второй вращающийся вал, чтобы увеличить пространство доступа ко вторым соединительным гайкам вала.

Это соединение предпочтительно используется в системе вращающегося трансформатора для межсоединения двух энергосистем. Система вращающегося трансформатора содержит первый полый вращающийся токосъемный вал, соединенный со вторым полым вращающимся роторным валом вращающего трансформатора через соединение машины. Вращающейся машиной является динамоэлектрическая машина и предпочтительно приводной электродвигатель постоянного тока, ротор которого соединен через двойные валы для осуществления привода валов пропорционально коррекции мощности между первой и второй энергосистемами.

Соединительные фланцы первого и второго валов предпочтительно проходят в радиальном направлении от соответствующих концевых частей первого и второго вращающихся валов. Соединительные фланцы первого и второго валов имеют кольцевую форму и соответственно проходят в радиальном направлении наружу от первого и второго валов. Соединительный вал ротора предпочтительно имеет кольцевую форму и проходит в радиальном направлении внутрь от крестовины ротора.

Первый и второй валы предпочтительно имеют внутреннюю стенку заданного диаметра; соединительный фланец ротора имеет внутренний диаметр, соответствующий упомянутому заданному диаметру, с должным допуском диаметра для вмещения центрирующих выступов соединительного фланца. Соединительные фланцы первого и второго валов имеют наружные диаметры, меньшие, чем наружный диаметр соединительного фланца ротора. Необходимо отметить, что чем большей будет разница между наружным диаметром соединительного фланца вала и наружным диаметром фланца ротора, тем большее пространство будет обеспечено для выполнения соединения между вторым вращающимся валом и соединительным фланцем ротора.

Краткое описание чертежей

Для пояснения сущности и задач настоящего изобретения ссылка делается на прилагаемые схематические чертежи, на которых:

фиг.1 - боковое сечение приводимой в качестве примера системы вращающегося трансформатора согласно осуществлению настоящего изобретения;

фиг.2 - изображение в перспективе частичного сечения - показано соединение двойного вала и электродвигателя согласно настоящему изобретению;

фиг.3 - изображение в перспективе одного из валов, используемого в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - изображение частичного бокового сечения, показывающего соединение двойных валов и соединение электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показан вращающийся трансформатор 10, который содержит узел 12 ротора и статор 14. Узел 12 ротора содержит секцию 15 сердечника ротора, первое и второе токосъемные контактные кольца 16, 18 или токосъемные кольца 20 лобовых частей обмотки ротора и узел 30 вращающегося вала. Узел 12 ротора выполнен с возможностью вращения вокруг вертикальной геометрической оси V узла 30 вращающегося вала и в направлении по часовой стрелке, и в направлении против часовой стрелки. Вращение узла 12 ротора осуществляется от электродвигателя 32, соединенного с узлом 30 вращающегося вала. Нужно отметить, что хотя предпочтительное осуществление поясняет вертикально ориентированный узел 30 вала, но узел 30 вала может также быть ориентирован по такой другой оси, как, например, горизонтальная ось. Также необходимо отметить, что хотя предпочтительное осуществление направлено на его применение во вращающемся трансформаторе, но данное изобретение можно использовать и в других применениях с вращающимися машинами.

Вращающийся трансформатор 10 является трансформатором высокого напряжения, сильного переменного тока и переменного напряжения. Вращающийся трансформатор 10 подключен для выполнения передачи электроэнергии между первой электрической системой (например, первой энергосистемой) и второй электрической системой (например, второй энергосистемой). Первая энергосистема действует с первой мощностью и первой частотой, и вторая энергосистема действует на второй частоте.

В указанных выше условиях узел 12 ротора соединен трехфазными линиями шинопроводов 34 первой электрической системы 36, и обмотки 38 статора соединены с шинопроводами 40 второй электрической системы 42. Нужно отметить, что первая и вторая электрические системы 36, 42 показаны как концевые части соответствующих шинопроводов 34 и 40. Нужно отметить, что при применении вращающегося трансформатора 10 энергосистемы 36, 42 будут являться продолжениями шинопроводов 34, 40 в строительной конструкции 46.

Приводной электродвигатель 32 приводит в действие свой ротор 50, установленный на крестовине 52 станины статора, крестовина в свою очередь установлена на соединительном фланце 56 вала ротора с помощью болтов 54 - в целях вращения узла 30 вала и ротора 12 вращающегося трансформатора. Приводной электродвигатель 32 действует, срабатывая на сигнал осуществления привода, формируемый системой управления, которая не показана. Первая и вторая электрические системы 36, 42 могут иметь разные электрические характеристики, такие как частота или фаза. Система управления выполнена с возможностью ее двустороннего действия для вращения вращающейся передающей системы с переменной скоростью для передачи мощности от первой электрической системы во вторую электрическую систему, и наоборот.

Трехфазные изолированные шинопроводы 48 установлены внутри вращающегося вала 30 и проходят в осевом направлении вдоль вала 30 между узлом 20 контактных съемных колец и вторыми лобовыми частями обмотки 18 ротора для осуществления электрического межсоединения узла 20 контактных токосъемных колец со вторыми лобовыми частями обмотки 18 ротора.

Данное изобретение относится к способу, согласно которому соединение вала ротора, в непосредственной близости к соединительному фланцу 56 ротора, формирует часть узла 30 вала. Согласно фиг.2-4 узел 30 вала имеет первый и второй полые валы 60, 62, соосные друг с другом и установленные на соединительном фланце 56 ротора. Эта монтажная компоновка во всем описании названа соединением двойного вала и вращающейся машины.

Согласно фиг.2-4 первый вращающийся вал 60 имеет соединительный фланец 64 первого вала, проходящий в радиальном направлении наружу от первой концевой части 66. Соединительный фланец 64 первого вала имеет первую группу отверстий 68, которые в радиальном направлении отделены друг от друга интервалом по кругу и проходят в осевом направлении через соединительный фланец 64 первого вала. Соединительный фланец 64 первого вала имеет противоположные первую, в осевом направлении внутреннюю, и вторую, в осевом направлении наружную, поверхностные части 70, 72 соответственно.

Соединительный фланец 56 ротора соединен с первым валом 60. Соединительный фланец 56 ротора имеет крестовину 74 ротора и соединительный фланец 76 ротора, проходящий в радиальном направлении внутрь от крестовины 74 ротора. Соединительный фланец 76 ротора имеет вторую группу отверстий 78, которые в радиальном направлении отделены друг от друга интервалом по кругу и проходят в осевом направлении через соединительный фланец 76 ротора. Соединительный фланец 76 ротора имеет противоположные первую и вторую поверхностные части 80, 82 соответственно. Первая поверхностная часть 80 примыкает к первой, в осевом направлении внутренней, поверхностной части 70 соединительного фланца 64 первого вала; причем первая и вторая группы отверстий 68, 78 сцентрированы относительно друг друга.

Множество пар соединительных гаек 84 установлено с помощью соответствующих соединительных штырей 86. Каждая пара соединительных гаек 84 соответственно установлена на второй поверхностной части 82 соединительного фланца 76 ротора и на первой, в осевом направлении наружной, поверхностной части 72 соединительного фланца 64 первого вала. Причем соединительные штыри 86 проходят через сцентрированные первую и вторую группы отверстий 68, 78 для осуществления межсоединения множества пар соединительных гаек 84, соединяя соединительный фланец 64 первого вала с соединительным фланцем 76 ротора. Каждый из соединительных штырей 86 имеет резьбовой корпус 90, который в осевом направлении проходит от соответствующей соединительной гайки 84, установленной на второй поверхностной части 82 соединительного фланца 76 ротора.

Второй вращающийся вал 62 является соосным с первым вращающимся валом 60. Второй вал 62 имеет соединительный фланец 92 второго вала, проходящий в радиальном направлении наружу от его второй концевой части 94. Соединительный фланец 92 второго вала имеет являющуюся в осевом направлении наружной поверхностную часть 95 и пару компланарных, в осевом направлении внутренних, поверхностных частей 96, отделенных друг от друга в радиальном направлении кольцевым пазом 98, обеспечивающим углубленную, в осевом направлении внутреннюю, поверхностную часть 100, отделенную от компланарных поверхностных частей 96 заданным расстоянием. Углубленная, в осевом направлении внутренняя, поверхностная часть 100 имеет третью группу отверстий 102, отделенных друг от друга интервалом в радиальном направлении по кругу и в осевом направлении проходящих через соединительный фланец 92 второго вала. Пара компланарных, в осевом направлении внутренних, поверхностных частей 96 примыкает ко второй поверхностной части 82 соединительного фланца 76 ротора. Резьбовые продолжения 90 соединительных штырей 86 проходят через третью группу отверстий 102 в соединительном фланце 92 второго вала. Углубленная, в осевом направлении внутренняя, поверхностная часть 100 отделена некоторым интервалом для обеспечения доступа к соединительным гайкам 84, установленным на второй поверхностной части 82 соединительного фланца 76 вала ротора.

Каждая гайка из числа третьей группы соединительных гаек 104 закреплена на резьбовых продолжениях 90 соединительных штырей 86, которые проходят через третью группу отверстий 102 и соединяют соединительный фланец 92 второго вала с соединительным фланцем 76 ротора.

Согласно фиг.2-4 соединительные фланцы 64, 92 первого и второго валов имеют кольцевую форму и соответственно проходят в радиальном направлении наружу от первого и второго валов 60, 62 соответственно.

Первый и второй валы 60, 62 имеют внутренние стенки 110, 112 соответственно заданного диаметра, и соединительный фланец 76 ротора имеет стенку 116 внутреннего диаметра, соответствующую указанному заданному диаметру, и при этом стенки 110, 112 и 116 являются прилегающими. Нужно отметить, что для центрирования валов в соединении целесообразно предусмотреть центрирующие выступы в каждом сопрягающемся компоненте; а именно в соединительном фланце 64 первого вала, соединительном фланце 76 ротора и в непосредственной близости к являющейся внутренней в осевом направлении поверхности 96 на втором вале. В случае применения центрирующих выступов в этом местоположении диаметры стенок 110, 112 и 116 вала должны быть несколько разными и поэтому стенки не должны быть прилегающими друг к другу. Поэтому если в соединении для центрирования валов используются центрирующие выступы, то желательно, чтобы значения диаметров стенок 110, 112 и 116 были очень близки к одинаковому диаметру.

Наружный диаметр соединительного фланца 76 ротора превышает значение наружных диаметров соединительных фланцев 64, 92 первого и второго валов.

Из приводимого выше описания предпочтительных осуществлений настоящего изобретения специалистам в данной области техники будут очевидны альтернативные осуществления настоящего изобретения. Соответственно, диапазон настоящего изобретения не должен ограничиваться предпочтительными осуществлениями, а определяется объемом прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к области электромеханики и, в частности, к средствам соединения вала и вращающейся машины. Соединение двойного вала и вращающейся машины имеет первый вращающийся вал, второй вращающийся вал и соединение ротора вращающейся машины. Первый вращающийся вал имеет соединительный фланец первого вала, который проходит от него в радиальном направлении наружу. Второй вращающийся вал соосен с первым вращающимся валом и имеет соединительный фланец второго вала, проходящий от него в радиальном направлении наружу. Соединительный фланец второго вала отделен интервалом от соединительного фланца первого вала. Соединение ротора вращающейся машины имеет крестовину ротора и соединительный фланец ротора, проходящий в радиальном направлении внутрь от крестовины, закрепленной между соединительными фланцами первого и второго валов и примыкающей к ним. Технический результат заключается в повышении надежности соединения при эксплуатации. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула