Ротор турбогенератора создает главный магнитный поток. В отличие от роторов тихоходных синхронных генераторов с явно выраженными полюсами роторы ТГ в четырёх- и двухполюсном дополнении изготавливаются с неявно выраженными полюсами.
В России, как правило, выпускаются двухполюсные ТГ. Для атомной энергетики изготовляются также мощные четырехполюсные ТГ.
Высокая частота вращения приводит к возникновению в роторе больших механических повреждений из-за действия центробежных сил. Для получения необходимой прочности ротор выполняют массивным цилиндрическим из цельной поковки высоколегированной стали (предельный диаметр ротора составляет 1,1-1,2, длина бочки ротора 6-6,5 м). Общий вид ротора ТГ и поперечный разрез двухполюсного ротора показаны соответственно на рис, 1.25 и 1.26.
Рис. 1.25. Ротор турбогенератора:
1 - контактные кольца, 2 - кольцевые бандажи; 3 - ротор; 4 - вентилятор; 5 - вал
Рис. 1.26. Поперечный разрез двухполюсного ротора
На заводе-изготовителе вытачивают все ступени ротора с припуском до чистоты, необходимой для проведения ультразвуковой дефектоскопии. После чистовой обработки в роторе фрезеруют пазы под обмотку, токоподводы и для вентиляции. Пазы под обмотку возбуждения занимают примерно 2/3 окружности бочки ротора. Оставшаяся третья часть образует два диаметрально расположенных больших зубца, через которые проходит основная часть магнитного потока генератора.
Для выравнивания жесткости ротора большой длины (более 5 м) по продольной и поперечной осям в большом зубце полюса фрезеруются продольные пазы по всей длине бочки или поперечные канавки с определенным шагом и глубиной, которые заполняют стальными клиньями для уменьшения высших гармоник в кривой магнитного поля.
С обеих сторон бочка ротора переходит в вал. На валу ротора выполняются участки для размещения лобовых частей обмотки возбуждения. Эти участки имеют небольшую конусность для облегчения насадки и снятия роторного бандажа.
Обмотка возбуждения двухполюсного ТГ состоит соответственно из двух групп катушек, укладываемых в пазы ротора. Катушки, принадлежащие одной группе, располагаются концентрически на одном полюсном делении ротора относительно его большого зуба. Таким образом, обмотка возбуждения ТГ является распределенной, благодаря чему форма магнитодвижущей силы ротора близка к синусоидальной. Число катушек на полюс достигает 10, а число витков в катушке от 5 до 28. Для уменьшения остаточных деформаций витков, возникающих при колебаниях нагрузок ротора, обмотка возбуждения выполняется из полосовой меди с присадкой серебра. Для придания необходимой жесткости обмотку запекают и закрепляют в пазу легкими, но прочными клиньями из дюралюминия.
Электрическая прочность корпусной изоляции обмотки возбуждения определяется максимальным испытательным напряжением, которое зависит от перенапряжений, возникающих в обмотке при аварийном разрыве цепи возбуждения. Однако толщина корпусной изоляции ограничена допустимым температурным перепадом, который не должен быть выше 25-30°С.
В качестве витковой изоляции применяют изоляционные прокладки из миканита или стеклотекстолита.
Особенности конструкции обмотки возбуждения во многом определяются системой охлаждения. Примеры заполнения пазов роторов ТГ обмоткой возбуждения приведены на рис. 1.27.
Рис, 1.27. Разрез паза ротора с обмоткой возбуждения:
1 - пазовая изоляция; 2 - проводники; 3 - каналы для прохождения охлаждающего вещества; 4 - клин; 5 - изоляционные прокладки; 6 - канал для выброса охлаждающего газа
Бандажный узел ротора предназначен для крепления лобовых частей обмотки возбуждения, испытывающих большие разрывные усилия при вращении ТГ. Бандажный узел состоит из бандажного кольца, центрирующего (или упорного) кольца и деталей их крепления. Этот узел является одним из наиболее сложных, напряженных и ответственных узлов ТГ. От его конструкции и выполнения в большой степени зависит надежность работы генератора как в нормальных, так и специальных режимах.
Основной деталью узла является бандажное кольцо, которое воспринимает действие центробежных сил и удерживает лобовые части обмотки возбуждения от отгиба в радиальном направлении. Центрирующее кольцо воспринимает усилия от теплового расширения обмотки, а также обеспечивает сохранение цилиндрической формы бандажного кольца и центровку его относительно оси вала.
Способ крепления на роторе определяет тип конструкции бандажного узла. Существует три основных принципа посадки бандажей: посадка только на центрирующее кольцо с отставленным со стороны ротора концом бандажа; посадка бандажного кольца только на бочку ротора - консольная посадка; посадка бандажного кольца одновременно на бочку ротора и центрирующее кольцо - двухпосадочное исполнение (рис. 1.28).
Рис. 1.28 . Бандажный узел ротора турбогенератора: а - посадка на центрирующее кольцо; б - посадка на бочку ротора; в - двухпосадочное исполнение
Преимуществом конструкции отставленного бандажа является отсутствие электрического контакта между бандажом и бочкой ротора, что исключает подгорание носика бандажа. Недостатком является возможность механического повреждения (выпучивания) меди и изоляции обмотки возбуждения, поэтому отставленные бандажи применяются в ТГ небольшой мощности с короткими роторами, работающими как жесткие валы.
При консольном исполнении бандажного узла достигается полная независимость работы бандажа от колебаний тонкой масти вала относительно бочки ротора. Однако наличие электрического контакта между бандажом и бочкой ротора обусловливает возможность подгаров в местах посадки при несимметричных и переходных режимах работы ТГ. С консольными бандажами выпускают генераторы мощностью 200 МВт и выше.
Для ТГ мощностью 25-320 МВт наиболее распространенной является двухпосадочная конструкция с эластичным центрирующим кольцом, частично поглощающим знакопеременные силы, возникающие из-за перемещения вала относительно бочки ротора.
