51ELEKTRO 3/2011
inovace, technologie, projekty
síly permanentních magnetů. Ohřátý vzduch přive-
den na turbínu (3), kde expanduje a koná práci.
Ložiskové podpory u vysokootáčkového
stroje tak plní několik funkcí a musí zaručit
spolehlivý provoz při přejezdu kritických otá-
ček rotoru i při zvýšené nevyváženosti. Tep-
lo z jádra rotoru lze odvést
v podstatě pouze chlazením
volných konců hřídele a lo-
žiskových uzlů.
Pro omezení přetížení ložisek a rotoru při
přechodu kritických otáček bylo navrženo
a ověřeno několik typů pružných a tlumicích
ložiskových podpor. třeba,
aby bandáž měla určitou geometrickou přes-
nost a tuhost pro zamezení radiálního posuvu
magnetů za provozu v rámci pružné deforma-
ce materiálu bandáže. V případě skládané-
ho rotoru, složeného z hřídele, permanentních
magnetů a bandáže, vzniká při běžném způ-
sobu výroby velká nevyváženost rotoru, kte-
rou nutné správně kompenzovat. Teplo-
tu v rotoru zvyšují dva hlavní faktory – tře-
ní vzduchu a ztráty vířivými proudy. Vlastní tech-
nologie výroby bandáže představuje špičko-
vé know-how v oboru. Z předběžných výpočtů
bylo zřejmé, tyto požadavky mohou splnit
pouze kompozitní materiály. Vlastní rotorová
bandáž klíčovým prvkem vysokootáčkové-
ho generátoru. Na zku-
šebním zařízení, které bylo k tomuto účelu
navrženo, na segmentu rotoru (jedna šes-
tina skutečné délky rotoru) ověřovala pevnost
vzorků bandáže za zvýšených teplot (150 °C)
až do 90 000 min–1
. Velká přesnost
výroby všech rotačních dílů, dokonalé vyvá-
žení a montáž jsou základní předpoklady za-
jištění podmínek potřebných pro spolehlivou
funkci ložisek. Vy-
sokootáčkový rotor většinou není možné po-
kládat za tuhé těleso, což přináší komplika-
ce při navrhování uložení rotoru a při jeho
vyvažování. Vzhle-
dem k tomu, bandáž z uh-
líkových vláken funguje jako
tepelný izolant, rotor citli-
vější na vliv vířivých proudů
než rotory konvenčních strojů. Správný návrh vyžaduje
důkladnou analýzu dynamic-
kého chování celé soustavy,
tj. Vzduch vystupující z turbíny (3) vhání do spalinové-
ho kotle (5), kde podporuje hoření.
Za pružný považován rotor, jehož kri-
tické otáčky jsou menší než otáčky provoz-
ní.
spalinový
kotel
Obr. Materiál ban-
dáže musí být rovněž nemagnetický. Důležitou roli
hraje dynamika celé soustavy
rotoru generátoru připojené-
ho spojkou k rotoru turbomo-
toru.
Generátor
HFG 125T
. Výška bandáže pouhých
3,6 mm, přičemž jenom odstředivá síla mag-
netů dosahuje hodnoty 162 tun. Po uskutečnění upřesňujících výpočtů
byla navržena rotorová bandáž z uhlíkových
vláken s pevností min. Jde o ná-
vrh tzv. Toho-
to dosahuje laděním ložiskových podpor. Avšak ani
provozním vyvažováním nelze zabránit změ-
ně nevyváženosti za provozu vlivem odstře-
divých sil a teplotních deformací. Tyto kritické otáč-
ky lze vhodným naladěním umístit pod volno-
běžné otáčky stroje a jejich přejezd mož-
né účinně tlumit použitím hydrodynamických
tlumičů v místech podpor rotoru. Generátor HFG 125T
je vysokofrekvenční elektrický stroj a tloušť-
ka bandáže zásadní vliv na složku ztrát,
které vznikají vířivými proudy. Stlačený vzduch od kom-
presoru (1) jednotky TGU 100 přiveden do spalinového výměníku
(2), kde jeho teplota zvýší na asi 800 °C. pružného rotoru, který provozován
v nadkritické oblasti otáček.
Vhodným řešením tlumení odstraní vliv
provozních vibrací nejenom na samotná ložis-
ka, ale i na vlastní rotor s bandáží a magnety.
Vhodnou kombinací tuhosti a tlumení ložis-
kových podpor lze zaručit široký rozsah pro-
vozních otáček pružného rotoru. Obvodová rychlost ro-
toru 223 m·s–1
.
Uložení rotoru
Při vlastním konstrukčním
řešení vysokootáčkového stro-
je vyskytují problémy, se
kterými u běžných strojů
nelze setkat. Pružný rotor vyžaduje vyvažování při pro-
vozních otáčkách stroje. PBS Velká Bíteš
neměla s kompozity žádné zkušenosti, a pro-
to navázala spolupráci specializovanou fir-
mou. 4.Turbínová hřídel pohání
kompresor (1) a prostřednictvím spojky dále spojena s generátorem
HFG 125T (4).
Je-li poddajnost ložiskových podpor znač-
ně větší než ohybová poddajnost rotoru, ro-
tor krouží při svých prvních dvou kritických
otáčkách jako tuhé těleso.
Zajistit účinné chlazení roto-
ru proto velmi obtížné. Schéma nepřímého ohřevu
Kompresor (1) nasává vzduch z atmosféry.
1
2
34
G T
4
výměník
Obr. posouzení kritických otá-
ček ve vazbě na vlastní frekvence. Při těchto testech nikdy
nedošlo k destrukci bandáže, pouze u někte-
rých druhů návinu vyskytovalo odmotá-
ní vláken způsobené přerušením vláken při
obrábění vnějšího tvaru bandáže. Musí mít dostatečnou pevnost
a zároveň nejmenší výšku, aby byla mini-
malizována vzduchová mezera mezi magnety
a statorovým svazkem. 3 800 MPa.
Vysokootáčkové rotory nelze ukládat na
tuhé ložiskové podpory, jaké používají
u běžných točivých elektrických strojů. Malá výška
bandáže souvisí i s chlazením rotoru. Dodavatel
bandáže optimalizoval technologii návinu
způsobem zaručujícím geometrickou přesnost
bez nutnosti dalšího obrábění
