Статор электрической машины

Статор электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в крупном электромашиностроении для упругого крепления сердечника в корпусе электрической машины. Сущность изобретения: сердечник 1 закреплен в корпусе 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4. В прорезях 4 установлены виброгасящие устройства, состоящие из шпильки, пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра 3 выше и ниже прорези, гаек и упругого элемента, установленного под одну из гаек. Изобретение повышает надежность путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний и упрощает крепление сердечника. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.\\^ /////// ///// // А/ //{•«г-ЁVJс»ОСл) VI

союз советских

СОЦИАЛИСТИ 1FСКИX

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 1/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОП ИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н И Й.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

О

0D 4 (21) 4842561/07 (22) 14.05.90 (46) 07,12.92. Бюл, № 45 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение

"Электросила" им.С.М.Кирова (72) В,И.Иогансен, B.Ï.×åðíÿâñêèé и

Ю..Ф.Антонов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 127316, кл. 21 d 45, 1960.

Заявка ФРГ ¹ 3319997, кл. Н 02 К 1/18, 1983, Авторское свидетельство СССР № 803084, кл. Н 02 К 15/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1403226, кл. Н 02 К 1/18, 1986. Ы 1780137 А1 (54) CTATOP ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Использование: в крупном электромашиностроении для упругого крепления сердечника в корпусе электрической машины.

Сущность изобретения: сердечник 1 закреплен в корпусе 2 при помощи стяжных ребер

3 с продольными прорезями 4. В прорезях 4 установлены виброгасящие устройства, состоящие из шпильки, пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра 3 выше и ниже прорези, гаек и упругого элемента, установленного под одну из гаек. Изобретение повышает надежность путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний и упрощает крепление сердечника. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1780137

Известна конструкция, в которой упругие ребра поджаты радиально к спинке сердечника обручами, установленными в

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения и может быть использовано для упругого крепления сердечника в корпусе электрической машины, в частности, турбогенератора.

В настоящее время на крупных электрических машинах, для виброизоляции корпуса и фундамента, применяется упругое крепление сердечника в ко >пусе. Особенно широкое распространение это получило на мощных турбогенераторах.

Известна конструкция упругого крепления сердечника осуществляемая с помощью равномерно распределенных по окружности сердечника стяжных ребер, в каждом из которых выфрезерованы сквозные продольные прорези, образующие пружинящие части ребра. Ребра скреплены с сердечником по всей длине замками типа "ласточкин хвост". Крепление ребер к корпусу электрической машины выполнено в средней части прорезей путем приварки к кольцевым перегородкам корпуса, как правило, с помощью переходных элементов — уголков (1).

Указанная конструкция упругого крепления сердечника проста, технологична, обладает высокими виброизолирующими свойствами, однако имеет следующий недостаток, В процессе работы машины из-за относительного смещения при вибрациях происходит истирание ласточкиных хвостов ребер и стенок пазов под ласточкины хвосты, расположенных на наружной поверхчости сердечника. В пазах ласточкиных хвостов ребер образуются зазоры, котолые позволяют ребрам совершать интенсивные самостоятельные колебания с ударами в зазоре о стенки паза. Это приводит к повышено о шума, повреждениями сварных швов, уголков, пружинящей части ребер, нескольких сечениях по длине статора и охватывающими сердечник с ребрами I10 всей окружности. Такое поджатие устраняет радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов и исключает самостоятельные интенсивные колебания ребер (2).

Недостаток конструкции, помимо высокой трудоемкости изготовления, установки и затяжки обручей внутри корпуса статора, необходимости обеспечения их высокой статической и усталостной прочности, со10 стоит в том, что обручи, не обладая высо ой собственной упругостью, осуществляют радиальное поджатие ребер к спинке сердечника лишь в начальный период работы электрической машины. В дальнейшем, по мере износа материала, в пазах ласточкиных хвостов образуются зазоры, упругости

20 обручей не хватает, чтобы выбрать эти зазоры, натяг обручей ослабевает и ребра начинают вибрировать, Кроме того, обручи представляют собой короткозамкнутые злектропроводящие контуры, которые увеличивают потери от вихревых токов в с гаторе. Собственный разогрев обручей и тепловое расширение еще больше ослабля30

40 ют их первоначальный натяг.

Известна конструкция статора с упругим креплением сердечника в корпусе при помощи стяжных ребер с продольными прорезями в которой перед прлваркой стяжных ребер к перегородкам корпуса производят сжатие ребер B средней части прорези в радиальном направлении с помощью дополнительных крепежных элементов, например болтов, которые после сборки л опрессовки сердечника удаляют. В результате в собранном статоре все стя>кные ребра оказываются упруго поджатыми а радиальном направленли к спинке сердечника, чем устраняются радиальньfe зазоры в пазах ласточкиных хвостов и исключается

BG3viQ>t

Недостаток данной конструкции состоит в TOM, что для под>катля используется упругость самих ребер, и к действу;ощим на

В известных конструкциях сердечник упруго закреплен в корпусе лишь при помощи боковых ребер, расположенных в районе опорных лап статора, верхние и ни>кние ребра, не скрепленные с корпусом, жестко расклинены на спинке сердечника с помощью дополнительных приспособлений. В данной конструкции исключена возможность самостоятельных колебаний верхних и нижних ребер, Боковые ребра, нагруженные весом сердечника. также оказываются поджатыми в пазу ласточкина хвоста. Однако вследствие технологических допусков на

50 ребра нагрузкам от веса, теплового расширения и вибрации сердечника, крутящего электромагнитного момента добавляются значительные усилия предварительного поджатия. Это увеличивает механические напряжения в ребрах, сникает запас прочности и надежность конструкции, тем более приварку ребер, это под>катие неравномерно, Как показывает практика, не исключено высвобо>кдение отдельных, наименее нагруженных, ребер или их участков что наиболее нагруженные ребра и не трев пазу ласточкина хвоста и повышение шума буют предварительного поджатия: их рпспри работе электрической машины. крепление в пазу ласта кина хво,",;а при

1780137

55 работе электрической машины исключено.

Предварительное поджатие ребер при сборке электрической машины не позволяет регулировать усилие этого поджатия B ходе дальнейшей эксплуатации. Кроме того, оказывается, что для отдельных ребер верхней половины статора, приваренных к корпусу с наибольшими отклонениями в пределах допуска, величина предварительного сжатия недостаточна, и в ходе эксплуатации электрической машины происходит раскрепление указанных ребер из-за износа материала в пазу ласточкина хвоста, что неоднократно наблюдалось на практике.

В конструкции статора взятой за прототип, сердечник закреплен в корпусе при помощи радиальноупругих стяжных ребер с продольными прорезями и на указанных ребрах в нескольких местах по длине установлены упругие элементы в виде пружин сжатия. Упругие элементы размещаются между корпусом и стяжными ребрами и осуществляют дополнительное поджатие ребер к сердечнику, устраняя радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов (4).

Недостатки данной конструкции — дополнительное нагружение стяжных ребер, трудоемкость изготовления и установки упругих элементов на ребрах, уменьшение свободного пространства внутри статора между корпусом и сердечником, что затрудняет осмотры состоянг ; деталей и проведение профилактических мероприятий.

Цель изобретения — предотвращение возможности интенсивных самостоятельных колебаний стяжных ребер без дополнительного их нагружения, упрощение конструкции и габаритов приспособлений, обеспечивающих надежную работу упругого крепления сердечника в корпусе статора электрической машины.

Укаэанная цель достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем сердечник, закрепленный в корпусе на радиально-упругих стяжных ребрах с продольными прорезями, по всей длине снабженных замком типа "ласточкин хвост", в прорезях по меньшей мере одного ребра установлено не менее одного виброгасящего устройства, состоящего из шпильки, установленной в прорези с зазором от ее края не менее 2 мм, двух пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези и стянутых упомянутой шпилькой с помощью гаек и упругого элемента. В качестве упругого элемента наиболее эффективным является пакет тарельчатых пружин.

Пластин ы виброгасящих устройство целесообразно выполнять иэ твердого диэлектрического материала. Возможен вариант

40 выполнения пластин виброгасящих устройств иэ стеклотекстолита, Пластины со стороны, обращенной к ребру, могут иметь продольные выступы, образующие опорные поверхности. В одном из вариантов изобретения виброгасящие устройства могут быть установлены на ребрах, расположенных в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах окружности статора. В другом варианте изобретения виброгасящие устройства расположены на тех ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум. Для предотвращения смещения виброгасящих устройств на ребре, с обеих сторон упомянутого устройства, могут быть установлены стопорные элементы. Возможен вариант выполнения стопорных элементов в виде вязки шпагатом вокруг гибкой части ребра с пропиткой клемм.

В другом варианте стопорные элементы могут быть выполнены в виде струбцин, закрепленных на ребре.

Новизна данного технического решения состоит в новой совокупности признаков: установка виброгасящих устройств на стяжных ребрах сердечника; выполнение указанных устройств в виде шпильки, размещенной с зазором в прорези ребра, пары пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези, упругого элемента, установленного под одну из гаек шпильки, комплекс требований по затяжке виброгася щего устройства, обеспечивающих его эффективность; рекомендации по размещению виброгасящих устройств на стяжных ребрах сердечника. Существенность отличий подтверждается тем, что новая совокупность признаков обладает новыми свойствами; простотой изготовления и сборки, эффективным гашением вибраций и шума стяжных ребер сердечника, возможностью установки виброгасящих устройств как при сборке электрической машины на заводе, так и в процессе ее эксплуатации по мере необходимости. При этом не требуется каких-либо доработок основной конструкции упругого крепления сердечника в корпусе статора. Указанные новые свойства определяют технологичность и низкую трудоемкость изготовления статора электрической машины, надежную работу упругого крепления сердечника в корпусе статора, исключающую повышенный шум и повреждения стяжных ребер сердечника, связанные с этим аварийные остановы электрической машины при эксплуатации и затраты на ремонт.

На фиг,1 изображены корпус и сердечник статора с установленным на стя>кном ребре виброгасящим устройством, продоль1780137 ный разрез; на фиг.2 — виброгасящее устройство, установленное на стяжном ребре сердечника статора, поперечный разрез; на фиг.3 — стопорные элементы в виде вязки шпагатом; на фиг.4 — зона расположения ребер, оснащенных виброгасящими устройствами.

Сердечник 1 электрической машины (фиг.1) закреплен в карпу:.е 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями

4, приваренных к кольцевым перегородкам

5 через уголки 6. Для предотвращения возможности интенсивных самостоятельных колебаний ребер в прорезях 4 размещено по крайней мере по одному виброгасящему устройству, расположенному вблизи середины прорези 4 (по длине) и состоящему из шпильки 7 (фиг.2), пластин 8, опирающихся на боковые поверхности ребра 3 выше и ниже прорези 4, гаек 9 и упругого элемента

10, установленного под одну из гаек 9. Диаметр шпильки 7 должен быть меньше ширины прорези 4 на 2 — 3 мм, иначе шпилька 7, установленная в прорезь 4 без зазора, будет препятствовать естественной деформации упругой части 13 ребра 3, сопровождающейся увеличением и сужением прорези 4. В качестве уп ругих элементов 10 могут применяться витые и пластинчатые пружины, пружинные шайбы, резиновые прокладки и т.п.

Однако из всех известных упругих элементов наиболее подходящими для данной конструкции являются тарельчатые пру>кины, обладающие максимальной грузоподьемностью при минимальных размерах и весе.

Деформация упругого элемента при затяжке шпильки составляет не менее 4-5 мм, а сила затяжки — не менее P=Q/2fn, где Q— вес р —; f — коэффициент трения для пары материалов ребра и пластины; n — количество виброгасящих устройств, установленных на ребре.

Пластины 8 виброгасящих устройств целесообразно изготавливать из диэлектрика, например стеклотекстолита, так как материал пластин 8, подверженных силовому нагру>кению, должен быть твердым и прочным. При этом будут исключены дополнительные контуры для вихревых токов в стя>кных ребрах 3 сердечника 1, повышенный нагрев виброгасящих устройств, подгары мест сопряжения пластин 8 с ребром 3 и шпилькой 7. Кроме того, стеклотекстолит обладает большим, по сравнению с металлами, коэффициентом трения, что повышает эффективность виброгасящих устройств, Одновременно снижается износ контактных поверхностей ребер 3. Пластины 8 на сторонах, обращенных к ребру 3, имеют продольные выступы 11, образующие опор1

55 ные поверхности, Ширина выступов 11 меньше расстояния между краем ребра 3 и краем прорези 4. На ребре 3 (фиг.1) по обе стороны виброгасящего устройства установлены стопорные элементы 12, например в виде вязки шпагатом или струбцин, Вязка шпагатом 12 (фиг,3) является наиболее предпочтительной, так как не мешает работе упругой части 13 ребра 3, не повреждает материал ребра 3 и в случае разрыва шпагата 12, не создает опасности для работы электрической машины, Вязка шпагатом 12 осуществляется вокруг упругой части 13 ребра 3 с обеих сторон виброгасящего устройства. После выполнения вязки шпагат 12 пропитывается эпоксидной смолой или лаком для фиксации исходного состояния.

Во время работы электрической машины отдельные стяжные ребра 3 сердечника

1, слабо нагруженные или вообще iie нагруженные весом сердечника 1 и крутящим моментом, при отсутствии виброгасящеп: устройства совершают интенсивные самостоятельные колебания с ударами в пазу ласточкина хвоста. Важно отметить, что !;

2), При установке в прорезь 4 вяброгасящего устройства (вблизи серед. ы дл nn=l прорези 4) пластины 8, при>катыс:< боковым поверхностям не нагру>кенного ребра 3, препятствуют относительному сме где нию его частей, располо>кенных вы,:ие и ни;<е прорези 4. В результате все ребро 3 целиком колеблешься с амплитудой колебания корпуса" в месте приварки ребра 3, На мощных турбогенератор-.:õ :сибрац,.и виброизолированных корпусов 2 все;-да малы и не превышают 2 А=-25 мкм, что соответствует амплитуде виброускорения 0.5 cj (g— ускорение силы тяжести). Этот уровень обеспечивается уже при разрабо-,ке генерторов в соответствии с действующи. и -;ормами. Поэтому для обеспечения описанного выше xapGKT8pa колебаний paal p >i<ен н ь >. ребер 3 необходимо, чтооы сила трения пары пластин 8 виброгасящего устрî;,ñãèa. препятствующая относительно у с "е ц:— нию частей ребра 3, была не н;><е зличины

F=0,5 Q/и, где и — коли ес nî nëáa

1780137 сила при колебаниях ребра 3, равная половине его веса. Но Г=Р 2 f/2=Р f, где Р— сила затяжки виброгасящего устройства: f— коэффициент трения пары материалов ребра 3 и пластин 8, 2 — количество пластин 8, 1/2 — сила давления пластин 8 на части ребра 3, расположенные выше и ниже прорези 4 (в долях от силы затяжки Р), Отсюда

Ф сила затяжки должна быть не менее Р=Q/2 fn, Для слабанагруженных ребер 3, где зазор в пазу ласточкина хвоста в результате износа материала еще не образовался, характер поведения несколько отличается.

Без виброгасящих устройств такие ребра 3

cL ершают интенсивные самостоятельные колебания с соудалениями ласточкина хвоста а стенки паза. Источник этих колебаний — вибрация сердечнлка, но амплитуда колебаний ребра 3 с соударениями в десятки раз превышает амплитуду колебаний сердечника 1. При установке виброгасящихустройств эти интенсивные колебания ребра 3 гасятся, однако относлтельное смещение частей ребра 3, примыкающих к сердечнику 1 и корпусу 2, и соответственно, периодическое изменение ширины прорези 4 имеет место.

При этом происходит износ контактирующих поверхностей ребра 3 и пластин 8 виброгасящего устройства. В дальнейшем в результате продолжающегося износа материала в пазу ласточкина хвоста может произойти полное высвобождение ребра 3, и его поведение будет определяться описанной выше схемой, Если этого не произойдет, то из-:;a износа контактирующих поверхностей ребра 3 и пластин 8 виброгасящего устройства будет наблюдаться постепенное ослабление затяжки последнего.

Опыт показывает, что величина такого износа составляет окало 0,1 мм в год. Для двух сторон виброгасящего устройства эта величина будет равна 0,2 мм в год, или — 1

»,м з" период 5 лет между капитальными ремонтами, во время которых можно производить подтяжку виброгасящих устройств.

Требуя, чтобы ослабленле затяжки за этот период не превышало 20 — 25% первоначального значения, приходит к условию: деформация упругого элемента или затяжке устройства долина быть не менее 4 — 5 мм, I, вопросу о затяжке виброгасящих устройств следует добавить, что сила затяжки не дол><на быть и черезмерно большой, чтобы не ухудшить виброизолирующие свойства слабо нагруженных ребер 3. Как показывают расчеты, достаточно, чтобы сила затяжки не превышала минимально установленное значение в 1,5 — 2 раза.

Выполнение продольных опорных выступов на сторонах пластин 8, обращенных

55 к ребрам 3, позволяет искл.очить контакт пластин 8 с острыми кромками ребер 3 и прорезей 4 и обеспечить нормальную работу виброгасящих устройств при расчетных г. раметрах.

Стопарные элементы 12, установленные на ребрах 3 па абе стороны виброгасящих устройств, предотвращают смещение последних вдоль ребра 3 при вибрациях.

Рекомендации в отношении мест установки виброгасящих устройств в статоре электрической машины основываются на следующем, Ойыт эксплуатации турбогенератора с упругим креплением сердечника 1 в корпусе

2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4 показывает, что разгрузка и высвобождение ребер 3 происходит только в верхнем и боковом против вращения ротора, секторах окружности статора, охватывающих область приблизительно от 0 да 225 окружности статара. считая от горизонтального диаметра против вращения ротора (фиг.4). Это же подтверждают и теоретические исследования.

Поэтому возможен вариант установки предлагаемых виброгасящих устройств при изготовлении электрической машины на заводе — на ребрах 3, располо>кенных только в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах, где вероятность разгрузки ребер 3 наибольшая.

Вместе с тем, учитывая случайный характер процесса высвобо>кдения ребер 3 и невозможность предсказать заранее, какие именно ребра 3 разгрузятся в ходе эксплуатации электрической машины, можно утверждать, чта установка виброгасящих устройств на заводе для части из них будет бесполезна и приведет лишь к изл .шнему усложнению и удорожанию конструкции.

Поэтому наиболее целесообразным представляется вариант установки виброгасящих устройств в ходе эксплуатации электрической машины непосредственно на тех ребрах 3, на разгрузку которых указывает появление повышенного шума и вибрации. В этом случае определенное количество виброгасящих устройств поставляется заводом в составе ЗИП (или может быть изготовлена владельцем электрической машины, учитывая простоту устройства), а сама установка виброгасящих устройств превращается s одно из мероприятий профилактического ремонта, И хотя исходное состояние электрической машины соответствует известной конструкции статора, конечным, заранее запланированным результатом, будет являться заявляемая конструкция статора с упругими ребрами 3.

1780137 оснащенными виброгасящими устройствами.

Предлагаемый статор электрической машины с упругим креплением сердечника в корпусе позволяет устранить интенсив- 5 ные самостоятельные колебания стяжных ребер и связанные с ними повышенный шум и усталостные повреждения. По сравнению с прототипом конструкция отличается большей простотой и эффективностью, повы- 10 шенной надежностью, не приводит к дополнительному нагружению упругих частей стяжных ребер; нетребуетдополнительной доработки корпуса и стяжных ребер; допускает установку виброгасящих уст- 15 ройств лишь в тех местах, где это необходимо; позволяет изготавливать и устанавливать их силами эксплуатационного персонала.

Изобретение в опытном порядке опро- 20 бова но на турбогенераторе ТЭ В-800-2 ст. М

1 Пермской ГЭС, где после нескольких лет эксплуатации обнаружилось раскрепление двух ребер (из 14) и увеличился шум статора.

После установки виброгасящих устройств 25 на указанные ребра шум исчез, устранена воэможность усталостного повреждения ребер из-за повышенной вибрации.

Формула изобретения 30

1. Статор электрической машины, содержащий сердвчник, закрепленный в корпусе на радиальноупругих стяжных ребрах с продольными прорезями, по всей длине снабженных замком типа "ласточкин 35 хвост", отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний ребер иупрощения крепления сердечника, в прорезях по меньшей 40 мере одного ребра установлено не менее одного виброгасящего устройства, состоящего из шпильки. расположенной в прорези с зазором от ее края не менее 2 мм, двух пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези и стянутых упомянутой шпилькой с помощью гаек и упругого элемента.

2. Статорпоп1,отл ича ющийся тем, что упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.

3. Статор по пп. 1 и 2, о т л и ч э ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения электрических потерь, пластины виброгасящих устройств выполнены из твердого диэлектрического материала.

4, Статор по п.3, отличающийся тем, что пластины виброгасящих устройств выполнены иэ стеклотекстолита, 5, Статор по пп.1 — 4, отличающийся тем, что пластины со стороны, обращенной к ребру, имеют продольные выступы, образующие опорные поверхности, 6. Статор по пп.1-5, отличающийся тем, что виброгасящие устройства установлены на ребрах, расположенных в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах окружности статора.

7. Статор по пп.1 — 5, отл и ча ющи и с я тем, что виброгасящие устройства расположены на тех,ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум.

8. Статор по пп,1 — 7, отличающийся тем, что, с целью предотвращения смещения виброгасящих устройств, на ребре с обеих сторон упомянутого устройства установлены стопорные элементы, 9, Статор по и 8, отличающийся тем, что стопорные элементы выполнены в виде вязки шпагатом вокруг гибкой части ребра с пропиткой клеем.

10, Статор по п,8, отличающийся тем, что стопорные элементы выполнены в виде струбцин. закрепленных на ребре.

1780137 е рфслфломсмгя фр О

Юрогас,@щитки редсгаами

Составитель В.Иогансен

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Редактор Т.Купрякова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5