СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2005 года по МПК H02K1/16 H02K1/20 

Изобретение относится к области электромашиностроения и предназначено для использования в крупных электрических машинах, например в турбогенераторах с непосредственным охлаждением сердечника статора.

Известна конструкция статора мощного турбогенератора, наиболее близкая по техническому решению, принятая за прототип, в которой сердечник статора стянут в осевом направлении посредством шпилек из немагнитного материала, изолированных от сердечника. При этом немагнитные шпильки располагаются в аксиальных отверстиях ярма сердечника с зазором, необходимым для их сборки, и опираются по торцам сердечника на нажимные пальцы (см. Анемподистов В.П. и др. Достижения современного зарубежного турбогенераторостроения. М.: Информстандартэлектро, 1967, с.52).

Недостатком этой конструкции является следующее.

В связи с большой длиной сердечника статора стяжные шпильки, имеющие опоры только на концах сердечника и представляющие собой однопролетные балки, имеют несколько частот собственных колебаний. Во время работы электрической машины стяжные шпильки сердечника статора находятся под воздействием периодических динамических усилий с удвоенной частотой вращения ротора, вызванных вибрацией сердечника статора от сил магнитного тяжения ротора. При изменении нагрузки турбогенератора от холостого хода до максимально допустимой изменяется температура нагрева сердечника и шпилек. При этом изменяется растягивающее усилие в шпильках и, следовательно, частоты их собственных колебаний. В связи с этим, шпильки будут иметь широкий спектр частот собственных колебаний, что будет приводить к большим амплитудам вибрации шпилек из-за близости одной из собственных частот колебаний шпилек к частоте вибрации сердечника. Повышенная вибрация шпилек может привести к усталостному разрушению шпильки, повреждению ее изоляции и замыканию между собой листов электротехнической стали из-за касания шпилькой поверхности отверстия под нее в сердечнике. Эти повреждения, в свою очередь, приведут к аварии и длительному останову генератора для восстановительного ремонта.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эксплуатационной надежности электрической машины.

Технический результат достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем шихтованный сердечник, стянутый немагнитными шпильками, установленными с зазором в аксиальных отверстиях ярма сердечника и изолированными от сердечника, немагнитные шпильки установлены на опоры из эластичного изоляционного материала, размещенные в кольцевых канавках сердечника диаметром, большим аксиального отверстия ярма сердечника под шпильку, и разнесенные с определенным шагом по длине шпильки с возможностью обеспечения отстройки частот собственных колебаний шпильки от частот колебаний сердечника.

В местах расположения опор выполнены пазы, ориентированные в тангенциальном направлении.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:

на фиг.1 - сердечник статора в продольном разрезе;

на фиг.2 - поперечное сечение места установки опоры для шпильки;

на фиг.3 - продольное сечение места установки опоры для шпильки.

Статор турбогенератора представляет собой шихтованный сердечник 1, стянутый в осевом направлении посредством немагнитных шпилек 2 и гаек 3 через немагнитные пальцы 4. Шпильки 2, стягивающие сердечник, имеют изоляцию 5 по своей наружной поверхности и располагаются в аксиальных отверстиях 6 ярма сердечника с зазором 7. В аксиальных отверстиях 6 шпильки опираются на изоляционные эластичные опоры 8, размещенные с определенным шагом по длине шпилек для возможности обеспечения отстройки частот собственных колебаний шпильки от частот колебаний сердечника. Опоры 8 располагаются в кольцевых канавках 9 диаметром, большим аксиального отверстия 6. Зазор 7 между шпилькой 2 и поверхностью аксиального отверстия 6 выбран из условия обеспечения циркуляции необходимого расхода охлаждающей среды для отвода тепла потерь. В местах расположения эластичных изоляционных опор 8 в аксиальных отверстиях 6 в тангенциальном направлении выполнены боковые пазы 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При работе электрической машины стяжные шпильки 2 испытывают воздействие периодических динамических усилий с удвоенной частотой вращения ротора, вызванных вибрацией сердечника 1 статора от сил магнитного тяжения ротора. Эластичные опоры 8 шпилек 2, размещенные с определенным шагом по длине шпильки 2, отстраивают вибрацию шпилек от резонанса с собственной частотой колебаний шпилек, сохраняя тем самым допустимый уровень вибрации шпильки независимо от ее общей длины.

Для охлаждения сердечника в зоне установки шпилек в зазоре между шпилькой и сердечником циркулирует охлаждающая среда. В местах установки эластичных опор охлаждающая среда обходит опоры по боковым пазам, ориентированным в тангенциальном направлении, для уменьшения сопротивления прохождению магнитного потока в ярме сердечника.

В связи с этим, повышается эксплуатационная надежность работы турбогенератора за счет снижения уровня вибрации электрической машины, а использование зазора 7 между шпилькой 2 и поверхностью аксиального отверстия 6 для циркуляции охлаждающей среды снижает температуру нагрева ярма сердечника, что увеличивает ресурс работы электрической машины.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в крупных электрических машинах, например в турбогенераторах с напосредственным охлаждением сердечника статора. Статор электрической машины содержит шихтованный сердечник 1, стянутый установленными с зазором в аксиальных отверстиях 6 ярма сердечника немагнитными шпильками 2, изолированными от сердечника 1. Немагнитные шпильки 2 установлены на эластичные изоляционные опоры 8, которые размещены в кольцевых канавках 9 сердечника. Опоры 8 имеют диаметр, больший аксиального отверстия ярма сердечника под шпильку, и разнесены с определенным шагом по длине шпильки для обеспечения отстройки частот собственных колебаний шпильки от частот колебаний сердечника. В местах расположения эластичных изоляционных опор 8 выполнены боковые пазы, ориентированные в тангенциальном направлении. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности электрической машины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Статор электрической машины, содержащий шихтованный сердечник, стянутый немагнитными шпильками, установленными с зазором в аксиальных отверстиях ярма сердечника и изолированными от сердечника, отличающийся тем, что немагнитные шпильки установлены на опоры из эластичного изоляционного материала, размещенные в кольцевых канавках сердечника диаметром, большим аксиального отверстия ярма сердечника под шпильку, и разнесенные с определенным шагом по длине шпильки с возможностью обеспечения отстройки частот собственных колебаний шпильки от частот колебаний сердечника.2. Статор по п.1, отличающийся тем, что в местах расположения опор выполнены боковые пазы, ориентированные в тангенциальном направлении.