СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2006 года по МПК H02K1/16 H02K3/50 

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения, а более конкретно к конструктивным элементам гидрогенераторов, а именно к конструкции бандажных колец.

Известно устройство статора [1], в котором лобовые части обмотки статора, выступающие за пределы верхнего и нижнего торцов шихтованного сердечника, для исключения их смещения и воздействия электродинамических сил крепят с помощью бандажных колец и кронштейнов, изготовленных из металла с соответствующей изоляцией.

Крепление кронштейнов бандажных колец в известном устройстве осуществляется к металлическим деталям корпуса статора, а именно к нажимным кольцам в турбогенераторах или к нажимным гребенкам в гидрогенераторах и синхронных машинах [2].

Также известно устройство [3], представляющее собой синхронный компенсатор, в котором крепление лобовых частей обмотки статора осуществлено с помощью изолированных бандажных колец и изолированных металлических кронштейнов посредством соединения их с металлическими нажимными гребенками, фиксирующих торцевые части сердечника в корпусе статора.

В известные конструкциях для уменьшения нагрева активных частей статора бандажные кольца и кронштейны выполняют из немагнитной стали, а кронштейны, изолируя, крепят к нижним кольцам или нажимным гребенкам статора. Соединение кольца и кронштейна производится при помощи электросварки, что обеспечивает предотвращение смещения лобовых частей обмотки статора и отгиба их в сторону расточки сердечника (внутреннего диаметра). Однако в процессе работы устройства лобовые части обмотки испытывают вибрационные нагрузки, которые воспринимаются бандажными кольцами и кронштейнами, и наличие сварного соединения может явиться предпосылкой к возникновению нештатного режима работы устройства.

В устройстве [4] для повышения надежности этого соединения увеличено количество кронштейнов, что ведет к увеличению металлоемкости и трудоемкости. Кроме того, в известных устройствах под воздействием аномальных режимов, способствующих повышению температуры лобовых частей и увеличению их вибрации, происходит ослабление бандажной шнуровой вязки, а также нарушение изоляции бандажных колец и кронштейнов из-за явления трения, обусловленного вибрацией, что может привести к внезапным коротким замыканиям и, как следствие, к повреждению обмотки статора и в конечном итоге к выходу электрической машины из строя.

Известно также устройство [5], в котором статор содержит корпус, сердечник, обмотку статора, лобовые части которой закреплены бандажными кольцами, установленными на кронштейнах. Бандажные кольца и кронштейны выполнены из электроизоляционного материала, а каждый кронштейн в аксиальном направлении выполнен составным из двух частей, которые соединены между собой. Выполнение бандажных колец и кронштейнов из электроизоляционного материала существенно повышает надежность изоляционного барьера между вылетом обмотки и элементами крепления ее к торцам статора. Однако и в данной конструкции полностью исключить радиальный сдвиг изоляционного кронштейна и тангенциальный сдвиг бандажных колец не удается, и предпосылки появлений коротких замыканий электрического тока возможны и при данной конструкции, так как крепление разъемного кронштейна с фиксацией на концах стяжных шпилек не обеспечивает надежной фиксации механических узлов, особенно мощных гидрогенераторов.

Выявленные недостатки известных устройств частично исключены в устройстве [6], представляющем собой статор электрической машины, содержащий корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, в котором бандажные кольца имеют изоляционные вставки и зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, выполненными в виде двух неразъемных элементов, взаимно перпендикулярных со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальный объемный элемент каждого из кронштейнов снабжен пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальный выполнен в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки, при этом изоляционные вставки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн, а составные части бандажных колец соединены между собой посредством замковых элементов, выполненных в виде паза и выступа, стянутых в местах стыка крепежным элементом.

Данная конструкция с креплением лобовых частей обмотки статора через посредство бандажных колец с изоляционным разрывом на их отдельных участках и с помощью изоляционных кронштейнов специальной формы, выбранной из логической связи механических деталей, а также выполнением пазов в кронштейнах позволяет обеспечить более надежный изоляционный барьер между лобовыми частями обмотки статора и его корпусом за счет уменьшения радиального сдвига изоляционного кронштейна и тангенциального сдвига бандажных колец. Однако при такой конструкции нарушается температурный режим между полостями ротора и статора, что вызвано нарастанием разности температур горячего и холодного воздуха из-за искажения воздушного потока, при этом воздушные потери целиком входят в тепловую нагрузку статора, и относительная доля этих потерь в составе суммарных потерь гидрогенератора может составлять от 15 до 20 процентов.

Задачей настоящего предложения является повышение циркуляции охлаждающего воздуха в зоне лобовых частей обмотки и бандажного кольца с сохранением надежности за счет исключения замыканий электрического тока через лобовые обмотки и бандажные кольца.

Поставленная задача решается за счет того, что в статоре электрической машины, содержащем корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, которые имеют изоляционные вставки и зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, две стороны которого взаимно перпендикулярны со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальная сторона каждого из кронштейнов снабжена пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальная сторона выполнена в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны, и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки, изоляционные планки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн, составные части бандажных колец соединены между собой в местах стыка крепежным элементом, в котором наклонный элемент изоляционного кронштейна развернут в сторону изоляционных упоров, бандажных колец и лобовых частей обмотки статора на угол, соответствующий углу наклона лобовых частей обмотки, в местах стыков соседних частей бандажного кольца установлены изоляционные барьеры в виде стержня с кольцевым заплечиком в средней части, установленным заподлицо со стыкуемыми торцами бандажного кольца, и снабженные сквозными отверстиями для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами соседних участков частей бандажного кольца концевые части стержня размещены внутри трубчатой части бандажного кольца и снабжены заходными фасками.

Размещение наклонного элемента изоляционного кронштейна с разворотом в сторону изоляционных упоров, бандажных колец и лобовых частей обмотки статора на угол, соответствующий углу наклона лобовых частей обмотки, установка в местах стыков соседних частей бандажного кольца изоляционных барьеров, выполненных в виде стержня с кольцевым заплечиком в средней части заподлицо со стыкуемыми торцами бандажного кольца и снабженных сквозными отверстиями для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами соседних участков частей бандажного кольца, с размещением концевых частей стержня внутри трубчатой части бандажного кольца и снабженных заходными фасками улучшает циркуляцию охлаждающего воздуха в зоне лобовых частей обмотки и бандажного кольца и уменьшает вероятность возникновения замыканий электрического тока через лобовые обмотки и бандажные кольца.

Новым в заявляемом техническом решении является:

- размещение наклонного элемента изоляционного кронштейна с разворотом в сторону изоляционных упоров, бандажных колец и лобовых частей обмотки на угол, соответствующий углу наклона лобовых частей обмотки;

- установка в местах стыков соседних частей бандажного кольца изоляционных барьеров, выполненных в виде стержня с кольцевым заплечиком в средней части заподлицо со стыкуемыми торцами бандажного кольца и снабженных сквозными отверстиями для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами соседних участков частей бандажного кольца, с размещением концевых частей стержня внутри трубчатой части бандажного кольца и снабженных заходными фасками.

Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность заявляемого решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез статора; на фиг.2 изображены верхние лобовые части обмотки статора; на фиг.3 изображена конструкция изоляционного кронштейна; на фиг.4 изображен изоляционный барьер; на фиг.5 изображено бандажное кольцо.

Статор состоит из корпуса 1, шихтованного сердечника 2, который закреплен в корпусе нажимными гребенками 3 и шпильками 4 с гайками 5. В пазах 6, выполненных со стороны внутреннего диаметра сердечника 2, уложена двухслойная стержневая обмотка 7. Со стороны наклонной части 8 внешнего диаметра наружных стержней 9 обмотка 7 статора закреплена бандажными кольцами 10, 11 и 12 и связками бандажного шнура 13 с соответствующими изоляционными выравнивающими прокладками 14. Бандажные кольца 10, 11 и 12 выполнены из немагнитной стали, и с целью повышения надежности они в местах стыка имеют еще и изоляционные вставки 15 с соответствующим им креплением 16 к торцам 17 бандажных колец 10, 11 и 12 в каждой группе стыка 18. В местах стыков 18 установлены изоляционные барьеры 19 в виде стержня с кольцевым заплечиком 20 в средней части. Изоляционные барьеры 19 установлены заподлицо со стыкуемыми торцами 17 бандажного кольца и снабжены сквозными отверстиями 21 для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами 17 соседних участков частей 22 бандажного кольца. Концевые части 23 стержня размещены внутри трубчатой части 24 бандажного кольца и снабжены заходными фасками 25. Наклонный элемент 26 кронштейна 27 развернут в сторону изоляционных упоров 28, бандажных колец 10, 11 и 12 и лобовых частей 29 и 30 обмотки 7 на угол 31, соответствующий углу наклона 32 лобовых частей 29 и 30 обмотки 7.

Наружные стержни 9 обмотки 7 с закрепленными на них бандажными кольцами 10, 11 и 12 и прокладками 14 для повышения надежности их фиксации скреплены с кронштейнами 27, в которых со стороны прилегающей к стержню 9 обмотки 7 предусмотрен скос 33, соответствующий углу 32 расположения лобовой части каждого внешнего стержня 9. Для надежной фиксации расположения каждого бандажного кольца 10, 11 и 12 на скосах 33 кронштейна 27 предусмотрены пазы 34 соответствующих размеров. Размещенные бандажные кольца 10, 11 и 12 в пазах 34 связаны с кронштейнами 27 с помощью бандажного шнура 13, пропуская шнур 13 через сквозные отверстия 21. Кронштейны 27 установлены и закреплены на корпусе 1 статора с упором на нажимных гребенках 3. От радиального сдвига в нижней опорной части 35 предусмотрен паз 36 и уступы 37 и 38. Пазом 36 каждый кронштейн 27 опирается на планку 39 с резьбовым отверстием 40 под болт. Планка 39 приварена электросваркой после расположения кронштейна 27 на нажимной гребенке 3. В выступающей хвостовине 41 предусмотрено проходное отверстие 42 для окончательного закрепления кронштейна 27 болтом 43 с шайбой 44. В планке 39 также предусмотрено резьбовое отверстие 45 для крепления в ней болтов 43. Полностью собранный статор закрепляют на фундаменте 46 с помощью фундаментных болтов 47.

Реализация заявляемого технического решения технической трудности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого предложения условию патентоспособности " промышленная применимость".

Источники информации

1. Турбогенераторы. Расчет и конструкция. / Титов В.В., Хуторецкий Г.М. и др. - Л., Энергия, 1967, с.188.

2. Проектирование гидрогенераторов. Инструкция. Механические расчеты / Домбровский В.В., Дитинко Ф.М. и др. Энергия, 1968, рис.46, 47, 48.

3. Цихонович Б.Г., Фомин Б.П. Турбогенераторы. Энергоатомиздат, 1989, с.97, 1989.

4. Синхронные компенсаторы. Вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации / Гольденберг С.И. и др. М., Энергия, с.89-90, 92-96, 114.

5. Авторское свидетельство СССР №1617537.

6. Патент РФ №2088025.

Изобретение относится к области электротехники и крупного электромашиностроения и может быть использовано в производстве гидрогенераторов, а именно в конструкциях бандажных колец. Сущность изобретения состоит в следующем: статор электрической машины содержит корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, которые имеют изоляционные вставки и зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, две стороны которого взаимно перпендикулярны со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальная сторона каждого из кронштейнов снабжена пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальная сторона выполнена в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны, и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки, изоляционные планки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн, составные части бандажных колец соединены между собой в местах стыка крепежным элементом, в котором наклонный элемент изоляционного кронштейна развернут в сторону изоляционных упоров, бандажных колец и лобовых частей обмотки статора на угол, соответствующий углу наклона лобовых частей обмотки, в местах стыков соседних частей бандажного кольца установлены изоляционные барьеры в виде стержня с кольцевым заплечиком в средней части, установленным заподлицо со стыкуемыми торцами бандажного кольца, и снабженные сквозными отверстиями для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами соседних участков частей бандажного кольца, концевые части стержня размещены внутри трубчатой части бандажного кольца и снабжены заходными фасками. Технический результат - обеспечение улучшения циркуляции охлаждающего воздуха в зоне лобовых частей обмотки статора и бандажного кольца при сохранении надежности за счет исключения замыканий через них электрического тока. 5 ил.

Статор электрической машины, содержащий корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, которые имеют изоляционные вставки в зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, две стороны которого взаимно перпендикулярны со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальная сторона каждого из кронштейнов снабжена пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальная сторона выполнена в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки, изоляционные планки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн, составные части бандажных колец соединены между собой, в местах стыка крепежным элементом, отличающийся тем, что наклонный элемент изоляционного кронштейна развернут в сторону изоляционных упоров, бандажных колец и лобовых частей обмотки статора на угол, соответствующий углу наклона лобовых частей обмотки, в местах стыков соседних частей бандажного кольца установлены изоляционные барьеры в виде стержня с кольцевым заплечиком в средней части, установленным заподлицо со стыкуемыми торцами бандажного кольца, и снабженные сквозными отверстиями для размещения крепежных деталей для соединения их с торцами соседних участков частей бандажного кольца, концевые части стержня размещены внутри трубчатой части бандажного кольца и снабжены заходными фасками.