УСТАНОВКА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ РОТОРА Российский патент 2009 года по МПК H02K15/16 H02K15/00 G01R31/34 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромашиностроению, и может быть использовано при производстве роторов электрических машин с постоянными магнитами, например синхронных генераторов и электродвигателей.

Известно устройство для механических испытаний роторов, содержащее силовой привод, опоры вращения, в которых установлен вал с ротором, и контрольно-измерительная аппаратура, предназначенная для снятия механических характеристик ротора, например параметров вибрации при повышенных скоростях вращения [1]. С помощью известной установки невозможно получить полную информацию о механических характеристиках ротора, т.к. трудно точно определить момент появления опасных радиальных деформаций ротора, приводящих к разрушению его конструкции.

Наиболее близким к изобретению устройством является установка для механических испытаний ротора, содержащая опоры вращения, в которых установлен вал с ротором. Ротор по всей длине охвачен цилиндрическим кольцом, выполняющим функции корпуса, предназначенного для защиты конструктивных элементов ротора [2]. При испытаниях роторов высокооборотных магнитоэлектрических машин с постоянными магнитами на скоростях, близких к критическим, наступает момент разрушения конструкции ротора, при этом все ее фрагменты уничтожаются, разбиваясь о магнитное цилиндрическое кольцо. Полное разрушение фрагментов ротора ведет к невозможности определения их механических характеристик, что позволяет сделать вывод о крайне низкой степени достоверности исследований.

Кроме того, для приближения к условиям, близким к рабочим, при испытаниях требуется постоянный разогрев ротора. Для этого необходим подвод энергии от внешнего источника ко всей установке либо непосредственно к ротору, что ведет к усложнению устройства и повышению энергозатрат.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является повышение достоверности исследований механических характеристик ротора при одновременном сокращении энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в установке для механических испытаний ротора, содержащей опоры вращения, предназначенные для установки вала с ротором, цилиндрическое кольцо, выполненное из пластин электротехнической стали, силовой привод ротора и контрольно-измерительные приборы [2], ротор заключен в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан с образованием равномерного радиального зазора, а цилиндрическое кольцо, охватывающее ротор с цилиндрическим стаканом по всей длине, неподвижно закреплено на внутренней цилиндрической поверхности введенного неподвижного корпуса, при этом в корпусе, цилиндрическом кольце и цилиндрическом стакане выполнены соосные радиальные сквозные отверстия, предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов после остановки ротора, при этом ротор может быть выполнен с постоянными магнитами.

В патентных источниках информации не обнаружены конструкции установок для механических испытаний роторов, в которых разогрев роторов происходит за счет энергии, вырабатываемой при их вращении, путем ее аккумулирования во внешнем кольце, запрессованном внутрь корпуса, не обнаружено также введение цилиндрического стакана, защищающего элементы конструкции ротора от разрушения при повышенных скоростных перегрузках при испытаниях, что позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения критериям охраноспособности.

На чертеже представлена конструктивная схема установки для механических испытаний ротора.

Установка состоит из закрепленного на основании неподвижного корпуса 1, включающего в себя внешнюю кольцевую часть и съемные щиты с опорами вращения 2, предназначенными дня установки вала с ротором 3. Постоянные магниты ротора выполнены из магнитотвердых материалов с высокой энергией (SmCo₅, Nd-Fe-B). Ротор 3 заключен в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан 4, который может быть выполнен из магнитного либо немагнитного материала. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 неподвижно закреплено цилиндрическое кольцо 5, охватывающее ротор вместе с цилиндрическим стаканом 4 по всей длине. Кольцо 5 выполнено из пластин электротехнической стали. Ротор приводится во вращение с помощью силового привода 6. В корпусе 1, цилиндрическом кольце 5 и цилиндрическом стакане 4 выполнены соосные сквозные отверстия 7, предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов и хладагента.

Задачей испытаний является исследование механической прочности высокооборотного ротора, а именно: фиксация критических оборотов ротора, при которых наступает появление необратимых пластических деформаций, приводящих к его полному разрушению, и определение запасов механической прочности до наступления разрушения.

Перед началом испытаний вал, предварительно жестко соединенный с ротором 3, закрепляют во вращающихся опорах 2, устанавливают цилиндрический стакан 4, охватывающий с равномерным радиальным зазором поверхность ротора, и устанавливают корпус 1 с запрессованным в нем цилиндрическим кольцом 5.

При испытаниях ротор нагревают до температуры, соответствующей условиям его эксплуатации (100-200°С). Для этого используют тепловую энергию, вырабатываемую при вращении ротора. Корпус 1 обеспечивает возможность эффективного аккумулирования и сохранения тепловой энергии в кольце 5, достаточной для разогрева ротора без использования дополнительного внешнего источника энергии, что положительно сказывается на энергопотреблении всей установки.

Толщину (m) кольца 5 выбирают из условия:

m≥(0,5B_δ1/В_ст)τ, где

B_δ1 - магнитная индукция в воздушном зазоре (между стаканом 4 и кольцом 5),

B_ст1 - допустимая магнитная индукция в стали,

τ - полюсное деление ротора.

Толщину пластин кольца 5 определяют из условия обеспечения потерь в стали, достаточных для нагрева окружающего пространства ротора.

Для защиты постоянных магнитов ротора 3 от полного разрушения при скоростях, близких к критическим, ротор 3 заключают в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан 4. Между поверхностями ротора 3 и стакана 4 имеется воздушный зазор, величину 8 которого выбирают из условия: δ≥0,01 Dp, где Dp - диаметр ротора.

При выполнении стакана 4 из магнитной стали его толщину n выбирают из расчетного соотношения

n≥(0,5В_δ2/В_ст2)τ, где

В_δ2 - магнитная индукция в воздушном зазоре (между стаканом 4 и ротором 3),

В_ст2 - допустимая магнитная индукция в стали,

τ - полюсное деление ротора.

В процессе испытаний производят необходимые замеры с помощью контрольно-измерительных приборов (часового индикатора, устройства для определения радиальных размеров, термодатчиков и т.д.), которые вводят через сквозные соосные отверстия, выполненные в корпусе, цилиндрическом кольце 5 и цилиндрическом стакане 4. Через отверстия 7 может осуществляться также отвод избыточного тепла. Отверстия могут быть расположены симметрично по окружности ротора.

Наличие корпуса 1 и цилиндрического кольца 5 обеспечивает нагрев ротора без дополнительного внешнего источника тепловой энергии, что упрощает установку и снижает потребление энергии при испытаниях.

Введение цилиндрического стакана 4 обеспечивает защиту конструктивных элементов ротора от разрушения при испытаниях, что реализует возможность анализа их структурных изменений в полном объеме, т.е. способствует повышению достоверности исследований.

Наличие в конструкции корпуса 1, цилиндрического кольца 5 и цилиндрического стакана 4 обеспечивает возможность исследования высокооборотных роторов с постоянными магнитами.

Данная установка может быть рекомендована для проведения механических испытаний роторов магнитоэлектрических машин любого вида.

Источники информации

1. Разгонная установка с приводом от воздушной турбины» Техническое описание, ОАО АКБ «Якорь», 1998 г.

2. Авторское свидетельство СССР 204647, Н02К 15/16, 1962 г.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для механических испытаний роторов магнитоэлектрических машин. Сущность изобретения состоит в том, что в установке для механических испытаний ротора (3), содержащей опоры вращения (2), предназначенные для установки вала с ротором (3), цилиндрическое кольцо (5), выполненное из пластин электротехнической стали, силовой привод (6) ротора (3) и контрольно-измерительные приборы, согласно изобретению ротор (3) заключен в жестко соединенный с ним цилиндрический стакан (4) с образованием равномерного радиального зазора, а цилиндрическое кольцо (5), охватывающее ротор вместе с цилиндрическим стаканом (4) по всей длине, закреплено на внутренней цилиндрической поверхности неподвижного корпуса (1), при этом в неподвижном корпусе (1), цилиндрическом кольце (5) и цилиндрическом стакане (4) выполнены соосные радиальные сквозные отверстия (7), предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов. При этом неподвижный корпус (1) обеспечивает возможность эффективного аккумулирования и сохранения тепловой энергии в цилиндрическом кольце (5), достаточной для разогрева ротора при испытаниях без использования дополнительного внешнего источника энергии. Цилиндрический стакан (4) защищает конструктивные элементы ротора от разрушения при перегрузках. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в повышении достоверности исследований механических характеристик ротора при одновременном сокращении энергозатрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для механических испытаний ротора, содержащая опоры вращения, предназначенные для установки вала с ротором, цилиндрическое кольцо, выполненное из пластин электротехнической стали, силовой привод ротора и контрольно-измерительные приборы, отличающаяся тем, что ротор заключен в жестко с ним соединенный цилиндрический стакан с образованием равномерного радиального зазора, а цилиндрическое кольцо, охватывающее ротор вместе с цилиндрическим стаканом по всей длине, закреплено на внутренней цилиндрической поверхности введенного неподвижного корпуса, при этом в корпусе, цилиндрическом кольце и цилиндрическом стакане выполнены соосные радиальные сквозные отверстия, предназначенные для ввода контрольно-измерительных приборов.2. Установка для механических испытаний ротора по п.1, отличающаяся тем, что ротор выполнен с постоянными магнитами.