СОСТАВНЫЕ СКВОЗНЫЕ ШПИЛЬКИ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА Российский патент 2015 года по МПК H02K15/02 H02K1/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к сквозной шпильке для магнитного сердечника статора генератора, которая вставляется в отверстие, имеющееся в пластинах сердечника статора, для обеспечения затяжки компонентов сердечника. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу сборки составной сквозной шпильки для пластин магнитного сердечника статора генератора, состоящей из нескольких отдельных деталей.

Предыдущий уровень техники

Большие генераторы имеют сердечники статора, которые обычно содержат множество тонких кольцеобразных пластин, которые собраны вместе и сжаты для образования цилиндрического сердечника статора, установленного в раме. Известные магнитные сердечники некоторых типов таких статоров генераторов требуют установки болтов для обеспечения плотности затяжки компонентов сердечника. Эти болты расположены параллельно оси статора и расположены по внешней и внутренней периферии магнитного сердечника. Эти болты называются «сквозными шпильками» и расположены в осевом направлении через отверстия, имеющиеся в пластинах сердечника статора. Сквозные шпильки снабжены на обоих концах их оси гайками, которые затянуты, например, с помощью гидравлики для удержания сердечника в собранном положении. Кроме того, сквозные шпильки обычно обернуты диэлектрической изоляцией.

Ослабление этих сквозных шпилек или дефекты пластин влияют на целостность наборного сердечника. Если затяжка сквозных шпилек ослабла, повторной затяжки этих шпилек может быть недостаточно. В таком случае требуется замена сквозных шпилек. Другим случаем, когда требуется замена сквозных шпилек, является модификация генератора.

Однако часто генератор находится в пространстве ниже обычного уровня пола. Таким образом, часто возникают трудности вследствие недостаточности просвета между концом сердечника статора и стеной фундамента или уровнем пола здания. Такая недостаточность просвета препятствует осевой вставке сквозных шпилек в отверстия сердечника статора. Чтобы преодолеть недостаточность просвета, одно решение предлагает подъем рамы вместе с сердечником для получения необходимого пространства для введения сквозных шпилек.

В качестве альтернативы US 4845836 предлагает применять специальный механизм для подачи сквозной шпильки сквозь отверстия сердечника статора во время первоначальной подачи его к концу отверстия вдоль линии, образующей острый угол с осью отверстия. Для отклонения сквозных шпилек от острого угла отверстия, под которым они подаются, и их выравнивания с осью отверстия, в механизма применяются несколько роликов. Механизм по US 4845836 относительно сложен, а способ труден в применении, особенно если требуется замена всех сквозных шпилек.

Сущность изобретения

Соответственно, техническая проблема, подлежащая решению настоящим изобретением, состоит в исключении недостатков, присущих предыдущей технике, и обеспечении усовершенствованного решения для замены сквозных шпилек, расположенных ниже уровня фундамента пола. Кроме того, для того чтобы сделать такую замену легкой и экономически эффективной, не требуются специальные инструменты и подъем.

Данная задача решается устройством по п.1 формулы изобретения и способом по п.11 формулы. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы.

В соответствии с настоящим изобретением, предложена сквозная шпилька для магнитного сердечника статора генератора, которая вставляется в отверстие, имеющееся в пластинах сердечника статора, для обеспечения затяжки компонентов сердечника. Сквозная шпилька отличается тем, что она содержит, по меньшей мере, два продольных элемента, которые соединены между собой посредством, по меньшей мере, одного соединительного элемента.

Таким образом, исключаются недостатки предыдущей техники и обеспечивается усовершенствованное решение для замены сквозных шпилек, расположенных ниже уровня фундамента пола. Это достигается в основном с помощью составной сквозной шпильки для пластин магнитного сердечника статора генератора, состоящей из нескольких отдельных элементов. Максимальная длина отдельных элементов должна определяться имеющимся зазором между статором генератора и стенами фундамента и/или имеющимся зазором между статором генератора и турбиной. Кроме того, не требуется специальный инструмент или подъем рамы, что делает такую замену легкой и экономически эффективной. Соединение элементов может выполняться различными средствами, например, байонетным, соединением, соединением, имеющим соответствующие формы элементов или другими подходящими средствами соединения.

Преимущественный вариант осуществления настоящего изобретения предполагает, что продольные элементы сквозной шпильки изготовлены из сплава с высокой прочностью на разрыв. За счет этого может быть достигнуто большое растягивающее напряжение без усталости материала сквозной шпильки, а следовательно, без необходимости в скорой замене шпилек.

Другой преимущественный вариант осуществления предполагает, что продольные элементы сквозной шпильки изготовлены из немагнитного сплава. Таким образом, сквозная шпилька не повлияет на электромагнитные свойства генератора.

Дополнительный преимущественный вариант осуществления настоящего изобретения предполагает, что, по меньшей мере, один конец продольных элементов сквозной шпильки снабжен внутренней резьбой. Таким образом, продольные элементы сквозной шпильки могут быть соединены друг с другом посредством резьбы. Винтовое соединение является легким в конструировании и легким в сборке с применением только инструментов, обычно имеющихся в месте установки генератора. Внешние продольные элементы шпильки снабжены на одном конце внешней резьбой для гайки, подлежащей затяжке извне при окончательной установке шпильки в отверстие. Однако внутренний продольный элемент(ы) шпильки может иметь две внутренние резьбы, подлежащие соединению на обоих концах посредством резьбовых соединительных элементов.

Еще один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения предполагает, что два конца соединительного элемента снабжены внешней резьбой. Соединительный элемент может иметь продольную форму, но является гораздо более коротким, чем продольные элементы сквозной шпильки. Он может быть изготовлен из материала с высокой прочностью на разрыв, преимущественно, из сплава, для которого возможна обработка поверхности после того, как на двух противоположных концах соединительного элемента будет нарезана или накатана внешняя резьба. Для сохранения резьбового соединения с внутренней резьбой на продольных элементах сквозной шпильки, могут применяться стопорные шайбы и/или контргайки.

Один преимущественный аспект этого варианта осуществления состоит в том, что соединительный элемент снабжен центральным участком, имеющим шестигранную форму. Центральный участок соединительного элемента может иметь диаметр больший, чем два конца соединительного элемента. Шестигранная форма облегчает применение гидравлического гайковерта или обычного гаечного ключа для сборки соединительного элемента вместе с продольным элементом сквозной шпильки во время установки составной сквозной шпильки в отверстии. Конечно, возможны также и альтернативные способы ввинчивания винтового соединительного элемента, например, в центральном участке соединительного элемента могут быть предусмотрены маленькие отверстия, которые расположены перпендикулярно оси соединительного участка. Для сборки в эти отверстия может вставляться стержень, действующий как рычаг.

Кроме того, предпочтительно, что соединенные между собой продольные элементы сквозной шпильки были окружены диэлектрической изоляцией. Диэлектрическая изоляция исключает замыкания в статоре генератора, которые потенциально могут быть вызваны сквозными шпильками без изоляции. Кроме того, диэлектрическая изоляция предотвращает опасность поражения персонала, производящего сборку, электрическим напряжением. Одним из способов применения диэлектрической изоляции могло бы быть обертывание вокруг сквозной шпильки во время вставки ее в отверстие. Однако оно имеет тот недостаток, что в процессе вставки шпильки в отверстие, обертка может быть повреждена или развернута.

Таким образом, преимущественно, диэлектрическая изоляция изготовлена из трубок из армированного волокна. Трубки могут быть изготовлены из слоенного вручную волокнистого материала, армированного эпоксидной смолой. Предпочтительным диэлектрическим армированным материалом могло бы быть, например, стекловолокно. Трубки из армированного волокна не только обеспечивают диэлектрическую изоляцию, но и обеспечивают определенную устойчивость и жесткость во избежание развертывания или повреждения изоляционного материала во время вставки в отверстие. Кроме того, несколько отдельных трубок легче соединить между собой во время сборки сквозной шпильки, поскольку концы трубок снабжены втулками, которые также могут служить в качестве места нанесения клея.

Кроме того, предпочтительно, что трубки, армированные волокном, снабжены вкладышем с низким коэффициентом трения, например, из PTFE (политетрафлуороэтилен). Вкладыш с низким коэффициентом трения улучшает способность скольжения трубок из стекловолокна во время установки на элементы сквозной шпильки и предохраняет сквозные шпильки от повреждений.

Наконец, предпочтительно, что сквозная шпилька изготовлена из, по меньшей мере, трех продольных элементов и двух соединительных элементов. Два внешних продольных элемента шпильки не симметричны, т.е. к внешним концам продольные элементы шпильки имеют внешнюю резьбу для резьбового соединения со шпильками, как показано на фигуре. Внутренние концы продольных элементов шпильки имеют внутреннюю резьбу для резьбового соединения с соединительными элементами. Внутренний продольный элемент сквозной шпильки имеет внутреннюю резьбу на обоих концах для возможности соединения через соответствующие соединительные элементы с двумя внешними продольными элементами сквозной шпильки.

Способ сборки составной сквозной шпильки для магнитного сердечника статора генератора, по настоящему изобретению, состоящей из нескольких отдельных элементов, содержит следующие шаги:

- подача продольных элементов сквозной шпильки в отверстия, выполненные в пластинах сердечника;

- соединение продольных элементов сквозной шпильки с соединительными элементами во время вставки в отверстия.

В соответствии с преимущественным вариантом осуществления способа продольные элементы сквозной шпильки соединены друг с другом посредством резьбы через соединительные элементы.

В соответствии с другим преимущественным вариантом осуществления способа несколько отдельных изолирующих трубок вставляются вместе с продольными элементами сквозной шпильки в отверстия и склеиваются вместе для окружения сквозной шпильки.

Краткое описание чертежей

Более полная оценка изобретения и множество сопутствующих ему преимуществ будет легко сделана по мере того, как они станут лучше понятны посредством последующего подробного описания с сопровождающими чертежами, на которых:

фиг.1 иллюстрирует вид в перспективе с частичным разрезом статора генератора, имеющего сквозные шпильки по настоящему изобретению;

фиг.2 иллюстрирует детали сквозных шпилек по настоящему изобретению, как показано на фиг.1;

фиг.3 иллюстрирует вид в перспективе с частичным разрезом собранной сквозной шпильки по настоящему изобретению, как показано на фиг.1;

фиг.4 иллюстрирует подробный разрез соединения сквозной шпильки по настоящему изобретению, как показано на фиг.1;

фиг.5а иллюстрирует вид одного конца продольного элемента сквозной шпильки;

фиг.5b иллюстрирует разрез V-V по фиг.5а;

фиг.6а иллюстрирует вид соединительного элемента;

фиг.6b иллюстрирует разрез VI-VI с фиг.6а;

фиг.7а иллюстрирует разрез одного конца трубки из стекловолокна; и

фиг.7b иллюстрирует разрез противоположного конца трубки из стекловолокна с фиг.7а.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

На фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые или соответствующие детали на нескольких видах. Первый предпочтительный вариант осуществления изобретения представлен на фиг.1 на виде в перспективе статора 1 с частичным разрезом. Чертежи представляют собой исключительно схематические эскизы и служат только пояснительным целям.

В данном варианте осуществления статор 1 расположен в практически цилиндрической раме 2, имеющей несколько опор основания. Один конец статора обращен к турбине, а противоположный конец обращен к фундаменту. Статор 1 содержит множество расположенных вдоль оси кольцеобразных тонких пластин 3, которые собраны вместе и сжаты для формирования цилиндрического сердечника статора. В пояснительных целях, ротор, который расположен коаксиально внутри статора, не показан.

В статоре 1 генератора, для обеспечения затяжки компонентов сердечника, установлены сквозные шпильки 4. Эти шпильки 4 расположены параллельно оси статора и расположены по внутренней периферии магнитного сердечника. Сквозные шпильки 4 проходят вдоль оси сквозь отверстия в пластинах 3 сердечника статора. Сквозные шпильки 4 снабжены на обоих концах гайками 5, которые затягиваются для удержания опорной системы сердечника в собранном положении.

Дополнительные детали показаны на фиг.2-7, которые иллюстрируют сборку узла 7 сквозной шпильки и соединение сквозной шпильки 4 в подробных видах.

На фиг.2 между собой соединены три продольных элемента 9, 10 сквозной шпильки при помощи двух соединительных элементов 11. Два внешних продольных элемента 9 сквозной шпильки не симметричны, т.е. внешние концы продольных элементов 9 шпильки имеют внешнюю резьбу для соединения с гайками 5, как показано на фиг.1.

Внутренние концы продольных элементов 9 сквозной шпильки имеют внутреннюю резьбу для резьбового соединения с соединительными элементами 11. Внутренний продольный элемент 10 сквозной шпильки имеет внутреннюю резьбу на обоих концах для соединения соответствующими соединительными элементами 11 с двумя внешними продольными элементами 9. Подробный вид одного конца, имеющего внутреннюю резьбу 18, показан на фиг.5а и 5b. Внутренняя резьба по данному варианту осуществления имеет размер М27. Для удержания продольного элемента шпильки в положении во время сборки и предохранения его от вращения, конечный участок содержит шестигранную секцию 19, удобную для удержания обычным гаечным ключом размера 36. Продольные элементы 9, 10 сквозной шпильки изготовлены из немагнитного сплава с высокой прочностью на разрыв, который может быть подвергнут поверхностной обработке, например, азотной закалке. Продольные элементы 9, 10 сквозной шпильки, по предпочтительному варианту осуществления, имеют длину в диапазоне между 1500 мм и 2000 мм.

Как можно видеть на фиг.3 и 4, а особенно на фиг.6а и 6b, соединительный элемент 11, по данному варианту осуществления, изготовлен из металла токарной обработкой и имеет два противоположных конца 14 с внешней резьбой.

Центральный участок 15 соединительного элемента 11 имеет больший диаметр, чем концы с резьбой, и выполнен в виде шестигранника под гаечный ключ или гайковерт. Соединительный элемент 11 является продольной деталью цилиндрической формы. Соединительный элемент 11 изготовлен из немагнитного сплава с высокой прочностью на разрыв, который может подвергаться поверхностной обработке, например, азотированию. Общая длина соединительного элемента 11 по данному варианту составляет 200 мм, а внешняя резьба имеет размер М27. Шестигранник центрального участка 15 имеет размер под гаечный ключ размером 36.

Сквозные шпильки 4 окружены диэлектрической изоляцией 8, показанной на фиг.7а и 7b. Изоляция по данному варианту осуществления изготовлена в виде трубок 13 из стекловолокна с внутренним вкладышем 12 из материала PTFE. Трубки 13 из стекловолокна имеют такую же длину, что и продольные элементы 9, 10 сквозной шпильки, и вставляются в отверстия 6 во время вставки продольных элементов 9, 10. Во время вставки в отверстия 6, несколько трубок 13 из стекловолокна склеиваются друг с другом с применением подходящего клея, например, полиэфирной смолы или тому подобного. Вкладыш 12 из материала PTFE улучшает способность трубок 13 из стекловолокна к скольжению во время установки продольных элементов 9, 10 сквозной шпильки и защищает сквозную шпильку 4 от повреждения. Вкладыш 12 из материала PTFE имеет толщину несколько микрон, например, 0.20 мм. Диэлектрическая изоляция исключает замыкание в статоре генератора, которое потенциально может быть вызвано сквозными шпильками 4. Кроме того, диэлектрическая изоляция 8 предотвращает опасность электрического поражения персонала, производящего сборку.

Как можно видеть на фиг.7а, трубки 13 из стекловолокна снабжены гнездом 16, имеющим внутренний диаметр больший, чем остальная часть трубки 13 из стекловолокна, и не содержащим вкладыша из материала PTFE. Гнездо 16 соответствует втулке 17 (как показано на фиг.7b), имеющей меньший внешний диаметр, чем остальная часть трубки 13, так, что две трубки 13 из стекловолокна могут быть соединены между собой установкой втулки 17 в гнезде 16 с нанесением клея на соединяемые поверхности.

Для установки сквозных шпилек 4 в отверстиях 6 генератора 1, продольные элементы 9, 10 подаются в отверстия 6. Во время подачи продольных элементов 9, 10 сквозных шпилек в отверстия 6, продольные элементы 9, 10 соединяются при помощи резьбы с соединительными элементами 11. Для соединения продольных элементов 9, 10 сквозных шпилек с соединительным элементом 11, для обеспечения требуемого усилия затяжки, прикладывается соответствующий крутящий момент, который в предпочтительном варианте осуществления составляет около 730 Нм. Кроме того, при подаче продольных элементов 9, 10 сквозной шпильки, на них устанавливается диэлектрическая изоляция 8, и трубки 13 из стекловолокна, которые подгоняются друг к другу, вводятся, собираются и склеиваются во время их введения.

Очевидно, что в свете приведенных выше аспектов изобретения, возможны многочисленные изменения и вариации. Поэтому следует понимать, что в рамках представленной формулы изобретения оно может быть осуществлено на практике иным способом, чем описано.

Ссылочные обозначения

1 статор

2 рама

3 пластины сердечника

4 сквозная шпилька

5 гайка

6 отверстие

7 шпилька в сборе

8 диэлектрическая изоляция

9 продольный элемент шпильки

10 продольный элемент шпильки

11 соединительный элемент

12 вкладыш из материала PTFE

13 трубка из стекловолокна

14 конец соединительного элемента

15 центральный участок

16 гнездо

17 втулка

18 внутренняя резьба

19 шестигранный участок.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении статора генератора. Техническим результатом является снижение трудоемкости при изготовлении статора за счет обеспечения возможности замены сквозных шпилек, расположенных ниже уровня фундамента пола, что не требует специального инструмента или подъем рамы, что делает такую замену легкой и экономически эффективной. Сквозная шпилька (4) для магнитного сердечника статора (1) генератора вставляется в отверстие (6), имеющееся в пластинах (3) сердечника статора для затяжки компонентов сердечника. Сквозная шпилька (4) содержит, по меньшей мере, два продольных элемента (9, 10), которые соединены между собой посредством, по меньшей мере, одного соединительного элемента (11). Кроме того, описан метод для сборки составной сквозной шпильки (4) для пластин (3) магнитного сердечника статора генератора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. 1. Сквозная шпилька (4) для магнитного сердечника статора (1) генератора, устанавливаемая в отверстие (6), выполненное в пластинах (3) сердечника статора для затяжки элементов сердечника, отличающаяся тем, что сквозная шпилька (4) содержит, по меньшей мере, два отдельных продольных элемента (9, 10), которые соединены между собой, по меньшей мере, одним соединительным элементом (11), при этом соединенные между собой продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки окружены диэлектрической изоляцией (8), причем диэлектрическая изоляция (8) изготовлена из трубок (13), армированных волокном.

2. Сквозная шпилька (4) по п.1, отличающаяся тем, что продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки изготовлены из сплава с высокой прочностью на разрыв.

3. Сквозная шпилька (4) по п.1, отличающаяся тем, что продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки изготовлены из немагнитного сплава.

4. Сквозная шпилька (4) по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из концов продольных элементов (9,10) сквозной шпильки снабжен внутренней резьбой.

5. Сквозная шпилька (4) по п.4, отличающаяся тем, что два конца соединительного элемента (11) снабжены внешней резьбой.

6. Сквозная шпилька (4) по п.1, отличающаяся тем, что соединительный элемент (11) снабжен центральным участком, имеющим шестигранную форму.

7. Сквозная шпилька (4) по п.1, отличающаяся тем, что трубки (13), армированные волокном, снабжены вкладышем (12) из материала с низким коэффициентом трения, например, PTFE.

8. Сквозная шпилька (4) по п.7, отличающаяся тем, что трубки (13), армированные волокном, снабжены вкладышем из материала PTFE.

9. Сквозная шпилька (4) по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что сквозная шпилька (4) выполнена из, по меньшей мере, трех продольных элементов (9, 10) и двух соединительных элементов (11).

10. Способ сборки составной сквозной шпильки (4) для пластин (3) магнитного
сердечника статора генератора, состоящей из нескольких отдельных элементов, содержащий следующие этапы, на которых: подают продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки в отверстия (6), выполненные в пластинах (3) сердечника;
соединяют продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки с соединительными элементами (11) во время вставки в отверстия (6), при этом соединенные между собой продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки окружают диэлектрической изоляцией (8), причем диэлектрическая изоляция (8) изготовлена из трубок (13), армированных волокном.

11. Способ по п.10, в котором продольные элементы (9, 10) сквозной шпильки соединяют друг с другом с помощью соединительных элементов (11) посредством резьбы.

12. Способ по п.10, в котором вместе с продольными элементами (9, 10) сквозной шпильки в отверстия (6) вводят и склеивают вместе несколько отдельных изоляционных трубок, окружающих сквозную шпильку (4).