Способ гашения вибраций и шума статора электрической машины переменного тока Советский патент 1985 года по МПК H02K3/50 

Изобретение относится к электромашиностроению и касается средств снижения вибрации и шума электрических машин переменного тока (ЭМ|.

Одним из важнейшик показателей качества ЭМ является уровень вибрации и шума статора. Вибрация и шум машины оказывают вредное воздействие на окружающую среду, установленное рядом оборудование и обслуживающий персонал. Дня ЭМ основную проблему составляет снижение вибрации сердечника и корпуса статора двойной частоты сети, обычно 100 Гц

Цель изобретения - снижение вибраций и шума статора двойной частоты сети без увеличения массы и габаритов

На фиг. 1 изображена электрическая машина, разрез; на фиг. 2- модель РД1Я расчета вибрации; на фиг.З составное бандажное кольцо; на фиг.4 - экспериментальные амплитудно-частотные характеристики АЧХ) колебаний корпуса синхронного компе сатора..

В электрической машине, например турбогенераторе, содержащей корпус 1 со щитами 2, внутри корпуса располагают сердечник 3 статора с обмоткой. Лобовые части 4 обмотки выступают за пределы сердечника, и их закрепляют от смещения составными бандажными кольцами 5. Внутри- корпуса 1 размещают ротор б на щитовых или стояковых (показаны пунктиром) подшипниках 7.

-Вибрации и шум сердечника и корпуса статора вызываются возмущающими магнитньа-ш силами, обусловленными магнитным полем в воздушном зазоре и действующими на сердечник статора f сг cosot, где f амплитуда силы.

Ротор в данном случае не учитыва;ется, поскольку его вибрации от этих сил весьма незначительны и практически не передаются через опоры ротора на корпусЭМ. Силы, действующие на статор, создают колебания нулевого порядка и изгнбные колебания г 2 статора, где г - порядок колебаний /в пространстве).

При нагрузке машины по току появляются магнитные силы,, обусловленные ПОЛЯМ пазового и лобового рассеяния обмотки статора и действующие соответственно на сердечник и лобовые

части обмотки. Величина этих сил пропорциональна I , где I - ток в фазе обмотки статора. По сравнению с силами fp,обусловленными магнитным полем в воздушном зазоре машины, силы от полей рассеяния невелики.

Силы от поля пазового рассеяния действуют непосредственно на сердечник статора и учитываются в выражении для сил f, от магнитного поля в зазоре. Силы от поля лобового рассеяния д f дтсоз (tot v) где f ,амплитуда силы; if - угол сдвига по фазе относительно силы f, действуют

на лобовые части и через них на сердечник. У выполненных ЭМ величина этих 6 0,08. При нзгибных колебаниях амплитуда магнитных сил f и д рассматриваются каждая

как результат сложения радиальных и тангенциальных сил с учетом фазового сдвига между ними.

№намическая модель ЭМ приведена на фиг.2. Все принятые здесь обозначения являются приведенными к единице площади средних цилиндрических поверхностей сердечника и корпуса соответственно: m ( , ., Гос, шк, и , ,с,2 )Сс и Су - массы и коэффнциенты жесткости лобовых частей, сердечника и корпуса; с - коэффициент жесткости упругой поДвески сердечника .

Распределенные массы лобовых частей, сердечника и корпуса представляются кагвдая в виде совокупности материальных точек, соединенных упругими связями. При этом предполагается, что пазовая часть обмотки надежно закреплена в .пазах сердечника, масса ее учитьгоается в массе сердечника как присоединенная.

Величина с представляет собой коэффициент статической жесткости

лобовых частей, состоящий из коэффициента жесткости Сдо5 и коэффициента жесткости их крепления , т.е. непосредственно стержней лобовых частей обмотки Сд +C)ii;p.

Если с оцДля выполненной: конструкции является величиной постоянной, то жесткость крепления можно изменять в довольно широких пределах, изменяя тем самым и величину

Сд . Изменение величины осуществляют как за счет применения различных формообразующих материалов, распорок, стяжек, скрепляющих отдельные стержни между собой и делающих лобовые части обмотки более MOHOjruTнымн, так и за счет изменения их обжатия и подкрепления с помощью бандажных колец. Во всех ука занньгх случаях изменяется и .

Из изложенного следует, что лобовые части обмотки статора могут служить в качестве управляемых динамических гасителей (ДГ) колебаний сердечника и корпуса, причем парциональную частоту лобовых частей настраивают на частоту возмущающей силы в определенном режиме работы машины (при I const и cos tf const), называемом сдаточным режимом, посредством изменения жесткости крепления лобовых частей. В этом случае в нагрузочных режимах (при I т О) лобовые части совмещают в себе признаки как активных, так и пассивных ДГ.

Как в активных, в ДГ на лобовые части действуют силы, в данном случае магнитные, величину которых изменяют посредством изменения нагл

рузки по току fд I . Частота этих сил равна частоте возмущающих магнитных сил, действующих на сердечник статора. Как у пассивных, в ДГ парциональную частоту лобовых час-, тей настраивают на частоту возмущающей силы, в данном случае с целью повышения их эффективности как активных ДГ. Возможна также настройка лобовых частей как ДГ соответствующим изменением режима работы ЭМ - изменением величины I и cos С/) при неизменной жесткости их крепления, однако практически это нецелесообразно. При настройке лобовых чатей обмотки статоракак ДГ коэффициент эффективности жесткости определяют из экспериментальной пар 41алцок частоты колебаний лобовых частей .путем пересчета по формуле ле ™л Предварительную настройку ДГ производят изменением жесткости крепления лобовых частей за счет использования формообразующ11х материалов, распорок, стяжек. Окончательную настройку производят изме нением обжатия лобовых частей с помощью различных устройств. Окончание настройки лобовых частей как ДГ отмечается по появлению характерного провала в ЛЧХ колебаний сердечника и корпуса на частоте возмущающей силы (100 Гц).

700ч4

с; целью повышения эффективности настройки (окончательной)лобовых

ч

частей устройства )1дя изменения жесткости, их крепления располагают в

5 местах (или по конструктивным соображениям вблизи мест) максимальной вибрации лобовых частей. Такими местами являются головки лобовых частей или при жесткой системе крепления середина лобовых дуг.

Устройствами для окончательной настройк служат бандажные кольца 5, по одному как минимум с каждой стороны сердечника, выполняемые состав5 ными из нескольких частей, причем .отдельные части соединяют между собой с зазорами и скрепляют регулировочными болтами 8. Путем уменьшершя или увеличения зазоров между

20 торцами отдельных частей составного бандажного кольца спомощью регулировочных болтов достигают увеличения или уменьшения жесткости крепления лобовых частей, и тем самым

осуществляют их окончательную настройку как ДГ в сдаточном режиме. В корпусе машипь при этом выполняют окна, закрытые легкосъемными крьппками, обеспечивающими свободный доступ к регулировочным болтам.

При работе лобовых частей как ДГ их парциальная частота близка к резонансной (00 Гц), однако при надлежащем креплении вибрация лобопых частей будет в пределах допустимой, как, например, дня двухполюсных аурбогеператоров, у которых вибрация Лобовых частей при жесткой системе крепления и частоте свободных колебаний 90-98 Гц не превышает 150 мкм.

Исследования влияния лобовых частей обмотки статора Kaic ДГ на вибрации сердечника и корпуса ЭМ проводят на двухполюсных турбогенераторах малой М011Ц10СТИ (З МВт) в режимах перевозбужденного синхронного компенсатора (СК| и активной нагрузки.

Изменение жесткос -и крепления лобовых частей - настройка их как ДГ производится вручную с помощью составных бандажных колец и регулировочных болтов, аналогичных описанным. Кольца устанавливают пблп1зи головок лобовых частей, поскольку вибрация лобовых, частей в этом месте максимальная. В результате настройки получают эффект гашення вибрации

S

сердечника и корпуса на частоте 100 Гц в сдаточных режимах СК и активной нагрузки. На фиг. 4 приведены экспериментальные АЧХ колебаний корпуса в сдаточном режиме СК, измеренные на лапах. Для сравнения показаны АЧХ корпуса до (криваяql и после (кривая в) настройки лобовых частей как ДГ. Уровень вибрации лобовых частей при этом не превьшает I 30 мкм в максимальной точке. А. амплитуда перемещений корпуса.

Преимущество предлагаемого способа и его технико-экономический эф096

фект состоят в том, что настройка

лобовых частей обмотки статора как ДГ колебаний позволяет получить снижение вибрации сердечника и корпуса статора, а также уменьшение создаваемого ими шума без увеличения массогабаритных характеристик машины. Снижение вибрации и шума без увеличения массы и габаритов машины повышает ее технический уровень и конкурентоспособность , уменьшает вредное воздействие на окружающую среду и обслуживающий персонал.

I/S;/

т/12

Сп2

1. СПОСОБ ГАШЕНИЯ ВИБРАЦИЙ И ШУМА-СТАТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащей корпус, обмотку с лобовыми частями, скрепленными посредством бандажных колец, заключающийся в подборе жесткости элементов статора, отличающийся тем, что, с целью снижения вибраций и шума статора двойной частотысети без увеличения массы и габаритов, бандажные кольца выполняют из нескольких частей, которые устанавливают друг относительно друга с зазором и скрепляют регулировочными болтами, затем изменяют жесткость крепления лобовых частей посредством регулировочных болтов до достижения минимума вибраций и шума корпуса статора на двойной частоте сети. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что бандажные коль(Л ца устанавливают вблизи головок лос бовых частей обмотки статора. со со

Г

1

.J

Фиг.2