Устройство для крепления лобовых частей обмотки статора электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K3/50 

Изобретение относится к крупному электромашиностроению и может быть использовано в конструкциях электрических машин, в частности в турбогенераторах большой и средней мощности для крепления лобовых частей обмотки статора.

Известно, что в электрических машинах переменного тока, в особенности турбогенераторах, лобовые части обмотки статора работают в сложных условиях, характеризующихся действием значительных переменных электромагнитных сил, тепловыми деформациями и деформациями и непрерывным изменением первоначальных условий сборки конструкции, связанным с ползучестью и релаксацией напряжений в изоляции и неметаллических деталях крепления. Повышенная вибрация лобовых частей может приводить к истиранию и смятию изоляции, усталостному повреждению медных проводников, Поэтому при разработке конструкции статора особое внимание уделяется системе крепления лобовых частей обмотки с целью обеспечения ее максимальной жесткости, прочности и стабильности свойств во времени.

Известно устройство для крепления лобовых частей обмотки статора мощного турбогенератора Ј, в которой лобовые дуги крепятся при помощи планок и радиальных тяг к кронштейнам, расположенным равномерно по окружности с внешней стороны лобовых частей и скрепленным с нажимным кольцом сердечника. У данной конструкции недостаточная жесткость крепления, т.к. кронштейны не образуют монолитной системы.

Более жестки и надежны конструкции , в которых лобовые части крепятся при помощи планок и радиальных тяг к кольцу из изоляционного материала, охватывающему лобовые части с внешней стороны и закрепленному через кронштейны на нажимном кольце сердечника. Недостатком конструкций этого типа является высокая трудоемкость изготовления и сборки, необходимость изготовления обмотки статора с переменным шагом по окружности в зоне лобовых частей для размещения радиальных тяг. Кроме того, применение кронштейнов снижает общую жесткость крепления.

В отечественном устройстве, приятом прототип /ЗУ, лобовые части обмотки статора электрической машины крепятся к массивному внешнему изоляционному коническому кольцу при помощи системы упоров, радиальных и аксиальных тяг, пружин и внутреннего изоляционного конического кольца. Внешнее коническое кольцо опирается по всей окружности непосредственно на цилиндрический выступ нажимного кольца сердечника с возможностью акси- ального перемещения при тепловом расширении обмотки. Данная конструкция

обладает высокой жесткостью и стабильностью (за счет пружинного поджима) крепления лобовых частей обмотки, обеспечивает низкий уровень вибрации и механических напряжений в проводниках.

0 Недостатком данной конструкции, как и всех упомянутых ранее, является отсутствие специального закрепления головок лобовых частей, содержащих массивные медные наконечники, токовые соединения, штуцеры

5 шлангов для подвода охлаждающей воды, усиленный слой изоляции. И хотя свободный вылет головок невелик, переменные инерционные силы, воздействующие при вибрациях на пайку элементарных провод0 ников и наконечникам, изоляцию и гидравлические соединения, значительны, что определяется большой массой головок. Это может приводить к отдельным нарушениям пайки изоляции, герметичности гидравличе5 ских соединений и, как результат, межфазным замыканиям обмотки статора.

Целью изобретения является повышение надежности крепления,

Поставленная цель достигается тем, что

0 в устройстве для крепления лобовых частей обмотки статора электрической машины, включающем кольцевой элемент, охватывающий лобовые части с внешней стороны, кольцевой элемент имеет кольцевой выступ,

5 охватывающий головки лобовых частей с внешней стороны, с внутренней стороны головок установлено упругое кольцо, поджимающее головки к кольцевому выступу в радиальном направлении, а в тангенциаль0 ных промежутках между головками размещены радиально ориентированные клинья. С целью обеспечения высокой электрической прочности обмотки статора упругое кольцо, радиально поджимающее головки, и

5 клинья, установленные в тангенциальных промежутках между головками, могут быть выполнены из изоляционного матеоиала. В качестве изоляционного материала упругого кольца и клиньев может быть использо0 ван стеклотекстолит.

Возможен вариант конструкции, в котором с целью обеспечения радиального под- жатия головок в радиальных зазорах между упругим кольцом и головками установлены

5 клинья из изоляционного материала.

Поверхност ь упругого кольца, обращенная к головкам, может иметь коническую форму.

Для обеспечения плотного прилегания головок к кольцевому выступу кольцевого

элемента технологические радиальные зазоры между головками и кольцевым выступом могут быть заполнены изоляционной замазкой.

В тангенциальных промежутках между головками могут быть размещены радиаль- но ориентированные шпильки с гайками из изоляционного материала, крепящие клинья к кольцевому выступу кольцевого элемента.

Новым в данном решении является новая совокупность известных признаков.

Существенность отличий подтверждается тем, что за счет устранения консоль- ного вылета головок посредством дополнительного их крепления к кольцевому выступу кольцевого элемента, охватывающего лобовые части, у конструкции появляется новое свойство, которое отсутствует у известных технических решений, а именно -устранениеопасныхизгибныхдеформаций в наиболее повреждаемой зоне - у головок лобовых частей.

Это повышает жесткость и надежность крепления лобовых частей обмотки статора.

Выполнение деталей крепления из изоляционного материала обеспечивает высокую электрическую прочность обмотки статора. Применение в качестве такого материала стеклотекстолита, обладающего высокой механической и электрической прочностью, теплостойкостью, хорошими упругими свойствами и низкой ползучестью, обеспечивает стабильность и долговечность конструкции крепления, механическую и электрическую надежность.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства для крепления лобовых частей обмотки статора электрической машины; на фиг. 2 показаны клинья для тангенциального распора головок; на фиг. 3 - клинья для тангенциального распора головок и шпильки с гайками, крепящие клинья к кольцевому выступу кольцевого элемента,

Лобовые части обмотки 1 (фиг. 1) располагаются на массивном стеклотекстолито- вом кольцевом элементе 2, расклиненном в цилиндрическом выступе 3 нажимного кольца 4 сердечника 5. Поджатие лобовых частей обмотки 1 к кольцевому элементу 2 осуществляется при помощи внутреннего конического кольца 6, упоров 7, радиальных и аксиальных тяг 8 и 9, пружин 10. Пружины 10 обеспечивают постоянство усилия сжатия лобовых частей 1 между коническими кольцами 2 и 6. Замазка 11 фиксирует относительное положение лобовых дуг в корзинке, а также, заполняя зазоры, обеспечивает

равномерное распределение давления на изоляцию лобовых дуг.

Кольцевой элемент 2 снабжен кольцевым выступом 12, охватывающим головки 13

лобовых частей 1 с внешней стороны. Кольцо 14, установленное с внутренней стороны головок 13 и расклиненное радиально клиньями 15, поджимает головки 13 радиально к кольцевому выступу 12, Величина

0 радиального поджатия каждой головки, как показывают расчеты, должна быть не менее 5 Q, где Q - масса головки, а величина радиальной деформации кольца 14 - не менее 2 мм.

5 Кольцо 14, как и клинья 15, может быть выполнено из немагнитного металла с высоким удельным сопротивлением, покрытого слоем высоковольтной изоляции. Однако наилучшим вариантом конструкции, обес0 печивающим одновременно электрическую и механическую надежность, технологичность изготовления и сборки, является выполнение кольца 14 и клиньев 15 из стеклотекстолита,

5 Замазка 16, заполняющая радиальные зазоры между головками 13 и кольцевым выступом 12 кольцевого элемента 2, обеспечивает плотное прилегание головок 13 к кольцевому выступу 12 и равномерное рас0 пределение давления по опорной поверхности.

На фиг. 2 показаны клинья 17 и 18, установленные в тангенциальных промежутках между головками 13. Клинья 17 опираются

5 на кольцевой выступ 12, а клинья 18, забитые с натягом при сборке электрической ма- шины, осуществляют тангенциальный распор головок. При этом длина окружности, на которой располагаются головки 13,

0 стремится увеличиться, а головки 13 плотно прилегают к выступу 12. Последующая установка упругого кольца 14 и забивка клиньев 15 создают силовое радиальное поджатие головок 13 к кольцевому выступу 12.

5 На фиг. 3 показан вариант конструкции, в которой клин 18 крепится к кольцевому выступу 12 при помощи шпильки 19 и гайки 20. Шпилька 19 и гайка 20 обеспечивают дополнительное поджатие и фиксацию по0 ложения клина 18.

Целесообразно шпильки 19 и гайки 20 изготовить из стеклотекстолита, чтобы не снижать электрической прочности конструкции.

5 Во время работы электрической машины на лобовые части обмотки 1 статора дей- ствуют значительные переменные электродинамические силы, вызывающие вибрацию. Однако вследствие высокой собственной жесткости конических колец 2 и 6,

между которыми сжаты лобовые части 1, и жесткого закрепления внешнего конического кольца 2 в цилиндрическом выступе 3 нажимного кольца 4 сердечника 5 уровень вибрации достаточно низок. Лобовые дуги 1, жестко закрепленные на конической поверхности внешнего кольцевого элемента 2, имеют одинаковую с ним амплитуду колебаний. Точно так же головки 13 лобовых частей 1, поджатые, к кольцевому выступу 12, име- ют одинаковую с ним амплитуду колебаний, Поскольку кольцевой выступ 12 составляет одно целое с внешним кольцевым элементом 2, лобовые дуги 1 в районе головок 13 не испытывают переменных изгибных де- формаций и напряжений. Инерционные силы головок 13 компенсируются креплением к кольцевому выступу 12 и не нагружают медные проводники, пайки, корпусную изоляцию. Тем самым исключаются усталост- ные повреждения указанных элементов обмотки статора

Применение стеклотекстолита в качестве материала упругого кольца, клиньев, шпилек и гаек обеспечивает высокую меха- ническую и электрическую прочность крепления.

Предложенная конструкция отличается высокой эффективностью, простотой, технологичностью.

По сравнению с прототипом предложенное устройство крепления лобовых частей обмотки статора отличается повышенной надежностью и существенно снижает вероятность аварийных остановов электрической машины из-за повреждений обмотки в районе головок лобовых частей.

Формула изобретения

1. Устройство для крепления лобовых частей обмотки статора электрической ма- шины, включающее кольцевой элемент, охватывающий лобовые части с внешней

стороны, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности крепления, кольцевой элемент имеет кольцевой выступ, охватывающий головки лобовых частей с внешней стороны, с внутренней стороны головок установлено упругое кольцо, поджимающее головки к кольцевому выступу в радиальном направлении, а в тангенциальных промежутках между головками размещены радиально ориентированные клинья.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью обеспечения высокой электрической прочности обмотки статора, упругое кольцо, радиально поджимающее головки, и клинья, установленные в тангенциальных промежутках между головками, выполнены из изоляционного материала,

3.Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что в качестве изоляционного материала упругого кольца и клиньев использован стеклотекстолит.

4 Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем. что в радиальных зазорах между упругим кольцом и головками установлены клинья из изоляционного материала

5.Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что поверхность упругого кольца, обращенная к головкам, имеет коническую форму.

6.Устройство по пп. 1-5, отличаю- щ е е с я тем, что технологические радиальные зазоры между головками и кольцевым выступом заполнены изоляционной замазкой.

7.Устройство по пп. 1-6, отличающееся тем, что в тангенциальных промежутках между головками размещены также радиально ориентированные шпильки с гайками из изоляционного материала, крепящие клинья к кольцевому выступу кольцевого элемента.

77

20 // # 76 // /

15

К

Сущность изобретения: лобовые части обмотки 1 расположены на массивном стек- лотекстолитовом кольцевом элементе 2, расклиненном в цилиндрическом выступе 3 нажимного кольца 4 сердечника 5. Поджа- тие лобовых частей обмотки 1 к кольцевому элементу 2 осуществляется при помощи внутреннего конического кольца 6, упоров 7, радиальных и аксиальных тяг 8 и 9, пружин 10. Замазка 11 фиксирует относительное положение лобовых дуг в корзинке. Кольцевой элемент 2 снабжен кольцевым выступом 12, охватывающим головки 13 лобовых частей 1 с внешней стороны. Кольцо 14 из стеклотекстолита, установленное с внутренней стороны головок 13 и расклиненное радиально клиньями 15, поджимает головки 13 радиально к кольцевому выступу 12, 6 з.п. ф-лы, 3 ил, сл с П xj О 2 ю О ю