Статор электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K1/18 

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения и может быть использовано для упругого крепления сердечника в корпусе электрической машины, в частности, турбогенератора.

В настоящее время на крупных электрических машинах, для виброизоляции корпуса и фундамента, применяется упругое крепление сердечника в ко ;пусе. Особенно широкое распространение это получило на мощных турбогенераторах.

Известна конструкция упругого крепления сердечника осуществляемая с помощью равномерно распределенных по окружности сердечника стяжных ребер, в каждом из которых выфрезерованы сквозные продольные прорези, образующие пружинящие части ребра. Ребра скреплены с сердечником по всей длине замками типа ласточкин хвост. Крепление ребер к корпусу электрической машины выполнено в средней части прорезей путем приварки к кольцевым перегородкам корпуса, как правило, с помощью переходных элементов - уголков 1.

Указанная конструкция упругого крепления сердечника проста, технологична, обладает высокими виброизолирующими свойствами, однако имеет следующий недостаток. В процессе работы машины из-за относительного смещения при вибрациях происходит истирание ласточкиных хвостов ребер и стенок пазов под ласточкины хвосты, расположенных на наружной поверхности сердечника. В пазах ласточкиных хвостов ребер образуются зазоры, которые позволяют ребрам совершать интенсивные самостоятельные колебания с ударами в зазоре о стенки паза. Это приводит кповышенпю шума, повреждениями сварных швов, уголков, пружинящей части ребер.

В известных конструкциях сердечник упруго закреплен в корпусе лишь при помощи боковых ребер, расположенных в районе опорных лап статора, верхние и нижний ребра, не скрепленные с корпусом, жестко расклинены на спинке сердечника с помощью дополнительных приспособлений.В ,цзнной конструкции исключена возможность самостоятельных колебаний верхних и нижних ребер. Боковые ребра, нагруженные весом сердечника, также оказываются поджатыми в пазу ласточкина хвоста. Однако вс/педствие технологических допусков на приварку ребер, это гюджатие неравномерно,Как показывает практика, не исключено высвобождение отдельных, наименее нагруженных, ребер или их участков в пазу ласточкина хвоста и повышение шума при работе электрической машины.

Известна конструкция, в которой упругие ребра поджаты радиально к спинке сердечника обручами, установленными в нескольких сечениях по длине статора и охватывающими сердечник с ребрами по всей окружности. Такое поджатие устраняет радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов и исключает самостоятельные интенсивные колебания ребер 2.

0Недостаток конструкции, помимо высокой трудоемкости изготовления, установки и затяжки обручей внутри корпуса статора, необходимости обеспечения их высокой статической и усталостной прочности, состоит в том, что обручи, не обладая высокой собственной упругостью, осуществляют радиальное поджатие ребер к спинке сердечника лишь в начальный период работы электрической машины. В дальнейшем, по

0 мере износа материала, в пазах ласточкиных хвостов образуются зазоры, упругости обручей не хватает, чтобы выбрать эти зазоры, натяг обручей ослабевает и ребра начинают вибрировать, Кроме того, обручи

5 представляют собой короткозамкнутые электропроводящие контуры, которые увеличивают потери от вихревых токов в статоре. Собственный разогрев обручей и тепловое расширение еще больше ослабля0 ют их первоначальный натяг.

Известна конструкция статора с упругим креплением сердечника в корпусе при помощи стяжных ребер с продольными прорезями в которой перед приваркой стяжных

5 ребер к пгрегородкам корпуса производят сжатие ребер в средней части прорези в радиальном направлении с помощью дополнительных крепежных элементов, например болтов, которые после сборки и

0 опрессовки сердечника удаляют. В результате в собранном статоре все стяжные ребра оказываются упруго поджатыми в радиальном направлении к спинке сердечника, чем устраняются радиальные зазоры

5 в пазах ласточкиных хвостов и исключается возможность самостоятельной вибрации ребер 3.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что для поджатия используется

0 упругость самих ребер, и к действуюи им на ребра нагрузкам от веса, теплового расширения и вибрации сердечника, крутящего электромагнитного момента добавляются значительные усилия предварительного

5 поджатия. Это увеличивает механические напряжения в ребрах, снижает запас прочности и надежность конструкции, тем более что наиболее нагруженные ребра и не требуют предварительного поджагия: их раскрепление 8 пазу ласточкина хопста при

работе электрической машины исключено. Предварительное поджатие ребер при сборке электрической машины не позволяет регулировать усилие этого поджатйя в ходе дальнейшей эксппуатации. Кроме того, сказывается, что для отдельных ребер верхней половины статора, приваренных к корпусу с наибольшими отклонениями в пределах допуска, величина предварительного сжатия недостаточна, и в ходе эксплуатации электрической машины происходит раскрепление указанных ребер из-за износа материала в пазу ласточкина хвоста, что неоднократно наблюдалось на практике.

В конструкции статора взятой за прототип, сердечник закреплен в корпусе при помощи радиальноупругих стяжных ребер с продольными прорезями и на указанных ребрах в нескольких местах по длине установлены упругие элементы в виде пружин сжатия. Упругие элементы размещаются между корпусом и стяжными ребрами и осуществляют дополнительное поджатие ребер к сердечнику, устраняя радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов 4.

Недостатки данной конструкции - дополнительное нагружение стяжных ребер, трудоемкость изготовления и установки упругих элементов на ребрах, уменьшение свободного пространства внутри статора между корпусом и сердечником, что затрудняет осмотры состоянгя деталей и проведение профилактических мероприятий.

Цель изобретения - предотвращение возможности интенсивных самостоятельных колебаний стяжных ребер без дополнительного их нагружения, упрощение конструкции и габаритов приспособлений, обеспечивающих надежную работу упругого крепления сердечника в корпусе статора электрической машины.

. Указанная цель достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащем сердечник, закрепленный в корпусе на радиально-упругих стяжных ребрах с продольными прорезями, по всей длине снабженных замком типа ласточкин хвост, в прорезях по меньшей мере одного ребра установлено не менее одного виброгасящего устройства, состоящего из шпильки, уста новленной в прорези с зазором от ее края не менее 2 мм, двух плзстин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези и стянутых упомянутой шпилькой с помощью гаек и упругого элемента. В качестве упругого элемента наиболее эффективным является пакет тарельчатых пружин. Пластины виброгасяи;их устройство целесообразно выполнять из твердого диэлектрического материала. Возможен вариант

выполнения пластин виброгасящих устройств из стеклотекстолита. Пластины со стороны, обращенной к ребру, могут иметь продольные выступы, образующие опорные

поверхности. В одном из вариантов изобретения виброгасящие устройства могут быть установлены на ребрах, расположенных в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах окружности статора. В другом

0 варианте изобретения виброгасящие устройства расположены на тех ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум. Для предотвращения смещения виброгасйщих устройств на ребре, с обеих сторон упомянутого устройства, могут быть установлены стопорные элементы. Возможен вариант выполнения стопорных элементов в виде вязки шпагатом вокруг гибкой части ребра с пропиткой клемм.

0 В другом варианте стопорные элементы могут быть выполнены в виде струбцин, закрепленных на ребре.

Новизна данного технического решения состоит в но.вой совокупности призна5 ков: установка виброгасящих устройств на стяжных ребрах сердечника; выполнение указанных устройств в виде шпильки, размещенной с зазором в прорези ребра, пары пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези, упругого элемента, установленного под одну из гаек шпильки, комплекс требований по затяжке виброгасящего устройства, обеспечивающих его эффективность; рекомендации по

5 размещению виброгасящих устройств на стяжных ребрах сердечника. Существенность отличий подтверждается тем, что новая совокупность признаков обладает новыми свойствами; простотой изготовления и сборки, эффективным гашением вибраций и шума стяжных ребер сердечника, возможностью установки виброгасящих устройств как при сборке электрической машины на заводе, так и в процессе ее

5 эксплуатации по мере необходимости. При этом не требуется каких-либо доработок основной конструкции упругого крепления сердечника в корпусе статора. Указанные новые свойства определяют технологичность и низкую трудоемкость изготовления статора электрической машины, надежную работу упругого крепления сердечника в корпусе статора, исключающую повышенный шум и повреждения стяжных ребер сердечника, связанные с этим аварийные остановы электрической машины при эксплуатации и затраты на ремонт.

На фиг.1 изображены корпус и сердечник статора с установленным на стяжном ребре виброгасящим устройством, продольный разрез; на фиг.2 - виброгасящее устройство, установленное на стяжном ребре сердечника статора, поперечный разрез; на фиг.З - стопорные элементы в виде вязки шпагатом; на фиг.4 зона расположения ребер, оснащенных виброгасящими устройствами.

Сердечник 1 электрической машины (фиг.1) закреплен в корпу;.е 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4, приваренных к кольцевым перегородкам 5 через уголки 6. Для предотвращения возможности интенсивных самостоятельных колебаний ребер в прорезях 4 размещено по крайней мере по одному виброгасящему устройству, расположенному вблизи середины прорези 4 (по длине) и состоящему из шпильки 7 (фиг.2), пластин 8, опирающихся на боковые поверхности ребра 3 выше и ниже прорези 4, гаек 9 и упругого элемента 10, установленного под одну из гаек 9. Диаметр шпильки 7 должен быть меньше ширины прорези 4 на 2-3 мм, иначе шпилька 7, установленная в прорезь 4 без зазора, будет препятствовать естественной деформации упругой части 13 ребра 3, сопровождающейся увеличением и сужением прорези 4. В качестве упругих элементов 10 могут применяться витые и пластинчатые пружины, пружинные шайбы, резиновые прокладки и т.п. Однако из всех известных упругих элементов наиболее подходящими для данной конструкции являются тарельчатые пружины, обладающие максимальной грузоподъемностью при минимальных размерах и весе.

Деформация упругого элемента при затяжке шпильки составляет не менее 4-5 мм, а сила затяжки - не менее P Q/2fn, где Q вес ребра; f- коэффициент трения для пары материалов ребра и пластины; п - количество Биброгасящих устройств, установленных на ребре.

Пластины 8 виброгасящих устройств целесообразно изготавливать из диэлектрика, например стеклотекстолита, так как материал пластин 8, подверженных силовому нагружению, должен быть твердым и прочным. При этом будут исключены дополнительные контуры-для вихревых токов в стяжных ребрах 3 сердечника 1, повышенный нагрев виброгасящих устройств, подгары мест сопряжения пластин 8 с ребром 3 и шпилькой 7. Кроме того, стеклотекстолит обладает большим, по сравнению с металлами, коэффициентом трения, что повышает эффективность виброгасящих устройств. Одновременно снижается износ контактных поверхностей ребер 3. Пластины 8 на сторонах, обращенных к ребру 3, имеют продоль ные выступы 11, образуюа1ие опорные поверхности. Ширина выступов 11 меньше расстояния между краем ребра 3 и краем прорези 4. Ча ребре 3 (фиг.1) по обе стороны виброгасящего устройства установлены стопорные элементы 12,например в виде вязки шпагатом или струбцин.

Вязка шпагатом 12 (фиг.З) является наиболее предпочтительной, так как не мешает работе упругой части 13 ребра 3, не

0 повреждает материал ребра 3 и в случае разрыва шпагата 12, не создает опасности для работы электрической машины. Вязка шпагатом 12 осуществляется вокруг упругой части 13 ребра 3 с обеих сторон виброгася5 щего устройства. После выполнения вязки шпагат 12 пропитывается эпоксидной смолой или лаком для фиксации исходного состояния.

Во время работы электрической машины отдельные стяжные ребра 3 сердечника 1, слабо нагруженные или вообще не нагруженные весом сердечника 1 и крутящим моментом, при отсутствии виброгасяш,его устройства совершают интенсивные самостоятельные колебания с ударами в пазу ласточкина хвоста. отметить, что указанные колебания совершает часть ребра 3 с ласточкиным хвостом, примыкающая к сердечнику, тогда как амплитуда колебаний

0 части ребра 3, приваренной к виброизолированному корпусу 2, весьма мала. Пр;-: этом синхронно происходит периодическое изменение ширины продольной прорези А ребра 3, причем, наибольшее - в средней

5 части (в районе приварки ребра 3 к корпусу 2).

При установке в прорезь 4 виброгэсящего устройства (вблизи серединь: длины прорези 4) пластины 8, прижатые к боковым

0 поверхностям не нагруженного ребра 3, препятствуют относительному смещению зго частей, расположенных выше и прорези 4. В результате все ребро 3 целиком колеблется с амплитудой |;олеоаний

5 корпуса 2 в месте приварки ребра 3,

На мощных турбогенераторах вибрации виброизолированных корпусов 2 всегда малы и не превышают 2 мкм, что соответствует амплитуде виброусксрения 0.5 g (g О ускоренр-ie силы тяжести). Этот уровень обеспечивается уже при разработке генераторов в соответствии с действующими i-iopмами. Поэтому для обеспечения описанного выше характера колебаний разгруженных

5 ребер 3 необходимо, чтобы сила трения пары пластин 8 виброгасящего устройства. препятствующая относительному смещению частей ребра 3, была не ниже зличины ,5 Q/n, где п - количеетпо виброгасяпдих элементов на ребре 3: 0.5 Q -- миг:ри..101иая

сила при колебаниях ребра 3, равная половине его веса. Но -2 f, где Р сила затяжки виброгасящего устройства: f коэффициент трения пары материалов ребра 3 и пластин 8, 2 - количество пластин 8, 1/2 - сила давления пластин 8 на части ребра 3, расположенные выше и ниже прорези 4 (в долях от силы затяжки Р). Отсюда сила затяжки должна менее P Q/2fn,

Для слабонагруженных ребер 3, где зазор в пазу ласточкина хвоста в результате износа материала еще не образовался, характер поведения несколько отличается. Без виброгасящих устройств такие ребра 3 соиершают интенсивные самостоятельные колебания с соудалениями ласточкина хвоста о стенки паза. Источник этих колебаний - вибрация сердечника, но амплитуда колебаний ребра 3 с соударениями в десятки раз превышает амплитуду колебаний сердечника 1. При установке виброгасящихустройств эти интенсивные колебания ребра 3 гасятся, однако относительное смещение частей ребра 3, примыкающих к сердечнику 1 и корпусу 2, и соответственно, периодическое изменение ширины прорззи 4 имеет место. При этом происходит износ контактирующих поверхностей ребра 3 и пластин 8 виброгасящего устройства. В дальнейшем в результате продолжающегося износа материала в пазу ласточкина хвоста может произойти полное высвобождение ребра 3, и его поведение будет определяться описанной выше схемой, Если этого не произойдет, то из-за износа контактирующих поверхностей ребра 3 и пластин 8 виброгасящего устройства будет наблюдаться постепенное ослабление затяжки последнего.

Опыт показывает, что величина такого износа составляет около 0,1 мм в год. Для двух сторон виброгасящего устройства эта величина будет равна 0,2 мм в год, или - 1 мм за период 5 лет между капитальнь ми ремонтами, во время которых можно производить подтяжку виброгасящих устройств. Требуя, чтобы ослабление затяжки за этот период не превышало 20-25% первоначального значения, приходит к условию: деформация упругого элемента или затяжке устройства должна быть не менее 4-5 мм,

К вопросу о затяжке виброгасящих устройств следует добавить, что сила затяжки не должна быть и чрезмерно большой, чтобы не ухудшить виброизолирующие свойства слабо нагруженных ребер 3. Как показывают расчеты, достаточно, чтобы сила затяжки не превышала минимально установленное значение в 1,5-2 раза.

Выполнение продольных опорных выступов на сторонах пластин 8, обращенных

к ребрам 3, позволяет искл,очить контакт пластин 8 с острыми кромками ребер 3 и прорезей 4 и обеспечить нормальную работу виброгасящих устройств при расчетных

п зраметрах.

Стопорные элементы 12, установленные на ребрах 3 по обе стороны виброгасящих устройств, предотвращают смещение последних вдоль ребра 3 при вибрациях.

0 Рекомендации в отношении мест установки виброгасящих устройств в статоре электрической машины основываются на следующем.

Опыт эксплуатации турбогенератора с

5 упругим креплением сердечника 1 в корпусе 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4 показывает, что разгрузка и высвобождение ребер 3 происходит только в верхнем и боковом против вращения ротора, секторах окружности статора, охватывающих область приблизительно от О до 225° окружности статора, считая от горизонтального диаметра против вращения ротора (фиг.4). Это же подтверждают и

5 теоретические исследования.

Поэтому возможен вариант установки предлагаемых виброгасящихустройств при изготовлении электрической машины на заводе - на ребрах 3, расположенных только

0 в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах, где вероятность разгрузки ребер 3 наибольшая.

Вместе с тем, учитывая случайный характер процесса высвобождения ребер 3 и

5 невозмох ность предсказать заранее, какие именно ребра 3 разгрузятся в ходе эксплуатации электрической машины, можно утверждать, что установка виброгасящих устройств на заводе для части из них будет

0 бесполезна и приведет лишь к изл:,шнему усложнению и удорожанию конструкции. Поэтому наиболее целесообразным представляется вариант установки виброгасящих устройств в ходе эксплуатации

5 электрической машины непосредственно на тех ребрах 3, на разгрузку которых указывает появление повышенного шума и вибрации. В этом случае определенное количество виброгасящихустройств поставляется заводом в составе ЗИП (или может быть изготовлена владельцам электрической машины, учитывая простоту устройства), а сама установка вибро.гасящих устройств превращается в одно из мероприятий профилактического ремонта, И хотя исходное состояние электрической машины соответствует известной конструкции статора, конечным, заранее запланированным результатом, будет являться заявляемая конструкция статора с упругими ребрами 3.

оснащенными виброгасящими устройствами.

Предлагаемый статор электрической машины с упругим креплением сердечника в корпусе позволяет устранить интенсивные самостоятельные колебания стяжных ребер и связанные с ними повышенный шум и усталостные повреждения. По сравнению с прототипом конструкция отличается большей простотой и эффективностью, повышенной надежностью, не приводит к дополнительному нагружению упругих частей стяжных ребер; нетребует дополнительной доработки корпуса и стяжных ребер; допускает установку виброгасящих устройств лишь в тех местах, где это необходимо; позволяет изготавливать и устанавливать их силами эксплуатационного персонала.

Изобретение в опытном порядке опробовано на турбогенераторе ТЭВ-800-2 CT.N; 1 Пермской ГЭС, где после нескольких лет эксплуатации обнаружилось раскрепление двух ребер (из 1 ) и увеличился шум статора. После установки виброгасящих устройств на указанные ребра шум исчез, устранена возможность усталостного повреждения ребер из-за повышенной вибрации.

Формулаизобретения

1. Статор электрической машины, содержащий сердечник, закрепленный в корпусе на радиальноупругих стяжных ребрах с продольными прорезями, по всей длине снабженных замком типа ласточк.ин хвост, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний ребер иvпpoщeния крепления сердечника, в прорезях по меньшей мере одного ребра установлено неменее одного виброгасящего устройства, состоящего из шпильки, расположенной в прорези с зазором от ее края не менее 2 мм, двух пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра выше и ниже прорези и стянутых упомянутой шпилькой с помощью гаек и упругого элемента.

2.Статор по п.1,отличающийся тем. что упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.

3.Статор по пп. 1 и 2, отличающий с я тем, что, с целью уменьшения электрических потерь, пластины виброгасящих устройств выполнены из твердого диэлектрического материала.

4.Статор по п.З. отличающийся тем, что пластины виброгасящих устройств выполнены из стеклотекстолита.

5.Статор по пп.1-4, отличающийся тем, что пластины со стороны, обращенной к ребру, имеют продольные выступы, образующие опорные поверхности.

6.Статор по пп.1-5, отличающийся тем, что виброгасящие устройства установлены на ребрах., расположенных в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах окружности статора.

7.Статор по пп.1-5, отличающийся тем, что виброгасящие устройства расположены на тех.ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум.

8.Статор по пп,1-7, отличающийся тем, что, с целью предотвращения смещения виброгасящих устройств, на ребре с обеих сторон упомянутого устройства установлены стопорные элементы.

9.Статор по п.8, отличающийся тем, что стопорные элементы выполнены в виде вязки шпагатом вокруг гибкой части ребра с пропиткой клеем.

10.Статор по п.8, отличающийся тем, что стопорные элементы выполнены в виде струбцин, закрепленных на ребре.

7 8

1

Щиг.г

Использование: в крупном электромашиностроении для упругого крепления сердечника в корпусе электрической машины. Сущность изобретения: сердечник 1 закреплен в корпусе 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4. В прорезях 4 установлены виброгасящие устройства, состоящие из шпильки, пластин, опирающихся на боковые поверхности ребра 3 выше и ниже прорези, гаек и упругого элемента, установленного под одну из гаек. Изобретение повышает надежность путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний и упрощает крепление сердечника. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.\\^ /////// ///// // А/ //{•«г-ЁVJс»ОСл) VI

,

30WQ pOffl9aO tHii9

pt5«p,otpeu(

ew p ioc«u t/Afu

ytrpw/creorfu

ISO