Способ изготовления стержня обмотки статора Советский патент 1993 года по МПК H02K15/04 

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения, может быть использовано при изготовлении стержней обмотки статора высоковольтных турбо- и гидрогенераторов.

Изолированный стержень обмотки статора содержит внутри слой собственно изоляции, обеспечивающий электрическую прочность обмотки, и снаружи слой полу- провбд ящ ёго покрытия, предназначенный для защиты от ионизационного разрушения и сохранения исходной электрической прочности ее в течение всего срока эксплуатации машины.

Известен способ изготовления стержней обмотки статора, согласно которому на стержень наносят термореактивную изоляцию, помещают в пресс-планки и термооб- рабатывают. При этом получают заготовку стержня с толщиной изоляции, несколько превышающей требуемую для номинального напряжения. Затем заготовку стержня калибруют, т.е. путем дополнительной механической обработки устраняют погрешности и отклонения, оставшиеся после опрессовки: удаляют о&лой и за счет излишков изоляции уточняют прямоугольность формы поперечного сечения и придают ему заданные размеры. После этого на стержень наносят полупроводящее покрытие и передают на укладку в паз статора.

В изготовленных таким образом стержнях изоляция имеет переменную толщину по периметру и длине стержня, зависящую от фактической усадки изоляции при опрес- совке и снимаемой толщины изоляции при мехобработке в процессе калибровки, а толщина полупроводящего покрытия одинакова при всех номинальных напряжениях.

Преимущественно указанного способа состоит в том, что он обеспечивает повы- шенную точность размеров поперечного сечения по длине стержня и, как следствие, . наименьший зазор между поверхностью изоляции и стенками сердечника статора, чем способствует повышению эффективности охлаждения обмотки, а также наибольшее заполнение паза медью.

К недостаткам способа относится низкая механическая прочность применяемого в данном способе мягкого полупроводящего покрытия, которое приклеивается к от- калиброванной поверхности изоляции нахолодно и без обжатия, а также снижение электрической прочности изоляции, подвергаемой механической обработке, особенно при несимметричном (одностороннем) снятии излишков изоляции.

Известен также способ (прототип) изготовления стержней обмотки статора, который предусматривает н анесение полупроводящего покрытия на сырую неотвержденную изоляцию. Изоляция и по луп поводящее покрытие проходят совместную горячую опрессовку и запечку в пресс-планках. Из пресс-планок стержень выходит сразу с окончательными размерами и без калибровки передается на укладку в паз статора. Полупроводящее покрытие на термореактив0 ном связующем, нанесенное, спрессованное и термообработанное совместно с основной изоляцией, образует механически прочную оболочку, склеенную с корпусной изоляцией. Глянцевая поверхность оболочки обеспечива5 ет свободное вхождение стержня в паз и облегчает его перемещение в пазу без нарушения покрытия.

Недостатком этого способа является низкая точность размеров поперечного се0 чения изготовленного стержня и связанное с ней вынужденное увеличение зазоров между стержнем и стенками паза, снижающее теплоотдачу обмотки, особенно с косвенным воздушным охлаждением, и

5 требующее дополнительное уплотнение стержня в пазу, например, с помощью полупроводящих прокладок или с помощью нанесенного поверх жесткого полупроводящего покрытия дополнительного пластично-эла0 стачного полупроводящего слоя, заполняющего по месту зазоры при укладке стержней. Общий недостаток известных способов связан с применением в качестве прессующего и формующего элемента плоских или

5 Г-образных планок. Они выполняются металлическими и используются многократно при изготовлении стержней. В каждом цикле опрессовки планки устанавливают на спрессованную изоляцию, снимают со

0 стержня после опрессовки и запечки изоляции, затем их чистят, замывают и готовят к последующей опрессовке. Все операции, связанные с подготовкой и установкой планок, выполняются вручную и относятся к

5 категории тяжелого и вредного физического труда, что в немалой степени предопределяет субъективный фактор неточного и некачественного изготовления стержней.

Недостатком способа-прототипа явля0 ется то, что полупроводящее покрытие, как и основная изоляция, выполняется в виде лент, наматываемых по спирали вдоль стержня. После запечки они образуют монолит- . ную анизотропную слоистую спирально

5 ориентированную структуру. Калибровка спирально намотанной запеченной заготовки без повреждения полупроводящей ленты и нарушения сплошности запеченного полупроводящего слоя не удается. Поэтому в угоду сохранения высокой механической

прочности и адгезии запеченного полупроводящего покрытия вынуждено отказываются от калибровки и идут на понижение класса точности изготовления стержней,

Целью изобретения является упрощение изготовления стержня и улучшение качестве стержней путем повышения точности геомет- . рических размеров стержня.

Существо предлагаемого способа состоит в том, что на стержень наносят слой изоляции и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинальной на величину усадки изоляции, укладывают на стержень прессующие планки, вакуумиру- ют, спрессовывают и термообрабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокороного покрытия с изоляцией, после чего на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой.

Новизна предложения состоит в увеличении против номинальной толщины полупроводящего покрытия и в дополнительной механической обработке (калибровке)готового стержня по полупроводящему покрытию.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он на высоком изо- бретательском уровне позволяет разрешить сдерживающее дальнейшее развитие технологии основное техническое противоречие между повышением электрической прочности изоляции и в, конечном счете, снижением рабочих температур изоляции,

Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что достигается экономия материала, Для этого слой противокоронного покрытия образуют путем изготовления прессующих планок из материала противокоронного покрытия и укладки их с четырех сторон на каждую грань стержня. По завершении процессов вакуумной сушки, опрес- совки и термообработки планки прочно соединяются с изоляцией. Затем стержень подвергают калибровке в пределах толщины полупроводящих планок.

Возможность реализации предлагаемого изобретения иллюстрируется тремя примерами и поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен стержень обмотки статора с полупроводящим покрытием до и после механической обработки последнего, на фиг.2, 3 и 4 показаны различные варианты исполнения термореактивного полупроводящего слоя и его механической обработки.

Пример 1. Слой противокоронного покрытия наносят из полупроводящего изотропного материала, например, полупроводящего препрега и стержень калибруют до заданных размеров путем механической обработки полупроводящего слоя при плавном изменении подачи режущего инструмента.

Способ поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 представлен стержень 1 с то- коведущей жилой, изоляцией 2, полупроводящим слоем из изотропного полупроводящего препрега перед механической обработкой 3 и тем же слоем с переменной по поперечному сечению и по длине толщиной после мехобра- ботки (калибровки) 4, поперечными размерами стерх ня после опрессовкй до калибровки 5 и 51 и после калибровки 6 и б1, припуском полупроводящего слоя 7.

Благодаря изотропности препрега механическую обработку полупроводящего слоя удается проводить при плавном изменении глубины резания и тем самым получать любую наперед заданную точность изготовления детали.

В качестве изотропного материала для противокоронного покрытия стержня используется полупроводящий прёпрег, который выпускается, как правило, в виде рулонов. Это позволяет вырезать из него полотна требуемых размеров и наносить их на стержень, по длине в виде намотанных вокруг стержня одной или нескольких простынок, Поверх препрега наносят антиадге- зионный слой, например, из фторопластовой пленки. При опрессовке препрег растекается по стержню и стыки простынок соединяются и спаиваются между собой, в результате чего после запечки образуется сплошной полупроводящий слой с изотропной структурой, склеенный с изоляцией. Режим обработки (глубина резания, скорость резания и др.) зависит от однородности и прочностных характеристик запеченного слоя полупро водящего покрытия, его ад гёз й й с иЗШ яцйеЙ1 чйстотъГЪбра- ботки поверхности и др. и определяется отдельно в каждом конкретном случае.

Пример 2. Слой противокоронного покрытия наносят в пазовой и лобовых частях вдоль стержня на каждой грани в виде пластин из готового полу проводящего материала с заданнымудельным сопротивлением, отличающегося плоскостной анизотропией, например, полупроводящего однонаправленного слоистого пластика, например стеклопластика, и стержень калибруют до заданных размеров путем механичёс кой обработки полупроводящего слоя при дискретном изменении глубины резания, кратной толщине составляющих слоев пластика. ; На фиг.2 и 3 изображены поперечные сечения стержня с анизотропным полупро- водящйм слоем из полупроводящего стеклопластика 8, припуска, пластика 9, снимаемым при мехобработке, наружным контуром 10 заготовки стержня в виде неправильного четырехугольника с размерами.5 и 51 после опрессовки до калибровки и размерами 6 и б1 прямоугольного сечения стержня после калибровки.

На фиг.З показано поперечное сечение стержня при асимметричной калибровке покрытия с необрабатываемым с одной стороны стержня слоем полупроводящего пластика 11.

Структура материала противокорон- ного покрытия в этом случае позволяет производить тонкую обработку стержня с относительно малой и контролируемой подачей режущего инструмента. При слоистой структуре этих материалов удается сравнительно легко расщеплять их послойно и изменять их толщину, не нарушая механического состояния смежных слоев.

Самое простое по исполнению полупро- водяще е покрытие с такими структурными особенностями получается, если поверх изоляции к каждой грани стержня припрес- совать пластины из полупроводящего стек- лотекстолита с заданным удельным сопротивлением для пазовой и лобовых частей. Для этого пластины устанавливают на каждую из четырех граней стержня поверх нанесенных сырых изоляционных лент со связующими и закрепляют с помощью анти- адгезионной ленты,например, из фторопла- стовой пленки, спирально нам.отанной поверх пластин вдоль стержня. При опрес- совке связующее изоляционных лент запол- н яет зазор между полупроводящим.й пластинами « изоляцией. В процессе запечки связующее отверждается, и прокладки, припрёссованные к изоляции, склеиваются с ней и образуют на гранях стержня полу- провод ящий слой из стеклотекстолита. Этот вариант способа предпочтителен при изготовлении стержней с ручной калибровкой. Полупроводящий стеклотекстолит, как известно, представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из нескольких слоев стеклоткани, пропитанной термореактивной полупроводящей смолой. Толщина полупроводящего стеклотекстолита обычно составляет 0,35-2,00 мм, толщина используе- мой в нем стеклоткани равна 0,08-0,10 мм. Калибровка вручную выполняется острым ножом, напильником, шабером и др. слесарным инструментом. При этом полу про водящую стеклотекстолитовую пластину сначала снаружи частично по толщине расщепляют, затем подрывают и снимают (отдирают) один или несколько слоев ткани в местах с повышенными против заданных размерами поперечного сечения по длине стержня.

При использовании в полупроводящем стеклотекстолите стеклоткани толщиной 0,08 мм допуски могут составлять 0,08:0,16; 0,24 мм и т.д. при снятии одного, двух, трех

5 и т.д. слоев ткани, т.е. дис кретны с шагом 0,08 мм. Минимальная толщина покрытия, остающегося на стержне при калибровке . вручную, будет равна толщине одного слоя стеклоткани и составлять в этом примере

0 0,08мм..

Для удобства и упрощения процесса калибровки мехобработку стержня целесообразно проводить с одной установки. Это достигается асимметричным выполнением

5 полупроводящего покрытия: на той из двух противоположных граней, которая не подлежит мехобработке, полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину только для нужд противокоронной защиты,

0 а на второй грани полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину только для нужд противокоронной защиты, а на второй грани полупроводящая пластина выбрана толще с припуском на механическую 5 обработку.. .

Выбор обрабатываемой грани определяется в зависимости от направления отгиба лобовых частей, их длины, положения центра тяжести стержня и т.п. с учетом на0 дежного закрепления стержня и удобного подвода резца к обрабатываемой поверхности.

Стержни со стеклотекстолитовым полупроводящим покрытием при ручной и меха5 нической обработке имеют такую же высокую точность геометрических размеров поперечного сечения, как и стержни с пре- преговым полупроводящим слоем, обработанные на станке.

0Размер 14, представляющий разность размеров поперечного сечения стержня после опрессовки для мехобработки 5 и после калибровки 6, равен величине, на которую сокращается допуск на размеры стержней с

5 термореактивным полупроводящим покры- . тием при изготовлении их предложенным способом с калибровкой по сравнению с изготовлением известными способами без калибровки,

0

Пример 3. Слой противокоронного покрытия, играющий одновременно роль прессующих планок, наносят вдоль стержня на каждую грань непосредственно поверх

55 стеклослюдинитовых лент в виде плоских или Г-образных планок из полупроводящего стеклопластика толщиной, по меньшей мере равной величине усадки изоляции при последуюа(ей опрессовке и, не снимая планки после запечки, стержень калибруют

до заданных размеров путем механической обработки последних.

На фиг.4 изображено поперечное сечение стержня с прикрепленными в процессе опрессовки и запечки стержня полупроводящими стеклопластиковыми Г-образными планками 12 с их контуром 13 до механической обработки и размерами поперечного прямоугольного сечения стержня б и б1 после обработки планок.

При изготовлении стержней обмотки статора, характеризующихся постоянством прямоугольной конфигурации в пределах прямолинейной пазовой части, применение пресс-лланок одноразового использования с последующим сохранением их после опрессовки в конструкции стержня становится возможным, если пресс-планки изготовить из полупроводящего стеклопластика или уг- леволокнистого пластика. Для этого полупроводящие пресс-планки плоские вырезаются из готового полупроводящего стеклотекстолита, либо, как и Г-образные .планки, предварительно прессуются из тех же материалов, из которых изготавливается полупроводящий стеклотекстолит. Толщина пресс-планок должна быть не меньше величины усадки находящейся под ними изоляции в процессе последующей опрессовки и заиечки. .. .

Для повышения устойчивости пресс- планок на внешней стороне их может быть предусмотрена решетка из взаимно перпендикулярных ребер жесткости, выпрессо- ванная заодно с телом планок.

Пресс-планки устанавливают непосредственно поверх стеклослюдинитовых лент. ,По завершению процессов вакуумной сушки, опрессовки и термообработки планки прочно соединяются (вклеиваются) с изоляцией. В результате этого получается заготовка изолированного стержня с необработанным полупроводящим слое.м. В дальнейшем стержень подвергают мехобработке вручную или на станке в пределах толщины полупроводящего стеклотекстолита до получения требуемых размеров с заданной степенью точности,. .

Применение описанного в примере 3 варианта способа изготовления стержней по безотходной технологии позволяет избавиться от вредных и трудоемких операций по подготовке и установке пресс-планок для опрессовки изоляции и исключить субъективные факторы, влияющие на.неточное изт готовление стержней.

Отказ от традиционных материалов - ленточных подложек - и традиционных способов их нанесения - спиральной намотки, а также подбор и использование в полупроводящем покрытии ле гко обрабатываемых материалов позволили приводить механическую обработку на станке (фрезерование, шлифование и др.) без нарушения адгезии и 5 повреждения слоя с сохранением его сплошности и электрических параметров.

При изготовлении стержней по предложенному способу из двух составляющих элементов стержня -изоляции и полупрово- 0 дящего покрытия - неизменной остается расчетная в зависимости от номинального напряжения толщина изоляции, а переменной получается толщина полупроводящего покрытия, изменяющаяся в зависимости от

5 фактического распределения усадки изоляции по длине стержня, В этом случае обработка ведется в пределах толщи ны полупроводящего слоя, слой изоляции не затрагивается и не травмируется, и, как

0 следствие, откалиброванные стержни сохраняют, исходную предельно возможную электрическую прочность, заложенную в них особенностями того или иного способа изготовления собственно изоляции.

5 Полупроводящему покрытию, кроме основного, предписывается новое функциональное назначение - технологическое: как легко обрабатываемый элемент стержня оно должно обеспечить упрощение механи0 ческой обработки и при переходе от ручной к машинной калибровке повысить класс точности изготовления стержня. При калибровке по полупроводящему слою, в отличие от калибровки по изоляционному

5 слою, появилась возможность контроля процесса обработки стержня по предотвращению повреждения изоляции с четко выраженной обратной связью: визуально по цвету (цвет покрытия определяется цветом

0 полупроводящего пигмента (порошка) - черный, серый, зеленый и др. - резко отличается от цвета собственно изоляции) или объективно следящей системой с индикатором, реагирующим на изменение электро5 проводности обрабатываемой поверхности при прохождении режущего инструмента - резца, фрезы, шлифовального камня и др. - от полупроводящего покрытия до непроводящей изоляции..

0 Использование полупроводящего покрытия в качестве регулировочного слоя при калибровке стержня и объективного контроля размеров поперечного сечения и параметров покрытия в процессе мехобработки

5 допускает асимметричную обработку противоположных граней. Работоспособность покрытия при мехобработке не нарушается при изменении толщины покрытия по длине стержня, если поверхностное сопротивление покрытия находится в пределах обычно

принятых норм: 10-10 Ом в пазовой части и 108-1010 Ом в лобовых частях (1,2).

Благодаря Упрощению процессов мехо- работки и контроля, калибровку стержней по полупроводящему покрытию можно автоматизировать и перевести на конвейер при более низкой квалификации работающих, чем при ручной калибровке по изоляции.

Предельно возможная точность изготовления стержней с помощью мехобработ- ки на металлорежуа их станках может быть достигнута, если для обрабатываемого слоя применен изотропный материал. В этом случае, как и при обработке металла - классического представителя изотропных материалов, - возможно плавное изменение глубины резания, и точность изготовления изолированного стержня приближается к точности изготовления металлического стержня тех же размеров и обработанного на одном и том же оборудовании. Поле допусков здесь становится менее случайной и более управляемой величиной, а экономически обоснованная точность обработки стержня будет зависеть от точности изго- товления ответной сопрягаемой со стержнем детали - паза сердечника статора.

При наиболее часто встречающейся симметричной сиътеме-допусков для промежуточной посадки сопрягаемых деталей стержень-паз положительный допуск на так называемый размер в свету шихтованного сердечника статора задает величину отрицательного допуска на размер стержня. Так, например, при точности изготовления по 12-му квалитету, принятой при обработке основных деталей турбо-и гидрогенерато- р ов, при размере паза в свету, не Допускающего после шихтовки дополнительную механическую обработку из-за опасности замыкания листов электротехнической стали сердечника статора и составляющего 25- . 30 мм, допуск не превышает 0,25 мм, т.е. поле допуска уже в 5-6 раз, чем у стержней без калибровки, и до 2-х раз по сравнению со стержнями с калибровкой по изоляции. Следует отметить, что при необходимости облегчить укладку обмотки в статор стержни могут быть изготовлены еще с меньшим допуском по ближайшему более точному квалитету по Отн ошёнию к квалитету паза.

П рй ШгШШШнйи прёдл а га ё М Ьго с ггб- соба изготовления стержней достигается любая нагшрей заданная точность изготовления стёр жней; скоорДййировайная по точности изготовления паза сердечника статора, при механически прочном терморёа к- тивном ж ёс Шм Шлупровбдящем покр ыт йй и минимальном за зо ре между стержнем и

стенками паза. Это позволяет повысить использование активной зоны современных машин предельных мощностей и дальше поднять уровень их технико-экономических

показателей.

. Возможность реализации предлагаемого изобретения рассмотрена выше при рассмотрении вариантов исполнения жесткого противокоронного покрытия при изготовлении стержней с повышенной точностью геометрических размеров.

Благодаря применению предлагаемого способа изготовления стержней обмотки статора электрической машины с использованиём жесткого термореактивного полупроводящего покрытия в качестве механически обрабатываемого регулируемого слоя при калибровке, появилась возможность объективного контроля обработки стержня: слежение

за изменением размеров поперечного сечения при строгом соблюдении электрических параметров полупроводящего покрытия в процессе обработки.

В результате этого прежде всего стал

возможным пересмотр на обратную общей концепции о допустимости механической обработки изолированного стержня и, как следствие, открылись широкие возможности по повышению точности изготовления

стержней с использованием методов мехоб- работки, принятых при изготовлении металлических деталей. Стержни обмоток статора из разряда неточных деталей электрических машин при применении предложенного

способа переходят в разряд деталей повышенной точности изготовления. Их применениепозволит повысить технико-экономические показатели современных высокоиспользованных злектрических машин.

Заявляемый способ изготовления стержней обмотки статора электрической машины предлагается применить при изготовлении крупных электрических машин с

косвенным воздушным охлаждением обмоток с утоньшенной изоляцией предельной мощности - турбогенераторов 200-220 МВт и капсульных гидрогенераторов 40-500 МВт.

50

Формула изобретения

1. Способ изготовления стержня обмот- Кй Статора, согласно которому на стержень наносят слой изоляции и слой прОтивоко- 55 ровного покрытия, укладывают на стержень прессующие планки, вакуумируют, спрессовывают и термообрабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания про- тмвокоронного покрытия с изоляцией, о т- л м ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения изготовления стержней и улучшения качества стержней путем повышения точности геометрических размеров поперечного сечения стержня, слой противокоронного покрытия наносят с толщиной, большей номинальной на величину усадки слоя изоляции, а на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки

толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем. что, с целью экономии материала, слой противокоронного покрытия образуют путем укладки на каждую грань стержня прессующих планок из материала противокоронного покрытия.

Использование: для изготовления стержней обмотки ctaropa высоковольтных трубо- и гидрогенераторов. Сущность изобретения: на стержень 1 наносят слой изоляции 2 и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинала, на величину усадки изоляции,. укладывают на стержень прессующие планки, вакуумируют, спрессовывают и термооб- рабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокоронного покрытия с изоляцией. После этого на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой. Кроме того, слой противокоронного покрытия образуют путем изготовления прессующих планок из материала противокоронного покрытия. 4 ил. А