Статор электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H02K1/18 

Предложение 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 корпусе. Особенно широкое распространение это получило на мощных турбогенераторах,

Известна конструкция упругого крепления сердечника, осуществляемого с помощью равномерно распределенных по окружности сердечника 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. Указанная конструкция упругого крепления сердечника проста, технологична, обладает высокими виброизолирующи- ми 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 к повышению шума, повреждениям сварных швов, уголков пружинящей части ребер.

В известных конструкциях, где сердечник упруго закреплен в корпусе лишь при помощи боковых ребер, расположенных в районе опорных лап статора, верхние и нижние ребра, не скрепленные с корпусом, жестко расклинены на спинке сердечника с помощью дополнительных приспособлений. В данной конструкции исключена возможность самостоятельных колебаний верхних и нижних ребер. Боковые ребра, нагруженные весом сердечника, также оказываются поджатыми в пазу ласточкина хвоста. Однако, вследствие технологических допусков, на приварку ребер, это под- жатие 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 сер- дечника обручами, установленными в нескольких сечениях по длине статора и охватывающими сердечник с ребрами по всей окружности. Такое поджатие устраняет радиальные зазоры в пазах ласточкиных

0 хвостов и исключает самостоятельные интенсивные колебания ребер. Недостаток конструкции, помимо высокой трудоемкости изготовления, установки и затяжки обручей внутри корпуса статора, необходи5 мости 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

0 начальный период работы электрической машины. В дальнейшем, по мере износа материала, в пазах ласточкиных хвостов образуются зазоры, упругости обручей не хватает, чтобы выбрать эти зазоры, натяг

5 . обручей ослабевает, и ребра начинают вибрировать. Кроме того, обручи представляют собой короткозамкнутые электропроводящие контуры, которые увеличивают потери от вихревых токов в статоре. Собственный

0 разогрев обручей и тепловое расширение еще больше ослабляют их первоначальный натяг.

Известна конструкция статора с упругим креплением сердечника при помощи

5 стяжных ребер с продольными прорезями, в которой перед приваркой стяжных ребер к перегородкам корпуса производят сжатие ребра в средней части прорези в радиальном направлении с помощью дополнитель0 ных крепежных элементов, например, болтов, которые после сборки и опрессов- ки сердечника удаляют. В результате в собранном статоре все стяжные ребра оказываются упруго-поджатыми в радиаль5 ном направлении к спинке сердечника, чем устраняются радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов и исключается возможность самостоятельной вибрации ребер. Недостаток данной конструкции состо0 ит в том, что для поджатия используется упругость самих ребер, и к действующим на ребра нагрузкам от веса, теплового расширения и вибрации сердечника, крутящего электромагнитного момента добавляются

5 значительные усилия предварительного поджатия. Это увеличивает механические напряжения в ребрах, снижает запас прочности и надежность конструкции, тем более, что наиболее нагруженные ребра и не требуют предварительного поджатия: их

раскрепление в пазу ласточкина хвоста при работе электрической машины исключено. Предварительное поджатие ребер при сборке электрической машины не позволяет регулировать усилие этого поджатая з ходе дальнейшей эксплуатации.

Кроме того, оказывается, 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 радиально упругих 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 ребра- ми и осуществляют дополнительное поджатие ребер к сердечнику, устраняя радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов.

Несмотря на существенные преимущества данной конструкции перед упомянутыми выше, она не лишена недостатков. Это - дополнительное нагружение стяжных ребер, трудоемкость изготовления и установки упругих элементов на ребрах, уменьшение свободного пространства внутри статора между корпусом и сердечником, что затрудняет осмотры состояния деталей и проведение профилактических мероприятий.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, предотвращение возможности интенсивных самостоятельных колебаний стяжных ребер без значительного дополнительного их на- гружения, упрощение конструкции и габаритов приспособлений, обеспечивающих надежную работу упругого крепления сердечника в корпусе статора электрической машины.

Поставленная цель достигается тем, что в статоре электрической машины, в частности, турбогенератор, содержащем корпус с кольцевыми перегородками, сердечник, закрепленный в корпусе на радиально упругих стяжных ребрах, прикрепленных к сердечнику по всей длине соединением типа ласточкин хвост, и элементы, установленные на ребрах и осуществляющие радиальное поджатие ребер к сердечнику, стяжные ребра по меньшей мере верхней

половины статора в средней части участков между кольцевыми перегородками корпуса имеют сквозные радиальные отверстия, на ребрах установлены отжимные элементы со

стержнями, проходящими через упомянутые отверстия и упирающимися в дно паза ласточкина хвоста в сердечнике, с возможностью их радиального перемещения и под- жатия.

0В одном из вариантов конструкции в радиальных отверстиях стяжных ребер выполнена резьба, а каждый отжимной элемент представляет собой болт с контро- вочным приспособлением, ввинченный в

5 резьбовое отверстие до упора в дно паза ласточкина хвоста.

Для исключения вихревых токов через контакты.стержней отжимных элементов с сердечником, указанные стержни, по мень0 шей мере в части, прилегающей к сердечнику, могут быть выполнены из изоляционного материала.

Стержни отжимных элементов поджаты в радиальном направлении с силой не менее

5 веса участка ребра между перегородками корпуса.

На фиг. 1 представлено ребро сердечника с отжимным устройством; на фиг. 2 - отжимное устройство в виде болта.

0 Сердечник 1 электрической машины закреплен в корпусе 2 при помощи стяжных ребер 3 с продольными прорезями 4, приваренных к кольцевым перегородкам 5 корпуса 2 через уголки б и прикрепленных к

5 сердечнику 1 соединением типа ласточкин хвост. При работе электрической машины в результате износа материала между ласточкиным хвостом 7 отдельных ребер 3 и стенками паза 8 сердечника 1 образуются

0 радиальный и тангенциальный зазоры, что приводит к разгрузке указанных ребер 3 и их интенсивным колебаниям с соударениями в пазу ласточкина хвоста.

Для предотвращения интенсивных ко5 лебаний ребер 3 в них, посредине участков между перегородками 5 корпуса 2 выполнены сквозные радиальные отверстия 9. На поверхности ребра J в районе отверстия 9 прикреплено, например, при помощи свар0 ки отжимное устройство, состоящее из резьбовой втулки 10, гайки 11 и стержня 12,. проходящего через отверстие 9 до упора в сердечник 1, Гайкой 11 осуществляется радиальное поджатие стержня 12. После за5 винчивания гайки 11 производится ее контровка любым из известных способов. Стержень 12 может быть выполнен из изоляционного материала, например, твердой пластмассы или стеклотекстолита, что исключает перетекание вихревых токов из серденника в ребро через стержень 12 отжимного устройства.

На фиг. 2 показан другой вариантотжим- ного устройства. В радиальных отверстиях 9 ребер 3 выполнена резьба и установлены болты 13, опирающиеся в дно паза 8 сердечника 1 через изоляционные вставки 14.

Установленные на стяжных ребрах 3 отжимные устройства отжимают ребра 3 от дна пазов сердечника 1 радиально наружу, упруго деформируя упругие элементы (ба- лочки). В результате эти ребра 3 оказываются упруго поджатыми к сердечнику 1 с жестким опиранием в дно пазов через стержни 12 отжимных устройств.

При работе турбогенератора ребра 3, поджатые к сердечнику, совершают колебания с той же амплитудой, что и спинка сердечника 1. Такой безотрывный характер колебаний исключает самостоятельные интенсивные колебания ребер 3 с высоким уровнем переменных механических напряжений в упругих элементах, повышенным шумом с возможностью повреждений.

Предложенные отжимные устройства устанавливаются на стяжных ребрах 3 сердечника 1 в процессе сборки статора и допускают регулировку поджатия ребер 3 как при сборке, так и при эксплуатации электрической машины.

Размах радиальной вибрации сердечника 1 на крупных электрических машинах, в частности, турбогенераторах/согласно действующим нормам, никогда не превышает величины 2 А 50 мкм, что при частоте вибраций f 100 Гц соответствует амплитуде виброускорения А а 1 g (g - ускорение силы тяжести). При этом амплитуда колебательной инерционной силы участка ребра 3 между кольцевыми перегородками корпуса статора не превышает веса этого участка. Поскольку для безотрывного движения ребра 3 необходимо, чтобы сила упругого радиального поджатия превосходила амплитуду инерционной силы, получаем условие затяжки отжимного устройства:Ро 5: Q, Д R Q/CR, где RO - сила радиального поджатия стержня отжимного устройства, Q - вес участка ребра между перегородками корпуса, CR -радиальная жесткость упомянутого участка ребер, A R - упругая радиальная деформация ребра при затяжке.

Учитывая, что высвобождение стяжных ребер 3 сердечника 1 наблюдается лишь в верхней половине статора, достаточно оснащать отжимными устройствами только эти ребра 3.

Предложенная конструкция статора электрической машины решает задачу надежного крепления сердечника в корпусе, устранения самостоятельных вибраций стяжных ребер, связанных с этим повышенного шума и усталостных повреждений.

По сравнению с прототипом конструкция отличается большей простотой и эффективностью, повышенной надежностью, не приводит к заметному дополнительному на- гружению упругих элементов крепления

0 при затяжке отжимных устройств, упрощает регулировку натяга.

Лабораторные испытания макета конструкции подтвердили ее высокие эксплуатационные свойства. Внедрение изобретения

5 на мощных турбогенераторах с полным водяным охлаждением ЛПЭО Электросила намечено на 1991 год. Экономический эффект от внедрения изобретения уточняется.

0 Фор мула изобретения

1. Статор электрической машины, содержащий корпус с кольцевыми перегород- камм, сердечник, закрепленный в корпусе на радиально упругих стяжных ребрах, при5 . крепленных к сердечнику по всей длине соединением типа ласточкин хвост, и элементы, установленные на ребрах и осуществляющие радиальное поджатие ребер к сердечнику, отличающийся тем, что,

0 с целью повышения надежности, упрощения конструкции и снижения шума, стяжные ребра по меньшей мере верхней половины статора в средней части участков между кольцевыми перегородками корпуса имеют

5 сквозные радиальные отверстия, на ребрах установлены отжимные элементы со стержнями, проходящими через упомянутые отверстия и упирающимися в дно паза ласточкина хвоста в сердечнике с возмож0 ностью их радиального перемещения и поджатия.

2. Статор по п. 1,отличающийся тем, что, в радиальных отверстиях стяжных ребер выполнена резьба, а каждый отжим- 5 ной элемент представляет собой болт с кон- тровочным приспособлением, ввинченный в резьбовое отверстие до упора в дно паза ласточкина хвоста.

3. Статор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- 0 с я тем, что, с целью исключения вихревых токов через контакты стержней отжимных элементов с сердечником, указанные стержни по меньшей мере в части, прилегающей к сердечнику, выполнены из изоляционного 5 материала.

4. Статор по пп. 1-3, отличаю щи й- с я тем, что стержни элементов поджаты в радиальном направлении с силой не менее веса участка ребра между перегородками корпуса.

Шг2

Использование: в крупных электрических машинах, в частности турбогенераторах. Сущность изобретения: статор содержит сердечник 1, закрепленный в корпусе 2 на радиально-упругих стяжных ребрах 3. На ребрах 3 установлены отжимные элементы со стержнями 12, расположенными в радиальных отверстия,х ребер и ввинченными до упора в дно паза сердечника 1. Изобретение повышает надежность, упрощает конструкцию и снижает шум. 3 з. п. ф-лы, 2 ил. (Л С