УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ Советский патент 1939 года по МПК G01B7/14 

Весьма часто электрическим двигателям приходится работать в таких условиях, когда шум самого электродвигателя или передач или исполнительных органов рабочих машин не дает возможности своевременно услышать задевание ротором статора.

Работа трения ротора о статор преобразуется в тепло, которое концентрируется на весьма ограниченной площадке и уже после нескольких десятков секунд создает на этой площадке нагрев, достигающий нескольких сот градусов. Теплопроводность слоеного железа статора или ротора в аксиальном направлении весьма невелика и это добавочно способствует концентрации нагрева на площадке трения. Высокий нагрев этой площадки приводит к местному разрушению изоляции в пазу около этой площадки, а затем к витковым соединениям и пробоям на корпус.

Случаи аварий по этой причине электрических машин, и в том числе весьма крупных, не единичны и суммарная мощность машин, терпящих аварии по данной причине, измеряется тысячами киловатт ежегодно.

Подавляющему большинству подобных аварий электрических машин предшествует нарушение равномерности зазора. Чрезмерное прогибание вала или чрезмерный износ цапфы вала, плавление баббита вкладыша или ослабление крепления у корпусов подшипников, перекосы в установке ротора или его неправильное сопряжение с ременной или иной передачей - всем этим и многим другим опасным состояниям, грозящим аварией электрической машине, сопутствует нарушение равномерности зазора, и именно через неравномерность зазора эти опасные состояния могут быть заблаговременно замечены и своевременно устранены.

В наиболее опасных по зазору условиях работают асинхронные машины, поскольку природа этих машин характеризуется минимальными возможными зазорами; поэтому случаи задевания ротором статора здесь встречаются наиболее часто. Отсюда понятно, что дистанционный контроль зазора у этих машин без их останова и разборки, т.е. на ходу, приобретает особенно большое значение.

Актуальность такого контроля зазора велика еще и потому, что такой контроль дал бы возможность проектировать крупные асинхронные машины с зазорами меньше принятых в настоящее время. Именно из-за опасного и невидимого уменьшения зазора, которое может случиться в одном месте всей дуги или всей окружности статора, приходится теперь навсегда задавать увеличенный зазор машине, чем снижается коэфициент мощности машины. Однако, даже если зазор, выверенный щупом, установлен равномерным в покое, то после пуска машины эта равномерность существенно нарушается следующими факторами: а) натяжение ремня или другие радиальные силы, действующие на вал машины от передач; б) весовой эксцентриситет ротора; в) силы трения в подшипниках машины. Все эти и другие факторы смещают ось вращения ротора и существенно искажают достигнутую в покое центровку ротора относительно статора.

Из всего этого вытекает очевидная рациональность измерительного устройства, которое позволило бы наблюдать зазор не в покое, а в работе и на любом расстоянии от нее.

Из литературы известны измерительные устройства подобного назначения (фиг. 1), основанные на использовании измерительных индуктивных контуров А₁, А₂ … A₄, заложенных в пазы статора и включенных на измерительный прибор. При работе машины каждый из контуров будет пронизываться определенным количеством магнитных линий и в контуре будет индуктироваться э.д.с.

Если теперь зазор в машине под действием каких угодно причин начнет изменяться на том именно участке дуги или окружности статора, где заложен в пазах указанный контур, то за таким местным изменением зазора немедленно последует и местное изменение потока Ф, пронизывающего контур, а именно: при уменьшении зазора поток, по общеизвестному закону магнитной цепи, увеличится, а при увеличении зазора поток уменьшится.

Вместе с потоком будет меняться и э.д.с. Это будут местные изменения э.д.с., соответствующие местным же изменениям и магнитного потока, которые, в свою очередь, обусловлены местными изменениями зазора, являющегося самым крупным слагаемым общего магнитного сопротивления цепи для потока Ф.

Отсюда ясно, что если включить в цепь контура надлежащий вольт-метр, то изменения в показаниях вольтметра во время работы машины будут, при прочих равных условиях, в некотором масштабе отображать собой изменения в зазоре, происходящие на этом участке дуги или окружности статора.

Если разместить, как показано на чертеже, по дуге или окружности статора несколько контуров с надлежащей расстановкой их друг от друга, в зависимости от диаметра и длины машины, то, приключая поочередно эти контуры посредством переключателя к надлежащему вольтметру, получается возможность дистанционного измерения, наблюдения или регистрации изменений зазора на разных участках всей дуги или окружности статора. Для такого контроля зазора в электрической машине совершенно нет даже надобности проградуировать шкалу вольтметра на доли миллиметра зазора. Равенство э.д.с. всех одинаковых контуров одного и того же статора, т.е. равенство показаний вольтметра, поочередно приключаемого через переключатель к этим контурам, будет свидетельствовать о равномерности зазора на участках, охватываемых этими контурами. Наоборот, неравенство указанных э.д.с., фиксируемое вольтметром, будет свидетельствовать о неравномерности зазора.

Однако, показанное на фиг. 1 известное размещение измерительных контуров по всей длине статора не позволяет обнаружить наличие клинообразного зазора, показанного на фиг. 2, а именно: в случае неравномерного зазора э.д.с. в контурах, поскольку последние уложены вдоль всей длины пакета статора, будут приблизительно одинаковы, несмотря на резко выраженную неравномерность зазора вдоль длины статора.

Предметом настоящего изобретения является измерительное устройство, которое позволяет обнаруживать аксиальные перекосы ротора внутри расточки статора.

Сущность изобретения, заключающаяся в расположении измерительных контуров лишь на части длины машины и всех с одной и той же ее стороны, поясняется фиг. 2 схематического чертежа, на которой статор показан в продольном разрезе, а ротор - в положении перекоса.

Размещение контуров вдоль части всей длины статора S, представленное на фиг. 2, дает возможность охватить подобными контурами зазоры, резко отличающиеся друг от друга по своей средней абсолютной величине. Так, например, при максимальном зазоре на одном конце статора δ_max=2 мм и минимальном зазоре на другом конце δ_min=0,5 мм и при охвате контурами половины длины статора, получим средние зазоры под контурами А₁ и A₃ равными:

В рассматриваемом случае лобовая часть контуров прокладывается через радиальный вентиляционный канал, проходит свой шаг по спинке статорного пакета и возвращается на дно другого паза через другой радиальный вентиляционный канал.

Для ответственных машин можно предусмотреть автоматический контроль зазора посредством вращения ручки вольтметрового переключателя пристроенным к ней часовым механизмом на скорость, примерно один оборот в 2 мин.

Кроме того, для ответственных машин, при образовании чрезмерной неравномерности зазора, можно предусмотреть автоматическое их отключение посредством воздействия возросшего напряжения на зажимах вольтметра через электрическую цепь на автоматический выключатель машины. Наконец, для ответственных машин, при образовании у них чрезмерной неравномерности зазора, можно предусмотреть приведение в действие световой или звуковой сигнализации, реагирующей на определенное повышение напряжения через электрическую цепь, связывающую эту сигнализацию с зажимами вольтметра.

Предлагаемый способ измерения и контроля зазора в электрической машине на ходу и на произвольном расстоянии применим к следующим типам электрических машин крупных габаритов:

1. Асинхронные двигатели и асинхронные генераторы.

2. Синхронные двигатели и синхронные генераторы.

3. Гидрогенераторы.

4 Турбогенераторы.

5. Электрические приводы по авторскому свидетельству №42629 и т.п.

Для синхронных машин, обмотки статоров которых имеют несколько параллельных ветвей, каждая из которых охватывает лишь часть окружности статора, измерительные контуры, наряду с ролью предохранителей машины от задевания ротором статора, одновременно будут использованы для предупреждения уравнительных токов, появляющихся в указанных машинах при нарушении равномерности зазора.

Размещение измерительных контуров в машине и подбор необходимого для них вольтметра и переключателя можно выполнить наилучшим образом для каждой данной конкретной электрической машины.

Для всех контуров может быть установлена на подходящем месте машины специальная клеммная коробка низкого напряжения, откуда уже могут быть даны в общей трубке пронумерованные соединительные провода к переключателю с вольтметром на щите или моторном ящике или в другом подходящем месте рядом с амперметром и другими приборами, установленными для контроля работы данной машины.

Предлагаемое устройство имеет значение не только в эксплоатации для предохранения от аварий указанных типов крупных электрических машин, но и для разнообразных исследований, конечным результатом которых должны явиться более правильные исходные условия для проектирования более совершенных элементов конструкции рассматриваемых типов машин, как, например, станины, валы, подшипники и другие детали, влияющие на равномерность зазора электрической машины.

1. Устройство для измерения воздушного зазора в электрических машинах переменного тока во время работы с применением измерительных индуктивных контуров, расположенных на статоре и включенных на измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью обнаружения аксиальных перекосов ротора внутри расточки статора, контуры уложены лишь на части длины машины, и все с одной и той же ее стороны.

2. Форма выполнения устройства, по п. 1, отличающаяся тем, что контуры заложены в аксиальные вентиляционные каналы статора, в которых отсутствуют проводники основной обмотки статора.