Узел соединения ряда расположенных внахлестку проводов Советский патент 1979 года по МПК H02K3/12 H01R7/18 

(54) УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ РЯДА РАСНОЛОЖЕННЫХ ВНАХЛЕСТКУ ПРОВОДОВ

1U4HO высоким, чтобы прилегающие повер.хности проводов сжимались по существу всеми частицами соединяемой контактной площади и без изоляционных примесей.

В стандартной группе проводов, в которой ряд стандартных проводов, имеющих обычно прямоугольное поперечное сечение, укладывается в виде стопки один на другой, а две илн более таких сплетенных групп раснолатаются в соединяющуюся внахлестку связь. Соседние стренги внутри каждой группы должны сдавливаться вместе в направлении, перпендикулярном к плоскости сцепления стренг, а соседние группы - в направлении, перпендикулярном к плоскости сцепления групп для достижения необходимой площади контакта и контактного давления. Контактное усилие должно быть достаточно большим, чтобы создать контактную площадь, равную илн в 1,5 раза больщую нлощади поперечного сечения провода. Если усилие, удерживающее провода вместе, слишком мало, соприкасаются только высокие точки поверхности, а большие токи, проходящие через такие соединения, могут нагреть и расплавить металл на месте бугорков.

Требуемые контактное давление и площадь контакта обеспечиваются различными устройствами. Соединители проводов содержат моноблочную С-образную зажимную скобу, сделанную из медн. Она прокатывается таким образом, чтобы получить размеры, необходимые для вмещения нроводов. Однако листовая скоба обеспечивает только приблизительную пригонк), и после установки зажимной скобы вокруг сплетенного соединения проводов остаются зазоры. Поскольку для увеличения площади контакта и контактного давления эти зазоры во время пайки должны закрываться, к соединителю прикладывается больщое сжимающее усилие, когда он накладывается вокруг соединяющихся внахлестку проводов.

При обеспечении сохранения требуемых контактной площади и давления на весь ожидаемый срок службы соединителя типа листовой С-образной скобы встретились значительные трудности.

После того, как соединитель запаяется и снимется сжи.мающее усилие, концы скобы соединителя стремятся разойтись до их первичной формы, приводя к остаточным растягивающим напряжениям в спаянном соединении. Кроме того, появляется нарушение контакта в спаянном соединении во время работы турбогенератора на больших токах нагрузки статора. Это нарушение контакта вызывается различными механическими возмущениями, такими как вибрация и большие напряженности магнитного «юля, которые индуцируются изменениями высокой концентрации магнитного потока, окружающего эти фазовые провода в областях разворота в конце статора. Когда

спаянное соединение подвергается воздействию высоких температур, сопутствующих прохождению сильного тока, контактное давление в месте соединения проводов ослабляется.

Известен также скрепленный болтами соединитель, состояндий из частей, который сжимает соединяющиеся внахлестку группы проводов в единственном направлеНИИ. Этот соединитель исключает повреждение стренг, поскольку стренги не скручиваются и не получают деформацию, когда соединитель стягивается вокруг соединяющихся внахлестку групп сплетенных проводов. Однако этот соединитель сообщает управляемое сжатие только в одном направлении и не ограничивает всех неременных величин, которые определяют качество соединения. Кроме того, поскольку болты

должны вводиться с обеих сторон соединителя, возникает проблема сборки, состоящая в том, что болты, состоящие из двух частей, обычно располагаются бок о бок парами, и их головки в промежутке между

соединителями загораживают просвет, требуемый для ведения пайки и ультразвукового испытания.

Эти проблемы возникают из-за неточности монтажа соединителей относительно

стренг проводов и недостатка средств, предназначенных для приложения и поддержания постоянного давления на соединяющиеся внахлестку группы проводов и на соседние провода внутри каждой группы.

Известен узел соединения ряда расположенных внахлестку проводов, в частности проводов катушек обмотки статора и фазовых проводов электрической машины, содержащий скобу, в которой размещены провода, стянутые с помощью резьбового элемента, и входящий во взаимодействие со скобой нажимной элемент с поверхностью, сопряженной с проводами . Целью изобретения является повышение

эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что скоба выполнена в виде двух пластин, имеющих в концевых частях с внутренней стороны наклонные поверхности и отверстия,

в которых размещены стягивающие их болты, а нажимной элемент представляет собой расположенные между концевыми частями пластин КЛИНЬЯ с отверстиями для упомянутых болтов. Наклонные поверхности клиньев сопряжены с возможностью перемещения с наклонными поверхностями пластин.

На фи|Г. 1 показан турбогенератор с предлагаемым узлом соединения; на фиг. 2представлено соединение расщепленного фазового провода; на фиг. 3 - узел соединения; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 5 изображен элемент пластины; на фиг. 6 - элемент клина; на фиг. 7 представлен узел

соединения в разобранном виде.

Турбогенератор имеет внешний газонепроницаемый закрывающий кожух 1, который заполняется охлаждающим газом (например, водородом). Слоистый сердечник статора 2 удерживается внутри кожуха 1. Сердечник имеет продольные пазы 3 для укладки в них катущек высоковольтной обмотки статора 4. Катушки выполнены с внутренним охлаждением и имеют внутренние вентиляционные каналы 5, которые открываются на концах катущек для того, чтобы дать возможность водороду проходить через соответствующие каналы. Ротор 6 также имеет внутреннее охлаждение. Охлаждающий газ поступает в ротор 6 с обоих концов, а выпускается через радиальные отверстия в центре ротора. Газ в этой системе проводится к циркуляции с помощью компрессора находящегося на валу ротора 6, прогоняющего охлаждающий газ так, как показано стрелками на фиг. 1.

Обмотка статора 4 состоит из соответствующего числа цоловнн катушек или сторон катушек, причем в каждом пазу 3 размещаются две половины катушек, а концы половин катушек соединяются таким образом, чтобы образовать полную обмотку. Обмотка соединяется для трехфазной работы, где каждая фаза состоит из двух фазных зон, которые соединяются параллельными проводами соединения фаз А, В и С соответственно. Все половины катушек, за исключением тех, которые составляют концевые участки шестифазных зон, своими концами связываются последовательно как на переднем, так и на заднем торцах машины при помощи обычных последовательных соединителей 7 оконечностей обмотки, находящихся между верхней и нижней сторонами катушек. Из параллельных проводов соединения фаз Л, В и С в радиальном направлении выходят отдельные фазовые провода 8 и соединяются при помощи скрепляемого болтами соединителя 9 с цроводами катушки 10 и катушки 11 таким образом, чтобы завершить соединение обмотки.

В предпочтительной форме конструкции проводов статора, из которых делается обмотка статора, каждый провод состоит из двух стопок или стренг, которые по кольцу перемещаются стопками средств охлаждающих каналов 5 так, что стренги располагаются по обе стороны канала. Это, в частности, применимо к прямолинейным в осевом направлении участкам сторон катущек, которые лежат внутри пазов укладки проводов сердечиика статора, но концы каналов ыходят наружу к ромбовидным концам или к участкам оконечностей катущек (фиг. 1 и 2). Участки сторон половин катушки размещаются в разнесенных по кольцу пазах, а участки оконечностей половин катушки прилегают друг к другу в средней точке между разнесенными по кольцу участками сторон катушки на ее конце, представляя собой в этом отношении обычную конструкцню якоря турбогенератора.

На фиг. 2 изображены концевые участки двух половин катушки, которые соединяются вместе. Одна из этих сторон катушки расположена в нижней части одного паза сердечника статора, а другая - в верхней части другого паза. На конце каждая половина катушки оканчивается изоляцией от корпуса, а из конца катушки 4 выходят открытые концы вентиляционных каналов 5 для введения или выведения водорода. Стренги проводов обычно выводят отдельными изолированными группами для осуществления транспозиции групп между соседними катушками. Группы стренг проводов формируются в виде обычной конфигурации (фиг. 2) и подсоединяются к группам стренг соседней половины катущки с помощью обычных соединителей 7 или соединителей любого подходящего типа.

Все соединения концов фазовых проводов представляют собой вентилируемые провода или провода с внутренним охлаждением, в которых имеются соответствующие вентиляционные каналы 5, создающие хороший теплообмен относительно проводов этих соединений. Участки этих концевых соединений могут иметь форму, изображенную на фиг. 2, для узла проводов фазы, состоящих из группы сложенных в стопку стренг провода 8, расположенного между двумя стопками стренг катушек 10 и 11.

В узле стренги каждого провода размещаются вертикальными стопками, хотя стренгн можно располагать и по-другому. Поскольку стренги каждой катушки фазы на каждом конце закорачиваются вместе с помощью соединителя 9, необходимо использовать такой тип транспозиции, который позволяет соединить концы стренг вместе без увеличения потерь. Каждый провод обмотки заключается в надежную изоляцию 12 от корпуса (фиг. 2 и 7), которая снимается с крайних концов каждого провода для сборки средства соединения. В каждом пазу сердечника статора размещаются два провода обмотки, а концевые участки каждого провода за пределами паза формируются обычным способом, проходя вокруг сердечника для подсоединения с помощью соединителя 7 к концу другого провода обмотки, лежащего в другом пазу, с целью образования полной катушки.

Соединители 9 к концам обмотки необходимо закреплять механически прочными соединениями. Это означает, что соединение между соединителем и непосредственно прилегающими к нему стренгами, а также между стопками стренг и между отдельными стренгами внутри каждой стопки должно осуществляться с высоким сжатием. Это необходимо для того, чтобы минимизировать сопротивление места соединения и предотвратить нарушение контакта между отдельными стренгами.

В нредпочтительном варианте осуществления изобретения соединитель 9 проводов фазы включает пластины 13 и 14. Каждая из пластин 13 и 14 имеет нлоский участок 15 сценления с проводами, который имеет прямоугольное ноперечное сечение и необходимые размеры, но при условии, что он разместит объединенные сплетенные в стренги провода. На каждом конце каждой пластины от )частка сцепления с проводами выступает наклонный участок 16 также прямоугольного поперечного сечения. Наклонный участок 16 выполняется за одно целое с участком 15 сцепления с проводом, однако он может соединяться с этим участком любымн подходящими средствами. Пластины предпочтительно изготавливаются из высокопроводящего нема гнитного материала типа меди. Немагнитный материал применяют для того, чтобы снизить нагрев, вызываемый большими концентрациями магнитного потока.

Наклонные участки 16 нмеют по два глухи.х отверстия 17 с внутренней резьбой, предназначенных для приема нарезных концов болтов 18, а наклонные участки пластины 14 имеют по два разнесенных Лрут от друга отверстия для приема и пропускания через себя болтов, к глухим отверстиям с внутренней резьбой. отверстия с внутренней резьбой усиливаются гелиоспиральными вкладышами из нержавеющей стали для того, чтобы предотвратить срыв резьбы сравнительно мягкой меди.

Сжимающее усилие, приложенное к элементам пластин 13 п 14 болтами, с помощью поверхностей сцепления с проводами участков 15 непосредственно передается соединяющимся внахлестку проводам 8 и проводам катушек 10 и II в направленни, перпендикулярном к плоскости, которая содержит точки сцепления ближайших прилегающих групп проводов. Составляющая приложенного зсилия косвенно передается соединяющимся внахлестку упомянутым проводам при помощи пары элементов клиньев 19, которые располагаются в скользящем зацеплении с наклонными участкамн 16 каждого элемента пластины.

Каждый элемент клина 19 имеет поверхность сцепления с проводами н две поверхности 20, воспринимающие компланарные усилия, которые наклоняются относительно поверхности 21 сцепления с проводами на угол, дополняющий угол наклона наклонной новерхности 22 наклонного участка 16 каждого элемента пластины до прямого угла. Следовательно, поверхности 22 и 20 наклонных участков элементов пластин и элементов клиньев соответственно наклоняются на взаимно дополнительные углы н взаимодействуют в скользящем зацеплении таким образом, чтобы перемещать элементы клиньев 19 внутрь на соединяющиеся внахлестку провода и обеспечивать сжатие в направлении, перпендикулярном к направлению первичного сжимающего усилия, создаваемого болтами 18. Через элемент клина 19 проходит пара отверстий 23 для прохода болтов 18 и возможности движения элемента клина 19 без помех, когда он перемещается внутрь на соединяющиеся внахлестку провода. Диаметры отверстий 23 предпочтительно в два раза больше диаметра болтов 18.

В центре поверхности сцепления с проводами 21 элементов клиньев имеется нрнподнятый участок, предназначенный длято:го, чтобы при сборке компенсировать разницу размеров центральной стопки проводов 8 по сравнению с размерами соединяющихся внахлестку стопок проводов катушек 10 и П. Поверхность 21 сцепления может быть вогнутой, выпуклой или любой другой подходящей конфигурации, чтобы обеспечить равномерное зацепление с различными комбинациями проводов.

Отверстие, определяемое поверхностями сцепления с проводами участков 16 и поверхности 21 собранных элементов пластин и клиньев, представляет собой, как нравило, прямоугольник и обеспечивает близко согласующуюся пригонку к другим противостоящим поверхностям соединяющихся виахлестку проводов. В качестве примера ориентации соединителя в турбогенераторе

показан вариант, в котором осевой зазор отверстия приема проводов регулируется расположением элементов клиньев 19. Подобным образом кольцевой зазор регулируется расположением элементов пластин 13

II 14. Минимальный зазор в любом направлении, измеряемый, когда вершины наклонных участков 16 вводятся в соприкосновение друг с другом, а элементы клиньев 19 смещаются внутрь до пределов своего движеппя, должен быть несколько меньшим, чем соответствующие осевой и кольцевой размеры соединяющихся внахлестку проводов, чтобы сжимающая нагрузка, направленная па элементы пластин 13 и 14, передавалась проводам непосредственно через элементы пластин 13 п 14 и косвенно под прямыми углами - через элемепты клиньев 19. Болты 18 затягиваются таким образом,

чтобы создать сжимающее соединение между элементами пластин 13, 14, элементами клппьев 19 II соединяющимися виахлестку проводами. Предпочтительный дианазон крутящего момента для варианта, показанного на фиг. 4, составляет желательно равномерное распределение давления по поверхности соединителя, ноэтому болты 18 затягиваются равномерно. Болты изготавливаются из высокопрочного немагнитного

материала (например, нержавеющая сталь)

для снижения нагрева, вызываемого высокими концентрациями магнитного нотока.

Степень осевого сжатия, направленного на провода, по сравнению с уровнем кольцевого сжатия может изменяться посредством изменения углов наклона поверхностей передачи и восприятия усилия поверхностей 22 и 20 соответственно.

Пластины 13 и 14 собираются таким образом, что наклонные участки 16 и элементы клиньев 19 располагаются вокруг соединяющихся внахлестку проводов. В этом узле единственный фазовый провод 8 помещается посредине между двумя меньшими проводами катущек 10 и 11 в заходящее друг за друга (внахлестку) расположение. Пластины 13 и 14 удерживаются вместе для образования плотного соединения с соединяющимися внахлестку проводами таКИМ образом, чтобы создавалась максимальная контактная площадь между плоскими участками 13 и 14 и группами проводов. Подобным же образом элементы клиньев 19 удерживают отдельные отрезки внутри каждой стопки проводов в плотном сжатии, чтобы между отдельными проводами создавалась максимальная контактная площадь. Соединение соединитель-проводник затем нагревается предпочтительно индукционным способом до температуры примерно 380-460° по щкале Фаренгейта. В узле может просверливаться отверстие для введения средства термочувствительного элемента (не показанного), предназначенного для измерения внутренней температуры соединения. По достижении надлежащей температуры на соединение накладывается узкая полоска припоя. Хотя может использоваться любой состав припоя, предпочитается припой 70РЬ-30Sn, поскольку он остается в частично расплавленном состоянии на более широком диапазоне температур и, таким образом, может равномерно распределяться между стренгами проводов. Перед действиями пайки стренги проводов и поверхности соединителя зачищаются и лудятся обычным способом.

Все участки головок болтов удобно располагаются на одной и той же стороне соединителя, так что они не мешают процессам проведения пайки или процессам ультразвукового испытания, поскольку оба эти типа процессов требуют доступа к большим площадям поверхностей по крайней мере с одной стороны соединителя. Например, после того, как провода спаяются, они испытываются ультразвуковым методом с целью обнаружения разрывов, которые могут вызываться недостаточной внутренней температурой во время пайки или плохо пригнанными участками проводов. Зажимное приспособление охватывающего действия сквозного прохождения ультразвуковым преобразователем или каждым плечом

10

прикрепляется к критической области испытания, расположенной на внещней поверхности 24 каждой пластины 13 и 14 так, что звук пропускается через соединение по пути, перпендикулярному к соединяющимся внахлестку группам проводов. Эта критическая область испытания не вполне доступна, когда головки болтов располагаются на обеих сторонах соединителя.

Другой важной особенностью изобретения является простота конфигурации пластин соединителя и элементов клиньев, которая делает возможным вначале собрать стренги проводов 8 и проводов катущек 10 и 11 в установленное надлежащим образом расположение, а затем разместить отдельные части соединителя вокруг стренг, не распределяя собранные стренги. Это особенно важно в том случае, когда расстояние между концами катушки и фазовым проводом очень короткое.

В таком устройстве между соседними узлами соединителей после испытания должны устанавливаться блоки прокладок (не показанные) для того, чтобы предотвратить продольный изгиб стренг проводов, вызываемый сильными напряженностями магнитного поля, которое вырабатывается в областях поворота в конце статора благодаря переходным процессам в состояниях магнитного потока. Посредством скрепления соседних узлов соединителей вместе расстраивается собственная частота вибрации фазовых проводов.

Таким образом, в предла гаемом соединителе для создания высокопроводимого соединения для проводов обмотки статора используется двухосевое сжатие. Соедиияющаяся конструкция дает механически устойчивый соединитель, крепящийся таким образом, чтобы предотвратить пропадание контакта между спаянными проводами, которое могло бы появиться из-за вибрационной и температурной усталости.

Формула изобретения

Узел соединения ряда расположенных внахлестку проводов, в частности проводов катущек обмотки статора и фазовых ироводов электрической машины, содержаший скобу, в которой размещены провода, стянутые с помощью резьбового элемента, и входящий во взаимодействие со скобой нажимной элемент с поверхностью, сопряженной с проводами, о т л и ч а ю щ 1 и с я тем, что, с целью повыщения эксплуатационной надежности, скоба выполнена в виде двух пластин, имеющих в концевых частях с внутренней стороны наклонные поверхности и отверстия, в которых размещены стягивающие их болты, а нажимной элемент выполнен в виде расположенных между концевыми частями пластин клиньев, имеющих

М

отверстия для упомянутых болтов, причем наклонные поверхности клиньев сопряжены с возможностью перемещения с наклонными поверхностями пластин.

-1,2

Источники информации, принятые во внимание при эскпертнзе

1. Патент Франции № 2053527, Н OlR 9/00, 1971.

д 1з-;зсггж. .-s:-...v

1 та

ia

&