Статор электрической машины

ЗОБ РЕТ ОПИС ЕТЕЛЬСТВ К АВТОРС 2РИЧЕСКОЙ МАШИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР1 госпАтент сссР)(71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение(54) СТАТОР ЗЛЕКТ (57) Использование шиностроении для дечника в корпусе Сущность изобрете лен в корпусе 2 при 3 с продольными пр установлены вибро стоящие из шпильк ся на боковые паве ниже прорези, гае установленного по ние повышает над ния возможнос интенсивных колеб ние сердечника. 9 з: в крупном электромаупругого крепления серэлектрической машины. ния: сердечник 1 закреппомощи стяжных ребер орезями 4. В прорезях 4 гасящие устройства, сои, пластин, опирающихрхности ребра 3 выше и к и упругого элемента, д одну из гаек. Изобретеежность путем устранети самостоятельных аний и упрощает крепле.и, ф-лы, 4 ил,1780137 Известна конструкция, в которой упругие ребра поджаты радиально к спинке сердечника обручами, установленными в 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 11.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 поверхчости сердечника. В пазах ласточкиных хвостов ребер образуются зазоры, котооые позволяют ребрам совершать интенсивные самостоятельные колебания с ударами в зазоре о стенки паза. Это приводит к повышено;о шума, повреждениями сварных швов, уголков, пружинящей части ребер,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.Недостаток конструкции, помимо высокой трудоемкости изготовления, установки и затяжки обручей внутри корпуса статора, необходимости обеспечения их высокой статической и усталостной прочности, со 10 стоит 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 мере износа материала, в пазах ласточкиных хвостов образуются зазоры, упругости 20 обручей не хватает, чтобы выбрать эти зазоры, натяг обручей ослабевает и ребра начинают вибрировать, Кроме того, обручи представляют собой короткозамкнутые электропроводящие контуры, которые увеличивают потери от вихревых токов в саторе. Собственный разогрев обручей и тепловое расширение еще больше ослабля 30 35 40 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 ребер к перегородкам корпуса производят сжатие ребер в средней части прорези в радиальном направлении с помощью дополнительных крепежных элементов, например болтов, которые после сборки и опрессовки сердечника удаляют. В результате в собранном статоре все стякные ребра оказываются упруго поджатыми е радиальном направлении к спинке сердечника, чем устраняются радиальные зазоры в пазах ласточкиных хвостов и исключается возможность самостоятельной виб,.ации ребер 31.Недостаток данной конструкции состоит в том, что для подкатия используется упругость самих ребер, и к действу;ощим на В известных конструкциях 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 вседствие технологических допусков на 45 50 ребра нагрузкам от веса, теплового расширения и вибрации сердечника, крутящего электромагнитного момента добавляются значительные усилия предварительного поджатия. Это увеличивает механические напряжения в ребрах, снижает запас прочности и надежность конструкции, тем более приварку ребер, это подкатие неравномерно, Как показывает практика, не исключено высвобокдение отдельных, наименее нагруженных, ребер или их участков что наиболее нагруженные ребра и не трев пазу ласточкина хвоста и повышение шума буют предварительного поджатия: их рлспри работе электрической машины. крепление в пазу ласточкина хвое;а при50 55 работе электрической машины исключено. Предварительное поджатие ребер при сборке электрической машины не позволяет регулировать усилие этого поджатия в 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 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 состоян 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.Укаэанная 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, установленной 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, В качестве упругого элемента наиболее эффективным является пакет тарельчатых пружин, Пластин ы виброгасящих устройство целесообразно выполнять иэ твердого диэлектрического материала, Возможен вариант 5 10 15 20 25 30 35 40 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 варианте изобретения виброгасящие устройства расположены на тех ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум. Для предотвращения смещения виброгасящих 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.В другом варианте стопорные элементы могут быть выполнены в виде струбцин, закрепленных на ребре.Новизна данного технического решения состоит в новой совокупности признаков: 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 виброгася щего устройства, обеспечивающих его эффективность; рекомендации по 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 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 стякном ребре виброгасящим устройством, продоль 1780137ный 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 карпу:,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 уп ругих 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 грузоподьемностью при минимальных размерах и весе.Деформация упругого элемента при затяжке шг 1 ильки составляет не менее 4-5 мм, а сила затяжки - не менее Р=И 2 Гд, где О - вес рсбра; 1 - коэффициент трения для пары материалов ребра и пластины; и - количество виброгасящих устройств, установленных на ребре.Пластины 8 виброгасящих устройств целесообразно изготавливать из диэлектрика, например стеклотекстолита, так как материал пластин 8, подверженных силовому нагрукению, должен быть твердым и прочным, При этом будут исключены дополнительные контуры для вихревых токов в стякных 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 продольные выступы 11, образующие опор 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ные поверхности, Ширина выступоа 11 меньше расстояния между краем ребра 3 и краем прорези 4. На 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 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 виброгасящего 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 виброгасящеп: устройства совершают интенсивные самостоятельные колебания с ударами в пазу ласточкина хвоста, Важно отметить, что у;аэанные колебания совершает часть ребра 3 с ласточкиным хвостом, примыкающая к сердечнику, тогда как амплитуда колебаний части ребра 3, приваренной к вяброизолированному корпусу 2, весьма мала. П;:я этоь, синхронно происходит периодическое изменение ширины продольной прорези 4 ребра 3, причем, наибольшее - в;редне. части (в районе приварки ребра 3 к корпусу 2),При установке в прорезь 4 вяброгасящего устройства (вблизи середины дл 1 ны прорези 4) пластины 8, прикатые к боковым поверхностям не нагрукенного ребра 3, препятствуют относительному смегцению его частей, располокенных вы,.ие и ни;е прорези 4. В результате все реого 3 целиком колеблешься с амплитудой колебания корпуса 2 в месте приварки ребра 3,На мощных турбогенераторах вибрации виброизолированных корпусов 2 всегда малы и не превышают 2 А=-25 мкм, что соответствует амплитуде виброускорения 0,5 9 (9 ускорение силы тяжести). Этот уровень обеспечивается уже при разработке генераторов в соответствии с действукщи, и нормами. Поэтому для обеспечения описанного выше характера колебаний разгрукеннеди ребер 3 необходимо, чтооы сила трения пары пластин 8 виброгасящего устройсгва. препятствующая относительному с.ещению частей ребра 3, была не н ",в . зличины Г=0,5 О/и, где и - коли чество виброгасгщи элементов на ребре 3; 0,5 (1 - янея наясила при колебаниях ребра 3, равная половине его веса. Но Г=Р 2 1/2=Р 1, где Р - сила затяжки виброгасящего устройства: 1 - коэффициент трения пэры 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), Отсюдафсила затяжки должна быть не менее Р=О/2 Гп,Для слабанагруженных 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 ссцершают и нтенсивн ые самостоятельн ые колебания с соудалениями ласточкина хвоста а стенки паза. Источник этих колебаний - вибрация сердечнлка, 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 относлтельное смещение частей ребра 3, примыкающих к сердечнику 1 и корпусу 2, и соответственно, периодическое изменение ширины прорези 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, та 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 ,м зг период 5 лет между капитальными 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 долина быть не менее 4 - 5 мм,, вопросу о затяжке виброгасящих устройств следует добавить, что сила затяжки не долкна 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, обращенных5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 и раметрах.Стопарные элементы 12, установленные на ребрах 3 па абе стороны виброгасящих устройств, предотвращают смещение последних вдоль ребра 3 при вибрациях.Рекомендации в отношении мест установки виброгасящих устройств в статоре электрической машины основываются на следующем,Ойыт эксплуатации турбогенератора с 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 0 до 225 окружности статара. считая от горизонтального диаметра против вращения ротора (фиг.4). Это же подтверждают и теоретические исследования.Поэтому возможен вариант установки предлагаемых виброгасящих устройств при изготовлении электрической машины на заводе - на ребрах 3, располокенных только в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах, где вероятность разгрузки ребер 3 наибольшая.Вместе с тем, учитывая случайный характер процесса высвобокдения ребер 3 и невозможность 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 бесполезна и приведет лишь к изл.,шнему усложнению и удорожанию конструкции. Поэтому наиболее целесообразным представляется вариант установки виброгасящих устройств в ходе эксплуатации электрической машины непосредственно на тех ребрах 3, на разгрузку которых указывает появление повышенного шума и вибрации. В этом случае определенное количество виброгасящих устройств поставляется заводом в составе ЗИП (или может быть изготовлена владельцем электрической машины, учитывая простоту устройства), а сама установка виброгасящих устройств превращается в одно из мероприятий профилактического ремонта, И хотя исходное состояние электрической машины соответствует известной конструкции статора, конечнь 1 м, заранее запланированным результатам, будет являться заявляемая конструкция статора с упругими ребрами 3, 1780 137оснащенными виброгасящими устройствами.Предлагаемый статор электрической машины с упругим креплением сердечника в корпусе позволяет устранить интенсив ные самостоятельные колебания стяжных ребер и связанные с ними повышенный шум и усталостные повреждения. По сравнению с прототипом конструкция отличается большей простотой и эффективностью, павы шенной надежностью, не приводит к дополнительному нагружению упругих частей стяжных ребер; нетребуетдополнительной доработки корпуса и стяжных ребер; допускает установку виброгасящих уст ройств лишь в тех местах, где это необходимо; позволяет изготавливать и устанавливать их силами эксплуатационного персонала.Изобретение в опытном порядке опро бова но на турбогенераторе ТЭ В-2 ст. М 1 Пермской ГЭС, где после нескольких лет эксплуатации обнаружилось раскрепление двух ребер(из 14) и увеличился шум статора. После установки виброгасящих устройств 25 на указанные ребра шум исчез, устранена воэможность усталостного повреждения ребер из-за повышенной вибрации. Формула изобретения 30 1. Статор электрической машины, содержащий сердвчник, закрепленный в корпусе на радиальноупругих стяжных ребрах с продольными прорезями, по всей длине снабженных замком типа "ласточкин 35 хвост",отличающийся тем,что,сцелью повышения надежности путем устранения возможности самостоятельных интенсивных колебаний ребер иупрощения крепления сердечника, в прорезях по меньшей 40 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.3. Статор по пп, 1 и 2, о т л и ч э ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения электрических потерь, пластины виброгасящих устройств выполнены из твердого диэлектрического материала.4, Статор по п.3, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пластины виброгасящих устройств выполнены иэ стеклотекстолита,5, Статор по пп.1 - 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пластины со стороны, обращенной к ребру, имеют продольные выступы, образующие опорные поверхности,6, Статор по пп.1-5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что виброгасящие устройства установлены на ребрах, расположенных в верхнем и боковом, против вращения ротора, секторах окружности статора.7, Статор по пп.1 - 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что виброгасящие устройства расположены на тех,ребрах, на которых выявлены повышенные вибрации и шум.8. Статор по пп,1 - 7, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью предотвращения смещения виброгасящих устройств, на ребре с обеих сторон упомянутого устройства установлены стопорные элементы,9, Статор по и 8, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что стопорные элементы выполнены в виде вязки шпагатом вокруг гибкой части ребра с пропиткой клеем.10, Статор по п,8, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что стопорные элементы выполнены в виде струбцин. закрепленных на ребре,1780137 офрЩМ СМ ктор Л.Лука Г 1 РЯ кОВ ЭкТ Тираж рСтвЕннагО кО 113035, МоПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС35, Раушская наб., 4/5 Го ул. Гагарина, 101 нт", г, Уж ПроизводетаЕннО-иадат кий комбинат аз 443 ВНИИ Сост Техр итель В.ИоганМ.Моргентал