Способ изготовления стержня обмотки статора

(71) Научно-исследовательский, иструкторский и технологическийжелого злектромашиностроения Хзавода "Электротяжмаш" им, В.И.(73) Научно-исследовательский, прструкторский и технологический ижелого злектромашиностроения Хзавода "Электротяжмаш" им, В.И.(56) Патент ГДР ЬЬ 62367,кл. Н 02 К 15/04, 1968.Патент Японии М 49 - 8562,кл. Н 02 К 3/04, 1974. роектно-конинститут тяарьковскогоЛенина ектно-коннститут тярьковскогоенина ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЯ ОБМОТКИ СТАТОРА(57) Использование: для изготовления стержней обмотки статора высоковольтных трубои гидрогенераторов, Сущность изобретения: на стержень 1 наносятслой изоляции 2 и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинала, на величину усадки изоляции, . укладывают на стержень прессующие планки, вакуумируют, опрессовывают 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 противокорон ного покрытия образуют путем изготовления прессующ.их планок из материала противокоронного покрытия. 4 ил.5 10 15 20 30 35 50 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 полупровЬдящего покрытия, предназначенный длязащиты 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 термообрабаты вают. При этом получают заготовку стержня с толщиной изоляции, несколько превышающей требуемую для номинального напрякения, Затем заготовку стержня калибруют, т.е. путем дополнительной механической обработки устраняют погрешности и отклонения, оставшиеся после опрессовки: удаляют облой 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 опрессовке 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 повышенную точность размеров поперечного сечения по длине стержня и, как следствие наименьший зазор между поверхностью изоляциц 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 откалиброванной поверхности изоляции нахолодно и беэ 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 нанесение полупроводящего покрытия на "сырую" неотвержденную изоляцию. Изоляция и полупроводящее 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 термореактивном связующем, нанесенное, опрессованное и термообработанное совместно с основной изоляцией, образует механически прочную оболочку, склеенную с корпусной изоляцией. Глянцевая поверхность оболочки обеспечивает свободное вхождение стержня в паз и облегчает его перемещение в пазу без нарушения покрытия,Недостатком этого способа является низкая точность размеров поперечного сечения изготовленного стержня и связанное с ней вынужденное увеличение зазоров между стержнем и стенками паза, снижающее теплоотдачу обмотки, особенно с косвенным воздушным охлаждением, и требующее дополнительное уплотнение . стержня в пазу, например, с помощью полу- проводящих прокладок или с помощью нанесенного поверх "жесткого" полупроводящего покрытия дополнительного пластично-эластичного полупроводящего слоя, заполняющего по месту зазоры при укладке стержней.Общий недостаток известных способов связан с применением в качестве прессую- щего и формующего элемента плоских или Г-образных планок, Они выполняются металлическими и используются многократно при изготовлении стержней. В каждом цикле опрессовки планки устанавливают на опрессованную изоляцию, снимают со 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 категории тяжелого и вредного физического труда, что в немалой степени предопределяет субъективный фактор неточного и некачественного изготовления стержней,Недостатком способа-прототипа является то, что полупроводящее покрытие, как и основная изоляция, выполняется в виде лент, наматываемых по спирали вдоль стержня. После запечки они образуют монолитную анизотропную слоистую спирально ориентированную структуру. Калибровка спирально намотанной запеченной заготовки без повреждения полупроводящей ленты и нарушения сплошности запеченного полу- . проводящего слоя не удается, Поэтому в угоду сохранения высокой механическойпрочности и адгезии запеченного полупро- дящего препрега и стержень калибруют доводящего покрытия вынуждено отказыва- заданных размеров путем механической обются от калибровки и идут на понижение работки полупроводящего слоя при плавномкласса точности изготовления стержней, изменении подачи режущего инструмента.Целью изобретения является упрощение 5 Способ поясняется фиг.1 - 4.изготовления стержня и улучшение качестве На фиг.1 представлен стержень 1 с тостержней путем повышения точности геомет- коведущей жилой, изоляцией 2, полупроводя. рических размеров стержня. щим слоем из изотропного полупроводящегоСущество предлагаемого способа со- препрега передмеханическойобработкойЗистоит в том, что на стержень наносят слой 10 тем же слоем с переменной по поперечномуизоляции и слой противокоронного покры- сечениюиподлинетолщинойпослемехобратия толщиной, большей номинальной на ве- ботки (калибровки) 4, поперечными размераличину усадки изоляции, укладывают на ми стержня после опрессовки до калибровкистержень прессующие планки, вакуумиру и 5 и после калибровки 6 и 6, припускомют, опрессовывают и термообрабатывают 15 полупроводящего слоя 7.стержень до отверждения связующего и Благодаря иэотропности препрега ме, . склеивания противокороного покрытия с ханическую обработку полупроводящегоизоляцией, после чего на участках стержня слоя удаетсяпроводить при плавном измес размерами, превышающими номиналь- кении глубины резания и тем самым полные, излишки толщины противокоронного 20 учать любую наперед заданную точностьпокрытия удаляют механической обработ- изготовления детали,кой. В качестве изотропного материала дляНовизна предложения состоит в увели- противокоронного покрытия стержня исчении против номинальнойтолщины пол- пользуется полупроводящий прейрег, котоупроводящего покрытия и в дополнительной 25 рый выпускается, как правило, в видемеханической обработке (калибровке) гота- рулонов, Это позволяет вырезать из негового стержня по полупроводящему покры- полотна требуемых размеров и наносить ихтию, на стержень, по длине в виде намотанныхПреимущество предлагаемого способа вокруг стержня одной или нескольких прозаключается в том, что он на высоком изо стынок, Поверх препрега наносятантиадгебретательском уровне позволяет разре- зионный слой, например, иэшить сдерживающее дальнейшее развитие фторопластовой пленки. При опрессовкетехнологии основное техническое противо- препоег растекается по стержню и стыкиречие между повышением электрической простынок соединяются и спаиваются межпрочности изоляции и в; конечном счете, 35 ду собой, в результате чего после запечкиснижением рабочих температур изоляции, образуется сплошной полупроводящийЕще одно преимущество изобретения слой с изотропной структурой, склеенный ссостоит в том, что достигается экономия ма- изоляцией, Режим обработки (глубина резатериала, Для этого слой противокоронного ния, скорость резания и др.) зависит от одпокрытия образуют путем изготовления 40 нородности и прочностных характеристикпрессующих планок из материала противо- запеченного слоя полупроводящегопокрыкоронного покрытия и укладки их с четырех тия, его адгезйис"иййяцией, чистоты обрасторон на каждую грань стержня. По завер- ботки поверхности и др. и определяетсяшении процессов вакуумной сушки, опрес- отдельно в каждом конкретном случае.совки и термообработки планки прочно 45 П р и м е р 2. Слой противокоронногосоединяются с изоляцией. Затем стержень покрытия наносят в пазовой и лобовых час. подвергают калибровке в пределах толщи- тях вдоль стержня на каждой грани в видены полупроводящих планок, пластин из готового полупроводящего матеВозможность реализации предлагае- риала сэаданнымудельнымсопротивленйем,мого изобретеня иллюстрируется тремя 50 отличающегося плоскостной анизотропией,примерами и поясняется чертежами, где на например, полупроводящегооднонаправленфиг.1 изображен стержень обмотки статора ного слоистого пластика, например стеклос полупроводящим покрытием до и после пластика, и стержень калибруют до заданныхмеханической обработки последнего, на размеров путем мехайической обработки пофиг,2, 3 и 4 показаны различные варианты 55 лупроводящего слоя придискретном изменеисполнения термореактивного полупрово- нии глубины резания, кратной толщинедящего слоя и его механической обработки. составляющих слоев пластика.П р и м е р 1. Слой противокоронного На фиг.2 и 3 изображены поперечныепокрытия наносятиз палупроводящегоизо- . сечения стержня с анизотропным полупротропного материала, например, полупрово- водящим слоем из полупроводящегостекло 1787306 .5 10 20 25 обработку 30 35 нической." обработке имеют такую же 40 50 пластика 8, припуска пластика 9, снимаемым при мехобработке, наружным контуром 10 заготовки стержня в виденеправильного цетырехугольника с размерами 5 и 5 после опрессовки до калибровкии размерами 6 и 6" прямоугольного сечениястержня после калибровки,На фиг,З показано поперечное сецениестержня при асимметричной калибровке покрытия с необрабатываемым с одной стороныстержня слоем полупроводящего пластика 11.Структура материала противокоронного покрытия в этом слуцае позволяет производить тонкую обработку стержня сотносительно малой и контролируемой подачей режущего инструмента, При слоистойструктуре этих материалов удается сравнительно легко расщеплять их послойно и изменять их толщину, не нарушая механическогосостояния смежных слоев.Самое простое по исполнению полупро-водящее покрытие с такими структурнымиособенностями получается, если поверхизоляции к каждой грани стержня припрессовать пластины из полупроводящего стек-лотекстолита с заданным удельнымсопротивлением для пазовой и лобовых частей. Для этого пластины устанавливают накаждую из четырех граней стержня поверхнанесенньх сырых" изоляционных лент сосвязующими и закрепляют с помощью антиадгезионной ленты, например, из фторопластовой пленки, спирально намотаннойповерх пластин вдоль стержня. При опрессовке связующее изоляционкых лект заполняет зазор между полупроводящимипластинами иизоляцией, В процессе запечки связующее отверждается, и прокладки,припрессованные к изоляции, склеиваютсяс ней и образуют на гранях стержня полупроводящий слой из стеклотекстолита. Этотвариант способа предпочтителен при изготовлении стержней с ручной калибровкой.Полупроводящий стеклотекстолит, как изве стно, представляет собой слоистый прессо. ванный материал, состоящий из несколькихслоев стеклоткани, пропитанной термореактивной полупроводящей смолой, Толщинаполупроводящего стеклотекстолита обыцносоставляет 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, слесарныминструментом. При этом полупроводящуюстеклотекстолитовую пластину сначала снаружи частицно по толщине расщепляют, за. тем подрывают и снимают (отдирают) одинили несколько слоев ткани в местах с повышенными против заданных размерами поперечного сечения по длине стержня,При использовании в полупроводящем стеклотекстолите стеклоткэни толщиной 0,08 мм допуски могут составлять 0,08;0,16;0,24 мм и т,д, при снятии одного. двух, трех и т.д, слоев ткани, т.е, дискретны 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 0,08 ммДля удобства и упрощения процесса калибровки мехобработку стержкя целесообразно проводить с одной установки. Это достигается асимметричным выполнением полупроводящего покрытия; на той из двух противополокных граней, которая не подлежит мехобработке, полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину только для нужд противокоронной защиты. а на второй грани полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину толькодля нужд противокоронкой защиты, а навторой грани полупроводящая пластина выбрана толще с припуском на механическую Выбор обрабатываемой грани опреде-ляется в зависимости от направления отгиба лобовых частей, их длины, положения центра тяжести стержня и т,п, с учетом надежного закрепления стержня и удобного подвода резца к обрабатываемой поверхности,Стеркни со стеклотекстолитовым полу- проводящим покрытием при руцной и мехавысокую точность геометрических размеров поперечного сечения, как и стержни с препреговым полупроводящим слоем, обработанные на станке,Размер 14, предетавляющий разность размеров поперечного сечения стержня после опрессовки для мехобработки 5 и после калибровки 6, равен величине, на которую сокращается допуск на размеры стержней с термореактивным полупроводящим покрытием при изготовлении их предложеннь 1 м способом с калибровкой по сравнению с изготовлением известными способами безкалибровки,П р и м е р 3. Слой противокоронного покрытия, играющий одновременно роль прессующих планок, накосят вдоль стержня на каждую грань непосредственно поверх стеклослюдинитовых лент в виде плоских или Г-образных планок из полупроводящего стеклопластика толщиной. по меньшей мере равной величине усадки изоляции при последующей опрессовке и, не снимая планки после зэпечки, стержень калибруютдо заданных размеров путем механической водящем покрытии легко обрабатываемых обработки последних. йатериалов позволили проводить механичеНа фиг.4 изображено поперечное сече- скую обработку на станке (фрезерование,ние стержня с прикрепленными в процессе шлифование и др.) без нарушения адгезии и опрессовки и запечки стержня полупрово повреждения слоя с сохранением его дящими стеклопластиковыми Г-образными сплошности и электрических параметров.планками 12 с их контуром 13 до механиче- При изготовлении стержней по предло- ской обработки и размерами поперечного женному способу из двух составляющих прямоугольного сечения стержня 6 и 6 по- элементов стержня -изоляции и полупровосле обработки планок.П и10 дящего покрытия - неизменной остае стсяри изготовлении стержней обмотки расчетная в зависиМости от номинальногостатора, характеризующихся постоянством напряжения толщина изоляции, а перемен- прямоугольной конфигурации в пределах ной получается толщина полупроводящего прямолинейной пазовой части, применение покрытия, изменяющаяся в зависимости от пресс-лланок одноразового использования 15 фактического распределения усадки изоляс последующим сохранением их после оп- ции по длине стержня, В этом случае обра-.рессовкивконструкциистержнястановится ботка ведется в пределах толщины возможным, если пресс-планки изготовить полупроводящего слоя, слой изоляции не изполупроводящегостеклопластикаилиуг- затрагивается и не травмируется, и, как леволокнистого пластика. Для этого полу следствие, откалиброванные стержни сопроводящие пресс-планки плоские храняют.исходную предельно возможную вырезаются из готового полупроводящего электрическую прочность, заложенную в стеклотекстолита, либо, как и Г-образныених особенностями того или иного способапланки, предварительно прессуются из тех изготовления собственно изоляции,же материалов, из которых изготавливается 25 Полупроводящему покрытию, кроме осполупроводящийстеклотекстолит.Толщина новного, предписывается новое функциопресс-планок должна быть не меньше вели- нальное назначение - технологическое; как чины усадки находящейся под ними изоля- легко обрабатываемый элемент стержня ции в процессе последующей опрессовки и оно должно обеспечить упрощение механи 30 ческой обработки и при переходе от ручнойДля повышения устойчивости пресс- к машиннойкалибровке повысить класспланок на внешней стороне их может быть точности изготовления стержня, При капредусмотрена решетка из взаимно пер- либровке по полупроводящему слою, в отпендикулярныхребержесткости,выпрессо- личиеот калибровки по изоляционному ванная заодно с телом планок. 35 слою, появилась возможность контроля. Пресс-планки устанавливают непосред- процесса обработки стержня по предотвраственно поверх стеклослюдинитовых лент. щению повреждения изоляции с четко выра- ,По завершению процессов вакуумной суш- женной обратной связью: визуально по ки, опрессовки и термообработки планки цвету(цвет покрытия определяется цветом прочно соединяются (еклеиваются) с изоля полупроводящего пигмента (порошка) - черцией. В результате этого получается заготовка ный, серый, зеленый и др. - резко отличает- изолированного стержня с необработанным ся От цвета собственно изоляции) или полупроводящим слоем; В дальнейшем стер- объективно следящей системой с индикатожень подвергают мехобработке вручную ром, реагирующим на изменение электроили на станке в пределах толщины полупро проводности обрабатываемой поверхности водящего стеклотекстолита до получения при прохождении режущего инструмента - требуемых размеров с заданной степенью резца, фрезы, шлифовального камня и др, - .ТОЧНОСТИ, от полупроводящего покрытия до непровоПрименение описанного в примере 3 дящей изоляции.варианта способа изготовления стержней 50 Использование полупроводящего попо безотходной технологии позволяет изба- крытия в качестве регулировочного слоя при виться от. вредных и трудоемких операций калибровкестержня иобъективногоконтропоподготовкеиустановкепресс-планокдля ля размеров поперечного сечения и параопрессовки изоляции и исключить субъек- метров покрытия в процессе мехобработки тивные факторы, влияющие на неточное из-. 55 допускает асимметричнуюобработку протиготовление стержней, воположных граней, Работоспособность поОтказ от традиционных материалов - крытия при мехобработке не нарушается ленточных подложек - и традиционных спо- при изменении толщины покрытия по длине собов их нанесения - спиральной намотки, стержня, если поверхностное сопротивлеа также подбор и использование в полупро- ние покрытия находится в пределах обычнопринятых норм: 10 - 10 Ом в пазовой части2 6и 10 - 10 Ом в лобовых частях (1,2).Благодаряуйрощению процессов мехоработки и контроля, калибровку стержней по полупроводящему покрытию можно автоматизировать и перевести на конвейер при более низкой квалификации работающих, чем при руцной калибровке по изоляции.Предельно возможная точность изготовления стержней с помощью мехобработки на металлорежущих 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 прибликается 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 изготовления ответной сопрягаемой со стержнем детали - паза сердечника статора.При наиболее часто встречающейся симметричной системе допусков для промежуточной посадки сопрягаемых деталей "стержень-паз" положительный допуск иа так называемый "размер в свету" шихтоваиного 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 гидрогенераторов, при размере паза "в свету", ие 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 уке в 5 - 6 раз, чем у стержней без калибровки, и до 2-х раз по сравнению со стержнями с калибровкой по изоляции. Следует отметить, цто при необходимости облегчить укладку обмотки в статор стержни могут быть изготовлены еще с меньшим допуском по ближайшему более точному квалйтету по отношению к квалитету паза.Прй" исйользоваийи"предлагаемого"спбсоба изготовления стержней достигается любая йат 1 ередзаданная точность изготовлейия стержней, Скоординировайнаяпо тоцности изтотовления паза сердечника статора, примеханически прочном термореактивномкемт 1(омйолупроводящем покрытий и мийймальномзазоре между стержнем истенками 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 использованием жесткого термореактивного полупроводящего покрытия в кацестве механически обрабатываемого регулируемого слоя при калибровке, появилась возможность объективния при строгом соблюдении электрических параметров полупроводящего покрытия в процессе обработкиВ результате этого прежде всего стал25 возможным пересмотр на обратйую общей концепции о допустимости механической обработки изолированного стержня и, как следствие, открылись широкие возможности по повышению точности изготовления стержней с использованием методов мехобработки, принятых при изготовлении металлических деталей, Стержни обмоток статора из разряда неточных деталей электрических машин при применении предложенного способа переходят в разряд дета 1 ей повышеиной точности изготовления, Их применение позволит повысить технико-зкономические показатели современиых высокоиспользоваииых электрических машин,Заявляемый способ изготовления стержней обмотки статора электрической машины предлагается применить при изготовлении крупных электрицеских машин с косвенным воздушным охлаждением обмоток с утоньшеиной изоляцией предельной мощности - турбогенераторов 200-220 МВт и капсульных гидрогенераторов 40-500 МВт. 50 Формула изобретения 1. Способ изготовления стержня обмотки статора; согласно которому на стержень наносят слой изоляции и слой противоко 55 ронного покрытия, укладывают на стеркеиь прессующие планки, вакуумируют, опрессовывают и термообрабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокоронного покрытия с изоляцией, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощеного контроля обработки стержня: слежение20 за изменением размеров поперечного сече1787306 14 13 ставитель С.Флоринсхред М,Моргентал И,Шмако Редакто Тираж осударственного ко 113035, Модписноеи открытиям при ГК та по изо , Ж, Ра ка. 101 ательский комбинат "Патент", г, Ужго тве ро ния 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 поп.1,отл ич аю щийсятем. что, с целью экономии материала, слой 5 противокоронного покрытия образуют путемукладки на каждую грань стержня прессующих планок из материала противокоронного покрытия,