статор электрической машины

Формула изобретения

1. Статор электрической машины, содержащий корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, отличающийся тем, что бандажные кольца имеют изоляционные вставки и зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, выполненными в виде двух неразъемных объемных элементов, взаимно перпендикулярных со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальный объемный элемент каждого из кронштейнов снабжен пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальный выполнен в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки.

2. Статор по п.1, отличающийся тем, что изоляционные вставки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн.

3. Статор по п.1 или 2, отличающийся тем, что составные части бандажных колец соединены между собой посредством замковых элементов, выполненных в виде паза и выступа, стянутых в местах стыка крепежным элементом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое решение относится к электромашиностроению, а более конкретно, оно применимо для закрепления лобовых частей обмотки на корпусе статора.

Известно решение, согласно которому лобовые части обмотки статора, выступающие за пределы верхнего и нижнего торцов шихтованного сердечника, с целью исключения их смещения и воздействия электродинамических сил, крепят их с помощью бандажных колец и кронштейнов, изготовленных из металла (см. Титов В. В. Хуторецкий Г.М. и др. Турбогенераторы. Расчет и конструкция, Л. Энергия, 1967, с. 188, рис.3-30) с соответствующей их изолировкой.

Крепление кронштейнов бандажных колец, как правило, осуществляется к металлическим деталям корпуса нажимным кольцам в турбогенераторах и к нажимным гребенка в гидрогенераторах и синхронных машинах (см. Домбровский В. В. Дитенко Ф.М. и др. Проектирование гидрогенераторов, 4-11, конструкция. Механические расчеты. Л. Энергия, 1968, рис. 46,47,48) и (см. Б.Г.Циханович, Фомин Б.П. Турбогенераторы, т. 1. 3-е издание. Л. Энергоатомиздат, 1989, с. 97 рис. 5.45, с. 198 рис. 5.46).

Также известно крепление лобовых частей обмотки статора в синхронных компенсаторах с помощью изолированных металлических бандажных колец и изолированных металлических кронштейнов к металлическим нажимным гребенкам, фиксирующим с торцев сердечник в корпусе статора (см. Гольденберг С.И. и др. Синхронные компенсаторы. Вопросы проектирования, монтажа и эксплуатации. М. Энергия, 1969, с. 89, 90, 92, 93, 94, 96, 114).

Как известно, упомянутые выше конструктивные решения направлены на предотвращение смещения лобовых частей обмотки статора и отгиба их в сторону расточки сердечника т.е. в сторону внутреннего диаметра. Для уменьшения нагрева активных частей статора бандажные кольца и кронштейны, как правило, выполняют из немагнитной стали, а кронштейны, изолируя, крепят к нижним кольцам или нажимным гребенкам статора. Соединение кольца и кронштейна производится при помощи электросварки. Учитывая материал колец, для выполнения сварочных работ требуется специальные электроды. В процессе работы агрегата лобовые части обмотки испытывают вибрационные нагрузки, которые воспринимаются бандажными кольцами и кронштейнами. Поэтому наличие сварного соединения может являться предпосылкой к возникновению не штатного режима работы генератора. С целью повышения надежности этого соединения, как правило, увеличивают количество кронштейнов, что ведет к увеличению расхода дефицитного металла и повышению трудоемкости.

В процессе эксплуатации гидрогенератора или турбогенератора под воздействием анормальных режимов, способствующих повышению температуры лобовых частей и увеличению их вибраций происходит ослабление бандажной шнуровой вязки и также истирание изоляции бандажных колец и изоляции кронштейнов, что приводит к внезапным коротким замыканиям и выходу машины из строя из-за повреждения обмотки статора, даже при немагнитных бандажных кольцах.

Каждый из упомянутых выше источников имеет один общий недостаток, т.е. несовершенство узла крепления лобовых частей обмотки статора и отсутствие надежного изоляционного барьера между вылетом обмотки и элементами ее крепления к торцам статора. Этот недостаток особенно присущ гидрогенераторам большой мощности, да и турбогенераторам с высоким коэффициентом использования материалов, что вообще говоря, приведет к некоторому снижению запаса надежности и возможности машины противостоять повышенным тепловым и токовым перегрузкам, которые возникают в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому, выбранному за прототип, является статор электрической машины по авт. св. N 1617537 H 02 K. Статор содержит корпус, сердечник, обмотку статора, лобовые части которой закреплены бандажными кольцами, установленными на кронштейнах. И бандажные кольца, и кронштейны выполнены из электроизоляционного материала. При этом каждый кронштейн в аксиальном направлении выполнен составным из двух частей, которые соединены между собой.

Данное изобретение имеет ограниченное применение, т.к. оно применимо к статорам электрических машин, в которых лобовые части обмотки удерживаются с помощью одного бандажного кольца и посредством разъемного кронштейна, зафиксированного на концах стяжных шпилек статора.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности за счет исключения замыканий электрического тока через лобовые части обмотки и бандажные кольца на корпусе статора, а также за счет исключения радиального сдвига изоляционного кронштейна и тангенциального сдвига бандажных колец.

Это достигается тем, что в статоре электрической машины, содержащей корпус, шихтованный сердечник с пазами на внутреннем диаметре, в которых уложена обмотка, закрепленная с внешней стороны лобовых частей бандажными кольцами, бандажные кольца имеют изоляционные вставки и зафиксированы вместе с лобовыми частями обмотки на торцах корпуса изоляционными кронштейнами, выполненными в виде двух неразъемных объемных элементов, взаимно-перпендикулярных со стороны внешнего диаметра обмотки, причем вертикальный объемный элемент каждого из кронштейнов снабжен пазами на наклонной кромке со стороны внешнего диаметра обмотки статора, а горизонтальный выполнен в виде опорного уступа со сквозным отверстием для размещения в нем крепежного элемента с противоположной стороны, и в его основании выполнен поперечный паз для размещения в нем фиксирующей планки.

В одном из вариантов изоляционные вставки выполнены с уступом, выступающим за пределы наружного диаметра бандажного кольца с упором в изоляционный кронштейн.

В другом варианте составные части бандажных колец соединены между собой посредством замковых элементов, выполненных в виде паза и выступа, стянутых в месте стыка крепежным элементом.

Предлагаемое техническое решение имеет более совершенную и более универсальную конструкцию изолировки и крепления лобовых частей обмотки статора мощной электрической машины, за счет создания более надежного изоляционного барьера между лобовыми частями обмотки статора и его корпусом, а также замены сварочного соединения между кольцом и кронштейном. Согласно данной заявке предлагается лобовые части обмотки статора закреплять через посредство бандажных колец с изоляционным разрывом на их отдельных участках и с помощью изоляционных кронштейнов специальной формы, выбранной из логической связи деталей упомянутого узла. При этом с целью строгой фиксации бандажных колец в наклонной кромке каждого из кронштейнов предусмотрены соответствующие пазы. Таких пазов в кронштейнах может быть один, два, и более, в зависимости от количества бандажных колец, которыми выполняют связку и крепление лобовых частей обмотки статора к торцевым элементам корпуса.

На фиг.1 изображен статор предлагаемой конструкции (продольный разрез); на фиг.2 верхние лобовые части обмотки статора, которые закреплены с помощью бандажных колец и предлагаемой конструкции держателей на нажимных гребенках; на фиг.3 конструкция изоляционного кронштейна (для верха и низа обмотки); на фиг. 4 вариант конструкции держателя; на фиг.5, 6, 7, 8 расположение изоляционных вставок в бандажных кольцах.

Предлагаемая конструкция статора состоит из корпуса 1, шихтованного сердечника 2, который закреплен в корпусе нажимными гребенками 3 и шпильками 4 с гайками 5. В пазах 6, выполненных со стороны внутреннего диаметра сердечника, уложена двухслойная стержневая обмотка 7. Со стороны наклонной части 8 (фиг. 2) внешнего диаметра наружных стержней 9 обмотка статора закреплена бандажными кольцами 10, 11 и 12 и связками бандажного шнура 13 (фиг.2) с соответствующими изоляционными выравнивающими прокладками 14. Бандажные кольца 10, 11 и 12 выполнены из немагнитной стали, но с целью повышения надежности они в местах стыка имеют еще и изоляционные вставки 15 (фиг.5, 6, 7) с соответствующим им креплением 16 к торцам бандажных колец в каждой группе стыка. Согласно данной заявке стрежни 9 с закрепленными на них бандажными кольцами 10, 11, 12 и прокладками 14 для повышения надежности их фиксации скрепляют с кронштейнами 17. В кронштейнах 17 со стороны прилегающей к стержню 9 обмотки предусмотрен скос 18 (фиг.2), соответствующий углу расположения лобовой части каждого внешнего стержня 9. Для четкой фиксации расположения каждого бандажного кольца 10, 11, 12 на скосах 18 кронштейна 17 предусмотрены пазы 19, необходимых размеров. Размещенные бандажные кольца 10, 11, 12 в пазах 19 связывают с кронштейнами 17 с помощью бандажного шнура 20, пропуская шнур через сквозные отверстия 21. Кронштейны 17 устанавливают и закрепляют на корпусе 1 статора с упором на нажимных гребенках 3. От радиального сдвига в нижней опорной части 22 предусмотрен паз 23 и уступы 24 и 25 (фиг.3). Пазом 23 каждый кронштейн 17 опирается на планку 26 с резьбовым отверстием под болт. Планка приварена электросваркой после расположения кронштейна на нажимной гребенке 3. В выступающей хвостовине 27 предусмотрено проходное отверстие 28 для окончательного закрепления кронштейна болтом 29 с шайбой 30. В планке 23 предусмотрено резьбовое отверстие 33 для крепления в ней болтов 29. Полностью собранный статор закрепляют на фундаменте 31 с помощью фундаментных болтов 32. Кронштейн 17 может иметь уступ 34 со стороны наклонной кромки нажимной гребенки.

В бандажных кольцах 10, 11, 12 могут быть вставки 15 с упором 35, который выступает за пределы внешнего диаметра бандажного кольца таким образом, что его можно использовать в виде ограничительного элемента, исключающего тангенциальный сдвиг каждого бандажного кольца. В этом случае упор 35 примыкает вплотную к кронштейну 17 и имеет с ним бандажную обвязку 13. В остальном крепление остается таким же, как оно предложено на фиг.2. Изготовление кронштейнов 17 и изоляционных вставок 15 может быть выполнено, например, из стеклотекстолита.

Таким образом, согласно предлагаемому решению между лобовыми частями обмотки и корпуса статора применение многоступенчатого изоляционного барьера позволит устранить явление аварийного характера в столь ответственном узле машины.

Согласно предложению уложенные в сердечник 2 стержни 9 со стороны наружного диаметра фиксируют бандажными кольцами 10, 11, 12, которые размещают в пазах 19 кронштейна 17. Связку бандажных колец 10, 11, 12 осуществляют бандажно-изоляционным шнуром 13, пропуская его через отверстия 21, выполненные в кронштейнах 17, при необходимости используя прокладки 14. Зафиксированную обмотку 9 вместе с кронштейнами 17 крепят на нажимных гребенках 3 корпуса статора 1. С помощью крепежных элементов 29 и 30, размещенных в концевой части 27, и планки 26, приваренной к нажимной гребенке 3.

Предлагаемое решение может быть применимо в различных типах гидрогенераторов, выпускаемых АО "Электросила", а также при реконструкции гидрогенераторов.