СТОПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СТАТОРА КРУПНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
LOCK MEMBER OF LARGE ELECTRIC MACHINE STATOR

Изобретение относится к области электромашиностроения и касается крепления сердечника статора крупных электрических машин, например турбогенераторов.
Известны конструкции статоров электрических машин, у которых сердечник нашихтован на продольные стяжные ребра с резьбовыми концами, спрессован в аксиальном направлении с помощью мощных нажимных плит и нажимных пальцев, застопорен от перемещений крепежными гайками, а стопорение крепежных гаек выполнено кольцевыми стопорными шайбами с выступами, которые расположены в гнездах нажимных плит под крепежными гайками сердечника статора ("Турбогенераторы. Повреждения и ремонт". С.И. Хазан. М.: "Энергия"  1971 г., "Турбогенераторы. Расчет и конструкция". В.В. Титов, Г.М. Хуторецкий и др. Под ред. Н.П. Иванова и Р.А. Лютера. Л.: «Энергия»,  1967 г.).
Известны конструкции стопорения крепежных гаек неразъемными соединениями с помощью приварки к нажимной плите, например, уголка, который упирается в одну из граней гайки.
Недостатком конструкции со стопорными шайбами является постепенное расстопорение крепежных гаек при работе машины из-за релаксации лаковой пленки сегментов, усадки и «утруски» сердечника статора. Усилие запрессовки сердечника при этом снижается, затяжка крепежных гаек ослабевает, а переменные электродинамические воздействия от магнитных полей рассеивания и усилия от тепловых расширений и вибрации сердечника постепенно отгибают или сминают выступы в стопорных шайбах гаек, часть крепежных гаек проворачивается, запрессовка листов электротехнической стали сердечника ослабевает еще больше, что приводит уже к более интенсивному износу лаковой пленки, повреждению корпусной изоляции обмотки статора кромками сегментов, пробою изоляции стержней и аварии. Учитывая также, что при работе турбогенератора магнитное поле ротора создает значительные электродинамические усилия, воздействующие на сердечник, которые проявляются в виде «бегущего по окружности сердечника эллипса», т.е. происходит непрерывная временная деформация сердечника и всех его элементов крепления, в связи с чем возникает необходимость более надежного стопорения крепежных гаек.
Стопорение крепежных гаек с помощью приварки уголков усложняет подтяжку крепежных гаек сердечника при остановках турбогенератора на планово-предупредительный ремонт.
Также известны конструкции стопорных элементов, которые используются в других отраслях техники, например в машиностроении. Это так называемые разрезные гайки замкового типа, имеющие по обе стороны от разреза дополнительные выступы с отверстиями, стяжной болт и дополнительную глухую прорезь по внутреннему диаметру напротив сквозного разреза, либо обычные разрезные контргайки, в которых выполнены проходное и резьбовое отверстия под стяжной болт непосредственно в теле гайки (Пат. US 439660 от 04.11.1890, пат. US 1097218 от 19.05.1914, пат. US 4033394 от 5.07.1977, пат. JP 2002081416 от 22.03.2002).
Применение таких стопорных элементов в электромашиностроении, например в турбогенераторах, без необходимой доработки невозможно из-за малой эффективности обжатия резьбы призмы, так как при затяжке болта между стопорным элементом и крепежной гайкой возникает большая сила трения, которая значительно снижает усилие обжатия стопорным элементом резьбы призмы.
Для повышения усилия обжатия резьбы призмы потребуется увеличение габаритов разрезной гайки, стяжного болта и соответственно длины вылета резьбовой части призмы и изменения ее формы. Все это приводит к увеличению габаритов статора.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции стопорного элемента сердечника статора таким образом, чтобы повысить усилие обжатия резьбы призм без увеличения его габаритов, а также чтобы конструкция была технологична, ремонтопригодна и надежна.
Поставленная задача решается тем, что стопорный элемент статора крупной электрической машины, расположенный на резьбовых концах продольных стяжных призм сердечника за нажимными плитами под его крепежными гайками, стопорящий их от самоотвинчивания при деформации и вибрации сердечника, содержащий тонкостенное кольцо с наружным диаметром больше диаметра крепежной гайки, выступающая часть которого отогнута на грань гайки; местный выступ на теле кольца и стопорное «гнездо» в нажимной плите под крепежной гайкой, в котором расположен выступ, в соответствии с изобретением, с целью повышения надежности стопорения упомянутое кольцо расположено за крепежной гайкой, увеличено по толщине, по крайней мере, до половины толщины крепежной гайки, а отверстие смещено к краю на половину своего радиуса и обработано по типу разрезной замковой гайки, при этом снаружи со стороны прорези кольцо обрезано с 3-х сторон по хордам по форме хомута и под гаечный ключ и дополнительно снабжено: местным выступом по торцу со стороны эксцентриситета отверстия и со стороны обращенной к крепежной гайке, причем площадь выступа составляет ¼ часть площади обрезного кольца со стороны, обращенной к крепежной гайке; овальными канавками расчетной глубины, снаружи по боковой поверхности симметрично прорези; двумя проходными отверстиями; стяжным болтом с гайкой и стопорной шайбой с квадратной головкой и сферой в месте сопряжения с проходным отверстием; углублениями под головку болта, гайку и шайбу, выполненными разной глубины и длины; косыми срезами с торца со стороны сквозной прорези; конической расточкой в месте сопряжения сферы болта с отверстием.
Сравнительный анализ предложенного стопорного элемента с прототипом позволяет сделать вывод о его новизне и эффективности, т.к. сила трения между крепежной гайкой и обрезным кольцом при стягивании его разрезной части практически отсутствует, а усилие обжатия резьбы призмы при этом значительно увеличивается, что способствует надежному стопорению крепежной гайки.
Крепежная гайка теперь не сможет сорвать резьбу стопорного элемента и вместе с ним выкрутится с резьбовой части призмы и упасть на обмотку статора. Упругая сталь обрезного кольца позволит использовать ее при стопорении многократно. Для улучшения податливости разрезной части обрезного кольца и сохранении целостности его резьбы при обжатии резьбы призмы снаружи на боковой поверхности выполнены овальные канавки расчетной глубины. Так как при стягивании болта гайкой площадки под головкой болта и гайкой уходят от параллельности и на головку болта будет действовать суммарное усилие от растяжения и изгиба, появляется вероятность разрушения, отрыва головки, что чревато аварией, т.к. оторванная головка может попасть на обмотку статора и повредить изоляцию стержня. Для снижения механических напряжений в упомянутом соединении головка выполнена сферической, то есть введен шарнир, устраняющий перекос головки.
Сказанное выше поясняется чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез статора турбогенератора; на фиг.2 - выносной элемент А «стопорение крепежной гайки»; на фиг.3 - разрез В-В фиг.2; на фиг.4 - сопряжение стопорного элемента с крепежной гайкой, где указан выступ на обрезном кольце и зазор, образовавшийся между кольцом и крепежной гайкой; на фиг.5 изображено обрезное кольцо, графическое построение; на фиг.6 - выносной элемент Г, установка болта в разрезную гайку, показана сфера на головке и встречная фаска в гайке.
Сердечник статора 1 нашихтован сегментами электротехнической стали 2 на продольные стяжные призмы 3 рамы сердечника 4. После шихтовки сегментов сердечник через нажимные плиты 5 и нажимные пальцы 6 запрессовывается на зонтичном прессе.
Под давлением пресса на резьбовые концы 7 стяжных призм 3 устанавливаются шайбы 8 и крепежные гайки 9, которые затягиваются гаечным ключом. После окончательной затяжки крепежных гаек устанавливаются стопорные элементы 10 выступами 11, обращенными в сторону крепежных гаек 9. Обрезные кольца 12 стопорных элементов 10 также затягиваются гаечным ключом до плотного примыкания выступов 11 к торцевой поверхности крепежных гаек 9. После установки обрезных колец 12 устанавливаются стяжные болты 13, стопорные шайбы 14 и гайки 15. Болты 13 устанавливаются таким образом, чтобы грань 16 головки болта была расположена со стороны стенки углубления 17, так как при затяжке гайки 15 болт слегка провернется и он углом грани упрется в стенку углубления 17, т.е. произойдет самостопорение болта. Шайбу 14 перед установкой предварительно отгибают и отогнутой частью располагают в зазоре 18. После плотной затяжки гаек 15 обрезные части кольца 19 и 20 сходятся друг к другу и их плоскости под головкой болта и гайкой теряют параллельность, но сферическая часть головки болта 13 скользит по конусной расточке 21, занимая устойчивое положение с опорой по всей окружности сферы, устраняя нежелательные дополнительные усилия на головку болта. При этом болт 13 работает только на растяжение. Трение подвижных частей обрезного кольца 12 о торцевую поверхность гайки 9 практически отсутствует, что позволяет резьбе кольца плавно обжать резьбу 7 призмы 3. Этому способствуют овальные канавки 22, выполненные на боковой поверхности кольца расчетной глубины.
Легким простукиванием молоточка по боковой поверхности кольца по характеру звука (глухому или звонкому) определяют плотность прилегания резьбы 24 кольца к резьбе 7 призмы 3. Со стороны прорези контроль плотности прилегания резьб осуществляют с помощью щупа со стороны косых срезов 23 кольца. В случае неплотного прилегания стопорный элемент снимают и корректируют глубину овальных канавок 22 в требуемом месте. После затяжки стопорных элементов 10 их гайки 15 стопорят шайбами 14, отгибая свободные стороны на грани гаек.
Как видно из описания и чертежей, при всех вышеупомянутых усовершенствованиях размеры стопорного элемента не увеличивают габариты машины. Предложенная конструкция упрощает сборку сердечника статора при его изготовлении (ранее это была трудоемкая работа при подгибе тонкого кольца на грань гайки из-за затрудненного доступа, так как крепежная гайка и стопорное кольцо были утоплены в глубокой расточке нажимной плиты) и процесс подтяжки ослабленных крепежных гаек в эксплуатации при остановке турбогенератора на планово-предупредительный осмотр.