ОБОД РОТОРА ГИДРОГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к области электромашиностроения, в частности к конструкции гидрогенераторов, содержащих собранный из сегментов обод.
Известно изобретение «Шихтованный обод ротора крупной электрической синхронной машины» (Авторское свидетельство СССР №141204, опубликовано в 1961 году), в котором шихтованный обод ротора выполняют из штампованных стальных сегментов. Сегменты при сборке обода укладывают в перекрой (внахлест) для обеспечения максимального сечения по металлу, которое в значительной степени ослабляется наличием радиальных стыков между отдельными сегментами. Кроме того, обод дополнительно ослабляется отверстиями под призонные стяжные шпильки. После сборки обода призонные стяжные шпильки из-за неточностей штамповки сегментов в отверстия не входят и поэтому отверстия прошивают (дорнуют). Для устранения этих недостатков в предлагаемой конструкции обода стыки между сегментами завариваются электросваркой и, предлагаемая в изобретении, конструкция обода состоит не из сегментов, а из кольцевых замкнутых элементов, что позволяет уменьшить механические напряжения в его сечениях и применить свободные проходные стяжные шпильки и тем самым исключить операцию прошивки (дорнования) отверстий в призонных областях. Однако для крупных электрических машин количество сегментов обода может составлять несколько тысяч, поэтому выполнение сварки в таком объеме становится слишком трудоемкой операцией, кроме того, возникают дополнительные работы по контролю швов и снятии напряжений после сварки.
Наиболее близким техническим решением является изобретение «Ротор электрической машины» (Авторское свидетельство СССР №1020921, Н02К 1/22, опубл. 30.05.1981), в котором ротор электрической машины, преимущественно гидрогенератора, содержит остов, на котором закреплен обод, состоящий из пластинчатых сегментов, установленных со сдвигом стыков между сегментами одного слоя относительно стыков сегментов соседнего слоя, и имеющий равномерно выполненные по окружности группы отверстий, в которых установлены сборочные калибры и стяжные шпильки с гайками (крепежными изделиями), при этом в сборочных калибрах выполнены отверстия концентрично их рабочей поверхности только для установки нагревательных элементов. Находящиеся в шихтованном ободе ротора стяжные шпильки и сборочные калибры не дают возможности для значительного смещения пластинчатых сегментов обода между собой, но тем не менее, вследствие существования зазоров происходит смещение кромок сегментов относительно друг друга. Кроме того, в известной конструкции на стяжные шпильки действуют не только растягивающие, но и срезающие усилия от сдвига сегментов обода, что приводит к необходимости увеличивать диаметр стяжных шпилек, тем самым, дополнительно ослаблять сечение сегментов. Таким образом, при сборке сегментов в отверстия для стяжных шпилек сначала устанавливаются временные стяжные шпильки уменьшенного диаметра для опрессовки обода по высоте, при этом из-за неточностей изготовления и сборки в отверстиях обода образуется "гребенка" - выступание кромок сегментов относительно друг друга, поэтому, поочередно вынимая временные шпильки, проводят калибровку отверстий, а затем в калиброванные отверстия устанавливают (забивают) постоянные стяжные шпильки. Калибровку (прошивку или дорнование) отверстий выполняют в несколько этапов специальными прошивками, имеющими различные диаметры, постепенно увеличивая диаметр прошивки. Прошивки, выполненные из специальной прочной стали, перемещают (пробивают) пневмомолотом по отверстиям в сегментах обода, тем самым, доводя до размера, необходимого для установки постоянной стяжной шпильки. Прошивка отверстий, даже при условии использования пневмомолотов, является тяжелой малопроизводительной операцией. Трудоемкость данной операции усугубляется тем, что в крупных гидрогенераторах число отверстий в ободе может доходить до 1000 штук, а высота шихтованного обода, сегменты которого выполнены из высокопрочной стали с пределом текучести до 1000 МПа, достигает трех и более метров. Необходимо каждое отверстие прошивать по два-три раза. Выполнение данной операции приводит к интенсивному износу дорогостоящего режущего инструмента (прошивок), комплект которых необходимо восполнять для продолжения сборки генераторов. Данный недостаток усугубляется, если листы обода изготовлены из недорогих углеродистых сталей (C>0,1%), у которых в процессе лазерной резки происходит подкаливание кромки отверстия. При прошивке изготовленных таким образом ободов ротора происходит интенсивный износ режущей части прошивки и скалывание режущих кромок. Еще одним недостатком является то, что при прошивке сдвинутых друг относительно друга отверстий часть из них теряет форму круга, что при последующей работе генератора приводит к увеличению диаметра обода за счет зазоров и обмятий, и вследствие этого потере натяга между остовом и ободом. При длительной работе генератора возможно также снижение прессовки обода и перемещение сегментов (листов) между собой. Данные явления приводят к потере формы обода, как в радиальном, так и тангенциальном направлениях, что приводит к снижению эксплуатационной надежности всего генератора.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эксплуатационной надежности конструкции, повышении качества сборки, а так же в упрощении технологии сборки обода ротора.
Указанный технический результат достигается тем, что обод ротора гидрогенератора содержит пластинчатые сегменты, установленные со сдвигом стыков между сегментами одного слоя относительно стыков сегментов соседнего слоя, и имеет равномерно размещенные по окружности группы отверстий, в которых установлены сборочные цилиндрические калибры. В калибрах выполнены сквозные осевые отверстия, в которые установлены стяжные шпильки. Сегменты закреплены (стянуты) крепежными изделиями (гайками), установленными на концах стяжных шпилек. Между сегментами обода и крепежными изделиями (гайками) установлены крепежные детали.
Крепежные детали могут представлять собой шайбы, планки, или тормозные сегменты.
Для упрощения сборки ротора калибры могут быть выполнены составными (разделенными на части) по высоте обода, при этом в соседних отверстиях стыки калибров сдвинуты вдоль оси обода (по высоте) друг относительно друга.
Установка в отверстия сегментов обода сборочных калибров, в которых выполнены сквозные осевые отверстия, с последующей установкой в отверстия калибров стяжных шпилек снижает механические напряжения в стяжных шпильках ротора гидрогенератора. Стяжные шпильки в предлагаемой конструкции воспринимают только усилия растяжения, а напряжение среза теперь воспринимаются стенками калибров, которые препятствуют тангенциальному и радиальному смещению слоев сегментов друг относительно друга, таким образом, повышается точность сборки и соответственно эксплуатационная надежность конструкции обода ротора гидрогенератора. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет не выполнять трудоемкую операцию прошивки отверстий, выполняемых в сегментах под стяжные шпильки, соответственно отпадает необходимость в изготовлении прошивок и снижаются требования к содержанию углерода в стали обода.
На фиг. 1 представлено радиальное сечение обода ротора электрической машины. На фиг. 2 - сечение А-А - вдоль сегментов обода. На фиг. 3 вид Б - увеличенный фрагмент радиального сечения на котором показаны стыки цилиндрических калибров.
Обод ротора гидрогенератора, состоит из слоев пластинчатых сегментов 1, выполненных из листовой стали толщиной 3-6 мм и установленных со сдвигом стыков между сегментами 1 одного слоя относительно стыков сегментов 1 соседнего слоя (собранных внахлест (вперекрой) друг относительно друга). В сегментах 1 выполнены отверстия 2, равномерно размещенные по окружности обода ротора. В отверстия 2 устанавливаются трубчатые (полые) калибры 3. Калибры 3 представляют собой металлические цилиндры, обработанные с высокой точностью по наружному диаметру со сквозными осевыми (концентричными внутренними) отверстиями. Калибры 3 плотно устанавливаются в отверстия 2 сегментов обода. При сборке обода по высоте сегменты 1 обода через отверстия 2 надеваются на калибры 3, которые остаются в ободе после сборки. В сквозные осевые отверстия калибров 3 после сборки обода устанавливаются постоянные цилиндрические стяжные шпильки 4 для закрепления собранного обода в осевом направлении с помощью крепежных изделий, например, гаек 5. Таким образом, исключается операция обработки (прошивки) отверстий 2 после сборки обода для установки стяжных шпилек 4.
Для более плотного закрепления (прессовки) сегментов 1 обода между сегментами 1 и гайками 5 устанавливаются крепежные детали, например, шайбы 6, планки 7, тормозные сегменты 8.
Для предотвращения радиального и тангенциального смещения шайб 6, планок 7 или тормозных сегментов 8 и одновременного обеспечения более плотного закрепления (прессовки) обода шайбы 6, планки 7, тормозные сегменты 8 могут быть выполнены с элементами дополнительной фиксации калибров 3.
Элементы дополнительной фиксации выполняются в шайбах 6, планках 7 или тормозных сегментах 8 в виде отверстий 9, в которые устанавливаются верхние и нижние концы калибров 3. Шайбы 6, планки 7, тормозные сегменты 8, выполненные с элементами дополнительной фиксации калибров 3 не препятствуют осадке обода при его прессовке, а также обеспечивают сохранение прессовки обода во время всего срока службы гидрогенератора.
Для облегчения сборки обода калибры 3 могут быть выполнены по длине не на всю высоту обода, а в каждом отверстии 2 может быть установлено несколько калибров, т.е. калибр 3 может быть выполнен составным (состоять из нескольких частей). Но в таком случае для обеспечения прочности обода в любом сечении стыки 10 калибров 3 в соседних отверстиях 2 должны быть разнесены (сдвинуты) по высоте (по оси обода) друг относительно друга, т.е. установлены в так называемом «шахматном порядке» (разнесение стыков калибров показано на фиг. 3). Для этой цели нижние и верхние калибры 3 выполняются двух или нескольких исполнений по высоте. На основе расчетов определяется необходимое количество калибров 3 в каждом сечении обода. Во время сборки обода составные калибры 3 устанавливаются друг на друга по мере сборки сегментов 1 обода по высоте. Далее в составные калибры 3 устанавливаются стяжные шпильки 4 и сегменты 1 обода стягиваются в осевом направлении с помощью гаек 5, шайб 6, планок 7, тормозных сегментов 8.
При работе гидрогенератора сегменты 1 обода ротора работают на растяжение в тангенциальном направлении. Стяжные шпильки 4 стягивают обод ротора в осевом направлении, а калибры 3 препятствуют тангенциальному и радиальному смещению слоев сегментов 1 друг относительно друга под действием центробежных сил и тем самым повышают эксплуатационную надежность гидрогенератора. Элементы дополнительной фиксации калибров 3 - отверстия 9, которые могут быть выполнены в шайбах 6, планках 7 или тормозных сегментах 8 предотвращают радиальное и тангенциальное смещение крепежных деталей и дополнительно повышают эксплуатационную надежность гидрогенератора.