УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО ПРЕССОВАНИЯ ОБМОТОК СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
DEVICE FOR UNIDIRECTIONAL PRESSING OF POWER TRANSFORMER WINDINGS

Изобретение относится к области электротехники, к энергомашиностроению и может найти применение в производстве обмоток трансформаторов и реакторов.
Способность трансформатора выдерживать короткие замыкания в значительной мере зависит от степени сжатия обмоток в осевом направлении. Недостаточная или неоднородная прессовка обмотки при ее изготовлении не позволяет создать необходимую степень сжатия при сборке и приводит к снижению динамической устойчивости готового трансформатора. Чтобы обеспечить достаточную механическую прочность обмоток в процессе изготовления и во время эксплуатации требуется применение специальных режимов обработки, позволяющих контролировать изменение параметров технологического процесса (направлений приложения прессующих усилий и их величин, геометрических размеров обмотки).
На текущий момент для прессовки и сушки обмоток используются прессующие плиты и шпильки для создания индивидуальной оснастки в составе гидроустановки, используемой для этих целей. В соответствии с размерами и параметрами прессования для обмоток подбирают по диаметру прессующие плиты и стягивающие шпильки. Отверстия для шпилек в прессующих плитах располагаются примерно на 100 мм за наружным диаметром обмотки, а длина шпилек равна расчетной длине обмотки и технологических подставок с обеих сторон. Поскольку данная оснастка является также и грузонесущей конструкцией, расчет числа шпилек, их размеры и конструкция плит должны быть произведены с учетом двух усилий - усилия прессования и веса обмотки со всей оснасткой.
В процессе изготовления силовых трансформаторов и реакторов одной из самых трудоемких операций является прессовка обмоток, которая ранее осуществлялась вручную.
Имеется устройство, где прессование обмоток механизировано за счет применения гидроцилиндров. Устройство содержит верхнюю и нижнюю прессующие плиты и верхнюю промежуточную стягивающую плиту. Механизирована эта операция за счет применения гидроцилиндров с нижним или верхним расположением (Антонов М.В., Герасимова Л.С. - Технология производства электрических машин: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.438-442 [1]).
Предварительно стянутую обмотку прессуют при помощи гидроцилиндров, позволяющих плавно создавать заданное усилие. Однако из-за неравномерной плотности витков обмотки происходит отклонение вектора силы прессования от оси обмотки.
Помимо этого для каждого типа обмотки требуется свое устройство для прессования с применением индивидуальных верхних и нижних прессующих и верхних промежуточных стягивающих плит. Это требует значительных капитальных вложений в производство.
Известно устройство, в котором между промежуточной верхней прессующей плитой, опирающейся на технологические упоры обмотки с рейками и верхней прессующей плитой, устанавливают гидроцилиндры. В каждом из них создают контролируемое давление посредством установки, состоящей из насоса, ресивера с маслом, коллектора и шлангов. Под напором масла поршни гидроцилиндров оказывают давление на прессующие плиты. Достигнув расчетного давления, отключают насос и без особого усилия завинчивают гайки на шпильках, соединенных с нижней прессующей плитой, а давление в гидроцилиндрах снимают сливом масла в ресивер (http://leg.co.ua [2]).
Недостатком данного технического решения является применение индивидуальных верхних и нижних прессующих и верхних промежуточных стягивающих плит для каждого типа трансформатора и обмотки, что приводит к большим материальным затратам на их изготовление. Дальнейшее использование таких плит возможно только для серийного выпуска одного типа трансформатора. Кроме того, при использовании гидроцилиндров для прессования обмоток в осевом направлении из-за неравномерной плотности витков обмотки происходит отклонение вектора силы прессования от оси обмотки.
Известно устройство, которое можно использовать только для предварительной стяжки обмоток. Устройство содержит прессующие плиты верхнюю и нижнюю, стягиваемые при помощи шпилек с гайками, и направляющий цилиндр с поршнем, который упирается в стол направляющего цилиндра под нижней прессующей плитой. Направляющий цилиндр с поршнем расположен стационарно ниже уровня пола (Патент US №3557846 опубликован 26.01.1971 г., кл. МПК H01F 27/30 [3]).
Данное устройство работает за счет установки груза на верхнюю прессующую плиту.
Недостатками данного технического решения являются:
- применение индивидуальных верхних и нижних прессующих плит для каждого типа трансформатора и обмотки, что ведет к большим материальным затратам на их изготовление. Дальнейшее использование таких плит возможно только для серийного выпуска одного типа трансформатора;
- невозможно перемещать целиком собранное устройство в вакуумную камеру для последующей термической обработки обмоток, т.к. направляющий цилиндр установлен стационарно.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для однонаправленного прессования обмоток силовых трансформаторов фирмы «Dornieden» (http://www.dornieden.de [4]), состоящее из нижней и верхней прессующих плит и стягивающего их устройства.
В данном устройстве нижняя прессующая плита неподвижна и одновременно является основанием и масляным ресивером, а верхняя прессующая плита с заданным диаметром фиксируется стягивающим устройством на определенной высоте в зависимости от длины обмотки. Стягивающее устройство представляет собой шток гидроцилиндра двунаправленного действия со стягивающей втулкой, расположенный в центре нижней прессующей плиты, на котором и крепится верхняя прессующая плита.
При снятой верхней прессующей плите обмотку с помощью специального устройства (крестовина или траверса) опускают на нижнюю прессующую плиту, где уже установлены под каждый столб межвитковой изоляции обмотки деревянные или металлические технологические упоры. Сверху обмотки также устанавливают технологические упоры, на которые опускают верхнюю прессующую плиту, и с помощью стягивающей втулки крепят ее со штоком. Создают в гидравлической системе устройства давление до требуемого значения, при этом шток гидроцилиндра перемещается сверху вниз, и, тем самым, стягивают обмотку по высоте. Для освобождения обмотки из гидроустановки переключают ход штока гидроцилиндра в другое положение, и шток перемещается снизу вверх. Снимают верхнюю прессующую плиту и с помощью такелажного оборудования обмотку снимают с установки и перемещают на дальнейшую операцию
Недостатками данного технического решения являются сложность и дороговизна изготовления устройства, его узкий диапазон типоразмеров по диаметру и высоте. В случае выхода из строя гидроцилиндра из производства выбывает вся установка, что обязывает иметь их запас. При использовании в производстве таких устройств возникает необходимость в дополнительном дорогостоящем такелажном оборудовании (крестовины или траверсы) для перемещения или хранения обмоток перед сушкой и сборкой.
Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение направленного усилия прессования обмотки, универсальность устройства для широкого диапазона типов и видов обмоток силовых трансформаторов и реакторов, простота в изготовлении и применении, что ведет к уменьшению себестоимости производства обмоток.
Это достигается тем, что в устройстве для однонаправленного прессования обмоток силовых трансформаторов, состоящем из нижней и верхней прессующих плит и стягивающего их устройства, новым является то, что под нижней прессующей плитой расположено основание устройства, представляющее собой две круглые плиты - верхнюю и нижнюю, причем на верхней плите основания расположены гидроцилиндры, распределительный коллектор с гидравлическими шлангами и дополнительные телескопические направляющие цилиндры с возможностью их вертикального перемещения, превышающего вертикальное перемещение гидроцилиндров, на нижней плите основания расположены профильные направляющие основания, совпадающие по радиальным осям со сквозными пазами, выполненными в верхней плите основания и нижней прессующей плите, необходимыми для стягивающего устройства, состоящего их двух частей, соединяемых стягивающими втулками, верхняя часть которого закреплена на верхней прессующей плите, выполненной из металлической ленты, в виде плотно намотанной спирали, а его нижняя часть, проходящая через сквозные пазы нижней прессующей плиты и верхней плиты основания, закреплена в профильных направляющих основания.
Известных технических решений с такими признаками не обнаружено.
Такая конструкция устройства с приведенной совокупностью признаков позволяет:
- исключить случаи деформации обмотки в радиальном направлении, возникающей при ненаправленном прессовании, путем использования телескопических направляющих цилиндров, так как они выполняют функцию не только центровки нижней прессующей плиты, но и служат компенсаторами радиальных сил, возникающих при прессовании обмоток;
- использовать установку для широкого диапазона диаметров обмоток, что обусловлено применением верхней прессующей плиты, радиальный размер которой можно регулировать во время намотки спирали из металлической ленты, используемой многократно, и применением профильных направляющих, расположенных на нижней плите основания, на которых крепится нижняя часть стягивающего устройства. Сквозные пазы в нижней прессующей плите и верхней плите основания позволяют в зависимости от диаметра обмоток крепить нижнюю часть стягивающего устройства в разных местах на профильных направляющих основания. Совместное использование перечисленных элементов устройства приводит к уменьшению количества индивидуальных верхних и нижних прессующих плит.
Сущность изобретения поясняется чертежами устройства для однонаправленного прессования обмоток силовых трансформаторов в собранном виде (фиг.1), основания устройства (фиг.2), основания устройства с нижней прессующей плитой (фиг.3) и верхней прессующей плиты (фиг.4).
Данное устройство (фиг.1) состоит из нижней 1, верхней 2 прессующих плит и стягивающего их устройства, включающего нижние 3 и верхние 4 шпильки и стягивающие их втулки 5.
Под нижней прессующей плитой расположено основание устройства, представляющее собой сварную конструкцию из двух круглых плит - верхней 6 и нижней 7. На верхней плите основания расположены гидроцилиндры 8, распределительный коллектор 9 с гидравлическими шлангами 10 и телескопические направляющие цилиндры 11, которые выполняют функцию центрирующего устройства для нижней прессующей плиты для точного совпадения отверстий 12 на нижней прессующей плите с отверстиями 13 на направляющих телескопических цилиндрах (фиг.2, 3). Через отверстия 12 и 13 пропускают болты и стягивают нижнюю прессующую плиту 1 с телескопическими направляющими цилиндрами 11. Такое жесткое соединение двух плит позволяет исключить перекос нижней прессующей плиты, который мог бы возникнуть при прессовании из-за неравномерной плотности витков намотанной обмотки. Вертикальное перемещение (ход) гидроцилиндров 8 подбирают из расчета усадки обмотки по высоте в процессе термической обработки и сушки изоляции, поэтому направляющие телескопические цилиндры устроены так, чтобы их вертикальное перемещение (ход) превышало вертикальное перемещение (ход) гидроцилиндров, в противном случае не получится расчетная усадка высоты обмотки при прессовании.
В результате установленные телескопические направляющие цилиндры компенсируют радиальные усилия, возникающие при прессовании обмоток, что исключает случаи деформации обмотки в радиальном направлении и позволяют получить один размер высоты и диаметра обмотки во всех плоскостях.
На нижней плите основания крепятся профильные направляющие основания 14, по которым перемещаются в радиальном направлении нижние шпильки стягивающего устройства, закрепленные в сухарях с резьбой 15, и которые выполняют функцию ребер жесткости для плит основания.
На верхней плите основания 6 и нижней прессующей плите 1 устройства выполнены сквозные пазы 16 и 17, совпадающие по радиальным осям с профильными направляющими основания 14, что обеспечивает перемещение нижних шпилек 3 стягивающего устройства в радиальном направлении. На верхних шпильках 4 стягивающего устройства закреплены стягивающие башмаки 18, которые установлены на верхнюю прессующую плиту 2, изготовленную из стальной ленты, плотно смотанной в спираль и стянутой хомутами 19 (фиг.4). Диаметр плиты соответствует типу и размерам обрабатываемой обмотки. Выполнение верхней прессующей плиты из стальной ленты позволяет многократно использовать ее для разных типов и видов обмоток трансформаторов путем перематывания ленты на заготовку другого диаметра.
Принцип работы устройства заключается в следующем.
С помощью мостового крана снимают разжимную оправку (шаблон) с обмоткой с горизонтального намоточного станка и производят кантование в вертикальное положение. Удерживая раздвижную оправку 20 с обмоткой 21 над нижней прессующей плитой 1 устройства, размещают деревянные или металлические технологические упоры 22 под каждый столб межвитковой изоляции снизу обмотки и опускают всю конструкцию. Сверху обмотки устанавливают технологические упоры 23 на каждый столб межвитковой изоляции и опускают на них верхнюю стягивающую плиту 2. Подготовленные стягивающие башмаки 18 с верхними шпильками 4 опускают на верхнюю стягивающую плиту 2.
Через сквозные пазы 17 нижней прессующей плиты устройства и сквозные пазы 16 верхней плиты основания пропускают нижние шпильки 3 и вкручивают их в сухари 15 на профильных направляющих основания 14. Затем с помощью нижних и верхних шпилек 3, 4 и стягивающих втулок 5 фиксируют обмотку 21 между верхней и нижней прессующими плитами и проводят предварительную стяжку обмотки, выравнивание, обрубку реек и контроль полей.
Для проведения предварительной стяжки обмотки 21 до требуемого усилия к распределительному коллектору 9 устройства однонаправленного прессования обмоток подсоединяют гидростанцию с помощью шланга высокого давления (на фиг. не отражено), и масло под высоким давлением подается к гидроцилиндрам по гидравлическим шлангам 10. Поршни гидроцилиндров оказывают давление на нижнюю прессующую плиту. Телескопические направляющие цилиндры, расположенные симметрично под углом 120° и скрепленные с нижней прессующей плитой, компенсируют в ней радиальные силы, возникающие при прессовании обмоток. Значение усилия в гидроцилиндрах 8 задается и регистрируется на приборах гидростанции. Достигнув заданного значения усилия, устройство для однонаправленного прессования обмоток отсоединяют от гидростанции и отправляют в вакуумную камеру на термическую вакуумную обработку. В вакуумной камере происходит сушка изоляции обмотки, в процессе которой в гидравлической системе устройства повышают давление до значения, установленного для данного типа и вида обмотки путем подключения распределительного коллектора 9 к гидростанции, имеющейся в вакуумной камере.
После термической вакуумной обработки проводят окончательное прессование обмотки для получения всех конструктивных размеров.
Закончив прессование, нижняя прессующая плита освобождается от основания устройства, которое подготавливают к следующему производственному циклу, а обмотку, закрепленную между прессующими плитами другим стягивающим устройством, направляют на сборку трансформатора.
Предлагаемое устройство найдет широкое применение на заводах, использующих как термическую вакуумную обработку обмоток, так и механическую стяжку, так как позволяет значительно уменьшить потребность в верхних и нижних прессующих плитах и количество гидроустановок для обработки обмоток при производстве широкой номенклатуры трансформаторного оборудования.
Используемая литература
1. Антонов М.В., Герасимова Л.С.- Технология производства электрических машин: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоиздат, 1982, стр.438-442.
2. http://leg.co.ua.
3. Патент US №3557846 опубликован 26.01.1971 г., кл. МПК H01F 27/30.
4. http://www.dornieden.de (прототип).