ИЗГОТОВЛЕНИЕ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ
PRODUCTION OF ROTOR OF ELECTRIC INDUCTION MACHINE

Изобретение касается способа изготовления ротора электрической асинхронной машины.
Роторы являются компонентами электрических асинхронных машин. Иногда эти машины имеют частоты вращения свыше 4000 оборотов в минуту и мощности более 1 мегаватт. Роторы таких машин должны удовлетворять высоким механическим и термическим требованиям, например, связанным с нагрузкой от центробежной силы и сильным нагревом.
WO 2005/124973 A1 описывает способ изготовления ротора для электрического двигателя, при котором по существу цилиндрический сердечник снабжается продольными пазами, в которые вводится диффузант и электропроводящие стержни, и посредством нагрева и давления соединяются с сердечником.
JP H05 260710 A описывает способ изготовления короткозамкнутого ротора, при этом порошковая смесь из усиленной оксидом алюминия меди вводится в пакете листов в пазы, которые формируют стержни ротора и концевые кольца, и при этом пакет листов закрывается внутренним кольцом и корпусом, при этом края свариваются друг с другом. После этого порошковая смесь плавится в контейнере при определенной температуре и при определенном давлении, так что материалы соединяются посредством диффузионной сварки.
EP 2390987 A2 описывает способ изготовления стержней ротора для электрической машины, при этом каждый стержень ротора содержит первый металлический материал и второй металлический материал, который заливается вокруг первого металлического материала. Электрическая проводимость первого металлического материала больше, чем проводимость второго металлического материала.
US 4679314 A описывает охлаждаемый изнутри ротор для униполярной машины, имеющий ферромагнитный сердечник из стали, на который посредством диффузионной сварки нанесен цилиндрический медный проводник, в котором выполнены множество трубок охлаждения, соединенных с каналами для охлаждающего средства в сердечнике. Трубки охлаждения выполняются с помощью горячего изостатического прессования, при котором цилиндрический медный проводник по меньшей мере частично изготавливается посредством уплотнения медного порошка с получением непористой массы.
В таких способах в качестве электропроводящих стержней используются предварительно отдельно изготовленные медные стержни, которые затем также никелируются и закладываются в пазы, вакуумплотно герметизируются и соединяются с сердечником ротора посредством диффузионной сварки. Так как стержни должны обладать возможностью закладывания, например, во фрезерованные или точеные пазы вала, они подчиняются высоким требованиям точности посадки, и поэтому производство роторов требует множества шагов контроля.
В основе изобретения лежит задача предложить усовершенствованный способ изготовления роторов электрических асинхронных машин.
Задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
При предлагаемом изобретением способе изготовления ротора электрической асинхронной машины сначала изготавливается опорный вал, снабженный пазами вала. Затем на этот опорный вал наносится короткозамкнутый ротор. Для нанесения короткозамкнутого ротора опорный вал и электропроводящий сыпучий материал вводятся в резервуар, так чтобы сыпучий материал заполнял пазы вала. Сыпучий материал в резервуаре посредством горячего изостатического прессования (ГИП) уплотняется и соединяется с опорным валом. После горячего изостатического прессования резервуар отделяется от опорного вала.
Таким образом, в соответствии с изобретением короткозамкнутая вращающаяся часть данного ротора изготавливается из введенного в пазы опорного вала сыпучего материала, который уплотняется посредством горячего изостатического прессования и соединяется с опорным валом. Благодаря этому предпочтительно отпадает известное из уровня техники изготовление отдельных устанавливаемых в пазы вала с посадкой фасонных деталей, а также отдельный ввод фасонных деталей в пазы вала. При этом предлагаемый изобретением способ существенно упрощает изготовление короткозамкнутых роторов по сравнению со способом, известным из уровня техники, при котором в пазы вала вводятся отдельные фасонные детали. Кроме того, предлагаемый изобретением способ снижает также затраты на изготовление, так как отпадает дорогостоящее отдельное изготовление фасонных деталей с точной посадкой.
Другое преимущество предлагаемого изобретением способа заключается в том, что он обеспечивает возможность простого изготовления даже сложных геометрических форм короткозамкнутых роторов, при этом только пазы вала выполняются соответствующим образом. Благодаря этому этот способ обеспечивает возможность простого изготовления короткозамкнутых роторов, имеющих оптимизированные механические и электрические свойства, в частности в отношении механической прочности и электрического коэффициента полезного действия короткозамкнутых роторов.
Один из вариантов осуществления изобретения предусматривает, что в качестве сыпучего материала применяется никелированный медный сыпучий материал.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что опорный вал изготавливается из стали.
Медь предпочтительно является пригодной в качестве материала для короткозамкнутых роторов, прежде всего, из-за ее хорошей электрической проводимости.
Никелирование медного сыпучего материала является предпочтительным, так как никель в металлургическом отношении оказался особенно пригодным диффузантом для прочного соединения меди с опорным валом, в частности, когда опорный вал изготавливается из стали. Никелирование медного сыпучего материала имеет, кроме того, то преимущество, что отпадает отдельное никелирование участков короткозамкнутого ротора, такое как, например, отдельное никелирование медных стержней в вышеназванном известном способе.
Сталь является предпочтительно пригодной в качестве материала для короткозамкнутого ротора, прежде всего, из-за ее прочности.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что резервуар выполнен по существу в виде замкнутой трубы из листовой стали.
Этот вариант осуществления предпочтительно обеспечивает возможность простого и экономичного изготовления резервуаров, пригодных для горячего изостатического прессования. При этом труба из листовой стали служит, с одной стороны, для придания короткозамкнутому ротору формы посредством задания пространства, заполняемого сыпучим материалом, а с другой стороны, труба из листовой стали предотвращает проникновение в сыпучий материал технологического газа, применяемого при горячем изостатическом прессовании, и вызываемую таким проникновением технологического газа пористость изготовленного короткозамкнутого ротора.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что резервуар имеет форму и размер, соответствующие опорному валу, так что прерванная пазами вала наружная сторона опорного вала после его ввода в резервуар прилегает к внутренней стороне резервуара.
Этот вариант осуществления обеспечивает возможность надлежащего ограничения заполненного сыпучим материалом пространства и изготовления ротора с гладкой поверхностью.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что опорный вал и резервуар выполнены по существу в цилиндрической форме.
Благодаря этому ротор изготавливается в цилиндрической форме, которая вообще является особенно предпочтительной для вращения ротора.
При этом варианте осуществления изобретения резервуар предпочтительно отделяется от опорного вала посредством движения откручивания.
Благодаря этому резервуар удаляется с опорного вала особенно простым и экономичным образом.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что опорный вал и резервуар выполняются таким образом, что пространство, заполненное в резервуаре сыпучим материалом, имеет взаимосвязанную структуру.
Таким образом. посредством горячего изостатического прессования в одном единственном технологическом шаге непосредственно создается взаимосвязанный короткозамкнутый ротор, так что предпочтительно отпадает дополнительное электропроводящее соединение отдельных участков короткозамкнутого ротора.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что резервуар при горячем изостатическом прессовании нагревается в автоклаве, наполненном технологическим газом. При этом в качестве технологического газа предпочтительно применяется аргон.
Эти варианты осуществления изобретения используют известные и испытанные технологии горячего изостатического прессования.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения становятся яснее и отчетливее понятны в связи с последующим описанием одного из примеров осуществления, который поясняется подробнее с помощью чертежей. При этом показано:
фиг.1 - схематично опорный вал ротора электрической асинхронной машины в резервуаре, и
фиг.2 - схематично опорный вал ротора электрической асинхронной машины и электропроводящий сыпучий материал в резервуаре.
Соответствующие друг другу части снабжены на фигурах одинаковыми ссылочными обозначениями.
На фиг.1 схематично показан опорный вал 1 ротора электрической асинхронной машины в резервуаре 2.
Опорный вал 1 выполнен по существу в виде круглого цилиндра, при этом цилиндрическая боковая поверхность 3 опорного вала 1 имеет множество пазов 4 вала, проходящих параллельно оси A цилиндра. Концевые участки 5 цилиндрической боковой поверхности 3 выполнены коническими, в виде усеченных конусов, которые сужаются в направлении концов цилиндрической боковой поверхности 3.
Резервуар 2 тоже выполнен в виде круглого цилиндра, при этом его внутренний диаметр соответствует наружному диаметру цилиндрической боковой поверхности 3 опорного вала 1. Цилиндрическая боковая поверхность 3 резервуара 2 выполнена в виде трубы из листовой стали.
При предлагаемом изобретением способе изготовления ротора опорный вал 1, как показано на фиг.1, вводится в резервуар 2, так чтобы труба из листовой стали прилегала к цилиндрической боковой поверхности 3 опорного вала 1, имеющей пазы 4 вала. Резервуар 2 на фиг.1 изображен в разрезе для пояснения положения опорного вала 1 внутри резервуара 2. Продольная протяженность резервуара 2 превосходит продольную протяженность цилиндрической боковой поверхности 3 опорного вала 1, так что после ввода опорного вала 1 в резервуар 2, как показано на фиг.1, концевые области 7 внутреннего пространства резервуара 2, которые ограничиваются концевыми участками 5 цилиндрической боковой поверхности 3 опорного вала 1, остаются свободными, и пазы 4 вала впадают в эти концевые области 7.
Как показано на фиг.2, не занимаемое опорным валом 1 пространство внутри резервуара 2 наполняется электропроводящим сыпучим материалом 8, так что сыпучий материал 8 заполняет пазы 4 опорного вала 1, а также концевые области 7 внутреннего пространства резервуара 2. Так как пазы 4 вала впадают в концевые области 7, пространство, заполненное в резервуаре 2 сыпучим материалом 8, имеет взаимосвязанную структуру.
Сыпучий материал 8 в этом примере осуществления представляет собой никелированный медный сыпучий материал.
В соответствии с изобретением сыпучий материал 8 в резервуаре 2 посредством горячего изостатического прессования уплотняется и соединяется с опорным валом 1, при этом резервуар 2 нагревается в автоклаве, наполненном аргоном в качестве технологического газа, под высоким давлением. При этом создается нанесенный на опорный вал 1 взаимосвязанный короткозамкнутый ротор, который образуется уплотненным сыпучим материалом 8. Труба из листовой стали резервуара 2 после горячего изостатического прессования откручивается от опорного вала 1.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано в деталях на одном из предпочтительных примеров осуществления, изобретение не ограничено описанными примерами, и специалистом могут быть выведены отсюда другие варианты без выхода из объема охраны изобретения.