Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Проектирование электрических машин переменного тока

Конструктивное исполнение полюсов явнополюсных  роторов гидрогенераторов - Проектирование электрических машин переменного тока

Оглавление
Проектирование электрических машин переменного тока
Требования, предъявляемые к проектируемой машине
Основные элементы конструкции
Формулировка задачи проектирования
Магнитная цепь
Рассеяние обмоток возбуждения
Магнитное поле в сердечнике статора и ротора
Ток ротора и поле в воздушном зазоре под нагрузкой
Обмотки статоров
Схемы статорных обмоток
Транспозиция элементарных проводников статорной обмотки
Роторные обмотки
Обмотки асинхронных машин
Основные условия разработки конструкции
Основные конструктивные элементы статоров
Основные конструктивные элементы роторов
Вопросы конструкции, связанные с системой охлаждения
Турбогенераторы
Основные параметры турбогенераторов
Параметры возбуждения и охлаждающей воды
Общая компоновка турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки статора турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки ротора турбогенераторов
Задание по проектированию
Основные принципы проектирования обмоток с непосредственным охлаждением
Основные размеры
Электрические нагрузки
Магнитные нагрузки
Обмоточные данные ротора
Предварительный выбор размеров асинхронных машин при проектировании
Конструктивное исполнение асинхронных общепромышленных серий
Конструктивное исполнение асинхронных двигателей для особых условий эксплуатации
Диаметр и длина сердечника явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение полюсов явнополюсных  роторов гидрогенераторов
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных  компенсаторов
Оптимизация проекта
Проектирование гидрогенераторов с помощью ЭВМ
Проектирование асинхронных машин с частотным управлением на минимум веса
Проектирование асинхронных двигателей на минимум приведенной стоимости

Полюсы роторов гидрогенераторов (рис. 9-52) принципиально ничем не отличаются от полюсов роторов других типов синхронных машин, и их сердечники могут выполняться как шихтованными, так и массивными. В первом случае сердечник полюса собирается из шихтованных листов, обычно не лакируемых, толщиной от 0,5 до 2 мм (чем выше окружная скорость, тем больше толщина листа), стягиваемых шпильками и нажимными щеками (рис. 9-53), торцевая поверхность которых выполняется закругленной (с одним радиусом, если ширина сердечника менее 250 мм, и с двумя, если ширина более 250 мм).

Переход прямой части сердечника к закругленyой щеке осуществляется в виде скоса или ступенчатым. Если катушка полюса — сварная прямоугольной формы, то и щеки выполняются без закруглений.
Листы полюсов, как правило, не лакируются: сопротивления оксидной пленки достаточно для их изоляции.
виды крепления полюсов ротора:
Рис. 9-53. Различные виды крепления полюсов ротора: а — болтовые (винтовые); б — с помощью хвостов; в — гребенчатые; г — немагнитные вставки и шайбы
Крепление полюса к ободу может осуществляться винтами или болтами (рис. 6-1,5 и 9-53, а) с помощью «гребенки».

(Вообще говоря, можно иметь шихтованным только полюсный башмак и закреплять его на массивном сердечнике любым из указанных способов.) В очень быстроходных машинах сердечники полюсов могут быть откованы как одно целое с ободом, а башмаки закрепляются на них после установки катушек (рис. 9-53). Для уменьшения рассеяния полюсов, особенно если полюсное деление невелико, желательно уменьшение кромки полюсного башмака, однако ее минимальный размер ограничивается половиной ширины обмотки. Чтобы закрепить обмотку возбуждения, в этих случаях делают немагнитные массивные вставки в полюсные башмаки или кладут под башмаки немагнитную шайбу (рис. 9-53, г).
Массивные цельные полюсы довольно широко применяются в мощных гидрогенераторах и синхронных компенсаторах при больших зазорах (когда увеличением поверхностных потерь можно пренебречь). Преимущества их с точки зрения прочности очевидны, однако допустимая несимметрия тока при этом ограничивается, а стоимость может превышать стоимость шихтованного сердечника. Специальная демпферная обмотка в этом случае не нужна, требуется лишь установка соединения между башмаками.
Изоляция сердечника полюса выполняется в виде гильзы из стеклотекстолита или другого изоляционного материала, изоляция катушки — в виду двух шайб из механически прочного материала (под них дополнительно устанавливаются металлические шайбы) толщиной не менее 12 мм в наиболее тонком месте.

Рис. 9-54. Специальный профиль меди роторных катушек гидрогенераторов, облегчающий намотку: с = 6 мм, d = 2 мм; l= 0,4 b; а= (0,82:0,84).

Катушки полюсов гидрогенераторов наматывают из плоской меди толщиной от 2 до 15 мм на ребро; чаще всего для катушек с поверхностным охлаждением применяют профильную медь (рис. 9-54), в которой на углах катушки естественное утолщение внутреннего края полосы при изгибе не увеличивает благодаря скосу общей высоты катушки, а скос на наружном крае увеличивает поверхность охлаждения.

Для увеличения изоляционной прочности верхние и нижние витки катушек часто полностью изолируют стеклолакотканью. Межвитковая изоляция выполняется из асбестовой бумаги толщиной 0,3—0,5 мм, приклеиваемой к виткам на лаке с последующей запечкой всей катушки под прессом.

Рис. 9-55. Конструкция междуполюсного соединения: а — тихоходных 'машин; б, в — быстроходных машин

В последние годы применяется изоляция витков катушки стеклолакотканью, наматываемой на каждый виток вполнахлеста, с пропиткой лаком и запеканием под прессом. После запекания изоляция с наружной стороны катушки срезается для улучшения теплоотдачи.

При необходимости форсировать охлаждение катушки ротора применяют специальные вставки между полюсами [9-3], повышающие скорость воздуха, омывающего поверхность катушек, устраивают дополнительный обдув внутренней поверхности катушки, для чего ее отставляют от сердечника и часть охлаждающего воздуха направляют в этот канал.
Наибольший выигрыш даст устройство поперечных каналов внутри витков или между витками катушки (рис. 9-36, в). Воздух в эти каналы поступает из зазора между катушкой и сердечником полюса, в который он попадает из радиальных каналов обода ротора. Каналы между витками образуются с помощью дистанционных прокладок, каналы в витках — путем изготовления каждого витка из двух медных полос: плоской и периодического профиля. Катушка в этом случае делается прямоугольной, сварной. 

В особо высокоиспользованных машинах применяется непосредственное охлаждение катушки полюса водой. Катушки в этом случае наматываются из прямоугольной медной трубки (рис. 9-36, г).
способы крепления витков катушек ротора
Рис. 9-56. Различные способы крепления витков катушек ротора с помощью распорок: а — распорка, опирающаяся на кромки башмака; б—г — распорки, притянутые к ободу ротора с помощью болтов; д — распорка, крепящаяся с помощью хвоста; е — крепление катушки скобой
Соединения катушек выполняются гибкими в виде пакетов листовой бронзы, припаиваемых к крайним виткам катушки. Контактная поверхность должна, быть не меньше 10-кратного сечения витка. Междуполюсные соединения удерживаются специальными креплениями (рис. 9-55). В быстроходных гидрогенераторах катушки удерживаются от смещения специальными междуполюсными распорками или скобами (рис. 9-56). В радиальном направлении катушки удерживаются пружинами, заложенными в пазы обода ротора и упирающимися в стальную нижнюю шайбу. В ряде гидрогенераторов эти шайбы привариваются к сердечнику.
Выводные концы катушки возбуждения соединяются с шинами токоподвода, проходящими по остову ротора и валу до контактных колец. Шины изолированы микалентой и покровной лентой, их крепление па роторе осуществляется с помощью изоляционных колодок. Контактные кольца устанавливаются обычно на остове звездообразной формы.
Соединение демпферных обмоток соседних полюсов осуществляется также с помощью гибких перемычек, устанавливаемых на болтах. В быстроходных генераторах это соединение крепится к ротору с помощью оттяжек, а короткозамыкающие полосы демпферной обмотки дополнительно укрепляются на полюсе с помощью болтов и штифтов (рис. 9-57). Во избежание

ослабления болтов их головки и гайки шплинтуются специальными шайбами. В машинах с особо тяжелыми условиями работы демпферных обмоток соединения привариваются к короткозамыкающим полосам.
К особенностям конструкции вертикальных гидрогенераторов необходимо отнести крестовины, воспринимающие большие осевые и радиальные нагрузки. Их конструкция определяется общей компоновкой гидрогенератора (а также условиями его эксплуатации) и воспринимаемыми нагрузками.

Рис. 9-57. Типы соединений и креплений демпферных обмоток гидрогенераторов и синхронных компенсаторов: а — тихоходного гидрогенератора; б — быстроходного гидрогенератора; в, г — синхронного компенсатора при штрихованных и массивных полюсах

Опорные крестовины, поддерживающие подпятник, в подвесных гидрогенераторах могут быть лучевого или мостового типа, а также крестообразные. Две последние модификации могут выполняться неразъемными (рис. 9-58). Мостовые крестовины длиной до 13 м могут перевозиться по железной дороге. Ограниченное применение мостовых крестовин объясняется их меньшей по сравнению с лучевыми поперечной жесткостью.
В зонтичных гидрогенераторах нижние опорные крестовины, так же как верхние крестовины подвесных генераторов, могут быть мостовыми (при малых нагрузках и пролетах) или лучевыми со встроенной в крестовину или расположенной на ней масляной ванной (рис. 9-59, а и б).
Верхние крестовины зонтичных гидрогенераторов по конструкции подобны верхним крестовинам подвесных гидрогенераторов, но значительно легче их, так как не воспринимают нагрузки от подпятника.


Рис 9-58. Типы опорных крестовин подвесных гидрогенераторов; а — лучевая; б — мостовая; в — крестообразная
При отсутствии верхнего подшипника центральная часть такой крестовины может состоять только из двух дисков (рис. 9-60), при отсутствии возбудителя верхняя крестовина может быть выполнена мостовой с относительно небольшой радиальной жесткостью. В магнитной системе возбудителя может возникнуть неравномерность зазора и одностороннее магнитное тяжение, жесткость мостовой крестовины окажется при этом недостаточной, ее потребуется укрепить поперечными лапами.
В зонах крестовин гидрогенераторов располагаются все узлы гидрогенератора, требующие постоянного наблюдения и обслуживания: коллекторы возбудителя, контактные кольца, щеточные аппараты, аппаратура сигнализации, контроля и автоматики. Конструктивная компоновка этих узлов должна обеспечивать максимальную доступность и удобство обслуживания. Кроме того, в зонах крестовин обычно производятся все работы по разборке, сборке и налаживанию подшипников и подпятника.
В крестовинах подвесных генераторов с вынесенными масляными ваннами возбудители и подвозбудители устанавливаются над подпятником, и для их обслуживания устраиваются специальные площадки. Контактные кольца для снижения высоты агрегата располагаются в центральной части крестовин выше или ниже направляющего подшипника (последний целесообразно располагать внизу для удобства разборки и, главное, для повышения жесткости вала). Пример такой компоновки показан на рис. 9-61. Если ванна подпятника, а следовательно, и подшипник встроены в крестовину, то обслуживание возбудителя и контактных колец производится с перекрытия или лап крестовины, либо со специальных площадок. Пример такой компоновки показан на рис. 9-38, а. Контактные кольца расположены ниже возбудителя, а последний расположен коллектором вниз, что позволяет обслуживать их с одной площадки на уровне лап крестовины.
В зонтичных генераторах с опорой подпятника на крышку турбины единственный генераторный подшипник размещается в центральной части лучевой верхней крестовины. Возбудитель и контактные кольца удобно расположить над верхней крестовиной, чтобы обеспечить максимальное удобство обслуживания; при расположении контактных колец в верхней крестовине в радиальных ребрах делаются отверстия, позволяющие обеспечить круговой обход (рис. 9-60).
Необходимо отметить, что в ряде конструкций зонтичных быстроходных машин зарубежного производства требования доступности и простоты обслуживания не принимаются во внимание.

Рис. 9-59. Нижние лучевые крестовины зонтичных генераторов: а — со встроенной масляной ванной подпятника; б - с вынесенной масляной ванной:
1— ванна, 2 — центральная часть, 3 — опора подшипника

В таких компоновках требуется обеспечить чрезвычайно высокую надежность генератора и полную автоматизацию его работы, так чтобы обслуживание требовалось значительно реже.
Одним из наиболее сложных узлов вертикального гидрогенератора является подпятник, нагруженный как весом роторов генератора и турбины, так и вертикальной составляющей давления воды на рабочее колесо турбины. Подпятник состоит из вращающейся втулки с диском (пята) и неподвижных опорных подушек (собственно подпятник).
Для нормальной работы подпятника необходимо, чтобы между неподвижной и вращающейся частью всегда осуществлялось жидкостное трение; граничное и полусухое трение возможно только в режимах пуска и остановки, причем в особо тяжело нагруженных подпятниках в этих режимах на поверхность трения подается масло под давлением.

Рис. 9-60. Верхняя лучевая крестовина зонтичного гидрогенератора: а — с направляющим подшипником; б — без направляющего подшипника

Рис. 9-61. Компоновка лучевой верхней крестовины гидрогенератора подвесного типа
1 — возбудитель, 2 — контактные кольца
Для обеспечения жидкостного трения необходимо, чтобы между диском и опорными подушками существовала масляная пленка, толщина которой значительно превосходила бы погрешности обработки поверхностей трения. При работе подпятника (как и любого подшипника) масляный слой находится в состоянии динамического равновесия: силой сцепления между диском и маслом последнее засасывается между поверхностями трения и растекается там во все стороны под давлением нагрузки. опытным данным, подпятники с самосмазкой работают удовлетворительно, если средняя нагрузка на поверхности трения составляет 40—70 кгс/см2 (последнее число относится к подпятникам со специальным покрытием). При пуске давление от веса роторов турбины и генератора обычно не превосходит 25 кгс/см2.

Для обеспечения образования масляной пленки поверхности трения должны располагаться не параллельно, а под небольшим углом друг к другу, что достигается установкой опорной подушки на шарнирной опоре или на пружинном основании, причем опора смещается относительно геометрического центра подушки по направлению вращения на 5—8% ширины подушки.
В табл. 9-10 приведены данные наиболее крупных подпятников гидрогенераторов.

Таблица 9-10
Основные данные подпятников производства завода «Электросила»


Нагрузка,
тс

Диаметр по подушкам, м

Давление, кгс/см

Линейная скорость на среднем диаметре,
м/сек

наружный

внутренний

1500

3,10

1,85

38

8,84

2000*

3,64

2,04

38,5

9,4

2900*

4,29

2.21

44

11,0

2800

3,67

2,35

54,4

10,7

1400

2,45

1,40

55,3

12,6

2500

3,57

2,45

64

10,7

2600

4,55

3,20

36,8

19,0

1120

2,30

0,95

50

16,0

435

1,60

0,80

44,7

26,9

• Двухрядный подпятник.

В советской практике применяются подпятники на регулируемых винтовых опорах: однорядные (рис. 9-62, а) и двухрядные (рис. 9-62, в), а также подпятники на гидравлических опорах (рис. 9-62, б). Отличаются они способом регулирования нагрузки на опоры. Вращающаяся часть подпятника— пята выполняется одинаково во всех типах подпятников: она состоит из диска и втулки. Последняя является втулкой ротора или ее частью в зонтичных машинах и отдельной втулкой — в подвесных. На посадочную поверхность съемной втулки подпятника наносится слой меди. Поверхность трения диска («зеркало») обрабатывается до чистоты не ниже 8-го класса, отклонение ее поверхностей от плоскостности и параллельности — не более 0,03 мм. При больших местных неровностях диска подпятник повреждается по время пусков и остановок. Стабильность формы диска обеспечивается его большой толщиной и тщательной термообработкой, особенно удалением водорода из стали. Диск изготовляется из поковки (сталь 45). Диск и втулка соединяются изолированными болтами и штифтами, между диском и втулкой устанавливается также изоляционная прокладка, необходимая для защиты от подшипниковых токов.
Опорная подушка (сегмент, как ее еще называют) подпятника в настоящее время выполняется двухслойной для уменьшения тепловых деформаций (рис. 9-64, а). Верхняя часть ее делается тонкой (50—60 мм), нижняя — толстой (до 200 мм), а контактная поверхность между ними уменьшается фрезерованием канавок на нижней части. Верхняя часть обладает большой податливостью и не деформируется, так как зажата между диском и нижней частью, а температура поверхности основания благодаря большому тепловому сопротивлению стыка незначительно отличается от его средней температуры. Для улучшения теплоотдачи баббит наплавляется не прямо на поверхность подушки, а на медный подслой; при высоком удельном тепловыделении устраивается непосредственное водяное охлаждение верхней части подушки (которая в этом случае делается из латуни) с помощью змеевика (рис. 9-64, б).
Подушка опирается на тарельчатую опору (рис. 9-62), деформации которой несколько компенсируют увеличение нагрузки, вызываемое «боем» диска. Для увеличения деформаций опора делается из очень прочной стали. Опора средней своей частью опирается на сферическую головку регулировочного болта.


Рис. 9-63. Синхронные компенсаторы: а — с водородным охлаждением; б — с воздушным охлаждением; в — вертикального исполнения [9-3]



 
« Продолжительность сушки электрических машин   Пропитка и сушка электродвигателей »
электрические сети