Модернизация мощных электродвигателей

Модернизация крепления обмотки статора.

Одним из определяющих факторов надежности и долговечности изоляции обмоток статоров мощных электродвигателей является стабильность ее крепления в лобовой и пазовой частях. Проблема крепления обмотки статора приобретает еще большую актуальность в связи с переходом электромашиностроительных заводов и многих ремонтных предприятий на термореактивную изоляцию, более жесткую по сравнению с микалентной и поэтому не допускающей значительных деформаций в процессе эксплуатации. Кроме того, в отличие от микалентной компаундированной изоляции, которая при рабочей температуре обмотки, размягчаясь и разбухая, заполняет паз, препятствуя смещению обмотки, с термореактивной изоляцией этого не происходит.
Расчеты и исследования показали, что лобовая и пазовая части обмоток статоров с термореактивной изоляцией могут противостоять электродинамическим нагрузкам только при жесткой, монолитной, системе их крепления. В числе мероприятий, повышающих надежность и жесткость крепления обмоток, могут быть следующие:
применение формопласта препрег для заполнения зазоров между катушками обмотки в местах установки дистанционных колодок, между обмоткой и бандажными кольцами, а также в качестве прокладок, уложенных в пазовую часть обмотки. В последнем случае прокладки препрега должны быть предварительно покрыты фторопластовой пленкой для предотвращения их прилипания;
замена шнуровых бандажей из льнопенькового шнура бандажами цепной вязки из пропитанного эпоксидным составом лавсанового (стеклолавсанового) шнура или термоусадочной ленты;
установка дополнительных распорок на выходе из паза катушек обмотки, замена деталей крепления обмотки, изготовленных из дерева, на стеклопластиковые;
замена обычных подклиновых прокладок гофрированными из стеклотекстолита;
установка дополнительных кронштейнов и бандажных колец;
применение магнитных клиньев, уменьшающих электродинамические усилия на лобовую и пазовую части обмотки.
Часть указанных мероприятий можно выполнить в период капитального ремонта электродвигателя с выводом ротора, другую — при полной перемотке обмотки статора.
Формующийся материал и эпоксидный состав для пропитки лавсанового шнура содержит связующее горячего   отверждения. В результате последующей запечки лобовым частям обмотки придается монолитность и высокая виброустойчивость.
Для получения бандажа, плотно облегающего сопрягаемые детали, необходим эластичный шнур, усаживающийся при нагреве. Этим условиям удовлетворяет лавсановый шнур, усадка которого увеличивается с ростом температуры и достигает 6% при 120 °С. Основные свойства шнуров для вязки бандажей по данным , приведены в табл. 1. Пропитка лавсанового шнура эпоксидными составами горячего отверждения перед их установкой и последующая термообработка при температуре 100°С повышает его механическую прочность на 50—60%.
Таблица 1

Усадка лавсанового шнура после 2 ч выдержки при температуре 80 °С составляет 1,5%, при 100 °С—3%, при 120 °С—6%, при 160 °С— 13,0%. Стеклолавсановый шнур ШСЛ с сердечником из стеклянных нитей и лавсановой оболочки сочетает нагревостойкость стеклошнура с усадочными свойствами лавсана при запечке.
Предприятие «Мосэнергоремонт» в качестве материала для бандажей применяет термоусадочные ленты ЛНТЖ- 80, ПАН-80, ЛТЖ-25 шириной от 24 до 72 мм, рекомендованные Всероссийским научно-исследовательским институтом электроизоляционных материалов (ВНИИЭИМ) и специальным конструкторским бюро по синтетической изоляции (СКБСИ). Термоусадочная лента дает усадку по длине до 12% с напряжением усадки 11,3 МПа (115 кгс/см²) при повышении температуры до 160 °С. Ширина ленты подбирается в  зависимости от зазоров между катушками или стержнями в лобовых частях. При бандажировке надежно закрепляется конец ленты, чтобы вязка при усадке ленты не развязывалась.
Пластическая податливость препега и его способность формоваться по месту установки без нагрева позволяют избежать при укладке обмотки зазоров между катушками, стержнями и деталями крепления. После запечки прокладки прочно соединяются с сопрягаемыми поверхностями, способствуя созданию монолитной лобовой части обмотки статора.
Механическая прочность препрега ниже, чем стеклотекстолита СТЭФ, но достаточна для крепления лобовых частей мощных электродвигателей. В качестве исходного материала используют препрег марки АП-70-151А, ППМ-5М, ППЛ-Э или ППЛ-П. Препреги марок ППМ и АП на основе рубленого стеклохолста, полиэфирного связующего и различных наполнителей недостаточно хорошо формуются и подпрессовываются. У препрегов ППЛ-Э и ППЛ-П в качестве основы использована стеклоткань трикотажной структуры, легко изменяющей толщину при небольшом давлении.
На основе эпоксидного связующего разработан препрег ППЛ-Э, на основе полиэфирной смолы — препрег ППЛ-П с наибольшим сроком хранения, равным 6 мес. Для предотвращения вытекания полиэфирного связующего в препрег ППЛ-П введены тальк и слюда. В табл. 2 приведены физико-механические и электрические свойства препрегов. Заводами-изготовителями установлен гарантийный срок препрега 3—6 мес. со дня изготовления в зависимости от марки. По истечении указанного срока препрег перед применением подлежит испытанию и считается годным при соответствии всех показателей, изложенных в технических условиях.
Таблица 2

В качестве прокладок между верхним и нижним рядами стержней обмотки и между обмоткой и бандажными кольцами целесообразно использовать формующийся материал в цилиндрической оболочке ФМЦ. Материал ФМЦ представляет собой цилиндрическую стеклотрикотажную оболочку диаметром 25—50 мм, заполненную премиксом на основе рубленого стекловолокна, полиэфирной смолы и минеральных наполнителей.
Дистанционные распорки в лобовых частях перед установкой изолируют препрегом и пропитанной лаком ЭР 1-30 стеклотканью. Каждая дистанционная распорка подбирается пр толщине так, чтобы обернутая слоем препрега и стеклоткани, она плотно входила в зазор между катушками или стержнями (рис. 1). Бандаж накладывают шнуром, сложенным в две нитки, предварительно пропитанным эпоксидным составом и высушенным на воздухе при температуре 20 °С в течение 24 ч.

Рис. 1. Установка дистанционных распорок и шнуровых бандажей лобовых частей обмотки статора:
1 -  стержень. 2 поперечные нити бандажа,  5 дистанционная распорка; 6 пропитанная стеклоткань

Сначала накладывают поперечные нити бандажа, а затем продольные. Количество поперечных нитей определяется шириной распорки, а продольных — зазором между соседними катушками или стержнями. Усилие утяжки должно быть максимально возможным.
Для обеспечения большей электродинамической стойкости и механической прочности предприятие «Ростовэнергоремонт» устанавливает дополнительный двухъярусный бандажный пояс в следующей технологической последовательности (рис. 2). Соединяют все катушки кольцевыми бандажами 3, изготовленными из стеклобандажной ленты марки ЛСБ-F 0,2X20, располагая их в районе головок. Кольцевые пояса выполняют секционированными, по четыре-пять катушек на одну секцию с перехлестом двух соседних секций на одной стороне. Кольцевые бандажи должны охватывать каждую катушку своего слоя по периметру. Между катушками и стеклобандажной лентой прокладывают фторопластовую пленку. Кольцевые бандажи верхнего и нижнего слоя стягивают поперечными бандажа  Ми 4 из лавсанового шнура, располагая их между парой головок. Бандажные кольца притягивают к корпусу электродвигателя при помощи радиальных стяжек 2, изготовленных из лавсанового шнура или стеклобандажной ленты, с усилием не менее 147 Н (15 кгс). Для закрепления радиальных стяжек к корпусу статора приваривают семь планок, равномерно распределенных по окружности.

Рис. 3. Установка бандажного пояса на электродвигателе АС-5000/6000:
1  - бандажные кольца; 2 - радиальные стяжки;  4 - кольцевой бандаж; 4 поперечный бандаж; 5 — головка катушки

Усиление креплении лобовых частей электродвигателей типа СДСЗ-2000-1000

Рис. 4. Установка дополнительных распорок на выходе из паза обмотки статора электродвигателя ДВДД 215/39 12-16:
I. 3 — катушки об мотки статора; 2
прокладка; 4 шнуровой бандаж; 5 препрег; 6 распорка;   7— лавсановая

В предприятии «Харьковэнергоремонт» в зависимости от конструктивного исполнения электродвигателя и выявленных дефектов выполняются следующие  мероприятия.
применение кронштейнов более жесткой конструкции и установка дополнительных кронштейнов;
усиление крепления кронштейнов к нажимным фланцам крепежными болтами большего диаметра или приварка кронштейнов к нажимным фланцам;
крепление бандажных колец стеклотекстолитовыми гребенками с соответствующим изменением конструкции кронштейнов;
установка межслоевых кольцевых прокладок между катушками, вязка верхних сторон катушек к бандажным кольцам. Установка стеклобандажных поясов (бандажных колец) ь в электродвигателях с малым вылетом лобовой части обмотки (рис. 3). Усиление крепления межкатушечных соединений установкой дополнительных распорок.
В ПРИ «Ростовэнерго» при перемотках электродвигателей с целью повышения надежности корпусной изоляции обмотки статора в местах выхода катушки из паза устанавливают распорки 6 (рис. 4).
Существующая конструкция крепления катушек и стержней в пазу с помощью клиньев и плоских стеклотекстолитовых прокладок не обеспечивает достаточной надежности, поэтому особое внимание при ремонте необходимо уделять закреплению обмотки в пазу. Катушки и стержни в пазу должны плотно прилегать друг к другу по всей длине пазовой части, обеспечивая постоянное давление на дно паза в радиальном направлении.
В пазах статора целесообразно устанавливать стеклопластиковые клинья; изготовляемые методом протяжки смоченного связующим стекложгута через нагреваемую фильеру.

Рис. 5. Установка прокладок препрега в пазовую часть обмотки статора:
I, 3, 5 — прокладки препрега; 2, 4 катушки обмотки; 6 — лазовый клин
Технология изготовления этих клиньев предложена Харьковским отделением ВНИИ- ЭИМ. Используемые в настоящее время пазовые клинья из гетинакса или стеклотекстолита имеют ряд недостатков. Изготовление клиньев из листового материала значительно увеличивает их стоимость из-за больших отходов, прочностные показатели клина ниже из-за перерезания поперечных армирующих нитей при механической обработке. Стеклопластиковый клин создает значительно большее удельное давление на обмотку при заклиновке, чем стеклотекстолитовый, так как коэффициент трения его о «ласточкин хвост» пакета стал значительно меньше.
Плотное закрепление обмотки в пазу достигается за счет применения препрега, который прокладывают между нижним стержнем и дном паза, между верхним и нижним стержнем и между верхним стержнем и пазовым клином (рис. 5). Во избежание смещения препрега под клин помещают прокладку из стеклотекстолита, предотвращая  ее прилипание к препрегу фторопластовой пленкой. Применение формующегося материала в пазу позволяет уложить катушки и стержни на дно паза без зазоров между ними и пазовым клином, что обеспечивает их минимальную вибрацию.
Надежное закрепление обмотки обеспечивается также применением прокладок из волнистого стеклотекстолита, оказывающих постоянное давление на обмотку вследствие высокой устойчивости эластичных свойств (прокладки изготовляют максимальной длины из листа волнистого стеклотекстолита поперек направления волны). Затем проверяют отсутствие в обмотке посторонних предметов, тщательность заполнения препрегом зазоров между обмоткой и бандажными кольцами и между обмоткой и межслойными дугами; плотность установки дистанционных распорок (распорки не должны перемещаться в зазорах между стержнями усилием руки); качество наложения шнуровых бандажей (каждый виток бандажа должен быть уложен без нахлеста витков со стороны расточки статора); отсутствие излишков препрега в зазорах между стержнями.
После окончания работ, связанных с применением материалов требующих термообработки, обмотку запекают с помощью электрокалориферной установки, контролируя температуру обмотки штатным термоконтролем и временно установленными термометрами.
С одного торца электродвигателя устанавливают электрокалориферную установку, а другой торец закрывают заглушкой. Стыковочный переход от электрокалориферной установки до торца статора изготовляют в виде конусного каркаса из алюминиевой проволоки, на который накладывают несколько слоев асботкани.
В стыковочном переходе можно разместить регулировочные щитки для выравнивания температуры нагрева обмотки по окружности. Устанавливают дополнительную термопару для контроля температуры поступающего после калорифера в  статор горячего воздуха. Работу вентилятора калорифера контролируют звуковой и световой сигнализацией. Температура лобовых частей регулируется отключением секций калорифера, изменением расхода воздуха на всасе вентилятора или напряжения с помощью устройства РПН на трансформаторе собственных нужд, от которого питается электрокалориферная, установка. Температурный режим выдерживают в соответствии с нормами.
После запечки и остывания проверяют отсутствие незалеченных мест препрега и лавсанового шнура; при обнаружении незалеченных мест запечку повторяют. Многолетний опыт эксплуатации реконструированных электродвигателей различных типов свидетельствует о значительном повышении надежности и долговечности изоляции обмотки статора.