- КОНСТРУКЦИЯ СЕРДЕЧНИКОВ РОТОРОВ СИНХРОННЫХ МАШИН И ЯКОРЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
Рис. 13. Лист (диск) активной стали ротора диаметром до 990 мм.
- — пазы для укладки обмотки;
- — отверстия для вентиляционных аксиальных каналов; 3 — вырез под шпоночную канавку.
Сердечники роторов и якорей диаметром до 990 мм шихтуют из дисков (рис. 13). По возможности с целью экономии металла листы для роторов выштамповывают из середины колец, идущих для сердечника статора этой же машины При диаметре свыше 990 м.м сердечники шихтуют из сегментов. Наружный диаметр сегментов или дисков равен диаметру ротора (якоря); внутренний
Рис. 14. Лист (сегмент) активной стали ротора.
а — с внутренним «ласточкиным хвостом» ; б — с наружным «ласточкиным хвостом»,
диаметр зависит от конструкции посадки сердечника на вал.
По наружному диаметру дисков и сегментов штампуют пазы для укладки обмотки, а по внутреннему — различные пазы или выступы в виде «ласточкина хвоста» (рис. 14) для крепления сердечника в радиальном направлении.
Рис. 15. Крепление сердечника ротора запорным кольцом
I — запорное кольцо; 2 — сердечник ротора; 3 — нажимная шайба: 4 —вал; 5 —шпонка.
Ремонт сердечников роторов и якорей встречается более редко, чем ремонт сердечников статоров. Это объясняется тем, что потери ют вихревых токов в них значительно меньше, чем в сердечниках статоров, так как они работают при более низкой частоте перемагничивания. По этой же причине требования к надежности межчистовой изоляции несколько облегченные.
Рис. 16. Крепление сердечника ротора запорным разрезным пружинящим кольцом.
1 — разрезное пружинящее кольцо; 2 — нажимная шайба; 3 — нажимной палец.
Наиболее значительные повреждения сердечников роторов и якорей происходят из-за витковых замыканий, сопровождающихся электрической дугой и как следствием этого выгоранием части активной стали. В большинстве случаев эти повреждения ликвидируют местным ремонтом, и только при выплавлении большого объема, особенно если повреждение идет в глубь сердечника, приходится выполнять частичную и даже полную перешихтовку сердечника. Ремонт с перешихтовкой сердечника во многих случаях осложняется конструкцией его крепления на валу.
При наружном диаметре до 300—400 мм сердечники роторов асинхронных двигателей и якорей машин постоянного тока насаживают непосредственно на вал. Для передачи вращающего момента на валу предусматривают призматическую шпонку, а в листах стали — паз под шпонку (см. рис. 13, 15).
Для машин малой мощности, где активную сталь собирают в сердечник заранее и стягивают несколькими заклепками, а также для короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей, где активная сталь удерживается залитой алюминиевой обмоткой, сердечник насаживают на вал без шпонки. Поверхность вала в месте посадки сердечника накатывают (производят рифление), а затем шлифуют. Цель шлифования — удалить острые гребни накатки, являющиеся непрочным, легко сминаемым основанием при насадке на него сердечника. Сердечники с посадкой на рифленый вал и обмоткой, залитой алюминием, не ремонтируют.
Рис. 17. Крепление запорных колец роторов быстроходных машин.
1 — предохранительное кольцо; 2 — запорное полукольцо;
3 — удерживающая скоба.
Активную сталь спрессовывают нажимными шайбами с двух сторон сердечника (рис. 15 и 16). С одной стороны сердечника шайба упирается в выступ вала. С другой стороны, со стороны сборки и прессовки сердечника, ее фиксируют запорным кольцом, насаженным горячей посадкой на вал (рис. 15), или разрезным пружинящим кольцом (рис. 16), заходящим в выточку вала.
В быстроходных машинах запорное кольцо часто выполняют из двух полуколец (рис. 17) и на них насаживают массивное предохранительное кольцо, которое удерживается от аксиального перемещения стальными скобами.
В якорях машин постоянного тока и фазовых роторах асинхронных электродвигателей применяют конструкцию, при которой нажимные шайбы совмещаются с обмоткодержателями. Часто к обмоткодержателям крепят вентиляторы с канавками для размещения в них балансировочных грузов.
Рис. 18. Крепление сердечника ротора штифтами.
1 — сердечник ротора; 2 — штифт, 3 — ребро остова.
При наружном диаметре сердечника от 400 до 990 мм посадку дисков активной стали обычно производят на втулку или ребра вала (рис. 18), образующие так называемый остов ротора.
Рис. 19. Крепление сердечника ротора тангенциальными шпонками.
1 — вал; 2 — тангенциальные шпонки; 3 — призматическая направляющая шпонка; 4 — аксиальные вентиляционные каналы.
Втулку выполняют из чугуна, а для ответственных машин — из литой стали. Для фиксации сердечника в тангенциальном направлении закладывают штифты, наполовину утопленные в ребра или втулку вала и наполовину — в сердечник. Для обеспечения тугой посадки фиксирующих штифтов отверстия для них предварительно обрабатывают (проходят) разверткой.
В машинах с указанным диаметром сердечника, предназначенных для работы с пульсирующей нагрузкой или частыми реверсами, активную сталь насаживают непосредственно на вал. В этом случае сердечник предварительно собирают отдельно, стягивают стяжными шпильками и обрабатывают в нем отверстия для напряженной или тугой посадки на вал. Сердечник насаживают на вал под прессом по направляющей шпонке и заклинивают тангенциальными шпонками (рис. 19).
Для охлаждения роторов и якорей применяют осевую (аксиальную) и радиальную системы вентиляции. При осевой вентиляции в листах стали штампуют соответствующие отверстия, как это показано на рис. 13 и 19. При радиальной вентиляции и посадке сердечника непосредственно «а вал для подвода воздуха к радиальным вентиляционным каналам предусматривают также несколько осевых каналов. При посадке сердечника на роторную звезду надобность в этих осевых каналах отпадает, воздух беспрепятственно попадает в радиальные каналы через окна между внутренней поверхностью сердечника и валом (рис. 20).
Рис. 20. Радиальная система вентиляции при посадке сердечника на сварную роторную втулку.
Дистанционные распорки — ветреницы в вентиляционных радиальных каналах и нажимные пальцы в сердечниках якорей и роторов по конструкции аналогичны применяемым в сердечниках статоров. Однако их крепление усилено, так как при вращении на них действуют центробежные силы в радиальном направлении. В крупных электрических машинах при большой частоте вращения для предотвращения выпадания («вылетания») ветрениц из каналов в крайних дисках пакетов выштамловывают упоры (рис. 21, а), а нажимные пальцы выполняют с выступами, заходящими в обмоткодержатель (рис. 21,6).
При диаметре сердечника более 990 мм он шихтуется из сегментов.
Ремонт сердечников роторов и якорей крупных машин, шихтуемых из сегментов, при частичной или полной перешихтовке — задача трудная и требует ясного представления о способе сборки и крепления, поэтому ниже приводятся возможные варианты этих конструкций.
Рис. 21. Крепление ветрениц (а) и нажимных пальцев (б) в быстроходных электрических машинах.
Если в сердечниках статоров шихтовка выполняется, как правило, со сдвигом стыков по слоям на 1/2 сегмента, то для сегментов активной стали ротора и якоря шихтовка производится с меньшим сдвигом стыков по слоям. Это делают для увеличения механической прочности сердечника в стыках сегментов.
По окружности сердечника в одном слое укладывают целое число одинаковых сегментов (число пазов сердечника без остатка делится на количество сегментов). При делении числа пазов в сегменте на 2 можно сделать шихтовку со сдвигом на 1/2 сегмента (рис. 22), при делении на 3 — на 2/3 сегмента и при делении на 4 - на 3/2 сегмента (рис. 23) и т. д.
В сердечниках роторов (якорей) применяют также винтовую шихтовку.
Количество сегментов, укладываемых по окружности сердечника, увязывают с количеством радиальных ребер (спиц), (рис. 23) роторной (якорной) звезды (остова) или с количеством привариваемых специальных планок (рис. 24). Ребра (планки) обрабатывают по третьему классу точности.
Рис. 22. Сердечник ротора с креплением к остову клиньями «ласточкин хвост» и шихтовкой со сдвигом стыков на 1/2 сегмента.
1 — клин «ласточкин хвост»; 2 — стяжная шпилька.
Вид сопряжения сердечника с истовом, обеспечивающего передачу требуемого вращающего момента, определяет технологию сборки. Все сегментные сердечники стягиваются шпильками.
Рис. 23. Сердечник ротора с креплением к остову призматическими пригнанными шпонками и шихтовкой
со сдвигом стыков на 3/4 сегмента.
1 — призматическая шпонка; 2 — стяжная шпилька.
Рис. 24. Сердечник ротора с креплением к остову штифта мн.
Существует несколько способов крепления сердечников роторов и якорей к остову, но при любом из них соблюдается правило, что количество стягивающих сердечник шпилек должно быть не менее 2 на сегмент и обычно не менее одного элемента крепления каждого сегмента к остову. Это необходимо для обеспечения прочности сердечника при воздействии на него центробежных сил.
В тихоходных машинах сегменты выполняют с выступом или пазом типа «ласточкин хвост». Соответственно в ребрах остова выполняют пазы типа «ласточкин хвост» (рис. 25) или к остову крепят клинья «ласточкин хвост» (см. рис. 22). Сборка сердечника идет с базированием по обточенным ребрам (планкам).
Рис. 25. Сердечник ротора с креплением к остову выступами в сегментах по форме «ласточкина хвоста».
Может быть крепление с остовом и посредством прямоугольных пригнанных шпонок (см. рис. 23), а также с помощью штифтов, вставляемых после сборки сердечника и обработки под них отверстий (см. рис. 24).
В роторах и якорях электрических машин, работающих в тяжелых условиях, элементами крепления к остову производят радиальную растяжку сердечника, чем гарантируется его монолитность с остовом в работе на больших частотах вращения (исключается разъединение).
Радиальную растяжку сердечника выполняют различными способами.
Различают конструкцию крепления и растяжки сердечника одинарными клиновыми шпонками (рис. 26), где в каждой планке, по которой шихтуют сердечник, имеется паз под клиновую шпонку с выфрезерованным уклоном 1:100.
Рис. 26. Сердечник ротора с растяжкой и креплением к остову одинарными клиновыми шпонками.
I — планка остова; 2 — клиновая шпонка; 3 —стяжная шпилька.
Против паза планки располагается паз сегмента. В эти пазы забивают клиновые шпонки. Причем уклон пазов в рядом лежащих планках выполняют в разные стороны, для того чтобы забивку клиньев выполнять с обеих сторон сердечника, чем достигается его равномерное крепление.
Рис. 27. Сердечник ротора с креплением к остову парными клиновыми шпонками.
1 — парная клиновая шпонка; II — призматическая шпонка.
Существуют конструкции, в которых сердечник крепят и растягивают парными клиновыми шпонками (рис. 27). Шпонки забивают между обточенными планками и лазами сердечника, расположенными над планками (узел 1 на рис. 27).
Чтобы исключить возможность проворота сердечника относительно остова, предусмотрена призматическая шпонка, которая одновременно является и частью парной клиновой шпонки; ее верхняя грань обрабатывается с уклоном (узел II на рис. 27). Такая конструкция крепления более технологична, чем крепление одинарными шпонками, так как для ее осуществления необходимо только в одном ребре обработать обычную (без уклона) шпоночную канавку.
Парные клинья забивают после сборки всего сердечника и прошивания пазов для снятия цилиндрической поверхности на планках (образуется плоская лыска) и среза «гребенки» на опорной поверхности паза сердечника. Затем разогревают сердечник до разности температур между ним и остовом примерно 70°С и добивают клинья. Это создает после остывания значительный натяг между сердечником и остовом.
Рис. 28. Сердечник якоря с креплением к остову парными тангенциальными (а) и парными радиальными (б) шпонками.
Разность зазоров между сердечником и планками не должна быть более 0,6 мм.
Для крупных машин с переменным во времени вращающим моментом л для машин с ударными нагрузками надежными являются расклиновка сердечника с помощью парных радиальных и тангенциальных шпонок (рис. 28), а также конструкция сердечника с листами стали, имеющими выступы «ласточкин хвост», под которые (через один) забивают парные клиновые шпонки (рис. 29), создающие надежное крепление сердечника.
Рис. 29. Сердечник якоря с креплением к остову выступами по форме «ласточкина хвоста» и парными клиновыми шпонками.
I — парные клиновые шпонки; 2 — стягивающая шпилька: 3 — обточенное ребро остова; 4 — балка остова.
Шихтовка сердечника идет с базированием одного выступа листа стали по обточенному ребру и заводом другого выступа в балку, которая приваривается к остову после сборки всего сердечника.
