Статор крупногабаритной электрической машины
Объектом полезной модели является статор крупногабаритной электрической машины. Область применения полезной модели - тяжелое электромашиностроение. Сущность полезной модели заключается в том, что статор содержит сварной корпус с опорой через съемные лапы на фундамент. Корпус состоит из: поперечных стенок-рам со срезами и пазами по бокам, распределенных по длине корпуса. Продольных боковых брусьев, частично расположенных в пазах рам. Вертикальных прямоугольных боковых опорных стенок, расположенных между брусьями, примыкающих к боковым срезам рам. Массивных плит с глухими цилиндрическими гнездами под транспортные цапфы, расположенных с обеих сторон в средней части корпуса, между продольными брусьями и вертикальными стенками. Продольных ребер, расположенных между стенками-рамами по окружности и длине корпуса. Цилиндрических обшивок, охватывающих стенки-рамы по наружному диаметру и расположенных в верхней и нижней части корпуса между продольными брусьями. Проемов в обшивках, расположенных в нижней части корпуса, один под установку короба газоохладителей, другой под установку коробки выводов, с присоединительными фланцами и глухими резьбовыми отверстиями в них. Накладных коробов-газопроводов П-образного сечения, расположенных по длине корпуса на нижних обшивках по обе стороны от продольной оси корпуса, закрепленных к нему газоплотной сваркой, и предназначенных для переброски охлаждающего газа высокого давления, с одной стороны корпуса на другую. В предлагаемой конструкции, корпус выполнен составным из частей. Части, снабжены: внутренними стыковочными кольцами, в местах сопряжения. Посадочными «замками», обработанными по торцам стыковочных колец. Смежными резьбовыми и проходными отверстиями, расположенными в стыковочных кольцах по окружности. Стяжными болтами, расположенными в упомянутых отверстиях. Фасонными кольцевыми канавками на стыке колец по наружному и внутреннему диаметру, заполненными сварными швами. Цилиндрическими силовыми обшивками, с ребрами жесткости, установленными между упомянутыми боковыми брусьями. Трубными вставками, установленными в «рассечку» накладных П-образных коробов, расположенных в зоне стыковочных колец. Вырезами и заглушками по краям трубных вставок и окнами в боковых продольных и поперечных вертикальных стенках, оставшихся частей накладных коробов, напротив вырезов в трубных вставках.
Альтернативным решением является конструкция упомянутого статора, отличающаяся тем, что трубные вставки выполнены составными, например из 3-х частей: коротких крайних и длинных средних. Причем короткие предварительно приварены к крайним частям корпуса, а длинные снабжены по краям скользящими муфтами. Муфты, при окончательной сборке корпуса, смещаются на стыки трубных вставок и обвариваются кольцевыми газоплотными швами. Упомянутые стенки-рам расположеные в зоне силовых цилиндрических обшивок выполнены по радиусу.
Использование предлагаемой конструкции корпуса позволит повысить жесткость корпуса и снизить вибрацию статора, при работе турбогенератора, а также уменьшить трудоемкость изготовления корпуса, повысить технику безопасности при проведении сварочных и сборочных работ и упростить транспортирование узлов по цехам.
Полезная модель относится к области электромашиностроения и касается корпусов статоров крупных электрических машин, например турбогенераторов, с воздушным и водородным охлаждением.
Известны конструкции длинномерных статоров электрических машин в однокорпусном исполнении, корпуса у которых сварные цельные и состоят из: поперечных стенок-рам, распределенных по длине корпуса, продольных брусьев, массивных плит, цилиндрических обшивок и др. деталей, соединенных между собой обычными и газоплотными сварными швами (Турбогенераторы. Повреждения и ремонт. С.И. Хазан, изд "Энергия" М., 1971 г., Турбогенераторы. Расчет и конструкция В.В. Титов, Г.М. Хуторецкий и др. под ред. Н.П. Иванова и Р.А. Лютера, изд. «Энергия», Л, 1967 г., Турбогенераторы. Ремонт турбогенераторов с воздушным и водородным охлаждением. С.И. Хазан, изд. «Энергия», Л, 1965 г., Турбогенераторы. А.Е. Алексеев, М.П. Костенко, Государственное энергетическое издательство, 1939 г., Производство электрических машин. Н.В. Виноградов, изд. «Энергия», Москва, 1970 г.).
Также известны конструкции длинномерных статоров крупных электрических машин в двухкорпусном исполнении (Турбогенераторы. Расчет и конструкция В.В. Титов, Г.М. Хуторецкий и др. под ред. Н.П. Иванова и Р.А. Лютера, изд. «Энергия», Л, 1967 г.); у которых поперечные стенки-рамы распределены по длине попарно, в связи с креплением к ним плоских пружин подвески внутреннего корпуса.
Недостатком длинномерных корпусов является снижение жесткости, при работе турбогенератора, которая проявляется в повышении частоты собственных колебаний корпуса и, соответственно повышении вибрации уже собранного статора с нашихтованным сердечником и уложенной обмоткой. Также к недостаткам длинномерных корпусов следует отнести наличие в конструкции корпусов, транспортных цапф, расположенных в средней части, которые не позволяют, в случае повышенной вибрации, устанавливать дополнительные, опорные съемные лапы, препятствующие развитию колебаний в средней части корпуса.
К другим не менее важным недостаткам упомянутых корпусов можно отнести: необходимость цехам изготовителям иметь уникальное станочное, крановое и транспортное оборудование; крупногабаритный гидростенд для проверки прочности корпусов под давлением, так как в этих генераторах применяется охлаждающий водород, которым заполняют корпус под большим давлением; крупногабаритные технологические приспособления: подставки, помосты, лестницы.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования корпуса статора и исключение по возможности указанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что в статоре крупногабаритной электрической машины, содержащем сварной корпус с опорой через съемные лапы на фундамент, состоящий из: поперечных стенок-рам со срезами и пазами по бокам, распределенных по длине корпуса; продольных боковых брусьев, частично расположенных в пазах рам; вертикальных прямоугольных боковых опорных стенок, расположенных между брусьями и примыкающих к боковым срезам рам; массивных плит, с глухими цилиндрическими гнездами под транспортные цапфы, расположенных с обеих сторон в средней части корпуса, между продольными брусьями и вертикальными стенками, также примыкающих к боковым срезам рам; продольных ребер, расположенных между стенками-рамами по окружности и длине корпуса; цилиндрических обшивок, охватывающих стенки-рамы по наружному диаметру, расположенных в верхней и нижней части корпуса между продольными брусьями; проемов в обшивках, расположенных в нижней части корпуса, под установку короба газоохладителей и коробки выводов, с присоединительными фланцами и глухими резьбовыми отверстиями в них; накладных коробов-газопроводов П-образного сечения, расположенных по длине корпуса на нижних обшивках по обе стороны от продольной оси, для переброски охлаждающего газа высокого давления с одной стороны корпуса на другую, в соответствии с полезной моделью, корпус выполнен составным из частей, снабженных: внутренними стыковочными кольцами, в местах сопряжения частей; посадочными «замками», обработанными по торцам стыковочных колец; смежными резьбовыми и проходными отверстиями, расположенными в стыковочных кольцах по окружности; стяжными болтами, расположенными в упомянутых отверстиях; фасонными кольцевыми канавками на стыке колец по наружному и внутреннему диаметру, заполненными сварными швами; цилиндрическими силовыми обшивками, установленными между упомянутыми боковыми брусьями с ребрами жесткости, установленными с обеих сторон обшивок, напротив друг друга по длине; трубными вставками, установленными в «рассечку» упомянутых накладных П-образных коробов, в зоне стыковочных колец, закрепленных к ним сваркой; вырезами и заглушками по краям трубных вставок и окнами в, упомянутых боковых продольных и поперечных вертикальных стенках, оставшихся частей накладных коробов, напротив вырезов в трубных вставках. При этом трубные вставки также выполнены составными из частей, например 3-х: коротких крайних и длинных средних, причем короткие предварительно приварены к крайним частям корпуса, а длинные снабжены по краям скользящими муфтами, которые смещаются на стыки трубных вставок и обвариваются кольцевыми газоплотными швами. Упомянутые поперечные стенки-рамы, в зоне силовых цилиндрических обшивок, выполнены по радиусу.
Сравнительный анализ, предложенной конструкции корпуса и прототипа, позволяет сделать вывод о его новизне и эффективности, т.к. более жесткий составной корпус, снизит вибрацию, что положительно скажется на работе турбогенератора. Кроме того, при необходимости, в предлагаемом корпусе можно удлинить лапы или устанавливать дополнительные, гасящие колебания, лапы в средней части
Более того, составной корпус значительно упростит его изготовление из-за уменьшенных габаритов частей, повышения техники безопасности при проведении сварочных и сборочных работ, упрощения прочностных испытаний корпуса и пр.
Сказанное выше поясняется соответствующими чертежами. На фиг.1 изображен продольный разрез двухкорпусного статора турбогенератора, широко используемый многими отечественными и зарубежными фирмами; на фиг.2 изображен продольный разрез предлагаемого составного корпуса; на фиг.3 - вид А фиг.2, где показаны проемы под короб газоохладителей, коробку выводов и окна под лазные люки; на фиг.4 - выносной элемент Б фиг.2, где показаны внутренние стыковочные кольца; фасонные кольцевые канавки, заполненные сварными швами, посадочный «замок», смежные резьбовые и проходные отверстия, стяжные болты; на фиг.5 - разрез В-В фиг.2, где показана силовая обшивка между брусьями с ребрами жесткости; на фиг.6 - разрез Г-Г фиг.2, где показано удаление от корпуса, трубных вставок и их крепление к корпусу; на фиг.7 - выносной элемент Д фиг.2, где показана скользящая муфта и сборочный зазор между крайней и средней трубными частями; на фиг.8 - разрез Е фиг.2, где показано стопорение стягивающих болтов; на фиг.9 - разрез И-И фиг.2, где показаны вырезы в трубных вставках и окна в стенках накладных коробов; на фиг.10 показан предлагаемый составной корпус с установленными съемными технологической плитой 43 и парными поворотными цапфами 44; на фиг 11 показан корпус фиг.1 со съемными лапами, 51 и 52 на фиг.12 показан предлагаемый составной корпус фиг.2 с установленными удлиненными съемными лапами 47 и 48 и дополнительными лапами в средней части 49.
Корпус 1 разделен на три части 2, 3, 4, (фиг.2), снабженные внутренними стыковочными кольцами 5 и 6 фиг.4. В кольцах выполнены проточки под «замок» 7 и 8 и фасонные кольцевые канавки 9 и 10 под сварные швы 11 и 12. При сборке части корпуса статора устанавливаются в «замок» по посадке. Собранные между собой части корпуса 2, 3, 4 стягиваются болтами 13 через шайбы 14 (фиг.4) и стопорятся уголками 15 (фиг.8). С помощью фасонных канавок 9 и 10 (фиг.4) части корпуса соединяются дополнительно сварными швами 11 и 12 (фиг.4), при этом снаружи со стороны обшивки, швы 11 - газоплотные, а швы 12 - силовые. Между брусьями 16 и 17 (фиг.5) установлены силовые цилиндрические обшивки 18, которые в 1,2÷1,25 раза толще цилиндрических обшивок 19 и 20, при этом вертикальные стенки-рамы 21 в зоне силовых обшивок выполняются по радиусу R. Для повышения жесткости силовых цилиндрических обшивок 18 дополнительно вводятся встречные ребра жесткости 22 и 23. Для упрощения обработки стыковочных колец частей корпуса 2, 3, 4, накладные короба 24 (фиг.1) в зоне стыковочных колец фиг.2 обрезаны, а между оставшимися частями в «рассечку» установлены перепускные трубные вставки, которые для удобства также разделены на части: крайние - короткие 25 и 26 (фиг.2, 3) и средние - длинные 27. Крайние трубные вставки 25 и 26, при изготовлении крайних частей корпуса 2 и 4, предварительно привариваются к продольным и поперечным стенкам, оставшихся частей накладных коробов 27 и 28, закрывающий вместе с обшивками пространство вокруг проемов 29 и 30 (фиг.3). После сборки частей корпуса 2, 3, 4, устанавливаются средние трубные вставки 27 между крайних 25 и 26, с зазором «а» (фиг.7). С помощью скользящих муфт 31 (фиг.7), установленных предварительно на концах средних трубных вставок 27, три части труб соединяются между собой газоплотными сварными швами. С целью удобства выполнения сварочных работ, трубные вставки 25, 27, 26 (фиг.3) отстоят от цилиндрических обшивок 19 и колец 5 и 6 на величину просвета 32 (фиг.6), достаточного для выполнения сварочных работ по трубным вставкам и устранения, при необходимости, течей по сварным швам цилиндрических обшивок 19 и стыковочных колец 5, 6 в местах прохождения над ними трубных вставок 27, при пневмоиспытаниях корпуса. Для перепуска охлаждающего газа высокого давления из коробки выводов по трубным вставкам в каналы, образованные цилиндрической обшивкой 19, и продольными вертикальными и поперечными стенками 33 и 34, в местах выхода и входа газа в корпусе выполнены сквозные окна 35 и 36 (фиг.9). В крайних частях трубных вставок 25 и 26 (фиг.3) также выполнены вырезы 37 и 38 (фиг.9). Торцы крайних вставок закрыты заглушками 39. Для ограничения колебаний труб 27, при наличии вибрации корпуса статора, трубы с помощью ребер 40 и 41 (фиг.6) закреплены сваркой к корпусу статора.
Контроль состояния внутреней полости корпуса статора, обеспечивается с помощью лазных люков 42 (фиг.3).
Учитывая, что корпус 1 выполняется из 3-х частей, упрощаются и испытания корпуса на механическую прочность. Теперь каждую часть, по мере готовности, можно испытывать на малом гидростенде. Испытание корпуса по частям выполнять значительно проще и удобнее из-за малых габаритов и уменьшенных затрат. Так, например, когда проводятся испытания цельного корпуса, в него закачивается большой объем воды, а при наличии течей и последующей их подварке, воду, для их устранения, необходимо сливать, и потом вновь закачивать для повторного испытания и т.д. После проведения гидроиспытаний, торцевые фланцы крайних частей корпуса, от механических усилий испытательного давления воды, деформируются и эти деформации необходимо устранять. Устранять эти деформации проще и удобней в частях. Части корпуса устанавливаются на карусельный станок и с большой точностью обрабатываются.
В связи с изменением конструкции корпуса, для межцеховой транспортировки и кантовки статора с нашихтованным сердечником и уложенной обмоткой, выполняются технологические транспортировочные плиты 43 (фиг.10) с двумя поворотными цапфами 44. Эти плиты многоразового использования, крепятся к тем же глухим резьбовым отверстиям, что и съемные опорные лапы статора 47 и 48 (фиг.12). В поставку завода плиты не входят. На электростанции подъем и транспортировка статора выполняется с помощью съемных лап статора, 47 и 48 (фиг.12), в которых установлены неповоротные цапфы 49, по одной на каждой лапе. При необходимости снижения вибрации статора, в средней части корпуса устанавливают дополнительные лапы 50 (фиг.12). На (фиг.11) показан корпус прототип со съемными лапами 51 и 52, которые короче лап 47 и 48, из-за наличия плиты 53 и поворотной цапфы 54, являющихся принадлежностью конструкции корпуса.
1. Статор крупногабаритной электрической машины, например, турбогенератора с водородным охлаждением, содержащий сварной корпус с опорой через съемные лапы на фундамент, состоящий из: поперечных стенок-рам со срезами и пазами по бокам, распределенных по длине корпуса; продольных боковых брусьев, частично расположенных в пазах рам; вертикальных прямоугольных боковых опорных стенок, расположенных между брусьями, примыкающих к боковым срезам рам; массивных плит с глухими цилиндрическими гнездами под транспортные цапфы, расположенных с обеих сторон в средней части корпуса, между продольными брусьями и вертикальными стенками, также примыкающих к боковым срезам рам; продольных ребер, расположенных между стенками-рамами по окружности и длине корпуса; цилиндрических обшивок, охватывающих стенки-рамы по наружному диаметру, расположенных в верхней и нижней части корпуса между продольными брусьями; проемов в обшивках, расположенных в нижней части корпуса, один под установку короба газоохладителей, другой под установку коробки выводов, с присоединительными фланцами и глухими резьбовыми отверстиями в них; накладных коробов-газопроводов П-образного сечения, расположенных по длине корпуса на нижних обшивках по обе стороны от продольной оси корпуса, предназначенных для переброски охлаждающего газа высокого давления, с одной стороны корпуса на другую, отличающийся тем, что корпус выполнен составным из частей, снабженных: внутренними стыковочными кольцами, в местах сопряжения частей; посадочными «замками», обработанными по торцам стыковочных колец; смежными резьбовыми и проходными отверстиями, расположенными в стыковочных кольцах по окружности; стяжными болтами, расположенными в упомянутых отверстиях; фасонными кольцевыми канавками на стыке колец по наружному и внутреннему диаметру, заполненными сварными швами; цилиндрическими силовыми обшивками, установленными между упомянутыми боковыми брусьями с ребрами жесткости, расположенными с обеих сторон обшивок; трубными вставками, установленными в «рассечку», упомянутых накладных П-образных коробов, в зоне стыковочных колец, закрепленных к ним сваркой; вырезами и заглушками по краям трубных вставок и окнами в упомянутых боковых продольных и поперечных вертикальных стенках, оставшихся частей накладных коробов, напротив вырезов в трубных вставках.
2. Статор по п.1, отличающийся тем, что трубные вставки выполнены составными из 3-х частей: коротких крайних и длинных средних, причем короткие предварительно приварены к крайним частям корпуса, а длинные снабжены по краям скользящими муфтами, которые смещаются на стыки трубных вставок и обвариваются кольцевыми газоплотными швами.
3. Статор по п.1, отличающийся тем, что упомянутые поперечные стенки-рамы, в зоне расположения силовых цилиндрических обшивок, выполнены по радиусу.
