CN103109441A - 用于将定子铁芯附接至发电机框体的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种发电机，包括：发电机框体(2、图1)；从所述框体(2)的内表面延伸的框体环(4)；形成设置在所述发电机框体(2)内的定子铁芯(88)的层叠的叠片；横跨至少两个框体环(4)之间的距离的弹簧条(40、图2)，第一弹簧条端部附接至第一框体环(4)，而第二相反的弹簧条端部附接至第二框体环(4)；附接至所述弹簧条(40)的至少一个托架(80)；和附接至所述托架(80)的第一和第二键条(84)，每个键条(84)用于接合所述定子铁芯(88)内的相应沟槽。

Description

用于将定子铁芯附接至发电机框体的方法和设备

技术领域

本发明涉及电力发电机，更具体地说涉及用于将定子铁芯附接至发电机框体的方法和设备。

背景技术

发电机定子铁芯是涡轮发电机组中的最大的单体部件。定子铁芯由数千薄钢叠片构成，它们被层叠和紧固在一起以形成圆柱形定子铁芯。每个叠片限定出一中心开口，因此当被层叠在一起时，所述开口延伸铁芯的轴向长度。开口内的旋转转子在被缠绕到铁芯中的定子绕组中生成电流。

在正常操作和瞬时状况期间生成的稳态和瞬态作用力使铁芯几何形状变形。铁芯向框体的不当附接可能由于磁性脉冲和铁芯椭圆形膨胀(即，铁芯从圆形变形至椭圆形)而引起叠片振动。铁芯膨胀效应在二极发电机(诱发双凸叶铁芯畸变)比在四极发电机(诱发四凸叶铁芯畸变)中更普遍。此外，由振动引起的机械疲劳效应可能导致发电机的过早失效。

例如，参见通过引用并入本文的共有美国专利No.5,875,540，已知的是通过首先组装然后结合若干叠片(合称为环状体(donut))来克服现有技术组装技术的一部分问题。这些环状体中的多个环状体然后被层叠(垂直地或者水平地)以形成定子铁芯。当与单独地组装叠片相比时，该工艺节省了大量时间，并且生成较少的铁芯缺陷。

当呈环状体形状的多个叠片或者各叠片形成为铁芯时，它们与设置在发电机框体的内表面上的轴向延伸键条接合。键条是棒状或者条状构件，其延伸框体的长度，并附接至内部框架结构(例如，框体环)。键条的向内表面包括与叠片(环状体)的外周缘中的轴向沟槽接合的突部。

图1是叠片或者环状体的插入前的发电机框体2的剖视图。键条6延伸框体2的一内部轴向长度，并且经由过渡转接板5(见图2)大体附接至支承环4。支承环4附接至发电机框体2，如图1所示。

叠片和键条与互补的沟槽接合，如图2所示，示出了燕尾形键条轮廓。每个叠片10围绕叠片的圆周限定出多个切口12。切口12与键条6的互补轮廓匹配。当多个叠片被附接在一起时，对齐的切口形成轴向沟槽。因此，围绕铁芯的圆周设置有若干轴向沟槽。通过将叠片10滑动到键条6上，叠片10得以固定至发电机框体2。由于定子铁芯在操作期间振动，所以关键的是键条和任意键条附接件应牢固地附接至铁芯和发电机框体。

由于叠片可以单独地安装或者作为环状体安装，如果叠片沟槽12与键条6之间的配合过紧，则现场安装可能非常困难，或者在极端情况下，是不可能的。因此，需要这样的结构元件和工艺，其允许叠片或者环状体轻松地载置到键条上，然后固定至发电机框体。

本领域的技术人员知道，可获得的发电机风格和额定值是多样化的，所以存在各种各样的发电机框体构造、定子构造和铁芯附接元件。期望的是提供技术上健全(即，提供需要的结构刚度同时还限制框体振动)且便利的技术和结构构件，以将铁芯附接至框体。

附图说明

在以下描述中结合附图说明本发明，附图中：

图1和2示出了现有技术发电机的内部结构构件。

图3-5示出了本发明一实施例的用于将铁芯附接至发电机框体的弹簧条和相关联的部件。

图6是弹簧条和相关联部件的截面图。

图7示出了用于上述图3-6的弹簧条的附接技术。

图8示出了附接至发电机框体环的两个串行弹簧条和它们的相关联部件。

图9示出了将铁芯附接至发电机框体的本发明的一个实施例。

图10示出了图9的实施例的键条轮廓和用于将键条附接至铁芯的结构构件。

具体实施方式

在详细描述根据本发明各方面的与将发电机定子铁芯附接至发电机框体有关的具体方法和设备，应该指出的是本发明(在其各种实施例中)主要在于与这些方法和设备有关的硬件和方法步骤的新颖和非显而易见的组合。因此，在附图中通过常规元件示出硬件和方法步骤，只显示与本发明有关的特定细节，从而避免以对于受益于本文描述的本领域技术人员来说显而易见的结构细节来模糊本公开。

以下实施例并非旨在限定本发明的结构或者方法的界限，而只是提供示例性的构造。实施例是许容性的而非强制性的，并且是示例性的而非穷举性的。

本发明的各种实施例可以被实施，以在将铁芯部分附接至框体前允许环状体铁芯部分(或者单个叠片)在现有发电机框体内插入和调节的结构来代替现有的铁芯对框体附接结构。本发明的两个实施例包括发电机框体与定子铁芯之间的作用力吸收或者振动吸收连接，以及框体与铁芯之间的刚性连接。作用力吸收实施例的附接技术特别有利于减少发电机定子振动。现有技术采用一种“硬安装”系统，其将定子铁芯振动转移至发电机框体以及转移至供发电机安装在其上的结构(例如，地面)。

本发明的一个重要特征允许刚性铁芯环状体以实际的组装间隙定位在任意发电机框体中。在铁芯环状体的调节后，它们根据第一实施例使用弹簧条连接至框体，或者根据第二实施例直接连接至框体。与第一实施例相关联的振动隔离是由于使用和放置了将铁芯附接至框体的弹簧条。

如图3-9所示的第一实施例特征为“低”调支承系统，即，定子铁芯和定子绕组的自然扭转频率，在安装有如本文所述的作用力吸收结构构件时，低于在发电机短路或者另一瞬态事件期间生成的扰动频率(即，行频和两倍行频)。弹簧条及其相关联部件的刚度呈现出期望的低自然扭转频率，从而最小化在瞬态事故(比如短路)期间发生的扭矩放大或者“扭矩积累”。该概念也趋于在正常操作期间使框体和基台与铁芯振动运动隔离。这些有利特征是本发明的结构部件的结果，其允许铁芯叠片或者环状体安装到各种设计的发电机框体中。

本独创性支承系统可以应用于四极和二极发电机，但是支承系统在应用于二极发电机时可能是更有利的，因为二极发电机经受较大的铁芯振动。

参考图3以及图4的分解图，轴向弹簧条40横跨两个连续框体环44(也称为部分环)之间的空间。弹簧条40围绕框体环44的内周缘大体位于多个位置处。在一个应用中，若干弹簧条设置成邻近3点钟和9点钟位置。然而，本发明包含使用任意数量的弹簧条，其围绕发电机铁芯的圆周设置在任意位置处。

每个框体环44限定出用于接收弹簧条40的两相反端部的切口。如图4中更清楚地示出的，U形夹52接合每个框体环切口，并且以紧固件56固定至框体环44。紧固件57将每个弹簧条端部固定在U形夹52的U形开口内。

在一个实施例中，弹簧条横跨两个连续框体环与中间框体环之间的距离。在该实施例中，有必要在中间框体环中形成切口，以提供用于弹簧条的间隙。弹簧条穿过切口。

另一实施例排除U形夹。相反，弹簧条端部被插入框体环切口中，并焊接至框体环。可能需要特殊的已知焊接程序来将高强度钢弹簧条焊接至软钢框体环。

端板58覆盖弹簧条40的各端的端面。典型地，端板58焊接至U形夹52。

当弹簧条40在紧固件57松弛地接合的状态下在各端处附接至两个U形夹52后，调节弹簧条40以适应附接至键条，如下所述。一旦确定了恰当的弹簧条位置后，将楔形件60插入弹簧条40的端部区域与相向的U形夹表面之间的间隙中。楔形件60焊接至U形夹52，然后帽64焊接至U形夹52。

楔形件60可以被优选来克服配合部件之间的内在设计的松配合。切口相对于弹簧条端部的尺寸来说通常是超大的，并且位于每个弹簧条端部处用于接收紧固件57的孔59相对于紧固件57的直径来说是超大的。

图5示出了弹簧条40和使用适当的紧固件附接至弹簧条40和键条84两者上的两个托架80；图5示出了用于接收用于附接本发明的各种元件的紧固件的多个开口；所述紧固件进一步在图6中示出。图5的实施例不包括如图3和4的实施例那样在其中形成有切口的中间框体环。

叠片或者环状体中的沟槽与从键条84突出的互补突部配合以结合两个结构构件。在托架80附接至键条84和弹簧条40的状态下，铁芯88(从而其组元环状体(也称为叠片的子组)和个个叠片)弹性地固定至发电机框体。

图5示出了键条84中的附加开口90。这些开口90接收紧固件，用于克服铁芯88的外表面而张紧键条84以确保良好的电导率。替代地，键条84可以与铁芯的外表面绝缘。键条94与铁芯的外表面之间的间歇式接触将被避免。

如已知的，在键条被牢固地固定后，键条的位置不能调节。因此，要容纳在键条位置和形状上的制造和安装波动，有必要在托架和弹簧条中提供各种调节机构，如本文所述的。

执行用于组装各种部件的步骤的顺序可以从所描述的顺序修改。例如，可以先将弹簧条40附接至U形夹52，然后将托架80附接至弹簧条40，最后将托架80附接至键条84。替代地，可以先将托架80附接至弹簧条40，然后将托架80附接至键条84，最后将弹簧条40附接至U形夹52。

图6是沿图5的线6-6所取的截面图。图6示出了两个弹簧条40(和相关联的结构)，在3点钟位置的每个相反侧各一个键条。如从该图可看出的，托架80包括U形的本体部80A和从本体部80A延伸出去的两相反取向的托架臂80B和80C。弹簧条40设置在U形本体部80A中的开口内。键条84在紧固件92穿过开口93的状态下(见图5)附接至托架臂80B和80C。开口93内的锥形键96(例如，垫片)允许键条84在紧固件92被张紧以将键条84固定至托架80前得到进一步调节。

并非必须在所有安装中都使用锥形键96。每个安装都是独特的，因此每个安装的具体情况会变化。因此，本申请给出用于将铁芯弹性附接至发电机框体的各种实施例，并且每个实施例可以根据需要采用不同的紧固技术。

托架80的本体部80A使用紧固件100固定至弹簧条40。在一个实施例中，紧固件包括起重螺丝和/或螺纹转接器，然而在另一些实施例中，也可以使用常规的螺栓、帽螺钉或者锥形垫片。

继续参考图6，托架本体部80A使用紧固件120和螺纹转接器124附接至弹簧条40。螺纹转接器占据弹簧条40中的开口与主托架部分80A中的同心开口128(见图5)之间的任意内在设计空间，并且紧固件120穿过弹簧条40中的开口以及托架80中的开口128。另见图7。

图6中的球形底座125用于应对紧固件的轴线与其底座平面之间的任意不成正方形的情况。

图7的近距视图示出了用于接收紧固件100的开口104、用于接收紧固件92的开口93和用于接收紧固件120(如下所述)的开口128。图7还大体示出了与框体环中的相应切口匹配的弹簧条40的区域110。

如本领域的技术人员已知的，本发明包括多个内在设计的间隙，其允许各种结构构件在发电机框体中的安装期间轻松地配合在一起。但是这些内在设计的间隙必须在最终组装前闭合。楔形件、螺纹转接器和垫片可以用于闭合这些间隙。也可以使用如本领域的技术人员已知的其它结构构件或者紧固件。

图8示出了从图6中的“A”箭头的方向观看时的弹簧条40和相关联的结构构件。多个弹簧条(和它们的相关联结构构件)被端对端地设置，以横跨定子铁芯的轴向距离，即，横跨在铁芯的一端上的第一框体环与铁芯的第二端上的第二框体环之间。

在一个实施例中，以上描述和示出的结构的组装按如下方式进行。如上所述地附接弹簧条40、U形夹52和托架80。由于在托架80与弹簧条40之间存在内在设计的间隙，所以可以在使托架80和弹簧条40与紧固件100、120结合前，在这两个构件之间进行调节。

环状体被设定在发电机框体内(使用临时导轨支承来承载环状体的重量，并且恰当地垂直地定位环状体)，并被对齐和紧固。键条84滑入铁芯环状体中的配套沟槽中并沿轴向方向被锁定。托架80被紧固至键条84以沿径向紧固键条和托架。然后锥形键96被插入，以沿切线方向张紧铁芯和托架。

当托架80已被固定至弹簧条40和键条84后，铁芯的自重由轴向弹簧条支承(因为经由框体环附接至发电机框体)，并且临时导轨支承被取出。

通常，弹簧条40的材料包括合金钢。并不要求弹簧条的材料具有任何特定的或者定量的冲击吸收性能。弹簧条40通常由高强度钢材料制成，以承受在短路或者相似事件期间施加在弹簧条上的高应力。

另一实施例主要用于四极发电机，其中铁芯振动以及向发电机框体和基台的振动传递低至可接受的程度。本领域的技术人员已知的是，四极发电机比起二极发电机通常经受较低程度的振动，因此对于四极发电机来说“高”调系统是可以接受的。该实施例在瞬时故障状况下不像上述实施例中的弹簧条及其相关联部件那样提供实质性的扭矩衰减。

图9和10示出了该第二实施例的主要结构，包括键条150，其具有从基部150B延伸的局部圆形成形的突部150A，用于与形成在铁芯158的外表面内(在包括铁芯158的各环状体或者叠片内)的互补轴向沟槽154配合。基部150B可以设计有其它轮廓形状。

楔形件168被插入突部150A与沟槽154的对向表面之间，以使键条150结合至铁芯158。也可以使用除图示出的圆形形状外的形状。使用楔形件168来使键条150结合至铁芯158以及这些表面之间的内在设计的间隙，允许键条的调节并且避免了键条必须相对于铁芯158中的轴向沟槽154精确定位的需求。

与上述实施例中的键条84相似，键条150可以通过挤压形成，或者通过将若干键条长度焊接在一起而形成。

框体环44(图9中以虚线示出)被接收在形成于键条150的基部150B的外向表面中的切口162内。可以按照需要沿周向调节键条150，来与铁芯158中的轴向沟槽154配合。一旦正确地定位后，框体环44的与基部150B中的切口表面接触的表面被焊接。替代地，切口可以形成在框体环44中以与键条150配合，然而，该技术限制了键条150能够被调节的周向范围。在任一情况下，键条150围绕铁芯的圆周分布在若干位置处。

通常，根据该实施例，键条150首先被焊接至框体环44，然后叠片或者环状体(通过滑动)被插入键条150中。

本发明的实施例可以用于将刚性铁芯环状体部分组装到具有框体环的任何定子框体中。本发明也允许以新键条来替代任何键条对铁芯附接装置，所述新键条具有设计成与现有铁芯环状体或者铁芯叠片一起动作的轮廓。本发明允许环状体的比较容易的水平安装，这是由于环状体中的轴向沟槽与被接收在这些沟槽内的键条之间的大安装间隙。但是本发明也降低径向松弛和运动的可能性。

在各个所描述的实施例中，环状体可水平地层叠以形成铁芯。因此，随着用于将铁芯附接至框体的工艺的进行，沿铁芯的底表面设置的两个键条能够承载铁芯的自重。这些键条可以在铁芯中心线下方位于任何地方。

发电机框体的某些区域是高压区域(即，受压下的气体)，而其它区域是低压区域。因此，重要的是隔离这些区域；本文所描述的各种结构构件和附接技术的使用被设计成旨在维持该压力差。

各种键条轮廓已在本文中被描述和示出。本领域的技术人员意识到其它轮廓形状也能够实现期望的目的。在共有专利No.7,202,587中示出了圆形轮廓。此外，认为有利的是使用锥形键和楔形件来将键条固定至铁芯沟槽，以克服由焊接引起的键条中的畸变，以及伴随发生的安装困难。最后，仿形键条和弹簧条的使用消除了现有技术中对于定位这些结构构件的极高精度要求。

当使用本文所描述的各个实施例中的任一个时，铁芯与发电机框体之间的径向松弛度得到降低。降低该径向松弛度使后来在框体内径向张紧铁芯的需求最小化。降低径向松弛度还降低发电机噪音。

有利地，可以在发电机部位处进行所描述的用于将铁芯附接至发电机框体的方法中的任一种，而不需要从基台抬升或者移动发电机框体。

虽然本文已图示和描述了本发明的多种不同实施例，但是应当明白的是这些实施例只以示例的形式给出。在不背离本发明的情况下，可以做出若干变型、变更和置换。因此，希望的是本发明只由所附权利要求的精神和范围限定。

Claims (25)

1.一种发电机，包括：

发电机框体；

从所述发电机框体的内表面延伸的框体环；

形成设置在所述发电机框体内的定子铁芯的层叠的叠片；

横跨至少两个框体环之间的距离的弹簧条，第一弹簧条端部附接至第一框体环，而第二相反的弹簧条端部附接至第二框体环；

附接至所述弹簧条的至少一个托架；和

附接至所述托架的第一和第二键条，每个键条用于接合所述定子铁芯内的相应沟槽。

2.如权利要求1所述的发电机，其中，所述弹簧条横跨第一与第二框体环之间包括中间框体环的距离。

3.如权利要求1所述的发电机，其中，所述弹簧条横跨两个连续框体环之间的距离。

4.如权利要求1所述的发电机，其中，所述层叠的叠片包括多个子组的叠片，每个子组包括多个叠片并且所述多个子组形成所述定子铁芯。

5.如权利要求1所述的发电机，其中，用于与所述铁芯中的互补轴向沟槽配合的第一和第二键条的轮廓包括圆形形状、椭圆形形状、锥形形状和燕尾形形状之一。

6.如权利要求1所述的发电机，其中，第一和第二框体环各自在其中限定出用于接收相应的第一和第二U形夹的切口，所述第一和第二U形夹固定至相应的第一和第二框体环，所述第一和第二弹簧条端部固定至相应的第一和第二U形夹。

7.如权利要求6所述的发电机，还包括：位于相应的第一弹簧条端部与第一U形夹以及第二弹簧条端部与第二U形夹之间的第一和第二内在设计的间隙，其中附接部件占据所述第一和第二内在设计的间隙。

8.如权利要求7所述的发电机，还包括：位于第一和第二弹簧条端部中的每一个与相应的第一和第二U形夹的对向表面之间的楔形件。

9.如权利要求1所述的发电机，其中，所述至少一个托架包括附接至所述弹簧条的第一和第二托架，所述第一和第二键条附接至所述第一和第二托架。

10.如权利要求1所述的发电机，其中，所述定子铁芯和定子绕组的扭转频率小于在瞬态事件期间生成的扰动频率。

11.如权利要求1所述的发电机，其中，所述发电机包括二极发电机或者四极发电机。

12.如权利要求1所述的发电机，其中，第一和第二弹簧条端部通过焊接附接至相应的框体环。

13.如权利要求1所述的发电机，其中，第一内在设计间隙被限定在每个弹簧条端部与相应的第一和第二框体环之间，第二内在设计间隙被限定在所述托架与所述弹簧条之间，而第三内在设计间隙被限定在第一和第二键条与所述托架之间，并且其中附接部件占据第一、第二和第三内在设计间隙。

14.如权利要求1所述的发电机，其中，所述托架焊接至所述弹簧条，或者紧固件将所述托架附接至所述弹簧条。

15.如权利要求1所述的发电机，其中，所述弹簧条、所述托架以及所述第一和第二键条在所述铁芯与所述发电机框体之间提供弹性附接。

16.一种发电机，包括：

发电机框体；

从所述框体的内表面延伸的框体环；

形成设置在所述发电机框体内的定子铁芯的层叠的叠片；和

通过从每个键条的第一表面延伸的突部固定至所述定子铁芯的多个键条，所述突部延伸到发电机铁芯中的相应沟槽中，并且每个键条的对向的第二表面固定至至少两个框体环。

17.如权利要求16所述的发电机，其中，所述多个键条横跨所述至少两个框体环之间包括中间框体环的距离。

18.如权利要求16所述的发电机，其中，所述多个键条横跨两个连续框体环之间的距离。

19.如权利要求16所述的发电机，其中，所述框体环各自在其中限定出用于接收每个键条的第二表面的切口，所述第二表面通过焊接固定至所述至少两个框体环。

20.如权利要求16所述的发电机，其中，每个键条的第二表面在其中限定出一个或多个切口，每个切口用于接收框体环，所述第二表面通过焊接固定至所述至少两个框体环。

21.一种用于在发电机框体内安装发电机定子铁芯的方法，所述方法包括：

将第一弹簧条端部附接至第一框体环，并将第二弹簧条端部附接至第二框体环，这些框体环从框体的内表面延伸；

将至少一个托架附接至所述弹簧条；

层叠铁芯叠片以在所述发电机框体内形成定子铁芯；

将键条装配在所述定子铁芯的轴向沟槽内；和

将所述键条附接至所述至少一个托架。

22.如权利要求21所述的方法，其中，层叠的步骤包括垂直层叠或者水平层叠。

23.如权利要求21所述的方法，其中，附接第一和第二弹簧条端部的步骤进一步包括在第一和第二框体环中形成切口、将第一和第二U形夹固定在相应的第一和第二框体环中的切口内、以及将第一弹簧条端部附接至第一U形夹并将第二弹簧条端部附接至第二U形夹。

24.一种用于在发电机框体内安装发电机定子铁芯的方法，所述方法包括：

层叠铁芯叠片以在所述发电机框体内形成定子铁芯；

将键条的仿形表面装配在所述定子铁芯的轴向沟槽内，所述键条在与所述仿形表面相对的表面中形成有切口；和

将第一和第二框体环附接至所述切口，这些框体环从所述框体的内表面延伸。

25.如权利要求24所述的方法，其中，附接的步骤包括将第一和第二框体环焊接至所述切口。

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