CN1042262C - 用于检查具有定子和转子的电机的仪表托架及其检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查电机的仪表托架。这种电机有一定子和一转子，转子相对主轴呈圆柱形并围绕主轴旋转。转子装在定子沿主轴方向呈圆柱形的空腔中并留有气隙。这种仪表托架可沿主轴引入气隙中，并可在气隙中移动。许多滚子在垂直主轴的平面内相对布置。每个滚子都固定在框架上，并可围绕各自的转轴转动，转轴的轴向垂直于主轴。这种仪表托架不需事先拆出转子即可引入气隙中并可随意配备检查仪器和辅助装置。这种仪表托架可以在气隙中移动，由于它是直接支承在定子上，因此不存在倾斜和卡住的危险。

Description

用于检查具有定子和转子的电机的仪表托架及其检查方法
本发明涉及对电机的检查。该电机具有一个定子和一个转子，转子在主轴方向呈圆柱形地围绕主轴旋转。转子安装在定子的沿主轴方向呈圆柱形的凹槽中，并保留有间隙(其中的存在于电机中的气压和所装的冷却系统一般不予考虑，这种间隙一般被统称为“气隙”)。在这里，为了对电机进行检查，要将相应的仪器、装置，诸如象光学仪器、声学仪器和/或机械仪器以及灯泡、夹持装置等引入定子和转子之间的气隙中。
为保证电机，尤其是象涡轮发电机一类的大电机无故障运行，并能及时确定这类电机逐渐暴露出来的功能缺陷，需要定期对电机反复进行检查，时间间隔从几个月到几年，在这里总要进行各种各样的试验和检测。这种综合性的检查项目之一是对电机零部件的适于接近的表面进行目视检查，尤其是定子和转子表面。其它可能进行的检查包括：采用超声波按照不同方法对零部件进行检查，以及对电机的各铁磁性零部件的可磁化性进行检查，例如，对定子的叠片磁轭的检查。对于这种检查例如可通过在磁轭上采用作用减弱和局部限定的磁场进行。另外还有机械检查，特别是强度检查和裂缝检查。尤其还希望能够将象松掉的螺栓之类的小零件从电机中取出。
通常检查电机的方法是每次都要将转子取出，这要耗费很多时间和费用，尤其是在输出功率或功率消耗大于50MVA的大电机的检查时更为突出。人们知道，有一种装置可以省掉这种耗费很大的拆卸工作，它是将一个仪表平台通过大电机定子和转子之间的气隙在电机中移动。仪表平台可沿着导轨或牵引索移动，导轨或牵引索从大电机的一端经过气隙通到另一端铺设。当然，要根据大电机的通常尺寸，既要使仪表平台平稳无振动，又要使其具有特殊的定位精度。此外，仪器平台在气隙中可能会发生倾斜和卡住，这将对被检查电机产生附加风险，甚至不可避免地要将转子从定子中拆出，耗费很大。因此，采用这种装置带来一些问题。
人们还知道，由美国专利US-4,255,762所述的一种用于检查管道的装置。它是将一个探头伸进所要检查的管道中，在探头的托臂上有一个光学检查系统。但是将这种装置应用到电机检查上，存在有不足。因为，在通常大小的检测气隙中，所采用的托臂几乎不可能避免振动和与定子或转子发生碰撞。
美国专利US-4,889,000介绍了一种在定子和转子之间的气隙中检查电机的方法，包括与此相应的装置。它是在转子上安装了一个可伸进气隙中的导轨形式的移动装置，它可以在链条上围绕转子运动。在此导轨上，装有一个仪表托架，它可通过气隙移动，托架上支撑有进行检测用的不同工具。这种检查装置存在的问题是，在磁轭上利用特殊的槽进行固定并利用仪表托架导向，并且将导轨固定在转子上。
采用本发明，可以在定子和转子之间的气隙中检查电机，在这里，检查仪器、工具等可以安全地，无振动地伸进气隙中，特别是伸进距离可达几米长，并可在气隙中移动和准确定位。在此不需要复杂的导向装置，并可排除各种风险即在检查中发生功能缺陷时，为了取出所使用的装置而必须将被检查的电机拆开的风险。
为完成这些任务，我们采用一种仪表托架对具有一个定子和转子的电机进行检查，其中，转子在主轴方向呈圆柱形地围绕主轴转动。转子安装在定子的沿主轴方向呈圆柱形的凹槽中，并保留有气隙。仪表托架可沿主轴引入气隙中，并可在气隙中移动。本发明包括下述组成部分：
a)一个围绕主轴基本呈环形的框架，其上固定有进行检查的仪器等；
b)许多在垂直于主轴平面上相对安置的滚轮，每个滚轮都固定在框架上，并可围绕各自的转动轴可旋转地固定，其中，转动轴的方向基本上垂直于主轴。
电机检查用工具可做下述多种选择，例如光学仪器、声学仪器和机械仪表，以及各种辅助装置，如灯泡、夹持装置、其它液压或气动装置及机械手等。在美国专利文献US-4,889,000中可看到这些仪器装置的使用实例。
仪表托架是一个机械性能稳定的装置，可在电机定子和转子之间的气隙中移动，其上可携带检查仪器。仪表托架不受导向装置的影响。导向装置安装在电机的外面，它将仪表托架固定在托臂、导轨或诸如此类的装置上。采用这种方法，可以避免由于振动和类似的影响对仪器托架及固定其上的仪器造成损坏。仪表托架永远可以可靠地、无振动地定位，允许在气隙中的任何位置上，对定子和/或转子进行精确的、多次的检查。在进行检查时，仪表托架不会发生倾斜和卡住的危险，也就不必为从气隙中取出它而支付很高的费用和承担巨大的风险了。
显然，仪器托架的尺寸必须与它要在其中移动的气隙的大小相适合。因为大电机的气隙一般最少为3厘米高，这表明基本上不会有什么问题。由于可以采用各种小型化的检查仪器，因此本发明对所要求的检查不会有任何限制。这在专利US-4,899,000中已指出。
仪表托架上可以安装很多各种各样的仪表，可以是象摄像机一类的光学检查仪器，在需要时辅以相应的照明装置。还有各种形式的超声波检测装置、电磁检查装置，以及测试强度的机械检查装置均可予以考虑。另外还可考虑机械手，例如抓具，可用于取出松动的零件，或进行一些小修理、维护及清洁工作。用于控制和操纵检查的仪器装置以及必要时仪表托架驱动装置的电源，仅仅需要接上挠性导线，特别是电线即可，这样不会有什么影响，可以毫无问题地同仪表托架一起通过气隙移动。这些导线可以连到安装在被检查电机外面的控制和分析装置上，例如，具有相应接口的小型计算机上。此外，还可考虑在仪表托架上装上气动和/或液压装置，特别是马达和/或夹持装置。挠性气压管和/或液压管也可和电线一样毫无问题地使用。仪表托架绝不会需要象导轨那样的难以处理的连接件。
在优先选用的结构上，仪表托架的框架在主轴径向具有弹性，这样，通过弹性变形可以改变围绕主轴的框架的；周范围。这种通过弹性变形所得到的圆周的变化，在用于象涡轮发电机这样的大电机的仪器托架的情况下为1厘米的数量级，特别情况下最大可达大约5厘米。框架的这种弹性，可以使其适应它所要插进的气隙，还可消除可能出现的较小的不规则性。这点是十分重要的，因为，很多电机的定子，尤其是涡轮发电机的定子，并不是一体的，而是具有诸如象很多叠片铁芯沿主轴一个接一个地且相互之间有一确定间距布置的结构形式。此外，定子凹槽的表面肯定不会是光滑的，而是一层多少比较相糙的合成树脂一类的东西。这后一种情况尤其不能避免，因为定子在最后一道制造工序中，要被浸渍在合成树脂中。此外，具有上述方式的弹性框架的仪表托架，还可应用到更多的相互不同的定子上，这些定子的凹槽相互之间多少有些不同。
通过在框架上至少安装一个弹簧件确保仪表托架框架的弹性。弹簧件在主轴的切线方向具有弹性。尤其有利的是，在框架上装两个或三个弹簧件，这些弹簧件围绕主轴均布。
为了进一步改善仪表托架与它所要在其中移动的气隙尺寸的适应性，框架至少要装一个伸缩装置。通过它可实现径向伸缩，它可以通过其连线在外面操作。采用这种方式，仪表托架在插进气隙之前可以有一个圆周范围，在这种情况下托架并没有到处都能很好地靠在定子的凹槽上。在全部插进之后，通过操作伸缩装置，使得全部滚子都很好地压靠在定子上。尤其是伸缩装置可以调节压力，使滚子压在凹槽上，从而改善仪器托架的应用可靠性。伸缩装置的一个很好的主要部件是作用在主轴切线方向的气动移动装置，因为这种气动装置可通过气体的弹性，在仪表托架的滚子完全压到定子上之后，保证框架的弹性。
仪表托架的滚子以良好方式安装在滚子支座上，多个滚子支座通过弯曲连杆相互连接。其中，每个滚子支座上都安装有多个、沿主轴方向前后布置的滚子。仪表托架具有4-8个滚子支座比较合适，最好是6个。两个滚子支座最好采用两个相互平行的连杆互相连接起来。每个连杆最好用弹性柔韧材料制成，为此可考虑采用钢、轻金属、复合材料和诸如玻璃纤维加强塑料等。
每一种具有滚子支座和连杆的仪表托架的结构，都可通过更换连杆来适应不同尺寸的气隙。为了检查不同类型的电机，完全可以做到对一套滚子支座及检查仪器，准备足够的多套连杆。连杆可采用固定和拆卸都简单易行的螺纹或弹簧卡锁与滚子支座连接。
在每种结构范围内，十分有利的是仪表托架的每个滚子都呈中部拱起的圆桶形。这样做可以避免滚子的棱角与定子的凹槽相接触而可能引起的损坏。同样，这种中间拱起形状的滚子又特别适合与可弹性变形的框架相连，从而弥补滚子在其上移动的定子表面的较小的不平整度。
特别有利之处还有，在仪表托架上，滚子是沿主轴一个接一个地安装，成对的滚子相互紧密地靠拢，被称之为“双滚子”。这种安排同样可以弥补定子表面的不平整度。这对大电机的定子尤为重要。大电机的定子是由许多一个接一个安装的、相互之间有一定距离的叠片铁芯所构成(参见上文)。只要适当选择成对滚子的相互间距，最好为几个厘米，便可保证每对滚子中总有一个滚子在叠片铁芯上滚动。如果必要的话，还可通过适当选择前后布置的滚子对的间距和/或每对滚子中滚子的间距使其得到进一步的改善。
另外一种十分有利的仪表托架的结构特征是至少装有一台第一马达，该马达通过传动机构至少可以驱动一个滚子，并可通过其连线在外面操作。在这种结构中，仪表托架是一种可以在被检查电机的气隙中自行移动的装置，这特别适合于相当程度的全自动化检查，即完全由安装在被检查电机外面的控制装置进行检查。
一种十分有利的方式是将第一马达安装在有多个滚子的滚子支座上，从而使得滚子支座上的所有滚子都可由这台马达驱动。
在不妨碍其它安排的情况下，当仪表托架具有一个仪表平台时，将会特别有利。仪表平台固定在框架上，可沿框架围绕主轴移动。检查仪器和装置等放在仪表平台上。这种仪表平台以良好方式支撑在导轨上，并可沿导轨移动。当仪表平台上装有第二马达时将会更为有利。第二马达通过已有的导轨，以动力啮合方式与框架相连，以此使仪表平台移动。第二马达通过其连线在外面操作。
仪表平台以良好方式在导轨上运行，和/或通过为此特设的第二马达移动，它不仅可以使检查仪器在平行于主轴的方向上移动，还可以在主轴的切线方向上移动。借助于这样的仪表平台，检查仪器可按需要到达气隙中的任意位置上，这一切全由外面进行控制，从而可实现全自动检查。特别是这样的仪表平台可以在切线方向对检查仪器进行定位修正，以此可以校正在仪器托架插进气隙时有可能产生的定位偏差。这样的仪表平台还可能完全由外面的控制和分析装置操作进行检查。
每一种结构的仪表托架相对主轴径向都有合适的最大厚度，它小于10厘米，在特殊情况下小于5厘米。这样的仪表托架可适用于各种各样的电机，因为，象涡轮发电机这种型式的电机，它的气隙总是在几个厘米到10个厘米之间，因此可以将仪表托架插进气隙中进行检查。
本发明的结构实例将以图示方式进行说明。为了突出其特征，附图是局部图，和/或有些轻微的失真。具体说明如下：
图1所示是带有按照本发明所设计的仪表托架的电机；
图2所示是仪表托架结构形式的局部视图；
图3所示是电机定子内的仪表托架的局部视图；
图4所示是另外一种仪表托架结构实例的视图；
图5所示是应用在仪表托架上的仪表平台；
图6所示是又一种仪表托架结构实例的局部视图。
图1所示是垂直于电机主轴的剖面图。电机有一个定子1和一个安装在定子1凹槽中的转子2，转子2可围绕以十字叉表示的主轴3旋转。在定子1和转子2之间有一气隙4。在气隙4中有仪表托架，图中可看到框架5及滚子9。滚子9可在气隙4中定子表面上滚动。按照本发明，仪表托架可以毫无问题地沿着主轴3在气隙4中移动，并可到达所要求的任何一个位置上。这种仪表托架不需要支承在辅助装置上。这样的辅助装置必须放在气隙4的外面，由此将会引起不可避免的振动等。仪表托架直接支承在定子1上，它恰好支承其上，从而可靠地避免了振动。同时，它的定位也十分简单。基本上完全包围了主轴3的这样的仪表托架结构，避免了它在气隙4中移动时所发生的倾斜及从气隙4中取出时可能出现的困难。在本文所描述的仪表托架原则上不存在倾斜和卡住的危险。图1还说明仪表托架的最大厚度37(以双箭头表示)是如何确定的。最大厚度37必须沿主轴3的径向36(如箭头所示)来确定。最大厚度37不能与仪表托架的最大直径相混淆或相等同。最大厚度37必须是在径向36上所能测得的全部厚度的最大值。
图2所示是仪表托架从垂直于主轴3的方向看去的局部视图。仪表托架有4个滚子9，它们成对相互靠拢，每个滚子可围绕转轴10转动，转轴10垂直于主轴3。滚子9可转动地固定在滚子支座14上。4个连杆15与滚子支座14相连，连杆15还与其它滚子支座14相联结，从而在一起共同构成框架。连杆15与滚子支座14螺纹连接，并用紧固件23，即螺母固紧。滚子9可由第一马达16驱动，第一马达16最好是电动机，通过其连线18可在外面进行操作。传动装置17是一个传动带，它安装在第一马达16的传动轴25和滚子9的适当加长的轴套24上。由此可见，具有图2所示结构形式框架的仪表托架是一种自动装置，它可沿主轴3移动而不需要诸如象索绳或滑轨一类的辅助装置。
图3是在定子1的凹槽内的仪表托架的视图。如图所示，装有滚子9的滚子支座14与弯曲连杆15相连。连杆15是通过紧固件23，即螺栓，与滚子支座14相连接。滚子支座14上的每个滚子9均制成中间拱起的圆桶形状，从而避免了滚子9上的边棱损坏定子1。滚子支座14上还装有两个滑板33，它们是离开定子1的。采用这样的滑板33，仪表托架可以坐落在从定子1的凹槽中突出来的转子2的端板上(图中未画出)，并在需要时可围绕主轴3转动。采用这种方法，相对于主轴3的角度定位将是简单易行的，仪表托架也可以在插入气隙4之前进行定位。
从图3可看出定子1的构成。定子1不是整体结构，而是由许多一个接一个连续布置的、且相互间有一定距离的叠片铁芯31所组成。叠片铁芯31上有槽，槽楔32将槽封口，槽内放有电机定子1的绕组元件。由于叠片铁芯31和槽楔32的这种安排，使得仪表托架所要走过的定子1的表面无规可循，而且不是平面。必要时，这点在设计仪表托架时必须予以考虑。按照图2所示方式，以相互间有适当距离的滚子9对代替单个滚子9将是十分有利的。
图4所示是仪表托架的另一种结构形式的局部视图。它仍然由滚子支座14和连杆15所构成(参见图2)。不过连杆15不是直接固定在图中所示的滚子支座14上，而是固定在一个靠近滚子支座14的附加板34上。正如图2中已指出的那样，连杆15可以拧在附加板34上，并用附加紧固件23，即螺母可靠地螺纹锁紧。在附加板34和滚子支座14之间插入两个弹簧件11，一般是螺旋弹簧，使得仪表托架具有了一定的弹性，在主轴3径向上的圆周范围可以改变，以此来适应定子上的不平整度。另外，在附加板34和滚子支座14之间还有一个伸缩装置12，它通常是一个气动往复活塞，通过其连线13可在外面进行操作。伸缩装置12可以改变附加板34和滚子支座14间的平衡距离。这样，可以有目的地对仪表托架的圆周范围进行调整，从而与气隙4尺寸的变化相匹配。另外，在检查完成以后，可以通过伸缩装置12使仪表托架多少收缩一些，以便从气隙4中将它顺利取出。
图5所示是仪表平台19，它可沿着两个导轨20，在气隙4中围绕主轴3转动。仪表平台19支承在两个滚子26上，滚子26成对地夹住导轨20。为了改善定位精度，第二滚子26可以与导轨20啮合连接。仪表平台19可由第二马达21驱动，马达21可以通过其连线22从外面控制。两个滚子26之间的轴27是可驱动的。在本实施例中，在仪表平台19上装了灯泡6，照像机7，和一个超声波检测探头8。6,7,8这三种仪器装置代表了实施检查所需要的各种仪器和辅助装置。显然，这些仪器装置均有连线与操作装置相连，由于这是十分清楚的，因此图中未画出。
图6所示是滚子支座14的局部视图。为图5所示的仪表平台19导向用的导轨20固定在滚子支座14上。用螺栓30将导轨20固定在滚子支座14上。为了安装滚子9和连杆15，在滚子支座14上有与之相应的孔28和29，为使仪器平台19经过滚子支座14，在滚子支座14上有一相应的凹槽35，导轨20伸进凹槽35中。在这里，导轨20的上面和下面留有足够的地方，以使仪表平台19通过。

Claims (23)

1．用于检查具有一个定子(1)和一个转子(2)的电机的仪表托架，其中，转子(2)在主轴(3)方向呈圆柱形地围绕主轴(3)旋转，转子(2)安装在定子(1)的沿主轴(3)方向呈圆筒形的空腔中，并留有气隙(4)，该仪表托架可沿主轴(3)引入气隙(4)中，并可在气隙(4)中移动，
其特征在于：
a)一个围绕主轴(3)基本成环形的框架(5)，进行检查的装置(6,7,8)固定在框架上面；
b)许多滚子(9)，在一个垂直于主轴(3)的平面内相对布置，每个滚子都固定在框架(5)上，并可围绕各自的转轴(10)转动，其中转轴(10)的轴向垂直于主轴(3)，使得框架(5)可在气隙(4)内的滚子(9)上通过定子(1)的表面移动。
2．按照权利要求1所述的仪表托架，其特征在于其框架(5)相对于主轴(3)的径向可弹性伸缩。
3．按照权利要求2所述的仪表托架，其特征在于其框架(5)上至少有一个弹簧件(11)，它在主轴(3)圆周的切线方向具有弹性。
4．按照权利要求3所述的仪表托架，其特征在于其框架(5)上有两个或三个弹簧件(11)。
5．按照权利要求2到4中之一所述的仪表托架，其特征在于其框架(5)至少有一个伸缩装置(12)，它使框架(5)径向伸缩，通过延伸装置的连线(13)，可在外面对它进行控制。
6．按照权利要求5所述的仪表托架，其特征在于其上的伸缩装置(12)是一个在主轴(3)切线方向作用的气动移动装置(12)。
7．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6所述的仪表托架，其特征在于，其中包括：
a)多个滚子支座(14)，每个滚子支座(14)都装有相对主轴(3)一个接一个顺序布置的滚子(9)；
b)许多弯曲连杆(15)，通过它们将滚子支座(14)相互连接起来。
8．按照权利要求7所述的仪表托架，其特征在于，分别为两个相互大致平行的连杆(15)将两个滚子支座(14)相互连接起来。
9．按照权利要求7所述的仪表托架，其特征在于，具有4到8个滚子支座(14)，最好是6个。
10．按照权利要求9所述的仪表托架，其特征在于其上总有两个大致平行的连杆(15)，将两个滚子支座(14)相互连接起来。
11．按照权利要求8到10中之一所述的仪表托架，其特征在于，其上的每根连杆(15)均由弹性柔韧材料制成。
12．按照权利要求7所述的仪表托架，其特征在于，其上的每根连杆(12)均由弹性柔韧材料制成。
13．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6、或按权利要求8、9、10和12之一所述的仪表托架，其特征在于，其上的每个滚子(9)均为中间拱起的圆桶形状。
14．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6、或按权利要求8到12之一所述的仪表托架，其特征在于，其上总有两上相对主轴(3)先后布置珠滚子(9)相互紧靠。
15．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6，或按权利要求8、9、10和12之一所述的仪表托架，其特征在于，包括一个装有传动装置(17)的第一马达(16)，通过它至少可以驱动一个滚子(9)，其中，第一马达(16)可通过其连线(18)在外面进行控制。
16．按照权利要求15所述的仪表托架，其特征在于，其上的第一马达16)装在滚子支座(14)上，滚子支座(14)装有多个滚子(9)，滚子(9)相对主轴(3)先后布置，并可通过第一马达(16)驱动。
17．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6，或按权利要求8、9、10和12之一所述的仪表托架，其特征在于，包括一个仪器平台(19)，它支承在框架(5)上，可沿框架(5)围绕主轴(3)移动，仪器平台(19)上携带有检查用的装置(6,7,8)。
18．按照权利要求17所述的仪表托架，其特征在于，其上的框架(5)至少装有一个支持仪器平台(19)的导轨(20)。
19．按照权利要求18所述的仪表托架，其特征在于，其上的仪器平台(19)上有一个和框架(5)，特别是和导轨(20)动力啮合的第二马达(21)，仪器平台(19)通过第二马达(21)可以移动，第二马达(21)可通过其连线(22)从外面控制。
20．按照权利要求1到4中之一或按权利要求6，或按权利要求8、9、10和12之一、或按权利要求16、18或19之一所述的仪表托架，其特征在于，有一个在主轴(3)径向(36)所确定的最大厚度(37)，它小于10厘米，最好是小于5厘米。
21．用于检查有一定子(1)和一个转子(2)的电机的方法，转子(2)在主轴(3)方向呈圆柱形，可围绕主轴(3)旋转，转子(2)安装在定子(1)的沿主轴(3)方向呈圆柱形的空腔中，并留有气隙(4)，其特征在于仪表托架沿着主轴(3)引入气隙(4)中，并可在气隙(4)中移动，仪表托架携带检查用的装置(6,7,8)，靠多个滚子(9)在定子(1)的表面上面滚动，滚子(9)在垂直于主轴(3)的平面内相对布置，每个滚子(9)都可以围绕各自的转轴(10)转动，转轴(10)的轴向基本上垂直于主轴(3)。
22．按照权利要求19所述的仪表托架，其特征在于，仪表托架携带有第一马达(16)，该马达可通过其连线(18)从外面进行控制，第一马达(16)沿主轴(3)驱动该仪表托架。
23．按照权利要求19所述的仪表托架，其特征在于，仪表托架上装有一个可围绕主轴(3)移动的仪器平台(19)，仪器平台(19)可携带检查用的装置(6,7,8)，并通过第二马达(21)驱动，第二马达(21)通过其连线(22)从外面控制。
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