CN109038909A - 一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构，采用环状加强结构与带状加强结构复合，在定子绕组端部形成笼形加强结构，使上层定子线棒、下层定子线棒及笼形加强结构被紧密的固定在一起，使渐开线部位自身整体刚度得到明显加强，采用螺塞结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台形非金属弹垫的被压缩量，达到能够调整端部椭圆振动频率、使各个有害振型频率避开固有激励频率范围的目的。

Description

一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构

技术领域：

本发明涉及一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构。

背景技术：

汽轮发电机定子端部固有振动频率对发电机的安全运行有很大影响，50Hz供电系统的全速汽轮发电机定子在运行过程中将受到椭圆型100Hz电磁力作用，如果定子端部椭圆型模态固有频率等于或者接近100Hz，且振动响应比较大时，定子端部就有可能发生共振，导致整个绕组端部磨损松散，线棒机械疲劳，造成严重事故隐患、危害机组的安全运行，因此，发电机设计应尽量使定子端部整体椭圆型固有频率避开100Hz适当范围；但目前的振动分析手段仍无法精确计算定子端部振动特性；且定子端部装配结构复杂，端部适形及绑扎材料还受到施工环境温度等因素影响，使端部固有频率受到较大的不确定因素影响，导致完工后定子端部固有频率存在较大的离散性，所以新设计以及重复生产的产品经常出现定子端部振动频率不满足标准的要求的现象；一旦出现这种问题，通常难以处理，受结构及运用环境限制，发电机定子端部绑扎结构不能采用金属结构，也不能影响通风冷却，对绑扎结构设计的限制条件十分苛刻，一旦施工完毕，临时改变绑扎结构的应用空间受到诸多限制且难以实施，传统的补救措施对定子端部振型的改变影响甚微，一般只能改变1-2Hz的固有频率，造成端部椭圆振动频率不能避开95-110Hz范围内的情况时有发生；其原因在于后序的绑扎只能附着在上层定子线棒与下层定子线棒表面，不能形成绷紧力，不能使上层定子线棒与下层定子线棒紧密的固定在一起，无法使整体刚度得到明显加强，从而不能使端部椭圆振动频率得到明显改变；

为解决该问题，起源于欧洲“径向刚性的可再涨紧的支撑结构”，由支撑环、斜楔和绝缘螺杆与螺母、撑环等组成，可以通过调整绝缘螺杆与螺母实现紧固力的变化，达到改变定子端部椭圆振动频率的目的，但该结构复杂、造价高、对安装调整要求严格，也存在调整零件多、绝缘螺杆与螺母锁紧困难、容易诱发松动磨损的隐患，应用受到限制；而且这种方案只能应用于新设计，必须彻底改变设计结构，无法应用于已有设计结构的补救；近年来有采取在绝缘盒外径处设置整体玻璃丝束加强环，使发电机定子端部绝缘盒处整圈结构整体性加强，使发电机端部整体固有频率提升的方法，并已申请专利，经实践验证，按此方法施工后，定子绕组端部整体固有频率有提升约8Hz的案例，效果明显好于以往方法，成功的补救了部分不合格产品；但对于频率偏差过大的产品，该方法仍无法满足频率改变需求，施工后定子绕组端部整体固有频率仍然落在不合格范围之内，原因在于变鼻端刚度对于渐开线部位的刚度改变作用有限；

如果能够在定子端部渐开线部位实施绑扎，使上层定子线棒与下层定子线棒能够紧密的固定在一起，达到大幅度提高已完工的定子端部的整体刚度的效果，则能够达到大幅度改变定子绕组端部整体固有频率的目的；但问题在于后序的补救措施所实施的绑扎不能够形成足够的绷紧力，难以达到使上层定子线棒与下层定子线棒紧密的固定在一起的效果，不能使整体刚度得到明显加强，也不能使端部椭圆振动频率得到明显改变；

采取在定子端部渐开线部位实施绑扎的方法还存在一个操作问题，这是由于在绑扎过程中，绑扎带没有固化，不能提供绑扎刚度，只能固化后才能使定子端部整体刚度发生变化，所以在绑扎操作过程无法预知施工完毕的结果，容易造成频率改变与要求不符合的问题，这是由于定子端部往往存在多个振型，改变定子端部刚度会造成上述振型的变化，必须合理选择定子端部刚度，使各个振型避开敏感频带，才能达到预期效果。

发明内容：本发明公开一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构，具有与以往技术不同的结构形式，该结构由两组环状加强结构与多组带状加强结构复合构成，在定子绕组端部形成笼形加强结构，利用平板弹簧以及锥台形非金属弹垫积蓄的弹性作用力，使后序的补救措施所实施的绑扎结构形成绷紧力，使上层定子线棒、下层定子线棒及笼形加强结构被紧密的固定在一起，使端部椭圆振动频率得到明显改变，采用螺塞结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台形非金属弹垫的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使各个有害振型避开固有激励频率范围，保证发电机运行安全的目的；通过螺塞螺纹表面的贯通注胶槽进行灌注环氧树脂，可以达到利用灌注的环氧树脂辅助螺塞承受锥台形非金属弹垫的回弹力，锁定螺塞，避免螺塞脱落的目的。本发明的技术方案为：一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构，该结构由两组环状加强结构与多组带状加强结构复合构成，两组环状加强结构分别安装在发电机定子端部渐开线起始端和发电机定子端部渐开线末端；带状加强结构采用沿定子端部锥台结构的母线方向安装且均布的分布形式；环状加强结构由加强环、平板弹簧、扇形块、适形垫、绑带构成，加强环有环槽，内置平板弹簧和扇形块，绑带穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔构成封闭环，对下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、适形垫、扇形块、平板弹簧、加强环组成的结构形成绑扎约束，平板弹簧处于被压迫弯曲形变状态，平板弹簧置于扇形块与加强环的环槽内表面之间，适形垫置于扇形块与上层定子线棒之间；带状加强结构由下层夹板、下层适形垫、上层适形垫、上层夹板、锥台形非金属弹垫、盖板、绑绳、螺塞构成，下层夹板与下层定子线棒之间衬垫下层适形垫，上层夹板与上层定子线棒之间衬垫上层适形垫，上层夹板的上表面有腔室，用以容纳锥台形非金属弹垫，螺塞旋入盖板的螺孔内，与锥台形非金属弹垫接触，绑绳穿过下层定子线棒与上层定子线棒形成的贯通孔构成封闭环，对下层夹板、下层适形垫、下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、上层适形垫、上层夹板、锥台形非金属弹垫、盖板组成的结构形成绑扎约束，锥台形非金属弹垫可以通过螺塞调整被压缩量；螺塞的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽。

技术效果：由于绑带穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔构成封闭环，能够对依次叠压的下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、适形垫、扇形块、平板弹簧、加强环形成约束固定，绑带穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔构成封闭环，形成绑扎封闭环，使得施工可以在定子绕组装配完毕后进行后续作业，定子线棒渐开线终端转角贯通孔比下层定子线棒与上层定子线棒形成的贯通孔具有更大的开口面积，更便于施工操作，也能形成截面更大的绑带，形成更好的约束力，由于平板弹簧处于被压迫弯曲形变状态，在其回弹力和绑带的约束固定作用下使依次叠压的下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、适形垫、扇形块、平板弹簧、加强环形成相互作用力，产生下层定子线棒与上层定子线棒被牢固的绑扎在一起的效果，也能够使加强环、上层定子线棒、下层定子线棒被紧密的固定在一起，适形垫衬垫在上层定子线棒与扇形块之间，避免产生局部接触造成应力集中；加强环有环槽，容纳平板弹簧和扇形块，避免平板弹簧和扇形块逸出；带状加强结构的绑绳穿过下层定子线棒与上层定子线棒形成的贯通孔形成封闭环，能够对依次叠压的下层夹板、下层适形垫、下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、上层适形垫、上层夹板、锥台形非金属弹垫、螺塞、盖板形成约束固定，绑绳利用下层定子线棒与上层定子线棒形成的贯通孔形成绑扎封闭环，使得施工可以在定子绕组装配完毕后进行后续作业，绑绳采用浸渍环氧树脂的玻璃丝束缠绕，便于穿过贯通孔，由于锥台形非金属弹垫处于被压缩状态，在其回弹力和绑绳的约束固定作用下，使依次叠压的下层夹板、下层适形垫、下层定子线棒、层间适形垫、上层定子线棒、上层适形垫、上层夹板、锥台形非金属弹垫、螺塞、盖板形成相互作用力，产生下层定子线棒与上层定子线棒被牢固的绑扎在一起的效果，使得下层定子线棒与上层定子线棒为主体的锥台形端部结构的整体性得以提高，整体刚度增大，整体振动频率上升；下层适形垫衬垫在下层定子线棒与下层夹板之间，避免产生局部接触造成应力集中；上层适形垫衬垫在上层定子线棒与上层夹板之间，避免产生局部接触造成应力集中；上层夹板的上表面有腔室用以容纳锥台形非金属弹垫，避免锥台形非金属弹垫逸出；由于采用两组环状加强结构与多组带状加强结构复合，在定子绕组端部形成笼形加强结构，使上层定子线棒、下层定子线棒及笼形加强结构被紧密的固定在一起，使渐开线部位自身整体刚度得到明显加强，且可以灵活调节，盖板内旋入的螺塞与锥台形非金属弹垫接触，对锥台形非金属弹垫产生压紧力，采用螺塞结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台形非金属弹垫的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使各个有害振型频率避开固有激励频率范围，保证发电机运行安全的目的；端部椭圆振动频率调整合格后，通过螺塞螺纹表面的贯通注胶槽进行灌注环氧树脂，可以达到利用灌注的环氧树脂辅助螺塞承受锥台形非金属弹垫的回弹力，锁固螺塞，避免螺塞脱落的目的。

附图说明：

图1为本发明应用示意图，视图剖面为定子端部渐开线部位。

图2为图1的A向剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为图1的C-C剖视图。

图5为未采用本发明施工方案施工的定子端部轴向视图。

图6为采用本发明施工方案施工后的定子端部轴向视图。

图7为螺塞结构示意图。

具体实施方式：如图1、图2、图3、图4所示，一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构，该结构由两组环状加强结构1与多组带状加强结构2复合构成，两组环状加强结构1分别安装在发电机定子端部渐开线起始端3和发电机定子端部渐开线末端4；带状加强结构2采用沿定子端部锥台结构的母线方向安装且均布的分布形式；环状加强结构1由加强环5、平板弹簧6、扇形块7、适形垫8、绑带9构成，加强环5有环槽10，内置平板弹簧6和扇形块7，绑带9穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔11构成封闭环，对下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、适形垫8、扇形块7、平板弹簧6、加强环5组成的结构形成绑扎约束，平板弹簧6处于被压迫弯曲形变状态，平板弹簧6置于扇形块7与加强环5的环槽10内表面之间，适形垫8置于扇形块7与上层定子线棒14之间；带状加强结构2由下层夹板15、下层适形垫16、上层适形垫17、上层夹板18、锥台形非金属弹垫19、盖板20、绑绳21、螺塞23构成，下层夹板15与下层定子线棒12之间衬垫下层适形垫16，上层夹板18与上层定子线棒14之间衬垫上层适形垫17，上层夹板18的上表面有腔室22，用以容纳锥台形非金属弹垫19，螺塞23旋入盖板20的螺孔内，与锥台形非金属弹垫19接触，绑绳21穿过下层定子线棒12与上层定子线棒14形成的贯通孔构成封闭环，对下层夹板15、下层适形垫16、下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、上层适形垫17、上层夹板18、锥台形非金属弹垫19、盖板20组成的结构形成绑扎约束，锥台形非金属弹垫19可以通过螺塞23调整被压缩量；螺塞23的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽24；

由于绑带9穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔11构成封闭环，能够对依次叠压的下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、适形垫8、扇形块7、平板弹簧6、加强环5形成约束固定，绑带9穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔11构成封闭环，形成绑扎封闭环，使得施工可以在定子绕组装配完毕后进行后续作业，定子线棒渐开线终端转角贯通孔11比下层定子线棒12与上层定子线棒14形成的贯通孔具有更大的开口面积，更便于施工操作，也能形成截面更大的绑带9，形成更好的约束力，由于平板弹簧6处于被压迫弯曲形变状态，在其回弹力和绑带9的约束固定作用下使依次叠压的下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、适形垫8、扇形块7、平板弹簧6、加强环5形成相互作用力，产生下层定子线棒12与上层定子线棒14被牢固的绑扎在一起的效果，也能够使加强环5、上层定子线棒14、下层定子线棒12被紧密的固定在一起，适形垫8衬垫在上层定子线棒14与扇形块7之间，避免产生局部接触造成应力集中；加强环5有环槽10，容纳平板弹簧6和扇形块7，避免平板弹簧6和扇形块7逸出；

加强环5由浸渍环氧树脂的玻璃丝束绕制，固化后具有优异的机械性能和绝缘性能，平板弹簧6由不锈钢制造，也可以采用环氧层压玻璃布板制造，避免受发电机定子电磁场作用产生发热及电磁力问题，扇形块7为环氧层压玻璃布板材质，具有优异的机械性能和绝缘性能，适形垫8采用浸渍环氧树脂的涤纶毡，可以适形填充上层定子线棒14与扇形块7之间的不规则间隙，施工固化后能够使扇形块7与上层定子线棒14全面可靠的传递压力结构，避免产生局部接触造成应力集中，平板弹簧6及扇形块7的数量可以选择为定子槽数的1/N，N的取值范围一般为二到四之间，绑带9为浸渍室温固化环氧树脂的玻璃丝布带，固化前处于柔软状态，能够适合穿过贯通孔的作业，适应结构尺寸，与被绑扎结构紧密贴合，缠绕多层，固化后形成具有紧固强度的封闭环；

带状加强结构2的绑绳21穿过下层定子线棒12与上层定子线棒14形成的贯通孔形成封闭环，能够对依次叠压的下层夹板15、下层适形垫16、下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、上层适形垫17、上层夹板18、锥台形非金属弹垫19、螺塞23、盖板20形成约束固定，绑绳21利用下层定子线棒12与上层定子线棒14形成的贯通孔形成绑扎封闭环，使得施工可以在定子绕组装配完毕后进行后续作业，绑绳21采用浸渍环氧树脂的玻璃丝束缠绕，便于穿过贯通孔，由于锥台形非金属弹垫19处于被压缩状态，在其回弹力和绑带21的约束固定作用下，使依次叠压的下层夹板15、下层适形垫16、下层定子线棒12、层间适形垫13、上层定子线棒14、上层适形垫17、上层夹板18、锥台形非金属弹垫19、盖板20形成相互作用力，产生下层定子线棒12与上层定子线棒14被牢固的绑扎在一起的效果，使得下层定子线棒12与上层定子线棒14为主体的锥台形端部结构的整体性得以提高，整体刚度增大，整体振动频率上升；下层适形垫16衬垫在下层定子线棒12与下层夹板15之间，避免产生局部接触造成应力集中；上层适形垫17衬垫在上层定子线棒14与上层夹板18之间，避免产生局部接触造成应力集中；上层夹板18的上表面有腔室22用以容纳锥台形非金属弹垫19，避免锥台形非金属弹垫19逸出；由于采用两组环状加强结构1与多组带状加强结构2复合，在定子绕组端部形成笼形加强结构，使上层定子线棒14、下层定子线棒12及笼形加强结构被紧密的固定在一起，使定子端部渐开线部位自身整体刚度得到明显加强，且可以做到刚度可以调节，盖板20内旋入的螺塞23与锥台形非金属弹垫19接触，对锥台形非金属弹垫19产生压紧力，采用上述结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台形非金属弹垫19的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使各个有害振型频率避开固有激励频率范围，保证发电机运行安全的目的；端部椭圆振动频率调整合格后，通过螺塞23螺纹表面的贯通注胶槽24进行灌注环氧树脂，可以达到利用灌注的环氧树脂辅助螺塞23承受锥台形非金属弹垫19的回弹力、锁固螺塞23、避免螺塞23脱落的目的；下层夹板15、上层夹板18、盖板20是层压环氧玻璃布板材质，都具备绝缘性能优异、不受端部电磁力影响、不产生电磁损耗、性能稳定的特点，不会带来事故隐患；带状加强结构2的数量可以根据所需调整频率数据决定，安装数量越多则定子端部整体刚度提升效果越明显，施工后定子端部振动频率上升值越高，带状加强结构2的安装方向是其长轴线与定子端部锥台结构的母线方向平行，锥台形非金属弹垫19及绑绳21的的数量由具体结构需求确定，取决于定子端部的长度及贯通孔的数量，如贯通孔的数量为四，则非金属弹垫19的数量为三，绑带21的数量为四；

图5为未采用本发明施工方案的定子端部视图，图6为采用本发明施工方案施工后的定子端部视图，图中显示为采用八组带状加强结构2的具体应用，图7为螺塞23结构示意图，螺塞23采用层压环氧玻璃布板制造，螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽24。

Claims (1)

1.一种刚度可变复合结构笼形定子端部增强结构，其特征是：由两组环状加强结构(1)与多组带状加强结构(2)复合构成，两组环状加强结构(1)分别安装在发电机定子端部渐开线起始端(3)和发电机定子端部渐开线末端(4)；带状加强结构(2)采用沿定子端部锥台结构的母线方向安装且均布的分布形式；环状加强结构(1)由加强环(5)、平板弹簧(6)、扇形块(7)、适形垫(8)、绑带(9)构成，加强环(5)有环槽(10)，内置平板弹簧(6)和扇形块(7)，绑带(9)穿过定子线棒渐开线终端转角贯通孔(11)构成封闭环，对下层定子线棒(12)、层间适形垫(13)、上层定子线棒(14)、适形垫(8)、扇形块(7)、平板弹簧(6)、加强环(5)组成的结构形成绑扎约束，平板弹簧(6)处于被压迫弯曲形变状态，平板弹簧(6)置于扇形块(7)与加强环(5)的环槽(10)内表面之间，适形垫(8)置于扇形块(7)与上层定子线棒(14)之间；带状加强结构(2)由下层夹板(15)、下层适形垫(16)、上层适形垫(17)、上层夹板(18)、锥台形非金属弹垫(19)、盖板(20)、绑绳(21)、螺塞(23)构成，下层夹板(15)与下层定子线棒(12)之间衬垫下层适形垫(16)，上层夹板(18)与上层定子线棒(14)之间衬垫上层适形垫(17)，上层夹板(18)的上表面有腔室(22)，用以容纳锥台形非金属弹垫(19)，螺塞(23)旋入盖板(20)的螺孔内，与锥台形非金属弹垫(19)接触，绑绳(21)穿过下层定子线棒(12)与上层定子线棒(14)形成的贯通孔构成封闭环，对下层夹板(15)、下层适形垫(16)、下层定子线棒(12)、层间适形垫(13)、上层定子线棒(14)、上层适形垫(17)、上层夹板(18)、锥台形非金属弹垫(19)、盖板(20)组成的结构形成绑扎约束，锥台形非金属弹垫(19)通过螺塞(23)调整被压缩量；螺塞(23)的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽(24)。