CN109193994A - 一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构，由辐射分布的加强结构(1)和环状加强结构(2)构成，本发明能够应用于不符合标准的发电机定子端部的改造处理，辐射分布的加强结构与环状加强结构的结合，使上层定子线棒与下层定子线棒能够紧密的固定在一起，并在定子端部形成了高结构刚度笼状加强结构，能够有效提升定子绕组端部整体刚度，采用螺塞结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台弹垫的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使之避开固有激励频率范围，保证发电机运行安全的目的。

Description

一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构

技术领域：

本发明涉及一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构。

背景技术：

全速汽轮发电机结构紧凑，机械振动及通风冷却问题突出，直接影响到发电机的运行安全，如定子端部模态及引线的固有频率问题，对于50Hz电网系统的发电机，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型达不到国家标准及电力公司相关标准的要求、无法满足合同要求的现象；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一般不能采用金属结构，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，一旦产品制造完毕，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、下层定子线棒紧密的固定在一起，不能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，国内外发电机制造厂先后推出了改进的结构措施，如起源于欧洲“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、内撑环等组成，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。

也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，从而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组合锥台弹垫形式定子端部加强结构，具有与以往技术不同的结构形式，由辐射分布的加强结构和环状加强结构构成，辐射分布的加强结构利用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，使上层定子线棒与下层定子线棒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，环状加强结构利用平板弹簧积蓄的弹性作用力，使后序的补救措施所实施的绑扎结构形成绷紧力，使加强环、上层定子线棒、下层定子线棒、定子绑环被紧密的固定在一起，形成惯性矩数倍于原结构的环状结构，使渐开线部位自身整体刚度得到明显加强；辐射分布的加强结构与环状加强结构的结合，在定子端部形成了高结构刚度笼状加强结构，能够有效提升定子绕组端部整体刚度，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弹垫的回弹力，锁固螺塞，避免螺塞脱落的目的。本发明的技术方案为：一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构，其特征是：该结构由辐射分布的加强结构和环状加强结构构成，辐射分布的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、绑带、螺塞构成，该结构安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，沿定子端部锥台结构的母线方向呈辐射状分布，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与锥台形非金属弹垫接触，绑带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；环状加强结构由加强环、平板弹簧、扇形块、适形垫、绑绳构成，该结构安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，加强环有环槽，内置平板弹簧和扇形块，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，对定子绑环、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，螺塞的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽。

技术效果：对于辐射分布的加强结构，由于绑带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、盖板、螺塞形成约束固定，绑带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，绑带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，在其回弹力和绑带的约束固定作用下，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，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弹垫的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使之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；对于环状加强结构，由于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，能够对依次叠压的定子绑环、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，由于平板弹簧处于被压迫弯曲形变状态，在其回弹力和绑绳的约束固定作用下使依次叠压的定子绑环、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、定子绑环被紧密的固定在一起，形成惯性矩数倍于原结构的环状结构，使渐开线部位自身整体刚度得到明显加强，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；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；辐射分布的加强结构与环状加强结构的结合，在定子端部形成了高结构刚度笼状加强结构，能够有效提升定子绕组端部整体刚度，使端部椭圆振动频率得到明显改变，避开固有激励频率范围，保证发电机运行安全。

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，该结构由辐射分布的加强结构1和环状加强结构2构成，辐射分布的加强结构1由下层夹板3、下层适形垫4、上层适形垫5、上层夹板6、锥台形非金属弹垫7、盖板8、绑带9、螺塞10构成，该结构安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，沿定子端部锥台结构的母线方向呈辐射状分布，下层夹板3与下层定子线棒11之间衬垫下层适形垫4，上层夹板6与上层定子线棒12之间衬垫上层适形垫5，上层夹板6的上表面有腔室13，用以容纳锥台形非金属弹垫7，螺塞10旋入盖板8的螺孔与锥台形非金属弹垫7接触，绑带9穿过下层定子线棒11与上层定子线棒12形成的贯通孔构成封闭环，对下层夹板3、下层适形垫4、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、上层适形垫5、上层夹板6、锥台形非金属弹垫7、盖板8组成的结构形成绑扎约束，锥台形非金属弹垫7可以通过螺塞10调整被压缩量；环状加强结构2由加强环15、平板弹簧16、扇形块17、适形垫18、绑绳19构成，该结构安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，加强环15有环槽20，内置平板弹簧16和扇形块17，绑绳19穿过下层定子线棒11与上层定子线棒12形成的贯通孔构成封闭环，对定子绑环21、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、适形垫18、扇形块17、平板弹簧16、加强环15组成的结构形成绑扎约束，平板弹簧16处于被压迫弯曲形变状态，平板弹簧16置于扇形块17与加强环15的环槽20内表面之间，适形垫18置于扇形块17与上层定子线棒12之间，螺塞10的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽22；

本发明适用于大型汽轮发电机领域，由于绑带9穿过下层定子线棒11与上层定子线棒12形成的贯穿孔形成封闭环，能够对依次叠压的下层夹板3、下层适形垫4、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、上层适形垫5、上层夹板6、锥台形非金属弹垫7、盖板8、螺塞10形成约束固定，绑带9利用下层定子线棒11与上层定子线棒12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，由于锥台形非金属弹垫7处于被压缩状态，在其回弹力涨紧和绑带9的约束固定的相互作用下，使依次叠压的下层夹板3、下层适形垫4、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、上层适形垫5、上层夹板6、锥台形非金属弹垫7、盖板8形成相互作用力，造成了下层定子线棒11与上层定子线棒12被牢固的绑扎固定在一起的效果，使得下层定子线棒11与上层定子线棒12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4衬垫在下层定子线棒11与下层夹板3之间，下层适形垫4为浸渍环氧树脂的涤纶毡，可以适形填充下层定子线棒11与下层夹板3之间的不规则间隙，施工固化后能够使下层夹板3与下层定子线棒11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；上层适形垫5衬垫在上层定子线棒12与上层夹板6之间，上层适形垫5为浸渍环氧树脂的涤纶毡，可以适形填充上层定子线棒12与上层夹板6之间的不规则间隙，施工固化后能够使上层夹板6与上层定子线棒12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；上层夹板6的上表面有腔室13用以容纳锥台形非金属弹垫7，避免锥台形非金属弹垫7逸出，盖板8内旋入的螺塞10与锥台形非金属弹垫7接触，对锥台形非金属弹垫7产生压紧力，采用螺塞10结构可以在绑扎结构固化后再调整锥台形非金属弹垫7的被压缩量，达到能够方便调整端部椭圆振动频率，使之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10螺纹表面的贯通注胶槽22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10承受锥台形非金属弹垫7的回弹力，锁固螺塞10，避免螺塞10脱落的目的；如图7所示，螺塞10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22；

绑带9为浸渍室温固化环氧树脂的玻璃丝束，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，固化后形成具有紧固强度的封闭环，锥台形非金属弹垫7为层压环氧玻璃布板材质，受到压力可以发生形变并产生持续弹力，锥台形非金属弹垫7不同于普通垫圈的平面结构，锥台形非金属弹垫7形状类似碟子边缘，呈现锥台结构，被压缩时产生弹性变形，积蓄回弹力；下层夹板3、上层夹板6、盖板8也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；安装辐射分布的加强结构1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，选择合适的数量即可使施工后定子端部振动频率上升到合格的数值范围内，辐射分布的加强结构1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7及绑带9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；如果非金属弹垫7的数量是二，则绑带9的数量是三；

由于绑绳19穿过下层定子线棒11与上层定子线棒12形成的贯通孔形成封闭环，能够对依次叠压的定子绑环21、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、适形垫18、扇形块17、平板弹簧16、加强环15形成约束固定，绑绳19利用下层定子线棒11与上层定子线棒12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19采用浸渍环氧树脂的玻璃丝束缠绕，便于穿过贯通孔，由于平板弹簧16处于被压迫弯曲形变状态，在其回弹力和绑绳19的约束固定作用下使依次叠压的定子绑环21、下层定子线棒11、层间适形垫14、上层定子线棒12、适形垫18、扇形块17、平板弹簧16、加强环15形成相互作用力，产生下层定子线棒11与上层定子线棒12被牢固的绑扎在一起的效果，也能够使加强环15、上层定子线棒12、下层定子线棒11、定子绑环21被紧密的固定在一起，形成惯性矩数倍于原结构的环状结构，使渐开线部位自身整体刚度得到明显加强，使得下层定子线棒11与上层定子线棒12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；适形垫18衬垫在上层定子线棒12与扇形块17之间，避免产生局部接触造成应力集中；加强环15有环槽20，容纳平板弹簧16和扇形块17，避免平板弹簧16和扇形块17逸出脱落；

加强环15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16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17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18采用浸渍环氧树脂的涤纶毡，可以适形填充上层定子线棒12与扇形块17之间的不规则间隙，施工固化后能够使扇形块17与上层定子线棒12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16及扇形块17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；图5为未采用本发明施工方案施工的定子端部视图，图6为采用本发明施工方案施工后的定子端部视图，该视图显示安装了八套辐射沿定子端部锥台结构的母线方向分布的加强结构1和一套环状加强结构2。

Claims (1)

1.一种刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构，其特征是：由辐射分布的加强结构(1)和环状加强结构(2)构成，辐射分布的加强结构(1)由下层夹板(3)、下层适形垫(4)、上层适形垫(5)、上层夹板(6)、锥台形非金属弹垫(7)、盖板(8)、绑带(9)、螺塞(10)构成，刚度可变组合锥台弹垫形式定子端部加强结构安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，沿定子端部锥台结构的母线方向呈辐射状分布，下层夹板(3)与下层定子线棒(11)之间衬垫下层适形垫(4)，上层夹板(6)与上层定子线棒(12)之间衬垫上层适形垫(5)，上层夹板(6)的上表面有腔室(13)，用以容纳锥台形非金属弹垫(7)，螺塞(10)旋入盖板(8)的螺孔与锥台形非金属弹垫(7)接触，绑带(9)穿过下层定子线棒(11)与上层定子线棒(12)形成的贯通孔构成封闭环，对下层夹板(3)、下层适形垫(4)、下层定子线棒(11)、层间适形垫(14)、上层定子线棒(12)、上层适形垫(5)、上层夹板(6)、锥台形非金属弹垫(7)、盖板(8)组成的结构形成绑扎约束，锥台形非金属弹垫(7)通过螺塞(10)调整被压缩量；环状加强结构(2)由加强环(15)、平板弹簧(16)、扇形块(17)、适形垫(18)、绑绳(19)构成，环状加强结构(2)安装在汽轮发电机定子绕组端部渐开线部位，加强环(15)有环槽(20)，内置平板弹簧(16)和扇形块(17)，绑绳(19)穿过下层定子线棒(11)与上层定子线棒(12)形成的贯通孔构成封闭环，对定子绑环(21)、下层定子线棒(11)、层间适形垫(14)、上层定子线棒(12)、适形垫(18)、扇形块(17)、平板弹簧(16)、加强环(15)组成的结构形成绑扎约束，平板弹簧(16)处于被压迫弯曲形变状态，平板弹簧(16)置于扇形块(17)与加强环(15)的环槽(20)内表面之间，适形垫(18)置于扇形块(17)与上层定子线棒(12)之间，螺塞(10)的螺纹表面有与轴线平行的贯通注胶槽(22)。