CN110220686A - 保持柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，包括模拟磁轭、模拟磁极、斜垫块、试验螺母和垫圈，其中：本发明还提供了一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法。采用本发明公开的技术方案后，可以了解和掌握各种影响磁极螺杆拉紧力的因素，如磁极螺杆与磁轭磁极螺杆孔刮平平面不垂直、螺母内圆与受力端面不垂直、垫圈两侧平面不平行以及受力面表面粗糙度差等等原因，这些不良因素的存在，都会影响到磁极螺杆拉紧力的大小。经过技术分析，采取有效的工艺技术措施，避免螺杆拉紧力降低以及发生磁极螺杆断裂，确保电机正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置以及采用该试验装置的试验方法。
背景技术
在同步电机转子磁极固定方式中，采用螺杆和螺母将磁极固定在磁轭轭上的结构形式是非常普遍的。然而，若将上述结构形式应用在特大型转子上会发生一些意想不到的问题，如：磁极螺杆预紧力不够，转子运转过程中磁极就会松动。由于转子周期性旋转的特点，因此磁极螺杆的径向力和切向力也随着周期性的变化，严重时磁极会发生来回移位，周而复始，磁极发生振动，磁极螺杆受到周期性的扭力变化，久而久之易产生疲劳，最终发生疲劳损伤断裂，使得磁极螺杆预紧力失效，从而造成事故。为避免这种事故的发生，必须找出原因，并采取有效的工艺技术措施来解决。
发电厂用的超大型柴油同步发电机转子的结构主要由轴、磁轭、磁极、螺杆和螺母等零部件组成。常见的超大型柴油同步发电机转子的结构如图1至图3所示，其中间为轴1，轴1的中间法兰处将安装磁轭2，轴1和磁轭2用强力销螺栓3连接固定，磁极4用螺杆5固定在磁轭2的外圆上。由于每个磁极4由二根螺杆5固定，螺杆5必须要有一定的预紧力才能有效克服径向的离心力和重力，才能保证磁极4与磁轭2之间有足够大的摩擦力，才能有效克服切向的电磁力，确保磁极4与磁轭2不发生位移。因此，螺杆5的预紧力大小控制是非常重要的，预紧力符合技术要求，就能保证电机正常运行。
发明内容
本发明的目的是：提供一种验证磁极螺杆的拉紧力的试验装置及试验方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，包括模拟磁轭、模拟磁极、斜垫快、试验螺母和垫圈，其中：
模拟磁轭及模拟磁极所使用的材料和技术要求与大型柴油同步发电机转子实际采用的磁轭及磁极相匹配，确保模拟磁极的磁极螺孔与模拟磁轭受力面相互垂直，同时保持磁极螺孔与大型柴油同步发电机转子实际采用的磁极的磁极螺孔以及相关的尺寸相一致；
斜垫块上平面、下平面所在平面呈一夹角，用于模拟磁极的磁极拉杆与磁轭磁极螺杆孔刮平平面不垂直，斜垫块中部设有用于穿设待测螺杆的通孔；
试验螺母的受力端面倾斜；
垫圈直接采用大型柴油同步发电机转子实际使用的产品件；
试验时，模拟磁极设于工作台面上，模拟磁轭直接叠放在模拟磁极上，或者先在模拟磁极上叠放斜垫块再叠放模拟磁轭，将模拟磁极的螺孔与模拟磁轭的孔对准后，拧入待测螺杆，待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上套设有试验螺母或套设有试验螺母及垫圈，且待测螺杆露于模拟磁轭外的端部与液压拉伸器相连。
优选地，所述模拟磁轭包括一体的磁极拉杆和极身。
优选地，所述斜垫快的下平面水平，上平面的斜度为1:540。
优选地，所述试验螺母的受力端面与竖直面之间的夹角α为1°。
优选地，所述垫圈两平面的平面度≤0.01mm，两平面的平行度≤0.02mm，两平面的粗糙度为Ra1.6。
本发明还提供了一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法，其特征在于，采用上述的试验装置，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极放在工作台面上，先在模拟磁极上叠放斜垫快再叠放模拟磁轭，模拟磁极的螺孔与模拟磁轭的孔对准后，拧入待测螺杆；
步骤2、在待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母，产品螺母单侧受力或两侧受力不均，将待测螺杆的该端部与液压拉伸器相连，做待测螺杆与模拟磁轭的磁极螺杆孔刮平平面不垂直状态的磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装试验螺母，将待测螺杆的该端部与液压拉伸器相连，做试验螺母螺纹中心线与受力端面不垂直度时的待测螺杆的磁极螺杆拉紧力试验。
优选地，所述磁极螺杆拉紧力试验包括以下步骤：
试验时，待测螺杆的拉紧力按设计图样要求AkN进行，换算成液压拉伸器的液压压强为BMPa，实际试验时液压拉伸器的液压压强采用(B+C)MPa，C为补偿量，待测螺杆拉到要求的拉力后，扳紧产品螺母或试验螺母，然后松掉液压拉伸器拉力；再将待测螺杆的拉力由0逐渐升高，随时扳动产品螺母或试验螺母，记录产品螺母或试验螺母松动时的液压压强，列检测表格，记录检测数据。
本发明的另一个技术方案是提供了一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法，其特征在于，采用上述的试验装置，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极放在工作台面上，模拟磁轭直接叠放在模拟磁极上，模拟磁极的螺孔与模拟磁轭的孔对准后，拧入待测螺杆；
步骤2、在待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母及垫圈，垫圈位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装试验螺母及垫圈，垫圈位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤4、在待测螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装产品螺母及标准垫圈，进行验证标准垫圈由于平面度差、平行度差和存在毛刺对磁极螺杆待测螺杆拉紧力影响的试验；
步骤5、拧入待测螺杆大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品磁极螺杆，在产品磁极螺杆露于模拟磁轭外的端部上安装产品螺母和产品垫圈，进行模拟产品磁极使用磁极螺杆、螺母和垫圈固定在磁轭上时的磁极螺杆拉紧力试验。
采用本发明公开的技术方案后，可以了解和掌握各种影响磁极螺杆拉紧力的因素，如磁极螺杆与磁轭磁极螺杆孔刮平平面不垂直、螺母内圆与受力端面不垂直、垫圈两侧平面不平行以及受力面表面粗糙度差等等原因，这些不良因素的存在，都会影响到磁极螺杆拉紧力的大小。经过技术分析，采取有效的工艺技术措施，避免螺杆拉紧力降低以及发生磁极螺杆断裂，确保电机正常运行。
附图说明
图1至图3为超大型柴油同步发电机转子的结构示意图；
图4A及图4B为模拟磁轭示意图；
图5A及图5B为模拟磁极示意图；
图6为待测螺杆示意图；
图7A及图7B为斜垫块示意图；
图8为试验螺母示意图；
图9A及图9B为垫圈示意图；
图10为模拟磁极拉紧的试验装置；
图11为垫斜垫块模拟磁极拉紧螺杆的拉紧力试验；
图12为使用试验螺母模拟磁极拉紧螺杆的拉紧力试验。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
为验证磁极螺杆的拉紧力，本发明提供了一套磁极螺杆的拉紧力试验装置包括定制一件模拟磁轭6、定制一件模拟磁极7。为使试验的数据具有真实性和有参考价值，所使用的材料和技术要求与产品基本一致。本发明的其他零部件如螺杆、螺母和垫圈可以采用大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品件，为模拟各种影响到磁极螺杆拉紧力大小的因素，各定制一件斜垫块8、试验螺母9和垫圈10。
本发明的工艺试验方案完全模拟产品电机磁极螺杆的拉紧工艺，由于磁极和磁轭的体积和重量都比较大，以及制造周期长等原因，工艺试验没条件在产品上做。因此，本发明专门设计了一套模拟磁轭6和模拟磁极7，配上磁极螺杆、螺母和垫圈组成一套磁极螺杆拉紧力的试验装置。
模拟磁轭6的材料为ZG270-500铸钢，为降低工艺试验成本和缩短试验周期。经分析，模拟磁轭6采用钢#20来代替，其结构、相关尺寸和技术要求与大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品磁轭相一致，如图4A及图4B所示。以图4A及图4B的下平面作为基准面，加工磁极螺杆穿入孔和孔口刮平平面，确保孔口刮平平面与下平面平行。
大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品磁极是由1.5mm厚的冲片叠压而成，中间穿磁极拉杆，磁极拉杆的材料为40Cr2MoV。为简化磁极结构，将模拟磁极7的磁极拉杆和极身做成一体，如图5A及图5B所示。这样做的目的，主要是保证模拟磁极螺孔与模拟磁轭受力面相互垂直，同时保持模拟磁极螺孔与产品磁极螺孔以及相关的尺寸相一致。
电机转子磁极螺杆的材料为40Cr2MoV钢，锻造而成，经调质热处理后，提供机械性能报告和化学成分报告，合格后，经机加工，完工的磁极螺杆必须满足图样的技术要求。本发明中的待测螺杆15长度为460mm，最大直径Φ50mm，待测螺杆15两端各需加工M48×4螺纹，拧螺母的一侧端面加工成六角形，便于螺杆装拆，表面粗糙度Ra3.2，如图6所示。
斜垫块8的材料为2mm厚的Q235钢板，四侧面加工而成，两平面放在平面磨床上加工，两平面不平行，用于模拟磁极的磁极拉杆与磁轭磁极螺杆孔刮平平面不垂直。斜垫块8边长270mm×270mm，厚度2mm，上平面斜度1：540，中间内圆直径Φ56mm，平面度≤0.01mm，两平面粗糙度Ra0.8，如图7A及图7B所示。
大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母的材料为40Cr2MoV钢，锻造而成，经调质热处理后提供机械性能报告和化学成分报告，合格后，经机加工，完工的磁极螺母必须满足图样的技术要求。螺母内螺纹为M48×4，螺母厚度为38mm，外圆直径Φ80mm，螺纹中心线与受力端面的垂直度≤0.02mm，在螺母外圆上均匀分布了8-Φ8mm沉孔，外圆上沉孔用于扳紧螺母，表面粗糙度Ra3.2。为模拟螺母螺纹中心线与受力端面不垂直时的磁极螺杆的拉紧力试验，本发明重新做一件试验螺母9，人为地将试验螺母9的受力端面9-1倾斜角度α做为1°，如图8所示。
电机转子磁极标准件垫圈的材料一般为Q235钢板，冲制成形，批量采购领用。由于标准件垫圈两平面的平面度、平行度以及表面粗超度都比较差，不能在产品上使用。本发明按图9A及图9B所示定制垫圈10，垫圈10外圆直径Φ92mm，垫圈内圆直径Φ50mm，厚度为6mm，平面度≤0.01mm，两平面的平行度≤0.02mm，两平面粗糙度Ra1.6。
如图10至图12所示(图中序号12表示间隙)，采用上述拉紧力试验装置的试验方法包括：
一)不放垫圈螺杆拉紧力试验，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极7放在工作台面上，先在模拟磁极7上叠放斜垫块8再叠放模拟磁轭6，模拟磁极7的螺孔与模拟磁轭6的孔对准后，拧入待测螺杆15；
步骤2、在待测螺杆15露于模拟磁轭6外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母，产品螺母单侧受力或两侧受力不均，将待测螺杆15的该端部与液压拉伸器11相连，做待测螺杆15与模拟磁轭6的磁极螺杆孔刮平平面不垂直状态的磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆15露于模拟磁轭6外的端部上安装试验螺母9，将待测螺杆15的该端部与液压拉伸器11相连，做试验螺母9螺纹中心线与受力端面不垂直度时的待测螺杆15的磁极螺杆拉紧力试验。
上述步骤中，磁极螺杆拉紧力试验包括以下步骤：
试验时，待测螺杆15的拉紧力按设计图样要求AkN进行，换算成液压拉伸器11的液压压强为BMPa，实际试验时液压拉伸器11的液压压强采用(B+C)MPa，C为补偿量，待测螺杆15拉到要求的拉力后，扳紧产品螺母或试验螺母9，然后松掉液压拉伸器11拉力；再将待测螺杆15的拉力由0逐渐升高，随时扳动产品螺母或试验螺母9，记录产品螺母或试验螺母9松动时的液压压强，列检测表格，记录检测数据。
二)放垫圈螺杆拉紧力试验，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极7放在工作台面上，模拟磁轭6直接叠放在模拟磁极7上，模拟磁极7的螺孔与模拟磁轭6的孔对准后，拧入待测螺杆15；
步骤2、在待测螺杆15露于模拟磁轭6外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母及垫圈10，垫圈10位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器11相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆15露于模拟磁轭6外的端部上安装试验螺母9及垫圈10，垫圈10位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器11相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤4、在待测螺杆15露于模拟磁轭6外的端部上安装产品螺母及标准垫圈，进行验证标准垫圈由于平面度差、平行度差和存在毛刺对磁极螺杆待测螺杆15拉紧力影响的试验；
步骤5、拧入待测螺杆15大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品磁极螺杆，在产品磁极螺杆露于模拟磁轭6外的端部上安装产品螺母13和产品垫圈14，进行模拟产品磁极使用磁极螺杆、螺母和垫圈固定在磁轭上时的磁极螺杆拉紧力试验。
Claims (8)
1.一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，包括模拟磁轭(6)、模拟磁极(7)、斜垫块(8)、试验螺母(9)和垫圈(10)，其中：
模拟磁轭(6)及模拟磁极(7)所使用的材料和技术要求与大型柴油同步发电机转子实际采用的磁轭(2)及磁极(4)相匹配，确保模拟磁极(7)的磁极螺孔与模拟磁轭(6)受力面相互垂直，同时保持磁极螺孔与大型柴油同步发电机转子实际采用的磁极(4)的磁极螺孔以及相关的尺寸相一致；
斜垫块(8)上平面、下平面所在平面呈一夹角，用于模拟磁极的磁极拉杆与磁轭磁极螺杆孔刮平平面不垂直，斜垫块(8)中部设有用于穿设待测螺杆(15)的通孔(8-1)；
试验螺母(9)的受力端面(9-1)倾斜；
垫圈(10)直接采用大型柴油同步发电机转子实际使用的产品件；
试验时，模拟磁极(7)设于工作台面上，模拟磁轭(6)直接叠放在模拟磁极(7)上，或者先在模拟磁极(7)上叠放斜垫块(8)再叠放模拟磁轭(6)，将模拟磁极(7)的螺孔与模拟磁轭(6)的孔对准后，拧入待测螺杆(15)，待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上套设有试验螺母(9)或套设有试验螺母(9)及垫圈(10)，且待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部与液压拉伸器(11)相连。
2.如权利要求1所述的一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，所述模拟磁轭(6)包括一体的磁极拉杆和极身。
3.如权利要求1所述的一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，所述斜垫块(8)的下平面水平，上平面的斜度为1:540。
4.如权利要求1所述的一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，所述试验螺母(9)的受力端面(9-1)与竖直面之间的夹角α为1°。
5.如权利要求1所述的一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验装置，其特征在于，所述垫圈(10)两平面的平面度≤0.01mm，两平面的平行度≤0.02mm，两平面的粗糙度为Ra1.6。
6.一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的试验装置，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极(7)放在工作台面上，先在模拟磁极(7)上叠放斜垫块(8)再叠放模拟磁轭(6)，模拟磁极(7)的螺孔与模拟磁轭(6)的孔对准后，拧入待测螺杆(15)；
步骤2、在待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母，产品螺母单侧受力或两侧受力不均，将待测螺杆(15)的该端部与液压拉伸器(11)相连，做待测螺杆(15)与模拟磁轭(6)的磁极螺杆孔刮平平面不垂直状态的磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上安装试验螺母(9)，将待测螺杆(15)的该端部与液压拉伸器(11)相连，做试验螺母(9)螺纹中心线与受力端面不垂直度时的待测螺杆(15)的磁极螺杆拉紧力试验。
7.如权利要求6所述的一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法，其特征在于，所述磁极螺杆拉紧力试验包括以下步骤：
试验时，待测螺杆(15)的拉紧力按设计图样要求AkN进行，换算成液压拉伸器(11)的液压压强为BMPa，实际试验时液压拉伸器(11)的液压压强采用(B+C)MPa，C为补偿量，待测螺杆(15)拉到要求的拉力后，扳紧产品螺母或试验螺母(9)，然后松掉液压拉伸器(11)拉力；再将待测螺杆(15)的拉力由0逐渐升高，随时扳动产品螺母或试验螺母(9)，记录产品螺母或试验螺母(9)松动时的液压压强，列检测表格，记录检测数据。
8.一种保持大型柴油同步发电机转子磁极螺杆拉紧力的试验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的试验装置，包括以下步骤：
步骤1、将模拟磁极(7)放在工作台面上，模拟磁轭(6)直接叠放在模拟磁极(7)上，模拟磁极(7)的螺孔与模拟磁轭(6)的孔对准后，拧入待测螺杆(15)；
步骤2、在待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上安装大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品螺母及垫圈(10)，垫圈(10)位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器(11)相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤3、在待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上安装试验螺母(9)及垫圈(10)，垫圈(10)位于产品螺母下方，并将该端部与液压拉伸器(11)相连，进行磁极螺杆拉紧力试验；
步骤4、在待测螺杆(15)露于模拟磁轭(6)外的端部上安装产品螺母及标准垫圈，进行验证标准垫圈由于平面度差、平行度差和存在毛刺对磁极螺杆待测螺杆(15)拉紧力影响的试验；
步骤5、拧入待测螺杆(15)大型柴油同步发电机转子所实际使用的产品磁极螺杆，在产品磁极螺杆露于模拟磁轭(6)外的端部上安装产品螺母(13)和产品垫圈(14)，进行模拟产品磁极使用磁极螺杆、螺母和垫圈固定在磁轭上时的磁极螺杆拉紧力试验。
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