CN112290751A - 用于恢复发电机导体的圆柱度的便携式装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于恢复发电机导体的圆柱度的便携式装置和方法。具体地，一种用于恢复发电机导体、尤其是涡轮发电机导体的圆柱度的方法，其中，该导体为联接至发电机的第一定子线棒接头的圆柱形导体；该方法包括以下步骤：a）提供便携式装置，该便携式装置提供有车削工具；b）释放第一定子线棒接头和导体之间的联接；c）将便携式车削装置联接至导体，其中，该导体仍联接至发电机；d）车削导体。

Description

用于恢复发电机导体的圆柱度的便携式装置和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请主张在2019年7月23日提交的欧洲专利申请号19425056.9的优先权，该欧洲专利申请的整个公开内容通过引用并入文中。

技术领域

本发明涉及发电机（也即，构造成用于将引入的机械能转换成电能的装置）的技术领域。具体地，本发明涉及用于发电机的维护的领域，也即，为了核查形成发电机的构件的完整性而实施的周期性检查活动，或者为了修复一些损坏的构件以便恢复组件而实施的修复活动。更详细地，与本发明相关的维护活动是指用以在发电机连接本身发生损坏的情况下为恢复发电机连接而进行的操作。对于用语“发电机连接”，我们认为是指在定子线棒（bar）端部与构造成用于将电流/电压输送到发电机外部的导体之间的联接（或耦合）。即使本发明已作为用以执行以便恢复损坏的发电机连接的维护活动引入，但本发明的维护活动也可在损坏发生之前进行以便向发电机提供新的连接。鉴于与本发明的技术领域相关的上述初步考虑，以下描述将涉及便携式装置和用于恢复发电机导体的圆柱度以便改善/恢复发电机连接的方法。在下文中，上文提及的发电机将被描述为涡轮发电机（也即，涡轮组件的发电机），因为在这种机器中，维护活动非常重要并且必须经常进行。然而，本发明也可应用于其它种类的发电机。换句话讲，在涡轮组件领域中本发明的所述具体实施并不限制本发明本身的保护范围。

现有技术的描述

众所周知，发电机（也称为交流发电机）是一种构造成用于将引入能量转换为引离电能的组件。本发明具体地涉及一种涡轮发电机，其中，引入能量在形式上为由涡轮驱动的旋转转子的机械能。众所周知，在燃气涡轮的情形中，涡轮又由在燃气涡轮组件中产生的膨胀热气流驱动，该燃气涡轮组件包括压缩机单元、燃烧器单元以及涡轮本身；在蒸汽涡轮的情形中，涡轮由在涡轮组件中的膨胀高温和高压水蒸汽驱动，该涡轮组件典型地由高压区段、中压区段和低压区段组成。鉴于上文，发电机包括：旋转部分，其呈与旋转转子一体形成的套管的形式；以及定子（statoric）部分，其为围绕旋转部分布置在外部的固定结构。定子部分也成形为套管，并且在发电机的内部旋转部分转子与外部定子部分之间存在空气间隙。因此，定子部分成形为中空圆柱形本体，其中，内部圆柱形表面面向旋转转子。旋转部分支承多个磁性元件以便产生旋转磁场。定子部分的内表面（也即，面向发电机的旋转部分的表面）提供有多个轴向凹槽（用语“轴向”指的是转子轴线），其中，每个凹槽均限定凹座用于收容作为相对电绕组的部分的定子线棒。根据法拉第定律，旋转磁场在定子部分的电绕组中产生电动势。定子部分的前部被称为发电机端部绕组，并且包括构造成用以与对应导体联接以便输送出所产生的电流/电压的多个定子线棒端部。具体地，本发明涉及一种发电机连接，其中，每个导体均采用由导体材料（如铜）制成的圆柱形本体的形式来实现。鉴于导体的这种形状，当前每个定子线棒端部均提供有接头（也由导体材料制成），该接头包括联接至定子线棒端部的基部和构造成用以与圆柱形导体的外表面部联接的大致凹入形状的头部。根据该种现有技术实践，在接头和圆柱形导体之间的连接根据以下步骤来进行。初步地，将圆柱形导体压靠接头的凹入头部，并且然后将接头硬钎焊至导体。

这种现有技术的连接包含一些缺点。具体地，这种连接由于接头布局（或设计，layout）的脆弱而易于发生机械故障。

为了避免此种问题，申请人开发了一种备选接头，在其中不存在用于导致损坏的机械应力的空间。具体地，此种备选接头包括呈构造成用以与定子线棒端部联接的两块板形式的基部和呈构造成用于收容圆柱形导体的端部的圆柱形座形式的头部。这样，在连接处，圆柱形导体被圆柱形座完全地覆盖。

为了用新的接头替换旧的接头（在损坏的情形中或者仅作为改善维护活动），因此有必要拆除或释放现有的连接并且通过使用前文所述的备选接头进行新的连接。由于在备选接头和导体之间的圆柱形/棱柱形连接，故导体的外表面（至少是待与接头联接的部分）必须被加工/机加工以适用于该连接。具体地，由于前文描述和进行的用于将导体联接至旧接头的凹入头部的联接步骤，故在导体的外表面上可存在待移除的硬钎焊材料（起因于硬钎焊步骤）。此外，导体的外表面显露出一些具有局部变形的部分（归因于夹持导体的步骤以使导体成型以便抵靠旧接头的凹入头部围绕分相（phase break）处的端部绕组到达接头位置）。为了恢复导体的圆柱度，有必要通过使用车削装置从导体的外表面移除一些材料。

根据现有技术实践对于本领域技术人员而言简单且直接的解决方案是，为了制备（车削）用于新接头的导体，将导体从发电机中完全地移除以便将导体远离发电机移动到加工工位，在其中可使用普通的车削工具来加工外导体表面。实际上，标准车削装置具有太大的尺寸而无法在发电机上使用。这种解决方案在成本/时间方面是如此昂贵，因而现今通常优选的是采用新导体替换旧导体而不是恢复旧导体。

本发明的公开内容

因此，本发明的一个主要目的是提供一种便携式装置，其构造成用于在现场（“原位”）使用并且用于制备发电机（尤其是涡轮发电机）的现有圆柱形导体以便联接至具有圆柱形座的接头。对于用语“便携式”，我们认为是指一种可在发电机构件之间使用而无需移除导体的装置，也即，具有尽可能小的尺寸的装置。具体地，本发明涉及一种便携式车削装置，其构造成用于车削圆柱形导体的外表面以便由于预先存在的局部变形而恢复表面圆柱度以及用以制备导体以便收容（和硬钎焊）在圆柱形接头座中。

除了本发明的上述主要范围之外，还存在一些由本发明所解决的附加的特殊问题，也即：

-非常窄的加工空间；

-待恢复（车削）的零件附接至发电机并且除非打算进行昂贵且费时的拆卸，否则无法轻易地拆除和安装；

-恢复过程需要某种类别的动力（气动/电动/液压），其无法仅是用手传输。

在讨论便携式车削装置的机械详细描述之前，本发明还可限定为一种用于恢复发电机导体的圆柱度的备选方法。实际上，现有技术实践事实上并未建议在发电机现场和内部进行这种机加工步骤以便制备待收容并且硬钎焊在接头圆柱形座中的导体。

因此，本发明还提供一种用于恢复发电机、尤其是涡轮发电机的导体的圆柱度的方法，其中，该导体是联接至发电机的第一定子线棒接头的圆柱形导体。此种方法包括以下步骤：

a)提供便携式车削装置（如将在下文描述）；

b)释放第一定子线棒接头和导体之间的联接；通常，第一定子线棒接头包括凹入形状的导体接纳座，而现有的联接是通过硬钎焊在导体稍微压靠该座时的连接来实现的；

c)将便携式车削装置联接至导体，其中，所述便携式车削装置具有非常小的尺寸，因此导体仍可联接至发电机；

d)通过起动便携式车削装置对导体（也即，导体端部的部分）进行车削。

优选地，步骤b）通过感应加热进行。

由于该方法的范围是将导体置于适用于收容和硬钎焊在新的接头圆柱形座中的状态中（光滑且圆柱形的端部外表面），故该方法还包括以下步骤：

e)将第一或现有的定子线棒接头替换为第二或新的定子线棒接头，该第二或新的定子线棒接头具有圆柱形座，其构造成用于收容导体的车削部分（也即，具有合适的内径）；

f)将所车削的导体联接至第二定子线棒接头的圆柱形座。

由于根据本发明，导体的端部在导体仍连接至发电机（也即，发电机的下游部分）的同时被车削，故导体是固定的，而便携式车削装置提供有旋转和行进的车削工具。因此，在步骤d）期间，导体被固定而车削工具则围绕导体旋转并且沿着导体行进。

因此，本发明涉及一种可靠而有效的方法，其通过使用便利的（便携的并且能够在定子上使用的）旋转系统车削发电机的圆柱形连接器来进行。请注意，在传统的车削过程中，待车削的部件是旋转的而工具是固定的。相反，在本发明中，待机加工的部件是固定的，而车削工具则围绕圆柱形导体旋转并且沿着圆柱形导体行进。

如前文所引用，申请人开发了一种适用于执行本发明的方法的新型便携式装置，也即，一种构造成用于在导体固定至发电机时车削导体和构造成用于在定子上使用的装置。因此，根据本发明的主要定义的便携式装置包括：

-支承件，其构造成用于将装置联接至导体的端部；

-车削工具（由支承件支承），其构造成用于在导体被固定并且承受支承件的同时围绕导体的端部旋转（和车削）。

优选地，该装置包括用于至少驱动车削工具的旋转的马达。例如，可调式气动马达。

优选地，车削工具还构造成用于沿着导体行进。这种行进运动可以是机动的，或者由（例如）推进螺杆来进行。

优选地，该装置包括支承马达的第一齿轮箱和支承车削工具的第二齿轮箱，其中，第一齿轮箱可相对于第二齿轮箱移动。例如，这些齿轮箱可通过两个凸缘联接，以便允许第一齿轮箱相对于固定至导体的第二齿轮箱进行角度调节。

优选地，第一齿轮箱和第二齿轮箱之间的连接可为柔性连接，该柔性连接构造成用于使第一齿轮箱远离第二齿轮箱移动。

优选地，该装置包括碗状物，其支承车削工具并且构造成用于接纳待车削的导体端部。优选地，此种碗状物至少包括用于排出从导体移除的材料毛刺的窗口。

优选地，车削工具相对于导体沿着径向方向是可调节的（例如，逐步地），以便逐渐地从导体移除材料。

优选地，车削工具是可移除的，以便允许布置新的或不同的车削工具。

应当理解，前文的总体描述和下文的详细描述二者都是示例性的，并且旨在提供对所主张的本发明的进一步解释。根据下文的描述、附图和权利要求，本发明的其它优点和特征将是显而易见的。

被认为是新颖的本发明的特征在所附权利要求中被详尽地阐述。

附图说明

在适当地参看附图仔细阅读详细描述之后，本发明的另外的有益效果和优点将变得显而易见。

然而，通过参看下文对本发明的详细描述，可最好地理解发明本身，该详细描述结合附图描述本发明的示例性实施例，其中：

-图1为用于动力设备的燃气涡轮组件的示意性视图；

-图2为发电机的定子部分的示意性视图；

-图3为图2中标记为III的部分的示意性放大视图，示出了现有的发电机连接；

-图4为一种备选发电机连接的示意性视图，其中，在联接之前必须对现有的导体进行车削；

-图5为根据本发明的便携式车削装置的实施例的示意性视图，该车削装置适用于车削固定至发电机的导体；

-图6为与发电机导体联接的图5的便携式车削装置的示意性视图。

具体实施方式

结合附图，在下文根据优选实施例描述本发明的技术内容和具体实施方式，并不用于限制本发明的实行范围。根据所附权利要求作出的任何等同变型和修改全都被由本发明所主张的权利要求所覆盖。

现在将参看附图详细地描述本发明。

参看图1，其为用于动力设备的燃气涡轮组件的示意性视图（在下文仅是燃气涡轮）。实际上，燃气涡轮发电机领域是本发明的可能应用的非限制性实例。图1公开了一种燃气涡轮1，其具有限定轴线2的转子6并且沿着主流M串联地包括：

-压缩机单元3；

-燃烧器单元4，在其中压缩空气至少与燃料混合，并且此种混合物经燃烧以产生热气流；

-涡轮单元5，在其中热气流膨胀，从而在转子6上进行旋转做功。

根据图1，在涡轮5的下游，转子6做功用于驱动发电机7中的旋转部分。

现在参看图2，其为前文引用的发电机7的定子部分8的示意性视图。具体地，图2公开了沿着轴线2呈中空圆柱形结构形式的定子部分8，该定子部分适用于收容旋转部分（在图2中未示出）。如上文所述，转子可为图1的燃气涡轮转子6，且因此发电机轴线可相对于燃气涡轮轴线对准或不对准。发电机7的定子部分8包括面向旋转部分的内表面9，并且其中在旋转部分与此种内表面9之间提供空气间隙。如在图2中所公开，内表面9提供有多个轴向凹槽或槽口10，其平行于轴线2并且彼此周向地隔开。每个凹槽10均收容限定电绕组的定子线棒。众所周知（和根据法拉第定律），由旋转部分生成的旋转磁场在定子部分的电绕组中产生电动势（也即电能）。为了利用此种电能，定子部分的前部（也称为发电机端部绕组并且在图2中用参考标号11标记）包括多个定子线棒端部，这些定子线棒端部通过接头与依次地固定至发电机下游部分的对应导体联接。

现在参看图3，其为在图2中用参考标号III标记的发电机端部绕组的部分的示意性放大视图。具体地，图3公开了在本发明的启动之前存在于发电机中的现有连接。根据图3的实例，定子线棒端部12联接至第一接头13（也由导体材料制成），该第一接头包括联接至定子线棒端部12的基部和构造成用以与圆柱形导体14的外表面相联接的大致凹入形状的头部。如在现有技术章节中所述，这种接头13与圆柱形导体14之间的连接根据以下步骤进行。初步地，将圆柱形导体14稍微压靠接头13的凹入头部，并且然后将接头13硬钎焊至导体14。这种现有技术的连接包含一些缺点。具体地，这种连接由于接头布局的脆弱而易于发生机械故障。为了避免此种问题，申请人开发了一种备选接头，在其中不存在用于导致损坏的机械应力的空间。

现在参看图4，其公开了用于将定子线棒端部连接至导体的备选接头。具体地，这种备选接头15包括：基部，其呈构造成用以与定子线棒端部12联接的两块板16的形式；和头部17，其包括构造成用于收容圆柱形导体14的端部的圆柱形座18。如在图4中所公开，以这种方式在连接处，圆柱形导体14由圆柱形座18完全地包围以便获得凹坑（pocket）接头。为了用图4的新接头15替换旧的接头13（图3）（在现有接头13损坏的情况下或仅是作为改善维护活动），因此有必要拆除或释放现有的连接并且通过使用前文所述的这种备选接头15进行新的连接。由于在备选接头15和导体14之间的圆柱形/棱柱形连接，故导体14的外表面（至少是待与接头15联接的部分）必须被加工/机加工以便适用于该连接。由于前文描述和进行的用于将导体14联接至旧接头13的现有凹入头部的联接步骤，故导体14的外表面显露出一些局部变形（归因于夹持的步骤以使导体成型以便抵靠旧接头的凹入头部围绕分相处的端部绕组到达接头位置）。为了恢复导体的圆柱度和从导体14的外表面移除一些材料，申请人开发出一种新的便携式车削装置，其构造成用于在导体已由旧接头13释放但仍固定至发电机的下游部分之后在发电机端部绕组上使用。

现在参看图5，其为本发明的便携式车削装置的一个实施例（导体14也在图5中显示）。这种便携式车削装置19包括气动马达20，该气动马达通过凸凹式轴联接器22附接至第一齿轮箱21。齿轮箱21收容用于将旋转运动传输至由第二齿轮箱24支承的花键轴23的装置。齿轮箱21和24通过凸缘25连接，使得第一齿轮箱21可相对于第二齿轮箱24旋转。花键轴23连接至由衬套支承的输出轴26。衬套承载器皿碗状物27，该器皿碗状物支承在导体14的外表面上加工的车削工具（未显示）。推进螺杆28促使碗状物27从位置0（当碗状物27距齿轮箱24的距离为0时）和位置1（当碗状物27已行进（例如40毫米）时）行进。此外，所公开的装置19包括支承框架29，该支承框架在一端联接至第二齿轮箱24而在相对的一端支承导体14以便使导体轴线与碗状物轴线对准。在本发明的另一个实施例（未显示）中，为了匹配端部绕组中的几何形状并且适应空间约束，也即由气动马达20和齿轮箱21/齿轮箱21和24组成的传动装置的布局，气动马达可通过用于扭矩传递的挠性轴附接至第一齿轮箱21或直接地附接至第二齿轮箱24。

最后，图6公开了如何可将图5的装置19用于执行本发明的方法。如在图6中所公开，装置19具有适用于在定子上使用而无需移除导体的尺寸。在该图中，由于导体14的存在（已联接至新的接头15），故第一齿轮箱已被旋转。

尽管本发明已关于如上文所提及的其优选实施例（多个）进行了解释，但应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可作出许多其它可能的修改和变型。因此，构想到的是，所附的一个或多个权利要求将覆盖落入本发明的真实范围内的此类修改和变型。

Claims (15)

1.一种用于恢复发电机导体（14）、尤其是涡轮发电机导体的圆柱度的方法，其中，所述导体（14）为联接至发电机（7）的第一定子线棒接头（13）的圆柱形导体；所述方法包括以下步骤：

a)提供便携式装置（19），所述便携式装置提供有车削工具；

b)释放所述第一定子线棒接头（13）和所述导体（14）之间的联接；

c)将所述便携式车削装置（19）联接至所述导体（14），其中，所述导体仍联接至所述发电机（7）；

d)车削所述导体（14）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体（14）和所述第一定子线棒接头（13）之间的现有联接通过硬钎焊实现；所述步骤b）通过感应加热进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

e)将所述第一定子线棒接头（13）替换为第二定子线棒接头（15），所述第二定子线棒接头具有构造成用以与所述导体（14）的车削部分相联接的圆柱形座（18）；

f)将车削的所述导体（14）联接至所述第二定子线棒接头（15）的圆柱形座（18）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车削的所述导体和所述第二定子线棒接头之间的联接通过硬钎焊实现。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述便携式车削装置（19）提供有旋转车削工具；在所述步骤d）期间，所述导体（14）被固定并且所述车削工具围绕所述导体（14）旋转。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述便携式车削装置（19）提供有行进车削工具；在所述步骤d）期间，所述导体（14）被固定并且所述车削工具沿着所述导体（14）行进。

7.一种用于恢复发电机导体（14）、尤其是涡轮发电机导体的圆柱度的便携式装置（19），所述装置（19）具有适用于在发电机（7）上使用的尺寸并且包括：

-支承件（29），所述支承件构造成用于将所述装置（19）联接至所述导体（14）的端部；

-车削工具，所述车削工具构造成用于在所述导体被固定的同时围绕所述导体（14）的端部旋转。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于驱动所述车削工具的可调式气动马达（20）。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述车削工具构造成用于沿着所述导体（14）的端部行进。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置包括支承所述马达（20）的第一齿轮箱（21）和支承所述车削工具的第二齿轮箱（24）；所述第一齿轮箱（21）相对于所述第二齿轮箱（24）是可移动的。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置包括在所述第一齿轮箱（21）和所述第二齿轮箱（24）之间的柔性连接，所述柔性连接构造成用于使所述第一齿轮箱（21）远离所述第二齿轮箱（24）移动。

12.根据前述权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括支承所述车削工具并且收容所述导体端部的碗状物（27）；所述碗状物（27）至少包括用于排出从所述导体移除的材料的窗口。

13.根据前述权利要求7至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述车削工具能够相对于所述导体（14）沿着径向方向移动。

14.根据前述权利要求13所述的装置，其特征在于，所述车削工具能够相对于所述导体（14）沿着径向方向逐步地移动。

15.根据前述权利要求7至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述车削工具是可移除的。

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