CN211405656U - 一种高速水轮机组磁极固定结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速水轮机组磁极固定结构，包括边缘设有若干磁极线圈的转子，相邻的磁极线圈通过外侧的阻尼环端部之间的可拆卸连接相连接，磁极线圈通过连接部与转子形成插接，相邻二个磁极线圈的固定卡槽内设有楔形撑块，楔形撑块与内端固定在转子上的滑动杆形成径向的滑动连接，在楔形撑块的两侧分别设有线圈压块，线圈压块一侧与楔形撑块之间滑动连接，线圈压块的另一侧和磁极线圈之间设有装配间隙，滑动杆的外端设有贴靠线圈压块的限位环，滑动杆上套设有复位压簧，复位压簧一端抵压楔形撑块外端，另一端抵压限位环。本实用新型既可确保磁极线圈在转子上的可靠连接，避免发生脱落现象，又可方便磁极线圈的拆装维护。

Description

一种高速水轮机组磁极固定结构

技术领域

本实用新型涉及水轮机组技术领域，具体涉及一种高速水轮机组磁极固定结构。

背景技术

随着人们节能环保意识的增强，作为绿色能源的水力发电正在大力发展，在水力发电领域，水轮机组是关键的部分，其通常包括定子、可转动地设置在定子内的转子，在转子的边缘设有若干磁极线圈，当水库的水位差形成的水流带动转子转动时，即可生成电能。由于水库的水位差（俗称水头）越来越大，相应地，水轮机组的尺寸、重量也越来越大，转子的转速越来越高，因此，磁极线圈在工作室所受到的离心力也越来越大。例如，对于一些用于超高水头的大容量水轮机组，其容量大于120MW，最高运行水头会超过650米，机组额定转速在600 r/min以上，而磁极线圈（连同铜排）的重量可能会以吨计。因此，水轮机组运行时，高速转动的转子会使磁极线圈形成一个很大的径向离心力。当磁极线圈在转子上的固定不可靠、或长期运行后，磁极线圈容易因巨大的离心力而脱离转子，进而造成生产事故。

此外，在转子启动或停机等速度突变时，处于转子边缘的磁极线圈会有一个很大的加速度，进而产生一个线切方向的力，此时的磁极线圈容易产生偏转、甚至甩离转子。

虽然也有人通过在转子边缘设置一些用于加固磁极线圈的加固结构，使磁极线圈的连接强度得以提升，但是现有的加固结构通常存在拆装不便的问题，特别是，当磁极线圈需要更新维护时，由于受到加固结构的限制，并且转子和定子之间的间隙较小，维护人员无法进入转子和定子之间的间隙内拆装磁极线圈，只能将整个转子吊离定子，才能拆除加固结构和磁极线圈并进行更新维护，进而增加工作量，延长维护周期，不利于降低维护成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的高速水轮机组所存在的磁极线圈连接不可靠、以及拆装维护不方便的问题，提供一种高速水轮机组磁极固定结构，既可确保磁极线圈在转子上的可靠连接，避免发生脱落现象，又可方便磁极线圈的拆装维护。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高速水轮机组磁极固定结构，包括轴线竖直布置的转子、设置在转子边缘的若干磁极线圈，磁极线圈包括内侧的连接部、横向地设置在外侧上部的阻尼环，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间形成可拆卸连接，所述连接部沿上下方向插接在转子的边缘，相邻二个磁极线圈相对的侧壁之间形成固定卡槽，在固定卡槽中间设有楔形撑块，楔形撑块内设有沿径向贯通内外两端的滑动孔，在滑动孔内设有滑动杆，滑动杆的内端固定在转子边缘，所述楔形撑块靠近磁极线圈的两个侧面为由内至外向中间倾斜的斜面，从而使楔形撑块在垂直于转子轴线的横截面内呈外小内大的楔形，在楔形撑块的两侧分别设有线圈压块，线圈压块一侧与楔形撑块之间通过限位滑槽形成径向的滑动连接，线圈压块的另一侧为与磁极线圈侧壁平行的压接面，在压接面和磁极线圈之间设有装配间隙，滑动杆的外端设有贴靠线圈压块的限位环，滑动杆上套设有复位压簧，复位压簧一端抵压楔形撑块外端，另一端抵压限位环。

磁极线圈在转子的周向上均匀分布，因此，在相邻二个磁极线圈相对的侧壁之间形成固定卡槽。本实用新型创造性地在固定卡槽内设置可径向滑移的楔形撑块，并在楔形撑块的两侧分别设置线圈压块。由于磁极线圈的连接部沿上下方向插接在转子的边缘上，并且线圈压块的压接面和磁极线圈之间设有装配间隙。也就是说，在水轮机组停止运行时，磁极线圈只是依靠连接部与转子边缘形成插接，并通过首尾连接的阻尼环使各磁极线圈在周向上串接成一体，串接在一起的阻尼环形成类似链条的结构，进而可有效地承受磁极线圈径向的离心力，避免磁极线圈在转子高速转动时因离心力的作用而脱离转子。由于此时的磁极线圈与两侧的线圈压块之间处于分离状态。因此，需要拆装、维护磁极线圈时，由于阻尼环设置在磁极线圈外侧上部，我们可使需要拆除的磁极线圈外侧的阻尼环与两侧磁极线圈的阻尼环相分离，然后方便地将磁极线圈向上吊起，使其与转子分离，以进行维修。维修好的磁极线圈则可吊运到转子的上方，并使该磁极线圈逐步下降，此时该磁极线圈的连接部进入转子边缘对应的插接槽内，恢复磁极线圈与转子之间的插接配合，并重新使该磁极线圈外侧的阻尼环与两侧磁极线圈的阻尼环可拆卸连接。可以理解的是，此处的可拆卸连接可采用螺钉连接等结构，从而方便装拆。

特别是，当水轮机组启动开始运行、转子高速转动时，楔形撑块会受到一个极大的离心力，从而使楔形撑块沿着滑动杆径向地向外移动，进而将两侧的线圈压块向两侧挤开，此时线圈压块的压接面即可紧密贴靠磁极线圈的侧面，使各磁极线圈紧密连接成一体，避免磁极线圈在启动并高速转动时产生偏转。当水轮机停机、转子减速至停止转动时，楔形撑块的离心力减小至零，此时复位压簧驱动楔形撑块沿着滑动杆向内移动复位，相应地，楔形撑块两侧的线圈压块相互靠拢，线圈压块的压接面与磁极线圈侧面分离，从而便于在不吊运整个转子的前提下方便地拆除需要更新、维护的磁极线圈。

也就是说，本实用新型的各磁极线圈在水轮机的转子高速转动时通过楔形撑块、线圈压块相互撑紧挤压在一起，此时的磁极线圈处于“压紧”状态，从而避免磁极线圈的偏转、甚至甩离转子；而需要拆装磁极线圈、水轮机的转子停止转动时，磁极线圈与两侧的线圈压块相分离，此时的磁极线圈处于“松弛”状态，从而便于磁极线圈的拆装和维护。

作为优选，线圈压块与楔形撑块之间通过T形槽形成径向的滑动连接，所述复位压簧包括若干套设在滑动杆上的碟形弹簧，所述碟形弹簧在轴向上按一正一反的次序设置。

由多个碟形弹簧按正反间隔的次序构成的复位压簧既可使楔形撑块在机组停止运行时自动定位在靠近转子的位置，从而确保线圈压块的压接面和磁极线圈之间具有装配间隙，又可使复位压簧具有足够的压缩量，以便机组运行时楔形撑块可径向外移驱动线圈压块压紧磁极线圈。特别是碟形弹簧具有良好的防转效果，因而可有效地避免因振动造成限位环的松动。

作为优选，阻尼环的两端设有螺钉通孔，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间通过设置在螺钉通孔内的螺钉形成可拆卸连接。

阻尼环之间通过螺钉形成可拆卸连接，既方便拆装维护，又可使各磁极线圈之间形成环形链，相邻的磁极线圈之间可有微小的角度摆动，便于将磁极线圈安装到转子边缘时进行适当的摆动和调整。

作为优选，在转子边缘对应连接部位置设有沿上下方向延伸的T形槽，所述连接部包括由磁极线圈的内侧面径向地向内延伸进入T形槽内的滑动条、一体地设置在滑动条内端的滑动块，在滑动块与T形槽底面之间具有径向间隙。

沿上下方向延伸的T形槽便于磁极线圈从上至下地吊装并连接到转子上。由于在滑动块与T形槽底面之间具有径向间隙，因此，每个磁极线圈可在径向上形成微量的移动，从而有利于磁极线圈在转子边缘整齐地排列，避免因制造时的误差造成安装困难，而由楔形撑块驱动的线圈压块则可确保磁极线圈的可靠定位。

作为优选，所述磁极线圈的两个侧面由内至外向中间倾斜，从而使磁极线圈在垂直转子轴线的横截面内呈外小内大的梯形。

由于磁极线圈的横截面呈梯形，因此，当磁极线圈的两侧被线圈压块压紧时，可形成一个径向的向心力，从而有效地避免磁极线圈在径向离心力的作用下向外脱出。特别是，我们可通过合理地设计楔形撑块两侧斜面之间的夹角，使得楔形撑块与线圈压块之间形成一个自锁角度，从而确保楔形撑块在径向地向外移动时可撑开线圈压块，而线圈压块在受到侧向的挤压力时却无法推动楔形撑块径向地向内移动，确保线圈压块对磁极线圈的可靠定位。

作为优选，楔形撑块两侧面之间的夹角为α，并且6°≤α≤15°。

本实用新型通过合理地设置楔形撑块两侧面之间的夹角α，可降低楔形撑块径向移动时与线圈压块之间的摩擦阻力。当α＜6°时，在楔形撑块径向移动时，会降低线圈压块的侧向移动距离，进而降低线圈压块和磁极线圈之间的装配间隙，不利于后续磁极线圈的拆装维护；当α＞15°时，会使楔形撑块径向移动时与线圈压块之间的摩擦力过大，从而降低楔形撑块和线圈压块移动的灵敏度，使得线圈压块无法及时地移动到位并压紧磁极线圈。

作为优选，所述磁极线圈的两个侧面之间的夹角为β，并且6°≤β≤10°。

本实用新型通过合理地设置磁极线圈两个侧面之间的夹角β，既可确保线圈压块对磁极线圈的可靠定位，又不会影响磁极线圈的绕制和磁场效果。当β＜6°时，会造成磁极线圈定位不可靠；当α＞10°时，会造成磁极线圈加工的困难，并影响磁极线圈的磁场效果。

因此，本实用新型具有如下有益效果：既可确保磁极线圈在转子上的可靠连接，避免发生脱落现象，又可方便磁极线圈的拆装维护。

附图说明

图1是本实用新型转子的一种结构示意图。

图2是转子在磁极线圈连接处的一种结构示意图。

图3是复位压簧的一种结构示意图。

图4是磁极线圈的另一种结构示意图。

图中：1、转子 11、插接槽 2、磁极线圈 21、固定卡槽 22、铜排 23、线匝24、连接部 241、滑动条 242、滑动块 25、阻尼环 3、楔形撑块 4、滑动杆 5、线圈压块 51、压接面 6、限位环 7、复位压簧。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1、图2所示，一种高速水轮机组磁极固定结构，包括轴线竖直布置、可在水平面内转动的转子1、设置在转子边缘的若干在周向上均匀地间隔分布的磁极线圈2，从而在相邻的二个磁极线圈相对的侧壁之间形成固定卡槽21。当然，作为水轮机组，还需要设置一个定子（图中未示出），而转子则设置在定子内。

磁极线圈包括铜排22、绕设在铜排上的线匝23，铜排的内端面设有与转子连接的连接部24，在磁极线圈的外端面上部横向地设置阻尼环25，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间形成可拆卸连接，首尾连接的阻尼环使各磁极线圈在周向上串接成一体的类似链条的结构，可有效地承受磁极线圈在高速转动时产生的径向离心力，避免磁极线圈因离心力的作用而脱离转子，同时在安装磁极线圈时，相邻的磁极线圈之间可有一个小角度的摆动，便于对磁极线圈位置的调整。此外，在转子的边缘设有沿上下方向延伸的插接槽，连接部插接在转子的插接槽11内，从而便于磁极线圈通过吊装由上往下地安装到转子上。

需要说明的是，本实施例中将在径向上靠近转子轴线一侧称为内侧，将靠近定子一侧称为外侧；此外，对于磁极线圈，其铜排大致呈长方形状，铜排的轴线是横向水平布置的，从而形成一个靠近定子的外端面、一个靠近转子的内端面、以及上、下、在、右四个相连的侧面，而线匝则绕设在侧面上。

为了确保磁极线圈在高速转动时的可靠定位，避免其因切向离心力的作用而脱离转子，我们需要在固定卡槽中间设置一个楔形撑块3，楔形撑块内设有上下两个沿径向贯通内外两端的滑动孔，在滑动孔内穿设有滑动杆4，滑动杆的内端固定在转子边缘，从而使楔形撑块可沿着滑动杆径向移动。楔形撑块靠近磁极线圈的左右两个侧面为由内至外向中间倾斜的斜面，从而使楔形撑块在垂直于转子轴线的水平横截面内呈外小内大的楔形，在楔形撑块的两侧分别设有线圈压块5，线圈压块一侧与楔形撑块之间通过限位滑槽形成径向的滑动连接，线圈压块的另一侧为与磁极线圈侧壁平行的压接面51。此外，滑动杆的外端螺纹连接有贴靠线圈压块的限位环6，从而使线圈压块在径向上限位，此时的线圈压块压接面和磁极线圈之间形成装配间隙。滑动杆上还套设有复位压簧7，复位压簧内端抵压楔形撑块外端面，复位压簧外端抵压限位环，在滑动杆上还设有限位挡环，当复位压簧驱动楔形撑块向内移动时，楔形撑块抵靠限位挡环而定位。

当我们需要更新维护磁极线圈而使水轮机组停止运行时，由于磁极线圈是依靠连接部与转子边缘形成插接，并通过首尾连接的阻尼环使各磁极线圈在周向上串接成一体。因此，我们可使需要拆除的磁极线圈外侧的阻尼环与两侧磁极线圈的阻尼环相分离。由于此时的磁极线圈与两侧的线圈压块之间处于分离状态而具有装配间隙，因此，可方便地将磁极线圈向上吊起，使连接部与转子的插接槽分离，从而可对磁极线圈进行维修。维修好的磁极线圈则可吊运到转子的上方，并使该磁极线圈逐步下降，此时该磁极线圈的连接部进入转子边缘对应的插接槽内，恢复磁极线圈与转子之间的插接配合，并重新使该磁极线圈外侧的阻尼环与两侧磁极线圈的阻尼环可拆卸连接。

当水轮机组启动开始运行、转子高速转动时，楔形撑块会受到一个极大的离心力，从而使楔形撑块沿着滑动杆径向地向外移动，由于此时的线圈压块在径向上受到限位环的限位，因而楔形撑块两侧的斜面可将两侧的线圈压块向两侧挤开，此时线圈压块的压接面即可紧密贴靠磁极线圈的侧面，使各磁极线圈紧密连接成一体，避免磁极线圈在启动并高速转动时产生偏转。

当水轮机停机、转子减速至停止转动时，楔形撑块的离心力减小至零，此时复位压簧驱动楔形撑块沿着滑动杆向内移动复位，相应地，楔形撑块两侧的线圈压块相互靠拢，线圈压块的压接面与磁极线圈侧面分离，从而便于在不吊运整个转子的前提下方便地拆除需要更新、维护的磁极线圈。

也就是说，本实用新型的楔形撑块可各磁极线圈在水轮机的转子高速转动时通过楔形撑块、线圈压块相互撑紧挤压在一起，使磁极线圈处于“压紧”状态，从而避免磁极线圈的偏转、甚至甩离转子；而需要拆装磁极线圈、水轮机的转子停止转动时，磁极线圈与两侧的线圈压块自动分离，此时的磁极线圈处于“松弛”状态，从而便于磁极线圈的拆装和维护。

优选地，线圈压块与楔形撑块之间可通过T形槽形成径向的滑动连接，从而可避免线圈压块与楔形撑块之间相互分离。此外，如图3所示，复位压簧包括若干套设在滑动杆上的碟形弹簧，并且碟形弹簧在轴向上按一正一反的次序设置。也就是说，相邻两个楔形弹簧之间，其大端开口相互对接，小端开口相互对接，既可使楔形撑块在机组停止运行时自动定位在靠近转子的位置，从而确保线圈压块的压接面和磁极线圈之间具有装配间隙，又可使复位压簧具有足够的压缩量，以便机组运行时楔形撑块可径向外移驱动线圈压块压紧磁极线圈，同时可有效地避免因振动造成限位环的松动。

作为一种优选方案，可在阻尼环的两端设置螺钉通孔，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间通过设置在螺钉通孔内的螺钉形成可拆卸连接。也就是说，需要连接二个磁极线圈时，可使阻尼环端部的螺钉通孔重合，然后使螺钉穿过重合的螺钉通孔，再用螺母固定即可。优选地，我们可将阻尼环的一侧弯折成台阶状。当相邻的阻尼环端部需要重叠时，其中一个阻尼环的端部叠合在另一个阻尼环的台阶处，而螺钉通孔则设置在台阶处，从而方便阻尼环端部之间的错位搭接。

为了方便磁极线圈和转子的连接，设置在转子边缘对应连接部位置的插接槽为沿上下方向延伸的3个T形槽，3个T形槽并排地间隔设置，连接部则包括由磁极线圈的内侧面径向地向内延伸进入T形槽内的3个滑动条241、一体地设置在滑动条内端的滑动块242，从而使磁极线圈与转子形成上下方向的插接配合。此外，在滑动块与T形槽底面之间留有径向间隙，从而使滑动条和滑动块可在T形槽内径向位移，既方便磁极线圈在转子边缘的装配，又可使磁极线圈通过径向的位移实现各磁极线圈在周向上的串接，消除尺寸等制造误差对磁极线圈装配的不良影响。

为了使磁极线圈在径向上可靠定位，如图4所示，我们可将磁极线圈的铜排的上、下、左、右四个侧面由内至外向中间倾斜，从而使铜排呈四棱锥台形，并在四个侧面设有线槽，以便线匝可靠地绕设在铜排上，进而使磁极线圈在垂直转子轴线的横截面内呈外小内大的梯形。也就是说，磁极线圈的左右两个侧面由内至外向中间倾斜，当然，此时的线圈压块的压接面仍然与磁极线圈倾斜的侧面保持平行。

当楔形撑块径向外移、磁极线圈的两侧的斜面被线圈压块压紧时，可形成一个径向的向心力，从而有效地避免磁极线圈在径向离心力的作用下向外脱出。

特别是，我们可将楔形撑块两侧斜面之间的夹角α设置在如下范围：6°≤α≤15°，使得楔形撑块与线圈压块之间形成一个自锁角度，线圈压块在受到磁极线圈侧向的反作用力时与楔形撑块之间形成足够的摩擦阻力，避免线圈压块推动楔形撑块径向地向内移动，进而确保线圈压块对磁极线圈的可靠定位，同时使楔形撑块在径向地向外移动时可轻松地撑开线圈压块并压紧磁极线圈。

优选地，我们可将磁极线圈的两个侧面之间的夹角β控制在如下范围：6°≤β≤10°，既可确保线圈压块对磁极线圈的可靠定位，又不会影响磁极线圈的绕制和磁场效果。

Claims (7)

1.一种高速水轮机组磁极固定结构，包括轴线竖直布置的转子、设置在转子边缘的若干磁极线圈，其特征是，磁极线圈包括内侧的连接部、横向地设置在外侧上部的阻尼环，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间形成可拆卸连接，所述连接部沿上下方向插接在转子的边缘，相邻二个磁极线圈相对的侧壁之间形成固定卡槽，在固定卡槽中间设有楔形撑块，楔形撑块内设有沿径向贯通内外两端的滑动孔，在滑动孔内设有滑动杆，滑动杆的内端固定在转子边缘，所述楔形撑块靠近磁极线圈的两个侧面为由内至外向中间倾斜的斜面，从而使楔形撑块在垂直于转子轴线的横截面内呈外小内大的楔形，在楔形撑块的两侧分别设有线圈压块，线圈压块一侧与楔形撑块之间通过限位滑槽形成径向的滑动连接，线圈压块的另一侧为与磁极线圈侧壁平行的压接面，在压接面和磁极线圈之间设有装配间隙，滑动杆的外端设有贴靠线圈压块的限位环，滑动杆上套设有复位压簧，复位压簧一端抵压楔形撑块外端，另一端抵压限位环。

2.根据权利要求1所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，线圈压块与楔形撑块之间通过T形槽形成径向的滑动连接，所述复位压簧包括若干套设在滑动杆上的碟形弹簧，所述碟形弹簧在轴向上按一正一反的次序设置。

3.根据权利要求1所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，阻尼环的两端设有螺钉通孔，相邻二个磁极线圈的阻尼环端部之间通过设置在螺钉通孔内的螺钉形成可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，在转子边缘对应连接部位置设有沿上下方向延伸的T形槽，所述连接部包括由磁极线圈的内侧面径向地向内延伸进入T形槽内的滑动条、一体地设置在滑动条内端的滑动块，在滑动块与T形槽底面之间具有径向间隙。

5.根据权利要求1所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，所述磁极线圈的两个侧面由内至外向中间倾斜，从而使磁极线圈在垂直转子轴线的横截面内呈外小内大的梯形。

6.根据权利要求1所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，楔形撑块两侧面之间的夹角为α，并且6°≤α≤15°。

7.根据权利要求5所述的一种高速水轮机组磁极固定结构，其特征是，所述磁极线圈的两个侧面之间的夹角为β，并且6°≤β≤10°。

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