PL174987B1 - Maszyna elektryczna o osi poziomej - Google Patents

Abstract

1. Maszyna elektryczna o osi poziomej, z umieszczonym w dzielonej poziomo, usztywnio- nej przez zebra poprzeczne, obudowie, korpusem stojana z blachy, który za pomoca rozmieszczo- nych na jego. obwodzie klinów mocujacych jest zamocowany przez zacisniecie w usytuowanych w plaszczyznie prostopadlej wzgledem osi podluznej maszyny, rozmieszczonych we wzajemnych odste- pach, pierscieniach nosnych, które to pierscienie nosne sa polaczone za posrednictwem elem en- tów mocujacych z czescia dolna obudowy ma- szyny, przy czym elementy mocujace obejmuja umieszczone azymu- talnie plyty mocujace, które sa usytuowane symetrycznie wzgledem pionowej plaszczyzny symetrii maszyny, znamienna tym, ze plyty mocujace (40) sa zamocowane na pierscie- niach nosnych (32, 3 3 , 34) poziomo i sprezynujaco w kierunku promieniowym, przy czym kazda plyta mocujaca (40) jest w postaci sprezyny plytkowej. FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna elektryczna o osi poziomej, z umieszczonym w dzielonej poziomo, usztywnionej przez żebra poprzeczne obudowie, korpusem stojana z blachy, który za pomocą rozmieszczonych na jego obwodzie klinów mocujących, jest zamocowany przez zaciśnięcie w usytuowanych w płaszczyźnie prostopadłej względem osi podłużnej maszyny, rozmieszczonych we wzajemnych odstępach pierścieni nośnych, które to pierścienie nośne są połączone na ich obwodzie zewnętrznym za pośrednictwem elementów mocujących z częścią dolną obudowy maszyny, przy czym elementy mocujące posiadają umieszczone azymutalnie płyty mocujące, które są usytuowane symetrycznie względem pionowej płaszczyzny symetrii maszyny.

W odniesieniu do maszyn elektrycznych chłodzonych gazem, w całkowitym zakresie ich mocy, występuje znaczne rozszerzenie się w kierunku poosiowym i promieniowym korpusu stojana wykonanego z blachy, które to rozszerzanie się musi być przenoszone możliwie równomiernie na obudowę.

Znany jest z opisu patentowego CH-PS 665 507 turbogenerator chłodzony powietrzem, przy czym chłodzenie to następuje przez boczne zawieszenie korpusu stojana wykonanego z blachy za pośrednictwem rozmieszczonych równolegle, usytuowanych prostopadle do osi maszyny elektrycznej i umieszczonych we wzajemnych odstępach pierścieni nośnych. Aby utrzymać drgania i naprężenia termiczne, występujące podczas pracy maszyny elektrycznej, możliwie jako stosunkowo niewielkie, pierścienie nośne w dwóch obszarach ich pionowej płaszczyzny symetrii są połączone z obu stron poprzez przebiegające pionowo prostoliniowe rozszerzenia, za pośrednictwem elementów mocujących, z dolną częścią

174 987 obudowy. Przeważająca część obudowy płyt nośnych znajduje się w pewnym oddaleniu od części dolnej i części górnej obudowy zachowując odstęp od obudowy. Korpus stojana wykonany z blachy jest mocowany zaciskowo na płytach nośnych za pośrednictwem rozmieszczonych najego obwodzie klinów mocujących. Elementami mocującymi są tu płyty mocujące, z których każda jest przyspawana do odpowiedniego obszaru rozszerzenia, znajdującego się na płytach nośnych, jak również stanowią je kształtki rurowe o osiach usytuowanych horyzontalnie, które są przyspawane zarówno do płyt mocujących jak i do dolnej części obudowy. Takie zamocowanie korpusu stojana umożliwia łatwy montaż, pozwala na łatwy dostęp do poszczególnych części konstrukcyjnych, które mają być spawane, oraz umożliwia uzyskanie dobrej jakości spawu.

W przypadku dużych turbogeneratorów chłodzących powietrzem, drgania korpusu wykonanego z blachy, wykazujące podwójną częstotliwość oraz stanowiąca rezultat tych drgań emisja hałasu - stają się bardzo duże. Wraz ze wzrastającą wielkością maszyn zwiększają się również naprężenia w elementach konstrukcyjnych, oraz w spoinach występujących w miejscach połączeń z obudową. W wyniku tego mogą powstać pęknięcia spowodowane zjawiskiem tak zwanego zmęczenia na skutek małej liczby cykli. Spowodowane jest to drganiami korpusu z blachy, oraz zmieniającymi się obciążeniami termicznymi, które są wywołane cyklami załącz-wyłącz maszyny.

Wychodząc ze znanego stanu wiedzy którym są opisy patentowe CH-PS 665507 i US-PS 4,663,553, zadaniem wynalazku w odniesieniu do opisanego na wstępie rodzaju maszyny elektrycznej o osi poziomej jest skonstruowanie takiego, izolującego od drgań i emisji hałasu, zawieszenia korpusu stojana z blachy, które to zawieszenie nie będzie zawierało kłopotliwych elementów sprężynujących i/lub nośnych i w rezultacie będzie posiadało prostą i ekonomiczną konstrukcję.

Zadanie to w odniesieniu do maszyny elektrycznej o osi poziomej określonego na wstępie rodzaju rozwiązane zostało według wynalazku tak, że płyty mocujące są zamocowane na pierścieniach nośnych poziomo i sprężynująco w kierunku promieniowym, przy czym płyta mocująca jest w postaci sprężyny płytkowej.

Korzystnie, pomiędzy płytą mocującą a pierścieniem nośnym usytuowana jest równolegle względem płyty mocującej płyta, połączona trwale z pierścieniem nośnym tak, że pomiędzy jej środkowym odcinkiem i płytą mocującą znajduje się szczelina.

Korzystnie, płyta mocująca jest połączona trwale z pierścieniem nośnym na jej górnym i dolnym końcu tak, że pomiędzy pierścieniem nośnym a środkowym odcinkiem płyty mocującej znajduje się szczelina.

Zgodnie z dalszą cechą wynalazku, co najmniej oba skrajne pierścienie nośne połączone są, pod korpusem stojana wykonanym z blach oraz symetrycznie względem pionowej płaszczyzny maszyny, za pośrednictwem usytuowanych poziomo płyt pracujących na ścinanie, z częścią dolną obudowy.

Połączenie według wynalazku korpusu stojana z blachy z częścią dolną obudowy umożliwia uzyskanie optymalnego zawieszenia, w przypadku którego są uwzględnione wszelkie naprężenia, występujące podczas pracy maszyny oraz staje się możliwe uzyskanie takiego zawieszenia korpusu, które będzie izolowało drgania i emitowane hałasy.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia stojan maszyny elektrycznej chłodzonej powietrzem w uproszczonym przekroju poprzecznym, poprowadzonym na wysokości pierścieni nośnych; fig. la - szczegół X z fig. 1, w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - część dolną stojana maszyny z fig. 1, w częściowym przekroju wzdłużnym, fig. 3 - poziomą płaszczyznę symetrii maszyny elektrycznej, w częściowym przekroju poziomym, fig. 4 - miejsce mocowania korpusu stojana z blachy na obudowie, w widoku z góry, fig. 5 - stojan maszyny elektrycznej chłodzonej powietrzem, w uproszczonym przekroju poprzecznym, poprowadzonym na wysokości żeber poprzecznych obudowy.

W znacznie uproszczonym przekroju poprzecznym przez stojan maszyny elektrycznej, pokazanym na fig. 1 względnie w częściowym przekroju wzdłużnym przez dolną część maszyny elektrycznej, pokazanym na fig. 2 - ukazano korpus 1 stojana z blachy,

174 987 umieszczony w dwuczęściowej, dzielonej w płaszczyźnie poziomej obudowie, składającej się z części dolnej 2 i części górnej 3. Korpus 1 stojana jest utworzony z poszczególnych segmentów blaszanych 4 do 13, które są rozmieszczone z zachowaniem wzajemnych odstępów w kierunku osiowym maszyny. Poprzez te odstępy 14 gaz chłodzący dopływa do komór 15 do 19 względnie wypływa z nich do przestrzeni pomiędzy korpusem 1 stojana a ścianką części 2 względnie 3 obudowy.

Komory 15,17,19 są komorami gazu gorącego, do których wpływa ogrzane powietrze chłodzenia z korpusu stojana 1, a następnie zostaje ono doprowadzone do chłodnic 20, znajdujących się pod maszyną. Komory 16 i 18 są komorami gazu świeżego, poprzez które powietrze przepływające z chłodnic 20 zostaje skierowane do przestrzeni zawartych w odstępach 14 pomiędzy segmentami blaszanymi 4, 5,..13. Komory te są utworzone przez żebra poprzeczne 21 do 25 obudowy oraz przez elementy oddzielające 26 do 28 z blachy, które są mocowane do ścianki wewnętrznej części dolnej 2 i części górnej 3 obudowy, lub do żeber poprzecznych obudowy. W miejscach, gdzie żebra poprzeczne 21 do 25 obudowy względnie segmenty blaszane 4, 5,.. 13 oddzielają komory gazu gorącego od komór gazu świeżego, ich zakończenia, zwrócone w kierunku korpusu 1, są wyposażone w elastyczne uszczelnienia.

Zawieszenie/zamocowanie korpusu stojana 1 w części dolnej 2 obudowy następuje w taki sam sposób jak zostało to podane w opisie patentowym EP-PS 0 166 114 względnie US-PS 4 663 553.

W żłobki 30 są włożone, biegnące na całej długości korpusu stojana 1, belki dociskające 31, które po ściśnięciu korpusu stojana 1 zostają zespawane z tym korpusem. Do tyt^łi. belek dociskających 31 są z kolei mocowane pierścienie nośne 32 do 34 z wprowadzonymi jako elementy pośredniczące klinami mocującymi 35 do 37.

Jak to można zobaczyć na fig. 1 i 3, pierścienie nośne 32 posiadają boczne, poziome rozszerzenia 38, .do każdego z których jest przyspawana, biegnąca azymutalnie pionowo płyta 39. Do płyty 39 zamocowanajest płyta mocująca 40, korzystnie przezjej przyspawanie, z pozostawieniem szczeliny 41 o szerokości około 5 do 10 mm.

Szczelina 41 występuje w zasadzie tylko na środkowym odcinku układu płyt 39, 40. Szczelina ta jest utworzona wskutek tego, że pomiędzy obiema płytami 39 i 40 na każdym ich końcu jest włożona podkładka 42 o grubości odpowiedniej do prześwitu szczeliny, zanim jeszcze obie te płyty 39 i 40 wraz ze wspomnianymi podkładkami zostaną zespawane ze sobą na swoich krawędziach (spawy 43 na fig. 4). Śruby 42a służą jako pomocnicze elementy montażowe a także dla wzmocnienia połączenia spawanego pomiędzy płytami 39 i 40.

Na skutek tego płyta mocująca 40 może wykonywać pewne ruchy względne w stosunku do płyty 39 w jej środkowym odcinku. Płytę mocującą 40 można traktować jako działającą poziomo sprężynę płytkową, natomiast w kierunku obwodowym i w kierunku osiowym nie wykazuje ona działania takiej sprężyny. Można wyznaczyć strzałkę ugięcia takich sprężyn płytkowych oraz ich sztywność dobierając materiał o odpowiednich właściwościach oraz wymiary (w kierunku poziomym i pionowym), jak również odstęp pomiędzy obiema podkładkami 42.

Inna możliwość sprężystego zamocowania płyty mocującej 40 w odniesieniu do pierścienia nośnego (w jego środkowym odcinku) polega na tym, że płyta mocująca 40 jest połączona trwale z pierścieniem nośnym 32 tylko na jej górnym i dolnym końcu, i to tak, że pomiędzy pierścieniem nośnym 32 a środkowym odcinkiem płyty mocującej 40 pozostaje wolna szczelina. W tym celu na biegnącej pionowo krawędzi obszaru poziomego rozszerzenia 38 znajduje się wybranie 38a (zaznaczone na fig. 1 linią kreska-kreska).

Właściwe zamocowanie korpusu stojana 1 z blachy, wspólnie z jego pierścieniami nośnymi 32, 33, 34 i zamocowanymi na nich płytami 39 oraz płytami mocującymi 40, jest zrealizowane w taki sam sposób jak to zostało opisane i pokazane w opisie patentowym CH-PS 665 507 względnie US-PS 4,663,553.

Część dolna 2 obudowy posiada w obszarze pierścieni nośnych przebiegające pionowo płaskie odcinki 44 obudowy, które w kierunku poziomym i pionowym są szersze od płyt mocujących 40. Symetrycznie względem płaszczyzny wyznaczonej przez

174 987 pierścienie nośne 32 na wspomnianym odcinku 44 obudowy są umieszczone trzy, usytuowane jeden nad drugim, okrągłe otwory 45. Kiedy korpus stojana 1 wraz z jego pierścieniami nośnymi zostanie już opuszczony w dolną część 2 obudowy i ustawiony w niej, wtedy w te otwory 45 wprowadza się krótkie kształtki rurowe 46 i to tak głęboko, aż będą one przylegały do płyty mocującej 40. Średnica zewnętrzna kształtek rurowych odpowiada średnicy wewnętrznej otworów 45. Następnie kształtki rurowe spawa się od wewnątrz z płytą mocującą 40, a z zewnątrz ze wspomnianym płaskim odcinkiem 44 obudowy (spawy 47). Usytuowanie i rozmieszczenie kształtek rurowych 46 w kierunku pionowym jest przy tym dobrane tak, że wszystkie kształtki rurowe 46 przylegają do płyty mocującej 40 na jej środkowym odcinku i pozostaje zachowana odległość pomiędzy obiema skrajnymi kształtkami rurowymi i wewnętrznymi końcami podkładek 42, wynosząca od około 200 do 300 mm. Tylko na skutek tego płyta mocująca 40 może spełniać przewidzianą dla niej funkcję sprężyny płytkowej.

Następnie nasadza się część górną 3 obudowy, również wyposażoną w żebra poprzeczne 49 (fig. 1), które oprócz funkcji usztywniania górnej części obudowy służą również jako ścianki oddzielające, znajdujące się pomiędzy komorami gazu gorącego a komorami gazu świeżego. Z tego względu są one umieszczone na takiej samej wysokości osiowej jak żebra poprzeczne 21,22,23,24,25 w części dolnej 2 obudowy i przykręcone do części dolnej 2 obudowy śrubami 48.

Podsumowując, korzyści techniczne i ekonomiczne opisanej powyżej konstrukcji są następujące.

Zawieszenie korpusu wykonanego z blachy spełnia wymagania dotyczące żądanej wytrzymałości w kierunku obwodowym, a ze względu na obszary rozszerzeń 38, usytuowane z boku na pierścieniach nośnych 32, 33, 34 wykazuje ono również, żądaną elastyczność w kierunku osiowym. Ponadto obudowa jest odsprzężona od korpusu stojana przez sprężyny płytkowe (płyty mocujące 40) zarówno akustycznie jak i antywibracy'nie. Stojan można wytwarzać w sposób łatwy i ekonomiczny. Należy tu zaznaczyć, że omawiana konstrukcja jest prawidłowa pod względem tolerancji. Zwłaszcza w kierunku promieniowym istnieje możliwość przyjmowania praktycznie dowolnie dużych tolerancji. Jest to szczególnie istotne, ponieważ umożliwia kompensowanie niedokładności powstających podczas spawania przy uniknięciu w procesie wytwarzania kłopotliwych i kosztownych operacji montaży próbnych.

Istotnym aspektem omawianego powyżej odspizężenia, zapobiegającego przenoszeniu się drgań pomiędzy korpusem stojana 1 a obudową, jest sztywność samej obudowy. Omówione już żebra poprzeczne 21 do 25 i 49 działają usztywniająco. Jako słabsze miejsca w tym układzie można uważać tu miejsca oddzielenia części dolnej 2 od części górnej 3 obudowy. Zwiększenie sztywności całej obudowy można uzyskać, jeżeli według korzystnej odmiany wynalazku, pokazanej na fig. 5, żebra poprzeczne zarówno w części dolnej 2 jak i w części górnej 3 obudowy zostaną wyposażone w rozmieszczone parami, ukształtowane podobnie do półpierścieni, elementy wzmacniające 50 względnie 51, wykonane np. z płaskownika stalowego, które będą zamocowane z boków na ukierunkowanych promieniowo do wewnątrz końcach żeber poprzecznych, na przykład przyspawane do nich. Elementy wzmacniające 50,51 leżą korzystnie na wewnętrznym obwodzie żeber poprzecznych 21, do 25 i 49 obudowy. Takie zabiegi zwiększają moment bezwładności żeber poprzecznych, a tym samym sztywność obu części 2 i 3 obudowy. Elementy wzmacniające 50 i 51 umożliwiają ponadto uzyskanie dodatkowych miejsc dla umieszczenia śrub służących do połączenia obu części, z których każda stanowi połowę obudowy.

W tym celu w części górnej 3 obudowy, na wysokości osiowej każdego żebra poprzecznego 49, jest osadzona usytuowana pionowo rura 52, która jest przyspawana do tego żebra. Ta rura dochodzi do poziomego miejsca podziału 53 części dolnej od części górnej obudowy. Na żebrach poprzecznych 21, 22,23, 24,25 części dolnej 2 obudowy znajdują się w czołowych powierzchniach elementów wzmacniających otwory gwintowane 54, w które wkręcone są śruby z gwintem dwustronnym 55. Alternatywnie mogą również być tu zastosowane nakrętki śrubowe na elementach wzmacniających 50, 51 (nie zostały pokazane).

Y14 9W1

Dzięki zastosowaniu sprężyn płytkowych uzyskuje się - jak to już wspomniano powyżej - stosunkowo miękkie zawieszenie korpusu stojana 1 w obudowie. Dla zapobieżenia temu, aby korpus wykonany z blachy nie był zawieszony zbyt miękko na sprężynach płytkowych, oba skrajne pierścienie nośne są połączone pod korpusem stojana 1, symetrycznie względem pionowej płaszczyzny symetrii S maszyny, za pośrednictwem umieszczonych poziomo płyt pracujących na ścinanie, z częścią dolną 2 obudowy. Na fig. 2 płyty pracujące na ścinanie zostały oznaczone odnośnikami 56 i 57. Są one zespawane po pierwsze ze skrajnym pierścieniem nośnym 32, a po drugie z żebrami poprzecznymi 21 względnie 22.

Przez poziome usytuowanie wspomnianych płyt są one elastyczne w kierunku pionowym, natomiast są sztywne w kierunku poziomym (w kierunku osiowym i bocznym). W ten sposób przyczyniają się one dodatkowo do odsprzężenia korpusu stojana od obudowy.

FIG. 2

174 987

FIG.3

174 987

FIG.4

174 987

FIG. 5

174 987

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Maszyna elektryczna o osi poziomej, z umieszczonym w dzielonej poziomo, usztywnionej przez żebra poprzeczne, obudowie, korpusem stojana z blachy, który za pomocą rozmieszczonych na jego obwodzie klinów mocujących jest zamocowany przez zaciśnięcie w usytuowanych w płaszczyźnie prostopadłej względem osi podłużnej maszyny, rozmieszczonych we wzajemnych odstępach, pierścieniach nośnych, które to pierścienie nośne są połączone za pośrednictwen elementów mocujących z częścią dolną obudowy maszyny, przy czym elementy mocujące obejmują umieszczone azymutalnie płyty mocujące, które są usytuowane symetrycznie względem pionowej płaszczyzny symetrii maszyny, znamienna tym, że płyty mocujące (40) są zamocowane na pierścieniach nośnych (32,33,34) poziomo i sprężynująco w kierunku promieniowym, przy czym każda płyta mocująca (40) jest w postaci sprężyny płytkowej.
2. 2. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że pomiędzy płytą mocującą (40) a pierścieniem nośnym (32, 33, 34) usytuowana jest równolegle względem płyty mocującej (40) płyta (39), połączona trwale z pierścieniem nośnym (32, 33, 34) tak, że pomiędzy jej środkowym odcinkiem i płytą mocującą (40) znajduje się szczelina (41).
3. 3. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że płyta mocująca (40) jest połączona trwale z pierścieniem nośnym (32, 33,34) na jej górnym i dolnym końcu tak, że pomiędzy pierścieniem nośnym (32,33,34) a środkowym odcinkiem płyty mocującej (40) znajduje się szczelina (38a).
4. 4. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej oba skrajne pierścienie nośne (32) połączone są, pod korpusem stojana (1) wykonanym z blach oraz symetrycznie względem pionowej płaszczyzny (S) maszyny, za pośrednictwem usytuowanych poziomo płyt (56, 57) pracujących na ścinanie, z częścią dolną (2) obudowy.