Opublikowano dnia 10 kwlolnla 1958 r. liotekaI IQf\ BIB Ur^du Patentowego I POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 40916 KI. 21 d2, 20 VEB Elektromaschinenbau Sachsenwerk Drezno, Niemiecka Republika Demokratyczna Wirnik klatkowy silnika asynchronicznego o duiej mocy i o duiej liczbie obrotów Patent trwa od dnia 13 sierpnia 1954 r.Wynalazek dotyczy wirnika klatkowego silnika asynchronicznego o duzej mocy i o duzej liczbie obrotów.Powszechnie znane wirniki klatkowe z umiesz¬ czonymi na stronach czolowych pierscieniami zwierajacymi, do których sa przylutowane prety miedziane, nie moga byc stosowane do silników pradu zmiennego o duzej mocy, np. o mocy wiek¬ szej od 1000 kW i duzej liczbie obrotów, np. n = 3000 obr./min., poniewaz nie okazuja sie one dostatecznie niezawodne w ruchu. Przy lutowaniu lub spawaniu pretów miedzianych, w pierscieniach zwierajacych, wskutek róznic w nagrzaniu i zmian dlugosci pretów i pierscieni powstaja naprezenia, które w najslabszych miejscach polaczen, a mia¬ nowicie w miejscach lutowania, powoduja uszko¬ dzenia w postaci rys. Uszkodzenia takie powstaja takze na skutek róznic w nagrzaniu pretów, i wobec tego róznic w ich wydluzalnosci przy du¬ zych obciazeniach pradem podczas biegu silników.Przyczyna róznic w nagrzewaniu pretów jest to, ze nie przylegaja one równomiernie do otaczaja¬ cego ich pakietu blach, wskutek czego warunki odprowadzania ciepla pretów do pakietu blach w róznych miejscach nie sa jednakowe. Podobne uszkodzenia wystepuja takze na skutek duzych naprezen stycznych w pierscieniach, powodowa¬ nych duza liczba obrotów przez sily odsrodkowe.Jest rzecza zrozumiala, ze takze i w tym przypad¬ ku narazone sa najbardziej najslabsze miejsca w pierscieniach zwierajacych, czyli miejsca luto¬ wania, które w skrajnych przypadkach pekaja.Wskutek rys w miejscach zlutowania pretów z pierscieniami, powstaje znaczne nagrzanie w pre¬ tach w pewnym stopniu jeszcze polaczonych, mo¬ gace spowodowac ich uszkodzenie, jak równiez wyrzucenie pretów z wirnika, co powoduje prze¬ waznie uszkodzenie uzwojenia stojana maszyny.Znane sa urzadzenia do laczenia klatkowych lub tlumikowych pretów, znajdujacych sie na obwo¬ dzie wirnika, z pierscieniami zwierajacymi o ma¬ lej stosunkowo srednicy, które to pierscienie sa polaczone np. poprzez ukosne lub pod katem pros¬ tym do wewnatrz wygiete konce pretów. Wedlug innego rozwiazania pierscienie zwierajace moga byc w tym celu zaopatrzone takze w promieniowe ramiona, których konce sa polaczone z pretami.Dawniej proponowano wytwarzac choragiewki z blaszanych tasm jako polaczenia miedzy koncami pretów i pierscieniami, przy czym choragiewki te lutowano z koncami pretów i pierscieniami.W pewnym przypadku uzwojenie wzbudzajace wkladano po wykonczeniu tlumikowej klatki pre¬ towej, gdyz wówczas klatka ta nie przeszkadzaprzy dalszej budowie silnika. W innym natomiast przypadku chodzilo o* zwiekszenie oporu twornika przez dlugie ramiona lacznikowe, stosowane mie¬ dzy pierscieniami zwierajacymi i koncami pretów, które to zwiekszenie oporu wywiera wplyw na liczbe obrotów silnika. Wedlug dawniej propono¬ wanego rozwiazania oddzielne wkladanie uzwoje¬ nia wzbudzajacego i uzwojenia klatkowego, jak równiez laczenie konców pretów z pierscieniami zwierajacymi za pomoca choragiewek uwazano za szczególnie korzystne, a mianowicie dlatego, ze konce pretów mogly sie wydluzac i kurczyc. Stano¬ wisko to bylo niewlasciwe. Choragiewki posiada¬ ly najwiekszy wymiar w kierunku osiowym wirni¬ ka. Wskutek duzego wskaznika .wytrzymalosci, dla tego kierunku nie byla zapewniona zupelnie po¬ datnosc choragiewek przy zmianach dlugosci pre¬ tów klatkowych lub tlumikowych, wskutek czego polaczenia lutowane pekaly, zanim choragiewki poddaly sie ugieciu. Jedynie dla zniesienia oddzia¬ lywania naprezen odsrodkowych taltie choragiew¬ ki takze posiadaja pewna wlasciwosc poddawania sie w kierunku promieniowym. Przy zmianach dlu¬ gosci pretów mógl byc co najwyzej przez sztywne choragiewki przesuniety na wale silnika pierscien zwierajacy, przy zalozeniu, ze nie jest on na nim zacisniety. Takze i wtedy polaczenie lutowane miedzy choragiewkami i pretami, wzglednie pier¬ scieniami, bylo zagrozone. Przesuwnosc pierscieni nie stanowi bowiem zabezpieczenia przed znisz¬ czeniem polaczen lutowanych, jezeli zmiany dlu¬ gosci pretów sa rózne. Korzystniejszymi rozwia¬ zaniami nie sa pod tym wzgledem równiez i inne znane konstrukcje, gdyz we wszystkich przypad¬ kach polaczenia pomiedzy pretami i pierscieniami zwierajacymi posiadaja najwieksze wymiary wlas¬ nie w kierunku, w jakim przy zmianie -dlugosci pretów te prety sa narazone na giecie, wskutek czego podatnosc nie jest zapewniona. Przedmiot wynalazku zapewnia niezawodna w pracy budowa silników asynchronicznych o duzej mocy i o ^iu- zej liczbie obrotów, zaopatrzonych w wirniki klat¬ kowej których prety na obu czolowych stronach wirnika sa zwarte, poniewaz w mysl wynalazku ramiona lacznikowe miedzy koncami pretów, umieszczonych w zwykly sposób na obwodzie wirnika i wewnetrznie lezacymi pierscieniami zwie¬ rajacymi, posiadaja w kierunku osi wirnika mniej¬ sze wymiary anizeli poprzecznie do tego kierunku, na skutek czego poddaja sie one przy zmianach dlugosci pretów. Ramiona te korzystnie jest wy¬ konac jako wygiete lub faliste, gdyz wówczas uzys¬ kuje sie pod kazdym wzgledem podatna czesc lacznikowa, która zarówno przy lutowaniu, jak i podczas pracy poddaje sie powstajacym wskutek nagrzewania zmianom dlugosci pretów zwieraja¬ cych, dzieki czemu polaczenia lutowane miedzy pretami i ramionami nie podlegaja znaczniejszym naprezeniom i tym samym niezawodnosc pracy silników klatkowych zostaje zwiekszona. Z dru¬ giej strony zapobiega sie pekaniu ramion pod wplywem duzych sil odsrodkowych dzieki podat¬ nosci tych ramion az do miejsca oparcia sie pre¬ tów w jakimkolwiek otworze prowadniczym, np. w przyciskowych tarczach pakietów blach wirnika.Jezeli ramiona lacznikowe stanowia jedna calosc z pierscieniem to jest, sa wykonane z jednego ka¬ walka materialu, moga byc one najlepiej wyciete z plaskiego krazka pierscieniowego, którego wew¬ netrzna czesc stanowi nastepnie pierscien zwiera¬ jacy. Wyciete ramiona posiadaja w plaszczyznie krazka wieksza szerokosc, anizeli poprzecznie do tej plaszczyzny, wskutek czego juz tylko przez do¬ bór tego sposobu ich wykonania spelnione zosta¬ ja wymagania, jakie w mysl wynalazku sa stawia¬ ne szczególnemu wykonaniu ramion. Poczawszy od krawedzi, krazek miedzy przewidzianymi do osadzenia konców pretów zwierajacych otworami lub prostokatnymi wykrojami zostaje zaopatrzony w promieniowe szczeliny na tyle glebokre, aby uzyskac dostateczna podatnosc ramion laczniko¬ wych otrzymanej w ten sposób gwiazdy zwieraja¬ cej. Poniewaz korzystnie jest gwiazde zwierajaca wyposazyc w swego rodzaju piaste, jaka tworzy pierscieniowa czesc zwierajaca, aby osadzic ja na wale wirnika z pewna ruchomoscia, krazek, z któ¬ rego wytwarza sie te gwiazde, otrzymuje zarówno na krawedzi do tworzenia glowic ramion, jak i wewnatrz odpowiednie zgrubienie, do którego wysiegaja szczeliny idace od krawedzi zewnetrz¬ nej. Na dole szczeliny sa zakonczone otworami okraglymi, które wczesniej wykonuje sie w krazku i które zapobiegaja powstawaniu karbów, jakie wystepuja przy ostro ograniczonych wykrojach.Lagodnie przebiegajace zamkniecie szczelin jest wyraznie uwidocznione na figurach rysunku.Liczba ramion odpowiada liczbie pretów mie¬ dzianych wirnika. Przekrój poprzeczny ramion jest prawie równy poprzecznemu przekrojowi pretów miedzianych, azeby przebieg temperatury przy chlodzeniu tych czesci po lutowaniu byl mozliwie równomierny, w celu zapobiezenia w kazdym przy¬ padku narazenia miejsc lutowania na naprezenia.Falisty ksztalt ramion daje sie otrzymac w ten spo¬ sób,, ze material krazka jest przy toczeniu oddala¬ ny ze stale zmieniajaca sie odlegloscia wzgledem ustawienia noza tokarskiego. Dó tego jest oczy¬ wiscie rzecza konieczna, azeby glebokosci skrawa¬ nia po obu stronach krazka zmienialy sie stale o przeciwne sobie, lecz jednakowe wartosci. Po- — 2 —niewaz wskutek promieniowych szczelin poprzecz¬ ny przekrój, ramion nieco sie zmniejsza w miejr scach lezacych najblizej pierscieniowej czesci zwierajacej, szczeliny moga posiadac na przemian rózne glebokosci; jest jednakze korzyste azeby by* ly one oddalone od siebie na przemian o te same od¬ leglosci. Dla przeplywu pradu powstaje w ten spo¬ sób miedzy ramionami i czescia pierscieniowa dostateczny przekrój przewodzacy, jezeli nawet poprzeczny przekrój ramion nie jest na dole po¬ grubiony. Nalezy jednak tego unikac, azeby nie zmniejszac- elastycznosci ramion, ,.. Na koncach ramipn wykonane sa otwory z ocz¬ kami lub szczelinami do osadzania w nich wysta¬ jacych z pakietu blach wirnika konców pretów, które moga byc wykonane z materialu plaskiego lub okraglego. Jezeli ramiona nie stanowia jednej calosci z pierscieniem zwierajacym lecz wykonane sa jako oddzielne czesci, korzystnie jest zaopatrzyc je w czopy, profilowane nózki lub tym podobne narzady, wlutowane do odpowiednich wykrojów w pierscieniowej czesci zwierajacej. Posiadajace postac ramion lacznikowych polaczenia miedzy miedzianymi pretami a pierscieniem zwierajacym, który otacza wal z pewnym malym odstepem lub tez scisle do niego przylega i nie jest osadzony na obwodzie wirnika, posiadaja, wskutek szczegól¬ nego ich uksztaltowania w kierunku osiowym i promieniowym, taka sprezystosc, ze polaczenia te wydluzaja sie podatnie pod dzialaniem ciepla podczas lutowania lub przy szybkim biegu maszy¬ ny,^ przy chlodzeniu powracaja do pierwotnego polozenia bez powodowania naprezania miejsc lu¬ towania pretów.Wynalazek jest ponizej wyjasniony na kilku je¬ go postaciach wykonania, uwidocznionych na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przestawia widok wycinka wirnika klatkowego, fig. 2 — widok wycinka od¬ miany tego wirnika, fig. 3, 4 i 6 przedstawiaja w przekroju trzy rózne przyklady wykonania ra¬ mion laczacych pierscien zwierajacy z pretami zwierajacymi, fig. 5 przedstawia widok czolowy urzadzenia wedlug fig. 3 i wreszcie fig. 7 inna jeszcze odmiane wykonania wynalazku, w której wirnik posiada prety zwierajace wykonane z plas¬ kiej miedzi.Na fig. 1 cyfra 1 oznaczona jest czesc pakietu blach wirnika klatkowego, na czolowej stronie którego jest umieszczona tarcza przyciskowa 2, zamocowana za pomoca zabezpieczajacego pier¬ scienia sprezynujacego. Poprzez zlobki 4 wirnika i przylegle otwory 5 w tarczy przyciskowej 2 przetkmete sa prety miedziane 6 klatki zwieraja¬ cej, rozmieszczone równomiernie na'tej tarczy.-Pierscien zwierajacy 7 sluzacy do polaczenia pre¬ tów 6, Jest szczelnie osadzony na wale silnika nie przedstawionym na rysunku i posiada ramiona fi, które przebiegaja promieniowo i posiadaja rja kon¬ cu otwory 9 do umieszczenia w nich glowic pre¬ tów 6. Przez zalutpwanie lub spawanie zostaje w tym miejscu wytworzone polaczenie* dobrze przewodzace prad. Powstajace podczas lutowania zmiany dlugosci pretów nie wywieraja tu, wplywu na jakosc polaczenia, poniewaz kazde:ramie jest podatne na dzialanie tych wydluzen. Wspomnia¬ ne juz faliste uksztaltowanie ramion 8 jest wy¬ raznie uwidocznione na fig. 1 i ma* na celu rpzr dzielanie na prety i ramiona znacznych naprezen, powstajacych przy duzej liczbie obrotów maszyny.Naprezenia na rozciaganie mozna zmniejszyc przez oszczednosciowe dobranie wymiarów materialu np. dla glowic ramion, obejmujacych wskutek tego konce pretów tylko na malym odcinku, przez co otrzymuje sie male naprezenia styczne w pierscie¬ niach. Osadzenie konców pretów w grubym tale¬ rzu przyciskowym 2 przyczynia sie do powstawa¬ nia nieznacznych tylko naprezen na rozciaganie w ramionach, wywolanych przez material pretów przy wirowaniu. Scianki otworów 5 w tarczy przy¬ ciskowej 2 w kierunku na zewnatrz sa w miejscu 10 przeciete szczelinami, w celu unikniecia pow¬ stawania znaczniejszych pradów wirowych doko¬ la konców pretów i tym samym' nagrzewania sie tarcz przyciskowych.Na fig. 2 przedstawiono zastosowanie wynalaz¬ ku do wirnika klatkowego z tak. zwanymi pretami „wysokimi", wykonanymi z miedzianego plaskow¬ nika. Oznaczenia liczbowe czesci odpowiadajacych czesciom uwidocznionym na fig. 1 sa^ te same.Czesciowe tylko wlutowanie konców pretów 11 z plaskiej miedzi do szczelin 12 ramion 8. jest wy¬ raznie uwidocznione na fig. 2. Powstajace w tych miejscach mechaniczne naprezenia polaczenia sa tak nieznaczne, ze przedstawione wymiary polacze¬ nia sa wystarczajace. • W postaciach wykonania wirnika z umieszczona pó wewnetrznej stronie klatki pretowej wirnika tarcza przyciskowa, nie obejmujaca pretów, ra¬ miona 8 przebiegaja poczawszy od pierscienia 7 jako mocno wygiete az do szczelnego ich przyle¬ gania do czolowej strony pakietu blach wirnika.Dzieki temu wystajace konce pretów sa wykonane jako bardzo krótkie, wskutek czego pomimo duzej liczby obrotów maszyny, jakiekolwiek wieksze na¬ prezenia na rozciaganie nie moga byc wywierane przez material pretów na ramiona.Czesc pierscieniowa 7 gwiazdy zwierajacej nie musi byc umieszczona bezposrednio na wale wir- ^8 —nika, lecz moze byc osadzona takie ruchomo, na pewnego rodzaju piascie tarczy przyciskowej.Wedlug innej postaci wykonania wynalazku, przedstawionej w przekroju na fig. 3, na pierscie¬ niu zwierajacym 7 sa umieszczone promieniowo w kierunku na zewnatrz, na podobienstwo zlaczek lub tasm ramiona 8, co szczególnie wyraznie jest uwidocznione na fig. 5, która jednoczesnie uwi¬ dacznia gwiazdzisty uklad calosci. Ramiona 8 sa wykonane na koncu w ksztalcie oczek 17, w któ- Tych osadzone sa swobodne konce pretów 'mie¬ dzianych 6. W tym miejscu prety 6 sa laczone przez lutowanie z ramionami E. Falisty ksztalt ra¬ mion lub zlaczek 8 pozwala im wydluzac sie pod dzialaniem ciepla lub kurczyc sie po ich zlutowa¬ niu z pretami 6.Pierscien zwierajacy 7 jest celowo osadzony slizgowo na wale 21 i tym samym posiada moznosc przesuwania sie w kierunku osi wirnika, co jest wskazane ze wzgledu na wyrównanie cieplnych wydluzen pretów 6.Inne wykonanie wynalazku, które uwidoczniono na fig. 4, polega na tym,, ze konce pretów zwie¬ rajacych 6 sa szczególnie krótkie, co jest korzystne ze wzgledu na unikniecie bocznikowania pradów wirnika poprzez tarcze przyciskowa. W tym przy¬ padku ramiona 8 sa mocno wygiete i siegaja pra¬ wie do pakietu blach 1. Ramiona 8 tworza tutaj równiez podatne czlony lacznikowe miedzy konca- mi pretów 6 a pierscieniem zwierajacym 7, wsku¬ tek czego w tym przypadku osiaga sie zamierzony przez wynalazek cel przejmowania wydluzen cieplnych.W przykladzie wykonania wynalazku przedsta¬ wionym na fig. 6, analogicznie do powyzej opisa¬ nych postaci jego wykonania, zastosowana jest tarcza przyciskowa 2, która na swej krawedzi po¬ siada wykroje 13 do przeprowadzenia przez nie pretów miedzianych 6. Weidlug tej postaci wyko¬ nania wynalazku ramiona 8 nie sa wykonane z jednego kawalka materialu wraz z pierscieniem miedzianym 7, lecz stanowia samodzielne czesci, które podczas montazu silnika sa przylutowane w miejscach 12 do pierscienia zwierajacego 7, w miejscach zas 14 — w opisany juz sposób — do pretów 6.Pewna odmiana wykonania w stosunku do omó¬ wionych dotad przykladów przedstawia fig. 74 na której uwidoczniony jest wirnik z pretami z mie¬ dzianego plaskownika. W tym przypadku oczka 22 na ramionach 8 pierscienia zwierajacego 7 posia¬ daja postac szczelinowa i w oczkach tych sa osa¬ dzone konce 23 plaskich pretów miedzianych. Na podstawie fig. 7 mozna stwierdzic, ze poprzeczny przekrój ramion 8 moze byc utrzymany malym, przy czym przekrój ten jest tak obliczony, ze wytrzy¬ malosc, tak jak i przy wszystkich innych wyko¬ naniach, wynosi po lutowaniu jeszcze dostateczna wielkosc, azeby powstajace sily odsrodkowe mogly byc z cala pewnoscia przejete. Takze i przy tej konstrukcji zastosowana jest tarcza przyciskowa 2, której zewnetrzna srednica odpowiada srednicy pakietu blach 1, Takze i tutaj na krawedzi tarczy 2 sa przewidziane wykroje, przez które przeprowa¬ dzone sa prety 6, w celu ich przylutowania do ra¬ mion 8. PL