RU116283U1

RU116283U1 - ELECTRIC MACHINE STATOR

Info

Publication number: RU116283U1
Application number: RU2010125926/07U
Authority: RU
Inventors: Борис Давидович Ваксер; Аркадий Алексеевич Ким; Антон Николаевич Прокофьев; Светлана Николаевна Пьянкова; Александр Николаевич Чибриков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Силовые машины-ЗТЛ, ЛМЗ, Эектросила, Энергомашэкспорт" (ОАО "Силовые машины")
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-05-20

Abstract

1. Статор электрической машины, содержащий сердечник, в пазы которого уложены секции обмотки, закрепленные в радиальном направлении клиньями, при этом под клиньями размещены жесткая прокладка и упругая прокладка, устанавливаемая непосредственно на секцию обмотки, отличающийся тем, что упругая прокладка выполнена из полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью, причем толщина слоя резины в полупроводящей теплостойкой силиконовой резине, армированной стеклотканью, превышает толщину слоя стеклоткани. ! 2. Статор по п.1, отличающийся тем, что упругая прокладка выполнена из пакета полос, причем толщина одной полосы составляет от 0,2 до 0,4 мм. 1. The stator of an electric machine, containing a core, in the grooves of which the winding sections are laid, fixed in the radial direction by wedges, while under the wedges there are a rigid gasket and an elastic gasket installed directly on the winding section, characterized in that the elastic gasket is made of semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with glass cloth, and the thickness of the rubber layer in the semi-conductive heat-resistant silicone rubber, reinforced with glass cloth, exceeds the thickness of the layer of glass cloth. ! 2. The stator according to claim 1, characterized in that the elastic spacer is made of a stack of strips, the thickness of one strip being from 0.2 to 0.4 mm.

Description

Техническое решение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам большой мощности, в частности статорам высоковольтных турбогенераторов и гидрогенераторов с обмоткой, состоящей из секций в виде стержней или катушек, имеющих изоляцию, сформованную и отвержденную до установки секции в паз сердечника статора, и уложенных в пазы в один или более слоев.The technical solution relates to electrical engineering, in particular to high-power electric machines, in particular, stators of high-voltage turbogenerators and hydrogenerators with a winding consisting of sections in the form of rods or coils having insulation, molded and cured prior to installation of the section in the groove of the stator core, and laid in grooves in one or more layers.

В большинстве известных устройств радиальное крепление секции обмотки (стержня или катушки) в пазу сердечника статора производится путем прижатия ее с помощью прокладок и клиньев к основанию паза. Чтобы компенсировать осадочные явления во время эксплуатации, предусматриваются пружинящие (упругие) прокладки.In most known devices, the radial fastening of the winding section (rod or coil) in the groove of the stator core is done by pressing it with gaskets and wedges to the base of the groove. To compensate for sediment during operation, spring (elastic) gaskets are provided.

Известен статор электрической машины, в котором для крепления секций обмотки в пазу по его высоте размещены клин и изоляционные подклиновые элементы, выполненные в виде упругих прокладок. В качестве упругих прокладок применяются прокладки изогнутой формы, выполненные из эпоксидной смолы, армированной стекловолокнами. (US 3976901, Н02К 3/48, опубл. 24.08.1976 г.). Такая пружинная прокладка позволяет избежать локальной концентрации давления на секцию при заклинивании и в то же время обеспечивает постоянное радиальное усилие на нее. Степень сжатия прокладки определяет величину усилия на секцию, подавляющего вибрацию, и поэтому требует тщательного контроля. Для установки такой прокладки необходимы клинья специального изготовления и специальный инструмент для контроля, что существенно увеличивает затраты на операцию заклинивания паза. При этом возможно, как разрушение прокладки в случае чрезмерного ее распрямления, так и недопустимое ослабление усилия на секцию в противоположном случае. Кроме того, изменение свойств материала во времени и некоторая усадка секции при длительном действии рабочей температуры, давления и пульсирующих электродинамических сил вызывают необходимость периодического переклинивания пазов, что, по вышеуказанным причинам, затруднительно в условиях эксплуатации.A stator of an electric machine is known, in which a wedge and insulating wedge elements made in the form of elastic gaskets are placed for securing the winding sections into a groove along its height. As elastic gaskets, curved gaskets made of fiberglass-reinforced epoxy are used. (US 3976901, Н02К 3/48, published on 08.24.1976). Such a spring gasket avoids local concentration of pressure on the section when jamming and at the same time provides a constant radial force on it. The compression ratio of the gasket determines the amount of force exerted on the vibration-suppressing section, and therefore requires careful monitoring. To install such a gasket, special-made wedges and a special control tool are required, which significantly increases the cost of the slot jamming operation. In this case, it is possible both the destruction of the gasket in case of its excessive straightening, and the unacceptable weakening of the force on the section in the opposite case. In addition, the change in the properties of the material over time and some shrinkage of the section under the prolonged action of the operating temperature, pressure and pulsating electrodynamic forces necessitate periodic wedging of the grooves, which, for the above reasons, is difficult in operating conditions.

Известен статор электрической машины, в котором для закрепления обмотки в пазах сердечника каждый паз закрывают закрывающими клиньями. Причем между закрывающими клиньями и секциями обмотки, находящимися в пазу, размещены изоляционные волнистые пластинчатые пружины, выполненные из эпоксидной смолы, армированной стекловолокнами, предварительно механически напряженные посредством дополнительных противолежащих клиньев, расположенных между закрывающими клиньями и пружинами. Закрепление секций производится за счет находящихся в фиксированном положении регулировочных элементов. Посредством регулировочных элементов можно изменять расстояние между закрывающими клиньями и противолежащими клиньями. (Патент РФ №2321135, Н02К 3/487, опубл. 27.03.2008 г.).A stator of an electric machine is known, in which, for securing the winding in the grooves of the core, each groove is closed with closing wedges. Moreover, between the closing wedges and the winding sections located in the groove, there are insulated wavy leaf springs made of epoxy resin reinforced with fiberglass, previously mechanically strained by additional opposing wedges located between the closing wedges and springs. The sections are fixed at the expense of adjusting elements located in a fixed position. By means of the adjusting elements, it is possible to change the distance between the closing wedges and the opposite wedges. (RF patent No. 2321135, Н02К 3/487, publ. March 27, 2008).

Недостатком такого технического решения является усложнение конструкции статора электрической машины, состоящее в необходимости выполнения специальных отверстий для установки регулировочных элементов в закрывающих клиньях и значительном увеличении высоты паза для размещения дополнительного противолежащего клина, а также сложность контроля степени сжатия волнистых пластинчатых пружин.The disadvantage of this technical solution is the complication of the design of the stator of the electric machine, consisting in the need to make special holes for installing the adjusting elements in the closing wedges and a significant increase in the height of the groove to accommodate an additional opposing wedge, as well as the difficulty of controlling the compression ratio of the wavy leaf springs.

Наиболее близким по технической сущности является статор электрической машины, в котором для крепления секции обмотки в пазу в радиальном направлении упругие прокладки, размещаемые под клином, между слоями обмотки и под секциями на дне паза, выполняются из изоляционного термореактивного вязкоупругого материала и устанавливаются с натягом. (А.с. СССР №792486, Н02К 3/48, Опубл. 30.12.1980 г.). Это решение не требует применения специальной конструкции клина или способа установки прокладки, а контроль установки клиньев производится простым и общеизвестным методом «простукивания». Эластичность термореактивного вязкоупругого материала, например олигомерного уретанэпоксида, позволяет выполнить его сжатие при заклинивании паза на 10-20%, что обеспечивает получение необходимого радиального усилия на секцию.The closest in technical essence is the stator of an electric machine, in which for fastening the winding sections in the groove in the radial direction, the elastic gaskets placed under the wedge, between the winding layers and under the sections at the bottom of the groove, are made of insulating thermoset viscoelastic material and are installed with an interference fit. (AS USSR No. 792486, Н02К 3/48, Publ. 30.12.1980). This solution does not require the use of a special design of the wedge or the installation method of the gasket, and the installation of wedges is controlled by a simple and well-known method of “tapping”. The elasticity of a thermoset viscoelastic material, such as oligomeric urethane epoxide, allows it to be compressed by jamming the groove by 10-20%, which ensures the necessary radial force on the section.

Недостатком этого технического решения является свойство вязкоупругости материала упругой прокладки, например олигомерного уретанэпоксида, определяющее пониженную устойчивость его к длительному воздействию повышенной температуры и давления, и отсутствие в материале прокладки армирующей сетки из жесткого и теплостойкого неорганического материала, например стеклоткани. По этим причинам происходит постепенная потеря прокладкой упругих свойств и, как правило, разрушение прокладки.The disadvantage of this technical solution is the property of viscoelasticity of an elastic gasket material, for example, oligomeric urethane epoxide, which determines its reduced resistance to prolonged exposure to elevated temperature and pressure, and the absence of a reinforcing mesh from a rigid and heat-resistant inorganic material, such as fiberglass, in the material of the gasket. For these reasons, the gasket gradually loses its elastic properties and, as a rule, the gasket is destroyed.

Также, недостатком всех вышеуказанных технических решений является, как показал опыт эксплуатации электрических машин высокого напряжения, то, что упругая прокладка, устанавливаемая на поверхность секции обмотки, обращенную к клину, изготавливается из изоляционного материала. Это приводит к ускорению развития на поверхности секции обмотки эрозии под действием коронных разрядов и разрушению поверхностного полупроводящего слоя изоляции секции, что в результате ослабляет крепление секции в пазу сердечника статора.Also, the drawback of all the above technical solutions is, as experience in the operation of high-voltage electric machines has shown, that the elastic gasket installed on the surface of the winding section facing the wedge is made of insulating material. This leads to accelerated development of erosion windings on the surface of the section under the influence of corona discharges and the destruction of the surface semiconducting layer of insulation of the section, which weakens the fastening of the section in the groove of the stator core.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности и долговечности радиального крепления секции обмотки в пазу статора электрической машины при выполнении радиального крепления без усложнения способа заклинивания и метода его контроля.The technical result, which the proposed technical solution is aimed at, is to increase the reliability and durability of the radial fastening of the winding section in the stator groove of the electric machine when performing radial fastening without complicating the method of jamming and the method of its control.

Указанный технический результат достигается тем, что статор электрической машины содержит сердечник, в пазы которого уложены секции обмотки, закрепленные в радиальном направлении клиньями, под клиньями размещены жесткие прокладки и устанавливаемые непосредственно на секцию упругие прокладки, причем упругие прокладки выполнены из полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью. При этом необходимо, чтобы толщина слоя резины в прокладке из полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью, превышала толщину слоя стеклоткани.The specified technical result is achieved by the fact that the stator of the electric machine contains a core, in the grooves of which are placed winding sections that are secured in the radial direction by wedges, rigid gaskets are placed under the wedges and elastic gaskets installed directly on the section, and the elastic gaskets are made of heat-resistant silicone rubber semiconducting reinforced fiberglass. In this case, it is necessary that the thickness of the rubber layer in the gasket of semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass exceeds the thickness of the fiberglass layer.

Наиболее удобной для применения конструкцией является прокладка, составленная в виде пакета полос, имеющих толщину от 0,2 до 0,4 мм, из полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью.The most convenient construction for use is a gasket composed of a package of strips having a thickness of 0.2 to 0.4 mm, made of semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass.

Упругие прокладки также могут быть установлены в пазу сердечника статора электрической машины, как на дне паза, так и между секциями обмотки.Elastic gaskets can also be installed in the groove of the stator core of the electric machine, both at the bottom of the groove and between the winding sections.

Новым в заявляемом техническом решении является то, что конструкция, использующая предлагаемый для упругой прокладки материал, удовлетворяет главным требованиям, предъявляемым к радиальному креплению обмотки, выполнение которых требует компромиссного решения:New in the claimed technical solution is that the design using the material proposed for elastic laying meets the main requirements for radial fastening of the winding, the implementation of which requires a compromise solution:

- с одной стороны, необходима эластичность для перераспределения усилий, создаваемых при операции заклинивания секции в пазу и, тем самым, предохранения изоляции от повреждения при этой операции;- on the one hand, elasticity is needed to redistribute the forces created during the operation of jamming the section into the groove and, thereby, protect the insulation from damage during this operation;

- с другой стороны, прокладка должна иметь жесткость, позволяющую создать при ее сжатии в процессе заклинивания давление на секцию, достаточное для предотвращения опасной вибрации, вызываемой действующими на секцию при работе электрической машины пульсирующими электродинамическими силами.- on the other hand, the gasket must have rigidity, which allows it to be pressurized during jamming to exert pressure on the section to prevent dangerous vibration caused by pulsating electrodynamic forces acting on the section during operation of the electric machine.

Кроме того, для предотвращения развития повреждения разрядами поверхностного полупроводящего слоя изоляции секции материал упругой прокладки должен обладать полупроводящими свойствами для создания электрического контакта между упругой прокладкой и сердечником по всей поверхности секции, на которую установлена упругая прокладка.In addition, to prevent the development of damage by discharges of the surface semiconducting layer of insulation of the section, the material of the elastic gasket must have semiconducting properties to create electrical contact between the elastic gasket and the core over the entire surface of the section on which the elastic gasket is installed.

В качестве такого материала предлагается использовать полупроводящую теплостойкую силиконовую резину, армированную стеклотканью. Использование свойства упругости теплостойкой силиконовой резины позволяет демпфировать и уменьшать амплитуду колебаний секций обмотки, что увеличивает стабильность крепления обмотки в условиях частых тепловых циклов и больших электродинамических усилий, а армирование стеклотканью позволяет придать материалу необходимую жесткость. В целом, такая прокладка допускает большую деформацию сжатия с сохранением ее упругой составляющей при одновременном упрощении конструкции прокладки, отказе от придания прокладке изогнутой формы. Кроме того, полупроводящая теплостойкая силиконовая резина, армированная стеклотканью, обладает свойством электропроводности, которое характеризуется продольным удельным сопротивлением 10³-10⁵Ом/квадрат, благодаря которому создается хороший электрический контакт между упругой прокладкой и сердечником по всей поверхности секции, что предотвращает развитие повреждения разрядами поверхностного слоя изоляции секции обмотки статора.It is proposed to use semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass as such a material. Using the elasticity property of heat-resistant silicone rubber allows you to dampen and reduce the amplitude of the oscillations of the winding sections, which increases the stability of the winding fastening under conditions of frequent thermal cycles and large electrodynamic forces, and fiberglass reinforcement allows you to give the material the necessary rigidity. In general, such a gasket allows for a large compression deformation while maintaining its elastic component while simplifying the gasket design and refusing to give the gasket a curved shape. In addition, semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass has the property of electrical conductivity, which is characterized by a longitudinal specific resistance of 10 ³ -10 ⁵ Ohm / square, which creates a good electrical contact between the elastic gasket and the core over the entire surface of the section, which prevents the development of damage by discharges the surface layer of the insulation of the stator winding section.

Для простоты и удобства применения предлагается выполнять упругую прокладку в виде пакета полос из полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью, толщиной от 0,2 до 0,4 мм. Такое выполнение прокладки упрощает изготовление исходного материала и позволяет легко подбирать толщину упругой прокладки, обеспечивающую при заклинивании необходимое давление на лежащие в пазу секции.For simplicity and ease of use, it is proposed to perform elastic laying in the form of a package of strips of semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass, with a thickness of 0.2 to 0.4 mm. This embodiment of the gasket simplifies the manufacture of the starting material and makes it easy to select the thickness of the elastic gasket, which, when jammed, provides the necessary pressure on the sections lying in the groove.

Для уменьшения вероятности повреждения изоляции при заклинивании, связанного с неровностью секций и дна паза, такие же упругие прокладки целесообразно устанавливать в пазу между слоями обмотки и на дне паза.To reduce the likelihood of damage to the insulation during jamming associated with uneven sections and the bottom of the groove, it is advisable to install the same elastic gaskets in the groove between the winding layers and at the bottom of the groove.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображен разрез паза статора электрической машины.The proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows a section of the groove of the stator of an electric machine.

Статор электрической машины состоит из сердечника 1 и уложенных в его пазы 2 сформованных секций 3 двухслойной обмотки в виде стержней или катушек. Секции 3 обмотки закреплены в пазах 2 в радиальном направлении клиньями 4 и установленными под ними жесткими прокладками 5 и упругими прокладками 6. Между секциями и на дне паза могут быть установлены или жесткие прокладки 5, или упругие прокладки 6 (на чертеже показана конструкция с установленными жесткими прокладками 5).The stator of an electric machine consists of a core 1 and laid in its grooves 2 formed sections 3 of a two-layer winding in the form of rods or coils. The winding sections 3 are secured in grooves 2 in the radial direction by wedges 4 and rigid gaskets 5 and elastic gaskets installed under them 6. Either hard gaskets 5 or elastic gaskets 6 can be installed between the sections and at the bottom of the groove (the figure shows the design with the rigid gaskets 5).

Секцию 3 обмотки электрической машины размещают в пазу 2 так, чтобы зазор между верхней гранью ближайшей к расточке статора секцией 3 и клином 4 составлял не менее 2 мм. Согласно техническому решению, этот промежуток заполняется жесткой прокладкой 5 и упругой прокладкой 6. В качестве полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью, может быть использован материал марки РЭТСАР-П (ТУ 38.103667-88 «Резиностеклоткань электропроводящая РЭТСАР-П») или материал марки ПАРСТ-П, изготавливаемый Филиалом ОАО «Силовые машины» «Электросила» (ОБС.503.050 ТУ). В указанных материалах толщина слоя резины в 2-3 раза превышает толщину слоя стеклоткани.The winding section 3 of the electric machine is placed in the groove 2 so that the gap between the upper face of the section 3 closest to the stator bore and the wedge 4 is at least 2 mm. According to the technical solution, this gap is filled with a rigid gasket 5 and elastic gasket 6. As a semi-conductive heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass, RETSAR-P brand material can be used (TU 38.103667-88 “RETSAR-P electrically conductive rubber-glass fabric”) or PARST material -P manufactured by Electrosila branch of Power Machines OJSC (OBS.503.050 TU). In these materials, the thickness of the rubber layer is 2-3 times the thickness of the fiberglass layer.

В качестве примера упругую прокладку 6 составляют из шести полос полупроводящей теплостойкой силиконовой резины, армированной стеклотканью, толщиной 0,3 мм. Поверх упругой прокладки 6 устанавливается жесткая прокладка 5, которая может быть выполнена как из изоляционного, так и полупроводящего материала, например, из стеклотекстолита, толщиной 0,5 мм, а между секциями 3 обмотки и на дне паза 2 устанавливаются жесткие прокладки 5 из стеклотекстолита толщиной 4 мм и 2 мм, соответственно. В этом случае сжатие упругой прокладки 6 при заклинивании обеспечивается на 16%.As an example, the elastic gasket 6 is composed of six strips of semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass, 0.3 mm thick. On top of the elastic strip 6, a rigid strip 5 is installed, which can be made of both insulating and semi-conductive material, for example, 0.5 mm thick fiberglass, and between the winding sections 3 and at the bottom of the groove 2, rigid fiberglass strip 5 is installed with a thickness 4 mm and 2 mm, respectively. In this case, the compression of the elastic strip 6 when jamming is provided by 16%.

В другом примере конструкция статора электрической машины (конструкция на чертеже не приведена) выполняется аналогично представленной в вышеуказанном примере со следующими отличиями:In another example, the design of the stator of an electric machine (the design is not shown in the drawing) is performed similarly to that presented in the above example with the following differences:

- толщина жесткой прокладки 5 под клином 4 равна 1,0 мм;- the thickness of the rigid strip 5 under the wedge 4 is equal to 1.0 mm;

- между секциями 3 установлен набор из трех прокладок: упругая прокладка 6 толщиной равной 0,9 мм, жесткая прокладка 5 толщиной - 2,5 мм и упругая прокладка 6 толщиной - 0,9 мм;- between sections 3 a set of three gaskets is installed: an elastic gasket 6 with a thickness of 0.9 mm, a rigid gasket 5 with a thickness of 2.5 mm and an elastic gasket 6 with a thickness of 0.9 mm;

- на дне паза 2 установлена упругая прокладка 6 толщиной равной 1,8 мм.- at the bottom of the groove 2 is installed an elastic gasket 6 with a thickness of 1.8 mm.

В данном примере при заклинивании все упругие прокладки 6 сжимаются на 12%.In this example, when jamming, all elastic gaskets 6 are compressed by 12%.

Плотная установка клиньев 4, контролируемая общеизвестным способом их "простукивания", создает деформацию сжатия упругой прокладки 6 не менее 10%. При такой деформации упругость материала упругой прокладки 6 обеспечивает давление на секцию не менее 8 МПа, которое достаточно для демпфирования колебаний, возбуждаемых действующими на секции 3 обмотки электрической машины пульсирующими электродинамическими усилиями.The tight installation of the wedges 4, controlled by the well-known method of "tapping" them, creates a compression strain of the elastic strip 6 of at least 10%. With such a deformation, the elasticity of the material of the elastic strip 6 provides a pressure on the section of at least 8 MPa, which is sufficient to damp the vibrations excited by the pulsating electrodynamic forces acting on the section 3 of the winding of the electric machine.

В результате применения предложенного технического решения достигается упрощение установки обмотки в сердечник статора электрической машины, упрощение выполнения профилактических ремонтов статора в период эксплуатации электрической машины и повышение надежности и долговечности крепления обмотки в пазах сердечника статора электрической машины.As a result of the application of the proposed technical solution, simplification of the installation of the winding in the stator core of the electric machine is achieved, simplification of the preventive repairs of the stator during the operation of the electric machine and an increase in the reliability and durability of the winding fastening in the grooves of the stator core of the electric machine.

Claims

1. The stator of an electric machine, containing a core, in the grooves of which are placed winding sections that are secured in the radial direction by wedges, while under the wedges there is a rigid gasket and an elastic gasket installed directly on the winding section, characterized in that the elastic gasket is made of heat-resistant silicone semiconductor fiberglass reinforced rubber, wherein the thickness of the rubber layer in the semiconducting heat-resistant silicone rubber reinforced with fiberglass exceeds the thickness of the fiberglass layer.

2. The stator according to claim 1, characterized in that the elastic gasket is made of a package of strips, and the thickness of one strip is from 0.2 to 0.4 mm