Способ изготовления стержня обмотки статора

 

Использование: для изготовления стержней обмотки ctaropa высоковольтных трубои гидрогенераторов. Сущность изобретения: на стержень 1 наносят слой изоляции 2 и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинала, на величину усадки изоляции,. укладывают на стержень прессующие планки , вакуумируют, спрессовывают и термообрабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокоронного покрытия с изоляцией. После этого на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой . Кроме того, слой противокоронного покрытия образуют путем изготовления прессующих планок из материала противокоронного покрытия. 4 ил. А

СОК>3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s Н 02 К 15/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4818890/07 (22) 07.02.90 (46) 07.01.93, Бюл. М 1 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого злектромашиностроения Ха рьковского завода "Электротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) Л.Л.Хаймович (73) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого злектромашиностроения Харьковского завода "Электротяжмаш" им, В.И.Ленина (56) Патент ГДР % 62367, кл. Н 02 К 15/04, 1968.

Патент Японии N 49 — 8562, кл. Н 02 К 3/04, 1974.

ЯЛ 1787306 А3 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЯ

ОБМОТКИ CTATOPA (57) Использование: для изготовления стержней обмотки статора высоковольтных трубои гидрогенераторов. Сущность изобретения: на стержень 1 наносят слой изоляции 2 и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинала, на величину усадки изоляции, . укладывают на стержень прессующие планки, вакуумируют, опрессовывают и термооб.рабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокоронного покрытия с изоляцией. После этого на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой, Кроме того, слой противокорон ного покрытия образуют путем изготовления прессующ.их планок из материала противокоронного покрытия. 4 ил.

1787306

50

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения, может быть использовано при изготовлении стержней обмотки статора высоковольтных турбо- и гидрогенераторов.

Изолированный стержень обмотки статора содержит внутри слой собственно изоляции, обеспечивающий электрическую прочность обмотки, и снаружи слой полупровЬдящегo покрытия, предназначенный для защиты От ионизационного разрушения и сохранения исходной электрической прочности ее в течение всего срока эксплуатации машины, Известен способ изготовления стержней обмотки статора, согласно которому на стержень наносят термореактивную изоляцию, помещают в пресс-планки и термообрабаты вают. При этом получают заготовку стержня с толщиной изоляции, несколько превышающей требуемую для номинального напря>кения, Затем заготовку стержня калибруют, т.е. путем дополнительной механической обработки устраняют погрешности и отклонения, оставшиеся после опрессовки: удаляют облой и за счет излишков изоляции уточняют прямоугольность формы поперечного сечения и придают ему заданные размеры, После этого на стержень наносят полупроводящее покрытие и передают на укладку в паз статора.

В изготовленных таким образом стержнях изоляция имеет переменную толщину по периметру и длине стержня, зависящую от фактической усадки изоляции при опрессовке и снимаемой толщины изоляции при мехобработке в процессе калибровки, а толщина полупроводящего покрытия одинакова при всех номинальных напряжениях.

Преимущественно указанного способа состоит в том, что он обеспечивает повышенную точность размеров поперечного сечения по длине стержня и, как следствие, . наименьший зазор ме:кду поверхностью изоляции и стенками сердечника статора, чем способствует повышению эффективности охлаждения обмотки, а также наибольшее заполнение паза медью.

К недостаткам способа относится низкая механическая прочность применяемого в данном способе "мягкого" полупроводящего покрытия, которое приклеивается к откалиброванной поверхности изоляции нахолодно и беэ обжатия, а также снижение электрической прочности изоляции, подвергаемой механической обработке, особенно при несимметричном (одностороннем) снятии излишков изоляции, Известен также способ (прототип) изготовления стержней обмотки статора, который предусматривает нанесение полупроводящего покрытия на "сырую" неотвержденную изоляцию. Изоляция и полупроводящее покрытие проходят совместную горячую опрессовку и запечку в пресс-планках. Из пресс-планок стержень выходит сразу с окончательными размерами и без калибровки передается на укладку в паз статора.

Полупроводящее покрытие на термореактивном связующем, нанесенное, опрессованное и термообработанное совместно с основной изоляцией, образует механически прочную оболочку, склеенную с корпусной изоляцией.

Глянцевая поверхность оболочки обеспечивает свободное вхождение стержня в паз и облегчает его перемещение в пазу без нарушения покрытия.

Недостатком этого способа является низкая точность размеров поперечного сечения изготовленного стержня и связанное с ней вынужденное увеличение зазоров между стержнем и стенками паза, снижающее теплоотдачу обмотки, особенно с косвенным воздушным охлаждением, и требующее дополнительное уплотнение . стержня в пазу, например, с помощью полупроводящих прокладок или с помощью нанесенного поверх "жесткого" полупроводящего покрытия дополнительного пластично-эластичного полупроводящего слоя, заполняющего по месту зазоры при укладке стержней.

Общий недостаток известных способов связан с применением в качестве прессующего и формующего элемента плоских или

Г-образных планок, Они выполняются металлическими и используются многократно при изготовлении стержней. В каждом цикле опрессовки планки устанавливают íà опрессованную изоляцию, снимают со стержня после опрессовки и запечки изоляции, затем их чистят, замывают и готовят к последующей опрессовке, Все операции, связанные с подготовкой и установкой планок, выполняются вручную и относятся к категории тяжелого и вредного физического труда, что в немалой степени предопределяет субъективный фактор неточного и некачественного изготовления стержней.

Недостатком способа-прототипа является то, что полупроводящее покрытие, как и основная изоляция, выполняется в виде лент, наматываемых по спирали вдоль стержня. После запечки они образуют монолитную анизотропную слоистую спирально ориентированную структуру. Калибровка спирально намотанной запеченной заготовки без повреждения полупроводящей ленты и нарушения сплошности запеченного полу. проводящего слоя не удается, Поэтому в угоду сохранения высокой механической

1787306 прочности и адгезии запеченного полупроводящего покрытия вынуждено отказываются от калибровки и идут на понижение класса точности изготовления стержней, Целью изобретения является упрощение 5 изготовления стержня и улучшение качестве стержней путем повышения точности геомет. рических размеров стержня.

Существо предлагаемого способа состоит в том, что на стержень наносят слой 10 изоляции и слой противокоронного покрытия толщиной, большей номинальной на величину усадки изоляции, укладывают на стержень прессующие планки, вакуумируют, опрессовывают и термообрабатывают 15 стержень до отверждения связующего и склеивания противокороного покрытия с изоляцией, после чего на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного 20 покрытия удаляют механической обработкой.

Новизна предложения состоит в увеличении против номинальной толщины полупроводящего покрытия и в дополнительной 25 механической обработке (калибровке) готового стержня по полупроводящему покрытию.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он на высоком изо- 30 бретательском уровне позволяет разрешить сдерживающее дальнейшее развитие технологии основное техническое противоречие между повышением электрической прочности изоляции и в; конечном счете, 35 снижением рабочих температур изоляции, Еще одно преимущество изобретения состоит в том, что достигается экономия материала, Для этого слой противокоронного покрытия образуют путем изготовления 40 прессующих планок иэ материала противокоронного покрытия и укладки их с четырех сторон на каждую грань стержня. По завершении процессов вакуумной сушки, опрессовки и термообработки планки прочно 45 соединяются с изоляцией. Затем стержень . подвергают калибровке в пределах толщины полупроводящих планок.

Возможность реализации предлагаемого изобретенЛя иллюстрируется тремя 50 примерами и поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен стержень обмотки статора с полупроводящим покрытием до и после механической обработки последнего, на фиг,2, 3 и 4 показаны различные варианты 55 исполнения термореактивного полупроводящего слоя и его механической обработки.

Пример 1. Слой противокоронного покрытия наносят из полупроводящего изотропного материала, например, полупроводящего препрега и стержень калибруют до заданных размеров путем механической обработки полупроводящего слоя при плавном изменении подачи режущего инструмента.

Способ поясняется фиг.1 — 4.

На фиг.1 представлен стержень 1 с токоведущей жилой, изоляцией 2, полупроводящим слоем из изотропного полупроводящего препрега перед механической обработкой 3 и тем же слоем с переменной по поперечному сечению и по длине толщиной после мехобработки (калибровки) 4, поперечными размерами стержня после опрессовки до калибровки

5 и 5 и после калибровки 6 и 6, припуском

1 полупроводящего слоя 7.

Благодаря иэотропности препрега механическую обработку полупроводящего слоя удается проводить при плавном изменении глубины резания и тем самым получать любую наперед заданную точность изготовления детали, В качестве изотропного материала для противокоронного покрытия стержня используется полупроводящий прейрег, который выпускается, как правило, в виде рулонов. Это позволяет вырезать из него полотна требуемых размеров и наносить их на стержень; по длине в виде намотанных вокруг стержня одной или нескольких простынок, Поверх препрега наносят антиадгезионный слой, например, из фторопластовой пленки. При опрессовке препоег растекается по стержню и стыки простынок соединяются и спаиваются между собой, в результате чего после запечки образуется сплошной полупроводящий слой с изотропной структурой, склеенный с изоляцией, Режим обработки (глубина резания, скорость резания и др.) зависит от однородности и прочностных характеристик запеченного слоя полупроводящего покрытия, его адгезйи с иййяцией; чистоты обработки поверхности и др. и определяется отдельно в каждом конкретном случае.

П р и M е р 2. Слой противокоронного покрытия наносят в пазовой и лобовых частях вдоль стержня на каждой грани в виде пластин из готового полупроводящего материала с заданным удельным сопротивленйем, отличающегося плоскостной анизотропией, например, полупроводящегооднонаправленного слоистого пластика, например стеклопластика, и стержень калибруют до заданных размеров путем механической обработки полупроводящего слоя при дискретном изменении глубины резания, кратной толщине составляющих слоев пластика.

На фиг.2 и 3 изображены поперечные сечения стержня с анизотропным полупроводящим слоем иэ полупроводя щего стекло1787306 .

10

25 обработку

35 нической." обработке имеют такую же

50 пластика 8, припуска пластика 9, снимаемым при мехобработке, наружным контуром 10 заготовки стержня в виде неправильного четырехугольника с размерами 5 и 5 после опрессовки до калибровки и размерами 6 и 6" прямоугольного сечения стержня после калибровки.

На фиг.3 показано поперечное сечение стержня при асимметричной калибровке покрытия с необрабатываемым с одной стороны стержня слоем полупроводящего пластика 11.

Структура материала противокоронного покрытия в этом случае позволяет производить тонкую обработку стержня с относительно малой и контролируемой пода- 1 чей режущего инструмента, При слоистой структуре зтих материалов удается сравнительно легко расщеплять их послойно и изменять их толщину, не нарушая механического состояния смежных слоев.

Самое простое по исполнению полупро- водящее покрытие с такими структурными особенностями получается, если поверх изоляции к каждой грани стержня припрессовать пластины из полупроводящего стек- лотекстолита с заданным удельным сопротивлением для пазовой и лобовых частей. Для этого пластины устанавливают на каждую из четырех граней стержня поверх нанесенных сырых" изоляционных лент со связующими и закрепляют с помощью антиадгезионной ленты, например, из фторопластовой пленки, спирально намотанной поверх пластин вдоль стержня. При опрессовке связующее изоляционных лент заполняет зазор между полупроводящими пластинами и изоляцией. В процессе запечки связующее отверждается, и прокладки, припрессованные к изоляции, склеиваются с ней и образуют на гранях стержня полупроводящий слой из стеклотекстолита. Этот вариант способа предпочтителен при изготовлении стержней с ручной калибровкой.

Полупроводящий стеклотекстолит, как изве стно, представляет собой слоистый прессо- 4 . ванный материал, состоящий из нескольких слоев стеклоткани, пропитанной термореактивной полупроводящей смолой, Толщина полупроводящего стеклотекстолита обычно составляет 0,35-2,00 мм. толщина используе мой в нем стеклоткани равна 0,08-0,10 мм.

Калибровка вручную выполняется острым ножом, напильником, шабером и др, слесарным инструментом. При этом полупроводящую стеклотекстолитовую пластину сначала сна- 5 ружи частично по толщине расщепляют, за. тем подрывают и снимают (отдирают) один или несколько слоев ткани в местах с повышенными против заданных размерами поперечного сечения по длине стержня, При использовании в полупроводящем стеклотекстолите стеклоткэни толщиной

0,08 мм допуски могут составлять 0,08;0,16;

0,24 мм и т,д. при снятии одного. двух, трех и т.д, слоев ткани, т.е, дискретны с шагом

0,08 мм. Минимальная толщина покрытия, остающегося на стержне при калибровке вручную, будет равна толщине одного слоя стеклоткани и составлять в этом примере

0,08 мм„

Для удобства и упрощения процесса калибровки мехобработку стержня целесообразно проводить с одной установки. Это достигается асимметричным выполнением полупроводящего покрытия: на той из двух противополо>кных граней, которая не подлежит мехобработке, полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину только для нужд противокоронной защиты. а на второй грани полупроводящая пластина 11 имеет минимальную толщину только для нужд противокоронной защиты, а на второй грани полупроводящая пластина выбрана толще с припуском на механическую

В ы бор обрабаты ваемой грани оп реде- . ляется в зависимости от направления отгиба лобовых частей, их длины, положения центра тяжести стержня и т.п. с учетом надежного закрепления стержня и удобного подвода резца к обрабатываемой поверхности, Стер>кни со стеклотекстолитовым полупроводящим покрытием при ручной и мехавысокую точность геометрических размеров поперечного сечения, как и стержни с препреговым полупроводящим слоем, обработанные на станке, Размер 14, предотавля ощий разность размеров поперечного сечения стержня после опрессовки для мехобработки 5 и после калибровки 6, равен величине, на которую сокращается допуск на размеры стержней с термореактивным полупроводящим покрытием при изготовлении их предложенным способом с калибровкой по сравнению с изготовлением известными способами без калибровки, Пример 3. Слой противокоронного покрытия, играющий одновременно роль прессующих планок, наносят вдоль стержня на каждую грань непосредственно поверх стеклослюдинитовых лент в виде плоских или Г-образных планок из полупроводящего стеклопластика толщиной. по меньшей мере равной величине усадки изоляции при последующей опрессовке и, не снимая планки после зэпечки, стержень калибруют

1787306

10 до заданных размеров путем механической водящем покрытии легко обрабатываемых обработки последних. материалов позволили проводить механичеНа фиг.4 изображено поперечное сече- скую обработку на станке (фрезерование, ние стержня с прикрепленными в процессе шлифование и др.) без нарушения адгезии и опрессовки и запечки стержня полупрово- 5 повреждения слоя с сохранением его дящими стеклопластиковыми Г-образными сплошности и электрических параметров. планками 12 с их контуром 13 до механиче- При изготовлении стержней по предлоской обработки и размерами поперечного женному способу из двух составляющих прямоугольного сечения стержня 6 и 6 по- элементов стержня -изоляции и полупровосле обработки планок.

П и

10 дящего покрытия — неизменной остае с тся ри изготовлении стержней обмотки расчетная в зависимости от номинального статора, характеризующихся постоянством напряжения толщина изоляции, а переменпрямоугольной конфигурации в пределах ной получается толщина полупроводящего прямолинейной пазовой части, применение покрытия, изменяющаяся в зависимости от пресс-pnaHok одноразового использования 15 фактического распределения усадки изоляс последующим сохранением их после on- q по длине стержня, В этом случае обра-. рессовкивконструкциистержнястановится ботка ведется в пределах толщины возможным, если пресс-планки изготовить полупроводящего слоя, слой изоляции не изполупроводящегостеклопластикаилиуг- затрагивается и не травмируется, и, как леволокнистого пластика. Для этого полу- 20 следствие, откалиброванные стержни сопроводящие пресс-планки плоские храняют,исходную предельно возможную вырезаются из готового полупроводящего электрическую прочность, заложенную в стеклотекстолита, либо, как и Г-образные них особенностями того или иного способа .. планки, предварительно прессуются из тех изготовления собственно изоляции, же материалов, из которых изготавливается 25 Полупроводящему покрытию, кроме осполупроводящийстеклотекстолит.Толщина новного, предписывается новое функциопресс-планок должна быть не меньше вели- нальное назначение — технологическое; как чины усадки находящейся под ними изоля- легко обрабатываемый элемент стержня ции в процессе последующей опрессовки и оно должно обеспечить упрощение механи30 ческой обработки и при переходе от ручной

Для повышения устойчивости пресс- к машинной калибровке повысить класс планок на внешней стороне их может быть точности изготовления стержня, При капредусмотрена решетка из взаимно пер- либровке по полупроводящему слою, в отпендикулярныхребержесткости,выпрессо- личие от калибровки по изоляционному ванная заодно с телом планок. - 35 слою, появилась возможность контроля . Пресс-планки устанавливают непосред- процесса обработки стержня по предотвраственно поверх стеклослюдинитовых лент. щению повреждения изоляции с четко выра,По завершению процессов вакуумной суш- женной обратной связью: визуально по ки, опрессовки и термообработки планки цвету (цвет покрытия определяется цветом прочно соединяются (еклеиваются) с изоля- 40 полупроводящего пигмента (порошка) — черцией. В результате этого получается заготовка ный, серый, зеленый и др. — резко отличаетизолированного стержня с необработанным ся От цвета собственно изоляции) или полупроводящим слоем; В дальнейшем стер- объективно следящей системой с индикатожень подвергают мехобработке вручную ром, реагирующим на изменение электроили на станке в пределах толщины полупро- 45 проводности обрабатываемой поверхности водящего стеклотекстолита до получения при прохождении режущего инструмента— требуемых размеров с заданной степенью резца, фрезы, шлифовального камня и др. —.

ТОЧНОСТИ, от полупроводящего покрытия до непровоПрименение описанного в примере 3 дящей изоляции. варианта способа изготовления стержней 50 Использование полупроводящего попо безотходной технологии позволяет изба- крытия в качестве регулировочного слоя при виться от. вредных и трудоемких операций калибровкестержня иобъективногоконтропоподготовкеиустановкепресс-планокдля ля размеров поперечного сечения и параопрессовки изоляции и исключить субъек- метров покрытия в процессе мехобработки тивные факторы, влияющие на неточное из-. 55 допускает асимметричнуюобработку протиготовление стержней, воположных граней, Работоспособность поОтказ от традиционных материалов — крытия при мехобработке не нарушается ленточных подложек — и традиционных спо- при изменении толщины покрытия по длине собов их нанесения — спиральной намотки, стержня, если поверхностное сопротивлеа также подбор и использование в полупро- ние покрытия находится в пределах обычно

1787306 принятых норм: 10 -10 Ом в пазовой части

2 6 и 10 — 10 Ом в лобовых частях (1,2).

Благодаря уйрощению процессов мехоработки и контроля, калибровку стержней по полупроводящему покрытию можно автоматизировать и перевести на конвейер при более низкой квалификации работающих, чем при ручной калибровке по изоляции.

Предельно возможная точность изготовления стержней с помощью мехобработки на металлорежущих станках может быть достигнута, если для обрабатываемого слоя применен изотропный материал. В этом случае, как и при обработке металла — клас сического представителя изотропных материалов, — возможно плавное изменение глубины резания, и точность изготовления изолированного стержня прибли>кается к точности изготовления металлического стержня тех же размеров и обработанного на одном и том же оборудовании. Поле допусков здесь становится менее случайной и более "управляемой".величиной, а экономически обоснованная точность обработки стержня будет зависеть от точности изго товления ответной сопрягаемой со стержнем детали — паза сердечника статора.

При наиболее часто встречающейся симметричной системе допусков для промежуточной посадки сопрягаемых деталей

"стержень-паз" положительный допуск на так называемый "размер в свету" шихтованного сердечника статора задает величину отрицательного допуска на размер стержня.

Так, например, при точности изготовления по 12-му квалитету, принятой при обработке основных деталей турбо-и гидрогенераторов, при размере паза "в свету", не допускающего после шихтовки дополнительную механическую обработку из-за опасности замыкания листов электротехнической стали сердечника статора и составляющего 25—

30 мм, допуск не превышает 0,25 мм, т.е. поле допуска у>ке в 5 — 6 раз, чем у стержней без калибровки, и до 2-х раз по сравнению со стержнями с калибровкой по изоляции.

Следует отметить, что при необходимости облегчить укладку обмотки в статор стержни могут быть изготовлены еще с меньшим допуском по ближайшему более точному квалйтету по отношению к квалитету паза.

Прй" исйользованйи"предлагаемого спбсоба изготовления стержней достигается любая йайеред заданная точность изготовлейия стержней, Скоординировайная по точности изтотовления паза сердечника статора, при мехаи и чески прочн ом термор еа к тивном >кест1<ом йолупроводящем покрытий и мийймальнбм зазоре между стержнем и стенками паза. Это позволяет повысить использование активной зоны современных машин предельных мощностей и дальше поднять уровень их технико-экономических показателей. . Возможность реализации предлагаемого изобретения рассмотрена выше при рассмотрении вариантов исполнения жесткого противокоронного покрытия при изготовлении стержней с повышенной точностью геометрических размеров.

Благодаря применению предлагаемого способа изготовления стержней обмотки статора электрической машины с использованием жесткого термореактивного полупроводящего покрытия в качестве механически обрабатываемого регулируемого слоя при калибровке, появилась возможность объективния при строгом соблюдении электрических параметров полупроводящего покрытия в процессе обработки В результате этого прежде всего стал

25 возможным пересмотр на обратйую общей концепции о допустимости механической обработки изолированного стержня и, как следствие, открылись широкие возможности по повышению точности изготовления стержней с использованием методов мехобработки, принятых при изготовлении металлических деталей. Стержни обмоток статора из разряда неточных деталей электрических машин при применении предложенного способа переходят в разряд дета>1ей повышенной точности изготовления, Их применение позволит повысить технико-зкономические показатели современных высокоиспользованных электрических машин, Заявляемый способ изготовления стержней обмотки статора электрической машины предлагается применить при изготовлении крупных электрических машин с косвенным воздушным охлаждением обмоток с утоньшенной изоляцией предельной мощности — турбогенераторов 200-220 МВт и капсульных гидрогенераторов 40-500 МВт.

Формула изобретения

1. Способ изготовления стержня обмотки статора, согласно которому на стержень наносят слой изоляции и слой противоко55 ронного покрытия, укладывают на стер>кень прессующие планки, вакуумируют, опрессовывают и термообрабатывают стержень до отверждения связующего и склеивания противокоронного покрытия с изоляцией, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упроще ного контроля обработки стержня: слежение

20 за изменением размеров поперечного сече1787306

13

Составитель С.Флоринская

Техред М,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Заказ 274 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния изготовления стержней и улучшения качества стержней путем повышения точности геометрических размеров поперечного сечения стержня, слой противокоронного покрытия наносят с толщиной, большей номинальной на величину усадки слоя изоляции, а на участках стержня с размерами, превышающими номинальные, излишки толщины противокоронного покрытия удаляют механической обработкой.

2. Способ поп.l,отличаю щийся тем. что, с целью экономии материала, слой

5 противокоронного покрытия образуют путем укладки на каждую грань стержня прессующих планок из материала противокоронного покрытия.