Способ диагностики состояния посадочных натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины (варианты)

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии электромашиностроения, в частности, к контролю величин натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например турбогенераторов. Технический результат от использования данного изобретения состоит в обеспечении возможности диагностики состояния посадочных натягов в бандажном узле ротора электрической машины без его разборки. Предлагается способ диагностики состояния посадочных натягов в зоне сопряжения бандажного кольца с бочкой ротора с концевой и торцевой частями и с центрирующим кольцом без разборки бандажного узла включает оценку изменения натягов в местах посадки бандажного кольца на бочку и на центрирующее кольцо определяется путем сравнительных измерений диаметров бандажного кольца в местах его посадки до пуска турбогенератора в эксплуатацию и в процессе его останова. Согласно первому варианту осуществления данного способа сравнительное измерение производят по наружному, непосадочному диаметру бандажного кольца, а величину изменения натяга Δδ_банд определяют из выражения - соответственно коэффициенты податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки, м/н; D_нap.нач. и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до и после посадки кольца на торцевую часть бочки ротора при сборке бандажного узла или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами, м.

Согласно второму варианту осуществления способа величину изменения натягов бандажного кольца в местах его посадки на центрирующее кольцо, имеющее тангенциальные прорези, определяют из выражения соответственно изменения размеров тангенциальных прорезей в диаметрально противоположных зонах, м; D_{нар.нач.} и D_нap.кон. - вышеупомянутые диаметры бандажного кольца. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии электромашиностроения, в частности, к контролю величин натягов горячей посадки бандажных колец роторов крупных электрических машин, например, турбогенераторов.

Наиболее близким аналогом-прототипом изобретения является способ измерения натягов в бандажном узле, приведенный в Справочнике по ремонту турбогенераторов. /Под ред. П.И.Устинова. М.: Энергия, 1978, с. 258. При этом, требуется полная разборка бандажного узла, измерение диаметров сопрягаемых деталей и сравнение полученных результатов с заводскими размерами. Способ, весьма трудоемкий, и не всегда осуществим по условиям эксплуатации турбогенератора и экономическим возможностям.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является диагностика состояния посадочных натягов в бандажном узле без его разборки.

На фиг. 1 - 3 изображены бандажные узлы роторов турбогенераторов соответственно с жестким, эластичным (с пружинными тангенциальными прорезями) и Z-образным центрирующими кольцами, а на фиг. 4 и 5 - установка шаблона на бандажное кольцо для диагностики посадочных натягов.

Общеизвестно, что наиболее нагруженным в механическом отношении узлом турбогенератора является бандажный узел (фиг. 1 - 3), удерживающий лобовые части обмотки (1), закрепленные на вращающейся бочке ротора (2) в радиальном направлении от действия центробежных сил за счет бандажного кольца (3) и в осевом направлении от действия сил, возникающих в результате теплового расширения обмотке ротора, с помощью центрирующего (упорного) кольца (4).

Сопряжение деталей бандажного узла осуществляется горячей посадкой с натягом (δ_банд), величина которого определяется механическим расчетом. Применение горячей посадки обусловлено необходимостью плотного соединения деталей бандажного узла, прежде всего, на рабочей частоте вращения.

Нарушение плотности соединения деталей бандажного узла при вращении ротора может привести к повреждению мест соединения в узле, а также к смещению обмоток и, как следствие, к ухудшению вибрационного состояния машины.

В двухпосадочном исполнении бандажного узла бандажное кольцо (3) может быть посажено на торцевую часть (5) бочки ротора через изоляционную прокладку (6), а через центрирующее кольцо на концевые части (7) ротора. При этом, при посадке бандажного кольца на торцевую часть бочки ротора через многослойную изоляционную прокладку за счет ее расслоения, а также за счет выжигания горючих составляющих изоляционной прокладки при высоких температурах нагрева бандажных колец возможно прослабление натяга. Кроме того, прослабление натяга горячей посадки бандажного кольца возможно за счет ошибок измерения диаметров торцевой части бочки ротора, особенно, при использовании нестандартизированных инструментов. Это отклонение натягов бандажного кольца очень важно своевременно диагностировать.

Кроме того, известно, что наиболее нагруженной частью бандажного кольца является его носиковая часть, посаженная на бочку ротора, в которой помимо постоянных напряжений от посадки и центробежных сил возникают знакопеременные напряжения. Вышеназванные знакопеременные напряжения возникают в двухпосадочном бандаже из-за прогиба ротора под действием собственных сил тяжести. Изгиб ротора вызывает в бандаже усилия, стремящиеся изогнуть бандаж в плоскости оси вала и изменить соосность посадочных поверхностей кольца и бочки ротора. Возникающие при этом напряжения носят знакопеременный характер и вызывают в двухпосадочном бандаже наиболее опасные повреждения. Длительное воздействие знакопеременных напряжений приводит к появлению трещин усталостного характера в зубцах бочки и кольце.

Учитывая, что материал бандажных колец, как правило, имеет более высокие механические свойства по сравнению с материалом ротора и центрирующих колец, пластическая остаточная деформация материала с образованием наклепов и трещин происходит, главным образом, на посадочных поверхностях ротора и центрирующего кольца. Поэтому, в случае появления вышеназванных дефектов в посадочных зонах бандажного узла происходит ослабление натягов с уменьшением наружного диаметра бандажного кольца в зоне горячих посадок на бочку и жесткое центрирующее кольцо. Именно это изменение можно обнаружить путем сравнительного измерения наружного диаметра бандажного кольца (D_{нар.-кон}) в период планового останова турбогенератора в процессе его эксплуатации по сравнению с раннее выполненными замерами (D_{нар.-нач.}).

Предлагается способ диагностики изменения установленных натягов в зоне сопряжения бандажного кольца с бочкой ротора и центрирующим кольцом без разборки бандажного узла для чего величина изменения натягов в местах посадки бандажного кольца на бочку и на центрирующее кольцо определяется путем: - сравнительных измерений наружного диаметра бандажного кольца на бочку ротора до его посадки и в собранном состоянии; - сравнительных измерений наружного диаметра бандажного кольца в зоне посадки на бочку ротора и жесткое центрирующее кольцо до пуска турбогенератора в эксплуатацию и в процессе эксплуатации в период остановов турбогенератора; - сравнительных измерений размеров радиальных прорезей в эластичных центрирующих кольцах для тех же условий работы турбогенератора.

Известно, что при горячей посадке бандажного кольца на бочку ротора величина пластической деформации в радиальном направлении (изменение посадочных диаметров) пропорциональна коэффициентам податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки.

С учетом этого по одному из вариантов диагностику изменения натягов (Δδ_банд) в бандажных узлах турбогенераторов можно производить по выражению:

где λ_рот и λ_банд - соответственно коэффициенты податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки, м/н;
D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до посадки и после его посадки на торцевую часть бочки ротора при сборки бандажного узла, или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами, м.

При этом, в случае использования выражения (1) при проведении работ по посадке бандажного кольца на бочку ротора диагностируется величина натяга, полученного после посадки бандажного кольца по сравнению с нормативным.

При использовании выражения (1) для диагностирования величина натяга бандажного кольца в период останова турбогенератора определяется изменение фактического натяга по сравнению с величиной натяга, полученной после посадки бандажного кольца на торцевую часть бочки ротора.

Для облегчения и упрощения операций по диагностированию изменений посадочных натягов там, где носик бандажного кольца выполнен с конусной наружной поверхностью, предлагается производить сравнительные замеры с использованием измерительного шаблона, внутренняя поверхность которого повторяет конфигурацию (диаметр D^*, конусность) наружной поверхности бандажного кольца в местах посадки. Внутренняя поверхность может выполняться также цилиндрической формы.

Шаблон выполняется с внутренней конусной поверхностью, величина которой равна величине конусности наружной поверхности бандажного кольца (фиг. 4 и 5). При этом, диагностика изменения натяга бандажного кольца будет определяться величиной аксиального сдвига шаблона по сравнению с раннее выполненными замерами из выражения:

где α - угол, определяемый конусностью наружной поверхности бандажного кольца в месте посадки.

Изложенный способ диагностики изменения натягов в посадочной зоне носика бандажного кольца в процессе эксплуатации турбогенератора должен быть дополнен диагностированием величин натягов в месте посадки, где устанавливаются эластичные центрирующие кольца, что представляет собой второй вариант осуществления заявленного способа.

В самом деле, если учесть, что податливость Z-образного центрирующего кольца (фиг. 3) соизмерима с податливостью бандажного кольца, а податливость эластичного центрирующего кольца с прорезями (фиг. 2) на несколько порядков больше податливости бандажного кольца, то можно сделать вывод, что любая остаточная пластическая деформация в месте посадки и ее ослабление будет, главным образом, влиять на перемещение в радиальном направлении пружинных зон эластичного центрирующего кольца с малым изменением наружного диаметра бандажного кольца. Поэтому, представляется целесообразным диагностировать изменения посадочного натяга бандажное кольцо-эластичное центрирующее кольцо, учитывая изменения радиальных зазоров центрирующего кольца в щелевых прорезях его пружинной зоны в начальный период и в процессе эксплуатации.

Для оценки прослабления натяга бандажное кольцо-эластичное центрирующее кольцо с прорезями (Δδ_Z.щелев) можно применить следующее выражение:

где Δa^I,Δa^II,Δa^III и Δa^IV- соответственно изменения радиальных размеров прорезей в диаметрально противоположных зонах, м;
D_{нар.нач.} и D_{нар.кон.} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до посадки и после его посадки на торцевую часть бочки ротора при сборки бандажного узла, или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами, м.

Такой способ измерений имеет следующее преимущество по сравнению с традиционными методами:
- отпадает необходимость в введении температурной поправки, так как при плотной посадки шаблона на бандажное кольцо и выдержки небольшого количества времени их температурное состояние сравняется;
- увеличиваются возможности оценки минимальных изменений натяга, так как за счет малой конусности величина осевого сдвига шаблона в несколько раз превышает величину радиального изменения диаметра посадочной поверхности;
- появляется возможность производить оценку изменения натяга бандажного кольца на бочку ротора, не вынимая ротор из расточки статора. В этом случае, осевой сдвиг шаблона, например, относительно торца бандажного кольца может быть определен с использованием нониусного приспособления, которым измеряется осевое положение ротора по отношению к сердечнику статора,

Формула изобретения

1. Способ диагностики состояния натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины, содержащего бочку ротора с концевой и торцевой частями, обмотку и центрирующее кольцо, включающий оценку изменения натягов в местах посадки бандажного кольца путем сравнительного измерения диаметров бандажного кольца в этих местах до пуска турбогенератора в эксплуатацию и в процессе эксплуатации во время его останова, отличающийся тем, что сравнительное измерение производят по наружному, непосадочному диаметру бандажного кольца, а величину изменения натяга Δδ_банд определяют из выражения

где λ_рот и λ_банд - соответственно коэффициенты податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки, м/н;
D_{нар.нач} и D_{нар.кон} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до посадки и после его посадки на торцевую часть бочки ротора при сборке бандажного узла или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами, м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при оценке изменении натягов бандажного кольца сравнительное измерение диаметров бандажного кольца в местах посадки производят с помощью цилиндрического шаблона, внутренняя поверхность которого повторяет конфигурацию наружной поверхности бандажного кольца в местах посадки, а величину изменения натяга Δδ_банд определяют по изменению величины осевого сдвига (ΔL) шаблона из выражения

где α - угол, определяемый конусностью наружной поверхности бандажного кольца в месте посадки;
λ_рот и λ_банд - соответственно коэффициенты податливости бочки ротора и бандажного кольца в месте посадки, м/н;
ΔL - изменение величины осевого смещения шаблона, м.

3. Способ диагностики состояния натягов бандажных колец на составные части ротора электрической машины, содержащего бочку ротора с концевой и торцевой частями, обмотку и центрирующее кольцо, включающий оценку изменения натягов в местах посадки бандажного кольца путем сравнительного измерения диаметров бандажного кольца в этих местах до пуска турбогенератора в эксплуатацию и в процессе эксплуатации во время его останова, отличающийся тем, что величину изменения натягов бандажного кольца в местах посадки на центрирующее кольцо с тангенциальными прорезями определяют из выражения

где Δa^I, Δa^II, Δa^III и Δa^IV - соответственно изменения радиальных размеров тангенциальных прорезей в диаметрально противоположных зонах, м;
D_{нар.нач} и D_{нар.кон} - наружные диаметры бандажных колец, измеренные соответственно до посадки и после его посадки на торцевую часть бочки ротора при сборке бандажного узла или в период планового останова турбогенератора по сравнению с ранее выполненными замерами, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.02.2008

Извещение опубликовано: 20.01.2010        БИ: 02/2010

---