用於將定子鐵芯附接至發電機框體的方法和設備的製作方法

2023-04-25 20:59:16

專利名稱：用於將定子鐵芯附接至發電機框體的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力發電機，更具體地說涉及用於將定子鐵芯附接至發電機框體的方法和設備。
背景技術：
發電機定子鐵芯是渦輪發電機組中的最大的單體部件。定子鐵芯由數千薄鋼疊片構成，它們被層疊和緊固在一起以形成圓柱形定子鐵芯。每個疊片限定出一中心開口，因此當被層疊在一起時，所述開口延伸鐵芯的軸向長度。開口內的旋轉轉子在被纏繞到鐵芯中的定子繞組中生成電流。在正常操作和瞬時狀況期間生成的穩態和瞬態作用力使鐵芯幾何形狀變形。鐵芯向框體的不當附接可能由於磁性脈衝和鐵芯橢圓形膨脹(即，鐵芯從圓形變形至橢圓形)而引起疊片振動。鐵芯膨脹效應在二極發電機(誘發雙凸葉鐵芯畸變)比在四極發電機(誘發四凸葉鐵芯畸變)中更普遍。此外，由振動引起的機械疲勞效應可能導致發電機的過早失效。例如，參見通過引用併入本文的共有美國專利N0.5，875，540，已知的是通過首先組裝然後結合若干疊片(合稱為環狀體(donut))來克服現有技術組裝技術的一部分問題。這些環狀體中的多個環狀體然後被層疊(垂直地或者水平地)以形成定子鐵芯。當與單獨地組裝疊片相比時，該工藝節省了大量時間，並且生成較少的鐵芯缺陷。當呈環狀體形狀的多個疊片或者各疊片形成為鐵芯時，它們與設置在發電機框體的內表面上的軸向延伸鍵條接合。鍵條是棒狀或者條狀構件，其延伸框體的長度，並附接至內部框架結構(例如，框體環)。鍵條的向內表面包括與疊片(環狀體)的外周緣中的軸向溝槽接合的突部。圖1是疊片或者環狀體的插入前的發電機框體2的剖視圖。鍵條6延伸框體2的一內部軸向長度，並且經由過渡轉接板5(見圖2)大體附接至支承環4。支承環4附接至發電機框體2，如圖1所示。疊片和鍵條與互補的溝槽接合，如圖2所示，示出了燕尾形鍵條輪廓。每個疊片10圍繞疊片的圓周限定出多個切口 12。切口 12與鍵條6的互補輪廓匹配。當多個疊片被附接在一起時，對齊的切口形成軸向溝槽。因此，圍繞鐵芯的圓周設置有若干軸向溝槽。通過將疊片10滑動到鍵條6上，疊片10得以固定至發電機框體2。由於定子鐵芯在操作期間振動，所以關鍵的是鍵條和任意鍵條附接件應牢固地附接至鐵芯和發電機框體。由於疊片可以單獨地安裝或者作為環狀體安裝，如果疊片溝槽12與鍵條6之間的配合過緊，則現場安裝可能非常困難，或者在極端情況下，是不可能的。因此，需要這樣的結構元件和工藝，其允許疊片或者環狀體輕鬆地載置到鍵條上，然後固定至發電機框體。本領域的技術人員知道，可獲得的發電機風格和額定值是多樣化的，所以存在各種各樣的發電機框體構造、定子構造和鐵芯附接元件。期望的是提供技術上健全(即，提供需要的結構剛度同時還限制框體振動)且便利的技術和結構構件，以將鐵芯附接至框體。


在以下描述中結合

本發明，附圖中:圖1和2示出了現有技術發電機的內部結構構件。圖3-5示出了本發明一實施例的用於將鐵芯附接至發電機框體的彈簧條和相關聯的部件。圖6是彈簧條和相關聯部件的截面圖。圖7示出了用於上述圖3-6的彈簧條的附接技術。圖8示出了附接至發電機框體環的兩個串行彈簧條和它們的相關聯部件。圖9示出了將鐵芯附接至發電機框體的本發明的一個實施例。圖10示出了圖9的實施例的鍵條輪廓和用於將鍵條附接至鐵芯的結構構件。
具體實施例方式在詳細描述根據本發明各方面的與將發電機定子鐵芯附接至發電機框體有關的具體方法和設備，應該指出的是本發明(在其各種實施例中)主要在於與這些方法和設備有關的硬體和方法步驟的新穎和非顯而易見的組合。因此，在附圖中通過常規元件示出硬體和方法步驟，只顯示與本發明有關的特定細節，從而避免以對於受益於本文描述的本領域技術人員來說顯而易見的結構細節來模糊本公開。以下實施例並非旨在限定本發明的結構或者方法的界限，而只是提供示例性的構造。實施例是許容性的而非強制性的，並且是示例性的而非窮舉性的。本發明的各種實施例可以被實施，以在將鐵芯部分附接至框體前允許環狀體鐵芯部分(或者單個疊片)在現有發電機框體內插入和調節的結構來代替現有的鐵芯對框體附接結構。本發明的兩個實施例包括發電機框體與定子鐵芯之間的作用力吸收或者振動吸收連接，以及框體與鐵芯之間的剛性連接。作用力吸收實施例的附接技術特別有利於減少發電機定子振動。現有技術採用一種「硬安裝」系統，其將定子鐵芯振動轉移至發電機框體以及轉移至供發電機安裝在其上的結構(例如，地面)。本發明的一個重要特徵允許剛性鐵芯環狀體以實際的組裝間隙定位在任意發電機框體中。在鐵芯環狀體的調節後，它們根據第一實施例使用彈簧條連接至框體，或者根據第二實施例直接連接至框體。與第一實施例相關聯的振動隔離是由於使用和放置了將鐵芯附接至框體的彈簧條。如圖3-9所示的第一實施例特徵為「低」調支承系統，S卩，定子鐵芯和定子繞組的自然扭轉頻率，在安裝有如本文所述的作用力吸收結構構件時，低於在發電機短路或者另一瞬態事件期間生成的擾動頻率(即，行頻和兩倍行頻)。彈簧條及其相關聯部件的剛度呈現出期望的低自然扭轉頻率，從而最小化在瞬態事故(比如短路)期間發生的扭矩放大或者「扭矩積累」。該概念也趨於在正常操作期間使框體和基臺與鐵芯振動運動隔離。這些有利特徵是本發明的結構部件的結果，其允許鐵芯疊片或者環狀體安裝到各種設計的發電機框體中。本獨創性支承系統可以應用於四極和二極發電機，但是支承系統在應用於二極發電機時可能是更有利的，因為二極發電機經受較大的鐵芯振動。
參考圖3以及圖4的分解圖，軸向彈簧條40橫跨兩個連續框體環44(也稱為部分環)之間的空間。彈簧條40圍繞框體環44的內周緣大體位於多個位置處。在一個應用中，若干彈簧條設置成鄰近3點鐘和9點鐘位置。然而，本發明包含使用任意數量的彈簧條，其圍繞發電機鐵芯的圓周設置在任意位置處。每個框體環44限定出用於接收彈簧條40的兩相反端部的切口。如圖4中更清楚地示出的，U形夾52接合每個框體環切口，並且以緊固件56固定至框體環44。緊固件57將每個彈簧條端部固定在U形夾52的U形開口內。在一個實施例中，彈簧條橫跨兩個連續框體環與中間框體環之間的距離。在該實施例中，有必要在中間框體環中形成切口，以提供用於彈簧條的間隙。彈簧條穿過切口。另一實施例排除U形夾。相反，彈簧條端部被插入框體環切口中，並焊接至框體環。可能需要特殊的已知焊接程序來將高強度鋼彈簧條焊接至軟鋼框體環。端板58覆蓋彈簧條40的各端的端面。典型地，端板58焊接至U形夾52。當彈簧條40在緊固件57鬆弛地接合的狀態下在各端處附接至兩個U形夾52後，調節彈簧條40以適應附接至鍵條，如下所述。一旦確定了恰當的彈簧條位置後，將楔形件60插入彈簧條40的端部區域與相向的U形夾表面之間的間隙中。楔形件60焊接至U形夾52，然後帽64焊接至U形夾52。楔形件60可以被優選來克服配合部件之間的內在設計的松配合。切口相對於彈簧條端部的尺寸來說通常是超大的，並且位於每個彈簧條端部處用於接收緊固件57的孔59相對於緊固件57的直徑來說是超大的。圖5示出了彈簧條40和使用適當的緊固件附接至彈簧條40和鍵條84兩者上的兩個託架80 ;圖5示出了用於接收用於附接本發明的各種元件的緊固件的多個開口 ；所述緊固件進一步在圖6中示出。圖5的實施例不包括如圖3和4的實施例那樣在其中形成有切口的中間框體環。疊片或者環狀體中的溝槽與從鍵條84突出的互補突部配合以結合兩個結構構件。在託架80附接至鍵條84和彈簧條40的狀態下，鐵芯88 (從而其組元環狀體(也稱為疊片的子組)和個個疊片)彈性地固定至發電機框體。圖5示出了鍵條84中的附加開口 90。這些開口 90接收緊固件，用於克服鐵芯88的外表面而張緊鍵條84以確保良好的電導率。替代地，鍵條84可以與鐵芯的外表面絕緣。鍵條94與鐵芯的外表面之間的間歇式接觸將被避免。如已知的，在鍵條被牢固地固定後，鍵條的位置不能調節。因此，要容納在鍵條位置和形狀上的製造和安裝波動，有必要在託架和彈簧條中提供各種調節機構，如本文所述的。執行用於組裝各種部件的步驟的順序可以從所描述的順序修改。例如，可以先將彈簧條40附接至U形夾52，然後將託架80附接至彈簧條40，最後將託架80附接至鍵條84。替代地，可以先將託架80附接至彈簧條40，然後將託架80附接至鍵條84，最後將彈簧條40附接至U形夾52。圖6是沿圖5的線6-6所取的截面圖。圖6示出了兩個彈簧條40 (和相關聯的結構)，在3點鐘位置的每個相反側各一個鍵條。如從該圖可看出的，託架80包括U形的本體部80A和從本體部80A延伸出去的兩相反取向的託架臂80B和80C。彈簧條40設置在U形本體部80A中的開口內。鍵條84在緊固件92穿過開口 93的狀態下(見圖5)附接至託架臂80B和80C。開口 93內的錐形鍵96 (例如，墊片)允許鍵條84在緊固件92被張緊以將鍵條84固定至託架80前得到進一步調節。並非必須在所有安裝中都使用錐形鍵96。每個安裝都是獨特的，因此每個安裝的具體情況會變化。因此，本申請給出用於將鐵芯彈性附接至發電機框體的各種實施例，並且每個實施例可以根據需要採用不同的緊固技術。託架80的本體部80A使用緊固件100固定至彈簧條40。在一個實施例中，緊固件包括起重螺絲和/或螺紋轉接器，然而在另一些實施例中，也可以使用常規的螺栓、帽螺釘或者錐形墊片。繼續參考圖6，託架本體部80A使用緊固件120和螺紋轉接器124附接至彈簧條40。螺紋轉接器佔據彈簧條40中的開口與主託架部分80A中的同心開口 128(見圖5)之間的任意內在設計空間，並且緊固件120穿過彈簧條40中的開口以及託架80中的開口 128。另見圖7。圖6中的球形底座125用於應對緊固件的軸線與其底座平面之間的任意不成正方形的情況。圖7的近距視圖示出了用於接收緊固件100的開口 104、用於接收緊固件92的開口 93和用於接收緊固件120(如下所述)的開口 128。圖7還大體示出了與框體環中的相應切口匹配的彈簧條40的區域110。如本領域的技術人員已知的，本發明包括多個內在設計的間隙，其允許各種結構構件在發電機框體中的安裝期間輕鬆地配合在一起。但是這些內在設計的間隙必須在最終組裝前閉合。楔形件、螺紋轉接器和墊片可以用於閉合這些間隙。也可以使用如本領域的技術人員已知的其它結構構件或者緊固件。圖8示出了從圖6中的「A」箭頭的方向觀看時的彈簧條40和相關聯的結構構件。多個彈簧條(和它們的相關聯結構構件)被端對端地設置，以橫跨定子鐵芯的軸向距離，即，橫跨在鐵芯的一端上的第一框體環與鐵芯的第二端上的第二框體環之間。在一個實施例中，以上描述和示出的結構的組裝按如下方式進行。如上所述地附接彈簧條40、U形夾52和託架80。由於在託架80與彈簧條40之間存在內在設計的間隙，所以可以在使託架80和彈簧條40與緊固件100、120結合前，在這兩個構件之間進行調節。環狀體被設定在發電機框體內(使用臨時導軌支承來承載環狀體的重量，並且恰當地垂直地定位環狀體)，並被對齊和緊固。鍵條84滑入鐵芯環狀體中的配套溝槽中並沿軸向方向被鎖定。託架80被緊固至鍵條84以沿徑向緊固鍵條和託架。然後錐形鍵96被插入，以沿切線方向張緊鐵芯和託架。當託架80已被固定至彈簧條40和鍵條84後，鐵芯的自重由軸向彈簧條支承(因為經由框體環附接至發電機框體)，並且臨時導軌支承被取出。通常，彈簧條40的材料包括合金鋼。並不要求彈簧條的材料具有任何特定的或者定量的衝擊吸收性能。彈簧條40通常由高強度鋼材料製成，以承受在短路或者相似事件期間施加在彈黃條上的聞應力。另一實施例主要用於四極發電機，其中鐵芯振動以及向發電機框體和基臺的振動傳遞低至可接受的程度。本領域的技術人員已知的是，四極發電機比起二極發電機通常經受較低程度的振動，因此對於四極發電機來說「高」調系統是可以接受的。該實施例在瞬時故障狀況下不像上述實施例中的彈簧條及其相關聯部件那樣提供實質性的扭矩衰減。圖9和10示出了該第二實施例的主要結構，包括鍵條150，其具有從基部150B延伸的局部圓形成形的突部150A，用於與形成在鐵芯158的外表面內(在包括鐵芯158的各環狀體或者疊片內)的互補軸向溝槽154配合。基部150B可以設計有其它輪廓形狀。楔形件168被插入突部150A與溝槽154的對向表面之間，以使鍵條150結合至鐵芯158。也可以使用除圖示出的圓形形狀外的形狀。使用楔形件168來使鍵條150結合至鐵芯158以及這些表面之間的內在設計的間隙，允許鍵條的調節並且避免了鍵條必須相對於鐵芯158中的軸向溝槽154精確定位的需求。與上述實施例中的鍵條84相似，鍵條150可以通過擠壓形成，或者通過將若干鍵條長度焊接在一起而形成。框體環44(圖9中以虛線示出)被接收在形成於鍵條150的基部150B的外向表面中的切口 162內。可以按照需要沿周向調節鍵條150，來與鐵芯158中的軸向溝槽154配合。一旦正確地定位後，框體環44的與基部150B中的切口表面接觸的表面被焊接。替代地，切口可以形成在框體環44中以與鍵條150配合，然而，該技術限制了鍵條150能夠被調節的周向範圍。在任一情況下，鍵條150圍繞鐵芯的圓周分布在若干位置處。通常，根據該實施例，鍵條150首先被焊接至框體環44，然後疊片或者環狀體(通過滑動)被插入鍵條150中。本發明的實施例可以用於將剛性鐵芯環狀體部分組裝到具有框體環的任何定子框體中。本發明也允許以新鍵條來替代任何鍵條對鐵芯附接裝置，所述新鍵條具有設計成與現有鐵芯環狀體或者鐵芯疊片一起動作的輪廓。本發明允許環狀體的比較容易的水平安裝，這是由於環狀體中的軸向溝槽與被接收在這些溝槽內的鍵條之間的大安裝間隙。但是本發明也降低徑向鬆弛和運動的可能性。在各個所描述的實施例中，環狀體可水平地層疊以形成鐵芯。因此，隨著用於將鐵芯附接至框體的工藝的進行，沿鐵芯的底表面設置的兩個鍵條能夠承載鐵芯的自重。這些鍵條可以在鐵芯中心線下方位於任何地方。發電機框體的某些區域是高壓區域(即，受壓下的氣體)，而其它區域是低壓區域。因此，重要的是隔離這些區域；本文所描述的各種結構構件和附接技術的使用被設計成旨在維持該壓力差。各種鍵條輪廓已在本文中被描述和示出。本領域的技術人員意識到其它輪廓形狀也能夠實現期望的目的。在共有專利N0.7，202，587中示出了圓形輪廓。此外，認為有利的是使用錐形鍵和楔形件來將鍵條固定至鐵芯溝槽，以克服由焊接引起的鍵條中的畸變，以及伴隨發生的安裝困難。最後，仿形鍵條和彈簧條的使用消除了現有技術中對於定位這些結構構件的極高精度要求。當使用本文所描述的各個實施例中的任一個時，鐵芯與發電機框體之間的徑向鬆弛度得到降低。降低該徑向鬆弛度使後來在框體內徑向張緊鐵芯的需求最小化。降低徑向鬆弛度還降低發電機噪音。有利地，可以在發電機部位處進行所描述的用於將鐵芯附接至發電機框體的方法中的任一種，而不需要從基臺抬升或者移動發電機框體。
雖然本文已圖示和描述了本發明的多種不同實施例，但是應當明白的是這些實施例只以示例的形式給出。在不背離本發明的情況下，可以做出若干變型、變更和置換。因此，希望的是本發明只由所附權利要求的精神和範圍限定。
權利要求
1.一種發電機，包括: 發電機框體； 從所述發電機框體的內表面延伸的框體環； 形成設置在所述發電機框體內的定子鐵芯的層疊的疊片； 橫跨至少兩個框體環之間的距離的彈簧條，第一彈簧條端部附接至第一框體環，而第二相反的彈簧條端部附接至第二框體環； 附接至所述彈簧條的至少一個託架；和 附接至所述託架的第一和第二鍵條，每個鍵條用於接合所述定子鐵芯內的相應溝槽。
2.如權利要求1所述的發電機，其中，所述彈簧條橫跨第一與第二框體環之間包括中間框體環的距離。
3.如權利要求1所述的發電機，其中，所述彈簧條橫跨兩個連續框體環之間的距離。
4.如權利要求1所述的發電機，其中，所述層疊的疊片包括多個子組的疊片，每個子組包括多個疊片並且所述多個子組形成所述定子鐵芯。
5.如權利要求1所述的發電機，其中，用於與所述鐵芯中的互補軸向溝槽配合的第一和第二鍵條的輪廓包括圓形形狀、橢圓形形狀、錐形形狀和燕尾形形狀之一。
6.如權利要求1所述的發電機，其中，第一和第二框體環各自在其中限定出用於接收相應的第一和第二 U形夾的切口，所述第一和第二 U形夾固定至相應的第一和第二框體環，所述第一和第二彈簧條端部固定至相應的第一和第二 U形夾。
7.如權利要求6所述的發電機，還包括:位於相應的第一彈簧條端部與第一U形夾以及第二彈簧條端部與第二 U形夾之間的第一和第二內在設計的間隙，其中附接部件佔據所述第一和第二內在設計的間隙。
8.如權利要求7所述的發電機，還包括:位於第一和第二彈簧條端部中的每一個與相應的第一和第二U形夾的對向表面之間的楔形件。
9.如權利要求1所述的發電機，其中，所述至少一個託架包括附接至所述彈簧條的第一和第二託架，所述第一和第二鍵條附接至所述第一和第二託架。
10.如權利要求1所述的發電機，其中，所述定子鐵芯和定子繞組的扭轉頻率小於在瞬態事件期間生成的擾動頻率。
11.如權利要求1所述的發電機，其中，所述發電機包括二極發電機或者四極發電機。
12.如權利要求1所述的發電機，其中，第一和第二彈簧條端部通過焊接附接至相應的框體環。
13.如權利要求1所述的發電機，其中，第一內在設計間隙被限定在每個彈簧條端部與相應的第一和第二框體環之間，第二內在設計間隙被限定在所述託架與所述彈簧條之間，而第三內在設計間隙被限定在第一和第二鍵條與所述託架之間，並且其中附接部件佔據第一、第二和第三內在設計間隙。
14.如權利要求1所述的發電機， 其中，所述託架焊接至所述彈簧條，或者緊固件將所述託架附接至所述彈簧條。
15.如權利要求1所述的發電機，其中，所述彈簧條、所述託架以及所述第一和第二鍵條在所述鐵芯與所述發電機框體之間提供彈性附接。
16.—種發電機,包括:發電機框體； 從所述框體的內表面延伸的框體環； 形成設置在所述發電機框體內的定子鐵芯的層疊的疊片；和 通過從每個鍵條的第一表面延伸的突部固定至所述定子鐵芯的多個鍵條，所述突部延伸到發電機鐵芯中的相應溝槽中，並且每個鍵條的對向的第二表面固定至至少兩個框體環。
17.如權利要求16所述的發電機，其中，所述多個鍵條橫跨所述至少兩個框體環之間包括中間框體環的距離。
18.如權利要求16所述的發電機，其中，所述多個鍵條橫跨兩個連續框體環之間的距離。
19.如權利要求16所述的發電機，其中，所述框體環各自在其中限定出用於接收每個鍵條的第二表面的切口，所述第二表面通過焊接固定至所述至少兩個框體環。
20.如權利要求16所述的發電機，其中，每個鍵條的第二表面在其中限定出一個或多個切口，每個切口用於接收框體環，所述第二表面通過焊接固定至所述至少兩個框體環。
21.—種用於 在發電機框體內安裝發電機定子鐵芯的方法,所述方法包括: 將第一彈簧條端部附接至第一框體環，並將第二彈簧條端部附接至第二框體環，這些框體環從框體的內表面延伸； 將至少一個託架附接至所述彈簧條； 層疊鐵芯疊片以在所述發電機框體內形成定子鐵芯； 將鍵條裝配在所述定子鐵芯的軸向溝槽內；和 將所述鍵條附接至所述至少一個託架。
22.如權利要求21所述的方法，其中，層疊的步驟包括垂直層疊或者水平層疊。
23.如權利要求21所述的方法，其中，附接第一和第二彈簧條端部的步驟進一步包括在第一和第二框體環中形成切口、將第一和第二 U形夾固定在相應的第一和第二框體環中的切口內、以及將第一彈簧條端部附接至第一 U形夾並將第二彈簧條端部附接至第二 U形夾。
24.—種用於在發電機框體內安裝發電機定子鐵芯的方法,所述方法包括: 層疊鐵芯疊片以在所述發電機框體內形成定子鐵芯； 將鍵條的仿形表面裝配在所述定子鐵芯的軸向溝槽內，所述鍵條在與所述仿形表面相對的表面中形成有切口 ；和 將第一和第二框體環附接至所述切口，這些框體環從所述框體的內表面延伸。
25.如權利要求24所述的方法，其中，附接的步驟包括將第一和第二框體環焊接至所述切口。
全文摘要
一種發電機，包括發電機框體(2、圖1)；從所述框體(2)的內表面延伸的框體環(4)；形成設置在所述發電機框體(2)內的定子鐵芯(88)的層疊的疊片；橫跨至少兩個框體環(4)之間的距離的彈簧條(40、圖2)，第一彈簧條端部附接至第一框體環(4)，而第二相反的彈簧條端部附接至第二框體環(4)；附接至所述彈簧條(40)的至少一個託架(80)；和附接至所述託架(80)的第一和第二鍵條(84)，每個鍵條(84)用於接合所述定子鐵芯(88)內的相應溝槽。
文檔編號H02K1/18GK103109441SQ201180044953
公開日2013年5月15日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年8月20日
發明者D.T.艾倫, J.B.薩金特 申請人:西門子能量股份有限公司