CN114567107A - 用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于可变速发电电动机配件技术领域，旨在解决现有的可变速机组的绕组固定方案结构复杂、强度差并且通风散热性能不足的问题，具体涉及一种用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，包括M组沿圆周方向等距分布的卡合结构；卡合结构包括外支撑条、径向连接构件、内支架以及设置于其内侧的内支撑条，外支撑条竖直设置于转子上层绕组的端部外侧；径向连接构件包括N个U型螺栓；内支架设置于转子绕组的内部，U型螺栓的悬臂端依次贯穿外支撑条、转子上下层绕组间的空隙、内支架、内支撑条设置，并且U型螺栓的悬臂端与内支撑条固定连接，以对绕组固定；该固定装置使其能承受转子旋转产生的离心力，同时能够保证绕组良好的通风冷却。

Description

用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置

技术领域

本发明属于可变速发电电动机配件技术领域，具体涉及一种用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置。

背景技术

抽水蓄能电站是建设现代智能电网调峰和调频的支撑性电源，是构建清洁低碳、安全稳定、经济高效的现代电力系统重要组成部分。我国抽水蓄能电站的建设和运营历时近50年，已逐步发展为建设、运维、经营都具有世界先进水平的抽水蓄能建设大国。

作为抽水蓄能机组的核心装备，发电电动机需要频繁地在静止、发电、抽水和调相四种运行状态之间切换并且能够快速地增减负荷。传统的抽水蓄能机组，在发电状态下的调节速度相对较慢，在抽水状态下负荷不能调节，这限制了抽水蓄能机组在电网应用的场景。随着并网核电及新能源机组(风电、太阳能等)越来越多，电网需要寻求更快的响应能力，更大的调节容量，更灵活的运行方式来维持稳定。可变速抽水蓄能发电电动机通过调节转子电流的工作频率来改变机组的运行转速，扩大水泵水轮机运行水头与扬程比范围并获得最佳性能指标，同时减轻水轮机叶片气蚀和泥沙磨损。变速抽水蓄能机组具有自动跟踪电网频率变化和高速调节有功功率等优越性，一方面，可根据风电等新能源出力过程，调节水泵输入功率，更灵活地跟踪电网频率，在保证电网安全稳定运行的前提下提高新能源利用率；另一方面，机组调节速率提高，可更好地跟踪风电等稳定性差电源的出力过程，从而减小新能源电源对电网的冲击。

可变速机组和常规定速机组的主要差别在于转子的结构及励磁系统的构成。可变速机组的转子绕组采用三相对称双层绕组，单根的绕组与滑动垫条、填充垫条和半导体槽衬组合一起固定于转子槽中。发电电动机高速运行时，绕组受到较大的离心力。由于绕组端部无法用槽楔固定，绕组自身的强度难以承受其自身离心力，因此需要支撑结构对绕组端部进行固定，同时保证良好的结构强度和通风散热能力，满足转子高速旋转下的离心力和端部绕组的散热性能。

目前变速机组转子绕组端部的固定主要有热套护环和U型螺栓两种固定结构。对于热套护环固定方案，虽然转子绕组端部结构简单，但是这个结构对工艺和材料的要求比较高，并且其封闭性强，导致散热能力差。对于U型螺栓结构来说，开放性好，利于端部绕组的散热。但由于其零件组成复杂，在实际工作中，U形螺栓松动或者损坏的现象还是时常发生。主要表现在U形螺栓松动、U形螺栓的单支腿损坏、U形螺栓整个完全损坏。一旦转子高速旋转的过程中螺钉断裂就会造成不可逆的安全事故。另外笼型结构的螺栓也是单件形式的零件，一旦断裂甩出就可能破坏定子绕组端部。因此需要综合考虑一个安全系数更高，安装更简单同时对绕组端部的通风散热影响较小的方案，同时避免上下层绕组的机械变形和热变形。

发明内容

为了解决现有的可变速机组的绕组固定方案结构复杂、强度差并且通风散热性能不足的问题，本发明提供了一种用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，该固定装置包括M组卡合结构，M组所述卡合结构沿圆周方向等距分布；

所述卡合结构包括外支撑条、径向连接构件、内支撑条和内支架，所述外支撑条竖直设置于转子上层绕组的端部外侧；所述径向连接构件包括N个U型螺栓，N个所述U型螺栓沿径向水平设置；

所述内支撑条设置于所述内支架的内侧；

所述内支架设置于转子绕组的内部，所述U型螺栓的悬臂端依次贯穿所述外支撑条、转子上下层绕组间的空隙、所述内支架、所述内支撑条设置，并且所述U型螺栓的悬臂端与所述内支撑条固定连接。

在一些优选实施例中，所述内支架为网格状框架结构；

所述U型螺栓与所述网格状框架结构的竖向辐条对应设置。

在一些优选实施例中，所述U型螺栓的两个悬臂端与所述内支撑条通过连接件旋紧以与所述外支撑条抵触；所述U型螺栓的两个悬臂端均设置有外螺纹段。

在一些优选实施例中，所述卡合结构还包括螺母保护罩，所述螺母保护罩套设所述连接件竖直设置；

所述螺母保护罩与所述内支撑条固定连接。

在一些优选实施例中，N个所述U型螺栓处于同一竖直面；

N个所述U型螺栓平行等距设置。

在一些优选实施例中，所述外支撑条为竖直设置的第一板状结构；所述外支撑条上开设有N组贯通孔，N组所述贯通孔与N个所述U型螺栓对应设置。

在一些优选实施例中，所述内支撑条为竖直设置的第二板状结构；所述内支撑条N组圆孔，N组所述圆孔与N个所述U型螺栓对应设置，以供N个所述U型螺栓的悬臂端穿设。

在一些优选实施例中，所述U型螺栓由无磁性材料制成。

在一些优选实施例中，所述内支架为整圆端部结构；

所述外支撑条为半圆柱型结构。

在一些优选实施例中，N∈[4,6]；M＞N。

本发明的有益效果为：

1)本发明公开的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，安装工艺要求低，结构简单，强度高，空气过流面积增大，利于绕组端部的通风散热。

2)现有技术中公开的U型螺栓虽然能够实现较好的通风散热，但运行维护风险高，电机运行过程中一旦螺钉断裂，高速旋转的螺钉会飞逸到其它零件或机器上引发其它安全事故，本发明公开的结构设置依靠外支撑条，可有效保证结构强度以及安全性能，即使螺母松动，U型螺栓也不会向外退出，即使断裂也不会被转子甩出。

3)现有笼型固定结构使用的是径向螺栓结构，一旦螺母松动被转子甩出，会直接通过定转子间隙对定子绕组造成损坏；本发明通过使用螺母保护罩，罩住同一竖直方向的固定件，即使某个螺母松动掉落也不会对外界其它零件造成损坏。

4)本发明中的内支架采用整圆焊接结构，具有更高的环向和径向的强度，周向等距分布的内外支撑条将绕组的离心力转化为U型螺栓的拉力，转子绕组受力更加均匀。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的一种具体实施例的正视图；

图2是本发明的另一角度示意图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明中的U型螺栓示意图；

图5是单个螺栓位置截面示意图；

图6是本发明中的内支架示意图；

图7是本发明中的螺母保护罩示意图；

图8是本发明中的内支撑条示意图；

图9是本发明中的外支撑条示意图。

附图标记说明：1、螺母保护罩；2、内支撑条；3、U型螺栓；4、外支撑条；5、螺钉；6、螺母；7、下层绕组；8、上层绕组；9、内支架。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。

参照附图1至附图9，本发明提供了一种用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，使其能承受转子旋转产生的离心力，同时能够保证绕组良好的通风冷却；该固定装置包括M组卡合结构，M组卡合结构沿圆周方向等距分布。

其中，卡合结构包括外支撑条4、径向连接构件、内支撑条2和内支架9，其中，外支撑条竖直设置于转子上层绕组8的端部外侧，用于固定上层绕组和下层绕组7。

径向连接构件包括N个U型螺栓3，N个U型螺栓沿径向水平设置。通过外支撑条的外侧与U型螺栓的凸弧段的内侧抵触以固定U型螺栓端部。

内支撑条设置于内支架的内侧；内支架设置于转子绕组的内部，U型螺栓的悬臂端依次贯穿外支撑条、转子上下层绕组间的空隙、内支架、内支撑条设置，并且U型螺栓的悬臂端与内支撑条固定连接；此时，U型螺栓的两个悬臂端与内支撑条通过连接件旋紧以与外支撑条抵触，并且U型螺栓的两个悬臂端均设置有外螺纹段。

其中，内支架为网格状框架结构；U型螺栓与网格状框架结构的竖向辐条对应设置。

在本实施例中，连接件为螺母6，U型螺栓的两个螺纹段即图中所示的螺钉5，以与螺母配合固定；通过螺纹段的设置，既能灵活调节穿设构件后的紧固距离，又能保证与内支撑条的固定。

进一步地，卡合结构还包括螺母保护罩1，螺母保护罩套设连接件竖直设置；螺母保护罩与内支撑条固定连接。一个螺母保护罩可以保护同一内支撑条上的多个平行等距的U型螺栓的螺母。

在本实施例中，通过内支撑条、外支撑条的设置，保证因意外断裂的U型螺栓不会飞逸出去，同时通过螺母保护罩的设置，保证螺母意外脱落也不会飞逸到其它零件上引发二次伤害。

具体地，在工作过程中，若螺母发生松动，U型螺栓由于外支撑条的限位，不会由于旋转向外退出，即不会被甩出，实现多重防护。

优选地，螺母保护罩与内支撑条焊接成一个整体。

优选地，N个U型螺栓处于同一竖直面；N个U型螺栓平行等距设置。

在本实施例中，外支撑条为竖直设置的第一板状结构；外支撑条上开设有N组贯通孔，N组贯通孔与N个竖向平行设置的U型螺栓对应设置。

进一步地，外支撑条还可以为横向设置的弧形结构，与处于同一水平面设置的多个U型螺栓进行固定；通过多个上下平行设置的外支撑条，以多个上下平行设置的U型螺栓固定。

优选地，内支撑条为竖直设置的第二板状结构；内支撑条N组圆孔，N组圆孔与N个U型螺栓对应设置，以供N个U型螺栓的悬臂端穿设。圆孔使螺栓能够穿过环板固定在内支架的内侧，这使U型螺栓具有足够的长度来确保其柔度，从而适应转子绕组在机组运行时沿轴向的热膨胀变形。

优选地，U型螺栓由无磁性材料制成，同一竖直方向的多个U型螺栓共同承担其间转子绕组承受的负荷。U型螺栓采用适当的预紧力紧固，可以对绕组绝缘进行保护，同时可以使固定装置和绕组充分接触。

优选地，内支架为整圆端部结构；整体呈“井”字型，整圆组焊结构更加稳固。内支架不同单元里安装相同数目的U型螺栓。

优选地，外支撑条为半圆柱型结构；其内侧应为圆形，其与上层绕组之间可以适度填充适形材料以利于二者充分接触。支撑条可以采用高强度无磁性金属材料或者绝缘材料。外支撑条上有平行等距的椭圆形空洞，用于固定轴向上的U型螺栓。

优选地，N∈[4,6]；M＞N；需要说明的是，本实施例并不限制本发明的保护范围，只要能满足结构强度以及空间设置，U型螺栓的数量可根据实际需求灵活设置。

在本实施例中，U型螺栓与内支撑条、外支撑条承担转子绕组端部的离心力和径向热应力。由于单根螺栓难以承受这么大的离心力，因此在同一竖直方向可以设置4-6个U型螺栓共同固定，本例中竖直方向采用了5个U型螺栓；相邻外支撑条之间的空隙便于转子绕组的通风冷却。

本发明公开的装置有效解决了可变速机组转子绕组端部的固定防护和通风散热问题，为机组能够长久的安全稳定运行提供条件，同时大大降低固定成本，现场维护容易安装和拆卸。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，该固定装置包括M组卡合结构，M组所述卡合结构沿圆周方向等距分布；

所述卡合结构包括外支撑条、径向连接构件、内支撑条和内支架，所述外支撑条竖直设置于转子上层绕组的端部外侧；所述径向连接构件包括N个U型螺栓，N个所述U型螺栓沿径向水平设置；

所述内支撑条设置于所述内支架的内侧；

所述内支架设置于转子绕组的内部，所述U型螺栓的悬臂端依次贯穿所述外支撑条、转子上下层绕组间的空隙、所述内支架、所述内支撑条设置，并且所述U型螺栓的悬臂端与所述内支撑条固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述内支架为网格状框架结构；

所述U型螺栓与所述网格状框架结构的竖向辐条对应设置。

3.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述U型螺栓的两个悬臂端与所述内支撑条通过连接件旋紧以与所述外支撑条抵触；

所述U型螺栓的两个悬臂端均设置有外螺纹段。

4.根据权利要求3所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述卡合结构还包括螺母保护罩，所述螺母保护罩套设所述连接件竖直设置；

所述螺母保护罩与所述内支撑条固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，N个所述U型螺栓处于同一竖直面；

N个所述U型螺栓平行等距设置。

6.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述外支撑条为竖直设置的第一板状结构；

所述外支撑条上开设有N组贯通孔，N组所述贯通孔与N个所述U型螺栓对应设置。

7.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述内支撑条为竖直设置的第二板状结构；

所述内支撑条N组圆孔，N组所述圆孔与N个所述U型螺栓对应设置，以供N个所述U型螺栓的悬臂端穿设。

8.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述U型螺栓由无磁性材料制成。

9.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，所述内支架为整圆端部结构；

所述外支撑条为半圆柱型结构。

10.根据权利要求1所述的用于可变速发电电动机转子绕组端部的固定装置，其特征在于，N∈[4,6]；

M＞N。

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