Способ контроля прессовки сердечника статора электрической машины

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в отраслях промышленности, связанных с изготовлением, эксплуатацией и ремонтом электрических машин. Изобретением решается задача создания способа контроля прессовки сердечника статора электрической машины, обладающего высокой объективностью оценки плотности шихтованного сердечника, широкими функциональными возможностями, относительно невысокой трудоемкостью и простотой реализации. Для решения поставленной задачи в способе контроля прессовки сердечника статора электрической машины, имеющего пазы для размещения обмотки и выполненного из листов электротехнической стали, стянутых посредством нажимных плит и стяжных элементов, основанном на определении давления прессовки, предложено согласно настоящему изобретению периодически последовательно в нескольких сечениях по длине сердечника осуществлять механическое импульсное возбуждение, измерять текущие значения собственных частот в этих сечениях, а также определять среднюю температуру сердечника и стяжных элементов, затем определять давления прессовки Р в соответствующих сечениях сердечника из соотношения: , где f - текущая первая собственная частота сердечника статора, Гц; f₀ - первая собственная частота сердечника статора при первом измерении, Гц; P₀- давление, сжи- мающее сердечник, при первом измерении, МПа; α_c - коэффициент температурного расширения сердечника, 1/^oC; α_сэ - коэффициент температурного расширения стяжных элементов, 1/^oC; t_c - текущая температура сердечника, ^oC; t_co - температура сердечника при первом измерении, ^oC; t_c - текущая температура стяжных элементов, ^oC; t_осэ - температура стяжных элементов при первом измерении, ^oC; E_c - модуль упругости сердечника, МПа, определяемый из соотношения: ; E_co= 2πM(R₂+R₁)f²_o/(R₂+R₁)², т.е. E_c= 2πM(R₂+R₁)·f²/(R₂-R₁)², где E_co - модуль упругости сердечника при первом измерении, МПа; M - масса спинки сердечника, кг; R₁ - радиус сердечника статора по дну паза, м; R₂ - радиус сердечника статора по спинке, м. 3 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и электроэнергетике, а также может найти применение в других отраслях промышленности, связанных с изготовлением, эксплуатацией и ремонтом электрических машин.

Известен способ диагностики состояния прессовки сердечника статора электрической машины, включающий измерение величины взаимного перемещения частей сердечника в процессе эксплуатации, происходящего под воздействием тарированных упругих элементов, и определения сжимающего сердечник давления расчетным путем [1].

К недостаткам способа [1] следует отнести ограниченные функциональные возможности, вызванные: необходимостью оснащения сердечника статора пружинными блоками с датчиками перемещения, причем, с обеих сторон сердечника, при этом конструкцией сердечника должно быть предусмотрено (что не всегда имеет место) упругое поджатие нажимных плит к пакету активной стали с обеих сторон сердечника, на практике пружинными блоками и то только с одной стороны сердечника и без датчиков перемещения оснащена лишь небольшая часть турбогенераторов, оснащение сердечников электрических машин пружинными блоками с датчиками перемещения связано со значительными трудовыми и материальными затратами; невозможностью определения величины действительного давления по всей длине сердечника, так как из-за значительных сил упругого сопротивления, действующих вдоль стяжных призм, усилие давления, действующее на поверхности нажимной питы, не полностью передается на более удаленные слои активной стали; высокую трудоемкость, обусловленную дополнительными затратами на демонтаж и установку датчиков перемещения в связи с необходимостью периодической поверки и замены датчиков; относительно невысокую объективную оценку показаний вследствие использования в расчете давления эмпирического коэффициента жесткости лобовых частей обмотки, характеризующего дополнительную нагрузку на сжимающие сердечник упругие элементы, с одной стороны, зависящего от особенностей конструкции конкретного статора, и, с другой стороны, не являющегося постоянным в течение срока службы статора; сложность реализации, вызванную невозможностью в течение срока службы, например турбогенератора (25 лет), сохранения стабильности свойств тарированных упругих элементов, находящихся к тому же в постоянно напряженном (сжатом) состоянии, переоснащение же сердечника пружинными блоками связано со значительными материальными затратами.

Известен также способ оценки плотности шихтованного сердечника статора электрической машины, включающий измерение скорости распространения ультразвуковых колебаний поперек шихтованных пакетов и определение по модельной зависимости соответствующего измеренной скорости сжимающего пакет давления [2].

Способ [2] так же, как и способ [1] характеризуется недостатками, к числу которых следует отнести: относительно невысокую объективность оценки показаний, обусловленную тем, что скорость распространения ультразвука зависит не только от плотности пакета листов сердечника, но и от ряда других факторов, величине которых учитывается весьма субъективно; ограниченные функциональные возможности вследствие обеспечения контроля только поверхностных участков пакетов сердечника, так как интегральная величина давления на всю площадь поперечного сечения при этом способе не определяется; значительную трудоемкость процесса измерения скорости ультразвука по всей поверхности сердечника.

Изобретением решается задача создания способа контроля прессовки сердечника статора электрической машины, обладающего высокой объективностью оценки плотности шихтованного сердечника, широкими функциональными возможностями, относительно невысокой трудоемкостью и простотой реализации.

Для решения поставленной задачи в способе контроля прессовки сердечника статора электрической машины, имеющего пазы для размещения обмотки и выполненного из листов электротехнической стали, стянутых посредством нажимных пит и стяжных элементов, основанном на определении давления прессовки, предложено согласно предлагаемому изобретению периодически последовательно в нескольких сечениях по длине сердечника осуществлять механическое импульсное возбуждение, измерять текущие значения собственных частот в этих сечениях, а также определять среднюю температуру сердечника и стяжных элементов, затем определять давления прессовки P в соответствующих сечениях сердечника из соотношения: P = (f²/f²₀)P₀+α_с(t_с-t_0с)E_с-α_сэ(t_сэ-t_0сэ)E_с, МПа , где f- текущая первая собственная частота сердечника статора, Гц; f_o - первая собственная частота сердечника статора при первом измерении, Гц; P_o - давление, сжимающее сердечник, при первом измерении, МПа; α_с - коэффициент температурного расширения сердечника, 1/^oC; α_сэ - коэффициент температурного расширения стяжных элементов, 1/^oC; t_c - текущая температура сердечника, ^oC; t_oc - температура сердечника при первом измерении, ^oC;
t_сэ -текущая температура стяжных элементов, ^oC;
t_осэ - температура стяжных элементов при первом измерении, ^oC;
E_с - модуль упругости сердечника, МПа, определяемый из соотношения:

где
E_со - модуль упругости сердечника при первом измерении, МПа;
M - масса спинки сердечника, кг:
R₁ - радиус сердечника статора по дну паза, м;
R₂ - радиус сердечника статора по спинке, м.

На фиг. 1 представлен сердечник статора электрической машины, продольное сечение на фиг. 2 - схематическое изображение внутренней поверхности сердечника статора, вид А-А на фиг. 3; на фиг. 3 - схематическое изображение поперечного сечения Б-Б на фиг. 2.

Статор электрической машины содержит шихтованный сердечник 1, состоящий из листов электротехнической стали, имеющих пазы (на фиг. 1 не показаны) для укладки обмотки, нажимные плиты 2 и стяжные элементы в виде шпилек 3.

Способ осуществляют следующим образом.

Последовательно в нескольких, например в пяти, как показано на фиг. 2, сечениях сердечника статора по его длине, обозначенных на фиг. 2 как Б-Б, осуществляют импульсное возбуждение путем механического воздействия (удара по сердечнику специальным ударным молотком) в точках, отмеченных на фиг. 3 словом "удар", и одновременный с ним съем вибрационного отклика (вибросигнала) в точках, отмеченных на фиг. 3 словом "отклик". При этом температуры и определяют средние значения температур сердечника 1 и стяжных шпилек 3. Точки виброобследования обозначены на фиг. 2 жирными кружочками.

Полученные вибросигналы возбуждений и откликов преобразовывают в амплитудно-частотную характеристику, после чего определяют давления прессовки для соответствующего сечения сердечника из соотношения:
P = (f²/f²₀)P₀+α_с(t_с-t_0с)E_с-α_сэ(t_сэ-t_0сэ)E_с, МПа ,
где
f - текущая первая собственная частота сердечника статора, Гц;
f_o- первая собственная частота сердечника статора при первом измерении, Гц;
P_o - давление, сжимающее сердечник, при первом измерении, МПа;
α_с - коэффициент температурного расширения сердечника, 1/^oC;
α_сэ - коэффициент температурного расширения стяжных элементов, 1/^oC;
t_с - текущая температура сердечника, ^oC;
t_ос - температура сердечника при первом измерении, ^oC;
t_сэ - текущая температура стяжных элементов, ^oC;
t_осэ - температура стяжных элементов при первом измерении, ^oC;
E_с - модуль упругости сердечника, МПа, определяемый из соотношения;

где
E_со - модуль упругости сердечника при первом измерении, МПа;
M - масса спинки сердечника, кг;
R₁ -радиус сердечника статора по дну паза, м;
R₂ - радиус сердечника статора по спинке, м.

Первым измерением может быть как измерение характеристик новой, только что изготовленной машины, так и в случае, если такое не производилось, первое измерение характеристик машины, находящейся в эксплуатации; текущее значение - это значение параметра в момент проведения очередного исследования.

Число исследований, а следовательно и периодичность их проведения на протяжении срока службы электрической машины зависят от конкретного типа машины и условий ее эксплуатации.

Если полученные в разных сечениях значения давления прессовки равны или близки по значениям друг ругу, то есть основания говорить об общей плотности сердечника. Существенное расхождение значений давления прессовки свидетельствует о локальных ее ослаблениях. Для оперативной оценки изменений значений давления прессовки сердечника могут быть использованы значения его первых резонансных частот.

Предлагаемый способ может быть применим на протяжении всего срока службы турбогенератора.

Реализация способа позволит повысить объективность оценки плотности сердечника; расширить функциональные возможности благодаря определению интегральной величины давления прессовки на всю площадь выбранного поперечного сечения сердечника; уменьшить трудоемкость контроля плотности сердечника; повысить надежность эксплуатации статоров электрических машин путем своевременного обнаружения и устранения дефектов, связанных с ослаблением плотности.

Предлагаемый способ контроля прошел экспериментальную проверку в АО "Свердловэнерго" на турбогенераторах типов ТГВ-300, ТГВ-200, ТВВ-320, ТВС-30. Положительные результаты испытаний подтвердили работоспособность способа и возможность его широкого практического применения в будущем.

Формула изобретения

Способ контроля прессовки сердечника статора электрической машины, имеющего пазы для размещения обмотки и выполненного из листов электротехнической стали, стянутых посредством нажимных плит и стяжных элементов, основанный на определении давления прессовки, отличающийся тем, что периодически последовательно в нескольких сечениях по длине сердечника осуществляют механическое импульсное возбуждение, измеряют текущие значения собственных частот в этих сечениях, а также определяют среднюю температуру сердечника и стяжных элементов, затем определяют давления P прессовки в соответствующих сечениях сердечника из соотношения
P = (f²/f²₀)P₀+α_с(t_с-t_0с)E_с-α_сэ(t_сэ-t_0сэ)E_с,МПа,
где f - текущая первая собственная частота сердечника статора, Гц;
f₀ - первая собственная частота сердечника статора первого измерения, Гц;
P₀ - давление, сжимающее сердечник, при первом измерении, МПа;
α_с - коэффициент температурного расширения сердечника, 1/^oC;
α_сэ - коэффициент температурного расширения стяжных элементов, 1/^oC;
t_с - текущая температура сердечника, ^oC;
t_ос - температура сердечника при первом измерении, ^oC;
t_сэ - текущая температура стяжных элементов, ^oC;
t_осэ - температура стяжных элементов при первом измерении, ^oC;
E_c - модуль упругости сердечника, МПа, определяемый из соотношения
E_с = (f²/f²₀)E_сo;
E_сo= 2πM(R₂+R₁)f²₀/(R₂-R₁)²;
E_с = 2πM(R₂+R₁)f²/(R₂-R₁)²,
где E_co - модуль упругости сердечника при первом измерении, МПа;
M - масса спинки сердечника, кг;
R₁ - радиус сердечника статора по дну паза, м;
R₂ - радиус сердечника статора по спинке, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3