Способ и устройство для измерения степени сжатия сердечника в электрической машине

Изобретение относится к акустической метрологии, в частности к устройствам измерения степени сжатия сердечника, составленного из листов и используемого в электрической машине. Способ измерения степени сжатия сердечника электрической машины, составленного из листов, содержит этапы: сжатия сердечника с эталонным давлением, измерения скорости звуковой волны в сердечнике при эталонном давлении путем подачи первой звуковой волны в сердечник, снятия эталонного давления с сердечника, подачи второй звуковой волны в сердечник, измерения скорости звуковой волны в сердечнике без эталонного давления, приложенного к сердечнику, вычисления соотношения между скоростью звуковой волны при приложенном эталонном давлении и без эталонного давления и определения степени сжатия сердечника по вычисленному отношению. Технический результат – повышение точности измерения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретения относится к способу и устройству для измерения степени сжатия сердечника, состоящего из листовых материалов и используемого в электрической машине.

Электрической машиной является, в частности, вращающаяся электрическая машина, например синхронный генератор, подключаемый к газовой или паровой турбине (турбогенератор), или синхронный генератор, подключаемый к гидротурбине (гидрогенератор), или асинхронный генератор, или синхронный или асинхронный электродвигатель, или также другие типы электрических машин. Электрической машиной может также быть двигатель разных видов. Требование к сердечнику электрической машины в контексте этого изобретения заключается в том, что сердечник состоит из листов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В электрической машине главными частями являются вращающийся ротор и неподвижный статор вокруг ротора. Ключевой деталью ротора и статора является сердечник или пакет сердечника, причем сердечник статора состоит из пакетированных и скрепленных слоистых листовых материалов. Высоконагруженный сердечник подвержен износу, что приводит к нестабильности после многих лет эксплуатации. Таким образом, необходимо регулярное техническое обслуживание, чтобы обеспечить стабильность сердечника. Напряжение в сердечнике статора имеет первостепенное значение для долгой и безопасной эксплуатации машины, поскольку ослабленные сердечники создают вибрации, ведущие к выходу статора из строя. На существующем уровне техники предложены несколько способов и устройств. Один из способов заключается в установке лезвия или клина, который имеет оснащенный измерительной аппаратурой кончик, между листами сердечника. Этот способ используется для измерения давления между пластинами сердечника. Надежность этого способа испытаний, однако, вызывает сомнение и позволяет произвести оценку только в значительной степени ненапряженных сердечников с очень ослабленной степенью сжатия.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для измерения степени сжатия сердечника электрической машины.

Эта цель достигается с помощью способа и устройства в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

Дополнительные примеры осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предпочтительно сердечник сжимают с определенным эталонным давлением, измеряют скорость звуковой волны в сердечнике, затем давление с сердечника снимают и измеряют скорость звуковой волны в сердечнике без эталонного давления. После этого вычисляют соотношение между скоростью звуковой волны с эталонным давлением и без него. С помощью этих мер качество измерения может быть улучшено, поскольку подавляются некоторые параметры, которые ухудшают измерение.

В примере осуществления изобретения эталонное давление прикладывают к сердечнику с помощью зажимной системы. Такая зажимная система подходит для оказания определенного давления на сердечник в осевом направлении. Зажимная система включает в себя гидравлическое устройство и рычаги для проникновения между листами сердечника. Например, рычаги проникают в вентиляционные каналы сердечника.

В еще одном примере осуществления звуковую волну генерируют с помощью ударной системы. Ударная система представляет собой массивный молоток для производства толчка или удара по сердечнику. Удар наносится перпендикулярно к продольной оси сердечника, но также может быть выполнен в осевом направлении сердечника. Ударная система направляется и координируется с измерением.

В другом примере осуществления изобретения скорость звуковой волны в сердечнике измеряют с помощью двух акселерометров, расположенных в разных положениях с известным расстоянием между ними вдоль оси сердечника. Акселерометры запускаются, когда вибрации в сердечнике превосходят определенное значение. Измеряют время между пуском двух акселерометров и по известному расстоянию вычисляют скорость звуковой волны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения будут более очевидны из описания предпочтительного, но не исключительного варианта осуществления устройства и способа, проиллюстрированных с помощью неограничивающего примера на прилагаемых чертежах, на которых:

Фиг. 1 показывает структурную схему устройства в соответствии с изобретением с сердечником статора, ударной системой для нанесения ударов по сердечнику и создания звуковой волны в сердечнике, двумя акселерометрами, расположенными на сердечнике для измерения скорости, зажимной системой для создания эталонного давления в сердечнике посредством двух рычагов и компьютером для получения и расчета измеренных данных;

фиг. 2 показывает пример кривой измеренных задержек времени в мкс в зависимости от разных эталонных давлений, приложенных к сердечнику, в МРа.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Со ссылкой на фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения степени сжатия сердечника в соответствии с примером осуществления изобретения.

Фиг. 1 представляет структурную схему устройства в соответствии с примером осуществления изобретения. На схематическом виде сбоку показан сердечник 2 статора электрической машины, длина которого находится в диапазоне нескольких метров для больших машин, таких как турбогенераторы. Слева сверху и рядом с сердечником 2 показана ударная система 4. Ударная система 4 состоит из массивного молотка для нанесения ударов сверху по сердечнику 2 на фиг. 1. Молоток ударной системы 4 активируется сигналом выделенного компьютера 10. Этот сигнал активации может быть передан по сигнальным линиям или беспроводным образом. Удар молотка по поверхности сердечника 2 создает звуковую волну, которая распространяется в материале сердечника 2. Два акселерометра 6 расположены на сердечнике 2 и измеряют ускорение или вибрацию, вызванную ударом ударной системы 4. Данные об ускорении передаются на компьютер 10 по сигнальным линиям или беспроводным образом. Поскольку один акселерометр 6 расположен дальше от ударной системы 4, чем другой, звуковая волна достигает дальнего акселерометра 6 позднее. Промежуток времени между сигналами от обоих акселерометров 6 вычисляют и переводят в компьютере 10 в скорость звука с известным расстоянием δs для акселерометров 6 друг относительно друга. Результат соответствующего измерения в виде скорости показывается на дисплее 11 компьютера 10. Было обнаружено, что скорость звука является мерой степени сжатия сердечника 2. При исследованиях было обнаружено, что звуковая волна увеличивает скорость, когда осевое давление в сердечнике 2 возрастает. На основе этих знаний давление в сердечнике 2 или степень сжатия сердечника 2 выводятся из измеренных данных в компьютере 10. Эти данные передаются на компьютер 10 и отображаются на дисплее 11. Оператор системы или устройства 1 может принять решение с помощью результатов измерения относительно того, может ли сердечник 2 продолжить работу или нуждается в ремонте. Альтернативно, программное обеспечение на компьютере 10 предоставляет заключение на основе результатов измерения для поддержки принятия решения оператором. В каждом случае измерение звуковой волны дает оператору полезное указание относительно работоспособности сердечника 2. Измерение повторяют с различными положениями акселерометров 6 на сердечнике 2 для исследования различных областей на сердечнике 2. С помощью этих средств точно локализуют недостатки, касающиеся степени сжатия сердечника 2.

Выше описан один пример осуществления изобретения без приложения давления к сердечнику 2. В дальнейшем развитии с помощью зажимной системы 8 создают эталонное давление. Зажимная система 8 представляет собой гидравлическую систему для создания существенного давления для сердечника 2. Это давление воздействует на сердечник посредством двух рычагов 9 в зажимной системе 8, которые проникают в зазоры сердечника 2. Этими зазорами могут быть вентиляционные каналы сердечника 2. Рычаги 9 находятся на осевом расстоянии друг от друга и перекрывают область сердечника 2, которая представляет интерес, по меньшей мере ту область, в которой акселерометры 6 расположены на сердечнике 2. Сила F или давление направлены внутрь, как показано стрелками на фиг. 1, это означает, что давление на листы сердечника 2 усиливается с помощью зажимной системы 8 контролируемым образом. Давление, оказываемое на сердечник 2, определяется зажимной системой 8 и именуется эталонным давлением. Это эталонное давление составляет, например, 1 МПа. В этом втором примере сначала выполняют измерение, как описано в примере выше, данные измерения передают и сохраняют в компьютере 10. Во-вторых, прикладывают эталонное давление, как описано, и выполняют измерение звуковой волны подобным образом. Два результата измерения затем дополнительно вычисляют, соотношение между скоростью звука без эталонного давления и скоростью звука с приложенным эталонным давлением рассчитывают в компьютере 10. Полученное соотношение дает еще лучшее понимание степени сжатия сердечника 2. Это связано с тем найденным фактом, что параметры, влияющие на скорость звуковой волны, такие как материал, возраст или ориентация зерна, подавляются. Такие параметры многочисленны и изменчивы. Расчет соотношения измеренных скоростей звука в соответствии с этим примером исключает эти влияющие величины. Оба примера дают результаты, на основе которых планирование технического обслуживания и ремонта осуществляется иначе, чем на существующем уровне техники. Измерение звуковой волны предусматривает точное определение степени сжатия сердечника 2. В существующем уровне техники делается только заключение, заменять ли дефектные детали или нет. Изобретение, однако, делает возможным прогнозировать остаточный ресурс сердечника 2, выводимый из результатов измерения. Из остаточного давления в конкретных частях сердечника 2 остаточный ресурс данной части сердечника 2 выводится оператором или программным обеспечением на компьютере 10.

Фиг. 2 представляет пример кривой в соответствии со вторым примером осуществления изобретения. На горизонтальной оси нанесено эталонное давление, приложенное к сердечнику 2, в Мпа. На вертикальной оси нанесено измеренное время задержки звуковой волны в мкс между двумя точками, определенными с помощью отстоящих акселерометров 6. Можно видеть, что кривая сильно изменяется с эталонным давлением. При нулевом эталонном давлении измеряют задержку времени ориентировочно 190 мкс, при приложенном эталонном давлении 1 МПа измеряют время задержки ориентировочно 80 мкс, т.е. звуковая волка имеет удвоенную скорость. В соответствии со вторым примером, описанным выше, соотношение этих двух результатов измерений вычисляют в компьютере 10. Скорость звуковой волны с приложенным давлением используют в качестве опорной величины. Из этого соотношения степень сжатия сердечника 2 выводят с помощью таблиц, хранящихся в компьютере 10. Измерения скорости звуковой волны могут быть повторены с любым другим давлением, приложенным к сердечнику 2. На фиг. 2 выполняют пять измерений с пятью различными давлениями на сердечник, представленными пятью точками на кривой. Соответственно, пять задержек времени измеряют акселерометрами 6. В любом случае степень сжатия сердечника 2 измеряют в разных положениях вдоль сердечника 2 для получения распределения остаточного давления в листах вдоль сердечника 2. Это распределение используется для анализа всех частей сердечника 2 с точки зрения срочной необходимости проведения технического обслуживания или прогнозирования остаточного ресурса для индивидуальных частей сердечника.

Хотя настоящее изобретение было описано подробно со ссылкой на примеры его осуществления, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные изменения и произведены эквивалентные замены в объеме настоящего изобретения. Предшествующее описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения было представлено для целей иллюстрации и описания. Оно не предполагает быть исчерпывающим или ограничить изобретение точной раскрытой формой, и модификации и варианты возможны в свете идей изобретения или могут быть получены из практики использования настоящего изобретения. Варианты осуществления были выбраны и описаны для того, чтобы разъяснить принципы изобретения и его практическое применение и дать возможность специалисту в данной области техники использовать изобретение в различных вариантах осуществления, которые пригодны для конкретного предполагаемого использования. Предполагается, что объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом эквивалентов.

ССЫЛОЧНЫЕ НОМЕРА

2 сердечник

4 ударная система

6 акселерометр

8 зажимная система

9 рычаг

10 компьютер

11 дисплей

1. Способ измерения степени сжатия сердечника (2) электрической машины, составленного из листов, содержащий этапы:

сжатия сердечника с эталонным давлением,

измерения скорости звуковой волны в сердечнике при эталонном давлении путем подачи первой звуковой волны в сердечник,

снятия эталонного давления с сердечника, подачи второй звуковой волны в сердечник,

измерения скорости звуковой волны в сердечнике без эталонного давления, приложенного к сердечнику,

вычисления соотношения между скоростью звуковой волны при приложенном эталонном давлении и без эталонного давления и

определения степени сжатия сердечника по вычисленному отношению.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное давление прикладывают к сердечнику (2) с помощью зажимной системы (8).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что звуковую волну генерируют с помощью ударной системы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость звуковой волны в сердечнике (2) измеряют двумя акселерометрами (6), расположенными в различных положениях вдоль оси сердечника (2).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эталонное давление составляет 1 МПа.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пять различных эталонных давлений используют для сжатия сердечника и получают пять результатов измерения времени задержки звуковой волны в сердечнике.

7. Устройство (1) для измерения степени сжатия сердечника электрической машины (2), составленного из листов, содержащее:

зажимную систему (8) для приложения эталонного давления по меньшей мере к части сердечника (2),

ударную систему (4) для нанесения ударов по сердечнику (2) для генерирования звуковой волны в сердечнике (2),

по меньшей мере два акселерометра (6), расположенных на сердечнике (2) на расстоянии вдоль оси для измерения скорости звуковой волны, и

компьютер (10) для определения степени сжатия сердечника (2) путем вычисления соотношения между скоростью звуковой волны при эталонном давлении, приложенном к сердечнику, и без эталонного давления.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что эталонное давление составляет 1 МПа.

9. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что пять различных эталонных давлений используют для сжатия сердечника и получают пять результатов измерения времени задержки звуковой волны в сердечнике.