книги из ГПНТБ / Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока
.pdfСх = 11,2G |
<1+ Г2 ( |
ПУ |
|
|||
|
|
x |
2 |
^ 1 |
0 0 0 J ’ |
|
где Gn — масса |
всех |
полюсов |
с |
обмоткой, кг; |
Gx — |
|
масса хвостовой |
зоны |
остова, |
кг; |
R — радиус |
центра |
|
Рис. 11-4. Магнитное колесо ротора.
тяжести полюса, см; nY— угодная частота вращения, об/мин.
Тангенциальное напряжение в сечении обода на по верхности радиуса г2
°. = Т = ^ 3о+ 7’1Г2 ( т Шю) 2’ кгс/ см3>
где а='Г1/г2, а коэффициент = 72,4(1 +0,212а2) 10~3.
Втулка ротора насаживается на вал методом горя чей посадки. Тангенциальное напряжение на внутреннем радиусе г втулки от центробежной силы втулки
ат ~ ^ 1 Г4 ( т ш г ) ’ кгс/ см »
где 7\ = 72,4(1 +0,212а2) • 10~3, а сн=г/г4 (рис. 11-4).
Удельная растягивающая нагрузка на радиусе г3 за крепления остова ротора на втулке
=КГС/ См2’
НО
где |
С — суммарная центробежная сила сварного остова |
||
ротора, насаживаемого |
на втулку, кгс; |
bz — толщина |
|
опорного фланца втулки, |
см. |
|
|
|
Тангенциальное напряжение во втулке на внутрен |
||
нем диаметре радиуса г |
от наружного растяжения |
||
|
an— HiPi, кгс/см2, |
|
|
где |
коэффициент # , = 2 /(1 — <х2), а а2 = г/г3. |
||
|
Деформация втулки на внутреннем радиусе от цен |
||
тробежной силы и наружного растяжения |
втулки |
||
Од= (от+>ои)г/Е, см.
При посадке втулки возникает сила трения между валом и втулкой
QT=2Abb • 104, кгс.
Здесь коэффициент |
А = |
1 — а | |
|
|
— -— it/#-10~4, |
|
|||
где / — коэффициент |
трения |
/ == 0,2; |
Е — модуль упруго |
|
сти, для стали # = 2 , 1 |
• 1 0 е кгс/см2; b — длина втулки, |
см; |
||
б — посадочная разность диаметра |
вала и втулки, |
см. |
||
Возникает также момент от силы трения |
|
|||
MT = QTr, кгс • см.
Запас по силе трения Л = МТ/МКГ>.
Максимальное напряжение во втулке от посадки при максимальном натяге
(Тмакс = # 6 • 104/2г, КГС/СМ2,
где коэффициент В = |
i + 4 |
#• К )'4. |
|
2 |
|
Болты, крепящие остов во втулке, воспринимают уси лия от вращающего момента и центробежных сил остова ротора (рис. 11-4).
Напряжение среза в болтах от вращающего момента Т1 =М„р/г3##, кгс/см2,
где N и F — число и сечение болтов.
Напряжение среза в болтах от центробежных сил остова ротора при угоне
%г = CK/NF, кгс/см2,
где К — коэффициент, учитывающий долю передачи внешней нагрузки на внутренний диаметр, /С == 0,65.
111
Напряжение среза в болтах от центробежных сил при работе
Суммарное напряжение среза в болтах при работе дви гателя
Штифты, закрепляющие обод на остове ротора, вос принимают усилия вращающего момента.
Напряжение среза в штифтах
х
где N1 и F1 — число и сечение штифтов.
Допускаемые механические напряжения в ободе п втулке из поковок стали марки Ст 3 — 1200 кгс/см2, ма рок Ст 5 и 35— 1400—1600 кгс/см2. При магнитном остове, выполненном в виде сварного колеса (см. рис. 11-3), тангенциальные напряжения в ободе и втул ке определяются по формулам.
где Со— центробежная сила обода, кгс; Сп — центробеж ная сила полюсов с катушками, кгс; Fi—чистая площадь сечения обода, см2; F2— чистая площадь сечения втулки, см2; т — число отверстий в диске.
При значительных отверстиях в диске связь втулки и обода рассматривается как связь спицами и тогда сила, растягивающая спицу,
Здесь расчетный коэффициент а равен:
где Ri — средний |
радиус |
обода, /сi= 0,25 (Z)i-ЬZ)2) |
, см; |
||
— средний радиус втулки, / ? 2 = 0,25( £ > 3 |
+ ^ 4 ), |
см; |
/с — |
||
расчетная длина |
спицы, |
/с = 0,5(£>2—Ds), |
см; |
Fс — пло- |
|
112
Щадь сечения спицы, см2; Di — наружный диаметр обода, см; D2— внутренний диаметр обода, см; D3— наружный диаметр втулки, см; Dk— внутренний диаметр втулки, см; £ > 5 — внутренний диаметр диска, см.
Сила, передаваемая на втулку,
Q ^ P c{D3—Dk)l2jF2, кгс.
Напряжение среза в швах А от двойного номиналь ного вращающего момента
X |
0,9Л4кР |
кгс/см2, |
|
алЕ>1 |
|||
|
|
где а1 — размер шва, см.
Напряжение растяжения в швах А от силы, растяги вающей спицу,
Oi=D()Q/albcD2, кгс/см2,
где Ьс — расчетная ширина спицы, bc = n(D0—d0)/m, см. Приведенное срезывающее напряжение в швах А
х п р и в = 4* VА+ 4 х 1 > кгс/см\
Напряжение среза в швах В
0,9AfKpD3
кгс/см2,
й2 (D3-f- D|)
где а2— размер шва, см.
Напряжение растяжения в швах В от силы, переда
ваемой на втулку, |
|
|
|
. __ |
ОД |
кгс/см2. |
|
2 |
M i (D, + |
||
Dt) |
|||
Приведенное срезывающее напряжение в швах В |
|||
хт р Ив = |
4 - 1 /Л° 2 |
+ 4х 2 » КГС/СМ 2. |
|
Допускаемые механические напряжения в ободе и втулке сварного колеса из Ст 3—1000 кгс/см2. В сварных швах — 500 кгс/см2.
11-3. ПОЛЮСЫ РОТОРА
Для уменьшения пульсационных потерь полюсы наби раются из штампованных листов. Штампованные выруб ки полюсов собираются в монолитные пакеты посредст-
8—730 |
113 |
-I
№
8
H
Рис. |
11-5. |
Полюс |
ротора. |
||
1— сердечник |
полюса; |
2 — щека |
|||
полюса; |
3 — стяжная шпилька; |
4 — |
|||
изоляция |
сердечника; 5 |
— полюсная |
|||
катушка; |
6 — изоляционные шайбы; |
||||
7 — изоляционные |
прокладки; |
8 — |
|||
демпферная |
клетка. |
|
|||
вом двух стальных щек н шпилек или заклепок. В баш маках полюсных вырубок выштамповываются и в щеках высверливаются круглые отверстия для размещения стержней демпферной обмотки. Щеки полюсов изготов ляются стальными, литыми или коваными или выреза ются из толстого листового проката.
Крепление полюсов к остову ротора производится посредством Т-образных хвостовиков и парных танген циальных клиньев или болтами.
На рис. 11-5 представлен полюс ротора с насаженной полюсной катушкой крупного вертикального электродви-
Рис. 11-6. Размеры Т-образных хвостов полюсов и пазов ротора.
гателя с хвостовым креплением. Для ужесточения по люсов Т-образные хвосты и сердечники полюсов прова риваются в нескольких местах по длине шихтованной части.
На рис. 11-6 и в табл. 11-1 приведены размеры Т- образных хвостов полюсов и канавок в остове ротора и допускаемые механические нагрузки на хвосты, установ ленные опытным путем. Нагрузки на хвосты даны в ки- лограммах-силы на сантиметр длины полюса. Материал листа Ст 3. При растяжении Т-образных хвостов проис ходит коробление листов полюса и последний теряет устойчивость ранее, чем произойдет разрыв шейки хвоста.
Для увеличения устойчивости полюсов рекомендуется производить проварку головки хвоста. При проваренных хвостах допускаемые нагрузки в среднем увеличиваются на 35%- Величины допускаемых нагрузок по табл. 11-1 составляют примерно половину от нагрузки, при кото рой полюс теряет устойчивость. В шихтованных полюсах наиболее нагруженной частью является хвостовая зона полюсной щеки, на которую действует сосредоточенная центробежная нагрузка от массы лобовой части полюс ной катушки, сегмента пусковой обмотки и самой щеки.
8* |
U5 |
Т а б л и ц а 11-1
Размеры хвостов, полюсов и допускаемые нагрузки
|
|
|
|
Размеры хвоста, |
мм |
|
|
|
ТО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
а |
Ь |
С |
е |
k |
Г1 |
Я |
т |
ft |
п |
S |
|
% |
S |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ь |
% |
Допускаемые нагрузки, кгс/см2
то |
- |
||
Прозарен ный |
|||
Ж |
2. |
||
ТО |
|
||
& |
! |
|
|
5 |
я |
|
|
20 |
40 |
38 |
20 |
|
1 ,5 |
1 ,5 |
22 |
42 |
40 |
20 |
1 ,0 |
|
800 |
1 |
100 |
|
|
1 ,5 |
1 |
500 |
2 000 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
26 |
32 |
50 |
25 |
80 |
1 ,5 |
1 ,5 |
29 |
55 |
52 |
25 |
1 ,0 |
|
700 |
1 |
100 |
|
1 ,5 |
2 |
100 |
2 800 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
32 |
65 |
58 |
32 |
98 |
2 |
1 ,5 |
35 |
69 |
60 |
32 |
1 ,0 |
|
— |
1 |
300 |
|
1 ,5 |
2 200 |
2 900 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
38 |
70 |
58 |
32 |
110 |
|
1 ,5 |
42 |
74 |
60 |
32 |
1 ,0 |
|
— |
1 800 |
||
|
1 ,5 |
2 500 |
3 400 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
48 |
80 |
66 |
40 |
150 |
3 |
1 ,5 |
52 |
90 |
68 |
40 |
1 ,5 |
|
— |
4 800 |
||
Ввертикальных электродвигателях полюсы крепятся
костову ротора с помощью одного или двух хвостов. Крепление одним хвостом является более простым и тех нологичным, и поэтому имеет преимущественное приме нение.
Втихоходных синхронных двигателях шихтованные полюсы могут крепиться к ободу ротора посредством стальных болтов. По сравнению с клиновым болтовое крепление полюсов является более простым в изготов лении. Кроме того, толщина обода ротора может быть существенно уменьшена.
Ввиду этого, если обеспечивается достаточная меха ническая прочность, то болтовое крепление полюсов мо жет быть рекомендовано наряду с клиновым креплением
спомощью Т-образных хвостов. Глубина ввинчивания
болтов в нарезку шихтованных полюсов должна быть равной 2 7 г диаметра нарезки.
Для ужесточения шихтованного полюса последний снабжается стальным брусом круглой или прямоуголь-
116
ной формы. Брус пропускают через отверстия в штам пованных листах полюсов и нажимных щеках. При ис полнении полюса со стальным брусом болты, крепящие полюсы к магнитному ободу ротора, ввинчиваются не в шихтованный сердечник, а в сплошной брус.
Рис. 11-7. Продольный разрез синхронного двигателя 3200 кВт, 6 кВ, 375 об/мнн.
На рис. 11-7 приведен общий вид (продольный раз рез) синхронного двигателя мощностью 3200 кВт, 375 об/мин, на роторе которого установлены шихтован ные полюсы, имеющие сплошные брусья круглой формы. Ввиду недостаточности места для установки болтов для крепления полюсов применены стальные шпильки и гайки.
117
11-4. РАСЧЕТ ПОЛЮСА
Расчет крепления полюса Т-образным хвостом за ключается в определении центробежной силы 1 см по люса по формуле
C = ll,2(G c+G 0)tf (гау/1000)2, кгс/см, |
(11-1) |
|
где Gc — масса 1 см длины |
сердечника, кг; Go— масса |
|
1 см длины катушки полюса, |
кг; R — радиус центра тя |
|
жести полюса с катушкой, см; % — угонная частота вра щения, об/мин.
Расчет крепления полюсов болтами производится по нагрузке, создаваемой центробежными силами собран ного полюса с катушкой. Растягивающее усилие в бол-
118
'fax
a — CItnF, кгс/см2,
где in—’Число болтов, крепящих полюсы; F — сечение болта в нарезанной части, см2.
Допускаемое напряжение в болтах из Ст 5— 1200 кгс/см2.
Расчет кромки башмака сводится к определению на пряжения изгиба в сечении, ослабленном отверстием под демпферный стержень (рис. 11-8).
На кромку башмака шихтованного полюса действует сосредоточенная нагрузка от центробежной силы, созда ваемой обмоткой полюса и самой кромкой башмака; так же как и в полюсных хвостах, при большой нагрузке кромка башмака теряет свою устойчивость.
Центробежная сила 1 см кромки башмака Ск и 1 см обмотки полюса С0 вычисляется по формуле (11-1); пред варительно определяются массы и радиусы центров тя жести кромки башмака и обмотки полюса.
Изгибающий момент в сечении т—т кромки баш мака
M0 = C<>lo+CJK, кгс/см.
Напряжение изгиба в кромке башмака ок = 6М/f?, кгс/см2,
где hK—высота кромки в сечении т—т. Если в это сече ние попадает отверстие для демпферного стержня, то из него необходимо вычесть высоту шлица и V2 диаметра отверстия. Листы сердечника полюса изготовляются из стали марки Ст 3.
Допустимые напряжения в кромке башмака в зави симости от толщины листов сердечника полюса:
Толщина листа, м м ....................................... |
1 |
1,5 |
2 |
Допускаемое напряжение, кгс/см2 ............... |
700 |
1 000 |
1 400 |
11-5. РАСЧЕТ ЩЕКИ ПОЛЮСА
Щеки полюса воспринимают усилия от центробежных сил лобовой части катушки и от давления между листа ми сердечника полюса. Усилие от центробежных сил ло бовой части катушки воспринимается козырьком щеки. Наибольшие напряжения возникают в сечении аа (рис. 11-8) от изгибающих моментов, стремящихся отогнуть козырек под действием центробежных сил.
119