汽發(fā)定子線圈可移式直線壓機(jī)的結(jié)構(gòu)開發(fā)與設(shè)計

蘇建萍，柳成行

（上海電氣電站設(shè)備有限公司上海發(fā)電機(jī)廠，上海 200240）

0 引言

國外汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈工藝過程是將包好主絕緣且處于軟態(tài)狀態(tài)下的定子線圈快速嵌入定子鐵心槽內(nèi)，再經(jīng)過端部綁扎、敲槽楔、上下層接頭銅排焊接等過程后，推入槽車內(nèi)整體浸漬（以下簡稱GVPI）并加熱固化，使發(fā)電機(jī)整個定子鐵心槽內(nèi)和端部成為一個整體。通過此種制造工藝使發(fā)電機(jī)線圈無論槽部和端部都固定牢靠，從而避免了定子線圈制造過程和嵌線過程中對已固化主絕緣的機(jī)械損傷，提高了繞組的電氣性能。

由于包好主絕緣的定子線圈有大約20%的壓縮量，包好主絕緣的線圈寬度尺寸比定子槽寬度要寬，無法直接將定子線圈嵌入定子鐵心槽內(nèi)，因此必須在直線壓機(jī)上把定子線圈的寬度尺寸壓小后再嵌入定子鐵心槽內(nèi)?；谏鲜鲂枨蠛虶VPI制造車間實際工位布置要求，自主開發(fā)設(shè)計完成了既能滿足冷壓定子線圈直線部分又能方便線圈在車間內(nèi)不同工位的跨間運輸要求的可移式直線壓機(jī)。

1 設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)

可移式直線壓機(jī)（如圖1所示）由運輸擱架、直線油壓機(jī)、液壓系統(tǒng)、導(dǎo)軌和電氣控制系統(tǒng)五部分組成。其中液壓系統(tǒng)的液壓泵站、液壓管路和電氣控制系統(tǒng)均為外購定制。

1.1 運輸擱架

運輸擱架（如圖2所示）主要由運輸?shù)准?、線圈擱架、主動輪組和被動輪組組成。

運輸?shù)准苌厦娣胖镁€圈擱架。運輸?shù)准艿慕Y(jié)構(gòu)是以125×125×6.5×9H型鋼為框架與槽鋼撐筋、底板等焊接成一體。運輸?shù)准艿耐庑纬叽鐬? 125mm×2 300mm×1 120mm。

線圈擱架的結(jié)構(gòu)是中間用4根120mm×60mm×5mm矩形鋼管焊接的井字形固定框架，兩側(cè)用4根140mm×80mm×8mm矩形鋼管焊接的可移動框架，并與固定框架螺栓連接。對不同規(guī)格的定子線圈，可根據(jù)線圈直線長度調(diào)節(jié)可移動框架，使之通用。線圈擱架的外形尺寸為4 500mm×2 060mm×200mm，長度可調(diào)節(jié)范圍為4 500～6 500mm。

主動輪組主要由調(diào)速電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、車輪軸、車輪、軸承等部件組成。驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)時可通過連接板帶動線圈擱架和直線油壓機(jī)在基礎(chǔ)軌距為寬3 000mm，長24 000mm的導(dǎo)軌上來回自由移動。

圖1 可移式直線壓機(jī)

圖2 運輸擱架

被動輪組主要由車輪軸、車輪、軸承等部件組成。

1.2 直線油壓機(jī)

直線油壓機(jī)（如圖3所示）主要由底架、防撞護(hù)手、膠木墊板、油缸座、油缸、液壓系統(tǒng)和被動車輪組等組成。

圖3 直線油壓機(jī)

底架下面用H型鋼焊接成2個三角形式，上面再焊接長6 750mm的L型安裝底座，L型底座傾斜角為10°。底架的外形尺寸為800mm×6 750mm×931mm。底架下面安裝4個被動車輪組，上面L型底座處安裝適量的油缸座，其中底架上的L型底座內(nèi)側(cè)最高點離地面為950mm，內(nèi)側(cè)面安裝有膠木墊板，在壓緊線圈的過程中保護(hù)線圈表面。

直線油壓機(jī)的兩端均安裝有防撞護(hù)手，起吊定子線圈時保護(hù)線圈端部表面的絕緣。

油缸座側(cè)面安裝油缸，整個L型安裝底架上可安裝油缸座27件。2個油缸座間隔距離為250mm。油缸座的數(shù)量按定子線圈直線長度尺寸確定。油缸和液壓系統(tǒng)均為外購件，按設(shè)計要求定制。

被動輪組也是由車輪軸、車輪、軸承等部件組成。

2 設(shè)備零部件的選用及強(qiáng)度計算

2.1 運輸擱架主動輪組中電動機(jī)選型計算

2.1.1 按起重設(shè)備橫行機(jī)構(gòu)形式計算電動機(jī)功率［1］

式中，C為阻力系數(shù)，對滾動軸承取8～10；η為效率，一般取0.75；G∑為總質(zhì)量（kg），件重＋設(shè)備自重5 000kg；v為運行速度（m·s-1），0.583～0.167（m·s-1；）g為重力加速度，取9.8。

計算得：

實際選用電機(jī)功率：200W

2.1.2 底架車輪轉(zhuǎn)速計算［1］

式中，D為車輪直徑，160mm。計算得：

選用某公司的調(diào)速電磁制動電機(jī)100YF200GV22、最大輸出功率200W、標(biāo)準(zhǔn)減速器100GF75H、減速比75、最高轉(zhuǎn)速19r／min、允許調(diào)速范圍400～1 400r／min。為了方便地控制2臺電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，電機(jī)中配裝內(nèi)置式調(diào)速器SNT2000E。

2.2 運輸擱架主動輪組中車輪及車輪軸強(qiáng)度校核［1］

2.2.1 車輪踏面接觸應(yīng)力計算［2］

式中，pj為最大計算輪壓，1 250kg（取運輸擱架和工件總重的1／4為每一車輪的輪壓，總重約5t）；b為車輪與軌道的接觸寬度，40mm；D為車輪直徑，160mm；［σ］為許用接觸應(yīng)力，1 000MPa。

計算得：

2.2.2 車輪軸強(qiáng)度校核［2］

1）軸最小尺寸的確定

選取軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)鋼，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算軸最小直徑：

式中，p為軸所傳遞的功率，0.2kW；n為軸的最低工作轉(zhuǎn)速，8.84r／min；A 為系數(shù)［2］，100。

計算得：

取軸最小直徑為30mm。

2）軸的疲勞強(qiáng)度校核

式中，σ-1為材料的彎曲疲勞極限［2］，355N／mm2；Z 為軸所受的抗彎截面模數(shù)［2］，12.3cm3；［S］為疲勞強(qiáng)度的許用安全系數(shù)［2］，1.65。

M為軸在計算截面上所受的彎矩N·m，（結(jié)構(gòu)尺寸與受力分析如圖4所示）：

Kσ為有效應(yīng)力集中系數(shù)［2］，1.58；KR為表面粗糙度系數(shù)［2］，1；β 為表面狀態(tài)系數(shù)［2］，0.32；εσ為絕對尺寸影響系數(shù)［12］，0.84。

λσ為從標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞極限到零件的換算系數(shù)：

計算得：

由上述計算知，所選參數(shù)均能滿足實際使用需求。

圖4 軸強(qiáng)度校核

2.3 直線油壓機(jī)油缸的選擇計算［2］

根據(jù)油缸間距、線圈最大高度、線圈單位受力面積等要求，可計算出單只油缸所需滿足的推力為：

式中，h為線圈高度，130mm；L為油缸間距，250mm；Pd為線圈單位面積壓緊力，1.5N／mm2。計算得：

則設(shè)計油缸所需最大推力為48.75kN。

若選用缸徑63mm的油缸，液壓缸壓力為：

計算得：

為防止使用時出現(xiàn)系統(tǒng)漏油現(xiàn)象，增大油缸的安全系數(shù)，選用普通雙作用油缸，油缸額定壓力為25MPa，缸徑63mm，行程60mm。實際工況只需使用最大推力的62.6%左右即可滿足要求。

3 外購液壓系統(tǒng)的要求

液壓系統(tǒng)由油泵、油箱、管路、各種閥門及其控制系統(tǒng)等組成。采用外購定制的形式，主要要求如下。

3.1 油缸安裝

按照L型安裝底座長度及油缸間距，可安裝油缸27件。由于不同型號汽輪發(fā)電機(jī)定子線圈直線長短不一，故所需油缸數(shù)量不同，因此要求中間14只油缸固定不拆，兩側(cè)其余油缸易于拆裝，實際使用時根據(jù)線圈直線長度確定實際投入使用油缸數(shù)量。油缸與油路系統(tǒng)不允許有漏油現(xiàn)象。

3.2 液壓油管

固定不動的油管采用硬管，經(jīng)常要裝拆的油管采用高壓軟管。需拆裝的油缸分別有閥門控制，通過閥門的關(guān)閉來控制與總油管的連接與斷開。

3.3 油缸參數(shù)

選用普通雙作用液壓缸。油缸缸徑63mm，油缸額定壓力25MPa，活塞行程60mm。要求每個油缸最高使用壓力為48.75kN。

3.4 油泵安裝與供電方式

油泵和油箱為一體的形式，安裝在底架上。液壓系統(tǒng)的控制柜和運輸擱架電氣控制柜集成為一體，也安裝在底架上。整個底架的驅(qū)動、液壓控制的電源為集中供電，即底架上的電源由外部一條電纜接入。供電電纜采用沿軌道的輕型拖鏈形式或者電纜收放裝置隨底架一同移動或收放。

3.5 控制要求

油泵建議采用高壓葉片泵，要求在對定子線圈加壓時盡量控制所有油缸同時啟動。線圈壓到合格尺寸后，油缸須保壓5min?？刂乒癖砻婵娠@示所有油缸的工作壓力，同時對壓力有自動記錄功能。

4 設(shè)備工作原理

驅(qū)動運輸擱架下的電機(jī)，使整個可移式壓機(jī)移動到待嵌工位。然后用吊運輸送設(shè)備中漸伸線吊棒上的吊帶吊住擱在運輸擱架上的待嵌線圈的兩端部并上升，點動使直線油壓機(jī)移動到線棒直線位置的下面，啟動起吊線圈輸送裝置的電機(jī)，緩緩將線圈放到直線油壓機(jī)油缸座上。最后啟動液壓系統(tǒng)使液壓油缸壓緊線圈并保壓5min，關(guān)閉液壓系統(tǒng)，吊起線圈將線圈送入鐵心內(nèi)腔。

5 結(jié)語

對我公司使用GVPI技術(shù)采用軟態(tài)線圈定子嵌線方式時，壓縮不同規(guī)格定子線圈截面尺寸的可移式直線壓機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分別介紹了設(shè)備結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度計算、重要零部件選用標(biāo)準(zhǔn)計算等。按GVPI技術(shù)工藝要求和使用工況，不僅從設(shè)備的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，并通過計算從理論上對該設(shè)備進(jìn)行了驗證。

通過對本設(shè)備的開發(fā)和設(shè)計，為我公司推行的GVPI新工藝提供了有利的支持。同時為后續(xù)壓緊類設(shè)備的開發(fā)和設(shè)計，提供了完整的設(shè)計方法和設(shè)計思路。

［1］成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］《起重機(jī)設(shè)計手冊》編寫組.起重機(jī)設(shè)計手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.