CN102668336A - 用于发电机的螺母固定装置 - Google Patents

Abstract

一种用于固定螺母（24）的系统，其中螺母（24）用来压缩围绕发电机(10)的径向导体引线（21）的可压缩密封物（23）。发电机具有转子（11），其中径向导体引线布置在转子的径向引线孔（20）中，并且密封物围绕径向引线而同轴地布置。容纳穴（15）与径向引线孔邻近地布置在转子的主体中。螺母与径向导体引线同轴地布置，螺母包括密封接触面（35）和对立于密封接触面而布置的带（28），其中带的一部分变形进入容纳穴以锁定螺母来防止其转动，由此维持对密封物的期望压缩程度。

Description

用于发电机的螺母固定装置

技术领域

本发明一般涉及发电机领域，更具体地涉及用于固定发电机的径向引线螺母(lead nut)的系统。

背景技术

涡轮机包括被称为转子的旋转轴和被称为定子的静止部分。涡轮机包括但不限于蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、发电机、压缩机和泵。例如，发电机典型地包括如转子和静止电导体的主要组件。转子典型地包括转子电导体，当其以电流激励时会产生磁场。

发电机的转子从与转子末端相连的激励装置接收激励电流。转子典型地包括电导体，其与激励装置相配并经由轴向导体沿转子轴向中心线传递激励电流。径向引导导体然后将激励电流在径向上从转子中心线传递到转子表面，在那里激励电流然后被引向磁场生成导体。

如果激励电流为直流，则产生的磁场在幅度上是恒定的。但是，由于转子旋转，在静止点的场强会随磁场磁极的通过而变化。静止电线圈包围转子，并被布置成横切旋转磁场以在静止电线圈内感应产生交流电流。静止线圈连接到电网使得感应的交流电流分配给很多用户。

发电机的操作会在发电机的内部组件内产生热量。典型地，发电机由冷却介质冷却，如空气、水或者氢气。在氢气的情况下，必须小心阻止氢气与周围的空气混合以避免爆炸性的氢氧混合物。典型地，氢冷却发电机在正压和高氢纯度下操作，以保证易燃的氢氧混合物不会在发电机内部产生。氢冷却发电机典型地被坚固的壳状框架包围，其中壳状框架支持发电机的重量以及工作负载和瞬态负载，而且还包含氢气并防止其泄露到空气中，在那里可以形成易燃的混合物。

为了防止沿径向引线导体(lead conductor)的氢气泄露通道，相对周围的结构密封导体。一种防止氢气泄露的密封方式是使用堆叠在径向引线导体周围的可变形密封物，由此在径向引线导体和转子主体间形成了气密屏障。可变形的密封物由围绕径向引线导体并旋进转子主体的径向引线螺母压缩。密封物的轴向压缩会导致密封物径向膨胀，相对于周围的转子结构形成了气密密封。可变形密封物的压缩对于在操作过程中维持适当的密封是关键的。密封物的压缩量由在转子装配时径向引线螺母旋进转子主体的程度决定。为了保持可变形密封物的正确压缩，应当有利地限制径向引线螺母相对于转子主体的、在顺时针方向或逆时针方向上的进一步转动。

典型地，为了防止径向引线螺母非期望的转动，使用如冲压机或锤子的钝工具使转子主体的一部分变形进入径向引线螺母。用锤子撞击工具，使转子主体的一部分可塑性地变形进入径向引线螺母的螺纹或者容纳槽，由此绑定径向引线螺母并且避免不需要的转动。使转子主体材料变形进入径向引线螺母以防止转动是一种公知的工艺，被称为铆固(staking)。然而，由于铆固导致的变形转子主体材料可能会引起非期望的应力上升和裂纹发起部位。

附图说明

在下文中参照附图来说明本发明，其中附图示出了：

图1是发电机的纵视图；

图2是发电机转子激励器端的详细局部剖视图；

图3是转子径向引线的详细视图；

图4是图3的顶视图；

图5是图3的螺母的实施例；

图6是径向引线螺母的另一实施例；

图7是工具的实施例；

图8示出了开始使用时图7的工具；

图9示出了结束使用时图7的工具。

发明内容

本发明是在电力生产设施的发电机内相对于转子固定螺母的背景中公开的。然而，本发明的原理并不限于用于发电机或是电力生产设施内。例如，本方法和/或系统可用于航空、运输或制造业或者任何其他需要相对于静止部件固定可转动部件的领域。本领域内的技术人员可以发现在此公开的系统、装备和装置的额外应用。因此在示例性发电机的背景中对本发明的图示和描述仅仅是本发明的一个可能的应用。然而，本发明特别适用于用作在发电机内固定部件以防止其转动的装置。

参考图1，氢冷却发电机10典型地包括沿中心线1居中并被发电器10的定子包围的转子11。转子11连接到对转子11进行电激励的电激励装置13。与激励装置13相对的是在工作时使转子旋转的原动机（为了清楚没有示出）。转子11包括连接到在转子导体中提供激励电流的激励装置13的转子电导体。转子导体内的激励电流产生了强度可变的、与提供的电流大小成比例的磁场。转子11在工作时旋转，同时产生如前所述的磁场。旋转的磁场在围绕转子11的定子12中感生交流电流。然后，定子电连接到将感生的交流电流传输给用户的配电网络。

如图2所示，激励电流经由轴向导体22和径向引线导体21在激励装置13和转子导体之间传导。轴向导体22沿转子中心线1布置。径向引线导体21与轴向引线22横切并在径向上将激励电流从转子中心线1传导到转子外径以与转子磁场导体电连接。如图2和图3所示，径向引线21置于径向引线孔20内。在径向引线21和径向引线孔20之间有径向空隙，该空隙可以在缺少正密封机构的情况下允许氢冷却气体泄露。

为了密封氢冷却气体，可以采用一个或者多个密封物23，如图3所示，当在螺母24和肩状部分25之间压缩时，密封物23密封了径向引线孔20和径向引线21之间的径向间隙。密封物23的压缩是螺母24的密封接触面35相对于肩状部分25的径向位置的函数。在操作期间，震动、偏心负载、热循环和其他因素都可能由于螺母24在径向引线孔20中的转动而影响密封接触表面35的径向位置。因此，螺母24的转动影响密封物23的压缩并最终影响密封物23防止氢气泄露的有效性。为了维持密封物23的合适压缩，优选的是固定螺母24的转动位置。

如图3所示，在转子主体11的外径、邻近于径向引线孔20设置容纳穴15。容纳穴15可以配置成如图3和图4所示与径向引线孔相通。然而，容纳穴也可配置成不与径向引线孔20相通。在任一情况下，穴15与孔邻近以容纳径向引线螺母的变形部分，这将在下面更完整地描述。

如图4所示，转子操作期间的周期性应力状态沿转子中心线轴1为相对最小值，而沿垂直于转子中心线的轴2为相对最大值。因此，转子的工作应力状态在转子中心线轴1和垂直轴2之间存在梯度。因此，容纳穴15可以有利地远离应力最高区域来布置。可以基于象限A和象限B布置容纳穴15，其中象限A包含周期性应力最小的位置，而象限B包含周期性应力最大的位置。具体地，如图4所示，象限A是转子11在线3和线4之间、包含转子中心线1的区域，而象限B是转子11在线3和线4之间包含轴2的区域。因此，容纳穴15可以布置在象限A而不是象限B中。此外，理想的是避免在工作周期性应力最大的轴2处布置容纳穴15。而且，容纳穴15优选地依照通常的工程实践成形，具有平滑的表面和辐射部分(radiuses)以避免可能导致应力集中的尖锐拐角，减小裂纹发起和潜在的转子故障的可能性。

容纳穴15还配置成容纳螺母24的可变形部分。如图5和图6所示，螺母24的可变形部分可以实施为径向外层带（ligament）26。

图5示出了螺母24的具体实施例，其中径向外层带26为单环状突起，其从螺母24的轴向表面、相反于密封接触面35地向上延伸。如图5所示，径向外层带26的径向最内侧限定了工具接触面28，其中工具接触面28被配置成与工具作用(interface)以使径向外层带26变形进入容纳穴15。

图6示出了螺母24的替选实施例，其中凹槽29将径向外层带26与径向内层带27分开。凹槽29限定了被配置成容纳工具30的工具接触面28。螺母24可以为如图5和图6中所实施的扳手螺母，但也可以为其他的配置，其中用于转动螺母24的特定配置不是本发明的限制因素。

图7示出了具有螺母接触部分31的工具30，其大小被定成并被配置成使得如图8所示插入到凹槽29中。工具30还具有对立于螺母接触部分31而布置的连杆部分32。连杆部分32配置成经由接触部分31向工具接触面28施加变形力，如图9所示该变形力使径向外层带26的局部于螺母接触部分31的部分变形进入容纳穴15。转子接触部分33布置于螺母接触部分31和连杆部分32之间。

工具30有利地被设计成充足地使径向外层带26变形进入容纳穴15，同时不过度地拉紧径向外层带26以免导致径向外层带26或者螺母24的底部材料开裂。因此，通过有利地确定如图7所示的螺母接触部分31和转子接触部分33之间的角度θ，可以控制径向外层带26的变形，其中螺母接触部分31使径向外层带26变形，直到转子接触部分33接触转子11的外表面，从而阻止了径向外层带26的进一步变形，如图9所示。因此，适当地确定角度θ为径向外层带26提供了充足的变形以充分地接合容纳穴15来阻止螺母24的转动，同时阻止了径向外层带26的过度拉紧。

径向外层带26因此配置成变形进入容纳穴15以有效地阻止螺母24相对于转子孔20的转动。因此，一旦通过工具30使径向外层带26变形进入容纳穴15，密封接触面35相对于肩状部分25的径向位置就是固定的，并且在发电器10的操作期间保持密封物23的压缩以进行适当的密封来防止氢气的逃逸。

本发明的优点是径向外层带26的任何角部都可以变形进入容纳穴15。因此，螺母24的角位置不依赖于容纳穴15的相对角位置，而对于具有预定锁定位置的螺母或系统如六角形扳手螺母或类似装置的情况，则反之，在这种情况下，需要将螺母定位到下一个最近的预定锁定位置，这样可能对密封物23的最优压缩造成负面影响。因此，不需要将螺母24的角位置定位到预定位置以固定螺母24来防止其相对于转子主体11的转动。

尽管在此示出并描述了本发明的各种实施例，但显然的是，这些实施例只是作为示例而提供的。在此可以进行很多的变化、改变和替换而不偏离本发明。相应地，本发明旨在只由所附权利要求的范围和精神所限定。

Claims (15)

1.一种用于固定具有转子的发电机的密封物的系统，其中径向导体引线布置于所述转子的径向引线孔中，所述系统包括：

容纳穴，其与所述径向引线孔邻近地布置于所述转子的主体中；

螺母，其与所述径向导体引线同轴地布置，所述螺母包括：

密封接触面，其布置于所述螺母的轴向面；以及

径向外层带，其对立于所述密封接触面而布置，其中所述径向外层带的一部分变形进入所述容纳穴，以锁定所述螺母来防止其围绕所述径向引线转动。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述容纳穴远离于转子中心线轴位置而布置。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述容纳穴不包含与所述径向引线邻近的所述转子的相对最大周期性应力位置。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述容纳穴布置于包含与所述径向引线邻近的所述转子的相对最小周期性应力位置的象限中。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述容纳穴与所述径向引线孔相通。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述螺母还包括径向内层带，其由圆周形凹槽与所述径向外层带分开。

7.如权利要求1所述的系统，还包括具有螺母接触部分和对立于所述螺母接触部分而布置的连杆的工具，其中所述螺母接触部分被确定大小并配置成与所述螺母相配以使所述螺母的径向外层带的一部分变形进入所述转子的容纳穴。

8.一种与发电机一起使用的装备，所述装备包括：

螺母，其包括在一个轴向面上的接触面和对立于所述接触面而布置的圆周形凹槽，所述凹槽在轴向上延伸进入所述螺母以限定径向外层带和径向内层带；以及

工具，其具有接触部分和对立于所述接触部分而布置的连杆部分，所述接触部分被确定大小并配置成与所述圆周形凹槽相配，使得在所述接触部分插入到所述凹槽中的情况下向所述工具的连杆部分施加变形力使所述螺母的径向外层带的一部分变形。

9.如权利要求8所述的装备，还包括密封物。

10.一种发电机转子径向引线密封装置，其包括：

转子，其包括径向引线孔和在所述转子的表面上与所述径向引线孔邻近地布置的容纳穴；

径向引线，其布置于所述径向引线孔中；

可压缩密封物，其具有当压缩所述密封物时，配置成同轴密封所述径向引线孔的外径和配置成同轴密封所述径向引线的内径；

螺母，其布置于所述径向引线上，所述螺母包括：

接触面，当所述螺母旋进所述径向引线孔时，其压缩所述可压缩密封物，以及

所述螺母的与所述接触面对立的表面上的带；

其中所述带的一部分可以变形进入所述容纳穴以防止所述螺母相对于所述转子的转动，由此维持对所述密封物的期望压缩程度。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述容纳穴远离于转子中心线轴位置而布置。

12.如权利要求10所述的装置，其中所述容纳穴不包含与所述径向引线邻近的所述转子的相对最大周期性应力位置。

13.如权利要求10所示的装置，其中所述容纳穴布置于包含与所述径向引线邻近的所述转子的相对最小周期性应力位置的象限中。

14.如权利要求10所述的装置，其中所述带是外层带，并且还包括也布置于与所述接触面对立的表面上的内层带。

15.如权利要求10所述的装置，其中所述容纳穴与所述径向引线孔相通。

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