Расчет турбогенератора

Расчет турбогенератора

Содержание

Задание на проектирование

. Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок

. Выбор обмоточных данных статора

. Выбор обмоточных данных ротора

. Электромагнитный расчёт

. Расчёт характеристики холостого хода

. Расчёт тока возбуждения в номинальном режиме

. Весовые характеристики

. Расчёт параметров

. Расчёт потерь и к. п. д.

. Тепловой расчёт

.1 Тепловой расчёт обмотки статора с непосредственным масляным охлаждением

.2 Тепловой расчёт обмотки ротора с непосредственным водяным охлаждением

. Механический расчёт

. Расчёт нажимного кольца, пальцев и стяжных рёбер статора

. Проверка вибрации сердечника статора

Задание на проектирование

Данные для проектирования приведены в таблице 1.

Таблица 1- Задание на проектирование

Генератор	ТВМ-500-2
Активная мощность, МВт	500
Коэффициент мощности	0.85
Напряжение, кВ	36.75
Ток статора, кА	6.04
Схема соединение	Звезда/треугольник
Частота вращения об/мин	3000
Частота, Гц	50
КПД, %	98.8
ОКЗ, о.е.	0.44
Масса турбогенератора, т Общая Ротора Статора	400 30.8 115

1. Определение основных размеров и электромагнитных нагрузок

Номинальная кажущаяся мощность:

Предварительный диаметр расточки статора для машины с р=1 принимаем по рис. 3-3 [1]:₁ = 1370мм.

Предварительный диаметр бочки ротора принимаем по рис.3-4 [1]:₂ = 1175мм.

Принимаем стандартное значение диаметра ротора D₂ = 1200мм .

Предварительное значение машинной постоянной Арнольда по рис.3-1 [1]:

С_А = 6×10¹⁰ мм³/мин×МВА.

Предварительное значение длины статора:

Предварительно принимаем длинну бочки ротора l₂ = l₁.

Предварительное значение линеной нагрузки в зависимости от D₁ по рис.4-1 [1]:

А₁ = 1900А/см.

Предварительное значение индукции в зазоре в зависимости от D₁ по рис.4-6 [1]:

В_d = 0.9Тл.

Предварительное значение полюсного деления:

Величина зазора:

Принимаем окончательно по рис.3-7 [1]: d = 115мм.

Окончательное значение диаметра расточки статора :

₁ = D₂ + 2×d = 1200 + 2 × 115 = 1430мм,

Окончательное значение полюсного деления:

 

Определим ориентировочное значение главных технико-экономических показателей.

Отношение длины статора к диаметру:

Полученное значение l₁ < 5 согласно рис. 3-5 [1] соответствует расходу меди на обмотку статора, близкому к минимальному.

Отношение длины бочки ротора к диаметру:

Полученное значение l₂ соответствует расходу меди на обмотку ротора, близкое к мнимальному.

Ожидаемая первая критическая частота n_к1=1100 об/мин,  вторая n_к2=3350 об/мин. Обе частоты лежат вне зоны резонансных частот. Следовательно, расчёт критических частот вращения вала не требуется.

Ожидаемый к.п.д. по рис. 1-5 [1] 98.75%

Маховый момент:

т×м²

Масса двухполюсного турбогенератора:

м³.

Соответствующая вышеприведённому соотношению масса генератора по рис. 3-8 [1] составит:

G = 400 т

статор ротор электромагнитный

2. Выбор обмоточных данных статора

Номинальный ток статора:

A.

Для ограничения тока в пазу, улучшения отвода тепла от обмотки и снижения электродинамических усилий, выбираем число параллельных ветвей а = 2. Число активных проводников в пазу S_П1 = 2. Обмотка стержневая петлевая.

Объём тока в пазу:

 A.

Предварительно зубцовый шаг по расточке статора:

мм.

Предварительное число пазов статора:

.

Окончательно в соответствии с табл. 5-2 [1] Z₁ = 72.

Число пазов на полюс и фазу:

.

Окончательное значение зубцового шага и линейной нагрузки:

мм,

А/см.

Линейная нагрузка А₁ = 1481 А/см, что вполне приемлемо.

По табл. 5-3 [1] Принимаем относительный шаг b = 0,833. При этом первый частичный шаг y₁ (1 - 31) и обмоточный коэффициент по табл. 5-4 [1] k_об1 = 0.923.

Число последовательно соединённых витков в фазе:

.

Принимаем предварительно ширину паза статора:

bП1 = 0.45× t₁ = 0.45× 62,396 = 25,515 мм.

Двухсторонняя толщина изоляции по ширине паза при напряжении  U = 36,75 кВ, 2bi1 = 15.4 мм.

Предварительная ширина элементарного проводника при двух проводниках по ширине паза (n1 = 2) определяется как:

 мм,

где Di = 0.3 мм - двухсторонняя толщина собственной изоляции проводника.

В соответствии с ГОСТ 16774-78 окончательно принимаем bm1 = 7,5.

Окончательно ширина паза:

bП1 = n1× (bm1+Di) + 2 bi1 = 2 (7,5+0,3) +15,4 = 31 мм.

Отношение bП1/ t1= 31/ 62б396 = 0,497

Принимаем предварительную плотность тока по рис. 4-4 исходя из ширины паза: j1= 4,8 А/см².

Требуемая площадь поперечного сечения стержня:

мм².

Принимаем комбинированный стержень с тремя сплошными проводниками на один полый N=3.

Предварительная высота полого проводника:

мм.

В соответствии с ГОСТ 16774-78 для медных проводов марки ПСДП, выбираем ближайшее значение для высоты сплошного проводника, из предложенного ряда. ам.п = 5мм.

Данным значениям bm1 = 7,5 мм и ам.п = 5мм, по таблице 5-6 соответствует сечение qм.п = 37,5 мм².

Предварительная высота сплошного проводника

 мм.

Принимаем  и сечение сплошного проводника qм.с по таблице 5-7 (7,5х2) равным 15 мм²

Площадь сечения меди одной группы:

qг = qмп +N qм.с=37,5+3·15=82,5 мм²

Требуемое число групп в стержне:

mг = qа1/ qг = 963 / 82,5 = 11,7 принимаем mг = 12

При этом сечение стержня:

qа1 = mг qг =12·82,5 = 990мм²

Окончательно плотность тока:

А/мм²

(отличие от ранее принятой незначительно).

Суммарная толщина изоляции по высоте паза для напряжения U = 36,75 кВ по табл. 5-5 составляет hi = 54,25 мм. Высоту клина принимаем hk1 = 25 мм.

Место на транспозицию проводников:

hтр= aм.п + Di = 5 + 0.3 =5.3 мм.

Высота паза статора:

2·5,3+54,25 + 25 = 236,25 мм.

Соотношения h1/D1 = 236,25/1480 = 0,16 и h1/bП1 = 236,25/31 = 7,26 находятся в допустимых пределах.

Магнитный поток в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении:

Вб.

Принимаем холоднопрокатную электротехническую сталь марки 3413, толщиной 0.5 мм. Направление проката - вдоль магнитных линий в зубцах. Принимаем допустимую при такой ориентации проката индукцию в зубцах статора Bz1/3 = 1,07×1,6 = 1,71 Тл.

Требуемая площадь сечения зубцов статора для получения заданной индукции:

м².

Диаметр сечения на высоте одной трети зубца от расточки статора:     

мм.

Ширина зубца:

мм.

Эффективная длинна стали:

мм.

Длина активной стали без каналов:

мм.

В соответствии с рекомендациями, принимаем ширину пакета bp = 50 мм и ширину канала bk = 5 мм.

Число пакетов равно:

Принимаем np = 120

Число вентиляционных каналов:

nk = np-1 = 120-1 = 119.

Полная длина сердечника статора:

l1 = la + nk×bk = 5844 + 1195 = 64393мм.

При этом индукция в зазоре будет:

 Тл, что приемлемо.

На основании рекомендаций принимаем индукцию в спинке статора:

 

Требуемая площадь сечения спинки:

м².

Высота спинки:

мм.

Внешний диаметр сердечника статора:

Da = D1 + 2×(h1 + ha1) = 1480 + 2×(236,25 + 530) =3013 мм.

Длина лобовой части стержня:

 мм.

Длина витка обмотки статора:

lw1 = 2×(l1 + lS) = 2×(6439 + 3700) = 20280 мм.

Сопротивление постоянному току обмотки статора при 15 ^оС:

 Ом.

Сопротивление постоянному току обмотки статора при 75 ^оС:

Ом.

3. Выбор обмоточных данных ротора

Для выбора обмоточных данных ротора воспользуемся номограммами (рис. 6-1, 6-5).

По диаметру генератора D₂ = 1200 мм, и напряжения в зубцах ротора, равному 300 МПа, в соответствии с номограммой находим:

h₂ = 167 мм, Sq_П = Z’₂×b_П2×h₂ =30×10⁴ мм², b_П2/b_Z = 2,4 , Z’₂×b_Z = 820мм.

По табл. 6-3 ширина медного провода для ротора bМ2 = 28мм:

Двусторонняя толщина изоляции по ширине паза (т.6-5) 2bi2 = 4,5мм.

Ширина паза:

b_П2 = b_М2 + 2b_i2 = 28 + 4,5 = 32,5 мм.

Ширина корня зубца и число зубцов:

мм,

.

Предварительно принимаем Z’₂ = 60,7 и g = 0.667

В соответствие с принятым, Z₂ = g× Z^’’₂ =0,677×43 = 28.681

Принимаем окончательно в соответствии с т. 6-1 и 6-2 Z’₂ =60,7, Z₂ = 40 и g = 0.667, k_об2 = 0,827.

М. д. с. реакции якоря по прямоугольной волне на один полюс:

 А.

М. д. с. короткого замыкания статора, приведённая к обмотке ротора:

 A.

Номинальная м. д. с. возбуждения:

 А.

Ожидаемая плотность тока:

 А/мм².

Данные значения согласуются с рекомендациями.

При принятой ширине меди 28 мм, высота меди а_М2 = 7 мм, а площадь поперечного сечения проводника q’_В2 = 190,6 мм². По высоте принимаем два проводника в одном витке катушки.

В соответствии с рекомендациями выбираем высоту клина h_К2 = 34 мм, и толщину подклиновой изоляции h_М =10 мм. Материал клина - дюралюминий.

При принятых размерах размещение меди по высоте паза:

h = h₂ - (h_K2 + h_M) = 167 - (34 + 10) = 123 мм.

При этом возможное число витков в катушке:

где h₂₁ =1 изоляция между витками катушки.

Принимаем S_П2 = 8.

Число витков обмотки возбуждения на полюс:

Окончательная высота паза ротора:

h₂ = 2×a_M2×S_П2 + (S_П2 - 1)×h₂₁ + h₂₃ + h_K2 + h_M = 2×7×8 + (8 - 1)×1 + 0.5 + 34 + 10 = 163,5 мм,

где h₂₃ = 0.5 мм - прокладка на дне паза.

Окончательно минимальная ширина зубца:

 мм.

Минимальная ширина зубца получилась не больше предлагаемой.

Предварительно номинальный ток возбуждения:

 А.

Задаёмся индукцией в зубцах ротора B_{Z 0.2} = 2.0 Тл.

Необходимое сечение зубцов ротора для получения принятой индукции:

м².

Диаметр на расстоянии 0.2×h₂, считая от дна паза:

D_{Z 0.2} = D₂ - 1.6 × h₂ = 1200 - 1.6 × 163,5 = 938,4 мм.

Проекция обмоточной части ротора по т.8-1:

S sin a = 5,3

Необходимая длина бочки ротора:

мм.

Принимаем l₂ = l₁ = 6440мм.

Средняя длина лобовой части обмотки ротора на одну сторону:

мм.

Средняя длина витка обмотки ротора:

l_W2 = 2(l₂ + l_S2) = 2(6440 + 1620) = 16120мм.

В соответствии с рекомендациями принимаем:

q_K2/q_В2 = 0.25, где q_В2 = 2× q’_В2 - сечение витка обмотки ротора.

Расчётное сечение меди:

мм².

Сопротивление обмотки ротора при 15⁰С:

 Ом.

Сопротивление обмотки ротора при 75⁰С:

r₂₍₇₅₎ = 1,24 × r₂₍₁₅₎ = 1,24 × 0,158 = 0,196 Ом.

Сопротивление обмотки ротора при 100⁰С:

r₂₍₁₀₀₎ = 1,34 × r₂₍₁₅₎ = 1.34 × 0,158 = 0,212 Ом.

Напряжение возбуждения в номинальном режиме:

U_B=r₂₍₁₀₀₎×If_Н+DU_Щ=0.212 ()+2=500¸547B,

что соответствует рекомендованному значению.

Относительная высота паза ротора и площадь пазовых делений ротора:

,

,

величины, которых соответствуют рекомендациям.

Окончательное значение Sq_П:

Sq_П = Z’₂ × b_П2 × h₂ = 60 × 32,5 × 163,5 = 32 ×10⁴ мм².

4. Электромагнитный расчёт

Расчёт сведен в табл. 4.

Таблица 4 - Электромагнитный расчёт.

Обозначение	Формула	Расчет	Значение
DZ1/3, мм	-	-	1638
DZ0.2, мм	D2 - 1.6 × h2	1200 - 1.6 × 163.5	940
DZ0.7, мм	D2 - 0.6 × h2	1200 - 0.6 × 163,5	1102
bZ1/3, мм	40,5
bZ0.2, мм	16,702
bZ0.7, мм	25,201
S sin a	-	-	5.3
Qa1, м2	2,88
Qz1/3, м2	5,045
Qd, м2	8,77
Qz0.2, м2	4,96
Qz0.7, м2	6,019
Qa2, м2	(D2 - 2 × h2 - D0) × l2 ×10-6	(1200-2×163,5-144)×6474×10-6	4,72
D0, мм	0.12 × D2	0,12 × 1075			144
kC1	1,026
kC2	1,01
kCk	1,23
kCr*	1,235
kC	kC1 + kC2 - 1 + kCk - 1 + + kCr - 1	1,026 + 1,01 - 1 + 1,23 -  - 1 + 1,235 - 1			1,501
k1/3	2,103
k0.2	1,946
k0.7	1,29
Ba1, Тл	1,498
B’a1, Тл	k × Ba1	0,94 × 1.498			1,408
k	0,94
BZ1/3, Тл	1,71
Bd, Тл	1,546
Ha1, А/см	-	-			7,8
Hz1 А/см	-	-			2,75
Fа2, А	929,745
F0, А	F’ + FZ2 + Fа2	137000 + 3110 + 929,745		141000
i0, А	1763
id, А	1699
km**	1,038

^* Рифление, т. е. система кольцевых канавок на наружной поверхности бочки ротора служит для уменьшения добавочных потерь на поверхности ротора и увеличения поверхности охлаждения. Обычно tr = 12 мм, br = 6 мм, где t_r - шаг рифления, а b_r - ширина канавки.

^** Обычно k_m = 1.05 ¸ 1.25, что соответствует рекомендации.

Расчёт характеристики холостого хода приведен в табл. 5. Вид характеристики представлен на рис. 5.1.

Таблица 5 - Расчёт характеристики холостого хода.

U/Uн	0,7	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4
Ф0, Вб	8,627	12,324	1`3,556	14,789	16,021	17,254
Ва1, Тл	1,498	2,14	2,354	2,568	2,782	2,996
ВZ1/3, Тл	1,71	2,443	2,687	2,932	3,176	3,42
Ha1, А/см	1,67	7,8	5,95	4,7	35,5	70
HZ1, А/см	2,43	2,75	38,25	350	400	470
Fa1, А	1015	1450	1595	1740	1885	2030
FZ1, А	64,969	92,813	102,094	111,376	120,657	129.938
Fd, А	135900	194100	213500	232900	252300	271700
F’, А	137000	195700	215300	234800	254400	274000
ФS, Вб	0,72	1,029	1,132	1,235	1,338	1,441
Ф2, Вб	9,347	13,353	14,668	16,024	17,359	18,694
ВZ0.2, Тл	1,884	2,691	2,96	3,229	3,498	3,767
ВZ0.7, Тл	1,553	2,219	2,441	2,663	2,885	3,107
Вa2, Тл	1,98	2,829	3,112	3,395	3,678	3,961
HZ0.2, А/см	143	190	195	200	210	285
HZ0.7, А/см	17	19	20	22	24	30
Ha2, А/см	17	21	32	35	41	70
FZ2, А	3110	4443	4887	5332	5776	6220
Fa2, А	929,745	1328	1461	1594	1726	1859
F0, А	141000	201400	221500	241700	261800	282000
i0, А	1763	2519	2771	3023	3275	3527
i0, о.е.	0,7	1,0	1,1	1,3	1,5	1,72

6. Расчёт тока возбуждения в номинальном режиме

Таблица 6 - Расчёт тока возбуждения в номинальном режиме.

Обозначение

Формула

Действие

Значение

xП, %    

4,38
h31, мм	hK1 + h3 + hic	25 + 1 + 6	32
h11, мм	h1 - (h31 + h5 + hic )	189,8 - (32 + 1,1 + 6)	168,35

xS, %     

7,56
xL, %	xП + xS	5,58+9,59	15,13
хp, %	XL + 2.5	14,3 + 2,5	16,8
ia, А	1296,5
iн*, А	-	графически	1200
j2 **,  А/мм2	5,96
UВ**, В	iн×r2(100) + DUЩ	1200 × 0,65 + 2	786,5
ik, А	1987,23
о.к.з.***	0,44
WП***	1,42
DU, %	-	графически	38

Примечания:

^* Этот ток находится в пределах рассчитанных выше.^** Обе величины находятся в пределах, соответствующих требованиям.

^*** О.к.з. и W_П удовлетворяют требованиям ГОСТ 533 - 85.

Таблица 7 - Данные регулировочной характеристики.

00.250.50.751.01.25
iв, А	474	650	870	1000	1250	1480

7. Весовые характеристики

Масса меди обмотки статора:

G_M1 = 3×q_a1×l_w1×w₁×a×g_m = 3 ·1910 ×15120 ×12 ×2 ×8.9×10^-6 = 7356 кг,

где g_m = 8.9 ×10^-6 кг/мм³ - плотность меди.

Масса меди обмотки ротора:

G_M2 = 2×р×q_a2×l_w2×w₂××g_m = 2 × 1 × 202,5 ×23015× 115 × 8.9 ×10^-6 = 12125,8 кг.

Площадь спинки:

Sa = p × D_a0 × h_a1 × 10^-6 = p × 4204 × 217,1 × 10^-6 = 2,45 м².

Масса спинки сердечника статора:

Ga1 = S_a × l_e × 10^-3 × g_Э = 2,45 × 9818,7 × 10^-3 ×7,6 × 10³ = 267434 кг,

где g_Э= 7.6 ×10³ кг/м³ - плотность меди.

Площадь пазов статора:

Sq_П1 = Z₁ × b_П1 × h₁ = 36 × 58,5 × 217,1 = 320000 мм².

Площадь зубцов:

S_Z = (p × (D₁ + h₁) × h₁ -Sq_П1)× 10^-6 = (p × (1480 + 217,1) × 217,1 - 327214,7)× 10^-6 = = 0,67 м².

Масса зубцов сердечника статора:

G_Z1 = S_Z × l_e × 10^-3 × g_Э = 0,67 × 5435 × 10^-3 × 7,6× 10³ = 47562 кг.

Удельные расходы материалов.

Меди: кг/кВА.

Стали: кг/кВА

Машинная постоянная Арнольда:

 мм³/мин×МВА.

8. Расчёт параметров

Таблица 8 - Расчёт параметров.

Обозначение	Формула	Действие	Значение
xL, %	-	-	24,36
xp, %	-	-	26,45
xad, %	256,4
xd, %	xL + xad	20,73 + 168,4	216,27
lf	2,48
s	1,342
xf, %	xad ×(s - 1)	256,4 × (1,0342 - 1)	8,79
x’d, %	24,35
x’’d, %	xL + 2,5	20,73 + 2,5	24,2
x’’q, %	1,5 × x’’d	1,5 × 24,2	31,47
x2, %	1,22 × x’’d, %	1,22 × 24,2	29,6
h7, мм	-	-	7
h2S, мм	2 ×hic + h7	2 × 6 + 5	17

x0, %     

+11,2

 

T0B, с	5,4
T0, с	7,9
T’d, с	1,165
T’’d, с	(0,02 ¸0,03) × T’d	0,025 × 1,1	0,0234
Ta, с	0,286
I’’d, о.е.	4,8
I’d, о.е.	3,54
Id, о.е.	0,64
I’’2, о.е.	3,32
I’’0, о.е.	5,65
МН, Н×м	4,3 × 105
М3, Н×м	24,6× 106
М2, Н×м	42,7 × 106
М22,Н×м	9,5 × 106

9. Расчёт потерь и к. п. д.

Таблица 9 - Расчёт потерь и к. п. д.

Обозначение	Формула	Действие	Значение
Qca, кВт	1,3 × q0 × B2a1 ×Ga1 × 10-3	1,3 × (1,5×0,8) ×1,4982× 267434∙10-3	936,192
QcZ, кВт	1,5 × q0 × B2Z1 ×GZ1 × 10-3	1,5×0,8 ×1,72× 47562×10-3	214,429
Qd0, кВт	1746
QС, кВт	Qca + QcZ + Qd0	936,2+214,4+1746	2897
QM, кВт	3 × 64152 × 0,0042 × 10-3	987
kф	-	-	1,33
QM.Ф., кВт	(kф - 1) × QM	(1,33 - 1) × 987	325,71
QK.K., кВт	395,36

QK.Z., кВт              

	1527
	QK.S., кВт		QM + QM.Ф. + QК.К. + QK.Z.	987+325,7+395,4+1527			3235
	QB, кВт		(iн2 ×r2(75) + iн ×DUщ) × 10-3	(12502 × 0,158 + 1250 × 2) × 10-3			1678
	QBh, кВт		1864
	Gрот*, кг		80470
	рц, МПа		1,2 ¸ 1,6	-			1,4
dц × lц, мм2		256100
dц, мм		-			-	480
lц, мм		1,2 × dц			1,1 × 480	528

Qm, кВт   

390,86
Q2, кВт	798,27
Н	-	-	3
Q2Н, кВт	239,481
Q, кВт	QС+ QК.К.+ QК.Z.+ QВ+ Q2	2897+395,3+1527+1678+ 798	7296
u, оС	-	-	17.5
uвен, оС	-	-	2
с, кДж/(м3×К)	Пар.7-1	-	4,4
L	107
hвН, Па	1800
hвН**, о.е.	-	Для пропеллерного вентилятора	0,5
QН, кВт	385,2
QМS, кВт	Qm + Q2Н + QН	390,86+239,481+385,2	1016
QS, кВт	QC + QK.S. + QМS + QBh	2897+3235+1016+1864	9012
hH, %	98,23

^* g_С = 7,85 × 10^-6 кг/мм³ - плотность материала поковки.

Таблица 10 - Зависимость к. п. д. от нагрузки турбогенератора.

0,250,50,751,01,25
QС, кВт	2898	2898	2898	2898	2898
QМS, кВт	1016	1016	1016	1016	1016
QBh, кВт	350	773	1501	2111,1	2670
QКS, кВт	85	514	772	1117,72	2073
QS, кВт	1600,78	2452	7438,78	9012	10008,58
Р, кВт	40000	80000	120000	160000	200000
h, %	97,15	98	98,21	98,23	98,13

 

10. Тепловой расчёт

 

10.1 Тепловой расчёт обмотки статора с непосредственным  охлаждением

Расход масла через один вентиляционный канал:

м³/с.

В зоне спинки:

 м/с.

.2 Тепловой расчёт обмотки ротора с непосредственным водородным охлаждением

Окружная скорость ротора:

м/с.

Температурный перепад на изоляции паза:

 

При установке барьеров скорость в каналах составляет 0,2 окружной скорости:

м/с.

Расход газа (водорода) через один отсек и паз:

м³/с.

Потери в пазу обмотки возбуждения на длине двух смежных отсеков:

Вт.

Где сопротивление обмотки возбуждения на длине двух смежных отсеков:

Ом.

Нагрев газа внутри обмотки:

⁰С.

Коэффициент теплоотдачи для трубчатых каналов:

Вт/м²К

Площадь поверхности охлаждения каналов в пределах двух смежных отсеков:

м²

Температурный перепад между медью и газом в канале:

⁰С

Среднее превышение температуры меди обмотки над температурой входящего охлаждающего газа:

⁰С.

Это находится в пределах, указанных в рекомендациях и нормативных документах.

11. Механический расчёт

 

Таблица 11 - Механический расчёт.

Обозначение		Формула	Действие		Значение
Зубец и клин ротора
D2, мм	-		-		1200
t2, мм	62,8
b2, мм	t2 - bП2		69,8 - 32,5		32,45
DK2, мм	D2 - 2 × hK2		1200 - 2 × 27		1007
tK2, мм	60,84
bK, мм	bП2 + (10 ¸ 15)		32,5 + 12,5		45
bS, мм	tK2 - bK		60,84 - 45		15,84
bC, мм	tK2 - bП2		60,84 - 32,5		28,34
DП, мм	D2 - 2 × h2		1200 - 2 × 163,5		873
tП, мм	45,71
bZ, мм	tП - bП2		45,71 - 32,5		13,21
dK, мм	D2 - hК2		1200 - 27		1173
dМ, мм	dK - h2		1173 - 163,5		1010
dZ, мм	1000
G’M*, кг/мм	gМ × qa2 × sП2		8,9 × 10-6 × 230 × 11		0,0225
G’Л, кг/мм	0,397
G’i**, кг/мм	gМ (bП2(h2 - hK2) - qв2×sП2)		2,5 ×10-6 (32,5(158 - 25) - 73,34 × 11)		0,009
G’K***, кг/мм	gK × bП2 × hK2		2,8 × 10-6 × 32,5 × 27		0,002
G’Г, кг/мм	gС × b2 × hK2			7,85 × 10-6 × 37,3 × 27	0,008
G’Z, кг/мм	0,03
np, об/мин	1,2 × nН			1,2 × 3000	3600
А , 1/с2	71,28
CП, Н/мм	А×((G’M+ G’i)×dM + + G’K×dK)			71,28×((0,0225+ 0,009)×815+ 0,002×1000)	1968
CZ, Н/мм	A × G’Z × dZ			71,28 × 0,03× 1000	2138,4
CГ, Н/мм	A × G’Г × dК			71,28 × 0,008× 973	554,8
b, о	-			-	45
g, о	4
C’П, Н/мм	2100
sZ, МПа	278
sГ, МПа	195,2
а, мм	0.45 × hK2			0,45 × 27	12,15
b, мм	0.2 × hK2			0,2 × 27	5,4
k****	2,08
tТ, МПа	105
tК, МПа	140
Тело бочки ротора
D0, мм	-			-	120
aР, мм	0,137
hP, мм	376,5
CP, Н/мм	4.1×A×10-6×DП3 × (1 -aР3 )			4,1 × 71,28 × 10-6 ×12003 × (1 -0,1753 )	134800
CPZ, Н/мм	(C’П + СZ) × Z’2			(2100+ 2138,4) × 45	187450
h1	-			-	2,07
h12	-			-	1,73
s0, МПа	296

^* g_М = плотность меди;

^** g_i = плотность изоляции;

^*** g_К = плотность материала клина (дюралюминий);

^**** l - расстояние между отверстиями клина по длине ротора, l_О.К. - осевая ширина отверстия в клине. Стандартные значения l=27мм, l_О.К.=14мм.

Таблица 12 - Расчёт бандажного узла.

Расчёт бандажного узла
hб, мм	-	-	68
LK, мм	-	-	50

Lб, мм  

598
Dб.к., мм	D2 - 2 × hK2 - 4	1200 - 2 × 34 - 4	1007
Dб.н., мм	Dб.к. + 2 × hб + 20	1007 + 2 × 68 + 20	1164
Dб.р., мм	D2 - 2 ×25	1200- 2∙25	1150
Dк.в., мм	Dб.к - 2 × h - (100 ¸ 200)	1007- 2 × 157 - 112	615
DЛ, мм	Dб.к. - 2 × 10 - h	1007 - 2 × 10 - 157	894
Dб, мм	1012
Fб, мм2	hб × Lб	60 × 566	33960
aб	0,87
DК, мм
FК, мм2	9775
aК	0,624
DВ, мм	378
FB, мм2	12500
aВ	0,22

Таблица 13 - Определение коэффициентов необходимых для расчёта.

a	aб = 0,866	aК = 0,63	aВ = 0,2	aР = 0,17
h1	1,11	1,34	-	2,08
h11	1,08	1,34	-	-
h12	-	1,24	-	1,72
z1	1,02	1,02	-	-
z2	-	0,925	0,845	0,86
x11	1,04	1,2	-	-
x22	-	0,91	1,02	1,08
x12	-	0,95	-	-

Предел текучести материала должен быть:

 МПа.

Принимаем материал с пределом текучести s_SB = 500 МПа.

Допустимое напряжение среза в дюралюминиевом клине:

t = 0,4 × s_SB = 0,4 × 500 = 200 МПа.

Таблица 14 - Расчёт бандажного узла.

Расчёт бандажного узла (продолжение)
Сб, Н	135 × FБ × Dб2 ×10-6	135 × 33960 × 10122 ×10-6	6,44×106
СЛ, Н	5,5 × G’Л × lS2 × DЛ	5,5 × 0,397× 1350 × 765	3,40 × 106
l’d*, мм/Н	2,13×10-8
kб, мм	(z1×Сб + x11×СЛ)× l’d	(1,02 × 4,7 × 106 + 1,04 × 2,255 ´106) × 2,26 × 10-8	0,161
CK, Н	22.6 × LK × Dб.к.3 × (1 - - aК3) × 10-6	22,6 × 50 × 942.3 × (1 - - 0,553) × 10-6	7,87 × 106
lК, мм/Н	6,77 ×10-8
kk1, мм	z1 × CK × lК	1,02 × 7,17 × 105 × 6,77 × 10-8	0,049
kk2, мм	z2 × CK × lК	0,91 × 7,17 × 105 × 6,77 × 10-8	0,044
aZ	0,74
bZ	1,678
n	-	-	0,64
y	-	-	0,68
CB, Н	22,6 × LK × Dк.в.3 × (1 - - aВ3) × 10-6	22,6 × 50 × 6003 × (1 - - 0,23) × 10-6	2,42 × 105
l’B, мм/Н	2,43 × 10-8
kВ, мм	z2 × CB × l’B	0,83 × 2,42 × 105 × 2,43 × 10-8	0,0048
lB, мм/Н	x22 × l’B	1,04 × 2,43 × 10-8	2,52×10-8
l11, мм/Н	x11 × lK	1,19 × 6,77 ×10-8	8,06 ×10-8
l12, мм/Н	x12 × lK	0,9 × 6,77 ×10-8	6,09 ×10-8
l22, мм/Н	x22 × lK	1,04 × 6,77 ×10-8	7,04 ×10-8
nВ	0,58
nб	0,23

 kZ, мм

0,012
l’Р, мм2/Н	1,07 ×10-6

kР, мм  

0,034
nоб, об/мин	-	-	3600
nоp, об/мин	-	-	3700
nов, об/мин	-	-	4000
lб, мм/Н	1,9 × 10-7
dб.р., мм	1,92
dк.в., мм	0,71

dб.к., мм              

1,87
Dб.р	0,2
Dк.в.	0,13
Dб.к.	0,27
Qб.р.	1,03 × 106
Qк.в.	2,13 × 106
Qб.к.	1,53 × 106
sб, МПа	481,2
s’б.р., МПа	41,1
s’б.к., МПа	59,9
sб.р., МПа	sб + s’б.р	481,3 + 41,1	522,4
sб.к., МПа	sб + s’б.к.	481,3 + 59,9	541,2
s’K, МПа	227,4
s’’K, МПа	88,6
sK, МПа	s’K + s’’K	227,4 +88,6	316

^* Е = 21 × 10⁴ МПа - модуль упругости стали.

Температура нагрева бандажного кольца, необходимая для насадки его на центрирующее колесо:

 ^ОС,

где a_б.t. = 17 × 10^-6 К^-1- температурный коэффициент линейного расширения немагнитной стали.

На бочку ротора:

 ^ОС.

Температура нагрева центрирующего кольца для посадки его на вал:

 ^ОС,

где a_б.t. = 12 × 10^-6 К^-1- температурный коэффициент линейного расширения стали.

Температура бандажного кольца при посадке обычно не должна превышать 200 ^ОС, из-за опасения повредить бандажную изоляцию лобовых частей обмотки.

 

12. Расчёт нажимного кольца, пальцев и стяжных рёбер статора

На основании полученных ранее размеров вычерчиваем нажимное кольцо и палец. По рисунку определяем: b₁ = 50 мм, b₂ = 50 мм, 

Таблица 15 - Расчёт нажимного кольца, пальцев и стяжных рёбер статора.

Обозначение	Формула	Действие	Значение
DP, мм	Da + (60 ¸ 65)	2616 + 62,5	2553,5
DA, мм	D1 + 2 × h1 + (50 ¸ 60)	1480 + 2 × 190 + 59,8	1580
DB, мм	DA + 2 × x’	1580 + 2 × 100	1780
x’1, мм	200
x’2, мм	325
x’3, мм	125
y’1, мм	25
y’2, мм	245
y’3, мм	200
F1, мм2	b1 × h’1	50 × 200	104
F2, мм2	b2 × h’2	50 × 150	0,75∙104
F3, мм2	b3 × h’3	40 × 250	104
SFi, мм2	F1 + F2 + F3	(10 + 7,5 + 10) × 103	27,5 × 104
xC, мм	206,8
уC, мм	149
y1, мм	y’1 - уC	25 - 152	-127
y2, мм	y’2 - уC	245 - 152	93
y3, мм	y’3 - уC	200 - 152	48

JC, мм4 (

)2,27 ×108
a1	0,44
b1	0,98

C1          

0,25
рC*, МПа	-	-	1,2
M1, Н×мм	рС × (С1 × Da3 - 0.5 ´ ´ SqП1× (DP - D1 - h1))	1,2 × (0,25× 26163 - 0,5 ´ ´ 231000 × (2553- 1170- 190))	9,3× 108
DC, мм	DA + 2 × xC	1630 + 2 × 207	2044
sa, МПа	75,2
sВ, МПа	112
a2	0,73

С2          

0,13
M2 Н×мм	рС × (С2 × Da3 - 0.5 ´ ´ SqП1× (Da - D1 - h1))	1,2 × (0,13 × 26163 - 0,5 ´ ´ 231000 × (2616 - 1170 - 190))	1,2 × 108
s**	-	-	40
t**	-	-	20
z	-	-	72
sП, МПа	229
РС, Н	рС × Sa,z × 106	1,2 × 3,171 × 106	3,8 × 106
d***, мм	-	-	50
mp	-	-	36
sP, МПа	53,8

^* Давление запрессовки принимаем равным 1,3 МПа;

^** Принимаем размеры и число пальцев s = 45 мм, t = 20 мм, z = 60.

^*** Принимаем диаметр рёбер и число рёбер по окружности d = 55 мм,

m_p = Z₁/2 = 72/2 = 36.

Допустимые напряжения:

для кольца:

[s_н.к] = (0.9 ¸ 0.98) × s_Sс = (0.9 ¸ 0.98) × 230 = 207 ¸ 225 МПа,

где s_Sс - сопротивление разрыву нажимного кольца статора.

для пальцев:

[s_п] = (0.9 ¸ 0.98) × s_Sп = (0.9 ¸ 0.98) × 300 = 270 ¸ 294 МПа,

где s_Sп - сопротивление разрыву пальцев.

Оба расчётных напряжения s_В и s_П меньше допустимых.

Материал пальцев и нажимного кольца - немагнитная сталь.

Допустимое напряжение для рёбер:

[s_Р] = 0.6 × s_S = 0.6 × 292 = 195 МПа.

Расчётное напряжение s_Р меньше допустимого. Материал рёбер - сталь.

13. Проверка вибрации сердечника статора

Число периодов деформации сердечника:

m_d = 2 × p = 2 × 1 = 2.

Отношение массы сердечника к массе спинки:

.

Собственная частота колебаний сердечника:

 Гц,

(коэфф. изгибной жёсткости сердечника).

Динамический коэффициент:

Удвоенная амплитуда радиальных вибраций сердечника:

 мкм.

Так как полученная амплитуда вибраций не превышает стандартное нормированное значение (50мкм), то специальных мер по снижению вибраций не предусматривается.