PL180545B1 - Wirnik klatkowy do maszyny asynchronicznej PL PL PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Wirnik klatkowy do maszyny asyn- chronicznej z zamocowanym na walku, docisnietym z obu stron pierscieniami doci- skowymi, korpusem z blachy do umiesz- czenia pretów klatki, z których kazdy jest na zewnatrz korpusu z blachy polaczony na stale z pierscieniem zwarciowym, a kazdy pierscien zwarciowy jest podparty w kie- runku promieniowym przez osadzony na stale na walku pierscien oporowy, zna- mienny tym, ze oba pierscienie dociskowe znajduja sie w odstepie osiowym wzgledem korpusu z blachy, tworzac jednoczesnie pierscien oporowy (6) dla pierscienia zwar- ciowego (4), przy czym pomiedzy czolowa powierzchnia korpusu (2) z blachy i pier- scieniem oporowym (6) znajduja sie zebra dystansowe (7), korzystnie stanowiace in- tegralna czesc pierscienia oporowego (6). F IG . 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wirnik klatkowy do maszyny asynchronicznej z zamocowanym na wałku, dociśniętym z obu stron pierścieniami dociskowymi, korpusem z blachy do umieszczenia prętów klatki, z których każdy jest na zewnątrz korpusu z blachy połączony na stałe z pierścieniem zwarciowym, a każdy pierścień zwarciowy jest podparty w kierunku promieniowym przez osadzony na stałe na wałku pierścień oporowy.

Taki wirnik klatkowy znany jest na przykład z niemieckiego opisu DE 27 21 211 Al.

180 545

W szybkobieżnych silnikach asynchronicznych, zwłaszcza wystające po obu stronach z korpusu z blachy końce prętów klatki i połączone z nimi pierścienie zwarciowe podlegają silnemu oddziaływaniu wysokich temperatur w połączeniu z dużymi siłami odśrodkowymi i są zagrożone niekontrolowanym niewyważeniem. Każda, złożona z prętów, konstrukcja klatkowa jest ponadto w obszarze swobodnego zwoju (zwój czołowy) podatna na drgania w kierunku promieniowym i obwodowym, co zwłaszcza w przypadku silników trakcyjnych może wywoływać szkodliwe drgania rezonansowe, ponieważ najczęściej nie udaje się utrzymać częstotliwości drgań własnych poza częstotliwościami wzbudzania, pochodzącymi na przykład z przekładni (zębów zębnika).

Celem opanowania sił odśrodkowych w obszarze pierścieni zwarciowych maszyny asynchronicznej stosuje się od wielu lat pierścienie skurczowe, nasadzone na pierścień zwarciowy. Pierścień skurczowy służy jedynie jako mechaniczna podpora przy zginaniu. Cały twór jest, podobnie jak poprzednio, podatny na drgania.

W znanym z niemieckiego opisu DE 27 21 211 Al wirniku klatkowym każdy z pierścieni zwarciowych jest przytrzymywany przez osadzony na stałe na wałku pierścień centrujący. Pierścień centrujący przylega swą wewnętrzną stroną pod naciskiem osiowym do sąsiedniego czoła prętów klatki, a wolna część wewnętrznej czołowej strony pierścienia centrującego ma pierścieniowe wybranie, do którego płaszcza przylega, z zachowaniem odstępu względem czołowej strony pierścieniowego rowka, zewnętrzna powierzchnia pierścieniowa osiowego występu pierścienia zwarciowego, którego wewnętrzna powierzchnia pierścieniowa otacza wałek w promieniowym odstępie.

Znana konstrukcja ma dobre własności tłumiące w stosunku do drgań wymuszonych i drgań rezonansowych. W zasadzie jednak nadaje się ona jedynie do małych silników o małej średnicy wirnika, ponieważ stosunkowo masywny pierścień centrujący ma niekorzystny wpływ na chłodzenie wirnika, zwłaszcza zaś na optymalny przepływ przez czoło klatki.

Inną drogę podwyższenia wytrzymałości czoła klatki maszyny asynchronicznej na drgania skrętne ukazuje niemiecki opis DE 42 33 474 C2. Wystające tam osiowo z powierzchni czołowej pręty klatki są w części końcowej podzielone, tworząc oddzielne, leżące promieniowo jeden nad drugim, końce prętów, a należące do jednego rowka końce prętów są wygięte stycznie względem siebie. Konstrukcja ta jest bardzo droga, a jej wpływ na promieniową sztywność zwoju czołowego ma stosunkowo niewielki zakres.

Celem wynalazku jest zaproponowanie wirnika klatkowego do maszyn asynchronicznych. którego czoło jest w całym zakresie obrotów maszyny sprzężone z korpusem wirnika tak, że drgania własne nie występują w ogóle lub są tłumione.

Zadanie to jest według wynalazku rozwiązane w ten sposób, że oba pierścienie dociskowe znajdują się w odstępie osiowym względem korpusu z blachy, tworząc jednocześnie pierścień oporowy dla pierścienia zwarciowego, przy czym pomiędzy czołową powierzchnią korpusu z blachy i pierścieniem oporowym znajdują się żebra dystansowe, korzystnie stanowiące integralną część pierścienia oporowego.

Korzystnie pierścień zwarciowy spoczywa swoim obwodem wewnętrznym bezpośrednio lub odcinkami, za pośrednictwem pierwszego sprężystego członu na zewnętrznym obwodzie pierścienia oporowego i jest obciśnięty na pierścieniu oporowym za pomocą pierścienia skurczowego, który otacza pierścień zwarciowy.

Korzystnie pierścień zwarciowy spoczywa całym obwodem na pierścieniu oporowym.

Korzystnie na zewnętrznym obwodzie pierścienia oporowego i/lub na wewnętrznym obwodzie pierścienia zwarciowego znajduje się rowek, w którym umieszczony jest pierwszy człon sprężysty, zwłaszcza w postaci sprężyny falistej.

Korzystnie pierścień zwarciowy ma na swym obwodzie wewnętrznym, w co najmniej trzech strefach, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, wybrania w materiale.

Korzystnie pierścień zwarciowy ma na swym obwodzie wewnętrznym, w co najmniej trzech miejscach, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, naddatki materiału.

180 545

Korzystnie pierścień oporowy ma na obwodzie zewnętrznym, skierowany osiowo na zewnątrz, występ, zagłębiający się w rowku pierścieniowym na, zwróconej w kierunku korpusu z blachy, czołowej powierzchni pierścienia zwarciowego.

Korzystnie osiowy występ przylega do pierścienia oporowego, leżąc swą powierzchnią od strony wałka na ściance rowka od strony wałka, a nawet zagłębia się w rowek na pierścieniu zwarciowym, tworząc z nim połączenie kształtowe.

Korzystnie pomiędzy wewnętrzną powierzchnią występu i położoną blisko osi ścianką rowka umieszczony jest człon sprężysty, zwłaszcza sprężyna falista.

Zaletą wynalazku jest zwłaszcza to, że czoło klatki jest w całym zakresie obrotów maszyny, w tym również przy niskich obrotach, sprzężone z korpusem wirnika tak, że drgania własne nie występują w ogóle lub są tłumione. Rozwiązanie według wynalazku uwzględnia przy tym jednocześnie zmiany wielkości klatki zwarciowej, które występują wskutek działania sił odśrodkowych i cieplnego rozszerzania się materiału klatki w stosunku do korpusu wirnika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszą postać wykonania wynalazku w przekroju wzdłużnym przez końcową część wirnika klatki, przy czym podparcie zrealizowane jest za pomocą pierścienia skurczowego, fig. 2 - przekrój końcowej części na wysokości pierścienia dociskowego wirnika klatki według fig. 1 wzdłuż linii A-A, fig. 3 - pierwszą odmianę postaci wykonania według fig. 1 ze sprężystym członem pomiędzy pierścieniem zwarciowym i pierścieniem oporowym, fig. 4 - drugą postać wykonania wirnika klatki z umieszczonym w wybraniach materiału pierścieniem zwarciowym, fig. 5 - czołową stronę wirnika klatki według fig. 4 w widoku z góry, a fig. 6 - trzecią postać wykonania wirnika klatki z pierścieniem oporowym, który wchodzi w rowek w pierścieniu zwarciowym i zawiera człon sprężysty.

Na wałku 1 zamocowany jest w typowy sposób korpus 2 z blachy. Korpus 2 z blachy ma na obwodzie zewnętrznym osiowo biegnące rowki, w które wkłada się pręty 3 klatki, zabezpieczając je tam promieniowo przed działaniem siły odśrodkowej. Pręty 3 klatki wystają poza korpus 2 z blachy i są połączone z pierścieniem zwarciowym 4, który jest wyraźnie odsunięty od czoła korpusu 2 z blachy. Wystające końce prętów 3 klatki i pierścień zwarciowy 4 tworzą tak zwany zwój czołowy.

Końce prętów 3 klatki zwężają się w kierunku promieniowym. Na pierścień zwarciowy 4 nasadzony jest pierścień skurczowy 5. W pierścieniowej komorze pomiędzy wałkiem 1 i pierścieniem zwarciowym 4 umieszczony jest pierścień oporowy 6, który jest połączony na stałe z wałkiem 1, na przykład obkurczony na nim, i przylega na całym obwodzie do wewnętrznego obwodu pierścienia zwarciowego 4. Ten pierścień oporowy 6 jest odsunięty od czołowej powierzchni korpusu 2 z blachy. Na swej powierzchni, zwróconej w stronę korpusu 2 z blachy, jest on zaopatrzony w dużą ilość promieniowo skierowanych żeber 7. Służą one zarówno jako element dystansowy w stosunku do korpusu 2 z blachy, jak też jako pierścień dociskowy dla korpusu 2 z blachy. Pierścień oporowy przejmuje jednocześnie funkcję pierścienia dociskowego dla korpusu 2 z blachy. Osiowe unieruchomienie pierścienia oporowego jest zrealizowane w taki sam sposób, jak we wspomnianym wstępie niemieckim opisie DE 27 21 211 Al.

Przy chłodzeniu pierścienia skurczowego 5 siła obkurczająca działa najpierw na pierścień zwarciowy 4, a następnie na pierścień oporowy 6. Wstępne naprężenie pierścienia skurczowego 5 jest przy tym tak dobrane, że w czasie całej pracy maszyny nie dochodzi do zlikwidowania połączenia tarciowego pomiędzy wewnętrzną powierzchnią pierścienia zwarciowego 4 i zewnętrzną powierzchnią pierścienia oporowego 6.

Jak widać wyraźnie na fig. 1, opisana konstrukcja oporowa zakłóca jedynie w nieznacznym stopniu wentylację czoła klatki, pozostającego pod silnymi oddziaływaniami elektrycznymi. Chłodzące powietrze może praktycznie bez przeszkód przepływać z osiowych otworów 8 dla powietrza chłodzącego w korpusie 2 z blachy przez odstępy pomiędzy żebrami 7 w kierunku promieniowym na zewnątrz. W razie potrzeby również w pierścieniu oporowym 6 można umieścić otwory przelotowe 9, z których każdy leży pomiędzy dwoma

180 545 sąsiednimi żebrami 7, nie musi jednak koniecznie być współosiowy w stosunku do otworów 8 dla powietrza chłodzącego.

W przedstawionym na fig. 3, kolejnym wykonaniu wirnika klatki według fig. 1 lub 2 połączenie pierścienia zwarciowego 4 z pierścieniem oporowym jest zrealizowane poprzez człon sprężysty, na przykład sprężynę falistą 10. Ta sprężyna falista 10 leży częściowo w obwodowym rowku w zewnętrznej powierzchni pierścienia oporowego 6, a częściowo w wewnętrznej powierzchni pierścienia zwarciowego i 4. Analogicznie do postaci wykonania według fig. 1 pierścień zwarciowy 4 i pierścień oporowy 6 opierają się bezpośrednio o siebie. Sprężyna falista 10 zapewnia przy tym połączenie w razie, gdyby doszło do zlikwidowania połączenia tarciowego.

W przedstawionej na fig. 4 i 5 postaci wykonania wynalazku połączenie tarciowe, a co za tym idzie, także połączenie między pierścieniem zwarciowym 4 i pierścieniem oporowym 6 jest zrealizowane poprzez specjalne ukształtowanie pierścienia zwarciowego. Zamiast pierścienia zwarciowego o jednakowym przekroju w kierunku obwodowym, zastosowany tutaj pierścień zwarciowy 4 wykazuje zamierzoną anizotropię w kierunku obwodowym. Anizotropię tę osiąga się w ten sposób, że w trzech według przykładu wykonania fragmentach pierścienia zwarciowego 4 znajdują się wybrania materiałowe 11. Są one rozmieszczone równomiernie na wewnętrznym obwodzie pierścienia zwarciowego i rozciągają się pod kątem od 60 do 90°. W strefie 12 pomiędzy wybraniami materiału pierścień zwarciowy 4 spoczywa praktycznie całą swą szerokością na pierścieniu oporowym 6, zaś w obszarze wybrań 11 w przybliżeniu tylko połową szerokości (czyli szerokością pierwotną). W pracy maszyny anizotropia ta objawia się w taki sposób, że pod działaniem siły odśrodkowej następuje zmiana kształtu zarówno pierścienia zwarciowego 4, jak też pierścienia skurczowego 5, która to zmiana jest, w dużej przesadzie, zaznaczona na fig. 5 linią przerywaną. Ta zmiana kształtu powoduje powstanie sił w kierunku promieniowym, które symbolizują strzałki na fig. 5 i które wzmacniają połączenie tarciowe w strefach 12.

Opisaną anizotropię można uzyskać także w ten sposób, że zamiast wybrań 11 w materiale, na wewnętrznym obwodzie pierścienia zwarciowego 4, rozmieszczone są naddatki materiałowe, co nie zostało wyraźnie przedstawione na fig. 4 i 5.

Nie wychodząc poza ramy zakreślone wynalazkiem, można w przypadku lutowanych zwojów klatki ze stopowego materiału przewodzącego o wyższej wytrzymałości zrealizować połączenie pierścienia zwarciowego z pierścieniem oporowym również w ten sposób, że pierścień oporowy 6' ma na obwodzie zewnętrznym, skierowany osiowo na zewnątrz, występ 13, który zagłębia się w rowku pierścieniowym 14 na, zwróconej w kierunku korpusu 2 z blachy, czołowej powierzchni pierścienia zwarciowego 4' (fig. 6). Według pierwszego wariantu osiowy występ 13 przylega przy tym do pierścienia oporowego 6', leżąc swą powierzchnią od strony wałka na ściance rowka od strony wałka. W granicznym przypadku może on nawet zagłębiać się w rowek 14 na pierścieniu zwarciowym 4', tworząc z nim połączenie kształtowe. W ten sposób powstaje połączenie, które staje się coraz mocniejsze wraz ze wzrostem stopnia nagrzania i liczby obrotów. Aby oddziaływanie występu 13 na pierścień oporowy 6' utrzymać w określonych granicach, korzystnie jest włożyć pomiędzy wewnętrzną powierzchnię występu 13 i położoną blisko osi ściankę rowka człon sprężysty, korzystnie sprężynę falistą 15.

180 545

FIG. 6

180 545

FIG.3

FIG.4

180 545

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wirnik klatkowy do maszyny asynchronicznej z zamocowanym na wałku, dociśniętym z obu stron pierścieniami dociskowymi, korpusem z blachy do umieszczenia prętów klatki, z których każdy jest na zewnątrz korpusu z blachy połączony na stałe z pierścieniem zwarciowym, a każdy pierścień zwarciowy jest podparty w kierunku promieniowym przez osadzony na stałe na wałku pierścień oporowy, znamienny tym, że oba pierścienie dociskowe znajdują się w odstępie osiowym względem korpusu z blachy, tworząc jednocześnie pierścień oporowy (6) dla pierścienia zwarciowego (4), przy czym pomiędzy czołową powierzchnią korpusu (2) z blachy i pierścieniem oporowym (6) znajdują się żebra dystansowe (7), korzystnie stanowiące integralną część pierścienia oporowego (6).
2. 2. Wirnik klatkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień zwarciowy (4) spoczywa swoim obwodem wewnętrznym bezpośrednio łub odcinkami, za pośrednictwem pierwszego sprężystego członu na zewnętrznym obwodzie pierścienia oporowego (6) i jest obciśnięty na pierścieniu oporowym (6) za pomocą pierścienia skurczowego (5), który otacza pierścień zwarciowy (4).
3. 3. Wirnik klatkowy według zastrz. 2, znamienny tym, że pierścień zwarciowy (4) spoczywa całym obwodem na pierścieniu oporowym (6).
4. 4. Wirnik klatkowy według zastrz. 2, znamienny tym, że na zewnętrznym obwodzie pierścienia oporowego (6) i/lub na wewnętrznym obwodzie pierścienia zwarciowego (4) znajduje się rowek, w którym umieszczony jest pierwszy człon sprężysty, zwłaszcza w postaci sprężyny falistej (10).
5. 5. Wirnik klatkowy według zastrz. 2, znamienny tym, że pierścień zwarciowy ma na swym obwodzie wewnętrznym, w co najmniej trzech strefach, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, wybrania (11) w materiale.
6. 6. Wirnik klatkowy według zastrz. 2, znamienny tym, że pierścień zwarciowy ma na swym obwodzie wewnętrznym, w co najmniej trzech miejscach, rozmieszczonych równomiernie na obwodzie, naddatki (12) materiału.
7. 7. Wirnik klatkowy według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścień oporowy (6') ma na obwodzie zewnętrznym, skierowany osiowo na zewnątrz, występ (13), zagłębiający się w rowku pierścieniowym (14) na, zwróconej w kierunku korpusu (2) z blachy, czołowej powierzchni pierścienia zwarciowego (4').
8. 8. Wirnik klatkowy według zastrz. 7, znamienny tym, że osiowy występ (13) przylega do pierścienia oporowego (6'), leżąc swą powierzchnią od strony wałka na ściance rowka od strony wałka, a nawet zagłębia się w rowek (14) na pierścieniu zwarciowym (4'), tworząc z nim połączenie kształtowe.
9. 9. Wirnik klatkowy według zastrz. 7, znamienny tym, że pomiędzy wewnętrzną powierzchnią występu (13) i położoną blisko osi ścianką rowka umieszczony jest człon sprężysty, zwłaszcza sprężyna falista (15).