一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机论文和设计-董向方

全文摘要

本发明公开一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，包括一体式机壳，一体式机壳上侧安装有冷却器，冷却器上设有进风口和出风口，一体式机壳内间隙配合设有定子组件；还包括与定子组件内配合安装的转子组件，定子组件沿转子轴向两侧分别间隔安装有挡风板，转子组件两端与挡风板对应处设有轴流风扇，一体式机壳内部两挡风板之间形成热风区，热风区与冷却器上的进风口相连通，两挡风板之外形成冷风区，冷风区与冷却器上的出风口相连通，冷风区和热风区之间通过轴流风扇实现连通形成冷却风路；本发明采用箱式结构、模块化组装设计，大大降低了安装成本和制造成本，同时确保发电机运行时风路不产生交叉，保证保证电机有较好的冷却效果。

主设计要求

1.一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，包括一体式机壳，一体式机壳下侧安装在底座上，一体式机壳上侧安装有冷却器，所述冷却器上设有进风口和出风口，所述一体式机壳前后两侧分布有主接线盒和中性点接线盒，一体式机壳内设有连接在底座上的定子组件，使定子组件与一体式机壳间隙配合；还包括与定子组件内配合安装的转子组件，所述转子组件两端伸出一体式机壳外并配合安装有一体化柔性端盖式滑动轴承，一体化柔性端盖式滑动轴承的底部安装在底座上，一体化柔性端盖式滑动轴承的侧部与一体式机壳采用隔振机构连接，所述定子组件沿转子轴向两侧分别间隔安装有挡风板，转子组件两端与挡风板对应处安装有轴流风扇，所述挡风板分别与底座、一体式机壳通过密封机构密封连接，一体式机壳内部两挡风板之间形成热风区，热风区与冷却器上的进风口相连通，两挡风板之外形成冷风区，冷风区与冷却器上的出风口相连通，冷风区和热风区之间通过轴流风扇实现连通形成冷却风路。

设计方案

1.一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，包括一体式机壳，一体式机壳下侧安装在底座上，一体式机壳上侧安装有冷却器，所述冷却器上设有进风口和出风口，所述一体式机壳前后两侧分布有主接线盒和中性点接线盒，一体式机壳内设有连接在底座上的定子组件，使定子组件与一体式机壳间隙配合；

还包括与定子组件内配合安装的转子组件，所述转子组件两端伸出一体式机壳外并配合安装有一体化柔性端盖式滑动轴承，一体化柔性端盖式滑动轴承的底部安装在底座上，一体化柔性端盖式滑动轴承的侧部与一体式机壳采用隔振机构连接，

所述定子组件沿转子轴向两侧分别间隔安装有挡风板，转子组件两端与挡风板对应处安装有轴流风扇，所述挡风板分别与底座、一体式机壳通过密封机构密封连接，一体式机壳内部两挡风板之间形成热风区，热风区与冷却器上的进风口相连通，两挡风板之外形成冷风区，冷风区与冷却器上的出风口相连通，冷风区和热风区之间通过轴流风扇实现连通形成冷却风路。

2.根据权利要求1所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述一体式机壳包括四个立板，沿转子轴向平行设置的立板为端板，沿转子径向平行设置的立板为侧板，相邻端板和侧板之间焊接并连接有斜拉支撑筋，平行设置的侧板顶部之间连接有多个定位连杆和多个稳固连杆，所述定位连杆上设有配合槽，定位连杆位于转子轴向两侧，稳固连杆位于定位连杆之间，所述四个立板底部外缘垂直连接有与底座连接的压板。

3.根据权利要求2所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述侧板上开设有观察孔和检修孔。

4.根据权利要求3所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述端板上设有一体式吊耳，端板开设有与一体化柔性端盖式滑动轴承配合安装的安装槽。

5.根据权利要求4所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述压板上端与立板之间设有多个加强筋，压板下端开有密封槽，密封槽与底座之间安装有密封条。

6.根据权利要求5所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述密封机构包括安装在挡风板上端和定位连杆的配合槽之间的密封条，所述挡风板下端和底座之间设置有密封条，挡风板两侧与侧板之间通过密封压板密封。

7.根据权利要求6所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述定子组件与挡风板之间通过双头螺柱固定。

8.根据权利要求7所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述一体化柔性端盖式滑动轴承包括轴承下半座和扣合安装在轴承下半座上的轴承上半座，轴承下半座和轴承上半座配合形成孔型安放部，所述孔型安放部内同轴安装有轴瓦，所述轴瓦前后两侧分别安装有轴承内盖和轴承外盖，所述轴瓦与轴承内盖之间安装有密封垫，所述轴瓦与轴承外盖之间安装有密封垫，轴承下半座下端连接有防共振支撑座，所述防共振支撑座上设有与一体式机壳配合连接的下连接机构，所述轴承上半座上设有与一体式机壳配合连接的上连接机构，所述下连接机构与上连接机构形成隔振机构。

9.根据权利要求8所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述防共振支撑座包括底板，底板与轴承下半座之间通过支撑立板连接，所述支撑立板前后两侧垂直连接有多个加强板，所述加强板分别与底板、轴承下半座连接。

10.根据权利要求9所述的一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，其特征在于，所述下连接机构包括支撑立板左、右两侧设有的竖直卡槽，竖直卡槽与机壳对应部位之间设有密封条并通过螺栓连接；所述上连接机构包括所述轴承上半座的外边缘设有的弧形卡部，弧形卡部与机壳对应部位之间设有密封条并通过螺栓连接。

设计说明书

技术领域

本发明涉及大型箱式发电机技术设备领域，特别涉及一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机。

背景技术

随着能源的发展，天然气能源的应用越来越广泛，但能源的分布并不均匀，天然气需要进行管道输送，天然气管线设置了很多增压减压站，在减压过程中，其能量巨大，现基本是白白损失掉了，为节约能源，采取压差发电的方式可以回收该处能量，但压力的变化并不是恒定的，造成其带动的膨胀机等设备转速也不能恒定，因此发电机需要适应变速变频发电工况，变频变速发电机的研发就应运而生。

但对于一些运行工况较为复杂发电机来说，例如大型变频变速发电机，发电机工作点多，需要转子固有频率和轴承固有频率均避开工作点频率，一体化端盖式滑动轴承的固有频率设计要么采用高固有频率的刚性设计，要么采用低固有频率的柔性设计。虽然可以使用座式轴承或钢性端盖式轴承解决此问题，但是这两种常规结构都加大了轴承和整机的重量，增加了成本，同时座式轴承结构的发电机轴系长，这些问题均限制了发电机的制造和使用场合范围。而采用柔性设计，不仅满足了运行工况要求，也降低了重量和制造成本，而且整体布局更紧凑，发电机尺寸小，拓展了无刷励磁同步发电机的适用环境，因此具有很大的经济价值和现实意义。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种结构紧凑、高防护等级、振动低、安全可靠、安装方便、维护简单、可变频运行、工况适用范围广的大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，为解决上述问题所采取的技术方案是：

一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，包括一体式机壳，一体式机壳下侧安装在底座上，一体式机壳上侧安装有冷却器，所述冷却器上设有进风口和出风口，所述一体式机壳前后两侧分布有主接线盒和中性点接线盒，一体式机壳内设有连接在底座上的定子组件，使定子组件与一体式机壳间隙配合；还包括与定子组件内配合安装的转子组件，所述转子组件两端伸出一体式机壳外并配合安装有一体化柔性端盖式滑动轴承，一体化柔性端盖式滑动轴承的底部安装在底座上，一体化柔性端盖式滑动轴承的侧部与一体式机壳采用隔振机构连接；所述定子组件沿转子轴向两侧分别间隔安装有挡风板，转子组件两端与挡风板对应处安装有轴流风扇，所述挡风板分别与底座、一体式机壳通过密封机构密封连接，一体式机壳内部两挡风板之间形成热风区，热风区与冷却器上的进风口相连通，两挡风板之外形成冷风区，冷风区与冷却器上的出风口相连通，冷风区和热风区之间通过轴流风扇实现连通形成冷却风路。

进一步，所述一体式机壳包括四个立板，沿转子轴向平行设置的立板为端板，沿转子径向平行设置的立板为侧板，相邻端板和侧板之间焊接并连接有斜拉支撑筋，平行设置的侧板顶部之间连接有多个定位连杆和多个稳固连杆，所述定位连杆上设有配合槽，定位连杆位于转子轴向两侧，稳固连杆位于定位连杆之间，所述四个立板底部外缘垂直连接有与底座连接的压板。

进一步，所述侧板上开设有观察孔和检修孔。

进一步，所述端板上设有一体式吊耳，端板开设有与一体化柔性端盖式滑动轴承配合安装的安装槽。

进一步，所述压板上端与立板之间设有多个加强筋，压板下端开有密封槽，密封槽与底座之间安装有密封条。

进一步，所述密封机构包括安装在挡风板上端和定位连杆的配合槽之间的密封条，所述挡风板下端和底座之间设置有密封条，挡风板两侧与侧板之间通过密封压板密封。

进一步，所述定子组件与挡风板之间通过双头螺柱固定。

进一步，所述一体化柔性端盖式滑动轴承包括轴承下半座和扣合安装在轴承下半座上的轴承上半座，轴承下半座和轴承上半座配合形成孔型安放部，所述孔型安放部内同轴安装有轴瓦，所述轴瓦前后两侧分别安装有轴承内盖和轴承外盖，所述轴瓦与轴承内盖之间安装有密封垫，所述轴瓦与轴承外盖之间安装有密封垫，轴承下半座下端连接有防共振支撑座，所述防共振支撑座上设有与一体式机壳配合连接的下连接机构，所述轴承上半座上设有与一体式机壳配合连接的上连接机构，所述下连接机构与上连接机构形成隔振机构。

进一步，所述防共振支撑座包括底板，底板与轴承下半座之间通过支撑立板连接，所述支撑立板前后两侧垂直连接有多个加强板，所述加强板分别与底板、轴承下半座连接。

进一步，所述下连接机构包括支撑立板左、右两侧设有的竖直卡槽，竖直卡槽与机壳对应部位之间设有密封条并通过螺栓连接；所述上连接机构包括所述轴承上半座的外边缘设有的弧形卡部，弧形卡部与机壳对应部位之间设有密封条并通过螺栓连接。

本发明所具有的有益效果为：

1.本发明为一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，利用简单的钢板焊接底座作为依托，采用箱式结构、模块化组装设计，大大降低了安装成本和制造成本，同时具有良好的防护效果，满足IP54防护等级要求；通过结构设置，重新区分出冷分区和热风区，确保发电机运行时风路不产生交叉，保证保证电机有较好的冷却效果。

2.本发明通过一体式机壳和定子组件间隔设置代替现有的机壳和定子组件一体化设计，保证定子组件与一体式机壳没有直接接触，从而避免定子组件在工作过程中将振动直接传递至一体式机壳，达到了隔振效果；

3.本发明采用一体式机壳，结构简单，质量轻，且刚度好，便于快速加工，同时通过设计观察孔和检修孔便于观察电机内部运行情况和进行维护，一体式机壳上设有一体式吊耳，可以通过一体式吊耳将一体式机壳整体吊入安装，适用于陆地、移动电站等环境。

4.本发明采用柔性一体化端盖式滑动轴承，与传统的座式滑动轴承、端盖式滑动轴承和一体式端盖式轴承相比，降低了制造成本和整体的重量，同时使整个发电机布局更紧凑，转子刚度大，振动小，轴承座采用多个薄钢板焊接完成柔性设计，有效的避免了发电机运行时各个工作点的共振问题，工况适用范围广。

5.本发明采用隔振机构，使得轴承座与机壳之间安装有密封条，并通过螺栓紧固，这种弹性非定位螺栓连接方式，可以为轴承提供更大的柔性自由度，并减小机壳传递的激振力，达到发电机相应的防护等级。

附图说明

图1为本发明结构爆炸图；

图2为本发明结构图；

图3为本发明冷却风路示意图图；

图4为图3的C处放大图；

图5为图3的左视图；

图6为一体式机壳结构示意图；

图7为图6的D处放大图；

图8为柔性一体化端盖式滑动轴承爆炸图；

图9为柔性一体化端盖式滑动轴承与发电机配合装配图；

图10为图9的A处放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1-10所示，一种大型箱式变频变速同步无刷励磁发电机，包括一体式机壳2，一体式机壳2下侧安装在底座1上，一体式机壳2上侧安装有冷却器3，所述冷却器3上设有进风口和出风口，所述一体式机壳2前后两侧分布有主接线盒4和中性点接线盒5，一体式机壳2内部设有连接在底座1上的定子组件6，使定子组件6与一体式机壳2间隙配合，从而避免定子组件6在工作过程中将振动直接传递至一体式机壳2；定子组件6包括焊接的箱式定子机座、硅钢片迭压的定子铁心和铜线绕制的线圈，定子组件6采用独立式设计，取代了原有的定子组件6与机壳整体设计的理念，从而降低其重量，便于安装和维护；定子铁心单独下线制造后整体通过螺栓紧固在底座1上，提高其刚性，避免了定子振动直接传递至一体式机壳2；

所述定子组件6上配合安装有转子组件7，转子组件7包括转子，转子为采用整体合金钢加工的隐极结构，转子的两端分别有悬挂式护环和轴流风扇，以及由护环下齿状阻尼环、转子通长槽楔，大齿部位的阻尼槽楔构成笼形全阻尼系统，悬挂式护环、轴流风扇和全阻尼系统为现有技术，在本实施例中不在赘述；所述转子两端伸出一体式机壳2外并配合安装有一体化柔性端盖式滑动轴承8，一体化柔性端盖式滑动轴承8的底部安装在底座1上，一体化柔性端盖式滑动轴承8的侧部与一体式机壳2采用隔振机构连接，所述转子组件7位于一体化柔性端盖式滑动轴承8外其中一端安装有三机无刷励磁装置9；

所述定子组件6沿转子轴向两侧分别间隔安装有挡风板10，转子组件7两端与挡风板10对应处安装有轴流风扇，挡风板10上安装有玻璃钢材质的挡风环，挡风环内同轴安装有铸铝材质的挡风圈，挡风圈的内圆和轴流风扇的外圆之间有2.5mm的间隙，优选的，本实施例中所述定子组件6与挡风板10之间采用双头螺柱固定，挡风板10分别与底座1、一体式机壳2通过密封机构密封连接，优选的，本实施例中，所述密封机构包括安装在挡风板10上端和槽钢加强筋23之间的密封条，所述挡风板10下端和底座1之间设置有密封条，挡风板10两侧与侧板22之间通过密封压板11密封，所述密封条12为海绵橡胶板；所述一体式机壳2内两挡风板10之间形成热风区，如图3中B所示，热风区与冷却器3上的进风口相连通，两挡风板10之外形成冷风区，如图3中A所示，冷风区与冷却器3上的出风口相连通，冷风区和热风区通过轴流风扇实现连通形成冷却风路；工作时，冷却器3内的冷空气通过出风口从一体式机壳2上端进入冷风区，通过冷风区经过轴流风扇进入热风区，热风区内的热空气通过进风口从一体式机壳2上端进入冷却器3，这样电机运行中冷、热风路不产生交叉，可以更好的实现冷热风的转化，保证电机有较好的冷却效果。

如图1-10所示，为了使得机壳便于加工，且质量轻、不变形，所述一体式机壳2包括四个立板，沿转子轴向平行设置的立板为端板21，沿转子径向平行设置的立板813为侧板22，相邻端板21和侧板22之间焊接并连接有斜拉支撑筋25，平行设置的侧板22顶部之间连接有多个定位连杆和多个稳固连杆，所述定位连杆上设有配合槽，定位连杆位于转子轴向两侧，稳固连杆位于定位连杆之间，本实施例中，优选的定位连杆为槽钢加强筋23，稳固连杆为方钢加强筋24；所述四个立板底部外缘垂直焊接有与底座1连接的压板27，压板27便于一体式机壳2和底座1连接，这样设计的机壳结构简单，质量轻，且刚度好，便于快速加工。

如图1-10所示，为了便于观察电机内部运行情况和进行维护，所述侧板22上开设有观察孔29和检修孔28。

如图1-10所示，本实施例中为了便于一体式机壳2进行安装和拆卸，所述端板21上设有一体式吊耳26，可以通过一体式吊耳26将一体式机壳2整体吊入安装，端板21开设有与一体化柔性端盖式滑动轴承8配合安装的安装槽。

如图1-10所示，为了满足IP54防护等级要求，且同时保证隔振设计和防护严密，且外观整洁，所述压板27上端与立板之间设有多个加强筋，稳固立板与压板27的安装，压板27下端开有密封槽271，密封槽271与底座1之间安装有密封条12，本实施例中所述密封条12为海绵橡胶板，密封条12的安装保证一体式机壳2与底座1防护严密，且可以减少底座1上的振动传递至一体式机壳2上，达到隔振设计，从而也可以实现IP54防护等级要求。

如图1-10所示，为了有效的避免了发电机运行时各个工作点的共振问题，工况适用范围广，同时这样设计轴承可以降低了制造成本和整体的重量，同时使整个发电机布局更紧凑，所述一体化柔性端盖式滑动轴承8包括轴承下半座87和扣合安装在轴承下半座87上的轴承上半座85，轴承下半座87和轴承上半座85配合形成孔型安放部，所述孔型安放部内同轴安装有轴瓦84，所述轴瓦84前后两侧分别安装有轴承内盖82和轴承外盖86，所述轴瓦84与轴承内盖82之间安装有密封垫83，所述轴瓦84与轴承外盖86之间安装有密封垫83，轴承下半座87下端连接有防共振支撑座81，所述防共振支撑座81上设有与一体式机壳2配合连接的下连接机构，所述轴承上半座85上设有与一体式机壳2配合连接的上连接机构，所述下连接机构与上连接机构形成隔振机构。

如图1-10所示，为了解决发电机运行时各个工作点的共振问题，所述防共振支撑座81包括底板811，底板811与轴承下半座87之间通过支撑立板813连接，所述支撑立板813前后两侧垂直连接有多个加强板812，所述加强板812分别与底板811、轴承下半座87连接，优选的连接方式选择焊接。在本实施例中，所述加强板812、底板811和立板813均采用钢板，轴承下半座87和轴承上半座85均采用钢板焊接而成，优选的钢板厚度为5-25mm；电机开始工作时，电机在转速为1600r\/min、1890r\/min、2150r\/min、2580r\/min、2750r\/min、3010r\/min、3150r\/min、3270r\/min等工作点的带载运行，对应工作点的振动频率为26.67Hz,31.50Hz,35.83Hz,43.00Hz，45.83 Hz,50.17Hz,52.50Hz,54.50Hz，这样采用钢板连接的设计使得轴承一阶固有频率为18Hz，低于工作点情况下的振动频率，有效的避免了发电机运行时各个工作点的共振问题，从而使得大部分轴振动值控制在20μm以下，个别点在45μm以下，低于国标80μm的要求。

如图1-10所示，为了起到密封作用，达到发电机相应的防护等级，同时此安装设计为轴承提供了更大的柔性自由度，并减小机壳传递的激振力，隔振机构包括下连接机构和上连接机构，所述下连接机构包括支撑立板813左、右两侧设有的竖直卡槽814，竖直卡槽814与一体式机壳2对应部位之间设有密封条12并通过螺栓连接；所述上连接机构包括所述轴承上半座85的外边缘设有的弧形卡部，弧形卡部与机壳对应部位之间设有密封条12并通过螺栓连接，本实施例中，密封条12为橡胶密封条，柔性一体化端盖式滑动轴承对止口加工无过高要求，只需保证配合面平整，边缘齐整美观即可，具有较大的调整量，装配时利用小规格螺栓进行把紧固定，两者结合面之间根据缝隙大小加入合适规格的橡胶密封条，以起到密封作用。

本发明的工作过程为：

电机开始工作时，电机在转速为1600r\/min、1890r\/min、2150r\/min、2580r\/min、2750r\/min、3010r\/min、3150r\/min、3270r\/min等工作点的带载运行，对应工作点的振动频率为26.67Hz,31.50Hz,35.83Hz,43.00Hz，45.83 Hz,50.17Hz,52.50Hz,54.50Hz，转子相对定子转动进行发电，此时冷却器3将冷风经出风口通过一体式机壳2上侧进入冷风区，冷风进入冷风区经过轴流风扇进入热风区，热风区的热风经进风口通过一体式机壳2上侧进入冷却器3，这样可以实现冷风和热风的置换，可以将电机内产生的热量带出保证电机有较好的冷却效果。同时在工作过程中，一体式机壳2与定子组件6采用间隔安装，定子组件6在工作过程中产生的激振力没有直接传递至一体式机壳2上，起到了隔振的效果，同时一体化柔性端盖式滑动轴承8的安装，通过隔振机构起到密封作用，达到发电机相应的防护等级，同时此安装设计为轴承提供了更大的柔性自由度，并减小机壳传递的激振力，达到了隔振的效果；此外轴承座由多个薄钢板焊接而成，使得轴承一阶固有频率为18Hz，低于工作点情况下的振动频率，有效的避免了发电机运行时各个工作点的共振问题。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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