發電機轉子磨蝕疲勞裂紋修理方法
【專利摘要】本發明涉及發電機轉子磨蝕疲勞裂紋修理方法。具體而言，本發明涉及一種檢修或者修理電動機械的轉子線圈槽壁(38)的楔形榫頭部分中的裂紋的方法。線圈槽壁(38)包括連接至向內漸縮表面(52)的徑向入口表面(51)。向內漸縮表面(52)連接至中間徑向表面(53)。加工步驟在徑向入口表面(51)和向內漸縮表面(52)中加工第一凹槽(54)。第一凹槽(54)線性地延伸至中間徑向表面(53)。第一凹槽(54)配置為使得沿著第一凹槽(54)的長度創建平滑和線性的表面。第二加工步驟在中間徑向表面(53)中在大致垂直于第一凹槽(54)的定向上加工第二凹槽(55)。第二凹槽(55)的一部分接觸第一凹槽(54)的一部分。第一凹槽(54)和第二凹槽(55)中的至少一者配置為從線圈槽壁(38)移除受損材料。
【專利說明】
發電機轉子磨蝕疲勞裂紋修理方法
技術領域
[0001]本發明涉及發電機轉子，并且尤其涉及在位于軸向對準的轉子楔的對接接頭處的轉子齒中經歷了磨蝕損傷和/或裂紋的發電機轉子的修理。
【背景技術】
[0002]傳統電動機械(諸如與燃氣渦輪和蒸汽渦輪一起使用的發電機)采用磁性材料鍛造的轉子，將徑向槽加工到轉子中以用于容納場繞組的導電匝，場繞組相互連接以便產生期望的磁通量模式。通常，這種傳統轉子槽包括:在轉子槽頂端和底端的蠕變塊(creepageblock)，以及線圈槽楔，其用于抵抗當轉子操作時施加在繞組上的沿徑向向外的力。
[0003]槽楔通常是楔形榫頭形狀，其用于在轉子以例如3600轉每分鐘旋轉時使銅線圈保持就位。在現有技術中，這種線圈槽楔一般為6至12英寸長，對于每個線圈槽需要多個這種楔，尤其是在具有高的額定電功率的較長的轉子中。為了減少組件需要的零件數量以及增加此組件的總體速度，在某些應用中已經使用了全長楔。對于其它應用，公差排除了全長楔的使用，在這種情況下，每個轉子槽中使用兩個或者更多個楔。然而，已經在多種發電機的徑向槽壁中在相鄰的轉子楔之間的對接接頭處發現了裂紋，這明顯是由于在鋼楔的端部處出現的磨蝕損傷引起的。如果允許這些裂紋保留在轉子中，則裂紋可能增長并且可能引起轉子的毀滅性故障。
[0004]—種解決磨蝕疲勞問題的現有方案是:將受損的齒材料加工除掉并且利用單個全長鋁楔來替換多個原來的短鋼轉子極楔。然而，如已經在上文提到的，存在不能使用全長楔的許多發電機轉子，且其需要繼續使用多個具有原始尺寸的較短的楔。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種用于修理發電機轉子的過程，該發電機轉子在鋼轉子楔的對接接頭處的轉子齒中具有磨蝕疲勞損傷。修理過程大致通過如下方式來消除存在的裂紋:通過加工除掉任何受損材料以創建最小程度地減少轉子的低周和高周疲勞壽命的形狀。
[0006]在一個實施例中，沿著垂直入口表面和徑向向外漸縮的楔形榫頭表面對槽側壁進行加工以形成單個凹槽，其移除受損材料。加工區域為凹形的形狀，使得僅僅最小程度地減少轉子的低周和高周疲勞壽命。
[0007]在另一實施例中，加工過程繼續進行到楔形榫頭的中間垂直(或者徑向)表面中，并且在該區域中在相反的方向上軸向地延伸，以便使加工區域呈倒T形。
[0008]通過移除受損材料但也通過利用類似尺寸的鋁楔替換原始鋼楔大致消除了未來的磨蝕損傷。該解決方案是有利的，因為其不需要大規模的加工或者高速轉子平衡操作，并且因此適合于在現場實施。當替換了楔時，相鄰楔之間的對接接頭可以與修理區域對準或者從修理區域偏移。
[0009]因此，在本發明的一個方面，提供了一種用于檢修或者修理電動機械的轉子線圈槽壁的楔形榫頭部的至少一側中的裂紋的方法。轉子線圈槽壁至少包括連接至向內漸縮表面的徑向入口表面，并且向內漸縮表面連接至中間徑向表面。該方法包括在徑向入口表面和向內漸縮表面中加工第一凹槽的第一加工步驟。第一凹槽線性地延伸至中間徑向表面，并且第一凹槽配置為使得沿著第一凹槽的長度創建平滑和線性的表面。第二加工步驟在中間徑向表面中在大致垂直于第一凹槽的定向上加工第二凹槽。第二凹槽的至少一部分接觸第一凹槽的一部分。第一凹槽和第二凹槽中的至少一者配置為從線圈槽壁移除受損材料。
[0010]在本發明的另一個方面，提供了一種檢修或者修理發電機中的轉子線圈槽壁的楔形榫頭部分的至少一側中的裂紋的方法。轉子線圈槽壁包括連接至向內漸縮表面的徑向入口表面，并且向內漸縮表面連接至中間徑向表面。徑向入口表面和中間徑向表面大致平行于彼此。該方法包括在徑向入口表面和向內漸縮表面中加工第一凹槽的第一加工步驟。第一凹槽從外轉子表面線性地延伸至中間徑向表面，并且第一凹槽配置為使得沿著第一凹槽的長度創建平滑和線性的表面。第二加工步驟在中間徑向表面中在大致垂直于第一凹槽且相對于發電機大致沿軸向的定向上加工第二凹槽。第二凹槽的至少一部分接觸第一凹槽的一部分。第一凹槽和第二凹槽中的至少一者配置為從線圈槽壁移除受損材料或者作為防止線圈槽壁損傷的預防措施。
[0011 ]技術方案1.一種檢修或者修理電動機械的轉子線圈槽壁的楔形榫頭部分的至少一側中的裂紋的方法，所述轉子線圈槽壁包括連接至向內漸縮表面的徑向入口表面，且所述向內漸縮表面連接至中間徑向表面，所述方法包括:
在所述徑向入口表面和所述向內漸縮表面中加工第一凹槽，所述第一凹槽線性地延伸至所述中間徑向表面，所述第一凹槽配置為使得沿著所述第一凹槽的長度創建平滑和線性的表面；
在所述中間徑向表面中在大致垂直于所述第一凹槽的方向上加工第二凹槽，所述第二凹槽的至少一部分接觸所述第一凹槽的一部分；以及
其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一者配置為從所述線圈槽壁移除受損材料。
[0012]技術方案2.根據技術方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽定向為在與所述徑向入口表面成大約20度的方向上延伸。
[0013]技術方案3.根據技術方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽具有大約0.195英寸的最大深度。
[0014]技術方案4.根據技術方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽為大約為0.37英寸寬或者更寬。
[0015]技術方案5.根據技術方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽為凹形。
[0016]技術方案6.根據技術方案I所述的方法，其中，所述方法還包括:
利用鋁替代楔來替換至少兩個軸向相鄰的鋼楔，從而使所述第一凹槽在兩個軸向相鄰的替換楔之間的對接接頭上居中。
[0017]技術方案7.根據技術方案I所述的方法，其中，在所述線圈槽壁的相對側上執行所述加工步驟作為預防措施。
[0018]技術方案8.根據技術方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的邊緣是成圓角的。
[0019]技術方案9.根據技術方案I所述的方法，其中，所述電動機械是電動機或者發電機。
[°02°]技術方案10.—種根據技術方案I所述的方法修理的發電機轉子。
[0021]技術方案11.一種檢修或者修理發電機中的轉子線圈槽壁的楔形榫頭部分的至少一側中的裂紋的方法，所述轉子線圈槽壁包括連接至向內漸縮表面的徑向入口表面，且所述向內漸縮表面連接至中間徑向表面，所述徑向入口表面和所述中間徑向表面大致平行于彼此，所述方法包括:
在所述徑向入口表面和所述向內漸縮表面中加工第一凹槽，所述第一凹槽從外轉子表面線性地延伸至所述中間徑向表面，所述第一凹槽配置為使得沿著所述第一凹槽的長度創建平滑和線性的表面；
在所述中間徑向表面中在大致垂直于所述第一凹槽且相對于所述發電機大致沿軸向的定向上加工第二凹槽，所述第二凹槽的至少一部分接觸所述第一凹槽的一部分；以及其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一者配置為從所述線圈槽壁移除受損材料或者作為防止所述線圈槽壁損傷的預防措施。
[0022]技術方案12.根據技術方案11所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽為凹形的。
[0023]技術方案13.根據技術方案11所述的方法，其中，所述方法還包括:
利用鋁替代楔替換至少兩個軸向相鄰的鋼楔，從而使所述第一凹槽在兩個軸向相鄰的替換楔之間的對接接頭上居中。
[0024]技術方案14.根據技術方案11所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的邊緣是成圓角的。
[0025]技術方案15.—種根據技術方案11所述的方法修理的發電機轉子。
[0026]現在將結合下文標識的附圖對本發明進行詳細地描述。
【附圖說明】
[0027]圖1是包括徑向定向的線圈槽的傳統發電機轉子的側視圖；
圖2是沿著圖1的線2-2截取的轉子體的局部截面；
圖3是穿過典型的線圈槽及其內含物的截面；
圖4是根據本發明的方面的轉子槽的截面，其中受損區域已被加工除掉；
圖5是根據本發明的方面從圖4截取的放大細節；
圖6是根據本發明的方面的轉子槽的透視圖，示出了將受損區域從槽壁中加工除掉；
圖7是根據本發明的方面的圖6中示出的轉子槽的平面圖，其中相鄰的楔以虛線示出；
以及
圖8是根據本發明的方面的轉子槽的側視圖，示出了加工到槽壁中的第一凹槽和第二凹槽。
[0028]零件清單
10轉子 12端軸部分 14端軸部分 16聯軸器 18聯軸器 20線圈槽 22線圈 24蠕變塊 26槽楔 28通風孔 30通風通道 32楔 34楔
36楔形榫頭狀部分 38槽壁 50外轉子表面 51徑向入口表面 52向內漸縮表面 53中間徑向表面 54第一凹槽 55第二凹槽 70對接接頭。
【具體實施方式】
[0029]圖1和圖2圖示了用于電動機械的典型轉子10，其中，轉子包括諸如轉子端軸部分12、14和聯軸器16、18等常規元件以用于與渦輪或者齒輪減速單元連接。這里尤其重要的是沿軸向定向的線圈槽20，其圍繞轉子的中間區段周向地布置，用于保持銅場繞組或者線圈。
[0030]進一步參照圖3，線圈槽20分別沿徑向定向并且通常包含(以徑向向外的順序):絕緣銅線圈22、蠕變塊24，以及多個軸向對準的槽楔26。楔通常具有楔形榫頭形狀的截面，并且放置和布置為使得當轉子旋轉時，使銅線圈22和蠕變塊24保持就位。槽楔26還可以包含通風孔28(示出一個)，通風孔28大致與通風通道30(示出一個)對準并且穿過蠕變塊24，通風通道30穿過銅導體或者線圈。
[0031]在線圈槽20中已經出現了磨蝕疲勞損傷，特別是在槽壁中，在軸向相鄰的鋼轉子楔26的對接接頭處(一對相鄰的楔32、34之間的對接接頭70在圖7中的虛線示出)。每當構件之間的接合點經受周期負載(其導致越過部分接口的較小切向位移)時，就會出現磨蝕。開發了一種二維(徑向-軸向)有限元磨蝕模型來模擬轉子槽20(并且尤其是槽壁38(見圖4和圖5)的楔形榫頭狀部分36)與楔26之間的接觸的機械學，從中觀察到轉子中的磨蝕引起的裂紋。該模型提供了對磨蝕機制的定性理解并且對于各種楔重新設計選項的初步評估提供了基礎。
[0032]本發明在修理轉子齒中的磨蝕裂紋上具有兩個重要的方面。首先，受損材料被碾出轉子并且在修理端部附近的局部應力場發生改變。參照圖4和圖5，加工區域位于槽壁38的容納楔的楔形榫頭部36中。如已經描述的，這里是易遭受磨蝕裂紋的槽壁的區域，并且尤其是在兩個對接鋼楔的對接處。外轉子表面50形成轉子的最外面部分。線圈槽20包括徑向入口表面51、向內漸縮表面52，以及中間徑向表面53。槽20的相對側具有同樣的表面，但為相反配置。徑向入口表面51沿徑向向下延伸，直到其連接至向內漸縮表面52。向內漸縮表面越過中間徑向表面53成角度并且連接至中間徑向表面53。
[0033]根據本發明的修理方法可以使用形狀和尺寸適合的機用鉆頭(例如，直徑為
0.625”的鉆頭)在徑向入口表面51和向內漸縮表面52中加工第一凹槽54。第一凹槽54線性地延伸至中間徑向表面53。第一凹槽54還配置為防止沿著第一凹槽的表面在徑向入口表面51與向內漸縮表面52之間形成邊緣間斷。第一凹槽的中間區域移除了可能有裂紋的位置中的材料。通過第一凹槽的線性(即，成直線)表面，有助于加工后檢查，尤其是在可能有裂紋的位置中。如果第一凹槽具有非線性配置(例如，由彼此成角度的兩條線/兩個表面形成)，那么由于這兩條線/兩個表面之間的邊緣間斷使得加工后檢查變得更為困難。通過移除(或者防止)邊緣間斷，沿著第一凹槽的連續的平滑線性表面有助于進行加工后渦流檢查(例如，檢查裂紋)。第一凹槽54可以定向為在與徑向入口表面51成大約20度的方向上延伸。作為備選，第一凹槽54可以定向為在與外轉子表面50成大約70度的方向上延伸。這些角度僅僅是示例，并且特定的角度選擇可以根據特定應用中期望的給定示例而變化。一個重要的特征在于，第一凹槽大致從外轉子表面50/徑向入口表面51線性地延伸至中間徑向表面53。該線性配置防止在線圈槽20的徑向入口部分和向內漸縮部分之間的凹槽表面上形成邊緣間斷。僅僅作為示例，第一凹槽54可以具有大約0.195英寸的最大深度和大約0.37英寸或者更大的寬度。選擇最大深度是因為該幾何形狀能更加輕易地移除裂紋，即，輪廓的最深部分(那里移除了最多材料)是最可能出現裂紋的位置。然而，應理解，選擇用于深度和寬度的特定值將在特定應用中且對于特定機器變化。
[0034]第二凹槽55可以在中間徑向表面53中加工。第二凹槽53定向在相對于第一凹槽54大致垂直的方向上。例如，第二凹槽55可以在相對于轉子10的軸向方向上加工。如圖4中所示，第二凹槽55還可以配置為與第一凹槽54的一部分接觸。第一凹槽54和/或第二凹槽55配置為從線圈槽壁移除受損材料(例如，裂紋)，并且兩個凹槽54和55均作為防止線圈槽壁的未來損傷的預防措施。機械加工可以創建第一凹形凹槽54和第二凹形凹槽55。一旦對材料進行加工以形成凹槽部分，沿著這兩個部分的邊界的銳利邊緣就可成圓角。以這種方式進行的加工僅僅最低程度地減少了轉子的低周和高周疲勞壽命。在恰當的情況下(例如，取決于裂紋位置和裂紋的程度)，可以僅僅通過形成第一凹槽54來實現修理。當楔被替換時，相鄰楔之間的對接接頭可以在加工區域居中(即，在通過凹槽54的徑向中心線上)。作為備選，楔對接接頭可以從修理區域軸向地偏移。
[0035]圖6是轉子槽的透視圖，示出了將受損區域從槽壁加工除掉(如在圖5的截面圖中示出)。第一凹槽54以線性的方式從外轉子表面50和/或徑向入口表面51延伸直到其到達中間徑向表面53。第一凹槽54可以配置為比第二凹槽55寬。例如，如果第二凹槽55的高度(沿徑向測量)為大約0.35英寸，那么第一凹槽54的寬度(沿軸向測量)可為大約0.70英寸。如可以看見的那樣，第二凹槽沿著中間徑向表面在軸向方向上延伸。第二凹槽的軸向長度可為大約1.0英寸至大約2.0英寸，或者如特定應用期望的任何適合的長度。第一凹槽和第二凹槽均配置為彼此接觸并且所有凹槽邊緣可以成圓角以便最大限度地減少或者消除應力點。
[0036]圖7是圖6中示出的轉子槽的平面圖，其中相鄰的楔以虛線示出。對接接頭70示為在兩個軸向相鄰的轉子楔32、34之間。第一凹槽54在對接接頭70上居中并且越過對接接頭70放置，這是因為該區域最可能經受磨蝕損傷。因此，加工的第一凹槽54和第二凹槽55采取倒“T”的形狀，其中第一凹槽52作為“T”的柄部并且第二凹槽55作為“T”的交叉部分。還應注意，穿過凹槽54、55的中心線可以再次與楔之間的對接接頭對準或者從其軸向地偏移。
[0037]圖8是根據本發明的方面的轉子槽的側視圖，示出了加工到槽壁中的第一凹槽和第二凹槽。該圖可以從線圈槽20的內部朝槽壁38觀察。第一凹槽54形成平滑表面和線性延伸的凹槽，其有助于在沿著凹槽的最可能移除裂紋的位置處進行加工后檢查。
[0038]一旦完成了機械修理，鋼楔32、34被替換，優選地利用相對于修理區域位于相同的位置具有相同的尺寸的鋁楔替換。已經顯示出這可以最大限度地減小轉子中出現未來的磨蝕損傷的可能性。然而，替代楔可為鋼的，尤其是如果例如沒有可用的鋁楔的話。
[0039]還應注意，附圖圖示了在槽的相對側上的修理區域。如果裂紋僅出現在該槽的一側上，則修理操作可限于該側。然而，也可以對相對側進行加工作為預防措施。
[0040]該書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實踐本發明，包括制造和使用任何裝置或系統以及執行任何包含的方法。本發明可申請專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權利要求的字面語言不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差異的等同結構要素，則意在使這些其它示例處于權利要求的范圍內。
【主權項】
1.一種檢修或者修理電動機械的轉子線圈槽壁(38)的楔形榫頭部分(36)的至少一側中的裂紋的方法，所述轉子線圈槽壁(38)包括連接至向內漸縮表面(52)的徑向入口表面(51)，且所述向內漸縮表面(52)連接至中間徑向表面(53)，所述方法包括: 在所述徑向入口表面(51)和所述向內漸縮表面(52)中加工第一凹槽(54)，所述第一凹槽(54)線性地延伸至所述中間徑向表面(53)，所述第一凹槽(54)配置為使得沿著所述第一凹槽(54)的長度創建平滑和線性的表面； 在所述中間徑向表面(53)中在大致垂直于所述第一凹槽(54)的方向上加工第二凹槽(55)，所述第二凹槽(55)的至少一部分接觸所述第一凹槽(54)的一部分；以及 其中，所述第一凹槽(54)和所述第二凹槽(55)中的至少一者配置為從所述線圈槽壁(38)移除受損材料。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)定向為在與所述徑向入口表面(51)成大約20度的方向上延伸。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)具有大約0.195英寸的最大深度。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)為大約為0.37英寸寬或者更寬。5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)和所述第二凹槽(55)為凹形。6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 利用鋁替代楔來替換至少兩個軸向相鄰的鋼楔，從而使所述第一凹槽(54)在兩個軸向相鄰的替換楔之間的對接接頭(70)上居中。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述線圈槽壁(38)的相對側上執行所述加工步驟作為預防措施。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)和所述第二凹槽(55)的邊緣是成圓角的。9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電動機械是電動機或者發電機。10.—種根據權利要求1所述的方法修理的發電機轉子(10)。
【文檔編號】H02K15/02GK106059209SQ201610233402
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】N.P.馬沙爾, A.G.貝克福德, E.S.巴斯柯克
【申請人】通用電氣公司