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1、浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书课题名称： 磁极压板工艺工装设计与数控编程 学生姓名 屠迦勒 学 号 0905023434 所在学院 机械工程学院 专 业 数控技术 班 级 数控0934 指导教师 章光伟 姚庆祺 起讫时间：2012年2月13日2012年4月9日10浙江机电职业技术学院毕业设计说明书磁极压板工艺工装设计与数控编程摘 要水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为12mm的钢片叠成；磁极两端有磁极压
2、板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。关键词：机械设计；水轮机； 磁极压板的造型；装配图； 编程； 工艺 AbstractGenerator is characterized by: a very few more large diameter, short axial length, the generator rotor and very different in appearance. Most generator for the ver
3、tical. The diameter of a large turbine generator stator core assembled quartet built by the fan electrical steel sheet. The need for cooling the stator iron hearts of left radial ventilation groove. By the thickness of the rotor pole 1 2mm of steel quartet built; magnetic poles at each end plate, us
4、ed to compress a fixed magnetic pole punching and winding. Some of the very boots on the pole generators have some slots open, tank placed copper, and copper by end rings will all be connected together to form the damper winding, its role is reduced to fiction short circuit current and motor vibrati
5、on, the motor used as a starting winding. Key words: turbine drawing pole shape programming process目 录摘 要I目 录i第1章 绪论11.1 引言11.2 主要机械结构分析1第2章 结构设计2第5章 结论4参 考 文 献5致 谢6第1章 绪论1. 1 引 言水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。转子磁极由厚度为12mm的钢片叠成；
6、磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来拟制短路电流和减弱电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。磁极与磁极轭部采用 T 形或鸽尾形连接。发电机采用卧轴两支点结构型式。该结构是近年发展起来的一种较好的结构型式，由于水轮机转轮直接与发电机主轴相联，其结构紧凑，占地少，安装调试方便，能很好地满足地下厂房对机组占地的限制。但是，由于机组飞逸转速为1790rmin，一般要求临界转速不小于1.2倍的飞逸转速。采用两支点后，轴系受力发生了很大变化：一是少了一个支点，二是轴的外伸端增加了载荷，临界转速
7、大为降低。通过调整支点间的距离及轴颈直径，满足了机组对临界转速的要求。为满足机组在飞逸工况下的安全可靠性，转动部件的应力须严格控制。由于该机组飞逸工况时的离心力系数高达36倍，常规的磁极结构很难满足要求，而有些设计资料上介绍的梳齿结构其相关零部件的应力值亦很高，须采用具有较高抗拉强度的合金钢，且结构不理想，不能直接套用。为解决这一问题，提出了一种更为合理的梳齿式实心磁极结构，不仅降低了相关零部件的应力，对材质的要求不高，且加工量亦有所下降。该实心磁极由轴、磁轭、极身整锻而成，固定励磁绕组的极靴则作成分离式极靴块，分段嵌入极身相应的槽中，形成梳齿状，并通过钢销将其紧固于极身上，这样可最大限度地减
8、轻分离件的质量。1.2 主要机械结构分析螺杆把紧结构TAW系列增安型无剧励磁同步电动机转子磁极由磁极铁心与磁极线圈组成，磁极铁心由磁极压板、磁极冲片、销杆、磁极铆钉等组成。磁轭也叫轮环。它的作用是产生转动惯量和固定磁极，同时也是磁路的一部分。磁轭由扇形磁轭冲片、通风槽片、定位销、拉紧镙杆、磁轭上压板、磁轭键、锁定板、卡键、下压板等组成。磁极是产生磁场的部件，由袭击铁芯、磁极线圈、阻尼绕组及极靴等组成。磁极线圈由铜线或是铝线制成，立绕再磁极铁心的外表面上，匝与匝之间用石棉纸板绝缘。线圈饶好后经浸胶热压处理，形成坚固的整体。阻尼绕组的作用是当水轮发电机产生振荡时七阻尼作用，使发电机运行稳定。在不对
9、称运行时，它能提高担负不对称负载的能力。而实心磁极因为本身有很好的阻尼作用，故不用在装设阻尼绕组。磁极压板采用精密铸造的磁极压板上端部制有安装阻尼条的台肩，磁极压板上开有拉杆孔，在拉杆孔内焊装有拉杆。本实用新型只需加工磁极压板的一侧面和延伸部位的底面，加工量均为毫米，磁极压板上端部制有安装阻尼条的台肩，无需加工安装阻尼条的阻尼孔；在磁极压板上开有拉杆孔，并在拉杆孔内焊装拉杆。这样不仅可减少了磁极压板表面的加工余量，降低了原材料的耗用量；同时还可简化加工工艺、降低发电机的制造成本。第2章 结构设计（黑体，小二号） 1电机设计及制造的特点(1)实心磁极的结构设计及制造方法； (2)实心磁极电磁计算
10、方法的特殊性； (3)负荷较大轴承轴瓦温度的控制； (4)高转速机组振动和噪音的抑制等。5.2发电机的基本数据型号 SFW500061730额定功率kW 5000额定电压V 6300额定电流A 572.8额定功率因数 0.8(滞后)额定频率Hz 50额定转速rmin11000飞逸转速rmin117905.3电磁设计 在电磁计算时，针对该机组的特殊性，经过多方案比较，得出了一个较佳的电磁方案。在电磁方案选择时，着重考虑了以下几方面。 (1)由于飞逸转速较高，转子须采用实心磁极结构。实心磁极本身具有较强的阻尼作用，因此不再增设阻尼绕组，从而简化了转子结构，增强了承受较高机械应力的能力。 (2)定子
11、每极每相槽数q采用“整数12”。由于无常规阻尼结构，可有效地降低一次齿谐波，亦可避免因采用整数槽后可能出现的较大电压波形畸变，从而保证发电机的发电质量。 (3)转子采用实心磁极结构后，对磁极表面损耗和一些时间参数的计算应作相应的修正。 (4)为降低极靴表面损耗，定子槽宽bs与气隙之比宜小于1.5。气隙宜取偏大值，以降低电磁振动和噪音，使机组的整体性能较好。这样即便短路比大些，多用一些铜材也是有益的。 (5)采用较低的极身磁密和散热较好的分离式极靴块。分离式极靴块与极身之间，在磁极外表面沿轴向形成一定尺寸的沟槽，以增大等效气隙和散热表面，可有效地防止极靴表面局部过热。 (6)该发电机采用轴向鼓风
12、作用强、效率高、工艺简便的平板旋桨式风扇，形成以轴向通风为主的径、轴向双路径通风系统。采取密闭自循环空气冷却器冷却方式。5.4结构设计 发电机采用卧轴两支点结构型式。该结构是近年发展起来的一种较好的结构型式，由于水轮机转轮直接与发电机主轴相联，其结构紧凑，占地少，安装调试方便，能很好地满足地下厂房对机组占地的限制。但是，由于机组飞逸转速为1790rmin，一般要求临界转速不小于1.2倍的飞逸转速。采用两支点后，轴系受力发生了很大变化：一是少了一个支点，二是轴的外伸端增加了载荷，临界转速大为降低。通过调整支点间的距离及轴颈直径，满足了机组对临界转速的要求。 为满足机组在飞逸工况下的安全可靠性，转
13、动部件的应力须严格控制。由于该机组飞逸工况时的离心力系数高达36倍，常规的磁极结构很难满足要求，而有些设计资料上介绍的梳齿结构其相关零部件的应力值亦很高，须采用具有较高抗拉强度的合金钢，且结构不理想，不能直接套用。为解决这一问题，提出了一种更为合理的梳齿式实心磁极结构，不仅降低了相关零部件的应力，对材质的要求不高，且加工量亦有所下降。该实心磁极由轴、磁轭、极身整锻而成，固定励磁绕组的极靴则作成分离式极靴块，分段嵌入极身相应的槽中，形成梳齿状，并通过钢销将其紧固于极身上，这样可最大限度地减轻分离件的质量， 降低分离件的离心力，从而控制相关部件在飞逸工况下所承受的应力。同时，危险断面的应力得到了合
14、理分配，与传统的几种实心磁极相比，结构更趋合理。下面是相关部件飞逸工况下危险断面的应力值(单位：MPa)： 钢销剪应力 61 极靴块弯曲应力 220 端部剪应力 65 端部弯曲应力 268 由于发电机容量较大，使用于较高水头和较大流量的配套水轮机，使得发电机轴承需要承受较大的水推力和径向力，这样，轴承负荷系数K(PV3)12很大，达265，其发热量及所需冷却循环油量较大。在径向推力轴承设计时，首次采用了与内外循环并列的复合循环结构，而该结构与传统的复合循环亦有很大区别。图2-1 磁极压板结构示意图图2-2 受力分析第5章 结论时间总是匆匆，来也匆匆，去也匆匆。转眼间大学三年时间就要和我们说过去
15、，象牙塔中的我们要走出大门，踏进社会的大门，这时的我们才感觉时间过的真快，要是再有这么一段时间我一定好好的珍惜。水轮机磁极压板数控加工技术是当今世界发电设备制造业中的最先进高技术之一，水轮机磁极压板数控加工涉及到计算机辅助产品三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术，三轴联动加工机床仿真及后置处理，针对压板的合理加工工艺方案，装夹定位技术与夹具设计与制造，加工方案配以合理的刀具和切削参数，以及毛坯制造等多个环节和多方面的技术。通过此次的毕业设计，让我明白自己有很多方面还须要努力。在压板造型方面还存在着很多不足，对于防真加工与编程方面也有些难度，虽然图是编程好了，但考虑的东西还不是很足，像用哪些刀
16、，刀路怎么走，表面精度等等。以后还须要在造型与编程方面都下功夫。参 考 文 献1 楼梦麟变参数土层的动力特性和地震反应分析J同济大学学报，1997，25（2）：155-160（期刊文献格式）2 李刚船用齿轮箱结构设计方法M北京：机械工业出版社，2007（著作图书文献格式）（1 哈尔滨大电机研究所编. 水轮机设计手册M.北京：机械工业出版社，1986.62 沈鸿主编. 机械工程手册M.北京：机械工业出版社，2004.13 王丽洁主编.数控加工工艺与装备M.北京：清华大学出版社，2006.14 顾京主编. 数控机床加工程序编制M.北京：机械工业出版社，2004.1 5 孙学强主编.机械加工技术M，
17、北京：机械工业出版社,2006.46朱凯.UG NX 4基本功能与典型实例M.北京：人民邮电出版社，2007.37孙祖和.Mastercam设计和制造范例解析M.北京：机械工业出版社，2003.18中国机床工具工业协会数控系统分会.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(5)：13-17.9杨学桐，李冬茹，何文立，等距世纪数控机床技术发展战略研究M.北京：国家机械工业局，2000.致 谢岁月如梭，两个月的毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。非常感谢我的指导师章光伟老师和姚庆祺老师在百忙之中，为我们下达毕业生通知及组织论文格式举例、毕业设计内容与要求等，并不辞辛苦的一个一个为我们讲解，还边教学边为我们指点及修改说明书，老师们严谨细致、一丝不苟的工作作风是我们学习的楷模。在这里我对我的指导老师们以及协助我完成设计的所有人表示衷心的感谢！