发电机转子磨蚀疲劳裂纹修理方法
【专利摘要】本发明涉及发电机转子磨蚀疲劳裂纹修理方法。具体而言，本发明涉及一种检修或者修理电动机械的转子线圈槽壁(38)的楔形榫头部分中的裂纹的方法。线圈槽壁(38)包括连接至向内渐缩表面(52)的径向入口表面(51)。向内渐缩表面(52)连接至中间径向表面(53)。加工步骤在径向入口表面(51)和向内渐缩表面(52)中加工第一凹槽(54)。第一凹槽(54)线性地延伸至中间径向表面(53)。第一凹槽(54)配置为使得沿着第一凹槽(54)的长度创建平滑和线性的表面。第二加工步骤在中间径向表面(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)的一部分接触第一凹槽(54)的一部分。第一凹槽(54)和第二凹槽(55)中的至少一者配置为从线圈槽壁(38)移除受损材料。
【专利说明】
发电机转子磨蚀疲劳裂纹修理方法
技术领域
[0001]本发明涉及发电机转子，并且尤其涉及在位于轴向对准的转子楔的对接接头处的转子齿中经历了磨蚀损伤和/或裂纹的发电机转子的修理。
【背景技术】
[0002]传统电动机械(诸如与燃气涡轮和蒸汽涡轮一起使用的发电机)采用磁性材料锻造的转子，将径向槽加工到转子中以用于容纳场绕组的导电匝，场绕组相互连接以便产生期望的磁通量模式。通常，这种传统转子槽包括:在转子槽顶端和底端的蠕变块(creepageblock)，以及线圈槽楔，其用于抵抗当转子操作时施加在绕组上的沿径向向外的力。
[0003]槽楔通常是楔形榫头形状，其用于在转子以例如3600转每分钟旋转时使铜线圈保持就位。在现有技术中，这种线圈槽楔一般为6至12英寸长，对于每个线圈槽需要多个这种楔，尤其是在具有高的额定电功率的较长的转子中。为了减少组件需要的零件数量以及增加此组件的总体速度，在某些应用中已经使用了全长楔。对于其它应用，公差排除了全长楔的使用，在这种情况下，每个转子槽中使用两个或者更多个楔。然而，已经在多种发电机的径向槽壁中在相邻的转子楔之间的对接接头处发现了裂纹，这明显是由于在钢楔的端部处出现的磨蚀损伤引起的。如果允许这些裂纹保留在转子中，则裂纹可能增长并且可能引起转子的毁灭性故障。
[0004]—种解决磨蚀疲劳问题的现有方案是:将受损的齿材料加工除掉并且利用单个全长铝楔来替换多个原来的短钢转子极楔。然而，如已经在上文提到的，存在不能使用全长楔的许多发电机转子，且其需要继续使用多个具有原始尺寸的较短的楔。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种用于修理发电机转子的过程，该发电机转子在钢转子楔的对接接头处的转子齿中具有磨蚀疲劳损伤。修理过程大致通过如下方式来消除存在的裂纹:通过加工除掉任何受损材料以创建最小程度地减少转子的低周和高周疲劳寿命的形状。
[0006]在一个实施例中，沿着垂直入口表面和径向向外渐缩的楔形榫头表面对槽侧壁进行加工以形成单个凹槽，其移除受损材料。加工区域为凹形的形状，使得仅仅最小程度地减少转子的低周和高周疲劳寿命。
[0007]在另一实施例中，加工过程继续进行到楔形榫头的中间垂直(或者径向)表面中，并且在该区域中在相反的方向上轴向地延伸，以便使加工区域呈倒T形。
[0008]通过移除受损材料但也通过利用类似尺寸的铝楔替换原始钢楔大致消除了未来的磨蚀损伤。该解决方案是有利的，因为其不需要大规模的加工或者高速转子平衡操作，并且因此适合于在现场实施。当替换了楔时，相邻楔之间的对接接头可以与修理区域对准或者从修理区域偏移。
[0009]因此，在本发明的一个方面，提供了一种用于检修或者修理电动机械的转子线圈槽壁的楔形榫头部的至少一侧中的裂纹的方法。转子线圈槽壁至少包括连接至向内渐缩表面的径向入口表面，并且向内渐缩表面连接至中间径向表面。该方法包括在径向入口表面和向内渐缩表面中加工第一凹槽的第一加工步骤。第一凹槽线性地延伸至中间径向表面，并且第一凹槽配置为使得沿着第一凹槽的长度创建平滑和线性的表面。第二加工步骤在中间径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触第一凹槽的一部分。第一凹槽和第二凹槽中的至少一者配置为从线圈槽壁移除受损材料。
[0010]在本发明的另一个方面，提供了一种检修或者修理发电机中的转子线圈槽壁的楔形榫头部分的至少一侧中的裂纹的方法。转子线圈槽壁包括连接至向内渐缩表面的径向入口表面，并且向内渐缩表面连接至中间径向表面。径向入口表面和中间径向表面大致平行于彼此。该方法包括在径向入口表面和向内渐缩表面中加工第一凹槽的第一加工步骤。第一凹槽从外转子表面线性地延伸至中间径向表面，并且第一凹槽配置为使得沿着第一凹槽的长度创建平滑和线性的表面。第二加工步骤在中间径向表面中在大致垂直于第一凹槽且相对于发电机大致沿轴向的定向上加工第二凹槽。第二凹槽的至少一部分接触第一凹槽的一部分。第一凹槽和第二凹槽中的至少一者配置为从线圈槽壁移除受损材料或者作为防止线圈槽壁损伤的预防措施。
[0011 ]技术方案1.一种检修或者修理电动机械的转子线圈槽壁的楔形榫头部分的至少一侧中的裂纹的方法，所述转子线圈槽壁包括连接至向内渐缩表面的径向入口表面，且所述向内渐缩表面连接至中间径向表面，所述方法包括:
在所述径向入口表面和所述向内渐缩表面中加工第一凹槽，所述第一凹槽线性地延伸至所述中间径向表面，所述第一凹槽配置为使得沿着所述第一凹槽的长度创建平滑和线性的表面；
在所述中间径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触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为从所述线圈槽壁移除受损材料。
[0012]技术方案2.根据技术方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽定向为在与所述径向入口表面成大约20度的方向上延伸。
[0013]技术方案3.根据技术方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽具有大约0.195英寸的最大深度。
[0014]技术方案4.根据技术方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽为大约为0.37英寸宽或者更宽。
[0015]技术方案5.根据技术方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽为凹形。
[0016]技术方案6.根据技术方案I所述的方法，其中，所述方法还包括:
利用铝替代楔来替换至少两个轴向相邻的钢楔，从而使所述第一凹槽在两个轴向相邻的替换楔之间的对接接头上居中。
[0017]技术方案7.根据技术方案I所述的方法，其中，在所述线圈槽壁的相对侧上执行所述加工步骤作为预防措施。
[0018]技术方案8.根据技术方案I所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘是成圆角的。
[0019]技术方案9.根据技术方案I所述的方法，其中，所述电动机械是电动机或者发电机。
[°02°]技术方案10.—种根据技术方案I所述的方法修理的发电机转子。
[0021]技术方案11.一种检修或者修理发电机中的转子线圈槽壁的楔形榫头部分的至少一侧中的裂纹的方法，所述转子线圈槽壁包括连接至向内渐缩表面的径向入口表面，且所述向内渐缩表面连接至中间径向表面，所述径向入口表面和所述中间径向表面大致平行于彼此，所述方法包括:
在所述径向入口表面和所述向内渐缩表面中加工第一凹槽，所述第一凹槽从外转子表面线性地延伸至所述中间径向表面，所述第一凹槽配置为使得沿着所述第一凹槽的长度创建平滑和线性的表面；
在所述中间径向表面中在大致垂直于所述第一凹槽且相对于所述发电机大致沿轴向的定向上加工第二凹槽，所述第二凹槽的至少一部分接触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为从所述线圈槽壁移除受损材料或者作为防止所述线圈槽壁损伤的预防措施。
[0022]技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽为凹形的。
[0023]技术方案13.根据技术方案11所述的方法，其中，所述方法还包括:
利用铝替代楔替换至少两个轴向相邻的钢楔，从而使所述第一凹槽在两个轴向相邻的替换楔之间的对接接头上居中。
[0024]技术方案14.根据技术方案11所述的方法，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽的边缘是成圆角的。
[0025]技术方案15.—种根据技术方案11所述的方法修理的发电机转子。
[0026]现在将结合下文标识的附图对本发明进行详细地描述。
【附图说明】
[0027]图1是包括径向定向的线圈槽的传统发电机转子的侧视图；
图2是沿着图1的线2-2截取的转子体的局部截面；
图3是穿过典型的线圈槽及其内含物的截面；
图4是根据本发明的方面的转子槽的截面，其中受损区域已被加工除掉；
图5是根据本发明的方面从图4截取的放大细节；
图6是根据本发明的方面的转子槽的透视图，示出了将受损区域从槽壁中加工除掉；
图7是根据本发明的方面的图6中示出的转子槽的平面图，其中相邻的楔以虚线示出；
以及
图8是根据本发明的方面的转子槽的侧视图，示出了加工到槽壁中的第一凹槽和第二凹槽。
[0028]零件清单
10转子 12端轴部分 14端轴部分 16联轴器 18联轴器 20线圈槽 22线圈 24蠕变块 26槽楔 28通风孔 30通风通道 32楔 34楔
36楔形榫头状部分 38槽壁 50外转子表面 51径向入口表面 52向内渐缩表面 53中间径向表面 54第一凹槽 55第二凹槽 70对接接头。
【具体实施方式】
[0029]图1和图2图示了用于电动机械的典型转子10，其中，转子包括诸如转子端轴部分12、14和联轴器16、18等常规元件以用于与涡轮或者齿轮减速单元连接。这里尤其重要的是沿轴向定向的线圈槽20，其围绕转子的中间区段周向地布置，用于保持铜场绕组或者线圈。
[0030]进一步参照图3，线圈槽20分别沿径向定向并且通常包含(以径向向外的顺序):绝缘铜线圈22、蠕变块24，以及多个轴向对准的槽楔26。楔通常具有楔形榫头形状的截面，并且放置和布置为使得当转子旋转时，使铜线圈22和蠕变块24保持就位。槽楔26还可以包含通风孔28(示出一个)，通风孔28大致与通风通道30(示出一个)对准并且穿过蠕变块24，通风通道30穿过铜导体或者线圈。
[0031]在线圈槽20中已经出现了磨蚀疲劳损伤，特别是在槽壁中，在轴向相邻的钢转子楔26的对接接头处(一对相邻的楔32、34之间的对接接头70在图7中的虚线示出)。每当构件之间的接合点经受周期负载(其导致越过部分接口的较小切向位移)时，就会出现磨蚀。开发了一种二维(径向-轴向)有限元磨蚀模型来模拟转子槽20(并且尤其是槽壁38(见图4和图5)的楔形榫头状部分36)与楔26之间的接触的机械学，从中观察到转子中的磨蚀引起的裂纹。该模型提供了对磨蚀机制的定性理解并且对于各种楔重新设计选项的初步评估提供了基础。
[0032]本发明在修理转子齿中的磨蚀裂纹上具有两个重要的方面。首先，受损材料被碾出转子并且在修理端部附近的局部应力场发生改变。参照图4和图5，加工区域位于槽壁38的容纳楔的楔形榫头部36中。如已经描述的，这里是易遭受磨蚀裂纹的槽壁的区域，并且尤其是在两个对接钢楔的对接处。外转子表面50形成转子的最外面部分。线圈槽20包括径向入口表面51、向内渐缩表面52，以及中间径向表面53。槽20的相对侧具有同样的表面，但为相反配置。径向入口表面51沿径向向下延伸，直到其连接至向内渐缩表面52。向内渐缩表面越过中间径向表面53成角度并且连接至中间径向表面53。
[0033]根据本发明的修理方法可以使用形状和尺寸适合的机用钻头(例如，直径为
0.625”的钻头)在径向入口表面51和向内渐缩表面52中加工第一凹槽54。第一凹槽54线性地延伸至中间径向表面53。第一凹槽54还配置为防止沿着第一凹槽的表面在径向入口表面51与向内渐缩表面52之间形成边缘间断。第一凹槽的中间区域移除了可能有裂纹的位置中的材料。通过第一凹槽的线性(即，成直线)表面，有助于加工后检查，尤其是在可能有裂纹的位置中。如果第一凹槽具有非线性配置(例如，由彼此成角度的两条线/两个表面形成)，那么由于这两条线/两个表面之间的边缘间断使得加工后检查变得更为困难。通过移除(或者防止)边缘间断，沿着第一凹槽的连续的平滑线性表面有助于进行加工后涡流检查(例如，检查裂纹)。第一凹槽54可以定向为在与径向入口表面51成大约20度的方向上延伸。作为备选，第一凹槽54可以定向为在与外转子表面50成大约70度的方向上延伸。这些角度仅仅是示例，并且特定的角度选择可以根据特定应用中期望的给定示例而变化。一个重要的特征在于，第一凹槽大致从外转子表面50/径向入口表面51线性地延伸至中间径向表面53。该线性配置防止在线圈槽20的径向入口部分和向内渐缩部分之间的凹槽表面上形成边缘间断。仅仅作为示例，第一凹槽54可以具有大约0.195英寸的最大深度和大约0.37英寸或者更大的宽度。选择最大深度是因为该几何形状能更加轻易地移除裂纹，即，轮廓的最深部分(那里移除了最多材料)是最可能出现裂纹的位置。然而，应理解，选择用于深度和宽度的特定值将在特定应用中且对于特定机器变化。
[0034]第二凹槽55可以在中间径向表面53中加工。第二凹槽53定向在相对于第一凹槽54大致垂直的方向上。例如，第二凹槽55可以在相对于转子10的轴向方向上加工。如图4中所示，第二凹槽55还可以配置为与第一凹槽54的一部分接触。第一凹槽54和/或第二凹槽55配置为从线圈槽壁移除受损材料(例如，裂纹)，并且两个凹槽54和55均作为防止线圈槽壁的未来损伤的预防措施。机械加工可以创建第一凹形凹槽54和第二凹形凹槽55。一旦对材料进行加工以形成凹槽部分，沿着这两个部分的边界的锐利边缘就可成圆角。以这种方式进行的加工仅仅最低程度地减少了转子的低周和高周疲劳寿命。在恰当的情况下(例如，取决于裂纹位置和裂纹的程度)，可以仅仅通过形成第一凹槽54来实现修理。当楔被替换时，相邻楔之间的对接接头可以在加工区域居中(即，在通过凹槽54的径向中心线上)。作为备选，楔对接接头可以从修理区域轴向地偏移。
[0035]图6是转子槽的透视图，示出了将受损区域从槽壁加工除掉(如在图5的截面图中示出)。第一凹槽54以线性的方式从外转子表面50和/或径向入口表面51延伸直到其到达中间径向表面53。第一凹槽54可以配置为比第二凹槽55宽。例如，如果第二凹槽55的高度(沿径向测量)为大约0.35英寸，那么第一凹槽54的宽度(沿轴向测量)可为大约0.70英寸。如可以看见的那样，第二凹槽沿着中间径向表面在轴向方向上延伸。第二凹槽的轴向长度可为大约1.0英寸至大约2.0英寸，或者如特定应用期望的任何适合的长度。第一凹槽和第二凹槽均配置为彼此接触并且所有凹槽边缘可以成圆角以便最大限度地减少或者消除应力点。
[0036]图7是图6中示出的转子槽的平面图，其中相邻的楔以虚线示出。对接接头70示为在两个轴向相邻的转子楔32、34之间。第一凹槽54在对接接头70上居中并且越过对接接头70放置，这是因为该区域最可能经受磨蚀损伤。因此，加工的第一凹槽54和第二凹槽55采取倒“T”的形状，其中第一凹槽52作为“T”的柄部并且第二凹槽55作为“T”的交叉部分。还应注意，穿过凹槽54、55的中心线可以再次与楔之间的对接接头对准或者从其轴向地偏移。
[0037]图8是根据本发明的方面的转子槽的侧视图，示出了加工到槽壁中的第一凹槽和第二凹槽。该图可以从线圈槽20的内部朝槽壁38观察。第一凹槽54形成平滑表面和线性延伸的凹槽，其有助于在沿着凹槽的最可能移除裂纹的位置处进行加工后检查。
[0038]一旦完成了机械修理，钢楔32、34被替换，优选地利用相对于修理区域位于相同的位置具有相同的尺寸的铝楔替换。已经显示出这可以最大限度地减小转子中出现未来的磨蚀损伤的可能性。然而，替代楔可为钢的，尤其是如果例如没有可用的铝楔的话。
[0039]还应注意，附图图示了在槽的相对侧上的修理区域。如果裂纹仅出现在该槽的一侧上，则修理操作可限于该侧。然而，也可以对相对侧进行加工作为预防措施。
[0040]该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种检修或者修理电动机械的转子线圈槽壁(38)的楔形榫头部分(36)的至少一侧中的裂纹的方法，所述转子线圈槽壁(38)包括连接至向内渐缩表面(52)的径向入口表面(51)，且所述向内渐缩表面(52)连接至中间径向表面(53)，所述方法包括: 在所述径向入口表面(51)和所述向内渐缩表面(52)中加工第一凹槽(54)，所述第一凹槽(54)线性地延伸至所述中间径向表面(53)，所述第一凹槽(54)配置为使得沿着所述第一凹槽(54)的长度创建平滑和线性的表面； 在所述中间径向表面(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)的至少一部分接触所述第一凹槽(54)的一部分；以及 其中，所述第一凹槽(54)和所述第二凹槽(55)中的至少一者配置为从所述线圈槽壁(38)移除受损材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)定向为在与所述径向入口表面(51)成大约20度的方向上延伸。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)具有大约0.195英寸的最大深度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一凹槽(54)为大约为0.37英寸宽或者更宽。5.根据权利要求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)为凹形。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 利用铝替代楔来替换至少两个轴向相邻的钢楔，从而使所述第一凹槽(54)在两个轴向相邻的替换楔之间的对接接头(70)上居中。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述线圈槽壁(38)的相对侧上执行所述加工步骤作为预防措施。8.根据权利要求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)的边缘是成圆角的。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电动机械是电动机或者发电机。10.—种根据权利要求1所述的方法修理的发电机转子(10)。
【文档编号】H02K15/02GK106059209SQ201610233402
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】N.P.马沙尔, A.G.贝克福德, E.S.巴斯柯克
【申请人】通用电气公司