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1、,-一,、 万.气卜飞打_二 汽轮发电机定子线圈端部渐伸线及其压模的计算机辅助设计TheCADforEvolv entsofTurbogen健rato rstato rEndWind谊ngandT卜eir s一 pr es s一Form徐 金发(东方电机厂)XuJinfa(DongfangE le etrieMaehin eryWorks)摘要行设进机每木丈对线圈端部渐伸线的走向 伸线的精确画法和各种样板的计鼻了探讨,并用微机进行了分析计算,提 出了变基圆渐 计计算、绘图。利用微机进行辅 助设计,不仅有利于线模、线圈的设计、制造,还可实现汽轮发电机线圈压模的数控加工二A bstractInth
2、is一邸er,the吐i st ribu tio妞ofevolvens tfortu rbogen er ato rstatorendwind呈ng一15习tudi亡d,a n alyzedandea了eula tedbymieroeomPut盯,ad naeeua rtemethodfo rdrawingofva riab le一ba seeir elesandeomPuter一de si gning,ea leulatingandp lot tingofeverytemp latea repres ented.C AD15favour ab lenoto nlyfo rdes主gninga
3、 ndman ufa ctu ringo fwo undingmodelandst掀oreoi ls,butals ofornumerie aleomo rlma ehiningofthePe rs s一fo助forturbo generatorstato rbar s.主题词(key 周ords)汽轮发电机(turboge n er ator) 渐伸线(e volvent) 压模(pres s一for也)1引言汽轮发电机定子线圈的端部形状复杂,它是在一锥面上的一条条等距空 间曲线。将该锥面展开,端部线圈的走向应是一条圆的渐伸线。它保证了线圈端部的升高、节距和两条相邻槽端部线圈间的一定间距。为
4、了保证线圈的制造质量,在我国各发电设备制造厂对线圈的直线郁分和端部均用金属模具进行成 型和热压。由于计算手段的限制,渐伸线的计算复杂,.以住只能根据渐伸线的某些特征,;用近似的作图畜来描述和确定尺寸要求。滋使得线圈端部画法复杂,所得到的近似析仲线精给线圈压模的设计和制造带来了困难,了线圈的制造质量。使得线模的制造只能靠钳工修配,生产周期长。计算 机技术的发展为解决此间题带来了可能,我们在16位微机上进行了一些探索。,二.,_一 产终,端“的绝粤铸严终一一 ;-、;我们知道定子线终 端部姆其所在锥耳展开大电机技术加3.1 991年后是一条圆的渐伸线。该渐伸线的基圆半径是樱据线圈端部的绝缘规范相互
5、间的距离和 间隙。再牟卿根据理绝缘导体部分论渐伸线的等的,因此从p,到pZ点基圆半径的变化也应是均匀变化的。设,为从0到日变化的角度 变量,则:距线是和它 一样的渐伸线,它们仅仅是起点不同的原 理,按相差 一个槽的角度计算得到。线圈设 计时,在保证一定的升高、节距情况下,用减少线圈端部结束处间隙来缩短线圈端部沿电机轴向的长度。这样得到的渐伸线称为收敛渐伸线。由于相邻两线棒间 的距离从出槽口渐伸线开始处起到引线处渐伸线结束处是逐渐变小的,所以这条渐伸线的基圆也是逐渐变化的,故也叫变基圆渐伸线。目前同时存在着变基圆和不变基圆两种渐伸线线圈。由于不变基圆渐伸线可作为变基圆渐伸线中特殊情况,因此我们都
6、是按变基圆渐伸线来进行讨论。R(犷)二RA一R一RBp其中R(劝为,角时的基圆半径值。因为NZpZ=Nlp生+:*(,d所以NZpZ=N,P,+刀A+2RBtg02=!N,十(一丑普五)”+aZ一al)/*。式中。、a:、N,p,、刀*、刀:都是已知量,因此可求出aZ的值。但这是一个超越方程,不能用一般方法求得精确解,我们采用数值法用计算机很容易求得其高精度的近似解。求得a:后我们就得到 了对应于e角的p角值。也就是说我们可以从线圈端部渐伸线所对锥面展开角(A一11 ),得到所对应基圆转过角度A A(图2所 示)。将角A A等分成N份,用如下公式:R(k)=RA一(R一R。)(k一1)N图1渐
7、价卜线( Tk )二T,十凡士习 兰处几_(处_丝艺图1为一条以R为基圆半径 的渐伸线。N,p:、N:p:分别是渐伸线在p:、p:处的曲率半径(也即基圆相应弧长)。根据圆的渐伸线的计算公式:NiPi=(ai+甲i)兄N:p:=(a:+甲2) 尸N:户、+日R如果p:、p:为线洲端部渐伸线开始处和结束处,对于变基圆渐伸线,设P;点基圆半径为R人到pZ点时逐渐缩小为RB(R人与几是根据端部两 相邻线棒间开始处间距C与结束处间距D什算得到)。由于c到D的变化是均匀变化口。、,二tg一黑圣-k ( H)=:益岁荀二二山AA 江、甲之 、=、一石干JV无=1N+1Rk ()相应基圆半径Tk ()渐伸线相
8、应点的曲率半径Hk ()渐伸线上相应点与展开锥角顶点0的连线长从图2中可看出:求得所有H值后就可求出大电机技术柳3.1991年图2汽轮发 电机定 子线圈端部画法所求曲线一L的对应点的坐标值,将这些点用一条曲线连起来就得到了所求精确的渐伸线。用这种方法求出的渐伸线不会因等分点数N的多少而影响曲线 的位置,所得到 的渐伸线也是一条连续 曲线,这为数控加工带来了可能。2,t线圈压模锥面划 线样板的画法由于汽轮发电机定子线圈设计时是根据绝缘前导线尺寸进行计算的,线圈端部渐伸线是以裸导线底面为基准得来?而在线圈成型模及 热压模设计、制造时都要画 出线模锥体面上的渐伸线位置。如图8所示,以往按锥体表面展开
9、,并用相同的画法和基圆来画线圈在锥橱上的样板。由于锥面位置不同,R。尺寸也就不同。因此,得出渐伸线与线圈设计不一致,会/多二毛 三le e且十川|图3线棒在锥体上位爱示意图大电书嗽术李和令.军991年产生很大误差。为了保证锥休长度与设计一致,在实际生产和模具 设计时只能人为修改曲线 来凑 合.以至 在压模制造 时影响生产,对 线圈质量也 不 利。图3中左图我们画 出了线棒在锥体上的 示意图,右 图给出了沿锥面任一母线并通过锥体中心线作一剖面得到的截面简图。当线棒按锥面弯曲成型后,线棒的上半部分因产生拉伸变形而增长,下半部分因产生压缩变形西缩短,整根线棒发生扭曲。但可以认为线棒 中心线是垂直于锥
10、面,其截面还是 一个矩形面。因此,我们沿线棒高度方 向某一层面,如顶面、底面、下止口底面得到 的都是相同锥顶角A。和不 同底径的锥面。将这些锥面展开 得到相 同锥面展 开角A和不 同展 开 半径刀。的展开 图(图4所示)。按S=入+丫(其中人为下止口高,l I ,为绝缘厚)代入求得H值,再沿每一条母线H( k)方向缩短。值,即可 得到新的曲线L:,由此可画 出线模锥面上划线样板图。用同样方向可精确画 出线圈压模上止口顶、下止口顶乃 至任意部位的线圈样板图,得出各曲线之 间的数学关系,为数控加工端部压模带来 了可能。2.2线圈压模侧压铁 划线样 板画法由图3我们可看出,线 圈侧面是由一条垂直于锥
11、面母线 的直线 沿锥面上线棒走向曲线运动而形成 的一个空 间曲面。这 是一个阿基米德螺旋面,是 一个不可展曲面。线圈压模侧压铁划 线样板是压模制造中必 不可少的样板。以往都是由钳工在实际锥体上,用硬 纸板做成样板展 开成 的。因此,精度低,影响 生产周期。对于不可展曲面我们采用近似展开原理,采用计算机辅助设计 计算能达到所需精度对于侧压铁渐伸线部分曲面我们可根据曲面近似展开的方法来进行展开。首先我们求得该曲面的参量方程(如图5所示,以锥体顶点为坐标原点,中心轴线为Z轴X=亡eos次bsoY=t CosAsinoZ二H 乏 石云万一护5inA声l e s e s e s rl.( !将曲面按渐伸
12、线计算时的等分点,将侧压图4线圈王模锥而上样板画法铁该区域相 应分成N个小扇形 面,根据 求面积 公式: 扮。锵一求如删从图3的 右图可知导线任一截面 上顶面、底面等不 同面上的锥面母线长不 同,但各点处差值是 一样的,其值为:H二Setg月。式中S相对高度 差根据以上分析,我们可根据产品设 计 图上基于 导线 底面而 给出的线圈 尺寸变换到线 圈压模锥体上。如图4所示,渐伸线L,为按产品图上导 线底面展开的渐伸线 图。,二仓汗孟,二.五G一F2dtdo小扇形曲面 面积。设该小扇形曲面展开成如图6所示扇形平面ABCD,按照 展开扇形的面积 和展开前曲面面积相 等,四条周边和曲面对应相等的方法就
13、可求得展 开小扇形ABCD的所有参数。将N个展开扇形连接起来就得到 了侧压铁渐伸线部分的展开图。由于 计算推导过 程较复杂,就不在这里一 一列出。大电机技术恤3.1 9 9 1年. . .人人扩扩 滚滚, 图6展开扇形图图5锥 体坐标图开始 轧嘎苦修改止眼不 愉入数据屏幕显示输入数据2)艺3三万(6计算固定侧乐铁样板计算动活侧压铁样板.计算其他截面样板止上算计口板底样泽睡泣旧饰瞬浓计算下止口样顶板计算面锥样板 福查偷入数矿飞梁厂.榆入输入数据文件名计算子程序进入侧压洗输一 出输入数据文件进入 线圈渐伸 线计算子程序输入渐伸线开始 处转 角修正量线圈渐伸线 计算输入计算结果数据文件名计算修正后的
14、 压模转角半径侧压铁展开 样板计算输出渐伸 线计算结果文件抽入样板 数据文件名愉入晰压 铁展 开 样板数据文件名进入样板计算子程序输入直线部分,上、下止口高输出样板数据文件愉 出数据文件计拌端部止口、压铁 有关尺 寸继续 计算否了屏幕显示_止口、压铁计 算结果E封D(下转第29页)大电机技术地3、1”9 1年19时的情况相当接近。勺5初步结论(1)对交流 电机的数字仿真而言,用式(2)编程运算花费机时多,其原因在于对电感系数阵的 反复求逆。从矩阵理论角度看,坐标变换是把具有周期性变化系数的矩阵元素化为常系数元素(坐标变换就是变数变换)。常系数电感矩阵求逆方便,且避免了反复求逆之弊,因此,用 坐
15、标变换后 的仿真模型编程,可大 大节省运算机时。(2)单就异步电动机的数字仿真说来,本文提出的方法与坐标变换法的优缺点分别如下:坐标变换法使求逆只进行一次,因而花费机时少。其缺点在于对不 同的课题可能要采用 不 同的坐标系统。因此,不能仅靠一个专用右函数子程序来求解较多类型的课题。另外,进行参数、输入、输出量的坐标变换及反变换比较麻烦。本文方法不论什么课题,都可依据式(2)及本文的L一表达式编程。因此,其右函数子程序可适用于三相异步电动机的绝大多数动态谋题,大大提高了程序的通用性。另外,该方法的运算速度基本与坐标变换法相同,但却大大节省了对运动方程及输入、输出量等的坐标变换和反变换编程所花费的
16、时间。参考 文 献1式际可,邹秀民.循环拒阵及其在结构计算中的应用.计算结构力学学术交流论文,19 78.2Na s a rSA,Un newehrLS.E lee一tr ome ehanie gandE leetriem是ehine,19 79.(上接第1 9 页)2.3计算机辅 助设 计程序的编制我们用F ORTRA N一7 7语言编制了计算及样板绘图程序软件。该程序是由主程序和线圈渐伸线计算子程序、锥面样板计算子程序、侧压铁展开样板计算子程序等组成。采用交互式数据输入方式。以文件形式输出数据。可以计算输出锥面、下止口顶、上止口顶、上止口底或任一要求截面样板及固定侧压铁、活动侧压铁样板。计算程序框图如第加 页所示。利用上述程序计算得到的截面展开样板数据文件和侧压铁展开样板的数据文件,运用所编相应绘图程序,接通绘图机就能按比例绘出所需样板图。对于线圈压模的其他零件图可用预先描好的“哑图”填上相应尺寸即可。问题。(2)在产品线圈图纸设计时,利用计算机辅助设计可 以反复调整线圈升高值
