Электромашиностроение на заводах Советского Союза по ряду ответственнейших машин стоит впереди многих известнейших заводов мира. Отечественными заводами выпущены машины, создающие эпоху в мировом электромашиностроении. К числу таких машин относятся турбогенератор мощностью 125000ква при 3000 об/мин с водородным охлаждением и гидрогенераторы мощностью по 67 000 ква при 62,5 об\мин. Названные машины являются рекордными каждая среди машин своей категории.
Постройка подобных машин немыслима без широкого научного обобщения ряда факторов, определяющих прочность частей машины, правильное их взаимодействие и тепловое состояние машины.
Отечественная электропромышленность накопила богатый опытный матери»л, на основе которого разработана и проверена передовая теория, позволяющая успешно разрешать поставленные перед электропромышленностью сложные задачи. Поэтому в высшей технической школе невозможно ограничиваться сообщением учащимся лишь тех начал в проектировании электрических машин, которые преподносятся учащимся в зарубежных высших технических учебных заведениях и которые были известны еще в дореволюционное время. Необходимо при подготовке инженера, будущего работника электромашиностроительных заводов, уже на школьной скамье знакомить его как с конструкцией машин, так и с порядком их проектирования. Книг, решающих подобного рода задачу, мировая техническая литература до сих пор не имеет. Предлагаемый труд является первой попыткой восполнить этот пробел.
Автор книги поставил своей целью обобщить опыт ряда электромашиностроительных заводов, с которыми его связывает долголетняя практическая деятельность. Трудно ожидать, чтобы первые шага в этом направлении привели, к безупречному решению. Возможно, что и на расстановке материала и на детализации тех или иных схем сказалось отношение автора к тому или иному виду электрических машин. Возможно также, что те виды электрических машин, которые не создавали трудностей в производстве и серьезных неприятностей при их эксплоатации, менее выпукло отражены в книге, чем это следовало бы с педагогической точки зрения.
1*
Курс „Конструкция электрических машин" зна-i комит учащегося с основными вопросами конструи-; рования электрических машин — их общим устрой- \ ством, способами и расчетами охлаждения, а также! с расчетом прочности и жесткости главнейших деталей машины.
Во всех разделах, где это уместно, освещаются тенденции современной производственной практики электромашиностроения, преследующие цель обеспечить повышение надежности машин в эксплоатации и упростить технологический процесс их изготовления.
Материал в книге распределен по основным общим вопросам и конструктивным узлам машин, . независимо от рода тока. Вследствие такого расположения материала у учащегося создается обобщенное понимание электрической машины. Построение курса в том порядке, который принят при изложении теории электрических машин, не давая особых преимуществ, вызвал бы недопустимое увеличение объема книги, вследствие неизбежных повторений ряда положений, относящихся к разным видам электрических машин. Конечно, принятый порядок не исключает полностью необходимости приводить в некоторых случаях особенностей конструктивного исполнения того или иного узла машин в зависимости от того, в какой машине он применяется. Такого рода пояснения частных случаев не только не нарушают общего характера схемы построения курса и его целеустремленности, но позволяют при рассмотрении отдельных различий выявить общность конструктивных решений в машинах разного рода тока.
Курс охватывает основные конструктивные \ схемы машин различных исполнений и намечает обоснование исходных положений, предопределяющих устройство машин различного назначения. При этом детально рассматриваются конструкции только тех машин, принципиальный тип которых является установившимся в современной практике.
Вопросы охлаждения электрических машин рассмотрены сразу же после обзора основных форм исполнения и конструктивных схем электрических машин. Такая последовательность изложения общих вопросов обусловлена тем, что при изучении вентиляционных схем и теплового состояния машины учащийся получает попутно общее знакомство с машиной в целом, и, приступая к изучению отдельной части машины, он уже знает
ее роль не только как элемента конструктивной схемы машины, но и как участка воздухопровода и как звена тепловой цепи.
Изложение вопросов вентиляции электрических машин предшествует тепловому расчету, так как определение перегревов частей машины невозможно без использования данных, получаемых при вентиляционном расчете.
В отдельной главе, имеющей несколько обособленный характер, приводятся общие данные по материалам, применяемым в электромашиностроении, и разбираются некоторые вопросы производственного характера; эти сведения позволяют наметить общий подход к правильному выбору материалов для различных частей машины.
В главах, посвященных рассмотрению основных конструктивных узлов машины, автор стремился дать наиболее всесторонний обзор современных конструкций с указанием, где это целесообразно, преимуществ и недостатков отдельных вариантов. В этих главах, наряду с изложением методов расчетного определения напряжений и деформаций, возникающих в частях машины в нормальных и аварийных режимах их работы, даются также соотношения размеров тех деталей, расчет которых не производится, а которые выбираются по аналогии с деталями уже построенных и хорошо работающих машин. '
Книга рассчитана в основном на удовлетворение нужд студентов и преподавателей высшей электротехнической школы. Автор надеется, что она облегчит работу руководителей курсового и дипломного проектирования в электротехнических вузах и будет являться полезным учебным посо-
бием по курсу „Проектирование электрических машин" в части их конструкции.
Автор полагает, что и заводским инженерам-практикам предлагаемая книга принесет пользу при проектировании машин различного рода, так как в ней приведены данные, базирующиеся на опыте многих электромашиностроительных заводов. В книге сопоставлен ряд конструкций большинства ведущих электромашиностроительных заводов.
В заключение автор считает своим долгом принести искреннюю благодарность за дружескую помощь ряду инженеров завода „Электросила" им. С. М. Кирова, в особенности лауреатам Сталинской премии — главному инженеру завода Е. Г. Комар, инженерам А. С. Еремееву и В. П. Федорову и шеф-электрику завода, доктору технических наук Р. А. Лютеру.
Автор выражает свою признательность за большую помощь в работе над книгой своим бывшим ученикам — инженерам А. Р. Деро, Б. Н. Кра-совскому и Е. М. Раховской. Особенно ценной была помощь А. Р. Деро, который неоднократно проверял рукопись, внес в нее ряд существенных поправок и провел читку и исправление корректур.
Автор позволяет себе обратиться к читателям1 с просьбой прислать свои замечания и пожелания по адресу: Ленинград, 88, Невский пр. 28, Гос-энергоиздат. Они будут учтены в случае выпуска нового издания книги. Автор заранее благодарит всех, кто даст себе труд сообщить свои замечания.
Автор
ОГЛАВЛЕНИЕ
г™
Стр.
Предисловие.................. 3
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. Краткий очерк развития отечественного
электромашиностроения.......... 9
§ 2. Современные тенденции в развитии электромашиностроения .............. 10
Глава первая
ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ИСПОЛНЕНИЯ
И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
I. Основные положения, предопределяющие конструкцию электрических машин различного назначения
§ 3. Вводные замечания............ 13
§ 4. Основные виды привода электрических генераторов ........... .... 14
§ 5. Основные случаи применения электродвигателей .........•......... 18
§ 6. Заключительные замечания......... 20
II. Классификация электрических машин по конструктивным признакам
§ 7. О классификации электрических машин . . 24
§ 8. Общее подразделение электрических машин 24
§ 9. Подразделение по ступеням мощности ... 24
.§ 10. Подразделение по быстроходности..... 25
III. Типичные формы исполнения электрических машин и их конструктивные схемы
§ 11. Основные формы исполнения........ 25
§ 12. Производные, формы исполнения...... 26
§ 13. Формы исполнения вертикальных машин . . 27
§ 14. Формы исполнения гребных двигателей ... 29
|,1V. Способы механической защиты электрических машин
§ 15. Историческая справка........... 31
§ 16. Эксплоатационные условия работы электрических машин............... 31
§ 17. Классификация электрических машин по способу защиты............... 32
§ 18. Дополнительные замечания......... 33
Глава вторая ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО РАСЧЕТА
I. Способы охлаждения и принципиальные схемы вентиляции электрических машин
§ 19. Способы охлаждения............ 34
§ 20. Протяжная и замкнутая вентиляция..... 36
§ 21. Охлаждение водородом.......... 38
§ 22. Радиальный и аксиальный принципы вентиляции ................... 39
Стр.
II. Практические схемы вентиляции электрических машин
§ 23. Вытяжная самовентиляция......... 42
§ 24. Нагнетательная самовентиляция...... 44
§ 25. Наружная самовентиляция......... 48
§ 26. Замечания о взрывобезопасных двигателях . 56
§ 27. Замечания о вентиляции турбогенераторов . 58
III. Вентиляция вертикальных гидрогенераторов
§ 28. Классификация систем вентиляции..... 59
§ 29. Открытый тип генератора......... 61
§ 30. Забор воздуха из машинного зала и выход
наружу................. 63
§ 31. Закрытая протяжная вентиляция...... 6-4
§ 32. Замкнутая система вентиляции....... 64
IV. Расчет потерь напора в вентиляционной цепи электрической машины
§ 33. Задача вентиляционного расчета ...... 67
§ 34. Работа напора и напор истечения..... 67
§ 35. Частичные потери напора......... 68
§ 36. Гидравлическое сопротивление воздухопровода ...... ......... 71
§ 37. Последовательно и параллельно соединенные
воздухопроводы.............. 72
V. Вентиляторы
§ 38. Общее подразделение вентиляторов .... 73
§ 39. Конструкция вентиляторов......... 74
§ 40. Основные уравнения центробежного вентилятора .......,......... 77
§ 41. Приближенный расчет встроенного вентилятора ................. 79
§ 42. Выбор типа вентиляции.......... 82
§ 43. Физическая картина работы пропеллерного
вентилятора................ 82
§ 44. Расчет пропеллерного вентилятора ..... Н4
VI. Примеры расчета вентиляции
§ 45. Расчет гидравлического сопротивления сдвоенной машины............... 86
§ 46. Расчет вентиляции машины постоянного тока 88
§ 47. Примеры расчета центробежных вентиляторов ................... 88
§ 48. Пример расчета пропеллерного вентилятора 91
Глава третья
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
I. Общие представления
§ 49. Задача теплового расчета ... ...... 93
§ 50. Пределы допускаемых превышений температур ................... 94
Стр.
§ 51. Различные режимы работы электрических
машин.................. 96
§ 52. Номинальные данные электрических машин 97
П. Расчет установившихся перегревов
§ 53. Основные определения........... 97
§ 54. Перепад температуры по толщине изоляции 98
§ 55. Теплорассеянне с поверхности ....... 100
§ 56. Теплоотдача с закрытой обдуваемой поверхности и коэфициент подогрева воздуха . . . 103
§ 57. Понятие о тепловых схемах........ 107
§ 58. Тепловые схемы установившихся режимов . 108
§ 59. Определение наиболее горячей точки .... 110
III. Неустановившиеся тепловые режимы
§ 60. Основные уравнения нагревания и остывания однородного тела...........111
§ 61. Заключительные замечания.........114
§ 62. Перегревы при кратковременном режиме работы машины...............116
§ 63. Расчет нагрева пусковой обмотки синхронного двигателя..............119
IV. Примеры теплового расчета
§ 64. Тепловой расчет закрытого двигателя . . . 120 § 65. Тепловой расчет якоря при кратковременном режиме................123
Глава четвертая
ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ПО ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ И ЗАМЕЧАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ХАРАКТЕРА
I. Общий обзор активных и конструктивных материалов
§ 66. Активные и конструктивные материалы . . 126 § 67. Физические свойства проводниковых материалов .................. 126
§ 68. Изоляционные материалы......... 130
§ 69. Лаки и компаунды............ 131
П. Свойства конструктивных материалов и допустимые механические напряжения
§ 70. Листовая электротехническая сталь..... 132
§ 71. Стальной прокат и поковки........ 132
§ 72. Проволока для бандажей......... 133
§ 73. Стальное литье.............. 133
§ 74. Чугунное литье.............. 136
§ 75. Баббиты.................. 137
§ 76. Виды нагрузок, испытываемых материалами 137 § 77. Допустимые механические нагрузки материала ................... 138
III. Замечания производственного характера
§ 78. Взаимозаменяемость частей........ 139
§ 79. Нормали. Нормализованные размеры .... 140
§ 80. Допуски и посадки............ 141
§ 81. Конструктивные формы сварных деталей . . 142
§ 82. Общие указания по сварным конструкциям 144
IV. Особенности разработки конструкций электрических машин при различных методах
ведения производства
§ 83. Методы ведения производства.......146
§ 84. Исходные положения проектирования машин,
определяемые методом ведения производства 148
Глава пятая ОБМОТКА И ПОЛЮСЫ РОТОРОВ
I. Обмотка роторов асинхронных машин и машин постоянного тока
§ 85. Короткозамкнутая обмотка......... 150
§ 86. Однослойные обмотки........... 152
§ 87. Двухслойные обмотки........... 152
§ 88. Уравнительные соединения......... 159
II. Полюсы и обмотка роторов синхронных машин
§ 89. Устройство полюсов............ 162
§ 90. Катушки полюсов............. 16ф
§ 91. Обмотки цилиндрических роторов.....166.
III. Крепление вращающихся обмоток
§ 92. Проволочные бандажи роторов....... 167
§ 93. Конструктивное исполнение проволочных
бандажей................. 169
§ 94. Расчет прочности бандажей......... 171
§ 95. Массивные бандажи............ 172
§ 96. Клинья роторных пазов.......... 174
IV. Междуполюсные распорки
§ 97. Типы между полюсных распорок...... 175
§ 98. Расчет междуполюсных распорок...... 176
§ 99. Порядок расчета полюсной катушки и распорки ................... 179
Глава шестая
КОНТАКТНЫЕ КОЛЬЦА И КОЛЛЕКТОРЫ I. Контактные кольца
§ 100. Контактные кольца синхронных машин . . 180 § 101. Контактные кольца одноякорных преобразователей ................ 183 .
§ 102. Контактные кольца асинхронных машин . . 184
§ 103. Материал и размеры контактных колец . . 189
II. Конструкция коллекторов
§ 104. Классификация коллекторов и общие замечания ................... 189
§ 105. Коллекторы малых машин......... 194
§ 106. Коллекторы крупных машин....... 198
§ 107. Деленные коллекторы ......... 199
§ 108. Цилиндрические коллекторы с бандажами . 200
III. Определение размеров коллекторных пластин
§ 109. Длина коллектора............202
§ 110. Радиальная высота коллекторной пластины 203 § 111. Размеры коллекторов...........204
IV. Расчет прочности частей коллекторов
§ 112. Силы, действующие на коллекторные пластины .................. 204
§ ИЗ. Расчет основных усилий..... ... 205
§ 114. Напряжения в основных частях цилиндрического коллектора........... 206
§ 115. Напряжения в конусных нажимных шайбах 207 § 116. Картина возникновения температурных напряжений................. 210
§ 117. Примеры расчета коллекторов...... 212
Стр. Глава седьмая
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ РОТОРОВ
I. Роторы машин постоянного тока и асинхронных
§ 118. Шихтованные роторы...........215
§ 119. Сегментный обод ротора.........219
•§ 120. Роторная звезда............. 221
II. Роторы синхронных машин
§ 121. Массивные роторы............222
•j 122. Шихтованные сердечники.........226
§ 123. Цилиндрические роторы..........234
III. Расчет прочности роторов
§ 124. Расчет простейшего сердечника ротора . . 237
§ 125. Расчет сегментного ротора ........ 238
§ 126. Расчет литого ротора со спицами..... 240
§ 127. Жесткость спиц литого маховика..... 241
§ 128. Расчет полюсных хвостов или крепительных
болтов.................. 242
Глава восьмая
^ВАЛЫ 1. Условия работы валов и их устройство
§ 129. Виды нагрузок валов........... 243
§ 130. Анализ различных случаев загрузки вала . 244
§ 131. Замечания о составных валах....... 246
§ 132. Части вала................ 247
II. Расчет валов
§ 133. Аналитическое определение прогиба вала . 251
§ 134. Сила магнитного притяжения....... 254
•§ 135. Определение размеров вала........ 256
§ 13(i. Примеры расчета валов ..... • . . . . 258
III. Поперечные колебания
§ 137. Вывод уравнения поперечных колебаний . 262 § 138. Вывод общего уравнения критической скорости ..................265
§ 139. Критическая скорость вала с учетом трения 266 § 140. Практический способ определения критической скорости ротора электрической машины ..................268
IV. Крутильные колебания
§ 141. Возникновение крутильных колебаний . . . 270 § 142. Вынужденные колебания дизельагрегата . . 272
Глава девятая
ОПОРЫ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
I. Опоры скольжения
§ 143. Роль и характер подшипниковых опор . . 276 § 144. Подшипники горизонтальных машин .... 277 | 145. Конструктивные соотношения и материалы
опорных подшипников..........289
§ 146. Направляющие подшипники........290
S 147. Подпятники................292
Стр.
II. Элементы теории гидродинамического трения
§ 148. Основное уравнение гидродинамического
трения.................. 295
§ 149. Расчет подпятников ........... 298
§ 150. Расчет опорных подшипников....... 302
§ 151. Расчет направляющих подшипников .... 307
§ 152. Пример расчета опорного подшипника . . 308
III. Подшипники катящегося трения
§ 153. Описание конструкции..........309
§ 154. Выбор допустимой нагрузки подшипников
качения .................313
Глава десятая МАГНИТНЫЕ СТАНИНЫ
I. Обмотки магнитных станин
§ 155. Общее подразделение........... 31 ^
§ 156. Проволочные катушки.......... 316
§ 157. Полосовые катугаки........... 318
§ 158. Компенсационная обмотка........ 320
§ 159. Демпферные обмотки........... 320
II. Полюсы магнитных станин
§ 160. Главные полюсы............. 321
§ 161. Добавочные полюсы малых и средних машин................... 323
§ 162. Добавочные полюсы крупных машин . . . 323 § 163. Добавочные полюсы одноякорных преобразователей и машин микст......... 324
III. Устройство магнитных станин
§ 164. Общее устройство станин........324
§ 165. Магнитные станины малых габаритов . , . 3^5 § 166. Магнитные станины машин средней мощ-
lev1
ности................. 32/
§ 167. Магнитные станины крупных машин .... 328
§ 168. Расчет крепления полюсов........ МЗО
§ 169. Расчет прочности станин ......... 331
§ 170. Расчет фундаментных болтов........ 332
Глава одиннадцатая
СТАТОРЫ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА I. Обмотки статоров
§ 171. Общее подразделение обмоток...... 333
§ 172. Укладка обмоток в пазы......... 334
§ 173. Габариты и расположение лобовых соединений ................. 337
§ 174. Крепление лобовых соединений , . • ... 340
II. Железо статора
§ 175. Сердечник статора............343
§ 176. Устройство радиальных каналов в железе
статора..................315
111. Станины статора
§ 177. Общие замечания............. 348
§ 178. Станины статоров малых машин..... 348
§ 179. Станины средних машин......... 35U
§ 180. Станины крупных машин......• . . :->51
§ 181. Особенности исполнения станин вертикальных машин................ 352
Стр. IV. Расчет станин машин переменного тока
§ 182. Определение прогибов и напряжений . . . 354
§ 183. Вибрации станин............. 356
§ 184. Расчет нажимных пальцев и стяжных болтов статорного железа.......... 357
Глава двенадцатая
ТОКОВЕДУЩИЕ ЧАСТИ
I. Щетки и щеткодержатели
§ 185. Щетки.................. 359
§ 186. Щеткодержатели............. 359
§ 187. Пальцы щеткодержателей......... 362
§ 188. Бракеты щеткодержателей........ 365
II. Щеточные траверсы и соединительные шины
§ 189. Щеточные траверсы...........366
§ 190. Соединительные шины..........368
III. Электрические выводы из машин
§ 191. Выводные зажимы............ 369
§ 192. Коробки зажимов......•...... 371
§ 193. Выводные зажимы турбогенераторов . . . 372
§ 194. Выводные зажимы гидрогенераторов . . . 373
Глава тринадцатая
СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ. ШКИВЫ И ФУНДАМЕНТНЫЕ ПЛИТЫ
I. Соединительные муфты
§ 195. Типы соединений......•......374
§ 196. Жесткое соединение...........375
Стр.
§ 197. Эластичные муфты............376
§ 198. Полуэластичные муфты..........377
II. Шкивы и натяжные ролики
§ 199. Шкивы с цилиндрическим ободом..... 378
§ 200. Определение наименьшего диаметра шкива Я78
§ 201. Шкивы с желобчатым ободом....... 379
§ 202. Натяжные ролики............ 380
III. Салазки и фундаментные плиты
§ 203. Салазки.................381
§ 204. Фундаментные плиты...........382
§ 205. Фундаментные болты.......• ... 383
Глава четырнадцатая
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
§ 206. Разработка конструкции машин постоянного тока................384
§ 207. Разработка конструкции асинхронных двигателей ..................386
§ 208. Разработка конструкции синхронных машин с горизонтальным валом.......387
§ 209. Особенности разработки конструкции турбогенераторов ..............388
§ 210. Разработка конструкции гидрогенераторов ...................389
Цена: 500руб.
