CZ51595A3

CZ51595A3 - Apparatus for fastening ends of stator winding of a dynamoelectric machine

Info

Publication number: CZ51595A3
Application number: CZ95515A
Authority: CZ
Inventors: Hans Ing Zimmermann
Original assignee: Abb Management Ag
Priority date: 1994-02-26
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1995-11-15
Also published as: CN1110023A; EP0669694A1; HU9500580D0; BR9500774A; KR950034984A; HRP950087A2; DE4406400A1; RU95104378A; JPH07274425A; HUT69266A; US5485050A

Description

Vynález se týká zařízení k upevnění konců statorového vinutí dynamoelektrického stroje, sestávajícího z rotoru a statoru a statorové skříně, přičemž stator sestává z plechového tělesa s koncovými přítlačnými deskami a v plechovém tělese je v drážkách uspořádáno statorové vinutí sestávající z horní tyče a dolní tyče, jejichž konce axiálně přesahují plechové těleso, přičemž upevnění je tvořeno vnitřním kroužkem, který dosedá na kuželovité se rozšiřující konce statorového vinutí přímo nebo přes mezivrstvu, a vícedílnou vnější operou tvořenou kroužky a nosnými úhelníky, přičemž nosné úhelníky jsou upevněny na čelní straně přítlačné desky plechového tělesa statoru.

Dosavadní stav techniky

Řešení podle vynálezu vychází ze stavu techniky, představovaného například EP-A-0 432 720, popřípadě

US-A-5 140 740, který má stejný obsah.

Upevnění konců statorových vinutí (čel vinutí) turbogenerátorů představuje v důsledku velkých namáhání, kterými jsou čela vinutí vystavena, určité problémy. Tato namáhání mají příčinu v elektromagnetickém silovém působení, zejména při krátkém spojení, ve kmitání a v různých tepelných prodlouženích statorových tyčí oproti železu statoru při provozu. Tato zatížení dříve nebo později způsobí uvolnění a otěr, které v konečném důsledku vedou ke vzniku zemních spojení a krátkých spojení.

Pro zlepšení pevnosti čel vinutí velkých elektrických strojů byla zavedena řada systémů, které většinou pracují s jednodílnými kroužky z izolačního materiálu jako centrálním podpěrným elementem.

U zařízení k upevnění konců statorového vinutí v elektrickém stroji podle DE-OS 16 13 125 dosedá vnější kroužek z vnějšku na část vnějších vrstev konců vinutí. Vnitřní kroužek, který je nezávislý na vnějším kroužku, dosedá na vnitřní vrstvy konců vinutí. Aby se zabránilo axiálnímu posunutí obou kroužků, jsou upravena zařízení vytvořená ve formě třmenů tvaru písmene C, která obepínají konce vinutí, a která jsou určena pro spojení obou kroužků. Oba kroužky jsou přišroubovány k axiálně probíhajícím držákům, které jsou upevněny na čelní straně statorového plechu.

Upevnění čel vinutí podle US-PS 4 800 314 používá pouze jeden kroužek. Konce čel vinutí jsou po skupinách mezi sebou zaklíněny a slepeny a k tomuto vnějšímu kroužku připojeny pomocí pásků.

Další řešení daného problému, které představuje pro vynález základní řešení, je předmětem spisu US-A-5 140 740, popřípadě EP-A-0 432 720, který má stejný obsah. Upevnění, které je zde navrženo, sestává z vnitřního kroužku, který dosedá na kuželovité se rozšiřující konce statorového vinutí. Vnější opěra sestává z alespoň dvoudílného kroužku nebo z opěrných nosníků, uspořádaných v obvodovém směru a navzájem spolu spojených.

Tažné kotvy, které působí na vnitřní kroužek a vnější kroužek, popřípadě na opěrné nosníky, slouží k upnutí vnitřního kroužku a vnější opěry. Alternativně mohou u známých řešení odpadnout vnější kroužek i tažné kotvy (obr. 4). Potom se vnitřní kroužek včetně čelních třmenů čela vinutí opírá přes upínací klíny o nosníky, které jsou upevněny na čelní straně plechového tělesa statoru. Nevýhodou u obou alternativ je, že při uvolnění spojení čela vinutí je jeho utažení velmi obtížné.

Pro všechna známá provedení je společné, že vnější opéra je provedena s kroužky. Tyto kroužky se však při působení rotujících elektromagnetických sil rozšiřují, nabývají oválného tvaru a svou opěrnou funkci mohou proto plnit pouze částečně.

Úkolem vynálezu, vycházeje z dosavadního stavu techniky, proto je vytvořit upevnění v úvodu uvedeného druhu, které bude vyrobítelné hospodárně a jednoduše, které spolehlivě odolá všem provozním namáháním uvedeného druhu, a které může být, zejména po eventuálním uvolnění spojení čela vinutí, znovu utaženo.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje zařízení k upevnění konců statorového vinutí dynamoelektrického a statoru a statorové z plechového tělesa s stroje, sestávajícího z rotoru skříně, přičemž stator sestává koncovými přítlačnými deskami a v plechovém tělese je v drážkách uspořádáno statorové vinutí sestávající z horní tyče a dolní tyče, jejichž konce axiálně přesahují plechové těleso, přičemž upevnění je tvořeno vnitřním kroužkem, který dosedá na kuželovité se rozšiřující konce statorového vinutí přímo nebo přes mezivrstvu, a vícedílnou vnější operou tvořenou kroužky a nosnými úhelníky, přičemž nosné úhelníky jsou upevněny na čelní straně přítlačné desky plechového tělesa statoru, podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává z prvního vnějšího kroužku, který z vnějšku dosedá na volné konce nosných úhelníků, z druhého vnějšího kroužku, který se opírá o osazení na přítlačné desce statoru, přičemž druhý vnější kroužek je upevněn na nosných úhelnících a mezi plochami nosných úhelníků směřujícími dovnitř a konci vinutí jsou upraveny upínací prostředky.

Uspořádání a upevnění obou vnějších kroužků vede v kombinaci s vnitřním kroužkem a upínacími prostředky k vytvoření konstrukce čela vinutí, která je odolná proti kmitání. Opřením druhého vnějšího kroužku o přítlačnou desku statoru se tento druhý kroužek při zatížení, které působí radiálně směrem ven, v případě krátkého spojení nemůže prakticky roztáhnout. Proto jsou radiální komponenty kmitání omezeny na velmi malé amplitudy. Z této skutečnosti profituje rovněž i první vnější kroužek. Jeho deformace do tvaru oválu je omezena radiálně velmi tuhými nosnými úhelníky. Protože nyní je vnější opření čela vinutí velmi tuhé, je provedení vlastního zaklínění tyčí vinutí velmi jednoduché: po zalisování vnitřního kroužku a jeho axiálního zajištění dojde k aktivování upínacích prostředků uspořádaných mezi tyčemi vinutí. Tímto způsobem se celá vazba neboli spojení čela vinutí vyztuží do útvaru extrémně odolného proti kmitání, který odolává všem provozním namáháním, zejména rovněž při krátkém spojení. Přídavné opření o těleso statoru není v zásadě nutné. Může však sloužit jako přídavné opatření a může být realizováno jednoduše, například pomocí radiálně dovnitř probíhajících listových pružin, měkkých v axiálním směru, které jsou na jedné straně upevněny na prvním vnějším kroužku a na druhé straně na tělese statoru.

U zvlášů výhodného provedení podle vynálezu nedosedá druhý vnější kroužek na osazení na přítlačné desce statoru svým celým vnitřním obvodem, nýbrž pouze částí své šířky (obvykle 1/5 až 1/3 své šířky). Tato dosedací plocha se ukázala jako dostatečná.

*r

U velkých elektrických strojů, zejména u elektrických strojů s velkou délkou, dochází k nezamezitelným relativním pohybům mezi konci vinutí a plechovým tělesem statoru, podmíněným teplotou. Bez zvláštních předběžných opatření by tyto relativní pohyby namáhaly spojení čela vinutí nepřípustně. Z tohoto důvodu jsou podle dalšího výhodného provedení podle vynálezu nosné úhelníky spojeny s čelní stranou plechového tělesa přes axiálně působící listovou pružinu a mezi druhým vnějším kroužkem a čelní plochou přítlačné desky statoru jsou upraveny pružiny. Uvedené axiálně působící listové pružiny spolu s těmito dalšími pružinami, například ve formě svazku talířových pružin, vytvářejí dostatečně vysoké axiální předpětí. Toto axiální předpětí působí mezi čelem vinutí a plechovým tělesem statoru a kompenzuje teplem způsobené axiální posunutí čela vinutí vůči plechovému tělesu statoru. Tímto způsobem je celé statorové vinutí s oběma čely vinutí upnuto vůči plechovému tělesu statoru pružně a prodloužení způsobená teplem nezpůsobí uvolnění tohoto spojení. Přitom zcela postačuje pružení v rozsahu pouze několika milimetrů.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladu provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje schematicky zjednodušeně podélný řez nepoháněnou koncovou částí turbogenerátoru, obr. 1A detail X z obr. 1, obr. 2 ve velmi zjednodušeném pohledu čelní stranu statoru a obr. 3 částečný řez podél čáry A-A z obr. 1 pružným tt upevněním nosných úhelníků na přítlačné desce statoru.

Příklady provedení vynálezu

U turbogenerátoru, znázorněného na obr. 1 ve zjednodušeném podélném řezu ve své koncové části na nepoháněné straně (na straně nízkého napětí neboli budicí straně), je vidět rotor 1, plechové těleso 2 statoru a přítlačná deska 2 statoru. Vinutí statoru sestává z dolní tyče 4 a horní tyče 5, jejichž konce, vyčnívající z plechového tělesa 2 statoru, tedy takzvané čelní třmeny, jsou prostřednictvím svorek 6 navzájem spojeny elektricky a mechanicky. Celá jednotka všech čelních třmenů tvoří čelo vinutí.

Pro vnější opření čela vinutí jsou na přítlačné desce 2 statoru upevněny nosné úhelníky 7, jejichž rozmístění je znázorněno na obr. 2. Tyto nosné úhelníky Ί_ jsou opatřeny na svém konci u statoru radiálním prodloužením 8. První vnější kroužek 2, který je jednodílný a má v příčném řezu tvaru písmene L a je proveden z izolačního materiálu, dosedá z vnějšku na volné konce nosných úhelníků 7. První vnější kroužek 9 je na svém radiálně směrem dovnitř směřujícím ramenu 9a upevněn k čelní ploše nosného úhelníku 7. Prostor mezi prvním vnějším kroužkem 9 a radiálním prodloužením 8 na nosném úhelníku 7 slouží k uložení prstencových vedení 11 oddělených distančními špalky 10♦

V kuželovité se rozšiřujícím prostoru, který je ohraničen horními tyčemi 5, je vložen vnitřní kroužek 12 z izolačního materiálu, například z plastu vyztuženého skleněnými vlákny, a axiálně zajištěn prostřednictvím pojistných elementů 13. Dolní tyče 4 statorového vinutí se opírají přes vloženou izolační první mezivrstvu 14., například ze skleněné rohože nebo skleněných vláken, o vnitřní kroužek 12. Mezi dolními tyčemi 4 a horními tyčemi 5 jsou po téměř celém axiálním vyložení čela vinutí rozmístěné vloženy klínové výplňové kusy z izolačního materiálu.

Zaklínění dolních tyčí 4 a horních tyčí 5 je provedeno pomocí dvojitých klínů 16, 17 vůči sobě navzájem relativně posuvných a opatřených závitovými děrami, které maj í opačně skloněné klínové plochy. Tyto klíny 16, 17 spolupracují s rovněž opačně uspořádanými klínovými plochami 18, 19 na nosném úhelníku 7. Pomocí šroubu 20 je možno oba klíny 16, 17 k sobě upnout. Druhá mezivrstva 21 z izolačního materiálu brání poškození izolace dolní tyče 4. Utažením šroubu 20 se celá jednotka sestávající z druhé mezivrstvy 21, dolní tyče 4, výplňového kusu £5, horní tyče 5 a první mezivrstvy 14 upne k nosnému úhelníku 7 a vnitřnímu kroužku 12.

Jak již bylo v úvodu uvedeno, dochází při provozu turbogenerátoru, zejména v rozběhové fázi a u strojů s velkou délkou, k relativním pohybům, způsobeným teplem, mezi statorovým vinutím tvořeným dolními tyčemi 4 a horními tyčemi 5 (sestávajícími z izolovaných měděných vodičů) a plechovým tělesem 2 statoru. To znamená, že spojení čela vinutí nemůže být upevněno na čelní straně plechového tělesa 2 statoru pevně, protože jinak by mohlo dojít k uvolnění spojení čela vinutí a rovněž k poškození izolace vodičů. Z tohoto důvodu nejsou nosné úhelníky 7 upevněny na čelní ploše plechového tělesa 2 statoru, přesněji na přítlačné desce 3 statoru přímo, nýbrž přes vyrovnávací elementy. Jako vyrovnávací elementy jsou upraveny například lišty 22 profilu U, které jsou ve svém středu upevněny pomocí šroubů 24 a distanční podložky 23 na přítlačné desce 2 statoru, čímž vznikne mezera Sj. Do prostoru mezi rameny 22a lišt 22 profilu U sousedících v obvodovém směru jsou zasunuty nosné úhelníky 7 a zde upevněny pomocí šroubů 25 a matic. Konce nosných úhelníků 7 na straně přítlačné desky 3. statoru přitom nedosahují až k čelní ploše 30 přítlačné desky 3. statoru. Tímto způsobem působí části lišty 22 profilu U na obou stranách distančních podložek 23. jako axiálně působící listové pružiny a umožňují relativní pohyb mezi nosnými úhelníky 7 a přítlačnou deskou 3 statoru, a tím i plechovým tělesem 2 statoru. Toto pružení probíhá ve směru k plechovému tělesu 2 statoru a je dáno tloušťkou distančních podložek 23.

Tato pružnost by bez přídavných opěrných opatření zmenšila pouze tuhost celého spojení čela vinutí. Zde dochází k využití řešení podle vynálezu. Přítlačná deska 2 statoru je podle vynálezu na vnějším obvodu na své straně odvrácené od plechového tělesa 2 statoru opatřena osazením 26, na které alespoň částečně dosedá druhý vnější kroužek 27 (viz obr. 1 a detail X na obr. 1A). Tento druhý vnější kroužek 27 je proveden z vysoce pevné nemagnetické oceli, která se rovněž používá na hlavice rotorů. Na svém vnitřním obvodu je opatřen kruhovou drážkou 28. Mezi radiální plochou 29a této kruhové drážky 28 a čelní plochou 30 přítlačné desky 2 statoru zůstává mezera S₂, která je alespoň tak velká, jako mezera mezi lištami 22 profilu U a přítlačnou deskou 2 statoru.

Mezi čelní plochou druhého vnějšího kroužku 27 na straně plechového tělesa 2 statoru a radiální plochou 31 osazení 26. na přítlačné desce 2 statoru jsou uspořádány pružiny 32, jejichž provedení vyplývá z detailního znázornění na obr. 1A. Tyto pružiny 32 jsou rovnoměrně rozloženy po celém obvodu kroužku 27. Na uvedené čelní ploše druhého 27 je upevněna kruhová matice 22· Na svazku talířových pružin je nasazen klobouček 35 a pomocí šroubu 36 přišroubován axiálně pohyblivě k druhému vnějšímu kroužku 27 a tím i předepjat. Mezera S₃ mezi kloboučkem 35 je stejná nebo jen poněkud větší než mezera S₂ mezi radiální plochou 29a a čelní plochou 30druhého vnějšího vnějšího kroužku

Druhý vnější kroužek 27 je upevněn na nosných úhelnících pomoci šroubů 37. První vnější kroužek 9 je připevněn k druhému vnějšímu kroužku 27 pomocí tažných šroubů .38.. Tato konstrukce umožňuje v mezích axiální pohyby celého spojení čela vinutí vůči plechovému tělesu 2 statoru proti pružnosti axiálních listových pružin (tvořených lištami 22 profilu U) a svazku 34 talířových pružin, přičemž však je radiálně extrémně tuhá, protože druhý vnější kroužek 27 - vzhledem ke svému dosednutí na osazení 26 - se může pouze roztahovat, avšak nikoli do tvaru oválu.

Dalšího radiálního vyztužení čela vinutí je možno dosáhnout tehdy, když - jak je znázorněno na obr. 1 - je první vnější kroužek 9 upevněn na skříni 40 statoru prostřednictvím radiálních lišt 39. Tyto radiální lišty 39 působí jako listové pružiny měkké v axiálním směru, avšak v radiálním směru tuhé. Radiální pružiny 39 jsou rozmístěny rovnoměrně po celém obvodu skříně 40 statoru a upevněny na prvním vnějším kroužku 9 bud zvlášť nebo tažným šroubem 38.

Claims

1. Zařízení k upevnění konců statorového vinutí dynamoelektrického stroje, sestávajícího z rotoru (l) a statoru a skříně statoru, přičemž stator sestává z plechového tělesa (2) statoru s koncovými přítlačnými deskami (3) statoru a v plechovém tělese (2) statoru je v drážkách uspořádáno statorové vinutí sestávající z dolní tyče (4) a horní tyče (5), jejichž konce axiálně přesahují plechové těleso (2) statoru, přičemž upevnění je tvořeno vnitřním kroužkem (12), který dosedá na kuželovité se rozšiřující konce statorového vinutí přímo nebo přes první mezivrstvu (14), a vícedílnou vnější opěrou tvořenou kroužky (9, 27) a nosnými úhelníky (7), přičemž nosné úhelníky (7) jsou upevněny na čelní straně přítlačné desky (3) statoru plechového tělesa (2) statoru, vyznačující se tím, že sestává z prvního vnějšího kroužku (9), který z vnějšku dosedá na volné konce nosných úhelníků (7), z druhého vnějšího kroužku (27), který se opírá o osazení (26) na přítlačné desce (3) statoru, přičemž druhý vnější kroužek (27) je upevněn na nosných úhelnících (7) a mezi plochami (18, 19) nosných úhelníků (7) směřujícími dovnitř a konci vinutí jsou upraveny upínací prostředky (16, 17, 20).

2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že nosné úhelníky (7) jsou upevněny na čelní straně plechového tělesa (2) statoru přes vloženou listovou pružinu (22) .

3. Zařízení podle nároku 2,vyznačující se tím, že listové pružiny jsou tvořeny lištami (22) profilu U, které jsou ve svém středu upevněny na plechovém tělese (22) statoru přes vložené distanční podložky (23), přičemž nosné úhelníky (7) jsou upevněny na ramenech (22a) lišt (22) profilu ·/

4. Zařízení podle jednoho z nároků laž 3, vyznačující se tím, že mezi druhým vnějším kroužkem (27) a přítlačnou deskou (3) statoru jsou uspořádány axiálně působící pružiny (32).

5. Zařízení podle nároku 4,vyznačující se tím, že pružiny (32) jsou tvořeny svazky (34) talířových pružin rovnoměrně rozmístěných na obvodu druhého vnějšího kroužku (27), které jsou uloženy vždy v kloboučku (25), přičemž tyto kloboučky (25) jsou upevněny na druhém vnějším kroužku (27) axiálně posuvně.

6. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 5,vyznačující se tím, že druhý vnější kroužek (27) je na vnitřním obvodu opatřen kruhovou drážkou (28) s radiální plochou (29a), mezi niž a čelní plochou (30) přítlačné desky (3) statoru je ponechána (S₂b zatímco další plocha (29b) přímo dosedá na osazení (26) přítlačné desky (3) statoru.

7. Zařízení podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že upínací prostředky jsou tvořeny dvěma klíny (16, 17) s opačnými klínovými plochami, které spolupracují s opačnými klínovými plochami (18, 19) na nosných úhelnících (7).