DE1017263B

DE1017263B - Runner of an electrical machine assembled from several parts

Info

Publication number: DE1017263B
Application number: DEE10869A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Otto Martin
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1954-06-24
Filing date: 1955-06-16
Publication date: 1957-10-10

Description

Aus mehreren Teilstücken zusammengebauter Läufer einer elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft einen Läufer einer elektrischen Maschine, welcher mit in Längsrichtung verlaufenden Wicklungsnuten versehen ist und aus mehreren Teilstücken, nämlich aus mindestens einer Trommel und zwei pilzförmigen Endstücken zusammengebaut ist; wobei die Teilstücke mit ringförmig umlaufenden Schweißnähten zusammengefügt sind.An electric rotor assembled from several parts Machine The invention relates to a rotor of an electrical machine, which is provided with winding grooves running in the longitudinal direction and consists of several parts, namely assembled from at least one drum and two mushroom-shaped end pieces is; wherein the sections are joined together with ring-shaped circumferential weld seams are.

Läufer für neuzeitliche Stromerzeuger großer Leistung, beispielsweise 30 bis 100 MW und darüber, bestehen hauptsächlich aus einer zylindrischen Stahlwalze mit zwei Lagerzapfen. Die Abmessungen derselben sind etwa 1 m Außendurchmesser, 4 bis 6 m Länge des aktiven Eisens und 5 bis 8 m Abstand der Lagermitten. Die Herstellung des gesamten Läufers aus einem einzigen geschmiedeten Rohling ist zweifellos die bestmögliche Bauweise eines solchen Maschinenteils, doch sind nur wenige Stahlwerke in der Lage, so große Blöcke zu gießen, wie sie für ein derart großes Stück von etwa 30 bis 50 t Fertiggewicht erforderlich sind. Auch erfordert das Schmieden derselben gewaltige Pressen und Wärmeöfen.Runner for modern power generators with high performance, for example 30 to 100 MW and above, consists mainly of a cylindrical steel roller with two bearing journals. The dimensions of the same are about 1 m outside diameter, 4 to 6 m length of the active iron and 5 to 8 m distance between the bearing centers. The production of the entire rotor from a single forged blank is undoubtedly the best possible construction of such a machine part, but only a few steel mills are able to cast as large blocks as they would for such a large piece of about 30 to 50 t finished weight are required. Also requires forging the same huge presses and heating ovens.

Deshalb wurde immer wieder versucht, solche Läufer aus einzelnen Stücken zusammenzufügen, die je nur ein Drittel bis ein Fünftel des fertigen Läufers wiegen und in kleineren Stahlwerken hergestellt werden können.Therefore it was tried again and again to make such runners from individual pieces together, each weighing only a third to a fifth of the finished runner and can be produced in smaller steel mills.

Bekanntgeworden sind Bauarten, bei denen in einer Welle von etwa halbem Außendurchmesser des Läufers. die Polzähne in achsparallele T-Nuten eingeschoben werden. Diese Bauweise mußte verlassen werden, weil schon geringe Verlagerungen der Polzähne die Auswuchtung derart verdarben, daß man die Maschinen nicht weiterbetreiben konnte.Types are known in which in a wave of about half Outside diameter of the rotor. the pole teeth are inserted into axially parallel T-slots will. This type of construction had to be abandoned because there were only minor relocations of the pole teeth spoiled the balance in such a way that the machines could no longer be operated could.

Ferner sind Bauarten bekannt; bei denen die Läufer aus zylindrischen Trommeln und Endstücken zusammengesetzt sind. Die jeweils benachbarten Stücke sind in der Trennebene mit Vor- und Rücksprung ineinander- zentriert. In Längsrichtung werden sie entweder durch einen zentral liegenden starken Schraubenanker oder durch mehrere außerhalb der Querschnittsfläche der Läuferwellen liegende Schraubenanker zusammengehalten, oder man legt in die Polhörner je zwei bis drei linealartige Längsanker mit T-förmigen Köpfen ein, welche den ganzen Läufer zusammenhalten.Furthermore, types are known; in which the runners are made of cylindrical Drums and end pieces are assembled. The respective neighboring pieces are Centered one inside the other in the parting line with a projection and a recess. Longitudinal they are either through a centrally located strong screw anchor or through several screw anchors lying outside the cross-sectional area of the rotor shafts held together, or two to three ruler-like longitudinal anchors are placed in each of the polar horns with T-shaped heads that hold the whole runner together.

Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Bauweise einigermaßen brauchbare Polräder hergestellt werden können, doch lehrten. anderseits die Betriebserfahrungen, daß die eingeschraubten oder eingeschrumpften Anker den Werkstoff an kritischen Stellen unter starke Vorspannung setzten, so daß die zusätzlichen Spannungen infolge der Fliehkräfte oder infolge von Biegemomenten, welche die Kupplung überträgt, oder die aus Unwuchten herrühren, den Werkstoff unzulässig beanspruchen können. Demgegenüber ist ein aus einem einzigen Schmiedestück bestehender Läufer im Vorteil. Ähnlich verhält es sich mit einem aus mehreren Stükken zusammengeschweißten Läufer.It has been found that reasonably useful with this design Pole wheels can be made, but taught. on the other hand the operating experience, that the screwed-in or shrunk-in anchors affect the material at critical levels Put places under strong pretension, so that the additional stresses as a result the centrifugal forces or as a result of bending moments which the clutch transmits, or which result from imbalances that can unduly stress the material. In contrast a rotor consisting of a single forging has an advantage. Similar it is the case with a rotor welded together from several pieces.

So ist ein aus trommelförmigen Teilstücken und pilzförmigen Endstücken mittels ringförmig umlaufender Schweißnähte zusammengeschweißter Läufer bekannt. Bei diesem Läufer verbinden die ringförmig umlaufenden Schweißnähte aber nur die radial äußeren Teile, so daß nach dem Fräsen der Wicklungsnuten nur die radial äußeren Teile- der zwischen diesen Nuten stehenbleibenden Zähne miteinander verbunden sind, während zusätzliche Schweißnähte nötig sind, wenn die Teil- bzw. Endstücke des Läufers auch entlang der Wicklungsnuten verbunden werden sollen. Diese Nähte lassen sich nur von Hand ausführen, sind schlecht zugänglich, und ihre Güte ist kaum einwandfrei zu überprüfen.So one is made of drum-shaped sections and mushroom-shaped end pieces known by means of annular circumferential welds welded runners. In this runner, however, the ring-shaped circumferential weld seams only connect the radially outer parts, so that after milling the winding grooves only the radially outer ones Parts of the teeth remaining between these grooves are connected to one another, while additional welds are necessary if the parts or end pieces of the rotor should also be connected along the winding slots. These seams can be can only be carried out by hand, are difficult to access, and their quality is hardly flawless to check.

Weiter ist,die Verwendung von Zentrierbohrungen und in diese eingreifenden-Abstandsringen an sich bereits bekannt.Next is the use of centering bores and spacer rings engaging in them already known per se.

Die Erfindung bezweckt, die bei den bekannten Läufern auftretenden Nachteile zu vermeiden. Zu diesem Zweck erstrecken sich bei einem Läufer der eingangs geschilderten Art die genannten ringförmig umlaufenden Schweißnähte radial weiter nach innen als die Wicklungsnuten.The invention aims that which occurs in the known runners Avoid disadvantages. For this purpose, the initially extended in the case of a runner described Kind of the mentioned annular circumferential weld seams radially further inwards than the winding grooves.

Zweckmäßig werden hierbei die einander zugekehrten Flächen der zusammenzuschweißenden Teilstücke je mit einer vorzugsweise an ihrem Grund eine halbkreisförmige Ausrundung aufweisenden Zentrierbohrung versehen, in welche ein hinreichend breiter Abstandsring eingepaßt wird, um eine Wurzelfuge zwischen den zu verschweißenden Teilen offenzuhalten.The mutually facing surfaces of the to be welded together are useful here Sections each with a preferably semicircular fillet at its base provided having centering hole, in which a sufficiently wide spacer ring is fitted in order to keep a root joint open between the parts to be welded.

In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargegestellt. Es zeigt Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Läufer einer elektrischen Maschine, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Läufer nach der Linie II-II der Fig. 1, in größerem Maßstab, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und Fig.4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2.The drawing shows an embodiment of the subject matter of the invention as an example presented in a simplified manner. It shows Fig. 1 an axial longitudinal section through a Runner of an electrical machine, FIG. 2 shows a cross section through the runner the line II-II of Fig. 1, on a larger scale, Fig. 3 is a section along the line III-III of FIG. 2 and FIG. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 2.

Der Läufer ist aus drei Trommeln. 1 und zwei pilzförmigen Endstücken 2 zusammengeschweißt und mit in Längsrichtung verlaufenden Wicklungsnuten 3 versehen.The runner is made up of three drums. 1 and two mushroom-shaped end pieces 2 welded together and provided with winding grooves 3 running in the longitudinal direction.

Die drei Trommeln 1 und die pilzförmigen Endstücke 2 sind nun mit ringförmig umlaufenden Schweißnähten 4 zusammengefügt, welche sich radial weiter nach innen erstrecken als die Wicklungsnuten. Die Trommeln haben eine Länge, die nicht viel größer als ihr Durchmesser ist. Die fünf Teilstücke können geschmiedet, vorgedreht und bereits fertigvergütet sein.The three drums 1 and the mushroom-shaped end pieces 2 are now with annular circumferential weld seams 4 joined together, which radially further extend inward than the winding grooves. The drums have a length that not much larger than its diameter. The five sections can be forged, pre-turned and already fully tempered.

Gemäß Fig. 3 wird zum Schweißen an den Stirnflächen der Teilstücke eine Zentrierbohrung 5 angedreht. Zwischen die beiden benachbarten Trommelstücke wird hierbei zur Zentrierung ein Abstandsring 6 eingepaßt, welcher eine hinreichende Breite hat, um für die Schweißnaht 4 eine Wurzelfuge 7 von etwa 4 bis 8 mm offenzuhalten.According to FIG. 3, the end faces of the sections are used for welding a centering hole 5 turned on. Between the two adjacent drum pieces a spacer ring 6 is fitted here for centering, which is a sufficient Has width in order to keep a root joint 7 of about 4 to 8 mm open for the weld seam 4.

Beim Zusammenbau des Läufers wird dann vorübergehend in eine längs durch sämtliche zusammenzufügenden Teilstücke gehende Mittenbohrung 8 ein Anker gesteckt, und die zusammenzuschweißenden Teile werden durch eine Mutter in Längsrichtung verspannt. Über dem Abstandsring wird nunmehr die ringsum laufende Schweißnaht 4 lagenweise eingebracht, wobei der Läufer, auf einem mit Rollen versehenen Stuhl liegend, langsam um seine Längsachse gedreht wird, so daß die Nähte immer von oben geschweißt werden können.When assembling the rotor is then temporarily in a longitudinal through all parts to be joined together center bore 8 an anchor inserted, and the parts to be welded together are through a nut in the longitudinal direction tense. The weld seam 4 running all around is now placed over the spacer ring Introduced in layers, with the runner on a chair with castors lying down, slowly rotated around its longitudinal axis so that the seams always come from above can be welded.

Der Abstandsring 6 kann ein Metallring sein, der nach dem Schweißen an seinem Platz verbleibt. Man kann aber auch einen nichtmetallischen Ring, beispielsweise aus Kohle, Quarzglas, Porzellan od. dgl., einlegen, der nach dem Schweißen entfernt wird und nur den Zweck hat, die Teile gegeneinander in der gewünschten Lage festzuhalten und ein gesundes Durchschweißen der Wurzel zu ermöglichen, welche bei derartigen Schweißungen die kritische Stelle der Verbindung darstellt. Der Ring wird dann nach dem Schweißen zertrümmert und herausgenommen. Er bindet nicht mit dem Metall beim Schweißen. Durch ein an die Innenfläche des Ringes geklebtes Textilband können auch im Falle des Zerspringens des Ringes infolge der Hitze die einzelnen Stücke an ihrem Orte gehalten werden.The spacer ring 6 can be a metal ring, which after welding remains in place. But you can also use a non-metallic ring, for example Made of coal, quartz glass, porcelain or the like. Insert which is removed after welding and its only purpose is to hold the parts against each other in the desired position and to enable a healthy through-welding of the root, which in such Welds represent the critical point of the connection. The ring will then go after shattered by welding and taken out. It does not bind with the metal Welding. You can also use a textile tape glued to the inner surface of the ring in the event of the ring breaking as a result of the heat, the individual pieces on hers Places to be held.

Um eingelegte nichtmetallische Abstandsringe nach dem Schweißen zertrümmern und entfernen zu können, werden die Schweißnähte zweckmäßig an mindestens zwei diametral gegenüberliegenden Stellen radial durchbohrt, wie dies in den Fig.2 und 4 dargestellt ist. Durch eine solche Bohrung 9 können dann zu diesem Behufe Werkzeuge von oben eingeführt werden, wobei die einzelnen Ringstücke durch die gegenüberliegende Bohrung nach unten herausfallen.To shatter inlaid non-metallic spacer rings after welding and to be able to remove, the weld seams are expediently at least two diametrically opposite points pierced radially, as shown in FIGS is. Through such a bore 9, tools can then be used from above for this purpose are introduced, the individual ring pieces through the opposite hole fall out downwards.

Außerdem können aber auch durch solche Bohrungen zum Zwecke der Prüfung des eingeschweißten Werkstoffes auf seine Festigkeitseigenschaften Kernproben entnommen werden, welche teils aus dem Schweißwerkstoff und teils aus dem Werkstoff der zusammengeschweißten Teile bestehen.In addition, however, such holes can also be used for testing purposes core samples taken of the welded material for its strength properties which are partly made from the welding material and partly from the material of the welded together Parts exist.

Ferner können die Bohrungen zur Besichtigung der Schweißnähte unter Einbringen eines Spiegels und einer Lampe dienen, wobei die Schweißwurzel auf Bindefehler abgesucht werden kann.Furthermore, the holes to inspect the weld seams can be found below Bringing in a mirror and a lamp are used, keeping the weld root for lack of fusion can be searched.

Nach dem Zusammenschweißen .der einzelnen Teile und der erfolgten Prüfung der Schweißnähte ist der Läufer fertig zur endgültigen Bearbeitung, die erstens im Überdrehen der Außenflächen und zweitens im Einfräsen der Wicklungsnuten besteht. Wenn die Schweißraupen in kleinen Lagen eingebracht werden, erhitzen sich die benachbarten Gebiete in den massiven Trommeln nicht so tief, daß das Vergütungsgefüge auf größeren Breiten rückverwandelt wird. Schmale Zonen mit etwas verringerter Festigkeit sind ungefährlich, da sie von den Nachbarzonen gestützt werden.After welding the individual parts together and the Examining the weld seams the runner is ready for the final processing that firstly in turning the outer surfaces and secondly in milling the winding grooves consists. If the weld beads are introduced in small layers, they heat up the neighboring areas in the massive drums are not so deep that the remuneration structure is reconverted to larger widths. Narrow zones with somewhat reduced strength are not dangerous because they are supported by the neighboring zones.

Mit den beschriebenen Maßnahmen ist es möglich, Rohlinge für Läufer großer Stromerzeuger herzustellen, welche die aus einem einzigen Block hergestellten an. Güte übertreffen. Man kann nämlich bei der beschriebenen Bauart für beide Wellenenden je das Fußstück eines Gußblockes verwenden. Bei einem aus einem einzigen Schmiedestück bestehenden Läufer muß dagegen zwangsläufig der eine Wellenstummel aus der Kopfseite des Blockes geschmiedet sein, welche bekanntlich stärker seigert und gelegentlich Lunker aufweist. Beim zusammengeschweißten Läufer kann man jedes Einzelstück bequem auf Fehlstellen absuchen, wobei ebene Flächen das Auflegen der Sender und Sonden für die Ultraschalluntersuchung erleichtern. Auch das Besichtigen der Innenflächen in der zentralen Bohrung wird wesentlich erleichtert, da man die Stücke einzeln vor dem Zusammenschweißen betrachten kann.With the measures described, it is possible to produce blanks for runners to produce large power generators, which are made from a single block at. Excel goodness. You can namely with the described design for both shaft ends each use the foot of a cast block. One made from a single forging On the other hand, existing runners must inevitably have one stub shaft from the head side of the block be forged, which is known to be stronger and occasionally Has blowholes. When the runner is welded together, each individual piece can be conveniently used Search for imperfections, using flat surfaces to place the transmitters and probes for the ultrasound examination. Visiting the interior surfaces as well in the central hole is made much easier because you can move the pieces individually can consider before welding them together.

Claims

1. Runner of an electrical machine, which is provided with longitudinally extending winding grooves and is assembled from several parts, namely from at least one drum and two mushroom-shaped end pieces, the parts being joined together with annular circumferential weld seams, characterized in that these annular circumferential Weld seams (4) extend radially further inward than the winding grooves (3).

2. Arrangement for welding the sections of the rotor according to claim 1, characterized in that that the facing surfaces of the parts to be welded together (1, 2) are each provided with a centering hole (5) and that in these holes (5) a sufficiently wide spacer ring (6) is fitted to a root joint (7) between to keep the parts to be welded open.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the centering bores (5) at their base with a semicircular carrion rounding are provided.

4. Arrangement according to claim 2, characterized characterized in that the fitted spacer ring (6) is made of a non-metallic Material consists, and that radial, the weld penetrating holes (9) are attached by the tools for smashing and removing the spacer ring (6) can be introduced. Publications considered: German patent specification No. 573 512; British Patent No. 523 311.