DE2600929A1

DE2600929A1 - Befestigungs- und verspanneinrichtung fuer wicklungsleiter in elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2600929A1
Application number: DE19762600929
Authority: DE
Inventors: Glenn D Cooper; Jun John D Pharr
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1976-07-29
Also published as: JPS5199204A; FR2298893B1; BE837834A; CH607860A5; CA1044299A; SE7600722L; GB1533934A; IT1054807B; ES444589A1; US3949257A; FR2298893A1

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 Mönchen 7i.den 13, Jan. 1976

Melchloretraße 42

Mein Zeichen: WS45P-1371

Westinghouse Electric Corp. Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, USA

Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Wicklungsleiter in elektrischen Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen, wobei die Endabschnitte der Wicklungsleiter in axialer Richtung vom Statorkern abstehen und von Trägerelementen gehalten sind.

Herkömmliche Maßnahmen zum Befestigen und Verspannen von Wicklungsleitern in großen elektrischen Maschinen, vorzugsweise Turbinen-Generatoren, verwenden in der Regel verformbare Elemente, welche zwischen den Wicklungsleiter und den verschiedenen Spann- bzw. Tragringen angeordnet werden. Diese Spann- bzw. Tragringe verlaufen in der Regel um die Endabsehnitte der Wicklungsleiter. Die verformbaren Elemente bestehen üblicherweise aus einem kunstharzimprägnierten, im wesentlichen nachgiebigen Material, z. B. aus einem Kunstfaserfilz, und werden vor dem Aushärten des Kun.stharzeH an der gewünschten Stelle eingesetzt. Wenn ein verhältnismäßig dickes Element Fs/mü be-

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benötigt wird, ist das kunstharzimprägnierte Material um einen massiven Materialblock herumgewickelt, wobei dieser massive Materialblock beispielsweise aus einem nichtmetallischen Material in Form von kunstharzgetränkten Hartpapieren bestehen kann.

Diese verformbaren Elemente, die in der erwähnten Weise hergestellt und eingesetzt werden, haben eine verhältnismäßig definierte Anfangsabmessung, um die Wicklungsleiter ausreichend zu haltern und zu verspannen. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine Vielzahl von verformbaren Elementen unterschiedlicher Größe vorzusehen, was die Kosten in mehrfacher Hinsicht ungünstig beeinflußt und den Aufbau des Generators komplizierter macht. Obwohl die Elemente beim Einsetzen zwischen die Wicklungsleiter und die Spannringe zusammengedrückt werden, ist es schwierig, einen genauen Überblick über den Grad der IVessung zwischen den Elementen und den Wicklungsleitern zu erhalten. Ein fester Sitz mit einem Restdruck zwischen den verformbaren Elementen und den Wicklungsleitern ist wünschenswert, um die Wicklungsleiter über eine lange Zeitdauer bei Normalbetrieb ausreichend fest zu verspannen, so daß sie bei den im Normalbetrieb auftretenden mechanischen Schwingungen und den Belastungen während eines Kurzschlußbetriebs oder eines fehlerhaften Betriebs gewachsen sind, wenn verhältnismäßig große elektromagnetische Kräfte auftreten und auf die Wicklungsleiter einwirken. Ein Abstandsring unter Verwendung derselben technischen Maßnahmen wie bei den verformbaren Elementen ist bereits bekannt (US-PS 3 344 297).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Wicklungsleiter in elektrischen Maschinen zu schaffen, mit der es möglich ist, die Endabschnitte der Wicklungsleiter fest gegen Spannbzw. Tragringe zu verspannen, ohne daß hierfür eine Vielzahl unterschiedlich geformter verformbarer Abstandselemente notwendig ist.

- 2 - Diese

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Spann- bzw. Tragringe um die Vielzahl der Endabschnitte der Wicklungsleiter verlaufen, und daß zwischen den Spann- bzw. Tragringen und zumindest^ einem Wicklungsleiter Schlauch elemente angeordnet und mit Kunstharz gefüllt sind, wobei sich der Querschnitt der Schlauchelemente im Bereich zwischen tangential nebeneinanderliegenden Wicklungsleitern mehr einer Kreisform nähert als im Bereich zwischen Wicklungsleiter und Spannbzw. Tragring.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Bei einem gemäß den Maßnahmen der Erfindung vorgesehenen Aufbau verlaufen Tragringe außerhalb und innerhalb der Wicklungsleiteranordnung längs der Oberfläche der Wicklungsl eiter. Ferner sind weitere Trag- bzw. Spannringe zwischen den Wicklungsleitern angeordnet. Zwischen den Spann- bzw. Tragringen und den Oberflächen der Wicklungsleiter verlaufen Schlauch elemente, und zwar im wesentlichen um den gesamten Umfang der Ringe. Unter Druck wird flüssiges Kunstharz in die Schlauchelemente eingefüllt und abhärten lassen, so daß die beim Einfüllen des flüssigen Kunstharzes zwischen den Ringen und demWicklungsleiter entstehende Verspannung auch nach dem Aushärten erhalten bleibt. Auf diese Weise werden die Wicklungs.-leiter sehr fest in radialer Richtung festgehalten und verspannt. Da sich die Schlauchelemente in den Bereichen zwischen tangential nebeneinanderliegenden Wicklungsleitern beim Auffüllen mit flüssigem Kunstharz stärker aufweiten, wird nach dem Abhärten des Kunstharzes auch eine Verspannung der Wicklungsleiter in tangentialer Richtung bewirkt.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den

- 3 - Ansprüchen

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Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Turbinen-

Generators mit einer Befestigungs - und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte von Wicklungsleitern gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht auf die obere im

Schnitt dargestellten Wicklungsleiter zwischen der Verspannung dienenden Spannringen;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Schlauchelement und eine Zwischenlage zwischen diesem und dem Wicklungsleiter;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 2;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, welche

für das Verfahren zum Verspannen der Endabschnitte der Wicklungsleiter Verwendung finden kann.

In der nachfolgenden Beschreibungänd in den einzelnen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen.

In Fig. 1 sind Endabschnitte von Wicklungsleitern eines Turbinen-Generators dargestellt, dessen Statorkern 10 mit Hilfe von Statorkern-Endplatten 12 zusammengehalten wird. An dieser Statorkern-Endplatte 12 sind mit Hilfe einer Befestigungskonstruktion 16 Tragbügel 14 gehaltert, die längs einer Kreislinie um die Achse des Generators angeordnet sind und konisch zur Achse verlaufen.

- 4 - In Fig.

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In Fig. 1 ist lediglich ein Tragbügel 14 aus Gründen der einfachen Darstellung gezeigt.

Der untere Wicklungsleiter 18 und der obere Wicklungsleiter 20 verlaufen in Schlitzen im Statorkern 10 und sind am Tragbügel 14 abgestützt und gegeneinander verspannt. Die Endabschnitte der Wicklungsleiter werden mit Hilfe von Spann- bzw. Tragringen 22, 24, 26, 28 und 30 festgehalten und gegeneinander verspannt. Die gesamte Anordnung der Endabschnitte der Wicklungsleiter wird mit Hilfe eines Bandes 32 am Tragbügel 14 gehaltert, wobei dieses Band mit Hilfe einer Spannklemme 34 unter Spannung gehalten wird. Die Gesamtheit der befestigten und gegeneinander verspannten Endabschnitte der Wicklungsleiter wird mit Hilfe eines Aufhängers am Generatorgehäuse 17 gehaltert.

Die Spann- bzw. Trägerringe sind aus einem nichtmetallischen Material hergestellt, z. B. aus einem glasfaserverstärkten Epoxydharz. Die auf der Außenseite des unteren Wicklungsleiters 18 angeordneten Spannringe verlaufen auch entsprechend über die übrigen in Fig. 1 nicht dargestellten Wicklungsleiter und verhindern eine radiale Verschiebung der Wicklungsleiter nach außen. Der Tragring 24 ist am vorderen Ende auf der Innenseite des oberen Wicklungsleiters 20 angeordnet und verhindert eine radiale Verschiebung der Wicklungsleiter in einer nach innen weisenden Richtung. Zwischen den beiden Wicklungsleitern 18 und 20 sind die Spann- bzw. Tragringe 26 und 28 angeordnet und bewirken eine Verspannung der Wicklungsleiter gegeneinander. Aufgrund dieser sowohl außen als auch innen und zwischen den Wicklungsleitern verlaufenden Spann- bzw. Tragringe kann maximal der Gesanitaufbau der gegeneinander verspannten Endabschni tto der Wicklungsleiter eine gewisse Verschiebung erfahren. Die einzelnen Wicklungsleiher verschieben sich jedoch nicht gegeneinander.

Zwischen den Spann- bzw. Tragringen und den zugeordneten Oberflächen der Wicklungsleiter sind Schlauchelemente 38, 40, 42, 44, 46, 48 und 50 vorgesehen. Diese Schlauchelemente sind derart ausgebildet und angeordnet,

- 5 - daß

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daß sie unter Druck sowohl an den Spannringen als auch an dem Wicklungsleiter anliegen und eine Verschiebung der Wicklungsleiter sowohl im Normalbetrieb als auch im anomalen Betrieb des Turbinen-Generators verhindern. Ein weiteres Schlauchelement 52 ist zwischen den Wicklungs leitern 18 und 20 aus denselben Gründen angeordnet, jedoch wirkt dieses unmittelbar auf die Wicklungsleiter und nicht über einen Spannring. Die Schlauchelemente verlaufen im wesentlichen auf einer Kreislinie um die Längsachse des Turbinen-Generators und parallel zu den Spann- bzw. Tragringen, mit denen sie zusammenwirken. Jedes Schlauchelement ist mit einem festen Material 54 ausgefüllt, das ursprünglich aus einem flüssigen Kunstharzmaterial bestand, welches unter Druck in das Schlauchelement eingepreßt und unter Druck ausgehärtet wurde. Da die Schlauchelemente aus einem flexiblen Material bestehen und danach trachten, im wesentlichen einen ringförmigen Querschnitt unter Druck einzunehmen, baut sich zwischen den Spannbzw. Tragringen und den Endabschnitten der Wicklungsleiter ein verhältnismäßig hoher Druck auf, wenn das flüssige Kunstharz eingefüllt wird. Dieser hohe Druck bleibt beim Erstarren erhalten und hält die Endabschnitte der Wicklungs leiter in einer verhältnismäßig starren Anordnung zusammen, so daß der obere und der untere Wicklungsleiter sich nicht gegeneinander verschieben können.

In Fig. 2 ist eine Teilansicht auf die Stirnseite der Wicklung dargestellt, wobei zwei Spannringe und der dazwischenliegende äußere Wicklungsleiter im Schnitt erkennbar ist. Dieser äußere Wicklungsleiter 20 wird von einer Isolationsschicht 21 umgeben und liegt zwischen den beiden Tragringen 24 und 26, wie aus Fig. 2 entnehmbar ist. Die Schlauchleitungen 50 und 44 verlaufen längs der Spann- bzw. Tragringe 24 und 26, und zwar zwischen den Wicklungs leitern und diesen Ringen. Man kann aus Fig. 2 entnehmen, daß der in den Schlauchelementen aufgebaute Druck dazu tendiert, die Wicklungsleiter zwischen den Schlauchelementen zu fixieren bzw. in ihrer radialen Zuordnung zu den Spannringen festzulegen. Da ferner der hohe Druck in den Schlauchleitungen 50 und 44 ein Ausbauchen der Schlauchleitungen in den Bereichen

- 6 - zwischen

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zwischen den Wicklungsleitern auslöst, wie dies mit dem Bezugs zeichen 51 angedeutet ist; können die Wicklungsleiter auch keine tangentiale Verschiebung aufgrund dieser Verspannung erfahren.

Aus dem Schnitt gemäß Fig. 3 kann man entnehmen, daß der Spannring 36 und ebenso alle übrigen Spannringe mit einer Ausnehmung 62 versehen ist, in welche die Schlauchleitung 44 eingreift, wenn sie durch das eingefüllte Material 54 unter Druck steht. Damit wird auch eine seitliche Ver Schiebung der Schlauchleitung 44 gegenüber dem Spannring 26 vermieden und die Gesamtfestigkeit des Befestigungs- und Verspannaufbaus weiter verbessert.

Das Schlauchelement 44 ist aus einem geeigneten Material hergestellt, das insbesondere die Temperatur- und Druckbeanspruchungen aufnimmt, die im verspannten Zustand der Wicklungsleiter auftreten. Schlauchelemente mit einer äußeren Oberfläche aus einem Polyestergewebe, das mit einem Butylgummimaterial. überzogen ist, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Da die Schlauchelemente zunächst nachgiebig sind und das Kunstharzmaterial 54 im flüssigen Zustand eingebracht wird, tendieren die Schlauchelemente dazu, beim Injizieren des flüssigen Kunstharzes einen kreisförmigen Querschnitt anzunehmen, womit die Verspannung zwischen dem Spannring 20 und dem Wicklungsleiter 20 bewirkt wird. Da jedoch aufgrund der Abmessungen sich ein kreisförmiger Querschnitt nicht ausbilden kann, entsteht ein sehr hoher Druck, der den Wicklungsleiter vom Spannring wegzuverschieben sucht. Im Zusammenwirken mit den übrigen "Spannringen wird der Abstand zwischen den Spannringen und dem Wicklungsleiter im wesentlichen fixiert, wobei sich innerhalb des Schlauchelementes 44 ein hoher Druck aufbaut und nach dem Erhärten des Kunstharzes auch hält.

In Fig. 4 ist die Verwendung einer weiteren Zwischenlage 66 dargestellt, die zwischen der Schlauchleitung 44 und dem Wicklungsleiter 20 bzw. einem

- 7 - anderen

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anderen Teil zwischengelegt sein kann. Diese Zwischenlage 66 bewirkt
eine Verbesserung der Festigkeit der äußeren Oberfläche der Schlauchelemente und wird vor allen Dingen dann benutzt, wenn die angrenzende
Oberfläche des Wicklungsleiters 20 oder auch anderer Teile aufgrund
ihrer Formgebung die Schlauchleitung durchstechen könnte, bevor das
eingefüllte Kunstharz ausgehärtet ist. Diese Zwischenlage 66 bewirkt also eine weichere Oberfläche als beispielsweise die Oberfläche der Schlauchleitung selbst.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Schlauchleitung in einem Bereich dargestellt, in dem sich der Querschnitt zwischen den Wicklungsleitern, d.h.
im Bereich 51, aufweiten kann. Da sich die Schlauchleitung 44 nur auf der einen Seite gegen den Spannring 26 anlegt, kann die gegenüberliegende Seite aufgeweitet werden, so daß sich ein nahezu kreisförmiger Querschnitt ergibt. Aufgrund dieser Ausbauchung zwischen den Wicklungs leitern werden die Wicklungsleiter in ihrer tangentialen Position sehr stabil festgehalten.

In Fig. 6 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, mit der die Schlauchleitungen gefüllt und unter Druck gehalten werden können. Die dargestellte Schlauchleitung 50 ist um den gesamten Umfang des Spannringes 24 gelegt und hat geeignete Kupplungen sowie Absperrventile 70 und 72 an jedem Ende. Die Wicklungsleiter 20 sind auf der Schlauchleitung angeordnet und auf der Außenseite durch eine weitere nicht dargestellte Schlauchleitung gehalten. Die Schlauchleitungen werden mit Hilfe einer Vakuumpumpe 74 evakuiert und zur gleichen Zeit mit dem geeigneten flüssigen Kunstharzmaterial
54 gefüllt, das unter dem durch die Pumpe 76 erzeugten Druck in die
Schlauchleitung eingefüllt wird. Ein Edelgas oder ein anderes geeignetes Gas, ζ. B. Stickstoff, das von einem Vorratsbehälter 78 geliefert wird, kann anstelle der Pumpe 76 dazu benutzt werden, um unter Druck das Epoxydharz 54 in die Schlauchleitung zu pressen. Eine weitere Pumpe 80 kann vorgesehen sein, um den freien Raum 82 über dem flüssigen Material zu

- 8 - evakuieren

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evakuieren, um unerwünschte druckerzeugende Gase abzuleiten. Damit wird es möglich, lediglich mit dem Edelgas zu arbeiten, so daß nur dieses Edelgas mit dem einzufüllenden Material 54 in Berührung kommt. Wenn das Kunstharz in die Schlauchleitung 50 mit dem gewünschten Druck eingefüllt ist, wird der Druck so lange aufrechterhalten, bis das Harz ausgehärtet ist. Auf diese Weise bleibt der auf das flüssige Material 54 aufgebrachte Druck auch im ausgehärteten Zustand erhalten. Der Vorratsbehälter kann während des Aushärtens an die Schlauchleitung angeschlossen bleiben oder auch bereits vor dem Aushärten abgetrennt werden.

Sämtliche Schlauchleitungen innerhalb der Befestigungs- und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte der Wicklungsleiter werden mit dem flüssigen Material gefüllt, bevor dieses anfängt, abzubinden und zu erstarren. Auf diese Weise ergeben sich auch keine radialen Verschiebungen aufgrund teilweise gefüllter Schlauchleitungen bzw. unter Druck stehender Schlauchleitungen. Die für dieses Verfahren zum Befestigen und Verspannen der Wicklungsleiter benutzten Kunstharzmaterialien sollten eine Zusammensetzung haben, welche nach einer gewissen Zeitdauer das Aushärten einleiten und ein sicheres Aushärten ermöglichen, wobei diese Zeit ausreicht, um alle Schlauchleitungen mit dem flüssigen Kunstharz zu füllen und unter entsprechendem Druck zu halten. Es können auch mehrere Injektionseinrichtungen vorgesehen werden, um die einzelnen Schlauchleitungen unabhängig voneinander und gleichzeitig zu füllen.

Als alternative Lösung für die vorstehend beschriebene Befestigungs- und Verspannungseinrichtung ist es auch möglich, fixierte Abstandsblöcke auf der einen Seite der Wicklungsleiter vorzusehen, während auf der anderen Seite die Schlauchleitungen mit dem Epoxydharz injiziert werden. Nach der Injektion dieser Schlauchleitung werden die Abstandsblocke entfernt und die andere Schlauchleitung injiziert, so daß der Wicklungsleiter wiederum von beiden Seiten unter Druck festgehalten v/ird. Das Epoxydharzmaterial 54

- 9 - kann

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kann einen verhältnismäßig hohen prozentualen Anteil eines Füllstoffes, z. B. Aluminiumoxyd oder Glas fas er Stückchen enthalten, um die mechanischer Eigenschaften zu verbessern und das Schrumpfen während des Abbindens und Aushärtens zu verringern. Der Anteil des Füllstoffes muß jedoch begrenzt sein, damit das Kunstharz die richtige Viskosität behält und durch die Schlauchleitungen mit einem vernünftigen Druck während einer annehmbaren Zeitdauer gepreßt werden kann.

Die vorausstehend beschriebene Befestigungs- und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte von Wicklungsleitern bewirkt eine automatische Kompensation von Abstandstoleranzen zwischen den Wicklungsleitern und den Spann- bzw. Tragringen, wobei zwischen den Wicklungsleitern der exakte und gewünschte Abstand zu den Spannringen in einfacher Weise hergestellt werden kann und gleichzeitig die tangentiale Verspannung der Wicklungsleiter wesentlich verbessert wird.

- 10 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

ί 1. J Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von — ¹^ Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen, wobei die Endabschnitte der Wicklungsleiter in axialer Richtung vom Statorkern abstehen und von Trägerelementen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß Spann- bzw. Tragringe (22, 24, 26, 28) um die Vielzahl dor Endabschnitte der Wicklungsleiter (18, 20) verlaufen, und daß zwischen den Spann- bzw. Tragringen und zumindest einem Wicklungsleiter Schlauchelemente (38 bis 50) angeordnet und mit Kunstharz gefüllt sind,wobei sich der Querschnitt der Schlauchelemente im Bereich zwischen tangential nebeneinander liegenden Wicklungsleitern mehr einer Kreisform nähert als im Bereich zwischen Wicklungsleiter und Spann- bzw. Tragring.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zumindest ein Spann- bzw. Tragring über die am weitesten außen liegende Oberfläche der Wicklungsleiter verläuft.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Spannring über die am weitesten innen liegende Oberfläche der Wicklungsleiter verläuft.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Spann- bzw. Tragring zwischen den Endabschnitten der unteren und oberen Wicklungsleiter verläuft, und daß auf beiden

Seiten der Spann- bzw. Tragringe zwischen diesen und den Wicklungsleitern Schlauchelemente angeordnet sind.

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5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchelemente im wesentlichen um den gesamten Umfang der Spann- bzw. Tragringe verlaufen.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schlauchelemente mit einer äußeren Oberfläche aus einem Polyestergewebe auf einer Schicht eines elastomeren Materials versehen sind, welches zwischen der Gewebeschicht und dem im Innern des Schlauchelementes befindlichen Kunstharz angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgehärtete Kunstharz innerhalb des Schlauchelementes einen Druck auf die Wände des Schlauchelementes in seiner gesamten Länge ausübt.

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