DE2924863C2

DE2924863C2 - Anordnung zur Befestigung einer Luftspaltwicklung

Info

Publication number: DE2924863C2
Application number: DE2924863A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Beermann; Joachim Ing.(grad.) 4330 Mülheim Böer
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1983-12-29
Also published as: GB2055253B; GB2055253A; JPS566639A; US4356419A; DE2924863A1; CH648705A5

Abstract

Staenderblechpaket und Haltekoerper der Luftspaltwicklung sind aus gemeinsamen Blechsegmenten aufgebaut, wobei die Verbindung zwischen den magnetischen Segmentteilen des Staenderblechpaketes und den unmagnetischen Segmentteilen des Haltekoerpers durch Schweissnaehte hergestellt ist. Zur radialen Abstuetzung der Wicklungsstaebe sind radiale Spannschrauben vorgesehen, deren Widerlager im Bereich des Staenderblechpaketes angeordnet sind. Durch diese Anordnung werden das Staenderblechpaket und der Haltekoerper zu einem einzigen Bauteil vereinigt, das saemtliche Anforderungen an die Beherrschung der tangential angreifenden Kraefte erfuellt und eine kurzschlussichere Anbindung der Luftspaltwicklung an das Abschirmpaket gewaehrleistet. Da die Widerlager der radialen Spannschrauben im Bereich des Staenderblechpaketes angeordnet sind, werden auch die radial an den Wicklungsstaeben angreifenden Kraefte ueber die Druckleisten und die radialen Spannschrauben direkt in das Staenderblechpaket eingeleitet. Dadurch koennen die Nutzzaehne des Haltekoerpers relativ klein gehalten werden, d.h. der Luftspalt kann so weitgehend wie moeglich mit Wicklungsstaeben belegt werden. ...U.S.W

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung einer Luftspaltwicklung für elektrische Maschinen großer Leistung, insbesondere Turbogeneratoren, mit einem aus magnetischen Blechsegmenten aufgebauten Ständerblechpaket, einem aus unmagnetischen Blechsegmenten aufgebauten und mit dem Ständerblechpaket verbundenen Haltekörper und mit in Nuten des Haltekörpers gehaltenen Wicklungsstäben, die über die Nutzähne hinaus in den mechanischen Luftspalt ragen und durch in Längsrichtung der Nuten verlaufende Druckleisten in radialer Richtung unter Vorspannung abgestützt sind, wobei die Druckleisten durch radial im Bereich der Nutzähne angeordnete und in Widerlagern verankerten Spannschrauben gehalten sind.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 50 386 bekannt. Die an den Wicklungsstäben in tangentialer Richtung angreifenden Kräfte werden ^h> hierbei durch die Nutzähne des Haltekörpers aufgenommen. Die an den Wicklungsstäben in radialer Richtung angreifenden Kräfte wirken mit ('oppelter

WI Netzfrequenz auf den Nutgrund, wodurch Stabverband und Isolierung einer ständigen Druckschwellbeanspruchung ausgesetzt sind. Damit sich diese Beanspruchung nicht zerstörend auswirken kann, werden bei der bekannten Anordnung die Wick'ungsstäbe durch eine genügend hohe Vorspannkraft in den Nuten gehalten. Diese Vorspannkraft, die ein Schwingen der Wicklungsstäbe in den Nuten verhindern soll, wire durch in Längsrichtung der Nuten verlaufende Druckleisten und zwischengelegte Federelemente bewirkt, wobei die Druckleisten durch radiale Spannschrauben gehalten sind. Die radialen Spannschrauben sind ihrerseits in Widerlagern verankert, welche im Bereich der Nutzähne angeordnet sind. Durch den Federweg der vorgespannten Federelemente kann dann ein durch Setzerscheinungen der Nutfüllung und behinderte Wärmedehnung bedingtes Spiel der Wicklungsstäbe in der. Nut ausgeglichen werden.

Ein weiteres Problem, das neben der tangentialen und radialen Befestigung der Wicklungsstäbe bei derartigen Anordnungen auftritt, ist die Befestigung des Haltekörpers im Ständerblechpaket der elektrischen Maschine. Diese Befestigung muß insbesondere dazu geeignet sein, das im Luftspalt angreifende Drehmoment auf das Ständerblechpaket zu übertragen. Aus der DE-OS 26 27 802 ist eine Befestigungsanordnung bekannt, bei welcher der Haltekörper am Außenumfang schwalbenschwanzförmige Ansätze aufweist, die in entsprechend geformte Nuten des Ständerblechpaketes eingeschoben sind, wobei innerhalb der Schwalbenschwanzverbindung noch eine zusätzliche, in radialer Richtung wirkende Verspannung vorgesehen ist. Hierdurch wird eine form- und kraftschlüssige Verbindung von Haltekörper und Ständerblechpaket erzielt.

Aus der DE-OS 14 88 754 ist es bereits bekannt, die in einem Ständerblechpaket mittels schwalbenschwanzförmiger Ansätze gehaltenen Nutzähne einer Luftspaltwicklung aus gemeinsamen Ölechsegmenten aufzubauen, wobei ein aus magnetischem Material bestehender Teil mit einem aus unmagnetisch;m Material bestehender Teil durch eine Schweißnaht verbunden ist. Die Schweißnähte werden hierbei so gelegt, daß die schwalbenschwanzförmigen Ansätze aus magnetischem Material und die radial vorspringenden Zahnbereiche aus unmagnetischem Material bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Befestigung einer Luftspaltwicklung zu schaffen, die seht einfach aufzubauen ist.viel Wicklungsraum aufweist und im Hinblick auf die Beherrschung der tangential und radial an den Wicklungsstäben angreifenden Kräfte eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Ständerblechpaket und der Haltekörper aus gemeinsamen Blechsegmenten aufgebaut sind, deren aus magnetischem Material bestehender Segmentteil mit dem aus unmagnetischem Material bestehenden Segmentteil durch eine Schweißnaht verbunden ist und daß die Widerlager der Spannschrauben im Bereich des aus den magnetischen Segmentteilen aufgebauten Ständerblechpaketcs angeordnet sind.

Durch diese Anordnung werden das Ständerblechpaket und der Haltckörper zu einem einzigen Bauteil vereinigt, das sämtliche Anforderungen an die Beherrschung der tangential angreifenden Kräfte erfüllt und eine kurzschlußsichere Anbindung der Luftspaliwicklung an das Abschirmpaket gewährleistet. Die durch Schweißen aus verschiedenen Segmentteilen hergestell-

ten gemeinsamen Blechsegmente weisen in etwa die gleiche mechanische Festigkeit wie ein homogenes Blechsegment auf und sind andererseits von den magnetischen Eigenschaften her in einen magnetischen Abschirmbereich und einen unmagnetischen Haltebereich gegliedert. Neben der direkten Einleitung der tangential an den Wicklungsstäben angreifenden Kräfte in das Ständerblechpaket werden aber auch die radial an den Wicklungsstäben angreifenden Kräfte über die Druckleisten und die radialen Spannschrauben direkt in das Ständerblechpaket eingeleitet, da die Widerlager der radialen Spannschrauben im Bereich des Ständerblechpaketes angeordnet sind. Durch die direkte Einleitung der tangentialen und radialen Kräfte in das Ständerblechpaket können die Nutzähne des Haltekörpers relativ klein gehalten werden, d. h. der Luftspalt kann so weitgehend wie möglich mit Wicldungsstäben belegt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verläuft die Schweißnaht im Fußbereicb der Nutzähne.

Hierdurch wird einerseits die Länge den Schweißnaht gering gehalten und andererseits eine klare Funktionstrennung in den magnetischen Abschirmbereich und den unmagnetischen Haltebereich erzielt. Die Schweißnaht soll aber nicht direkt entlang der Fußlinie der Nutzähne verlaufen, da in diesem Bereich das max. Biegemoment auftritt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das magnetische Material hochsiliziertes Blech und das unmagnetische Material austenitisches Blech. Diese beiden Materialien sind sehr gut miteinander verschweißbar und erfüllen außerdem die Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften.

Eine besonders einfache Montage der Luftspaltwicklung ergibt sich dadurch, daß die Widerlager der Spannschrauben axial angeordnete Bolzen mit queraxialen Gewindebohrungen sind. Derartige Bolzen können auf einfache Weise in entsprechende axial verlaufende Bohrungen des Ständerblechpaketes eingeschoben werden.

In jeder der Nuten des Haltekörpers köni.en zwei oder drei nebeneinanderliegende Wicklungsstäbe gehalten sein. Durch diese Einsparung an Nutzähnen können die verbleibenden Nutzähne breiter ausgeführt werden, was sich insbesondere im Hinblick auf die Aufnahme der tangentialen Kräfte günstig auswirkt. Andererseits wird durch die Einsparung an Nutzähnen eine nahezu vollständige Belegung des Luftspaltes mit Wicklungsstäben erzielt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Tei'querschnitt durch Ständer und Luftspaltwicklung eines Turbogenerators und

F i g. 2 ein Blechsegment mit angeschweißten Nutzäh

Wie aus dem in F i g. 1 gezeigten Querschnitt hervorgeht, ragen aus dem Ständerblechpaket 1 des Turbogenerators in radialer Richtung nach innen Nutzähnc 2 hervor. Durch die benachbarten Flanken zweier Nut/.ähne 2 wird jeweils eine parallelflankige Nut definiert, welche zur Aufnahme von Wicklungsstäben 3, 4 und 5 dient, leder dieser Wicklungsstäbe 3, 4 und 5 besteht aus einer Vielzahl von Teilleitern und einer diese Teilleiter umschließenden Isolierhülsc. was ledoeh /ur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung in F i g. 1 nicht gezeigt ist. Zwischen den radial außenliegenden Stirnflächen der Wicklungsstäbe 3, 4 und 5 und dem durch den inneren Rand des Ständerblechpaketes 1 gebildeten Nutgrund ist eine Isolierstoffbeilage 6 angeordnet, während in die Zwischenräume zwischen den Wicklungsstäben 3 und 4 bzw. 5 Isolierstoffbeilagen 7 eingeschoben sind. Zur Erzielung einer noch besseren tangentialen Verspannung können die Isolierstoffbeilagen 7 auch in Form

to einer Wellfeder ausgebildet sein.

Die in tangentialer Richtung an den Wicklungsstäben 3,4 und 5 angreifenden Kräfte werden von den Flanken der Nutzähne 2 aufgenommen und über die Nutzähne 2 in das Ständerblechpaket 1 geleitet.

Zur Aufnahme der in radialer Richtung auf die Wicklungsstäbe 3, 4 und 5 angreifenden Kräfte sind in Nutrichtung verlaufende Druckleisten 8 vorgesehen, welche unter Vorspannung über Isolies Stoffbeilagen 9 gegen die radial innenliegenden Stirnflächen der Wicklungsstäbe 3, 4 und 5 gedrückt sind. Die seitlichen Flanken der Druckleisten 8 sind derart »'..geschrägt, daß jeweils im Bereich eines Nutzahns 2 zA-hchen zwei benachbarten Druckleisten 8 V-förmige Rillen gebildet werden. In diese V-förmigen Rillen sind in ihrem Querschnitt auf die Rillen abgestimmte Halteleisten 10 eingelegt, welche ihrerseits durch radiale Spannschrauben 11 gehalten sind. Die durch entsprechende Bohrungen 100 der Halteleisten 10 hindurchgeführten radialen Spannschrauben 11 sind in den queraxialen

jü Gewindebohrungen 12 von axial angeordneten Bolzen 13 befestigt, wobei die bereits geschilderte auf die Wicklungsstäbe 3,4 und 5 wirkende Vorspannung durch zwischen dem Kopf der radialen Spannschrauben 11 und den Halteleisten 10 angeordnete Tellerfedern 14

ji aufgebracht wird. Alternativ zu diesen Tellerfedern 14 kann die Vorspannung aber auch durch eine als Wellfeder ausgebildete Isolierstoffbeilage 9 aufgebracht werden. Die Bolzen 13 sind mit einer Isolierung 15 ummantelt und in entsprechenden axialen Bohrungen 16

4i) des Ständerblechpaketes 1 angeordnet. Die radialen Spannschrauben 11 erreichen die axial angeordneten Bolze:. 13 durch Schlitze in den Nutzähnen 2. Diese Schlitze können identisch mit den Kühlschlitzen im Ständerblechpaket 1 sein oder unabhängig davon

4") bereitgestellt werden. Die in axialer Richtung gesehene Breite der Schlitze wird im Bereich des Ständerblechpaketes 1 durch Stege 17 und im Bereich der Nutzähne 2 durch Stege 18 festgelegt.

Das Ständerblechpaket 1 und die Nutzähne 2 werden

-<i> aus gemeinsamen Blechsegmenten aufgebaut. Ein derartiges Blechsegment 20 ist in F i g. 2 ausschnittsweise dargestellt. Es besteht aus einem dem Ständerblechpaket 1 (Fig. I) zugeordneten Segmentiert 201 und zahnfömigen Segmentteilen 202, welche im geschichte-

> > ten Paket die Nutzähne 2 (F i g. I) bilden. Das zahnlose Segmentteil 201 be-.teht aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise aus hochsilizieriem Stahl, während die zahnförmigen Segmentteile 202 aus unmagnetischem Werkstoff bestehen, beispielsweise aus einem austenitis-hen Blech, wie X 10CrNiTi 189. Die Verbindung des zahnlosen Segmentteiles 201 mit den zahnförmigen Segmentteilcn 202 ist durch Schweißnahte 203 hergestellt, welche im Bereich der Fußlinien der Zähne verlaufen. Die Schweißnähte 203 werden etwas versetzt zur Fußlinie der Ziihne angeordnet, da in der Fußlinie das größte Oicger.ioment auftritt.

Zur Herstellung der Blechsegmcnte 20 werden zunächst die Segmentteile 201 und 202 miteinander

verschweißt. Danach ist ein Komplcttr.chniu des gesamten Blechsegmentes 20 vorgesehen, um eine hohe Maßgenauigkeit der Nuträume zu erzielen und die unvermeidlichen Endkrater der Schweißnähte 203 /u entfernen. Beim Komplettschnitt werden auch gleichzeitig Löcher 204 gestanzt, welche den in F i g. I dargestellten axialen Bohrungen 16 zur Aufnahme der axial angeordneten Bolzen 13 entsprechen. Die Schweißnähte 203 können beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen oder durch WICi-Schweißen mit kontinuierlichem oder mit gepulstem Strom hergestellt werden. Bei nach dem Schweißen vorgenommenen Fcstigkeitsuntcrsuchungcn wurde festgestellt, daß sich das geschweißte ßlechsegrnent 20 so verhält, als ob ein homogenes Blech vorliegen würde. Im Hinblick auf den Schweißverzug wird dem Elektronenstrahlschweißen aufgrund des schmaleren Schweißnahtbereiches gegenüber anderen Schweißverfahren der Vorzug gegeben.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Befestigung einer Luftspaltwicklung für elektrische Maschinen großer Leistung, insbesondere Turbogeneratoren, mit einem aus magnetischen Blechsegmenten aufgebauten Ständerblechpaket, einem aus unmagnetischen Blechsegmenten aufgebauten und mit dem Ständerblechpaket verbundenen Haltekörper und mit in Nuten des Haltekörpers gehaltenen Wicklungsstäben, die über die Nutzähne hinaus in den mechanischen Luftspalt ragen und durch in Längsrichtung der Nuten verlaufende Druckleisten in radialer Richtung unter Vorspannung abgestützt sind, wobei die Druckleisten durch radial im Bereich der Nutzähne angeordnete und in Widerlagern verankerten Spannschrauben gehalten sind, d a durch gekennzeichnet, daß das Ständerblechpaket (1) und der Haltekörper (2) aus gemeinsamen Blechsegmenten (20) aufgebaut sind, deren aus magnetischem Material bestehender Segmentteil (201) mit dem aus unmagnetischem Material bestehenden Segmentteil (202) durch eine Schweißnaht (203) verbunden ist und daß die Widerlager der Spannschrauben (11) im Bereich des aus den magnetischen Segmentteilen (201) aufgebauten Ständerblechpakels (1) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht im Fußbereioh der Nutzähne (2) verläuft.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material hochsiliziertes Blech und daß das unmagnetische Material austenitisches Blech t.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager der Spannschrauben (11) axial angeordnete Bolzen (13) mit queraxialen Gewindebohrungen (12) sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Nuten des Haltekörpers (2) zwei oder drei nebeneinanderliegende Wicklungsstäbe (3, 4, 5) gehalten sind.

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