DE2231292C3 - Wickelkopfabstützung für die Ständerwicklung elektrischer Maschinen, insb. Turbogeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wickelkopfabstützung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Wickelkopfabstützung ist durch die DE-AS 1053092 bekannt. Der radial außenliegende Stützring erstreckt sich dabei über den gesamten Umfang des Wickelkopfes, d. h. im wesentlichen über die gesamte axiale Ausladung desselben. Der Stützring ist jedoch nicht axial verschiebbar gelagert, sondern mit einer achsnormalen Fläche, die eine Kathete seines ein rechtwinkliges Dreieck aufweisenden Querschnitts bildet, gegen die stirnseitigen Preßplatten des Ständerblechpaketes verspannt. Darüber hinaus sind auch die Leiter des Wickelkopfes untereinander im wesentlichen nur gegen relativ dünne Deckplatten auf der Innen- und Außenseite verspannt, wodurch sich eine relativ geringe Biegesteifigkeit und Schubspannungsfestigkeit ergibt. Der Wickelkopf selbst ist bei der bekannten Wickelkopfabstützung durch den Stützring praktisch nur in einer zu der Leiterebene radialen Richtung abgestützt; er kann sich dabei bei

ίο extremen einseitigen Belastungen gegenüber dem Stützring verschieben, da die Preßflächen an zwischen den Deckplatten und dem Stützring angeordneten Distanzstücken erheblich kleiner als die Stützring-Auflagefläche sind und somit die die Deckplatten und Distanzstücke durchdringenden, am Stützring verankerten Bolzen fast die gesamte Beanspruchung tragen müssen. Mangels axialer Verschiebbarkeit des Stützringes können Beschädigungen an der Isolierung der Ständerwicklungsstäbe auftreten.

Jd Eine axiale Verschiebbarkeit der Wickelköpfe über Stützringe, die an mit den Stirnseiten des Ständerblechpaketes fest verbundenen Konsolen axial gleitend geführt sind, ist durch die bekannte Wickelkopfabstützung nach DE-AS 1214773 zwar gegeben, j jedoch ist der Stützring dort zweigeteilt und über die Verspannung ist lediglich ausgesagt, daß die Stützringe (dort als Halteringe 5 bezeichnet) mit den Wikkelköpfen über nicht dargestellte Bolzen verschraubt sind. Wie die Verschraubung zu erfolgen hat, insbe-

JO sondere ob Zwischenlagen zwischen den Wickelkopf-Leiterstäben oder innere Abdeckplatten vorzusehen sind, darüber ist ebenso wenig etwas gesagt, wie über die Lage und Anzahl der Bolzen. Somit läßt die Festigkeit dieser bekannten Wickelkopfabstützung

r> gegen Schwingungen oder auftretende Stromkräfte noch zu wünschen übrig.

Dies ist auch der Fall bei einer weiteren bekannten Wickelkopfabstützung nach der DE-AS 1 200932, bei der gleichfalls eine axiale Verschiebbarkeit des Wik-

Ai) kelkopfei zwecks Ausgleichs von Wärmedehnungen der Leiterstäbe ermöglicht ist, bei der jedoch eine radiale Verspannung nicht zwischen einem den gesamten Umfang überstreichenden Stützring, sondern zwischen einzelnen, über den Umfang des Wickelkopfes verteilten Haltearmen und den Wickelkopf selbst erfolgt, so daß hierbei insb. elliptische Verformungen des Wickelkopfes nicht vermieden werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stoßkurzschlußfeste Abstützung des Wickelkopfes so-

W wohl zum Generatorgehäuse hin wie auch zwischen den Leiterstäben untereinander zu schaffen, die schubfest und biegefest ist und mit der unzulässige Vibrationen des gesamten Ständerwickelkopfes sowie der Leiterstäbe und der Befestigungsteile gegeneinander vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor

bo allem darin zu sehen, daß der Wickelkopf nun in allen Beanspruchungsrichtungen, d. h. in axialer, radialer und tangentialer Richtung, eine derart hohe Biegesteifigkeit aufweist, daß in jeder Beanspruchungsrichtung die auftretenden Längs- und Querschubspannungen voll übertragen werden, was durch den großen und verbindungssteifen Querschnitt und die großflächige Verspannung erreicht wird. Im Ergebnis kann das gesamte Gebilde aus Stützring, Leitern und Ab-

deckplatten als kompakte Einheit angesehen werden, wodurch sich in bezug auf das Widerstandsmoment etwa die doppelte Höhe des Querschnittes gegenüber dem Stützring oder dem gesonderten Leiterverbund allein betrachtet ergibt. Die Steifigkeit gegenüber elliptischen oder anderen Verformungen der gesamten Verspannungseinheit ist damit etwa 8mal so groß wie die der einzelnen Bauelemente.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind im folgenden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung sowie weitere Einzelheiten näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wickelkopf mit der erfindungsgemäßen Abstützung,

Fig. 2 eine Ansicht von innen auf eine Abwicklung ^] > des Ständerwickelkopfes,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verspannung und der Verteilung der angreifenden Kräfte und

Fig. 4 eine schematische Darstellung dt.^- Erhöhung der Steifigkeit durch größeres Trägheitsmoment des -'<» starren Wickelkopfes.

In Fig. 3 ist ein Ständerwickelkopf im Axialschnitt dargestellt. Es handelt sich hierbei beispielsweise um eine flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung. Es ist jedoch gleichermaßen auch eine Wicklung mit Gasin- -?■> nenkühlung möglich. Die Oberstäbe 11 und die Unterstäbe 12 der Wicklung treten axial aus dem Blechpaket 1 des Generators aus und sind dann in bekannter Weise radial auf einem Kegel evolventenförmig gebogen, wie das auch aus der Abwicklung nach Fig. 2 zu ersehen ist. In der vorliegenden Figur sind dabei lediglich drei Leiter entsprechend der vorliegenden Schnittebene geschnitten gezeichnet, während zur übersichtlicheren Darstellung im übrigen Wickelkopfbereich lediglich die äußere Kontur der Leiter ge- r> zeigt ist. Radial außenliegend ist nunmehr erfindungsgemäß parallel zu der kegelförmigen Unterseite der Unterstäbe 12 ein Stützring 4 angeordnet, der sich über den gesamten Umfang des Wickelkopfes erstreckt. Dieser Stützring 4 kann dabei einteilig oder ia auch axial oder tangential mehrteilig zur leichteren Montage ausgeführt sein, wobei die Einzelteile dann jedoch fest untereinander verbunden sind, so daß sich ein stabiler Stützring ergibt. Dieser Stützring 4 ist auf seiner Außenseite am Umfang an einzelnen achspar- αϊ allelen Haltearmen 6, die an die Preßplaite 3 für das Ständerblechpaket 1 angeschraubt sind, axial gleitend gelagert, so daß sich unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Wickelkopf und Gehäuseteilen ausgleichen können. Die Schaltleitungen 5 der Wicklung sind so auf zusätzlichen Halteklötzen 31 festgelegt, die ihrerseits jeweils zwischen den Haltearmen 6 angeordnet sind und sich auf dem Stützring 4 abstützen. Die Ringleitung 7 für die Kühlflüssigkeit ist an den äußersten Enden der Haltearme 6 befestigt und steht über flcxiblen Schlauchleitungen 8 mit den Kühlmittelanschlußkammern 32 der einzelnen Stäbe in Verbindung.

Auf der inneren Mantelfläche des Wickelkopfes, also auf der Oberseite 11, sind erfindungsgemäß bün- ω dig aneinanderstoßende und sich ebenfalls über den gesamten Umfang erstreckende segmentförmige Abdeckplatten 10 vorgesehen, die sich über die gleiche Breite wie der Stützring 4 erstrecken. Diese Abdeckplatten 10 sind - wie noch später beschrieben wird b5 — über Spannbolzen 9 mit dem Stützring 4 verbunden.

Zur Distanzierung von Ober- und Unterstäben 11 und 12 sind zwischen die beiden Stabebenen ebenfalls segmentförmige Zwischenplatten 13 eingelegt.

Sowohl zwischen dem Stützring 4 und den Unterstäben 12, den Unterstäben 12 und den Zwischenplatten 13, den Zwischenplatten 13 und den Oberstäben 11, sowie den Oberstäben 11 und den Abdeckplatten 10 sind in umlaufenden Nuten 14 eingelassene, beim Einlegen der Wicklung noch plastisch verformbare, jedoch später aushärtbare und im allgemeinen aus fadenverstärktem Kunstharz bestehende Polster 30 eingelegt, die sich der äußeren Form der im Einbauzustand schon verhältnismäßig starren, mit einer kunstharzgetränkten Isolierung versehenen Leiterstäbe 11 und 12 einerseits und den Befestigungsteilen 4, 13 und 10 andererseits so anpassen, daß alle Zwischenräume ausgefüllt und überbrückt werden. Diese Polster 30 werden beim Einlegen der Stäbe so verformt, daß sie breitgedrückt werden und sich dadurch über die Breite der umlaufenden Nuten 14 hinaus erstrecken. Dabei ist der Abstand der umlaufenden Nuten so gewählt, daß mehr als 50% der Wickelkopfoberfläche im Bereich des Stützringes 4 durch die Polster bedeckt sind und somit eine breitflächige Auflage des Wickelkopfes erreicht wird. Die Anordnung dieser Polster in den umlaufenden Nuten verhindert eine seitliche Verschiebung der Stäbe während des Wickeins und auch später im Betrieb und gewährleistet eine gleichmäßige Stabauflage, örtliche Überbeanspruchungen der Stäbe im Kurzschlußfall können somit vermieden werden.

Zur Verspannung des Wickelkopfes gegen den Stützring 4 sind die bereits erwähnten, am gesamten Umfang des Wickelkopfes und in verschiedenen Reihen angeordneten Spannbolzen 9 vorgesehen, die am äußeren Ende in Gewindebuchsen 23 aus Metall oder Isolierstoff eingeschraubt werden, die ihrerseits in entsprechende Bohrungen 33 des Stützringes 4 eingesetzt werden. Auf der anderen Seite sind die Spannbolzen 9 mit den Abdeckplatten 10 verspannt. Dazu sind in entsprechende Bohrungen der Abdeckplatten 10 exzentrisch oder zentrisch gebohrte Paßkegelhülsen 15 eingesetzt, in die der Kegelansatz von auf die Spannbolzen 9 aufgeschraubte Gewindemuttern 16 eingreifen. Durch ein entsprechendes Drehen der Kegelhülsen 15 kann damit eine etwa vorhandene exzentrische Lage der Spannbolzen 9 ausgeglichen werden.

Diese Spannbolzen 9 dienen somit zur starren Verbindung der innenliegenden Abdeckplatten 10 und des außenliegenden Stützringes 4 und zur festen Verspannung der dazwischenliegenden Leiterstäbe 11 und 12, so daß sich ein kompakter schub- und biegefester Wickelkopf ergibt. Darüber hinaus haben diese Spannbolzen aber auch noch die Aufgabe, von den Stäben in Umfangsrichtung ausgeübte Kräfte aufzunehmen und abzuleiten. Durch die beiderseitige Einspannung der Spannbolzen 9 wird somit deren Tragfähigkeit gegen auftretende Kräfte wesentlich erhöht. Ein formschlüssiger Verband der Spannbolzen 9 untereinander wird einerseits über den Stützring 4 und andererseits über die dicht aneinanderstoßenden Abdeckplatten 10 hergestellt. Dies ist besonders vorteilhaft, da im Kurzschlußfall jede Zone des Wickelkopfes gefährdet ist und die sehr hohen Kurzschlußkräfte örtlich an jeder Stelle des Umfanges angreifen können. Wie aus der schematischen Darstellung nach Fig. 3 ersichtlich ist, wird durch den kraftschlüssigen Verband der Spannbolzen 9 untereinander über den Stützring 4 einerseits und die Abdeckplatten 10 andererseits die beispielsweise auf einen Spannbolzen wir-

kende und mit dem starken Pfeil P charakterisierte Kurzschlußkraft auf eine größere Zahl von Spannbolzen, die in der Umgebung angeordnet sind, übertragen, wobei dann insgesamt jeweils die kleineren Kräfte P' auf die eineinen Spannbolzen wirken.

In Fig. 2 ist eine Abwicklung des Ständerwickelkopfes in Ansicht von der Welle her gezeigt, wobei die innenliegenden Abdeckplatten 10 weggelassen sind, um den Verlauf der Leiterstäbe und ihre Distanzierung besser darstellen zu können. Am linken Rand der Figur ist dabei in einem weiteren Teilschnitt der Verlauf der in den Stützring 4 bzw. die Zwischenplatten 13 eingelassenen umlaufenden Nuten gezeigt, die mit den Polstern 30 ausgefüllt sind. Die Distanzierung der evolventenförmigen Leiterstäbe 11 und 12 in axialer Richtung erfolgt dabei durch Ausstopfen der Zwischenräume mit dem gleichen plastischen aushärtbaren Material 17, mit dem auch die umlaufenden Nuten 14 ausgefüllt sind. Dabei sind die verhältnismäßig geringen Leiterabstände innerhalb einer Phasengruppe voll mit diesem Material 17 ausgefüllt, während die vergrößerten Abstände am Phasenwechsel durch Zwischenlegen eines Distanzstückes 22 und einer entsprechenden Auskleidung auf beiden Seiten überbrückt sind. Diese axiale Distanzierung ist auch aus dem Teilschnitt der Leiter in Fig. 1 zu ersehen.

Die Leiterabschnitte vor dem Eintritt bzw. nach dem Austritt aus dem evolventenförmigen Wickelkopfteil werden durch vorgeformte, dem Leiterzwischenraum angepaßte Distanzstücke 19, 20 oder 21

distanziert. Die zum Leiter hin vorgesehenen geringen Luftspalte dienen zum Ausfüllen der fertigungsbedingten radialen Konizität der Teile mit einem Kunstharzausguß 18.

Alle zur Distanzierung verwendeten Materialien lassen sich im Bedarfsfalle durch Einlegen von Trennfolien oder entsprechender Oberflächenbehandlung ohne Schwierigkeiten von den Wicklungs- und Befestigungsteilen trennen. Dabei werden alle härtbaren Polster und Materialien nach dem Distanzieren und Verspannen des Wickelkopfes unter Zuführen von Wärme ausgehärtet. Nach dem Aushärten werden die Spannbolzenmuttern 16 über Spannscheiben, Tellerfedern 25 oder zwischen Stützring 4 und Abdeckplatten 1Ö angeordnete Federelemente angezogen, so daß die Abdeckplatten 10 die Stäbe 11 und 12 dauernd fest gegen ihre Auflager 30 pressen. Durch diese Vorspannung entsteht ein kompakter, kurzschlußfester Wickelkopf, der sich dennoch gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung ausdehnen kann.

Wie aus der schematischen Darstellung nach Fig. 4 zu ersehen ist, wird durch den kraftschlüssigen, unter Vorspannung stehenden Verband des kompakten Wickelkopfes mit dem Stützring 4 die Gesamthöhe h der Querschnittsfläche gegenüber der Höhe Zi₁ des Stützringes allein etwa verdoppelt. Dadurch ergibt sich entsprechend dem Verhältnis der Trägheitsmomente eine etwa achtfach größere Steifigkeit gegenüber Ringverformungen, auf die schon eingangs hingewiesen wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

b) Patentansprüche:

1. Wickelkopfabstützung für die Ständerwicklung elektrischer Maschinen, insb. Turbogeneratoren, mit kegelig abgebogenen und schräg zur Maschinenachse verlaufenden Leiterabschnitten des Wickelkopfes sowie mit einem radial außenliegenden, mit den Wickelkopfleitern verbundenen und sich über den gesamten Umfang erstrekkenden Stützring, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Der Stützring (4), die Leiterstäbe (11, 12) des Wickelkopfes und radial innenliegende, sich über den gesamten Umfang erstreckende Abdeckplatten (10) sind über durchgehende, in mehreren Reihen angeordneten Spannbolzen (9) und zwischen allen Bauteilen eingelassene, plastisch verformbare Polster (30) aus einem aushärtbaren Material zu einer in allen Beanspruchungsrichtungen schub- und biegefesten Einheit verspannt;
der Stützring (4) ist auf radial außenliegenden, an den Preßplatten des Ständerblechpaketes (1) befestigten Haltearmen (6) axial verschiebbar geführt.

2. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbolzen (9) in in den Stützring (4) eingesetzte Gewindebuchsen (23) aus Metall oder Isolierstoff eingeschraubt sind.

3. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abdeckplatte (10) exzentrisch gebohrte Paßkegelhülsen (15) und entsprechende, auf die radial innenliegenden Enden der Spannbolzen (9) aufgeschraubte Gewindemuttern (16) eingelassen sind.

4. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leiterstäben (11, 12) und den zur Distanzierung verwendeten Materialien (17, 18) Trennfolien eingelegt sind.

5. Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle härtbaren Teile nach Verspannen des Wickelkopfes unter Zuführung von Wärme ausgehärtet sind.

6. Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemuttern (16) über Spannscheiben oder Tellerfedern (25) oder zwischen Stützring (4) und Abdeckplatten (10) angeordnete Federelemente angezogen sind.