CH648705A5 - Staenderanordnung mit luftspaltwicklung fuer elektrische maschinen grosser leistung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ständeranordnung mit 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 verankerte Spannschrauben gehalten sind.

Eine derartige Ständeranordnung ist aus der DE-OS 25 50 386 bekannt. Die an den Wicklungsstäben in tangentialer Richtung angreifenden Kräfte werden hierbei durch die Nutzähne des Haltekörpers aufgenommen. Die an den Wicklungsstäben in radialer Richtung angreifenden Kräfte wirken mit doppelter 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 Wicklungsstäbe durch eine genügend hohe Vorspannkraft in den Nuten gehalten. Diese Vorspannkraft, die ein Schwingen der Wicklungsstäbe in den Nuten verhindern soll, wird 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 inbesondere 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 Aussenum-fang schwalbenschwanzförmige Ansätze aufweist, die in entsprechend geformte Nuten des Ständerblechpaketes eingeschoben sind, wobei innerhalb der Schwalbenschwanzverbindung noch eine zusätzliche, in radialer Richtung wirkende Vorspannung vorgesehen ist. Hierdurch wird ein form- und kraftschlüssige Verbindung von Haltekörper und Ständerblechpaket erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ständeranordnung mit Luftspaltwicklung zu schaffen, die einerseits sehr einfach aufzubauen ist und andererseits im Hinblick auf die Beherrschung der tangential und radial an den Wicklungsstäben angreifenden Kräfte eine hohe Betriebssicherheit für die Krafteinleitung in das Ständerblechpaket gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von einer Ständeranordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsge-mäss 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 Ständerblechpaketes angeordnet sind. Durch diese Anordnung werden das Ständerblechpaket und der Haltekörper zu einem einzigen Bauteil vereinigt, das sämtliche Anforderungen an die Beherrschung der tangential angreifenden Kräfte erfüllt und eine kurzschlusssichere Anbindung der Luftspaltwicklung an das einen Abschirmbereich bildende Ständerblechpaket gewährleistet. Die durch Schweissen aus verschiedenen Segmentteilen hergestellten gemeinsamen Blechsegmente weisen in etwa die gleiche mechanische Festigkeit wie ein homogenes Blechsegment auf und sind andererseits von den magnetischen Eigenschaften her in den magnetischen Abschirmbereich des Ständerblechpaketes und in den unmagnetischen Haltebereich des Haltekörpers 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 Wicklungsstäben belegt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsge-mässen Ständeranordnung verläuft die Schweissnaht im Fussbereich der Nutzähne.

Hierdurch wird einerseits die Länge der Schweissnaht geringgehalten und andererseits eine klare Funktionstrennung in den magnetischen Abschirmbereich des Ständer2

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blechpaketes und den unmagnetischen Haltebereich des Haltekörpers erzielt. Die Schweissnaht soll aber nicht direkt entlang der Fusslinie der Nutzähne verlaufen, da in diesem Bereich der max. Biegemoment auftritt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Ständeranordnung 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 können 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 Teilquerschnitt durch Ständer und Luftspaltwicklung eines Turbogenerators und

Fig. 2 ein Blechsegment mit angeschweissten Nutzähnen.

Wie aus dem in Fig. 1 gezeigten Querschnitt hervorgeht, ragen aus dem Ständerblechpaket 1 des Turbogenerators in radialer Richtung nach innen Nutzähne 2 hervor. Durch die benachbarten Flanken zweier Nutzähne 2 wird jeweils eine etwa parallelflankige Nut definiert, welche zur Aufnahme von Wicklungsstäben 3,4 und 5 dient. Jeder dieser Wicklungsstäbe 3,4 und 5 besteht aus einer Vielzahl von Teilleitern und einer diese Teilleiter umschliessenden Isolierhülse, was jedoch zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung in Fig. 1 nicht gezeigt ist. Zwischen den radial aussenliegen-den 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 Vorspannung können die Isolierstoffbeilagen 7 auch in Form 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 an den Wicklungsstäben 3,4 und 5 angreifenden Kräfte sind in Nutrichtung verlaufende Druckleisten 8 vorgesehen, welche unter Vorspannung über Isolierstoffbeilagen 9 gegen die radial innenliegenden Stirnflächen der Wicklungsstäbe 3,4 und 5 gedrückt sind. Die seitlichen Flanken der Druckleisten 8 sind derart abgeschrägt, dass jeweils im Bereich eines Nutzahns 2

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zwischen 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 der Halteleisten 10 hindurchgeführten radialen Spannschrauben 11 sind in den queraxialen 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 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 des Ständerblechpaketes 1 angeordnet. Die radialen Spannschrauben 11 erreichen die axial angeordneten Bolzen 13 durch Schlitze in den Nutzähnen 2. Diese Schlitze können identisch mit den Kühlschlitzen im Ständerblechpaket 1 sein oder unabhängig davon 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 aus gemeinsamen Blechsegmenten aufgebaut. Ein derartiges Blechsegment 20 ist in Fig. 2 ausschnittsweise dargestellt. Es besteht aus einem dem Ständerblechpaket 1 (Fig. 1) zugeordneten Segmentteile 201 und zahnförmigen Segmentteilen 202, welche im geschichteten Paket die Nutzähne 2 (Fig. 1) bilden. Das zahnlose Segmentteil 201 besteht aus einem magnetischen Werkstoff, beispielsweise aus hochsiliziertem Stahl, während die zahnförmigen Segmentteile 202 aus unmagnetischem Werkstoff bestehen, beispielsweise aus einem austeni-tischen Blech, wie X10CrNiTil89. Die Verbindung des zahnlosen Segmentteiles 201 mit den zahnförmigen Segmentteilen 202 ist durch Schweissnähte 203 hergestellt, welche im Bereich der Fusslinien der Zähne verlaufen. Die Schweissnähte 203 werden etwas versetzt zur Fusslinie der Zähne angeordnet, da in der Fusslinie das grösste Biegemoment auftritt.

Zur Herstellung der Blechsegmente 20 werden zunächst die Segmentteile 201 und 202 miteinander verschweisst. Danach ist ein Komplettschnitt des gesamten Blechsegmentes 20 vorgesehen, um eine hohe Massgenauigkeit der Nuträume zu erzielen und die unvermeidlichen Endkrater der Schweissnähte 203 zu entfernen. Beim Komplettschnitt werden auch gleichzeitig Löcher 204 gestanzt, welche den in Fig. 1 dargestellten axialen Bohrungen 16 zur Aufnahme der axial angeordneten Bolzen 13 entsprechen. Die Schweissnähte 203 können beispielsweise durch Elektronenstrahlschweissen oder durch WIG-Schweissen mit kontinuierlichem oder mit gepulstem Strom hergestellt werden. Bei nach dem Schweis-sen vorgenommenen Festigkeitsuntersuchungen wurde festgestellt, dass sich das geschweisste Blechsegment 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.

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648 705 PATENTANSPRÜCHE

1. Ständeranordnung mit Luftspaltwicklung für elektrische Maschinen grosser Leistung, insbesondere Turbogenra-toren, mit einem aus magnetischen Blechsegmenten aufgebauten Ständerblechpakete, 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 verankerte Spannschrauben gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ständerblechpaket (1) und der Haltekörper (2) aus gemeinsamen Blechsegmenten (20) aufgebaut sind, deren aus magnetischen Material bestehender Segmentteil (201) mit dem aus unmagnetischen 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 Ständerblechpakets (1) angeordnet sind.

2. Ständeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnaht im Fussbereich der Nutzähne (2) verläuft.

3. Ständeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Material hochsilizier-tes Blech und dass das unmagnetische Material austenitisches Blech ist.

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

5. Ständeranordnung 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.