CH673360A5 - - Google Patents

Description

DESCRIZIONE 50 La determinazione della sollecitazione tangenziale di com-

L'oggetto della presente invenzione è costituito da un dispo- pressione che innesca l'ondulazione non è facilmente calcolabile sitivo per il pre-tensionamento del pacco anulare di lamierini per via teorica. Oltre alle dimensioni geometriche del pacco in-dello statore di un generatore elettrico di grandi dimensioni. fatti, altri fattori, quali ad esempio lo spessore dei lamierini, la

La progettazione dei grandi generatori elettrici lenti ad asse loro pressione di assiemamento il cui valore può tuttavia varia-verticale impone l'adozione di soluzioni costruttive opportune ss re durante la vita della macchina, il passo corconferenziale dei per superare i problemi connessi con le grandi dimensioni geo- tiranti di pressatura, condizionano in maniera anche determi-metriche tipiche di questa famiglia di generatori. Il progettista nante il fenomeno. La sua gravità è evidente: il pacco perde la dei componenti dello statore e del rotore deve infatti tenere sot- compattezza assiale e si possono creare danni all'avvolgimento.

II progetto dello statore deve pertanto mirare all'eliminazione della causa che sta all'origine del fenomeno e pertanto deve essere orientato a mantenere entro bassi livelli lo strato di compressione del pacco.

to controllo non solo il loro stato di tensione, ma anche il loro stato di deformazione.

In questa categoria di problemi uno tipico e fondamentale è quello legato alla ondulazione per carico di punta (buckling) dei lamierini del pacco statore. L'aumento delle dimensioni geometriche, legato all'incremento della potenza ed al numero di po- È necessario quindi assicurare la libera dilatazione termica larità, rende il pacco statore di queste macchine sempre più sen- 65 dello statore sulle fondazioni, annullare od almento minimizza-sibile a tale fenomeno, in quanto l'incremento del suo diametro re l'effetto di cerchiatura esercitato sul pacco della carcassa, rimedio non è accompagnato da un pari incremento dele sue di- durre la sollecitazione dovuta al tiro magnetico.

mensioni radiali. Lo statore è realizzato mediante un pacco di II dispositivo secondo l'invenzione è impiegabile per il pre-

3

673 360

tensionamento del pacco anulare dei lamierini formanti lo statore di un generatore elettrico di grandi dimensioni. Lo statore cui è applicabile il dispositivo secondo l'invenzione, prevede una carcassa di sostegno formata da una virola cilindrica e da pareti anulari sovrapposte il cui bordo sostiene tiranti-chiavetta che bloccano assialmente, con dadi, un pacco di lamierini e che bloccano radialmente detti lamierini mediante una chiavetta a coda di rondine sporgente da detti tiranti ed alloggiata in corrispondenti scanalature ricavate sulla superficie esterna del pacco di lamierini.

Il dispositivo secondo l'invenzione ed in conformità alla rivendicazione 1, comprende una pluralità di dispositivi di ancoraggio, ciascuno dei quali comprende:

a) una piastra di base fissata all'intradosso delle pareti anulari della carcassa dello statore, a mezzo di saldatura;

b) una staffa dotata di bracci a tenaglia in grado di afferrare opportune ali sporgenti circonferenzialmente da tiranti-chiavetta.

c) mezzi di tensionamento in grado di esercitare e mantenere uno sforzo di trazione centrifugo sulla staffa e quindi sul pacco di lamierini.

I vantaggi e le caratteristiche dell'invenzione risulteranno inoltre dalla descrizione che segue, relativa a forme di esecuzione scelte a solo titolo di esempio con particolare riferimento alle allegate tavole di disegni in cui:

— la figura 1 mostra in sezione verticale la carcassa ed il pacco di lamierini dello statore di un generatore elettrico di grandi dimensioni attrezzato con i dispositivi di ancoraggio secondo l'invenzione;

— la figura 2 mostra, in scala maggiore, uno dei dispositivi di ancoraggio secondo l'invenzione già illustrato nella precedente figura 1; in figura 2 lo spessore dei lamierini non è rappresentato in scala ma è ingrandito per chiarezza;

— la figura 3 mostra, in pianta, il dispositivo di ancoraggio di cui alla figura 2;

— la figura 4 mostra, in pianta un'attrezzatura mobile da utilizzare per il pre-tensionamento del pacco di lamierini dello statore ed applicabile, in opportuna successione, ai dispositivi di ancoraggio rivendicati;

— la figura 5 mostra lo schema delle forze che si sviluppano tra carcassa e pacco di lamierini dello statore per effetto della differenza di temperatura tra pacco e carcassa;

— la figura 6 è analoga alla precedente ma si riferisce alle forze che si sviluppano tra pacco e carcassa per effetto del tiro magnetico esercitato sul pacco dello statore dal rotore.

Con particolare riferimento a tali figure: con 10 è indicata, in sezione radiale, la carcassa dello statore formata da una serie di pareti o piastre anulari IIA - 11F collegate tra di loro da una virola cilindrica 12 in corrispondenza del loro estradosso.

Eventuali diaframmi radiali di irrigidimento non sono illustrati nella figura per semplicità di rappresentazione. La carcassa anulare 10 è sostenuta da un basamento 13, rappresentato solo schematicamente.

Con 20 è rappresentato lo statore formato da un pacco di lamierini sovrapposti, dotati, ad intervalli circonferenziali regolari, di scanalature con sezione a coda di rondine 21 (vedi fig. 3) nelle quali sono inserite le nervature complementari 31 di tiranti-chiavetta 30.

Ciascun tirante-chiavetta 30 è sostenuto e sollecitato verso l'esterno, in direzione centrifuga, da un opportuno numero di dispositivi di ancoraggio 40, oggetto della presente invenzione, a loro volta fissati sopra le piastre o pareti anulari 11 della carcassa 10 e sporgenti radialmente verso l'interno del lembo interno di tali piastre anulari 11.

Secondo la forma di realizzazione preferita, illustrata nelle figure, per ogni tirante-chiavetta 30 sono previsti tanti dispositivi di ancoraggio 40 quante sono le piastre anulari 11 della carcassa 10.

Nel caso illustrato in figura le piastre anulari della carcassa 10 sono sei, IIA, IIB, 11C, 11D, 11E, 11F.

A tale esempio di realizzazione particolare si farà riferimento nel seguito per illustrare la metodologia di pre-tensionamen-s to da seguire.

In modo noto, alle due estremità, ciascun tirante chiavetta 30 termina con codoli filettati 32 sui quali sono avvitati dadi 33 che, a mezzo di staffe radiali 34 e di settori anulari 35 consentono di serrare assialmente il pacco di lamierini dello statore, io Ciascun dispositivo di ancoraggio 40 è formato da una piastra di base 41, saldata ad una delle piastre anulari 11 della carcassa 10. La piastra di base 41 prevede una flangia verticale 42 disposta alla sua estremità esterna rispetto all'asse dello statore. La piastra di base 41 è dotata di un foro filettato 43, verticale. 15 A sua volta la flangia verticale 42 è dotata di due fori passanti 44.

Sulla piastra di base 41 è appoggiata una staffa a forma di U 51, che prevede, in direzione centripeta, rispetto alla carcassa, due braccia a tenaglia 52 che definiscono un vano 53 atto a 20 trattenere, radialmente, il tirante-chiavetta 30 a mezzo delle due ah che questo presenta in direzione opposta alla coda 31.

La staffa 51 è dotata di un foro verticale 54 di diametro opportunamente maggiore del diametro del foro verticale 43 della piastra di base 41.

25 La faccia radialmente esterna della staffa 51 è inoltre dotata di due fori ciechi orizzontali 56, filettati, disposti radialmente rispetto alla carcassa ed allineati con i fori 44 della flangia verticale 42 della piastra di base 41.

Una vite verticale 55 attraversa con gioco il foro 54 della 30 staffa 51 e si avvita nel foro filettato 43 della piastra di base 41.

Una coppia di viti radiali 57 attraversa con gioco i fori 44 della flangia verticale 42 della piastra di base 41 e si avvita nei fori filettati 56 della staffa 51.

La staffa 51 è dotata di ali 58 sporgenti circonferenzialmen-35 te, rispetto allo statore, che consentono l'applicazione di un attrezzo di trazione in direzione centrifuga rispetto allo statore.

Tale attrezzo può essere configurato come illustrato nella figura 4:

un estrattore ad U, 60, è fornito di scontri 61 rivolti verso 40 l'interno dei suoi bracci 62, atti ad impegnare le ali 58 della staffa 51.

Un martinetto 64 posizionato tra la traversa 63 dell'estrattore 60 ed il dorso esterno della flangia verticale 42 della piastra di base 41 consente di esercitare una forza centrifuga sul pacco 45 di lamierini 20. Tale forza, esercitata dal martinetto 64 durante l'operazione di pre-tensionamento, viene trasmessa ai lamierini 20 dalla catena di elementi 58-51-52-32-30-31-21.

Il pre-tensionamento dei dispositivi di ancoraggio secondo l'invenzione deve essere eseguito dopo la pressatura assiale del so pacco 20 ed il serraggio dei tiranti-chiavetta 30 a mezzo dei dadi 33 e deve avvenire con la seguente sequenza:

1) Si allentano le viti 55 fino ad avere tra la staffa 51 e la testa della vite 55 un opportuno gioco verticale, ad esempio di 3 mm.

55 2) Si applica, mediante chiave dinamometrica, una coppia iniziale di serraggio a ciascuna vite 57 di tutti i dispositivi di ancoraggio 40.

Durante tale operazione i dadi di arresto 59 debbono essere allentati. L'operazione deve essere condotta con un numero op-60 portuno di operatori, ad esempio sei, distanziati uniformemente in senso circonferenziale, che procedono contemporaneamente al serraggio delle viti 57.

Ogni operatore deve procedere al serraggio dei dispositivi di ancoraggio 40 della frazione circonferenziale di statore che gli 65 compete; se gli operatori sono sei, come detto sopra, ogni operatore procederà al serraggio di un sesto dei dispositivi di bloccaggio.

La sequenza di serraggio è eseguita per piani radiali e su eia-

673 360

4

scun piano prevederà in successione il serraggio delle viti 57 dei dispositivi associati alle piastre anulari HA, 11F, IIB, 11E, 11C, 11D.

Il gruppo di operatori passerà quindi ai dispositivi di ancoraggio del tirante-chiavetta contiguo.

3) Dopo il serraggio preliminare mediante chiave dinamometrica delle viti 57 si procede al pre-tensionamento definitivo del pacco 20 mediante l'attrezzatura 60 di cui alla figura 4.

Se, come ipotizzato, il serraggio verrà effettuato da sei operatori che agiscono contemporaneamente in modo uniformemente distribuito circonferenzialmente, il tensionamento dei dispositivi di serraggio mediante l'attrezzatura di cui alla figura 4 seguirà la stessa sequenza descritta per il pre-tensionamento di cui all'operazione (2).

Verrà applicato al martinetto 64 un carico opportuno. Mentre il martinetto è sotto il carico suddetto, si procederà a serrare in modo definitivo le viti 57 ed i dadi di bloccaggio 59 con una chiave dinamometrica.

Verranno infine bloccate, sempre con chiave dinamometrica, le viti 55.

Eseguita questa operazione su tutti i complessi d'ancoraggio, il pacco 20 risulta elasticamente deformato verso l'esterno, soggeto pertanto ad imo stato di sollecitazione tangenziale di trazione. La carcassa 10, della quale si sfrutta la rigidezza radiale per assicurare il pre-tensionamento del pacco 20, rimane invece deformata elasticamente verso l'interno e quindi soggetta ad uno stato di sollecitazione tangenziale di compressione.

Il comportamento, a macchina in servizio, dell'insieme pac-co-carcassa così pre-sollecitati mediante i complessi di ancoraggio, è evidenziato con maggior chiarezza se si esamina separatamente l'aspetto connesso al regime termico (vedi fig. 5) e l'aspetto connesso al tiro magnetico (vedi fig. 6) tenuto conto che vale il principio di sovrapposizione degli effetti.

Quanto lo statore comincia a riscaldarsi, il pacco di lamierini 20 che ha una temperatura superiore a quello della carcassa 10, tenderebbe a dilatarsi in misura maggiore di quest'ultima. Questa dilatazione radiale differenziata genera una forza radiale (F) fuzione della differenza dì temperatura At.

L'iniziale deformazione elastica del pacco di lamierini dello statore imposta con il pre-tensionamento e di conseguenza l'iniziale forza mutua tra pacco e carcassa, diminuiscono in maniera proporzionale all'aumento della loro differenza di temperatura. Lo stato di sollecitazione del pacco e della carcassa diminuisce con il decrescere della forza esercitata dai complessi ancoraggio.

È possibile mantenere il pacco inerte od in uno stato di sollecitazione ancora di trazione anche quando lo statore raggiunge la massima temperatura di regime scegliendo opportunamen-5 te il valore della forza di pre-tensionamento. È intuitivo che il valore di questa forza deve essere uguale o superiore alla forza (F) che nasce, in assenza di pretensionamento, tra pacco e carcassa rigidamente collegati come avviene nella costruzione tradizionale dello statore (figura 5).

io Dal punto di vista dell'azione esercitata dal tiro magnetico (TM), un vincolo rigido tra la carcassa ed il pacco agisce nel senso di ridurre lo stato di compressione che nascerebbe nel pacco nella condizione opposta, ossia nella condizione di pacco e carcassa totalmente disaccoppiati. Il tiro magnetico infatti i5 agendo sul pacco con direzione centripeta tenda a deformarlo verso l'interno e viene pertanto sopportato dall'insieme pacco-carcassa se questi sono tra loro rigidamente collegati. La carcassa cioè limita con la propria rigidezza radiale la contrazione elastica del pacco riducendone conseguentemente lo stato di 20 compressione.

La costruzione tradizionale dello statore con tiranti-chiavetta saldati direttamente alle pareti anulari della carcassa risulta pertanto vantaggiosa da questo punto di vista.

I complessi di ancoraggio realizzano tra pacco e carcassa 25 una condizione di vincolo infinitamente rigida per forze radiali agenti con direzione centripeta sull'intradosso del pacco di lamierini dello statore. La soluzione costruttiva adottata ne limita perciò la sollecitazione di compressione, anche prescindendo dal pre-tensionamento, come nelle costruzioni tradizionali. 30 Se il pre-tensionamento iniziale mantiene nel pacco una sollecitazione ancora di trazione anche quando lo statore ha raggiunto il regime termico, la sollecitazione di trazione che il tiro magnetico, nella soluzione tradizionale, imporrebbe al pacco si sovrappone a tale stato di trazione. Lo stato di compressione 35 complessivo del pacco risulta pertanto diminuito e può essere addirittura annullato con un adeguato valore di pre-tensionamento.

Sebbene per ragioni descrittive la presente invenzione sia stata basata su quanto precedentemente descritto ed illustrato a 40 solo titolo di esempio, molte modifiche e varianti possono essere apportate nella realizzazione del trovato; tali modifiche e varianti debbono essere tuttavia considerate come basate sulle rivendicazioni.

v

4 fogli disegni

Claims (5)

673 360

1. Dispositivo per il pre-tensionamento del pacco anulare scuno assimilabile ad una corona anulare, ed è sottoposto, in (20) di lamierini formanti lo statore di un generatore elettrico di funzionamento, ad un sistema di forze che danno a sollecitazio-grandi dimensioni, statore del tipo che prevede una carcassa di ni di compressione. Poiché sollecitazioni anche di modesta enti-sostegno (10) formata da una virola cilindrica (12) e da pareti 5 tà possono diventare pericolose per i lamierini dal punto di vi-anulari sovrapposte (11) il cui bordo sostiene tiranti-chiavetta sta del fenomeno dell'ondulazione, il progetto meccanico dello (30) che bloccano assialmente, con dadi (33) il pacco di lamieri- statore deve essere condotto con particolare attenzione allo stani (20) e, radialmente mediante una chiavetta a coda di rondine to di sollecitazione del pacco in tutte le condizioni di funzionaci) sporgente da detti tiranti (30) ed alloggiata in corrispon- mento.

denti scanalature (21) ricavate sulla superficie esterna del pacco io Qui di seguito sono descritte le forze che causano l'ondula-di lamierini (20), caratterizzato dal fatto che è costituito da una zione dei lamierini dello statore.

pluralità di dispositivi di ancoraggio (40) ciascuno dei quali II diverso regime termico, che si instaura nel pacco di Iamie-

comprende: rini dello statore e nella carcassa, in funzionamento, può gene-

a) una piastra di base (41) fissata all'intradosso delle pareti rare il fenomeno dell'ondulazione dei lamierini. Come è noto il anulari (11) della carcassa (10) dello statore, a mezzo di salda- 15 pacco di lamierini dello statore, sede di perdite elettromagneti-tura; che, ha una temperatura media di regime superiore a quella del-

b) una staffa (51) dotata di bracci a tenaglia (52) in grado la carcassa, che è riscaldata solo indirettamente dall'aria che ha di afferrare opportune ali (32) sporgenti circonferenzialmente attraversato i canali di ventilazione. Il pacco di lamierini dello dai tiranti-chiavetta (30). statore tende perciò ad espandersi radialmente in maniera supe-

c) mezzi di tensionamento (57) con appoggio sulla piastra di 20 riore alla carcassa e pertanto risulta non sollecitato solo se que-base in grado di esercitare e matenere uno sforzo di trazione st'ultima non crea un vincolo alla sua libera dilatazione. Se incentrifugo sulla staffa (51) e quindi sul pacco di lamierini (20). vece la carcassa ne impedisce la libera dilatazione, ossia ne eser-

2. Dispositivo, secondo la rivendicazione precedente, carat- cita una azione di cerchiatura, la forza mutua in corrisponden-terizzato dal fatto che ciascuna piastra di base (41) prevede una za del vincolo pacco-carcassa, che ha direzione centrifuga sulla flangia verticale (42) attraversata da fori passanti (44) per una 25 carcassa e direzione centripeta sul pacco, genera su quest'ulti-coppia di viti di trazione (57), il cui gambo filettato è awitabile mo una sollecitazione tangenziale di compressione tanto mag-entro corrispondenti fori filettati (56) predisposti sul dorso della giore quanto più grande è la loro differenza di temperatura e staffa (51). quanto più grande è la rigidezza radiale della carcassa.

2

RIVENDICAZIONI lamierini di piccolo spessore disposti in strati sovrapposti, cia-

3. Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratte- È intuitivo inoltre che questa azione di cerchiatura si esalta rizzato dal fatto che tra detta flangia (42) della piastra di base 30 se la carcassa non è libera di dilatarsi radialmente sulle fonda-(41) e la staffa (51), sulle citate viti di trazione (57), sono dispo- zioni, ossia se il vincolo carcassa-fondazione impedisce parzial-sti dadi di bloccaggio (59). mente o totalmente la dilatazione termica imposta dalla tempe-

4. Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratte- ratura.

rizzato dal fatto che detta staffa (51) è dotata di un foro verti- Lo stato di compressione del pacco può essere ridotto, a pa cale (54) per una vite di trattenuta (55) che con il suo gambo fi- 35 rità di altre condizioni, agendo sul progetto della carcassa nel Iettato si avvita in un corrispondente foro (43) predisposto sulla senso di ridurne la rigidezza radiale. Tuttavia questa azione non piastra di base (41); in cui detto foro (54) praticato sulla staffa può essere spinta oltre certi limiti in quanto la carcassa deve es-(51) per la vite di trattenuta (55) ha diametro maggiore del gam- sere in grado di sopportare senza notevoli deformazioni e tra-bo della vite (55). smettere alle fondazioni la forza tangenziale dovuta alla coppia

5. Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti, caratte- 40 elettromagnetica di regime e quella dovuta alle coppie elettrorizzato dal fatto che detta staffa (51) prevede alette (58) spor- magnetiche transitorie per corto-circuito o per falso parallelo, genti circonferenzialmente atte a fornire una superficie di scon- Anche il «tiro magnetico» tra statore e rotore è causa del-tro per un attrezzo in trazione ad U (60), tra la cui traversa cen- l'ondulazione dei lamierini. Agisce infatti con direzione centri-trale (63) ed il dorso esterno della flangia verticale (42) della peta sull'intradosso del pacco e dà quindi origine ad una solle-piastra di base (41) è inserito un martinetto (64). 45 citazione tangenziale di compressione. Sotto questo aspetto il vincolo pacco-carcassa agisce in modo opposto a quello precedentemente descritto, ossia nel senso di attenuare lo stato di compressione del pacco; l'azione mutua tra pacco e carcassa ha infatti direzione centrifuga sull'estradosso del pacco.