Dynamoelektrische Maschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamo elektrische Maschine mit einer verbesserten Befe stigungsvorrichtung für den Haltering am Rotor.
Ein Rotor bekannter Ausführung, wie er z. B. für Wechselstromgeneratoren, die von Dampfturbinen betrieben werden, verwendet wird, besteht in erster Linie aus einem vollen, aus Stahl gebildeten zylin drischen Teil. Das zentrale Körperstück ist mit axialen Nuten versehen, um die Feldwicklungen auf zunehmen, wobei an den beiden Enden Zapfenteile von verringertem Durchmesser vorgesehen sind, die den Rotor in Lagern abstützen und einen Spielraum für die Wickelköpfe der Feldwicklung bilden. Da die Wicklung Zentrifugalkräften ausgesetzt ist, die die Tendenz haben, dieselbe vom Rotor wegzuschleu dern, wird üblicherweise an jedem Ende ein Halte ring verwendet, um die Wickelköpfe in der richtigen Lage zu halten.
Ein solcher Haltering wird durch einen zylindrischen Teil gebildet, der die Wickelköpfe um gibt und am Rotor starr befestigt ist. Der Haltering kann an der Rotorwelle entweder durch Aufschrump fen auf einen Zentrierring am Zapfen befestigt wer den oder aber die Befestigung kann am Rotorkörper selbst erfolgen, oder es können beide Befestigungs methoden gemeinsam verwendet werden.
Bei hohen Drehzahlen werden die Wickelköpfe unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft gegen die Innenseite des Halteringes gepresst und durch die nachfolgende Wärmeausdehnung üben diese auf den Haltering grosse Axialkräfte aus, die die Tendenz haben, denselben relativ zum Rotor zu verschieben. Deshalb sind zusätzliche Befestigungsmittel notwen dig, um Axialverschiebungen des Halteringes relativ zum Rotor zu verhindern.
Halteringe sind üblicherweise die am stärksten beanspruchten Teile des Rotors, teilweise infolge der Ringspannungen, die durch die Zentrifugalkraft aus dem Gewicht des Ringmaterials selbst hervorgeru fen werden, und teilweise durch die zusätzliche Be lastung infolge Abstützung der Wickelköpfe der Feld wicklung. Zudem entstehen örtliche Spannungen in folge der Schrumpfkräfte, welche grösser sein müssen als die Zentrifugalkräfte, um einen satten Sitz sowohl bei normalen Drehzahlen als auch bei Drehzahl erhöhungen bis zur Auslösedrehzahl der Turbine zu gewährleisten.
Aus diesem Grunde ist es wichtig, irgendwelche Löcher, Einschnitte und insbesondere axiale Schlitze im Haltering zu vermeiden, da diese als Punkte der Spannungskonzentration wirken wür den, was zu einem Bruch des Halteringes führen könnte. Gemäss bekannten Methoden wird der Halte ring durch Verkeilung an einem Zentrierring gegen axiale Bewegung gesichert.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine verbesserte Befestigungsvorrichtung für einen Halte ring zu schaffen, welche eine Axialverschiebung des selben vermeidet, ohne hierzu Bohrungen, Ein schnitte und axiale Nuten im Haltering zu benötigen.
Es soll ein verbesserter Sicherungskeil geschaffen werden, mit dessen Hilfe die Verriegelung des Halte ringes für einen Generator sowohl in der Montage wie auch in der Demontage einfach ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh rungsform der erfindungsgemässen dynamoelektri schen Maschine mit der Halteringkonstruktion dar gestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Rotor und den Wickelkopf und den Haltering, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt der Befestigungsvorrichtung.
Der in der Zeichnung mit 1 bezeichnete Rotor besteht aus einem Rotorkörper la und einem Rotor zapfen 1b. Die Wickelköpfe, welche im Schnitt dar gestellt sind, werden gegen den Einfluss der Zentri- fugalkräfte durch einen Haltering 3 gesichert. Der Haltering 3 ist auf den Rotorkörper la auf geschrumpft, und zwar auf die Fläche 1c desselben. An seinem andern Ende ist der Haltering auf einen relativ massiven Zentrierring 4 aufgeschrumpft, und zwar auf dessen Umfangsfläche 4a.
Zwischen dem Zentrierring 4 bzw. dessen Innenfläche 4b und dem Zapfen lb ist ein relativ grosses radiales Spiel 5 vorgesehen. Dies gestattet eine leichte Durchbiegung des Zapfens relativ zum Rotorkörper, ohne die Lage des Halteringes relativ zum Rotorkörper, in welchem derselbe aufgeschrumpft ist, zu beeinflussen. Die Wickelköpfe 2 sind vom Haltering durch eine Isola tion 6 isoliert. Eine Dämpferwicklung 7 ist am rotor- seitigen Ende des Halteringes vorgesehen, um die Schrumpffläche desselben gegen Verbrennung infolge starken Strombeanspruchungen zu schützen.
Zusätzlich zu dessen Befestigung am Rotor mit tels des Schrumpfsitzes 1c ist der Haltering gegen axiale Verschiebung relativ zum Rotor durch einen speziellen Sicherungskeil 9 gesichert, der in einer Ringnut 3a und Vertiefungen 1g und ld des Halte ringes bzw. des Rotors angeordnet ist. Der Siche rungskeil ist im Zusammenhang mit Fig. 2 näher beschrieben.
Der Sicherungskeil 9 besteht aus einem ringför migen Teil von rechteckförmigem Querschnitt, der bei 11 durchgeschnitten ist, um dessen Einsetzen in den Sicherungsring zu gestatten. Das Einsetzen geschieht wie bei einem Sprengring, so dass derselbe in die Nut 3a des Halteringes zu liegen kommt, welcher weder Bohrungen noch Schlitze oder andere spannungserhöhende Vorkehrungen aufweist.
Der Haltering 3 ist mit einer zusätzlichen Ring nut 3c in einer Ecke der Nut 3a versehen und der Keil 9 weist bei 9a eine Phase auf, um einen guten Sitz in der Nut 3,a zu gewährleisten. Der Sicherungs keil 9 ist mit zwei Arten von Ansätzen versehen, die sich vom ringförmigen Teil des Keiles radial einwärts erstrecken. Die Ansätze 12 haben die gleiche axiale Breite wie der Keil 9 und sind am Umfang desselben bzw. über den grössten Teil des Umfanges verteilt. Daneben sind Ansätze 13 vorgesehen, welche sich nicht nur radial einwärts erstrecken, sondern auch eine axiale Ausdehnung haben, die wesentlich grösser ist als die axiale Breite des Keiles 9.
Der Rotorkörper la besitzt Polteile 1e und Wicklungsteile 1f. Der Polteil 1e weist wechselweise Polzähne 14 und Polnuten 15 auf. Der Wicklungsteil 1 f ist ebenfalls mit sich abwechslungsweise folgenden Zähnen 16 und Schlitzen 17 versehen.
Der Pol teil 1e nimmt selbstverständlich am Rotorumfang einen bedeutend kleineren Bereich ein als der Wick lungsteil lf. An einem zweipoligen Generatorrotor ist ein entsprechender Pol um 180 zum Polteil 1e versetzt vorgesehen, währenddem bei einem vierpoli- gen Rotor die Polteile bezüglich des Teiles le um 90 versetzt sind.
Sowohl die Polzähne 14 als auch die Wicklungs zähne 16 sind am Ende des Rotorkörpers auf einen reduzierten Durchmesser von kleiner Toleranz bear beitet, um die Schrumpffläche 1c zu bilden. Die ent sprechende Umfangsfläche 3b am Haltering 3 ist mit einem um einen geringen Betrag kleineren Durchmesser bearbeitet, so dass bei Erwärmung des Halteringes derselbe mit der Fläche 3b auf die Fläche 1c aufgeschoben werden kann und derselbe nach Abkühlung den Rotorkörper la starr umgibt.
Die Wicklungszähne 16 und die Polzähne 14 sind überdies mit bogenförmigen Vertiefungen 1d bzw. 1g versehen. Diese Vertiefungen besitzen genü gende Tiefe und Länge, um die Ansätze 12 und 13 aufzunehmen und eine geringfügige Bewegung der selben in den Vertiefungen zu gestatten, so dass der Keil 9 leicht in die Sicherungs- oder Verriegelungs- lage verdreht werden kann.
Die dem Haltering zu gekehrten Enden der Vertiefungen 1d und 1g bilden radiale Anschlagflächen 1h und<B>I j.</B> Die Anordnung ist so gewählt, dass für jeden Ansatz 13 am Keil 9 eine Vertiefung 1g und für jeden Ansatz 12 eine Vertiefung 1d vorgesehen ist. Der Umfangsbereich der Ansätze 12 und 13 ist so gewählt, dass diese in axialer Richtung durch die Wicklungsnuten 17 und die Polnuten 15 geschoben werden können.
Die Polnuten 17 sind mit Nutkeilen 18 versehen, die ein Austreten der Windungen aus den Schlitzen unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft verhindern. Um die Dämpferwicklung in ihrer Lage in den Pol nuten 15 zu halten, sind weitere Nutkeile 19 vor gesehen. Die Nutkeile 18 und 19 sind in ihrer radia len Dicke an den Enden 18a und 19a verringert, um das Einschieben der Ansätze 12 und 13 in die Schlitze 15 und 17 zu gestatten.
Um eine Bewegung des Keiles 9 in Umfangs richtung relativ zum Rotorkörper la zu verhindern, ist eine Sicherungsschraube 21 vorgesehen, die in einen Polzahn 14 eingeschraubt ist und einen Aus schnitt 13a am Ende eines Ansatzes 13 erfasst. Ein entsprechender Ausschnitt 14a ist im Polzahn 14 vorgesehen. Eine entsprechende Sicherungsschraube ist diametral entgegengesetzt am andern Rotorpol vorgesehen, so dass der Keil gegen Verdrehung gesi chert ist. Die Schraube 21 wird jedoch nicht ein gesetzt, bevor die Befestigungsvorrichtung montiert ist. Die Ansätze 13 sind genügend lang, damit sie sich über den Teil 3d desselben hinaus erstrecken.
Somit ragen die Ansätze über das Ende des Halte ringes 3 hinaus und gestatten somit eine Verdrehung des Keiles relativ zum Rotorkörper la.
Die Befestigung des Halteringes 3 am Rotorkör- per la geschieht wie folgt. Vorerst wird der Keil 9 in die Nut 3a eingesetzt, indem dessen Enden an der Öffnung 11 gegeneinander verschoben werden. Der Haltering wird hierauf gleichmässig auf die not wendige Temperatur erwärmt und hierauf so auf den Rotorkörper la aufgeschoben, dass die Pass- fläche 3b auf die Fläche 1c des Rotorkörpers zu liegen kommt.
Beim Aufschieben des Halteringes auf den Rotorkörper werden die Ansätze bezüglich der Nuten ausgerichtet, so dass die Ansätze 13 in die Nuten 15 und die Ansätze 12 in die Nuten 17 ein geschoben werden können. Der Haltering wird in axialer Richtung so justiert, dass die Ansätze 13 mit den Enden der Vertiefungen 1g in den Polzähnen 14 in ausgerichtete Lage kommen. Wenn diese Aus richtung an diametral entgegengesetzten Stellen des Rotors erfolgt ist, wird überprüft, ob die verdeckten Ansätze 12 in bezug auf die Vertiefungen 1d in den Wicklungszähnen 16 ebenfalls ausgerichtet sind.
Der Keil 9 wird darauf relativ zum Rotorkörper ver dreht, entweder allein oder zusammen mit dem Halte ring 3, wodurch sich die Ansätze 13 in die Ver tiefungen 1g und die Ansätze 12 in die Vertiefun gen 1d einschieben. Der richtige Betrag der Ver drehung wird automatisch dadurch bestimmt, dass die Ansätze 13 in Drehrichtung betrachtet, am An schlag 1k des Polzahnes zur Anlage kommen, so dass eine zu starke Verdrehung verhindert wird. Nun mehr sollten auch die Ausschnitte 13a und 14a für die Sicherungsschraube 21 aufeinander ausgerichtet sein, so dass dieselbe eingeschraubt werden kann.
Die Ansätze 12 und 13 begrenzen nunmehr die axiale Verschiebung des Halteringes, indem sie an den Anschlagflächen 1h und 1j der Vertiefungen 1d und 1g zur Anlage kommen. Der Haltering wird dadrauf leicht nach aussen bewegt, bis der Keil 9 diese Anschlagflächen berührt, worauf dessen Ab kühlung erfolgen kann, bis die Fläche 3b auf der Fläche 1c durch Schrumpfung festsitzt.
In der Praxis wird gleichzeitig ein weiterer Schrumpfvorgang durchgeführt, durch welchen das äussere Ende des Halteringes 3 auf den Zentrierring 4 aufgeschrumpft wird. Durch Ausübung einer axial nach auswärts gerichteten Kraft kommt der Zentrier ring 4 in Berührung mit dem radialen Flansch 3e am Haltering, so dass auf demselben eine axiale Kraft ausgeübt wird, während er durch den Keil 9 in der Nut 3a gesichert ist. Die beschriebene Kon struktion ist sehr einfach und vermeidet spannungs erhöhende Unstetigkeiten in den Flächen des Halte ringes, indem Umfangsnuten zur Anwendung kom men.
Durch die beschriebene Konstruktion wird die Zuverlässigkeit des Rotors erhöht, indem Spannungs konzentration vermieden und die Gefahr von Brü chen des Halteringes infolge der hohen Ringspan nungen reduziert wird.
Beispielsweise wäre es auch denkbar, die An sätze 12 und 13 nicht von unterschiedlicher Grösse, sondern alle gleich wie die Ansätze 13 auszubilden. Dadurch würde allerdings eine Vergrösserung der Einschnitte 1d notwendig werden, um für die ver längerten Ansätze Platz zu finden, so dass diese Konstruktion als weniger günstig zu bezeichnen ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, alle Ansätze entsprechend den Ansätzen 12 auszubilden. Da der gesamte Keil bei der Montage verdeckt wäre, müsste die Ringnut 3a im Haltering einen satten Sitz für den Keil bilden, um eine Verdrehung desselben im Haltering zu vermeiden. Bei der Montage würden Haltering und Keil gemeinsam in die Verriegelungs- lage verdreht.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Herstel lung des Keiles in mehreren Segmenten, statt in einem einzigen Ring wie im bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel dargestellt.