Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ständer einer elektrischen Maschine. Sie kann bei elektrischen Maschinen grosser Leistung eingesetzt werden, wo es notwendig ist, eine sichere Befestigung des Stirnteils der Wicklung bei verschiedenen Betriebsarten zu gewährleisten.
Das Problem der Befestigung des Stirnteils der Ständerwicklung einer elektrischen Maschine, hauptsächlich eines Turbogenerators, ist eines der wichtigsten für die Gewährleistung einer sicheren Arbeit. Bekanntlich erfahren die Stirnteile der Ständerwicklung grosse elektrodynamische Belastungen unter normalen und anormalen Betriebsverhältnissen. Das Niveau dieser Belastungen steigt ununterbrochen infolge der Leistungszunahme der elektrischen Maschinen an.
Ausser den elektrodynamischen Einwirkungen erleidet die Ständerwicklung auch grosse Wärmebelastungen und folglich Wärmeausdehnungen während der Änderungen der Betriebsverhältnisse.
Im Zusammenhang damit muss die Konstruktion der Befestigung des Stirnteils der Ständerwicklung einerseits grossen und sich mehrfach wiederholenden elektrodynamischen Kräften standhalten und zum anderen eine Verschiebung der Wicklung bei einer Wärmeausdehnung ohne Schaffung im Leiter und in der Wicklungsisolation von Leiterbrüche und eine Isolationszerstörung bewirkenden unzulässigen mechanischen Spannungen zulassen. Das Hauptproblem der Entwicklung einer Konstruktion der Befestigung des Stirnteils der Wicklung besteht also in der gleichzeitigen Erfüllung der beiden Bedingungen, nämlich der der Steifigkeit und der Beweglichkeit des Stirnteils der Wicklung.
Es ist ein Ständer der elektrischen Maschine bekannt, bei dem die Einrichtung zur Befestigung des Stirnteils der Wicklung eine axiale Verschiebung des Stirnteils der Wicklung ge währleistet. Der Stirnteil ist an einem steifen Isolierring befestigt, der sich auf das Ständergehäuse stützt und in bezug auf dieses verschieben kann. Zwischen dem Ring und dem steifen Gehäuse sind durch Federn in Axialrichtung elastisch gefederte und Radialkräfte entwickelnde Keile angeordnet.
Infolge der Steifigkeit des genannten Ausslageringes werden aber die Radialkräfte auf die Stirnteile der Wicklung nicht übertragen. Auf solche Weise sichern die Radialkräfte keine stetige starre Befestigung des Stirnteils der Wicklung und keine Regelung von unter der Wicklung der elektrodynamischen Kräfte und Wärmebelastungen entstehenden Undichtigkeiten zwischen den Stäben des Stirnteils der Wicklung und den Befestigungselementen. Hierbei wirken auf den Nutenund den Stirnteil der Wicklung nach der Art und Richtung verschiedene Kräfte ein, deren Wicklung auf den Übergang vom Nuten- zum Stirnteil der Wirkung unbekannt ist.
Es ist ein Ständer der elektrischen Maschine mit einer Einrichtung zur Befestigung des Stirnteils der Wicklung bekannt, welcher einen Kern mit Druckplatten an den Stirnseiten, eine mit ihrem Stirnteil an Tragstützen befestigte Wicklung enthält, wobei jeder der erwähnten sich auf zwei Tragstützen-Stifte rechteckiger Form stützt, die sich in Axialrichtung bezüglich eines mit einem ringförmigen Ansatz der Druckplatte verbundenen Auflagestücks bewegen können.
Diese Konstruktion enthält keine Elemente, die eine Radialstütze für das gesamte bewegliche Befestigungssystem bieten, und gewährt daher keine stetige starre Befestigung der Wicklung und keine Regelung von Undichtigkeiten zwischen dem Stirnteil der Wicklung und den Befestigungselementen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ständer für eine elektrische Maschine mit einer Befestigungseinrichtung für die Stirnteile der Ständerwicklung zu schaffen, die eine ausreichende Steifigkeit der Befestigung der Stirnteile der Wicklung sichert, damit sie grösseren elektrodynamischen Kräften bei der Arbeit widerstehen können, und zugleich die Beweglichkeit der Stirnteile der Wicklung bei Wärmeeinwirkungen und eine Regelung von Undichtigkeiten zwischen dem Stirnteil der Wicklung und den Befestigungselementen ermöglicht.
Dies wird dadurch erreicht, dass im Ständer für eine elektrische Maschine, der ein Gehäuse, einen Kern, eine auf dem Kern angeordnete Wicklung, deren obere und untere Stäbe paarweise mit den Köpfen verbunden sind, und ein im Ständergehäuse angeordnetes Auflagestück enthält, das Auflagestück gemäss der Erfindung in Form eines Ringes ausgeführt ist, der einen zylindrischen Ansatz aufweist, dessen Höhe der Länge des Stirnteils der Wicklung bis zu den Köpfen entspricht, und ausserdem der Ständer Tragstützen enthält, deren Stützflächen unter einem Winkel zur Innenfläche des zylindrischen Ansatzes ausgeführt und im Raum zwischen der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes und den Stützflächen der Tragstützen Keile angeordnet sind, die in diesem Raum mittels elastischer Elemente festgehalten werden.
Zweckmässig werden auf der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes des Auflagestücks axial gerichtete rechteckige Führungsnuten für die Keile ausgeführt.
Auch zweckmässig weist der Keil seitens des Kopfes des Stirnteils der Wicklung einen Ansatz auf, auf den sich das elastische Element stützt.
Zweckmässig wird das elastische Element aus einer unmagnetischen Titanlegierung mit einem Elastizitätsmodul von 1 106 bis 1,3 106 kp/cm2 hergestellt.
Die vorliegende Erfindung sichert eine ausreichende Steifigkeit der Befestigung der Wicklungsköpfe bei der Arbeit der elektrischen Maschine und ermöglicht gleichzeitig die Beweglichkeit der Wicklungsköpfe bei Wärmeeinwirkungen.
Die rechteckigen Führungsnuten für die Keile gestatten es, die Herstellungstechnologie für die Keile zu vereinfachen und die Forderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit zu lockern.
Der auf dem Keil befindliche Ansatz gestattet es, die Befestigung des elastischen Elementes zu vereinfachen.
Die anderen Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil des Ständers im Längsschnitt, gemäss der Erfindung,
Fig. 2 einen Teil des Ständers in Pfeilrichtung A, gemäss der Erfindung.
Der Ständer der elektrischen Maschine enthält gemäss der Erfindung eine in die Nuten eines Kerns 2 eingelassene Wicklung 1 (Fig. 1), die Stäbe 3 - obere und untere - aufweist, deren Verbindung einen Kopf bildet. Die Stäbe 3 sind miteinander durch Bandagen-Isolierringe 4 und eine Schnurbindung 5 gekoppelt.
Die Bandagenringe 4 sind mit einer Tragstütze 6 starr verbunden. Die Tragstützen 6 (Fig. 2) sind gleichzeitig nach dem Umfang des Stators verteilt. Diese gesamte Konstruktion ist in einem (nicht gezeigten) Gehäuse untergebracht. Der Kern 2 (Fig. 1) wird in Axialrichtung mit Hilfe von Schrumpfrippen 7 und Auflagestücken 8 festgehalten. Das Auflagestück 8 ist in Form eines Ringes mit einem zylindrischen Ansatz 9 ausge führt. Die Höhe des zylindrischen Ansatzes 9 entspricht der Länge des Stirnteils der Wicklung 1 bis zu den Köpfen der
Stäbe 3. Die Tragstütze 6 ist zwischen den am Auflagestück 8 befestigten Führungen 10 angeordnet. Die Tragstütze 6 weist eine unter einem Winkel zur Innenfläche des zylindrischen
Ansatzes 9 angeordnete Stützfläche 11 auf.
Im Raum zwischen der Stützfläche 11 und der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes 9 sind mit einem Hornansatz 13 versehene Keile 12 untergebracht. Der Ansatz 13 ist durch
Federn darstellende elastische Elemente 14 angedrückt und am zylindrischen Ansatz 9 mittels Schrauben 15 befestigt. Die Keile 12 (Fig. 2) sind in axial gerichteten rechteckigen Führungsnuten 16 untergebracht.
Bei der Arbeit des Ständers wird die Steifigkeit der Konstruktion durch seitens der Keile 12 (Fig. 1) und der elastischen Elemente 14 bezüglich des zylindrischen Ansatzes 9 des Auflagestücks 8 entwickelte Radialkräfte gewährleistet. Die elastischen Elemente 14 sind aus einer unmagnetischen Titanlegierung mit einem Elastizitätsmodul von 1 106 bis 1,3 106 kp/cm2 hergestellt. Bei einer Ausdehnung der Wicklung 1 unter der Wärmeeinwirkung beginnen sich die Tragstützen 6 samt dem Stirnkopf der Wicklung 1 und den Keilen 12 in den Führungsnuten 16 (Fig. 2) bezüglich der Führungen 10 (Fig. 1) zu bewegen.
Dank der Gegenrichtung der Keile 12 wird aber der Raum zwischen der Stützfläche 11 der Tragstütze 6 und der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes 9 zusätzlich verdichtet. Dar über hinaus presst der Keil 12, indem er sich in Axialrichtung vom Kern 2 bewegt, die elastischen Elemente 14 zusätzlich zusammen, was es erlaubt, zusätzliche Kraftwirkungen auf den Keil 12 in Axialrichtung und auf die Wicklung 1 in Radialrichtung zu erhalten. Bei der Abkühlung der Wicklung 1 nimmt ihre Länge ab. Hierbei verschiebt sich der Keil 12 in Richtung des Kerns 2 unter der Wirkung der elastischen Elemente 14, wodurch eine erforderliche Verdichtung des Raumes zwischen der Stützfläche 11 der Tragstütze 6 und der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes 9 gewährleistet, eine Radialkraft erzeugt wird.
Infolgedessen erweist sich die gesamte Konstruktion des Stirnkopfes der Wicklung 1 als in zureichendem Masse angedrückt und kann erfolgreich der Einwirkung von elektrodynamischen und Wärmebelastungen unter normalen und anormalen Betriebsverhältnissen widerstehen.
Die vorliegende Erfindung sichert eine hohe Arbeitszuverlässigkeit, ist bequem im Betrieb, gestattet es, eine Regelung auszuführen, ist recht einfach bei der Herstellung und Montage.
The present invention relates to a stator of an electrical machine. It can be used in high-power electrical machines where it is necessary to ensure that the end part of the winding is securely fastened in various operating modes.
The problem of fixing the end part of the stator winding of an electric machine, mainly a turbo generator, is one of the most important for ensuring safe work. It is known that the end parts of the stator winding experience great electrodynamic loads under normal and abnormal operating conditions. The level of these loads increases continuously due to the increase in the power of the electrical machines.
In addition to the electrodynamic effects, the stator winding also suffers from high thermal loads and consequently thermal expansion during changes in the operating conditions.
In connection with this, the construction of the fastening of the end part of the stator winding must on the one hand withstand large and repeatedly repeated electrodynamic forces and on the other hand allow the winding to be displaced in the event of thermal expansion without creating in the conductor and in the winding insulation of conductor breaks and damage to the insulation. The main problem in developing a structure for securing the end part of the winding consists in the simultaneous fulfillment of the two conditions, namely that of rigidity and mobility of the end part of the winding.
There is a stator of the electrical machine known, in which the device for fastening the end part of the winding ensures an axial displacement of the end part of the winding ge. The front part is attached to a rigid insulating ring, which is supported on the stator housing and can move in relation to it. Wedges that are elastically sprung in the axial direction and develop radial forces are arranged between the ring and the rigid housing.
Due to the rigidity of the mentioned support ring, however, the radial forces are not transmitted to the end parts of the winding. In this way, the radial forces do not ensure a steady, rigid fastening of the end part of the winding and no regulation of leaks between the rods of the end part of the winding and the fastening elements that arise under the winding of the electrodynamic forces and thermal loads. The type and direction of the forces acting on the slots and the end part of the winding vary, the effect of which is unknown on the winding on the transition from the slot to the end part.
A stator of the electrical machine with a device for fastening the end part of the winding is known, which contains a core with pressure plates on the end faces, a winding fastened with its end part to support supports, each of the aforementioned being supported on two support support pins of rectangular shape that can move in the axial direction with respect to a support piece connected to an annular shoulder of the pressure plate.
This construction does not contain any elements which provide radial support for the entire movable fastening system and therefore does not guarantee a constant rigid fastening of the winding and no control of leaks between the end part of the winding and the fastening elements.
The present invention is based on the object of creating a stator for an electrical machine with a fastening device for the front parts of the stator winding, which ensures sufficient rigidity of the fastening of the front parts of the winding so that they can withstand greater electrodynamic forces during work, and at the same time allows the mobility of the end parts of the winding when exposed to heat and a regulation of leaks between the end part of the winding and the fastening elements.
This is achieved in that in the stator for an electrical machine, which contains a housing, a core, a winding arranged on the core, the upper and lower bars of which are connected in pairs to the heads, and a support piece arranged in the stator housing, the support piece according to the invention is designed in the form of a ring which has a cylindrical extension, the height of which corresponds to the length of the end part of the winding up to the heads, and also the stator contains support supports whose support surfaces are designed at an angle to the inner surface of the cylindrical extension and in space wedges are arranged between the inner surface of the cylindrical extension and the support surfaces of the support supports, which wedges are held in this space by means of elastic elements.
It is practical if axially directed rectangular guide grooves for the wedges are made on the inner surface of the cylindrical extension of the support piece.
It is also expedient for the wedge to have a shoulder on the head of the end part of the winding, on which the elastic element rests.
The elastic element is expediently made from a non-magnetic titanium alloy with a modulus of elasticity of 1 106 to 1.3 106 kp / cm 2.
The present invention ensures sufficient rigidity of the fastening of the end windings when the electrical machine is working and at the same time enables the end windings to move when exposed to heat.
The rectangular guide grooves for the wedges make it possible to simplify the manufacturing technology for the wedges and to relax the demands on machining accuracy.
The approach located on the wedge makes it possible to simplify the fastening of the elastic element.
The other objects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of exemplary embodiments and the accompanying drawings. Show it:
1 shows a part of the stand in longitudinal section, according to the invention,
2 shows a part of the stand in the direction of arrow A, according to the invention.
According to the invention, the stator of the electrical machine contains a winding 1 (FIG. 1) embedded in the grooves of a core 2, which has bars 3 - upper and lower - whose connection forms a head. The rods 3 are coupled to one another by bandage insulating rings 4 and a cord binding 5.
The bandage rings 4 are rigidly connected to a support 6. The supports 6 (Fig. 2) are distributed at the same time according to the circumference of the stator. This entire construction is housed in a housing (not shown). The core 2 (FIG. 1) is held in place in the axial direction with the aid of shrink ribs 7 and support pieces 8. The support piece 8 is in the form of a ring with a cylindrical projection 9 leads out. The height of the cylindrical projection 9 corresponds to the length of the front part of the winding 1 up to the heads of the
Rods 3. The support 6 is arranged between the guides 10 attached to the support piece 8. The support bracket 6 has an at an angle to the inner surface of the cylindrical
Approach 9 arranged support surface 11.
In the space between the support surface 11 and the inner surface of the cylindrical attachment 9, wedges 12 provided with a horn attachment 13 are accommodated. Approach 13 is through
Elastic elements 14 representing springs are pressed on and fastened to the cylindrical extension 9 by means of screws 15. The wedges 12 (FIG. 2) are accommodated in axially directed rectangular guide grooves 16.
During the work of the stand, the rigidity of the construction is ensured by radial forces developed on the part of the wedges 12 (FIG. 1) and the elastic elements 14 with respect to the cylindrical projection 9 of the support piece 8. The elastic elements 14 are made of a non-magnetic titanium alloy with a modulus of elasticity of 1 106 to 1.3 106 kp / cm 2. When the winding 1 expands under the action of heat, the support supports 6, together with the end face of the winding 1 and the wedges 12, begin to move in the guide grooves 16 (FIG. 2) with respect to the guides 10 (FIG. 1).
Thanks to the opposite direction of the wedges 12, however, the space between the support surface 11 of the support bracket 6 and the inner surface of the cylindrical extension 9 is additionally compressed. Furthermore, the wedge 12 additionally presses the elastic elements 14 together by moving in the axial direction from the core 2, which makes it possible to obtain additional force effects on the wedge 12 in the axial direction and on the winding 1 in the radial direction. As the winding 1 cools down, its length decreases. Here, the wedge 12 moves in the direction of the core 2 under the action of the elastic elements 14, whereby a required compression of the space between the support surface 11 of the support bracket 6 and the inner surface of the cylindrical extension 9 ensures, a radial force is generated.
As a result, the entire structure of the end head of the winding 1 proves to be pressed to a sufficient extent and can successfully withstand the action of electrodynamic and thermal loads under normal and abnormal operating conditions.
The present invention ensures high operational reliability, is convenient to operate, allows control to be carried out, and is quite simple to manufacture and assemble.