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PATENTANSPRÜCHE
1. Anordnung an einer elektrischen Maschine zur Wickel.
kopfabstützung der Statorwicklung, wobei an den Stirnflächen des Statorkerns Pressplatten befestigt sind, mit je einer an den Pressplatten angeordneten Konsole und je einem konischen Ring aus Isolierstoff, an dessen konischer Innenfläche die Wikkelköpfe der Wicklung befestigt sind, und der sich mit seiner zylindrischen Aussenfläche auf die Konsole unter der Möglichkeit einer axialen Verschiebung inbezug auf die Pressplatte des Kerns abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass jede Konsole (10) in Form eines mit dem konischen Isolierring (1) konzentri schen Rings ausgeführt ist, und zwischen der Konsole (10) und der zylindrischen Aussenfläche (2) des konischen Isolierrings (1) über den ganzen Umfang eine elastische Zwischenlage (12) eingesetzt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (10) in Form eines aus einzelnen Segmenten (11) bestehenden Rings ausgeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (10) in Form eines Ringsvorsprungs der Pressplatte (9) ausgeführt ist.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zwischenlage (12) mit Hilfe von gegeneinandergerichteten, am Umfang zwischen der elastischen Zwischenlage (12) und der Konsole (10) der Pressplatte (9) angeordneten Keilen (15, 16) aus unmagnetischem Werkstoff in radialer Richtung angedrückt ist.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keile (15,16) mit Hilfe von mit der Konsole (10) der Pressplatte (9) verbundenen elastischen, kraftschlüssigen Verbindungselementen in axialer Richtung angedrückt sind.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zwischenlage (12) aus mehreren Lagen eines dünnen Plattengummis mit zwischen ihnen eingelegten Zwischenlagen aus einem steifen Material besteht.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zwischenlage (12) aus mit Schichten eines steifen Materials armiertem Plattengummi ausgeführt ist.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zwischenlage (12) aus in eine abgeschlossene Aussenhülle aus undehnbarem Material eingeschlossenem Gummi ausgeführt ist.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Isolierring (1) in tangentialer Richtung inbezug auf die Pressplatte (9) des Kerns (8) mit Hilfe von Passfedern (14) fixiert ist.
10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zwischenlage (12) an ihren beiden Stützflächen mit dem konischen Isolierring (1) und der Konsole (10) mit Hilfe von Klebestoff verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Grosselektromaschinenbau, und zwar auf eine Anordnung zur Abstützung von Wickelköpfen der Statorwicklung an einer grossen elektrischen Maschine, insbesondere eines leistungsfähigen Turbogenerators.
Die Wickelköpfe der Statorwicklung einer grossen elektrischen Maschine arbeiten unter komplizierten Bedingungen, die durch die Wirkung bedeutender elektromagnetischer Wechselkräfte und Wärmeverformungen gekennzeichnet sind. Den Hauptbeschädigungsfaktor für die Wickelköpfe stellen die elektromagnetischen Wechselkräfte dar. Die Schwingungen der Wickelköpfe führen zur Störung der Lötung in den Verbindungen, zum Verschleiss der Isolation, zur Ermüdungsbeschädigung der Kupferleiter. Zur Gewährleistung eines niedrigen Schwingungsniveaus sind eine hohe Starrheit des Wickelkopfkorbs und eine gute Resonanzverstimmung erforderlich. Das wird durch die Ausbildung einer starren Aussenbefestigung des Wickelkopfkorbs erreicht.
Ein besonders sicheres und technologisch günstiges Element zur Wickelkopfabstützung stellt ein konischer Ring aus Glashartgewebe oder Kunstharzpressholz dar, der den Wickelkopfkorb von der Aussenseite umfasst, ihn zu einem Ganzen verbindet und eine bedeutende Eigensteifigkeit dem Wickelkopfkorb verleiht. Die Abstützung der Wicklung am konischen Aussenring kann durch das Binden mit Bindeschnur, Festkleben mit Epoxydharzen, Andrücken mit Hilfe eines konischen Innenrings oder mit Stiftschrauben und Auflagen aus Isolierstoff erfolgen.
Die Steifigkeit des mit dem konischen Aussenring festverbundenen Wickelkopfkorbs ist jedoch noch nicht ausreichend.
Es ist auch eine starre Verbindung mit der Pressplatte des Kerns erforderlich. Bei einem solchen Befestigungsschema wird gleichzeitig sowohl eine geringe Nachgiebigkeit des Wikkelkopfkorbs als auch eine sichere Resonanzverstimmung gewährleistet, da die durch die Steifigkeit des Rings und der Pressplatte bestimmte tiefste Eigenschwingungsfrequenz des gesamten Aufbaus wesentlich höher als die auf die Wirkung einwirkende Frequenz der elektromagnetischen Kräfte (100 bzw. 120 Hz) heraufgebracht werden kann.
Die starre Verbindung des Wickelkopfkorbs mit der Pressplatte verhindert jedoch die axiale Verschiebung der Wicklung bei Wärmedehnungen. Der Kern und die Wicklung dehnen sich wegen der verschiedenen linearen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Stahl und der unterschiedlichen Temperatur nicht gleichmässig. Das ist sowohl für normale Betriebszustände als auch besonders für die Zustände des Lastabwurfs und der Lastaufnahme kennzeichnend. Bei einer starren Befestigung der Wickelköpfe entstehen hohe Axialspannungen im Nutenteil der Wicklung und bedeutende Biegemomente am Austritt der Wicklung aus den Nuten. Deshalb ist erforderlich, dass bei einer starren Verbindung des Rings mit der Pressplatte in radialer Richtung der ganze Wickelkopfkorb sich frei inbezug auf die Pressplatte in axialer Richtung verschieben könnte.
Es ist ein Aufbau der Wickelkopfabstützung einer Statorwicklung bekannt, bei dem die Wickelköpfe zwischen zwei konischen Ringen eingespannt sind, von denen der äussere Ring mittels eines elastischen Elements mit dem Statorgehäuse so verbunden ist, dass er bei Wärmeverformungen inbezug auf das Stadtorgehäuse verschiebbar ist. Zu diesem Zweck wird ein zusätzlicher Abstützring eingeführt, der starr am Statorgehäuse befestigt und koaxial mit dem konischen äusseren Ring angeordnet ist, während ein im Querschnitt trapezförmiges elastische Element zwischen dem konischen äusseren Ring und dem zusätzlichen Abstützring untergebracht ist.
Nachteilig bei diesem Aufbau ist das Vorhandensein einer Verbindung der Wickelköpfe mit dem Statorgehäuse, da der Unterschied im Schwingungsniveau des Kerns und Gehäuses zu einer zusätzlichen Wechselbiegeverformung der Wickelköpfe führt und die Sicherheit der Abstützung herabsetzt. Das elastische Element besitzt ausserdem infolge seiner grossen Stärke, Konfiguration und Befestigungsbesonderheiten (Verformungsmöglichkeit über das ganze Volumen) eine wesentliche Nachgiebigkeit sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, das heisst, es verleiht der Wickelköpfen keine zusätzliche Steifigkeit, die den Schwingungen entgegenwirken würde, und schliesst die Möglichkeit eines Auftretens der Wickelkopfresonanz beim Betrieb der elektrischen Maschine nicht aus.
Es ist ein Aufbau zur Wickelkopfabstützung einer Statorwicklung bekannt, wo der äussere Ring mit Hilfe von elasti
schen Platten abgestützt ist, die nachgiebig in axialer und starr in radialer Richtung sind. Die eine Reihe der Platten ist mit der Pressplatte und die zweite Plattenreihe mit dem Statorgehäuse verbunden. Der Nachteil dieses Aufbaus, wie auch des oben erwähnten, besteht darin, dass die Wickelköpfe mit dem Stator gehäuse verbunden sind. Ausserdem führt der elastische Stahl Platten zu Zusatzverlusten im Metall der Platten und zu einer verstärkten Erwärmung der Wickelköpfe.
Es ist auch ein Aufbau zur Wickelkopfabstützung der Statorwicklung bekannt, bei dem der die Wickelköpfe der Wicklung umgebende konische Ring an seiner zylindrischen Aussenfläche mit den starr mit der Pressplatte des Kerns verbundenen Konsolen in Berührung steht und die Möglichkeit zu einer Verschiebung inbezug auf die Pressplatte in axialer Richtung besitzt (vgl. BRD-Patentschrift Nr. 1 214 773). Manchmal werden in der Pressplatte besondere Führungen vorgesehen, über die der äussere Ring gleitet. Der Nachteil dieser Aufbauten besteht darin, dass sogar bei einer genauen Bearbeitung der in Berührung stehenden Flächen wegen den unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen dem äusseren Ring und den Konsolen (bzw. den Führungen) der Pressplatte unvermeidlich Spalte entstehen, und die starre Verbindung in radialer Richtung wird gestört.
Das führt zu einer Herabsetzung der Eigenschwingungsfrequenz des Wickelkopfkorbs, Schwingungsverstärkung und Resonanzmöglichkeit. Die Zusammenstösse in den Spalten bei den Schwingungen beschleunigen den Zerstörungsvorgang in der Wicklung und den Befestigungselementen.
Die manchmal zwischen dem äusseren Ring und der Pressplatte zum Einsatz kommenden, in axialer Richtung abgefederten und zur Aufhebung der Spalte dienenden Keile ändern den Sachverhalt nicht wesentlich, da bei einer relativen Wendung der Querschnitte des äusseren Rings und der Pressplatte sowieso kein dichtes Anliegen über die ganze Keillänge gewährleistet wird. Ausserdem wird wegen dem geringen Winkel der Keile das ganze System selbstbremsend, und die Reibungskräfte verhindern die axiale Verschiebung des äusseren Rings mit den Wickelköpfen inbezug auf die Pressplatte des Kerns.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung an einer elektrischen Maschine zur Wickelkopfabstützung der Statorwicklung so auszuführen, das eine stabile starre Verbindung der Wickelköpfe mit der Pressplatte des Kerns in radialer Richtung mit der Möglichkeit einer axialen Verschiebung der Wickelköpfe inbezug auf die Pressplatte gewährleistet wird.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anordnung an einer elektrischen Maschine zur Wickelkopfbefestigung einer Wicklung des Stators, wobei an den Stirnflächen des Kerns Pressplatten befestigt sind, mit je einer an den Pressplatten angeordneten Konsolen und einen konischen Ring aus Isolierstoff enthält, an dessen konischen Innenfläche die Wickelköpfe der Wicklung befestigt sind und der sich mit seiner zylindrischen Aussenfläche auf der Konsole unter der Möglichkeit einer axialen Verschiebung inbezug auf die Pressplatte des Kerns abstützt, erfindungsgemäss jede Konsole in Form eines mit dem konischen Isolierring konzentrischen Rings ausgeführt ist, und zwischen der Konsole und der zylindrischen Aussenfläche des konischen Isolierrings über den ganzen Umfang eine elastische Zwischenlage eingesetzt wird.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Anordnung bestehen darin, dass infolge der geringen Zusammendrückbarkeit der elastischen Zwischenlage eine starre Verbindung des konischen Rings mit der Pressplatte des Kerns in radialer Richtung, das heisst, eine hohe Starrheit der gesamten Wickelkopfabstützung und das Fehlen von Resonanzen im Arbeitsbereich der Schwingungsfrequenzen gewährleistet wird. Bei der starren Verbindung der Wickelköpfe der Wicklung mit der Pressplatte sind die Schwingungen der Wickelköpfe und des Kerns gleich, wodurch grössere Biegeverformungen der Wickelköpfe vermieden werden. Der konische Ring mit den in ihm befestigten Wickelköpfen besitzt gleichzeitig infolge des niedrigen Elastizitätsmoduls des Zwischenlagenwerkstoffs beim Schub die Möglichkeit sich inbezug auf die Pressplatte des Kerns an axialer Richtung zu verschieben.
Dadurch wird ein niedriges Niveau der Temperaturspannungen in der Wicklung bei ungleichmässigem Wärmedehnung des Kerns und der Wicklung erreicht.
Im weiteren wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Beispielen ihrer Ausführung und der beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Anordnung zur Wickelkopfabstützung der Statorwicklung einer elektrischen Maschine gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Längsschnitt,
Fig. 2 Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 Anordnung zur Wickelkopfabstützung der Statorwicklung einer elektrischen Maschine gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, Längsschnitt,
Fig. 4,5 Verfahren zum radialen Andrücken der elastischen Zwischenlage.
Die Anordnung an einer elektrischen Maschine zur Wickelkopfabstützung der Statorwicklung enthält einen konischen Ring 1 (Fig. 1) aus Isolierstoff, der eine zylindrische Aussenfläche 2 und eine konische Innenfläche 3 aufweist. An der konischen Innenfläche 3 des Rings 1 sind mit Hilfe von in Zeich- nung nicht gezeigten Stiftschrauben und Leisten 4 die Wickelköpfe 5 einer Wicklung 6 mit einem Kitt 7 kalter Verhärtung zwischen den Zangen befestigt Die Wicklung 6 ist in Nuten eines Kerns 8 eingebettet. Eine Pressplatte 9 ist an der Stirnfläche des Kerns 8 befestigt. An der Pressplatte 9 ist von der Seite der zylindrischen Aussenfläche 2 des konischen Isolierrings 1 eine Konsole 10 angeordnet, die die Form eines mit dem konischen Isolierring 1 konzentrischen Rings hat und aus einzelnen Segmenten 11 besteht (Fig. 2).
Zwischen der zylindrischen Aussenfläche 2 des konischen Rings 1 und der Konsole 10 ist über den ganzen Umfang eine ganzteilige oder aus Stükken bestehende elastische Zwischenlage 12 angeordnet, die aus Gummi, zum Beispiel mit einer Stärke von 10 bis 15 mm besteht, eine hohe Starrheit beim Zusammendrücken hat und nachgiebig auf Schub ist In den gegeneinandergerichteten Stirnflächen der Pressplatte 9 und des konischen Rings 1 sind Radialnuten 13 vorhanden, in die Passfedern 14 eingesetzt werden. Die radialen Passfedern 14 verhindern die Durchdrehung des konischen Rings 1 mit den an ihm befestigten Wickelköpfen 5 inbezug auf die Pressplatte 9 des Kerns 8 beim Betrieb der elektrischen Maschine.
Zum Ausschliessen der Möglichkeit einer Durchdrehung des konischen Isolierrings 1 inbezug auf die Pressplatte 9 können anstatt der radialen Passfedern 14 in die in den anliegenden zylindrischen Flächen des konischen Rings 1 und der Konsole 10 angeordneten Axialnuten (nicht gezeigt) axiale Passfedern (nicht gezeigt) eingesetzt werden. Es sind auch andere Verfahren für die tangentiale Fixierung des Rings 1 inbezug auf die Pressplatte 9 möglich.
In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Konsole 10 durch einen Vorsprung der Pressplatte 9 ausgebildet wird.
In der Fig. 4 ist ein Verfahren für die Erzeugung einer vorläufigen radialen Abdrückungder elastischen Zwischenlage 12 dargestellt. Zu diesem Zweck sind am Umfang der zylindrischen Aussenfläche 2 des konischen Isolierrings 1 zwischen der elastischen Zwischenlage 12 und der Konsole 10 der Pressplatte 9 gegeneinandergerichtete Keile 15, 16 angeordnet. Die Keile 15, 16 dienen auch für die Zentrierung des konischen Rings 1 inbezug auf die Pressplatte 9 und gewährleisten ausserdem die Zerlegbarkeit der Konstruktion, die Möglichkeit einer Auswechselung der Gummizwischenlage 12 und das Nach- spannen der Gummizwischenlage 12 nach Ablauf einer gewis sen Betriebsdauer der elektrischen Maschine.
Die Fixierung der Keile 15, 16 inbezug auf die Pressplatte 9 geschieht mittels kraftschlüssiger elastischer Verbindungselemente 17 (Fig. 5), die durch eine Schraube 18 und ein Paket von Tellerfedern ausgebildet sind. Das Aussenende des Keils 15 hat einen Vorsprung 20 mit einer durchgehenden Öffnung 21, in die eine sich mit ihrem Kopf 22 gegen die Stirnfläche des Keils 15 abstützende und in die Gewindeöffnung 23 in der Stirnfläche der Konsole 10 eingeschraubte Schraube 18 eingesetzt ist.
Unter dem Kopf 22 der Schraube 18 wird der Paket von Tellerfedern 19 angeordnet. Die Schraube 18 und die Tellerfedern 19, welche das ständige axiale Andrücken der Keile 15, 16 bewirken, verhindern das Herausfallen der Keile 15, 16 beim Betrieb der elektrischen Maschine und gewährleisten desgleichen das ständige radiale Nachdrücken der Gummizwischenlage 12.
Es sind auch andere Verfahren zur Fixierung der Keile 15, 16 inbezug auf die Pressplatte 9 möglich.
Zwecks Erhöhung der Steifigkeit der elastischen Zwischenlage 12 beim Zusammendrücken und Verminderung des Gummikriechens, und also auch zur Erhöhung der Abstützungsteifigkeit der Wickelköpfe 5 der Wicklung 6 in radialer Richtung bestehen zum Beispiel folgende Ausführungsvarianten der elastischen Zwischenlage 10:
1. Mehrlagige Gummizwischenlagen, bestehend aus Gummiplatten, zum Beispiel mit einer Stärke von 2 bis 5 mm, und zwischen ihnen eingelegten Zwischenlagen aus einem steifen Material, zum Beispiel Stahl, Textolit usw.
2. Zwischenlagen aus Plattengummi, armiert mit mehreren Schichten eines steifen Materials, zum Beispiel Kord.
3. Gummizwischenlagen, eingeschlossen in eine abgeschlossene Aussenhülle aus einem undehnbaren Material, zum Beispiel Kord.
Die über eine hohe Steifigkeit beim Zusammendrücken verfügende Gummizwischenlage 12 gewährleistet eine starre Verbindung des konischen Rings 1 mit der Pressplatte 9 über die Konsole 10. Hier wird die Eigenschaft des Gummis sich ohne Volumenänderung zu verformen (Poissonsche Querkontraktionszahl = 0,5) benutzt. Bei Verwendung einer dünnen Zwischenlage 12 wird sich der Gummi wie in einem abgeschlossenen Volumen befinden, es entsteht, beinahe keine Verdrückung des Gummis nach den Stirnseiten und infolge seiner Nichtzusammendrückbarkeit verformt er sich beim Zusammendrücken nur wenig.
Gleichzeitig wird die hohe Nachgiebigkeit der Zwischenlage 12 beim Schub beibehalten, was eine freie axiale Verschiebung der Wickelköpfe 5 der Wicklung 6 inbezug auf die Pressplatte 9 des Kerns 8 und ein niedriges Temperaturspannungsniveau der Wicklung 6 gewährleistet
Es ist erwünscht, beim Zusammenbau des Stators der elektrischen Maschine ein vorläufiges Andrücken der elastischen Zwischenlage 12 zu gewährleisten, um die Ausbildungsmöglichkeit von radialen Spalten bei ungleichmässiger Wärmedehnung der Befestigungselemente an den Wickelköpfen 5 auszuschliessen.
Ausserdem füllt der Gummi während des Zusammenbaus beim vorläufigen Andrücken der Zwischenlage 12, den ganzen Hohlraum zwischen dem konischen Ring 1 und der Konsole 10 der Pressplatte 9 aus und gewährleistet dadurch das dichte gegenseitige Anliegen derselben über die ganze Stützfläche trotz eventueller Unebenheiten und Verkantungen.
Die Steifigkeit der Gummizwischenlage 12 beim Zusammendrücken ist um eine Grössenordnung höher als die radiale Steifigkeit des konischen Rings 1 und der Pressplatte 9 mit der Konsole 10. Der Kraftaufwand beim vorläufigen Andrücken der/Z*ischenlage 12 wird so ausgewählt, dass die summarische elastische Druckverformung des konischen Rings 1 und Zugverformung der Pressplatte 9 mit der Konsole 10 die maxima len möglichen Verformungen infolge der ungleichmässigen Wärmedehnung überschreitet. Dadurch wird eine Untrennbarkeit des konischen Rings 1 und der Pressplatte 9 bei sämtlichen Betriebszuständen des Turbogenerators erreicht.
Neben der oben erläuterten Variante des vorläufigen Andrückens der elastischen Zwischenlage 12 mit Hilfe der Keile 15, 16 ist auch das folgende Verfahren zum vorläufigen Andrücken der Zwischenlage 12 möglich. Der konische Ring 1 wird mit einem überschüssigen Aussendurchmesser gefertigt und dann gemeinsam mit der Zwischenlage 12 in die vorgewärmte Pressplatte 9 mit der Konsole 10 eingesetzt. Nach dem Abkühlen der Pressplatte 9 entsteht zwischen der Konsole 10 und dem konischen Ring 1 eine radiale Schrumpfspannung, die die Gummizwischenlage 12 zusammendrückt.
Es ist auch eine Variante des Einbaus der elastischen Zwischenlage 12 ohne des vorläufigen Andrückens möglich, wenn die Gummizwischenlage 12 mit ihren beiden Stützflächen an die Konsole 10 und den konischen Ring 1 angeklebt oder anvulkanisiert wird.
Die erfindungsgemässe Anordnung besitzt neben den angegebenen auch andere Vorteile. Sie ist einfach, fertigungsgerecht und betriebsicher.
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PATENT CLAIMS
1. Arrangement on an electrical machine for winding.
head support of the stator winding, with pressure plates attached to the end faces of the stator core, each with a console arranged on the pressure plates and a conical ring made of insulating material, on whose conical inner surface the winding heads of the winding are attached, and which extends with its cylindrical outer surface on the Bracket with the possibility of axial displacement in relation to the pressing plate of the core, characterized in that each bracket (10) is designed in the form of a concentric ring with the conical insulating ring (1), and between the bracket (10) and the cylindrical An elastic intermediate layer (12) is inserted over the entire circumference of the outer surface (2) of the conical insulating ring (1).
2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the console (10) is designed in the form of a ring consisting of individual segments (11).
3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the console (10) is designed in the form of an annular projection of the press plate (9).
4. Arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the elastic intermediate layer (12) with the help of mutually directed wedges (15) arranged on the circumference between the elastic intermediate layer (12) and the console (10) of the press plate (9) 16) made of non-magnetic material is pressed in the radial direction.
5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the wedges (15, 16) are pressed in the axial direction with the aid of elastic, non-positive connecting elements connected to the bracket (10) of the press plate (9).
6. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the elastic intermediate layer (12) consists of several layers of thin sheet rubber with intermediate layers made of a rigid material inserted between them.
7. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the elastic intermediate layer (12) is made of sheet rubber reinforced with layers of a rigid material.
8. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the elastic intermediate layer (12) is made of rubber enclosed in a closed outer shell made of inextensible material.
9. Arrangement according to claim 1, characterized in that the conical insulating ring (1) is fixed in the tangential direction with respect to the press plate (9) of the core (8) with the aid of feather keys (14).
10. Arrangement according to claims 1 to 4 and 6 to 8, characterized in that the elastic intermediate layer (12) is connected to its two support surfaces with the conical insulating ring (1) and the console (10) with the aid of adhesive.
The present invention relates to large electrical machine construction, specifically to an arrangement for supporting end windings of the stator winding on a large electrical machine, in particular a high-performance turbo generator.
The winding heads of the stator winding of a large electrical machine work under complicated conditions, which are characterized by the effect of significant electromagnetic alternating forces and thermal deformations. The main damage factor for the winding overhangs is the electromagnetic alternating forces. The vibrations of the winding overhangs lead to disruption of the soldering in the connections, to wear of the insulation and to fatigue damage to the copper conductors. To ensure a low level of vibration, the winding head basket must have a high degree of rigidity and good resonance detuning. This is achieved through the formation of a rigid external attachment of the winding head basket.
A particularly safe and technologically favorable element for the winding head support is a conical ring made of glass hard fabric or synthetic resin press wood, which surrounds the winding head basket from the outside, connects it to a whole and gives the winding head basket significant inherent rigidity. The winding can be supported on the conical outer ring by tying it with a binding cord, gluing it with epoxy resins, pressing it on with the help of a conical inner ring or with studs and supports made of insulating material.
However, the rigidity of the winding head basket firmly connected to the conical outer ring is not yet sufficient.
A rigid connection to the press plate of the core is also required. With such a fastening scheme, both a low flexibility of the winding head basket and a reliable resonance detuning are guaranteed at the same time, since the lowest natural oscillation frequency of the entire structure, determined by the rigidity of the ring and the press plate, is significantly higher than the frequency of the electromagnetic forces acting on the effect (100 resp . 120 Hz) can be brought up.
However, the rigid connection of the winding head basket with the press plate prevents the winding from being axially displaced in the event of thermal expansion. The core and the winding do not expand evenly because of the different linear expansion coefficients of copper and steel and the different temperatures. This is characteristic of both normal operating states and especially the states of load shedding and load acceptance. With a rigid attachment of the end windings, high axial stresses arise in the groove part of the winding and significant bending moments at the exit of the winding from the grooves. It is therefore necessary that with a rigid connection of the ring to the press plate in the radial direction, the entire winding head basket could move freely in relation to the press plate in the axial direction.
A construction of the end winding support of a stator winding is known in which the end winding is clamped between two conical rings, of which the outer ring is connected to the stator housing by means of an elastic element so that it can be moved in relation to the Stadtorgehäuse in the event of heat deformation. For this purpose, an additional support ring is introduced which is rigidly attached to the stator housing and is arranged coaxially with the conical outer ring, while an elastic element with a trapezoidal cross section is accommodated between the conical outer ring and the additional support ring.
The disadvantage of this design is the presence of a connection between the end windings and the stator housing, since the difference in the vibration level of the core and housing leads to additional alternating bending deformation of the end windings and reduces the safety of the support. Due to its great strength, configuration and special fastening features (possibility of deformation over the entire volume), the elastic element also has substantial flexibility in both the axial and radial directions, i.e. it does not give the winding heads any additional rigidity that would counteract the vibrations, and does not rule out the possibility of the winding head resonance occurring during operation of the electrical machine.
There is a structure for end winding support of a stator winding known, where the outer ring with the help of elasti
rule plates is supported, which are resilient in the axial direction and rigid in the radial direction. One row of the plates is connected to the pressure plate and the second row of plates is connected to the stator housing. The disadvantage of this structure, as well as the one mentioned above, is that the winding heads are connected to the stator housing. In addition, the elastic steel plates lead to additional losses in the metal of the plates and to increased heating of the end windings.
There is also a known structure for end-winding support of the stator winding, in which the conical ring surrounding the end-winding of the winding is in contact on its cylindrical outer surface with the brackets rigidly connected to the pressure plate of the core and the possibility of displacement in relation to the pressure plate in the axial direction Direction (see FRG patent specification no. 1 214 773). Sometimes special guides are provided in the press plate over which the outer ring slides. The disadvantage of these structures is that even with precise machining of the surfaces in contact, gaps inevitably arise due to the different thermal expansions between the outer ring and the brackets (or the guides) of the press plate, and the rigid connection in the radial direction is disturbed .
This leads to a reduction in the natural oscillation frequency of the winding head basket, oscillation amplification and the possibility of resonance. The collisions in the gaps during the vibrations accelerate the destruction process in the winding and the fastening elements.
The wedges, which are sometimes used between the outer ring and the press plate, are spring-loaded in the axial direction and serve to cancel the gaps, do not change the situation significantly, since when the cross-sections of the outer ring and the press plate are turned relative to one another, there is no tight fit over the whole Wedge length is guaranteed. In addition, because of the small angle of the wedges, the whole system becomes self-braking, and the frictional forces prevent the axial displacement of the outer ring with the end windings in relation to the press plate of the core.
The present invention is based on the object of designing the arrangement on an electrical machine for end winding support of the stator winding in such a way that a stable, rigid connection of the winding ends with the pressing plate of the core in the radial direction with the possibility of axial displacement of the winding overhangs in relation to the pressing plate is ensured .
The object is achieved in that the arrangement on an electrical machine for the end winding attachment of a winding of the stator, with pressure plates attached to the end faces of the core, each with a bracket arranged on the pressure plate and a conical ring made of insulating material, on its conical Inner surface the winding heads of the winding are attached and which is supported with its cylindrical outer surface on the console with the possibility of an axial displacement in relation to the pressure plate of the core, according to the invention each console is designed in the form of a ring concentric with the conical insulating ring, and between the console and an elastic intermediate layer is inserted over the entire circumference of the cylindrical outer surface of the conical insulating ring.
The advantages of the arrangement according to the invention are that, due to the low compressibility of the elastic intermediate layer, a rigid connection of the conical ring with the pressing plate of the core in the radial direction, i.e. a high degree of rigidity of the entire end winding support and the absence of resonances in the operating range of the oscillation frequencies, is ensured becomes. With the rigid connection of the winding heads of the winding to the press plate, the vibrations of the winding heads and the core are the same, so that major bending deformations of the winding heads are avoided. Due to the low modulus of elasticity of the intermediate layer material, the conical ring with the winding heads fastened in it simultaneously has the possibility of being displaced in the axial direction in relation to the pressure plate of the core.
As a result, a low level of temperature stresses in the winding is achieved with uneven thermal expansion of the core and the winding.
The invention is explained below on the basis of the description of examples of its implementation and the accompanying drawings. It shows:
1 arrangement for end winding support of the stator winding of an electrical machine according to an embodiment of the invention, longitudinal section,
Fig. 2 section along the line II-II of Fig. 1,
Fig. 3 arrangement for end winding support of the stator winding of an electrical machine according to another embodiment of the invention, longitudinal section,
4, 5, method for the radial pressing of the elastic intermediate layer.
The arrangement on an electrical machine for end winding support of the stator winding contains a conical ring 1 (FIG. 1) made of insulating material, which has a cylindrical outer surface 2 and a conical inner surface 3. On the conical inner surface 3 of the ring 1, with the aid of studs and strips 4 (not shown in the drawing), the winding heads 5 of a winding 6 are fastened with a cement 7 cold hardening between the pliers. The winding 6 is embedded in grooves in a core 8. A press plate 9 is attached to the end face of the core 8. A bracket 10 is arranged on the press plate 9 from the side of the cylindrical outer surface 2 of the conical insulating ring 1, which bracket has the shape of a ring concentric with the conical insulating ring 1 and consists of individual segments 11 (FIG. 2).
Between the cylindrical outer surface 2 of the conical ring 1 and the bracket 10, a full-part or made of pieces elastic intermediate layer 12 is arranged over the entire circumference, which consists of rubber, for example with a thickness of 10 to 15 mm, a high degree of rigidity when compressed has and is resilient to thrust. Radial grooves 13 are provided in the opposing end faces of the press plate 9 and the conical ring 1, into which feather keys 14 are inserted. The radial feather keys 14 prevent the conical ring 1 with the winding heads 5 attached to it from rotating with respect to the press plate 9 of the core 8 when the electrical machine is in operation.
In order to exclude the possibility of the conical insulating ring 1 rotating in relation to the pressure plate 9, axial feather keys (not shown) can be used instead of the radial feather keys 14 in the axial grooves (not shown) arranged in the adjacent cylindrical surfaces of the conical ring 1 and the bracket 10 . Other methods for the tangential fixation of the ring 1 with respect to the press plate 9 are also possible.
In FIG. 3, an exemplary embodiment of the invention is shown in which the console 10 is formed by a projection of the press plate 9.
Referring now to Figure 4, a method for producing a preliminary radial impression of the elastic intermediate layer 12 is shown. For this purpose, wedges 15, 16 facing one another are arranged on the circumference of the cylindrical outer surface 2 of the conical insulating ring 1 between the elastic intermediate layer 12 and the bracket 10 of the press plate 9. The wedges 15, 16 also serve to center the conical ring 1 in relation to the press plate 9 and also ensure that the construction can be dismantled, the rubber liner 12 can be replaced and the rubber liner 12 can be re-tensioned after a certain period of electrical operation Machine.
The fixing of the wedges 15, 16 in relation to the press plate 9 is done by means of non-positive elastic connecting elements 17 (FIG. 5), which are formed by a screw 18 and a package of disc springs. The outer end of the wedge 15 has a projection 20 with a through opening 21 into which a screw 18, which is supported with its head 22 against the end face of the wedge 15 and is screwed into the threaded opening 23 in the end face of the console 10, is inserted.
The package of disc springs 19 is arranged under the head 22 of the screw 18. The screw 18 and the disc springs 19, which cause the wedges 15, 16 to be constantly axially pressed, prevent the wedges 15, 16 from falling out during operation of the electrical machine and also ensure that the rubber liner 12 is constantly pressed radially.
Other methods of fixing the wedges 15, 16 in relation to the press plate 9 are also possible.
In order to increase the stiffness of the elastic intermediate layer 12 when it is compressed and to reduce rubber creep, and thus also to increase the support stiffness of the end windings 5 of the winding 6 in the radial direction, there are, for example, the following design variants of the elastic intermediate layer 10:
1. Multi-layer rubber intermediate layers, consisting of rubber plates, for example with a thickness of 2 to 5 mm, and intermediate layers made of a rigid material, e.g. steel, textolite, etc., inserted between them.
2. Intermediate layers made of sheet rubber, reinforced with several layers of a rigid material, for example cord.
3. Rubber intermediate layers, enclosed in a closed outer cover made of an inextensible material, for example cord.
The rubber intermediate layer 12, which has a high degree of rigidity when compressed, ensures a rigid connection between the conical ring 1 and the press plate 9 via the bracket 10. Here, the property of the rubber to deform without changing volume (Poisson's Poisson's Poisson's ratio of contraction = 0.5) is used. If a thin intermediate layer 12 is used, the rubber will be located as if in a closed volume, there is almost no compression of the rubber towards the end faces and, due to its incompressibility, it deforms only a little when compressed.
At the same time, the high flexibility of the intermediate layer 12 is maintained during thrust, which ensures free axial displacement of the end windings 5 of the winding 6 with respect to the press plate 9 of the core 8 and a low temperature stress level of the winding 6
It is desirable, when assembling the stator of the electrical machine, to ensure a preliminary pressing of the elastic intermediate layer 12 in order to rule out the possibility of radial gaps in the event of uneven thermal expansion of the fastening elements on the winding heads 5.
In addition, during assembly, when the intermediate layer 12 is temporarily pressed, the rubber fills the entire cavity between the conical ring 1 and the bracket 10 of the press plate 9, thereby ensuring the tight mutual abutment of the same over the entire support surface despite any unevenness and tilts.
The stiffness of the rubber intermediate layer 12 when pressed together is an order of magnitude higher than the radial stiffness of the conical ring 1 and the press plate 9 with the console 10. The force required for the preliminary pressing of the / Z * ischenlage 12 is selected so that the total elastic compression deformation of the conical ring 1 and tensile deformation of the press plate 9 with the console 10 exceeds the maxima len possible deformations due to the uneven thermal expansion. As a result, the conical ring 1 and the press plate 9 are inseparable in all operating states of the turbo generator.
In addition to the variant of the preliminary pressing of the elastic intermediate layer 12 with the aid of the wedges 15, 16 explained above, the following method for preliminary pressing of the intermediate layer 12 is also possible. The conical ring 1 is manufactured with an excess outside diameter and then inserted together with the intermediate layer 12 into the preheated press plate 9 with the bracket 10. After the pressing plate 9 has cooled down, a radial shrinkage tension arises between the bracket 10 and the conical ring 1, which compresses the rubber intermediate layer 12.
A variant of the installation of the elastic intermediate layer 12 without the preliminary pressure is also possible, if the rubber intermediate layer 12 is glued or vulcanized with its two support surfaces to the console 10 and the conical ring 1.
The arrangement according to the invention also has other advantages in addition to those specified. It is simple, ready for production and reliable.