CH678248A5 - - Google Patents

Description

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CH 678 248 A5

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Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf eine horizon-talachsige elektrische Maschine mit einem Statorblechkörper, der mittels über an seinem Umfang verteilten Befesftgungskeilen in orthogonal zur Maschinenlängsachse angeordneten, gegenseitig be-abstandeten Tragringen verspannt ist, welche Tragringe ihrerseits über Befestigungsteile mit dem Gehäuse der Maschine verbunden sind.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der EP-PS 0 166114 ergibt.

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen des ganzen Leistungsbereichs treten grosse axiale und radiate Dehnungen im Statorblechkörper auf, welche auf das Gehäuse möglichst gleichmässig verteilt übertragen werden müssen.

Bei dem aus der EP-PS 0 166 114 bekannten luftgekühlten Turbogenerator erfolgt dies durch seitliches Aufhängen des Statorblechkörpers mittels parallel angeordneter, zu der Achse der elektrischen Maschine senkrechten und gegenseitig beabstan-deten Tragplatten. Um auftretende Schwingungen und thermische Spannungen während des Betriebszustandes der elektrischen Maschine möglichst klein zu halten, sind die Tragplatten ringförmig ausgebildet und nur in zwei Bereichen ihrer horizontalen Symmetrieebene beidseits über vertikal geradlinig verlaufende Erweiterungen mittels Befestigungsteilen mit dem Gehäuseunterteil verbunden. Der weitaus grösste Teil des Umfangs der Tragplatten ist vom Gehäuseunter- und -Oberteil beabstandet. Der Statorblechkörper ist durch über seinen ganzen Umfang gleichmässig verteilte Befestigungskeile in den Tragplatten verspannt. Die Befestigungsteile bestehen aus Befestigungsplatten, die jeweils mit den Erweiterungen der Tragplatten ver-schweisst sind, sowie aus horizontalachsigen Rohrstücken, welche mît den Befestigungsplatten ver-schweisst sind. Diese Befestigung des Statorblechkörpers erlaubt eine einfache Montage, leichte Zugänglichkeit der zu verschweissenden Konstruktionsteile und gewährleistet eine gute Qualität der Schweissnähte.

Die bekannte Anordnung setzt jedoch zwingend ein annähernd in der horizontalen Symmetrieebene der Maschine geteiltes Gehäuse voraus, um den Statorblechkörper einsetzen zu können. Der Übergang zu Wasserstoffkühlung ist damit nicht ohne weiteres möglich, weil insbesondere die Trennflächen zwischen Gehäuseunter- und -Oberteil problematisch in Bezug auf Abdichtung sind.

Um bei derartigen Maschinen ein ungeteiltes Gehäuse verwenden zu können, wurde vorgeschlagen, die an den ringförmigen Tragplatten befestigten Befestigungsplatten auf unterschiedliche Durchmesser zu legen, die von einem Maschinenende aus gesehen zum anderen Ende abgestuft sind und dementsprechend die zugehörigen Befestigungspunkte am Gehäuse gleichermassen abzustufen. Die Querwände sind dabei zweiteilig ausgebildet und bestehen aus einem ersten Ring, der am Statorblechkörper befestigt ist, und einem zweiten Ring, der am Gehäuse befestigt ist, wobei sich die freien Ringenden überlappen und an der Überlappungsstelle eine in Axialrichtung elastische Dichtung vorgesehen ist. Vom anderen Maschinenende aus gesehen sind die Aussendurchmesser der ersten Ringe jeweils kleiner als der Innendurchmesser des ihm benachbarten zweiten Ringes.

Eine derartige Konstruktion erlaubt die Verwendung eines ungeteilten Gehäuses, weil sich der (gegebenenfalls schon mit der Statorwicklung versehene) Statorblechkörper (sogenannter Einbaustator) in das Gehäuse einschieben lässt. Geschlossene Gehäuse dieser Art sind wesentlich einfacher gasdicht zu machen und halten auch den höheren Gasdrucken (ca. 10 bar) bei Wasserstoffkühlung stand.

Nachteilig bei beiden Konstruktionen könnte angesehen werden, dass aufgrund der vielfältigen Schweissverbindungen ein Ausbau des Blechkörpers zu Reparatur- und Servicezwecken nicht ohne weiteres möglich ist.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine horizontalachsige elektrische Maschine zu schaffen die ohne aufwendige Feder- und/oder Abstützelemente auskommt und demgemäss einen einfachen und wirtschaftlichen Aufbau aufweist und darüber hinaus der Aus- und Einbau des Statorblechkörpers vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird bei einer horizontalachsigen elektrischen Maschine der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an den Tragringen mehrere in Maschinenlängsrichtung verlaufende Tragbalken vorgesehen sind, die vom Statorblechkörper distanziert und symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene angeordnet sind, dass am Gehäuseteil orthogonal zur Maschinenlängsachse verlaufende nach innen weisende Platten vorgesehen sind und dass die aus Statorblechkörper, Tragringen und Tragbalken bestehende Baueinheit mittels radialer Bolzenanordnungen-, die innen an den Tragbalken und aussen an den Platten angreifen, mit dem Gehäuse verschraubt ist.

Die erfindungsgemässe Befestigung des Statorblechkörpers an den Platten, ist in Maschinenlängsrichtung «welch», in Umfangsrichtung jedoch «hart». Dies ergibt eine optimale Aufhängung, die allen Betriebsbeanspruchungen gerecht wird. Die Konstruktion ist darüber hinaus auch wirtschaftlich. Der Statorblechkörper mitsamt seinem «Korsett», bestehend aus Tragringen und Tragbalken, kann in vergleichsweise einfacher Weise nach Lösen der Schraubverbindungen aus dem Gehäuse (axial) herausgezogen werden.

Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen ist der Ringraum zwischen Statorblechkörper und Gehäusemantel regelmässig in mehrere Kammern unterteilt, welche der Zu- und Abfuhr des Kühlgases dienen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der

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Erfindung sind diese Kammern dadurch gebildet, dass die Tragringe über die Tragbalken in den besagten Ringraum hineinragen und mit Ringspanten, die am Gehäusemantel befestigt sind, zusammenwirken. Um dabei ein (axiales) Ausfahren der besagten Baueinheit aus dem Gehäuse zu gewährleisten, sind sowohl die Tragringe als auch die Ringspanten in Axialrichtung abgestuft.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Maschine;

Fig. 2 einen mehr ins Detail gehenden Querschnitt durch die Maschine nach Fig. 1 längs deren Linie AA;

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch Flg. 2 längs deren Linie BB;

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch Fig. 2 längs deren Linie CC;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Bolzenanordnung nach Fig. 4 längs deren Linie DD;

Fig. 6 eine Abwandlung der blechkörperseitigen Befestigung von Fig. 4.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Im stark vereinfachten Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Maschine gemäss Fig. 1 ist ein Statorblechkörper 1 in einem einteiligen Gehäuse 2 angeordnet. Der Statorblechkörper 1 besteht aus einzelnen Teilblechkörpern 3 bis 8, die axial voneinander distanziert ist. Durch diese Distanzen 9 strömt Kühlgas zu oder aus den Kammern 10 bis 14 im Raum zwischen Statorblechkörper 1 und Gehäusewand 2. Diese Kammern sind gebildet durch Tragringe 15-20, die am Statorblechkörper angeordnet sind, und radiale Ringspanten 21 bis 26, die an der Gehäusewand befestigt sind. Ringspanten und Tragringe überlappen sich radial. An den Überlappungsstellen sind elastische Ringdichtungen 27 vorgesehen. Radial vom Statorblechkörper 1 beabstandet verlaufen im Beispielsfall vier Tragbalken, welche die Tragringe 15 bis 20 durchsetzen und mit diesen verschweisst sind. Die Aufhängung/Befestigung der aus Statorblechkörper 28 bestehenden Baueinheit erfolgt durch Bolzenanordnungen 29, die im Beispielsfall gleichmässig über den Umfang verteilt sind und innen an den Tragbalken 28 und aussen am Gehäusemantel 2 angreifen. Wesentlich ist dabei nicht die gleichmässige Verteilung der Boizenanordnungen/Tragbalken. Vielmehr sollen die Angriffspunkte der vom Statorblechkörper auf das Gehäuse einwirkenden Kräfte symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene der Maschine liegen. In der Praxis haben sich dabei Winkel von 60 bis 90 Grad zwischen den beiden oberen bzw. den beiden unteren Bolzenanordnungen bewährt, wobei dann die Abstützung des Gehäuses 2 auf dem Fundament etwa in der Höhe der horizontalen Symmetrieebene der Maschine liegt.

Bevor diese Blechkörperaufhängung detailliert beschrieben wird, sei zunächst anhand der Fig. 2 und 3 der Aufbau des Statorblechkörpers 1 erläutert. Der aus einer Vielzahl übereinandergestapel-ten Einzelbleche bestehende Statorblechkörper ist in Axialrichtung durch Zugbolzen 30 mit Rechteckquerschnitt zusammengehalten, die in Nuten am Umfang des Blechkörpers liegen. Auf die Zugbolzen sind Keile 31 aufgeschweisst, die ihrerseits mit den Tragringen 16,...20 verschweisst sind.

Die vier Tragbalken 28 durchsetzen alle Tragringe 15 bis 20, sind mit diesen verschweisst und erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des StatorbleGhkörpers 1. Sie sind im Beispielsfall in Umfangsrichtung gleichmässig verteilt, können auch aber so angeordnet sein, dass der Winkel a zwischen den beiden oberen Tragbalken bzw. der Winkel ß zwischen den beiden unteren Tragbalken kleiner als die gezeichneten 90° ist. Je kleiner diese Winkel sind, um so mehr wirkt die Gehäusewand zwischen den seitlichen Befestigungsstellen der Bolzenanordnungen 29 als Feder, welche den Statorblechkörper 1 vom Fundament entkoppelt.

Anhand von Fig. 4 und 5 wird nun nachstehend die Aufhängung der «Baueinheit» im Gehäuse 2 beschrieben. Im mittigen Abschnitt einer jeden Kammer 10-14 sind sowohl in den Tragbalken 28 als auch in der Gehäusewand radial fluchtende Bohrungen 31 bzw. 33 vorgesehen. An der Bohrung 32 ist eine Mutter 34 (34') mit einem zurückgezogenen Bund 35 (35') entweder von innen her (Fig. 4) oder von aussen her (Fig. 6) geschweisst. Um Toleranzen auszugleichen ist der Aussendurchmesser des Bundes 35 kleiner als die lichte Weite der Bohrung 32 in dem Tragbalken 28.

Beidseits der Bohrung 33 in der Gehäusewand 2 sind zwei Platten 36 und 37 orthogonal zur Maschinenlängsachse angeschweisst. Im Raum zwischen den beiden Platten 36, 37 ist ein Metallklotz 38 ein-geschweisst mit einer radial verlaufenden Gewindebohrung 39, in welche eine Distanzhülse 40 mit Aus-sengewinde 41 bis zur Anlage am Tragbalken 28 eingeschraubt ist. Ein Schraubenbolzen 42 mit Innensechskantkopf ist unter Zwischenschaltung einer Unterlagscheibe 43 durch besagte Distanzhülse 40 gesteckt und in die Mutter 34 eingedreht. Die Bohrung 33 wird danach mit einem Deckel 44 gasdicht verschlossen.

Die Wirkungsweise und die besonderen Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Schilderung des Verfahrens zur Herstellung der Maschine.

In einem ersten Arbeitsgang wird das Maschinengehäuse 2 gefertigt mit im wesentlichen folgenden Fertigungsschritten.

- Einbringen der Bohrungen 33 und Anbringen der Platten 36, 37 an der Gehäusewand beidseits der Bohrungen 33, Einschweissen der Metallklötze 38 nur am inneren freien Ende der Platten 36, 37 (Schweiss-Steilen 46);

- Einschweissen der Ringspanten 20, ..., 26 entsprechend der axialen Verteilung der Tragringe 15, ...,20;

- Ausgangspunkt für die weitere Montage ist ein

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sogenannter Einbaustator, d.h. ein Statorblechkörper 1 der mittels Zugbolzen 30 axial zusammenge-presst ist Das Gehäuse 2 dient als Lehre für die Erstellung des sogenannten Statorkorsetts, das im wesentlichen aus den Tragringen 15,..., 20 und den sie verbindenden Tragbalken 28 besteht. An den späteren Befestigungsstellen der Bolzenanordnungen sind bereits die Bohrungen 32 eingebracht. Danach erfolgt das koaxiale Ausrichten beider Maschinenteile u.a. unter Zuhilfenahme der einschraubbaren Distanzhülsen 40 und der Schraubenbolzen 42/Muttem 34.

- Nach erfolgter Ausrichtung werden die Muttern 34 mit den Tragbalken 28 verschweisst.

- Danach werden die Distanzhülsen 40 und die Schraubenbolzen 42 wieder nach aussen entfernt, das Statorkorsett aus dem Gehäuse 2 gezogen und über den Einbaustator gestülpt.

- Nun wird das Statorkorsett mit dem Einbaustator fest verbunden. Zu diesem Zweck werden nach der Ausrichtung beider Maschinenteile die Keile 31 sowohl mît den Zugbolzen 30 als auch mit den Tragringen 15,...,20 verschweisst.

- In Fig.1 und 2 ist aus Gründen einfacher Darstellung die blechkörperseitige Abdichtung zwischen den einzelnen Kammern 10, 11 „...,14 nicht dargestellt. Bei der technischen Realisierung der Erfindung sind jedoch schon aus Montagegründen Spalten zwischen den Ringspanten 15,,..,20 und dem Blechkörper 1 vorzusehen, die nach der beschriebenen Verbindung zwischen Statorkorsett und Blechkörper abgedichtet werden, z.B. durch Aufpunkten dünner Bleche, welche der Aussenkontur des Blechkörpers 1 angepasst sind, jedoch zwischen sich und dem Blechkörper kleine Spalte (im Millimeterbereich) freilassen, um ein Reiben am Blechkörper auszuschliessen.

- Schliesslich wird der (nun mit dem Korsett versehene Einbaustator) ins Maschinengehäuse 1 eingefahren, beide Maschinenteile gegeneinander ausgerichtet, die Distanzhülsen 40 zugestellt und die Schraubenbolzen 42 in die Muttern 34 eingedreht, und die Deckel 44 auf die Öffnungen 33 geschraubt.

Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der vorstehend beschriebenen Konstruktionen) stellen sich zusammengefasst wie folgt dar:

Die Blechkörperaufhängung erfüllt die geforderte Festigkeit in Umfangsrichtung und die geforderte Elastizität in Axialrichtung.

Der Stator ist einfach und wirtschaftlich herzustellen. Hervorzuheben Ist die «toleranzgerechte» Konstruktion, Sowohl axial als auch tangential können vergleichsweise grosse Toleranzen (Grössen-ordnung 5-10 mm) aufgenommen werden, in radialer Richtung praktisch beliebig grosse Toleranzen. Dies ist insbesondere wichtig, um Schweissunge-nauigkeiten ausgleichen zu können, ohne dass im Zuge der Herstellung aufwendige und teure Probemontagen nötig sind.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Horizontalachsige elektrische Maschine mit einem Statorblechkörper (1), der mittels an seinen Umfang verteilten Befestigungskeilen (31) in orthogonal zur Maschinenlängsachse angeordneten, gegenseitig beabstandeten Tragringen (16, 17,...) verspannt ist, welche Tragringe ihrerseits über Befestigungsteile mit dem Gehäuse der Maschine verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Tragringen (16, 17,...) mehrere in Maschinenlängs-richtung verlaufende Tragbalken (28) vorgesehen sind, die vom Statorblechkörper (1) distanziert sind und symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene der Maschine verlaufen, dass am Gehäusemantel (2) orthogonal zur Maschinenlängsachse verlaufende nach innen weisende Platten (36, 37) vorgesehen sind, und dass die aus Statorblechkörper (1), Tragringen (16, 17,...) und Tragbalken bestehende Baueinheit mittels radialer Bolzenanordnungen (42), die an den Tragbalken (28) und den Platten (36, 37) angreifen, verschraubt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (36, 37) paarig angeordnet sind und zwischen den Platten ein Klotz (38) angeordnet ist, der nur am inneren freien Ende der Platten (36,37) mit diesen fest verbunden ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klotz (38) mit einer radial verlaufenden Gewindebohrung (39) versehen ist, in welche eine Distanzhülse (40) mit Aussengewinde (41) bis zur Anlage an den Tragbalken (28) einschraubbar ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen Statorblechkörper (1) und Gehäusemantel (2) in mehrere axial untereinanderliegende Kammern (10,11,.,.) unterteilt ist, wobei die Kammerwände einerseits durch Ringspanten (21 ,...26), die am Gehäusemantel (2) befestigt sind, und andererseits durch Verlängerungen der Tragringe (15,16,...) gebildet sind, wobei zwischen den freien Enden der Ringspanten und der Tragringe eine Ringdichtung (27) vorgesehen ist, und die Ringspanten und die Tragringe in Axialrichtung derart abgestuft sind, dass ein axiales Ausfahren des Stators (1) aus dem Gehäuse (2) ermöglicht ist.

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