Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Vorrichtungen werden vorzugsweise an grossen dynamoelektrischen Maschinen und insbesondere am Stator von grossen elektrischen Generatoren, die üblicherweise die Anker der Generatoren sind, verwendet.
Bekanntlich verwenden grosse elektrische Generatoren einen Stator, der aus einem Blechpaket dünner Bleche aus magnetischem Material aufgebaut ist, um eine im allgemeinen ringförmige Anordnung zu bilden. In der radial inneren Oberfläche der ringförmigen Anordnung sind axiale Nuten ausgebildet. Jede axiale Nut enthält wenigstens einen und vorzugsweise zwei Ankerstäbe, die einen Teil der Ankerwicklung bilden, in der die elektrische Ausgangsgrösse induziert wird.
Innerhalb des Stators ist ein Rotor koaxial angeordnet. Der Rotor enthält üblicherweise Feldwicklungen, die durch eine Gleichstrom-Erregungsquelle mit relativ kleiner Spannung (von etwa 300 bis etwa 700 Volt) erregt werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor umläuft. Bekannte Erregerquellen enthalten auf der Welle montierte Gleichstromgeneratoren, auf der Welle montierte Wechselstrom-Alternatoren, die Gleichrichter speisen, und externe Erregungsenergiequellen. Die Erregungsleistung von externen Quellen wird den umlaufenden Feldwicklungen über Schleifringe zugeführt. Eine bekannte externe Quelle verwendet die Ausgangswechselspannung des Generators selbst, die, nachdem sie einen Transformator durchlaufen hat, um die gewünschte Erregerspannung auszubilden, gleichgerichtet und über Schleifringe den Erregerwicklungen zugeführt wird.
Ein neueres Erregersystem verwendet Spannungs- bzw. Potentialwicklungen in beispielsweise drei Statornuten, die im Abstand von 120 DEG angeordnet sind. Die drei Potentialwicklungen, die im folgenden als "P"-Stäbe bezeichnet werden, sind den Wechselschwingungen des Magnetfeldes ausgesetzt, das darin eine Wechselspannung induziert. Die drei "P"-Stäbe, die im Abstand von 120 DEG mechanisch angeordnet sind, bilden deshalb eine dreiphasige Quelle, deren Ausgangsgrösse nach Erfordernis transformiert werden kann, um eine gewünschte Erregungsspannung auszubilden, die dann gleichgerichtet und die daraus resultierende Spannung über Schleifringe in die Feldwicklungen eingespeist werden kann. Ein selbst erregtes System dieser Art ist in einer Schrift von Cotzas mit dem Titel "GENERREX-PPS (Potential Power Source).
Excitation Systems for Wisconsin Power & Light, Edgewater 5 min min Forty-Third Annual American Power Conference, Chicago III, April 27-29, 1981, beschrieben. Das GENERREX-PPS System schafft eine kompakte Einrichtung, die weniger Raum beansprucht und die Wartung eines grossen Generators vereinfacht. Die Regelung der Generatorfeldspannung erfolgt durch eine Hochgeschwindigkeits-Thyristorregelung.
Die Statorankerstäbe werden üblicherweise in den Statornuten festgeklemmt, wobei schwalbenschwanzförmige Vertiefungen nahe den radial inneren Enden der Nuten verwendet werden, mit denen Keile in einen festen Eingriff gebracht werden. Die Keile üben radiale Kräfte auf die Ankerstäbe aus, um radialen Kräften auf die Ankerstäbe entgegenzuwirken, die aufgrund normaler und abnormaler magnetischer und elektrischer Kräfte auftreten, die auf die Ankerstäbe einwirken.
Die "P"-Stäbe sind üblicherweise radial innen von den Keilen zwischen den Keilen und der Oberfläche des Rotors angeordnet und in ihrer Lage fest gebunden, wobei beispielsweise Fiber- bzw. Faserbänder verwendet werden, die mit einem wärmeaus härtbaren Harz im voraus imprägniert sind, das nach dem Anbringen der Umwicklung ausgehärtet wird. Ein derartiges Verfahren zum Befestigen von "P"-Stäben ist in der US-PS 4 385 252 beschrieben.
Das Befestigen der "P"-Stäbe auf den Keilen hat gewisse Nachteile. Das erforderliche manuelle Umwickeln der Bänder im Abstand von einigen Zentimetern um die "P"-Stäbe und die Keile und das anschliessende Aushärten des Harzes in den Bändern erfordert zusätzlich Arbeit, die zur Montage des Generators erforderlich ist. Zusätzlich kann, nachdem ein Generator für einen wesentlichen Zeitraum in Betrieb war, der Stator eine Wartung oder Inspektion erfordern. Da die drei "P"-Stäbe auf den Keilen angebracht sind, erfordert die Auswechslung der Keile in den drei Nuten, die die "P"-Stäbe enthalten, das Aufschneiden der Wickelbänder und die Entfernung der "P"-Stäbe, bevor die Keile entfernt und ausgewechselt werden können. Um die "P"-Stäbe heraus zu nehmen, müssen deren Kühlmittelleitung und Wickelköpfe aufgetrennt werden.
Da die "P"-Stäbe einen Querschnitt in der Grössenordnung von etwa 2,5 oder 5 cm haben und etwa 6 m oder mehr lang sind, ist das Risiko einer Beschädigung während der Demontage recht hoch. Nachdem neue Keile eingebaut worden sind, müssen die "P"-Stäbe wieder eingebaut in ihrer Lage festgebunden und ausgehärtet werden. Diese Nachteile tragen alle zu hohen Arbeitskosten bei und/oder beeinträchtigen die Zeitplanung nachteilig.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Mittel zu schaffen zum Befestigen von "P"-Stäben in einem Generatorstator, bei denen die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Weiterhin sollen Mittel zum Befestigen von "P"-Stäben in einem Generatorstator geschaffen werden, bei denen die Enden des Statorkerns mit einer äusseren Abschrägung versehen sind. Ferner sollen Halterungsbrücken geschaffen werden, um radiale Kräfte auf äussere Enden der "P"-Stäbe und Ankerstäbe aufzunehmen, deren mittlere Abschnitte unterhalb von Keilen in schwalbenschwanzförmigen Nuten befestigt sind.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und deren Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine vereinfachte axiale Querschnittsansicht von einem dynamoelekrischen Generator.
Fig. 2 ist eine Stirnansicht von einem dynamoelektrischen Generator und zeigt die Anordnung von "P"-Stäben in dessen Stator.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht von einer Statornut und zeigt die bekannte externe Anbringung eines "P"-Stabes.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht von einem benachbarten Paar von Statornuten nach einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 und zeigt die Anbringung eines Ankerstabes sowohl mit als auch ohne einen "P"-Stab.
Fig. 5 ist eine Ansicht von einem Endabschnitt einer Statornut und stellt dar, wie der abgeschrägte Abschnitt am Ende des Stators das äussere Paar Nuten schneidet und eliminiert.
Fig.
6A-6E zeigen Querschnitte nach einem Schnitt entlang der Linien A-A bzw. E-E in Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den Abschnitt des Stators gemäss Fig. 5, der eine Trägerhalterung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält.
Fig. 8 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Trägerhalterung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 7.
Fig. 10 ist eine Endansicht der Trägerhalterung gemäss den Fig. 7-9.
Fig. 1 zeigt einen dynamoelektrischen Generator 10, auf den die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Der dynamoelektrische Generator 10 enthält einen Stator 12, der einen Statorkern bzw. eine Blechpaket 14 aufweist, der durch Aufstapeln einer grossen Anzahl von Blechen aus Magnetmaterial aufgebaut ist. Die gestapelten Bleche werden in axialer Richtung zusammengepresst durch axiale Kräfte, die auf deren Enden durch Kernflansche 15 ausgeübt werden.
In der radial inneren Oberfläche des Stators 12 sind mehrere Ankerstäbe (in Fig. 1 nicht gezeigt) in nicht gezeigten Nuten axial angeordnet. Die Ankerstäbe sind durch Wickelköpfe 16 miteinander verbunden, die über die axialen Enden des Blechpaketes 14 hinausragen. Der Stator 12 bildet einen Ringkörper mit einer zylindrischen \ffnung 18 auf seiner Achse, in der ein Rotor 20 drehbar angebracht ist, wobei beispielsweise Lager 22 in einem Generatorrahmen 24 verwendet werden, die Wellen 26 des Rotors 20 drehbar haltern.
Um eine Erhitzung der Enden des Stators 12 durch axiale Streumagnetfelder zu verhindern, ist eine äussere Abschrägung 28 auf einigen Zentimetern der zylindrischen \ffnung 18 an beiden Enden des Stators 12 vorgesehen.
In Fig. 2 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des dynamoelektrischen Generators 10 gezeigt. Der Rotor 12 wird durch eine Gleichstromerregung erregt, die diesem zugeführt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das durch einen Pfeil 30 angedeutet ist. In der radial inneren Oberfläche des Stators 12 ist eine grosse Anzahl von Nuten angeordnet, von denen nur die drei Statornuten 32 gezeigt sind, die "P"- Stäbe 34 enthalten. Wenn der Rotor 20 durch eine Kraftmaschine (nicht gezeigt) in der gezeigten Richtung gedreht wird, werden in den "P"-Stäben Spannungen induziert durch die Drehung des Magnetfeldes. Die induzierten Spannungen sind 120 DEG elektrisch phasenverschoben entsprechend dem physikalischen bzw. räumlichen Abstand der "P"-Stäbe 34. Selbstverständlich gibt es noch andere Anordnungen als die vorstehende Darstellung des Rotors 20 mit einem einzigen Paar von Magnetpolen.
Beispielsweise kann der Rotor 20 auch so gewickelt sein, dass er zwei oder mehrere Sätze von im Winkel beabstandeten Magnetpolen ausbildet. Bei einem derartigen Generator ist die Entsprechung zwischen elektrischen Graden und räumlichen Graden nicht vorhanden. Für die Einrichtung gemäss den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung spielt dies aber keine Rolle.
Zunächst sei eine kurze Beschreibung der Befestigung eines "P"-Stabes 34 gemäss der eingangs genannten US-PS 4 385 252 gegeben, um für zusätzliches Hintergrundwissen zu sorgen, das zum Verständnis der vorliegenden Erfindung beiträgt.
Gemäss Fig. 3 enthält eine Statornut 32 ein Paar bzw. zwei Ankerstäbe 36, von denen nur der obere oder radial innere gezeigt ist. Die gegenüberliegenden Seiten der Statornut 32 weisen schwalbenschwanzförmige Nuten bzw. Schlitze 38 auf, die einen Keil 40 aufnehmen, um die Ankerstäbe 36 in der Statornut 32 sicher zu befestigen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstreckt sich die Statornut 32 radial nach innen eine wesentliche Strecke über die obere Oberfläche 42 des Keils 40 hinaus. Dieser Raum ist leer in allen Statornuten 32, ausser für diejenigen, die "P"-Stäbe 34 enthalten.
Der "P"-Stab 34 ist in geeigneter Weise isoliert und in einer Lage in der Statornut 32 verriegelt und, wie es in der obengenannten US-PS 4 385 252 näher beschrieben ist, in seiner Lage auf der Oberfläche 42 festgebunden, wobei mehrere Bänder 44 verwendet werden, die um das Oberteil und die Seiten des "P"-Stabes 34 und unter einen Teil des Keils 40 führen. Die Bänder 44 sind im voraus mit einem wärmehärtbaren Harz imprägniert, das nach dem Umwickeln ausgehärtet wird.
In Fig. 4 ist eine Statornut 32 min gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, die keinen "P"-Stab 34 enthält. Ein inneres Paar von schwalbenschwanzförmigen Schlitzen 46 ist an den gleichen radialen Positionen angeordnet, die von den schwalbenschwanzförmigen Schlitzen bzw. Nuten 38 in Fig. 3 eingenommen werden. Ein äusseres Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 ist radial innen von einem inneren Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 46 angeordnet. Ein Keil 40 ist in einem inneren Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 46 gehaltert und befestigt den Ankerstab 36 in seiner Lage in der Statornut 32. Fig. 4 zeigt auch eine Statornut 32, die einen "P"-Stab 34 und auch Ankerstäbe 36 enthält. Der "P"-Stab 34 ist oberhalb bzw. auf dem Ankerstab 36 unterhalb des Keils 40 angeordnet.
Um für die erforderliche, zusätzliche Tiefe in der Statornut 32 zu sorgen, ist der Keil 40 in einem äusseren Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze bzw. Nuten 48 angeordnet. Dies sorgt für eine sichere Halterung des "P"-Stabes 34 in seiner Lage ohne die Kosten für die Anbringung von Bändern und ohne eine erforderliche Demontage des "P"-Stabes 34, wenn der Keil 40 ausgewechselt werden muss.
In Verbindung mit Fig. 1 wird deutlich, dass das Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäss Fig. 4 keine Schwierigkeiten bereitet auf dem axial mittleren Abschnitt des Stators 12, aber ein Problem entsteht im Bereich der äusseren Abschrägung 28. Da das äussere Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 näher an dem radial inneren Ende der Statornut 32 ist als das innere Paar der schwalbenschwanzförmigen Schlitze 46, schneidet kurz nach ihrem Beginn die äussere Abschrägung 28 das äussere Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 und beseitigt die Halterung, die durch den Keil 40 gegeben ist. Dies ist in Fig. 5 und den damit im Zusammenhang stehenden Querschnittsansichten gemäss den Fig. 6A bis 6E dargestellt. Der Statorkern bzw. das Blechpaket 14 ist in Sätzen von Kernpaketen 50 aufgebaut, die durch Gaskanäle 52 für den radialen Durchtritt für Kühlgas getrennt sind.
Die Gaskanäle 52 enthalten üblicherweise mehrere Doppel-T-förmige Teile, die zwischen deren Flansche unter Druck gehalten sind durch Druckkräfte, die auf das Blechpaket im Statorkern 14 ausgeübt werden. Die äussere Abschrägung 28 ist über mehrere Kernpakete 50 ausgeführt. Beispielsweise ist das Kernpaket 50a ein eine volle Tiefe aufweisendes Kernpaket, dessen Querschnitt A-A, der in Fig. 6A gezeigt ist, eine normale Menge an Halterungsmaterial über dem äusseren Paar schwalbenschwanzförmiger Nuten bzw. Schlitze 48a besitzt. Das nächste Kernpaket 50b beginnt die äussere Abschrägung 28, indem es auf eine leicht flachere Tiefe nach unten abgestuft ist.
Wie in dem Schnitt B-B in Fig. 6B gezeigt ist, ist die Materialmenge oberhalb des äusseren Paares schwalbenschwanzförmiger Nuten 48b vermindert, es kann aber noch genug Material enthalten, um für eine wesentliche Halterung für einen Keil 40 zu sorgen. Das nächste Kernpaket 50c ist noch weiter abgestuft, so dass nur wenig oder gar kein Material oberhalb des äusseren Paares schwalbenschwanzförmiger Nuten bzw. Schlitze 48c (Fig. 6C) zur Halterung des Keiles 40 übrigbleibt. Das nächste Kernpaket 50d ist noch weiter nach unten abgestuft, so dass keine Halterung des Keiles 40 möglich ist. Das letzte äussere Kernpaket 50e ist gegenüber dem benachbarten Gaskanal 52 abgestuft und weist zusätzliche divergierende Stufen auf. Es endet an einem Abstandsblock 54, der durch Kernflansche 15 gegen das Kernpaket 50e geklemmt ist.
Das innere Paar schwalbenschwanzförmiger Nuten bzw. Schlitze 46, das weiter von dem Ende des Statorkerns 14 entfernt ist, ist relativ unbeeinflusst durch die äussere Abschrägung 28 in den Kernpaketen 50a bis d. Das innere Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 46e wird durch die äussere Abschrägung 28 in dem Kernpaket 50e geschnitten. Dieser Schnitt erfolgt nahe genug an dem axial äusseren Ende des Statorkerns 14, so dass eine externe Halterung der Wickelköpfe (nicht gezeigt) für einen Ankerstab 36 in einer Statornut 32 min , die keinen "P"-Stab 34 enthält, ausreichend sein kann, um den relativ kurzen, ungehalterten Verlauf innerhalb des Statorkerns 14 jenseits des Schnittes des inneren Paares schwalbenschwanzförmiger Schlitze 46c durch die äussere Abschrägung 28 zu überwinden.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist jedoch das Vermögen des äusseren Paares schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48, den Keil 40 zu haltern, vermindert und dann vollständig beseitigt in einem wesentlichen Abstand von dem axial äusseren Ende des Statorkerns 14.
Eine Abstandsblockverlängerung 56 ist auf beabstandeten Abstandsblöcken 54 vorgesehen zur Halterung von Zapfen 58, die normalerweise zur Befestigung einer Gasdichtung (nicht gezeigt) in dem dynamoelektrischen Generator verwendet werden. Im folgenden wird nun die Verwendung einer Abstandsblockverlängerung 56 und des Zapfens 58 beschrieben.
In Fig. 7 ist eine Draufsicht eines Statorkerns 14 gezeigt, bei dem ein "P"-Stab 34 und die darunter liegenden Ankerstäbe 36 in ihrer Lage gehalten werden durch eine Trägerhalterung 60 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Keil 40 endet an einem Punkt im Kernpaket 50a oder im Kernpaket 50b (dargestellt ist ein Punkt im Kernpaket 50b), wo angemessenes Halterungsmaterial im äusseren Paar der schwalbenschwanzförmigen Schlitze 48 übrigbleibt (siehe Fig. 5 und Fig. 6A oder 6B). Ein Keilträger 62 mit der gleichen Querschnittsform wie der Keil 40 ist in ein äusseres Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 und in eine Anlage mit dem Ende des Keils 40 eingesetzt.
Eine Abstandsblockverlängerung 56 ist an jeder Seite der Statornut 32 angeordnet, wobei ein sich nach innen erstrecken der Abschnitt 64 von jedem Zapfen 58 axial nach innen ragt in Richtung auf die Mitte des dynamoelektrischen Generators 10. Ein Joch 66 enthält zwei Löcher 67, die auf die nach innen ragenden Abschnitte 64 passen. Das Joch 66 sitzt rittlings auf einem äusseren Ende des Keilträgers 62. Eine trapezförmige Verriegelungsvorrichtung 68 passt winkelmässig in eine gewinkelte Nut bzw. Aussparung und ist durch einen Stift 72 in ihrer Lage gehalten. Ein Band 74 ist um jeden Zapfen 58 und durch ein Loch 76 in jeder Seite des Joches 66 gewickelt, um das Joch 66 fest gegen die Abstandsblockverlängerungen 56 zu halten.
Das axial innere Ende des Keilträgers 62 ist nach unten gegen den "P"-Stab 34 gehalten durch einen Eingriff mit einem äusseren Paar von schwalbenschwanzförmigen Schlitzen 48 in dem Kernpaket 50b. Das axial äussere Ende des Keilträgers 62 ist durch das Joch 66 nach unten gegen den "P"-Stab 34 gehalten. Somit ist der ''P"-Stab 34 vollständig befestigt in seiner Lage unter dem Keilträger 62.
Gemäss Fig. 8, in der die Elemente der Trägerhalterung 60 zu Darstellungszwecken auseinandergezogen gezeigt sind, und in Fig. 9, in der die Elemente zusammengebaut dargestellt sind, enthält der Keilträger 62 einen oberen Abschnitt 78 mit einem im allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt und einen unteren Abschnitt 80, der die gewinkelten Flansche für einen Eingriff mit dem äusseren Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 an dem axial inneren Ende des Keilträgers 62 aufweist. Eine Zunge 82 mit einer ebenen oberen Oberfläche 84 geht in axialer Richtung von dem Keilträger 62 aus. Eine im Winkel verlaufende Fläche 86 verbindet eine obere Oberfläche 88 des oberen Abschnitts 78 mit der ebenen oberen Oberfläche 84. Unterhalb des Keilträgers 62 ist eine Wellenfeder 90 angeordnet, um eine wesentliche radiale Kraft auszuüben, die den "P"-Stab 34 in seiner Lage hält.
Die Wellenfeder 90 ist in Fig. 8 in ihrem entspannten Zustand gezeigt. Im eingebauten Zustand ist die Wellenfeder 90 vorzugsweise voll ständig abgeflacht zwischen dem Keilträger 62 und dem "P"-Stab 34, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.
Um zu verhindern, dass eine Hochspannungs-Isolierschicht 92 auf dem "P"-Stab 34 beschädigt wird durch einen Kontakt mit der Wellenfeder 90, ist ein hartes, nicht-abschleifbares Füllband 94 zwischen der Wellenfeder 90 und dem "P"-Stab 34 angeordnet.
Wie insbesondere in Fig. 9 gezeigt ist, verläuft eine Winkelfläche 96 auf dem Joch 66 parallel zu der Winkelfläche 86 auf dem Keilträger 62. Die trapezförmige Verriegelungsvorrichtung 68 kann somit zwischen der Winkelfläche 96 und der Winkelfläche 86 gleiten bzw. sie ist dazwischen verschiebbar und verhindert, wenn sie durch den Stift 72 festgelegt ist, eine Beseitigung der trapezförmigen Verriegelungsvorrichtung 68.
Wenn der Statorkern 14 montiert wird, werden normalerweise die Zapfen 58 angeschweisst oder auf andere Weise dauerhaft an den Abstandblöcken 54 angebracht, bevor die Trägerhalterung 60 montiert wird. Während des Einbaues der Trägerhalterung 60 wird der Keilträger 62 mit der Wellenfeder 90 und dem nicht-abschleifbaren Füllband 94 darunter in das äussere Paar schwalbenschwanzförmiger Schlitze 48 eingesetzt. Um die inneren Enden der sich nach innen erstreckenden Abschnitte 64 freizugeben, muss das Joch 66 angeordnet werden, um den Raum einzunehmen, der später von der trapezförmigen Verriegelungsvorrichtung 68 beansprucht wird, und dann werden die Löcher 67 auf die nach innen ragenden Abschnitte 64 geschoben.
Die nach innen ragenden Abschnitte 64 enthalten vorzugsweise ein ungehärtetes Harz während der Montage, das später ausgehärtet wird, um das Joch 66 in seiner Lage gegen den Abstandsblock 54 fest anzubringen. Nachdem das Joch 66 auf die nach innen ragenden Abschnitte 64 geschoben ist, wird der trapezförmige Raum, der durch diese Montagetechnik freigelassen ist, durch die trapezförmige Verriegelungsvorrichtung 68 gefüllt, die daraufhin für eine axiale Halterung sorgt, um die Anbringung des Joches 66 und des Keilträgers 62 in ihren endgültigen Positionen zu unterstützen.
Gemäss den Fig. 8 und 10 enthält das Joch 66 zwei Schenkel 98, die durch eine die Zunge 82 überspannende Brücke 100 miteinander verbunden sind. Die Schenkel 98 weisen im Winkel angeordnete Oberflächen 102 auf, deren Winkel im allgemeinen mit den Winkeln der Ränder 104 der ebenen oberen Oberfläche 84 übereinstimmen. Wenn also die Zunge 82 durch die Brücke 100 nach unten gehalten ist, haben die im Winkel angeordneten Oberflächen 102 und Ränder 104 die Tendenz, das axial äussere Ende des Keilträgers 62 richtig zentriert über der Statornut 32 zu halten.
Die Trägerhalterung 60 ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material und vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material hergestellt. Mit Ausnahme der Zapfen 58, die aus rostfreiem Stahl bestehen, sind alle Teile der Trägerhalterung 60 vorzugsweise aus einer harten, eine hohe Festigkeit aufweisenden Matrix aus Harz und Gewebe hergestellt. Der Keilträger 62 und das Joch 66 bestehen vorzugsweise aus Glasfiber in einem ausgehärteten Epoxidharz. Die Wellenfeder 90 besteht ebenfalls vorzugsweise aus Glasfiber und Epoxidharz, die aus Typen ausgewählt sind, die ihre elastischen Eigenschaften über der Zeit beibehalten. Die Wellenfeder 90 kann gegen entsprechende Mittel ausgetauscht werden, um eine radiale Kraft auf den "P"-Stab 34 auszuüben, wie beispielsweise ein Körper aus elastomerem Material oder eine Feder mit einem mondförmigen Querschnitt.
Das Füllband 94 ist hinsichtlich seines Vermögens ausgewählt, eine Beschädigung der Hochspannungs-Isolierung auf der Oberfläche des "P"-Stabes 34 zu verhindern. Zu diesem Zweck kann ein organisches Fiber-Harzsystem verwendet werden, wie beispielsweise ein Baumwolle-Phenol-Laminat.
Die Orientierung des Gewebes in dem Keilträger 62 ist vorzugsweise parallel zur Achse des Keilträgers 62 für eine beste Beständigkeit gegenüber Biegekräften. Die Orientierung des Gewebes im Joch 66 ist vorzugsweise senkrecht zur Achse des Keilträgers 62. In einem anderen Ausführungsbeispiel können der Keilträger 62 und das Joch 66, anstatt dass sie aus zwei getrennten Stücken hergestellt sind, gegossen oder auf andere Weise in einer einzigen, einheitlichen Anordnung ausgebildet sein. In einer Gussversion der Erfindung werden vorzugsweise zerhackte Fasern verwendet, um eine angemessene Festigkeit sowohl in den axialen als auch senkrechten Richtungen zu entwickeln.
The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Such devices are preferably used on large dynamoelectric machines and in particular on the stator of large electrical generators, which are usually the armatures of the generators.
Large electrical generators are known to use a stator constructed from a stack of thin sheets of magnetic material to form a generally ring-shaped arrangement. Axial grooves are formed in the radially inner surface of the annular arrangement. Each axial slot contains at least one and preferably two armature rods which form part of the armature winding in which the electrical output variable is induced.
A rotor is arranged coaxially within the stator. The rotor typically includes field windings that are excited by a relatively low voltage (from about 300 to about 700 volts) DC excitation source to produce a magnetic field that rotates at the same speed as the rotor. Known excitation sources include shaft-mounted DC generators, shaft-mounted AC alternators that feed rectifiers, and external excitation energy sources. The excitation power from external sources is fed to the rotating field windings via slip rings. A known external source uses the alternating output voltage of the generator itself, which after it has passed through a transformer to form the desired excitation voltage, is rectified and fed to the excitation windings via slip rings.
A newer excitation system uses voltage or potential windings in, for example, three stator slots, which are arranged at a distance of 120 °. The three potential windings, hereinafter referred to as "P" rods, are exposed to the alternating vibrations of the magnetic field, which induces an alternating voltage therein. The three "P" rods, which are mechanically arranged at a distance of 120 °, therefore form a three-phase source, the output of which can be transformed as required to form a desired excitation voltage, which can then be rectified and the resulting voltage can be transferred into the Field windings can be fed. A self-excited system of this type is in a font by Cotzas with the title "GENERREX-PPS (Potential Power Source).
Excitation Systems for Wisconsin Power & Light, Edgewater 5 min, Forty-Third Annual American Power Conference, Chicago III, April 27-29, 1981. The GENERREX-PPS system creates a compact device that takes up less space and simplifies the maintenance of a large generator. The generator field voltage is controlled by a high-speed thyristor control.
The stator armature bars are typically clamped in the stator slots using dovetail-shaped depressions near the radially inner ends of the slots with which wedges are engaged. The wedges exert radial forces on the anchor rods to counteract radial forces on the anchor rods that occur due to normal and abnormal magnetic and electrical forces acting on the anchor rods.
The "P" rods are usually arranged radially inward from the wedges between the wedges and the surface of the rotor and are firmly bonded in their position, for example using fiber or fiber tapes which are impregnated with a thermosetting resin in advance, which is hardened after the wrapping is attached. One such method for attaching "P" rods is described in U.S. Patent 4,385,252.
Attaching the "P" rods to the wedges has certain disadvantages. The necessary manual wrapping of the tapes at a distance of a few centimeters around the "P" rods and the wedges and the subsequent curing of the resin in the tapes requires additional work that is required to assemble the generator. In addition, after a generator has been in operation for a substantial period of time, the stator may require maintenance or inspection. Since the three "P" rods are attached to the wedges, changing the wedges in the three grooves containing the "P" rods requires cutting the wrapping tapes and removing the "P" rods before the wedges can be removed and replaced. In order to remove the "P" rods, their coolant line and winding heads must be cut.
Since the "P" rods have a cross-section on the order of approximately 2.5 or 5 cm and are approximately 6 m or more long, the risk of damage during dismantling is quite high. After new wedges have been installed, the "P" rods must be reinstalled in their position and cured. These disadvantages all contribute to high labor costs and / or adversely affect scheduling.
It is an object of the invention to provide means for securing "P" bars in a generator stator which do not suffer from the disadvantages described above. Furthermore, means are to be created for fastening "P" rods in a generator stator, in which the ends of the stator core are provided with an outer bevel. Furthermore, mounting bridges are to be created in order to absorb radial forces on the outer ends of the "P" rods and anchor rods, the central sections of which are fastened below wedges in dovetail-shaped grooves.
According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1 and 16.
Further preferred embodiments and their features result from the claims and the following description.
The invention will now be explained in more detail with reference to the description and drawing of exemplary embodiments.
1 is a simplified axial cross-sectional view of a dynamo-electric generator.
Figure 2 is an end view of a dynamoelectric generator showing the placement of "P" bars in its stator.
Figure 3 is a cross-sectional view of a stator groove showing the known external attachment of a "P" bar.
Fig. 4 is a cross-sectional view of an adjacent pair of stator slots cut along line IV-IV in Fig. 1 and shows the attachment of an anchor rod both with and without a "P" rod.
5 is a view of an end portion of a stator groove and shows how the tapered portion at the end of the stator cuts and eliminates the outer pair of grooves.
Fig.
6A-6E show cross sections after a section along the lines A-A and E-E in FIG. 5.
FIG. 7 is a top view of the section of the stator according to FIG. 5 which contains a carrier holder according to an exemplary embodiment of the invention.
8 is an exploded view of the carrier bracket according to an embodiment of the invention.
FIG. 9 is a sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 7.
Fig. 10 is an end view of the carrier bracket shown in Figs. 7-9.
1 shows a dynamoelectric generator 10 to which the present invention can be applied. The dynamoelectric generator 10 contains a stator 12 which has a stator core or a laminated core 14 which is constructed by stacking a large number of laminations made of magnetic material. The stacked sheets are pressed together in the axial direction by axial forces which are exerted on their ends by core flanges 15.
A plurality of anchor rods (not shown in FIG. 1) are arranged axially in grooves, not shown, in the radially inner surface of the stator 12. The anchor rods are connected to one another by winding heads 16 which protrude beyond the axial ends of the laminated core 14. The stator 12 forms an annular body with a cylindrical opening 18 on its axis, in which a rotor 20 is rotatably mounted, for example bearings 22 being used in a generator frame 24 which rotatably support the shafts 26 of the rotor 20.
In order to prevent the ends of the stator 12 from being heated by axial magnetic stray fields, an outer bevel 28 is provided on a few centimeters of the cylindrical opening 18 at both ends of the stator 12.
FIG. 2 shows a simplified cross-sectional view of the dynamoelectric generator 10. The rotor 12 is excited by a direct current excitation which is supplied to it in order to generate a magnetic field, which is indicated by an arrow 30. A large number of grooves are arranged in the radially inner surface of the stator 12, of which only the three stator grooves 32 are shown which contain "P" rods 34. When the rotor 20 is rotated in the direction shown by an engine (not shown), voltages are induced in the "P" bars by the rotation of the magnetic field. The induced voltages are 120 ° electrically out of phase in accordance with the physical or spatial spacing of the "P" rods 34. Of course, there are other arrangements than the above illustration of the rotor 20 with a single pair of magnetic poles.
For example, rotor 20 may also be wound to form two or more sets of angularly spaced magnetic poles. In such a generator, there is no correspondence between electrical degrees and spatial degrees. However, this does not matter for the device according to the exemplary embodiments of the invention described here.
First of all, a brief description of the attachment of a "P" rod 34 according to the aforementioned US Pat. No. 4,385,252 is given in order to provide additional background knowledge which contributes to an understanding of the present invention.
3, a stator groove 32 contains a pair or two anchor rods 36, of which only the upper or radially inner one is shown. The opposite sides of the stator groove 32 have dovetail-shaped grooves or slots 38 which receive a wedge 40 in order to securely fasten the anchor rods 36 in the stator groove 32. As can be seen from FIG. 3, the stator groove 32 extends radially inward a substantial distance beyond the upper surface 42 of the wedge 40. This space is empty in all stator slots 32, except for those that contain "P" bars 34.
The "P" rod 34 is suitably isolated and locked in one position in the stator groove 32 and, as described in more detail in the above-mentioned U.S. Patent No. 4,385,252, tied in place on the surface 42, with multiple straps 44 are used which lead around the top and sides of the "P" rod 34 and under part of the wedge 40. The tapes 44 are previously impregnated with a thermosetting resin which is cured after wrapping.
4 shows a stator slot 32 min according to an embodiment of the invention, which does not contain a “P” rod 34. An inner pair of dovetail slots 46 are located at the same radial positions that are taken by the dovetail slots 38 in FIG. 3. An outer pair of dovetail slots 48 are disposed radially inward of an inner pair of dovetail slots 46. A key 40 is held in an inner pair of dovetail slots 46 and secures the anchor rod 36 in place in the stator groove 32. FIG. 4 also shows a stator groove 32 which contains a "P" rod 34 and also anchor rods 36. The "P" rod 34 is arranged above or on the anchor rod 36 below the wedge 40.
In order to provide the required additional depth in the stator groove 32, the wedge 40 is arranged in an outer pair of dovetail-shaped slots or grooves 48. This ensures that the "P" rod 34 is held securely in place without the cost of attaching tapes and without having to disassemble the "P" rod 34 when the wedge 40 needs to be replaced.
In connection with FIG. 1 it becomes clear that the exemplary embodiment of the invention according to FIG. 4 does not cause any difficulties on the axially central section of the stator 12, but a problem arises in the area of the outer bevel 28. Since the outer pair of dovetail-shaped slots 48 come closer the radially inner end of the stator groove 32 is as the inner pair of dovetail slots 46, shortly after it starts, the outer bevel 28 cuts the outer pair of dovetail slots 48 and removes the bracket provided by the key 40. This is shown in FIG. 5 and the related cross-sectional views according to FIGS. 6A to 6E. The stator core or the laminated core 14 is constructed in sets of core packages 50 which are separated by gas channels 52 for the radial passage for cooling gas.
The gas channels 52 usually contain a plurality of double T-shaped parts which are held under pressure between their flanges by pressure forces which are exerted on the laminated core in the stator core 14. The outer bevel 28 is implemented over a plurality of core packages 50. For example, the core package 50a is a full depth core package, the cross-section A-A of which is shown in Figure 6A, has a normal amount of support material over the outer pair of dovetail grooves or slots 48a. The next core package 50b begins the outer bevel 28 by stepping down to a slightly shallower depth.
As shown in section B-B in FIG. 6B, the amount of material above the outer pair of dovetail grooves 48b is reduced, but may still contain enough material to provide essential support for a key 40. The next core package 50c is graded even further, so that little or no material remains above the outer pair of dovetail-shaped grooves or slots 48c (FIG. 6C) for holding the wedge 40. The next core package 50d is stepped down further, so that the wedge 40 cannot be held. The last outer core packet 50e is stepped with respect to the adjacent gas channel 52 and has additional diverging steps. It ends at a spacing block 54 which is clamped against the core package 50e by core flanges 15.
The inner pair of dovetail grooves 46, which are further from the end of the stator core 14, are relatively unaffected by the outer bevel 28 in the core packages 50a through d. The inner pair of dovetail slots 46e are cut through the outer bevel 28 in the core package 50e. This cut is made close enough to the axially outer end of the stator core 14 so that an external mounting of the winding overhangs (not shown) for an anchor rod 36 in a stator slot 32 min, which does not contain a "P" rod 34, may be sufficient to to overcome the relatively short, unsupported course within the stator core 14 beyond the cut of the inner pair of dovetail slots 46c through the outer bevel 28.
However, as previously stated, the ability of the outer pair of dovetail slots 48 to hold the wedge 40 is diminished and then completely eliminated at a substantial distance from the axially outer end of the stator core 14.
A spacer block extension 56 is provided on spaced spacer blocks 54 for supporting pegs 58, which are normally used to secure a gas seal (not shown) in the dynamoelectric generator. The use of a spacer block extension 56 and pin 58 will now be described.
FIG. 7 shows a top view of a stator core 14, in which a “P” rod 34 and the anchor rods 36 underneath are held in position by a carrier holder 60 according to an exemplary embodiment of the invention. The wedge 40 ends at a point in the core package 50a or in the core package 50b (a point is shown in the core package 50b) where appropriate support material remains in the outer pair of dovetail slots 48 (see FIGS. 5 and 6A or 6B). A wedge carrier 62 with the same cross-sectional shape as the wedge 40 is inserted into an outer pair of dovetail slots 48 and into contact with the end of the wedge 40.
A spacer block extension 56 is disposed on each side of the stator groove 32, with an inwardly extending portion 64 of each pin 58 projecting axially inward toward the center of the dynamoelectric generator 10. A yoke 66 includes two holes 67 which are on the inward portions 64 fit. The yoke 66 sits astride an outer end of the wedge carrier 62. A trapezoidal locking device 68 fits angularly into an angled groove or recess and is held in position by a pin 72. A band 74 is wrapped around each pin 58 and through a hole 76 in each side of the yoke 66 to hold the yoke 66 firmly against the spacer block extensions 56.
The axially inner end of the wedge carrier 62 is held down against the "P" rod 34 by engagement with an outer pair of dovetail slots 48 in the core package 50b. The axially outer end of the wedge carrier 62 is held down by the yoke 66 against the "P" rod 34. Thus, the "" P "rod 34 is fully secured in position under the wedge carrier 62.
8, in which the elements of the support bracket 60 are shown exploded for purposes of illustration, and in FIG. 9, in which the elements are shown assembled, the wedge support 62 includes an upper portion 78 having a generally rectangular cross-section and a lower portion 80 which has the angled flanges for engagement with the outer pair of dovetail slots 48 at the axially inner end of the wedge carrier 62. A tongue 82 with a flat upper surface 84 extends axially from the wedge carrier 62. An angular surface 86 connects an upper surface 88 of the upper portion 78 to the flat upper surface 84. Below the wedge carrier 62, a wave spring 90 is arranged to exert a substantial radial force which holds the "P" rod 34 in place holds.
The wave spring 90 is shown in its relaxed state in FIG. 8. In the installed state, the wave spring 90 is preferably completely continuously flattened between the wedge carrier 62 and the "P" rod 34, as shown in FIG. 9.
To prevent a high voltage insulation layer 92 on the "P" rod 34 from being damaged by contact with the wave spring 90, a hard, non-abradable filler tape 94 is disposed between the wave spring 90 and the "P" rod 34 .
As is shown in particular in FIG. 9, an angular surface 96 on the yoke 66 runs parallel to the angular surface 86 on the wedge carrier 62. The trapezoidal locking device 68 can thus slide between the angular surface 96 and the angular surface 86 or it is displaceable and prevented between them when set by pin 72, removal of the trapezoidal locking device 68.
When the stator core 14 is assembled, the studs 58 are typically welded or otherwise permanently attached to the spacer blocks 54 before the carrier bracket 60 is assembled. During the installation of the carrier holder 60, the wedge carrier 62 with the wave spring 90 and the non-abradable filler 94 below is inserted into the outer pair of dovetail slots 48. In order to expose the inner ends of the inwardly extending portions 64, the yoke 66 must be arranged to take up the space that will later be occupied by the trapezoidal locking device 68, and then the holes 67 are pushed onto the inwardly extending portions 64.
The inwardly projecting portions 64 preferably contain an uncured resin during assembly that is later cured to firmly secure the yoke 66 in place against the spacer block 54. After the yoke 66 is slid onto the inwardly projecting portions 64, the trapezoidal space left free by this assembly technique is filled by the trapezoidal locking device 68, which then provides axial support for the attachment of the yoke 66 and the wedge carrier 62 to assist in their final positions.
8 and 10, the yoke 66 contains two legs 98 which are connected to one another by a bridge 100 spanning the tongue 82. The legs 98 have angularly arranged surfaces 102, the angles of which generally correspond to the angles of the edges 104 of the flat upper surface 84. Thus, when the tongue 82 is held down by the bridge 100, the angled surfaces 102 and edges 104 tend to keep the axially outer end of the key carrier 62 properly centered over the stator groove 32.
The carrier bracket 60 is preferably made of a non-magnetic material and preferably of a non-metallic material. Except for the pins 58, which are made of stainless steel, all parts of the support bracket 60 are preferably made of a hard, high strength matrix of resin and fabric. The wedge carrier 62 and the yoke 66 are preferably made of glass fiber in a hardened epoxy resin. The wave spring 90 is also preferably made of fiberglass and epoxy selected from types that retain their elastic properties over time. The wave spring 90 can be replaced with corresponding means to exert a radial force on the "P" rod 34, such as a body made of elastomeric material or a spring with a moon-shaped cross section.
The fill tape 94 is selected for its ability to prevent damage to the high voltage insulation on the surface of the "P" rod 34. An organic fiber resin system, such as a cotton-phenol laminate, can be used for this purpose.
The orientation of the fabric in the wedge carrier 62 is preferably parallel to the axis of the wedge carrier 62 for best resistance to bending forces. The orientation of the fabric in yoke 66 is preferably perpendicular to the axis of wedge support 62. In another embodiment, wedge support 62 and yoke 66, instead of being made from two separate pieces, may be cast or otherwise in a single, unitary arrangement be trained. In a cast version of the invention, chopped fibers are preferably used to develop adequate strength in both the axial and vertical directions.