CH682963A5 - Statorkernbaugruppe und zugehöriges Verfahren. - Google Patents

Description

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CH 682 963 A5

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Statorkernbaugruppen gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein zugehöriges Verfahren gemäss Oberbegriff von Patentanspruch 7.

Derartige Statorkernbaugruppen werden für umlaufende Elektromaschinen verwendet, deren Stator aus einer Vielzahl von Statorkerngliedern oder Ankerschnitten besteht, die durch eine Vielzahl an Bolzen in einem Paket zusammengehalten werden, welche über den Umfang der Baugruppe verteilt sind und sich parallel zur Drehachse der Maschine erstrecken.

Die Statorkernglieder werden durch die Bolzen zusammengeklemmt, und es ist, vor allem beim Betrieb grosser Generatoren, essentiell, die Kraft, mittels derer die Statorglieder zusammengeklemmt werden, auf einem vorgegebenen Niveau zu halten. In bekannten Baugruppen ist es unmöglich, eine im wesentlichen konstante Klemmkraft aufrechtzuerhalten, da die Temperatur einer derartigen Maschine zwischen Start und normalem Betrieb starken Schwankungen unterliegt und geeignete Bolzenwerkstoffe erheblich höhere Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als Ankerschnitte aus Siliziumschichtstahl, die für gewöhnlich verwendet werden, um das Kernpaket zu bilden. Infolgedessen wird die Klemmkraft, mit der das Paket beaufschlagt wird, beim Betrieb zu gering, oder sie muss bei der Fertigung höher als gewünscht bemessen werden. Im ersteren Fall wird das erwünschte Niveau an Kernfestigkeit nicht aufrechterhalten; im letzteren Fall müssen die Konstruktionselemente des Statorkerns strengeren Festigkeitsansprüchen gerecht werden.

Da zudem eine derartige Statorkernbaugruppe oft bei niedrigen Temperaturen betrieben werden soll, muss die Baugruppe imstande sein, grösseren Belastungen standzuhalten, als jenen, die bei der Fertigung festgelegt werden.

Somit müssen bekannte Statorkernbaugruppen entweder «überkonstruiert» werden, um höheren Klemmbeiastungen als jenen, die für den reibungslosen Betrieb erforderlich sind, standzuhalten, oder es muss zugelassen werden, dass sie ohne optimale Festigkeit betrieben werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die temperaturabhängigen Schwankungen des Klemmdrucks, mit dem die Statorkernbaugruppe beaufschlagt wird, zu vermindern.

Eine besondere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Bolzenkonstruktion vorzusehen, welche ein Erreichen der oben erwähnten Zielsetzungen ermöglicht.

Die oben genannten und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäss in einer Statorkernbaugruppe, umfassend eine Vielzahl Ankerschnitte aus Stahl und eine Vielzahl Festhaltevorrichtungen einschliesslich Bolzen, welche die Ankerschnitte in einem Paket zusammenhalten, wobei die Bolzen aus einem Material gefertigt werden, das einen anderen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als das Material der Ankerschnitte, dadurch erreicht, dass die Bolzen aus Hohlrohren gebildet werden, und die Baugruppe weiters Temperaturregelmittel umfasst, um eine Flüssigkeit, die eine vorgewählte Temperatur aufweist, in das Innere der Rohre einzuleiten, mit dem Zweck, die temperaturabhängigen Schwankungen der Kompressionskraft zu minimieren, welche durch die Festhaltevorrichtung auf das Paket ausgeübt wird.

Die beiliegende Zeichnung ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfin-dungsgemässen Statorkernbaugruppe.

Die Zeichnung zeigt auf vereinfachte bildhafte Weise eine erfindungsgemässe Statorkernbaugruppe, die in einer umlaufenden Elektromaschine verwendet werden kann. Da die Baugruppe vom Aussehen her herkömmlichen Baugruppen praktisch gleicht, werden keine bestimmten Details dargestellt.

Die Statorkernbaugruppe besteht aus einem Paket 2 aus Statorkern-Ankerschnitten, oder Ankerblechen, die mittels einer Vielzahl an Bolzen 4 zusammengeklemmt sind, welche sich parallel zur Drehachse der Maschine erstrecken. Die Ankerschnitte bestehen vorzugsweise aus Siliziumstahl und die Bolzen 4 vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen, hoch belastbaren Stahl, der einen höheren Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als Siliziumstahl. Das Paket 2 wird durch Befestigungsmuttern 6, die am Ende jedes Bolzens 4 angeordnet sind, mit einer Kompressionskraft beaufschlagt.

Wenn sich die Temperatur der Statorkernbaugruppe verändert, konnte die auf das Paket 2 einwirkende Kompressionskraft konstant gehalten werden, wenn jede lineare Wärmeausdehnung oder -kontrakti-on des Pakets 2 gleich der linearen Wärmeausdehnung oder -kontraktion der Bolzen 4 in der Richtung der Maschinenachse ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Bolzen 4 als dickwandige Hohlrohre ausgebildet und die Enden des Durchgangsraumes durch jedes Rohr an eine Flüssigkeitsquelle 8 angeschlossen werden. Die Quelle 8 versorgt den Durchgangsraum jedes Bolzens 4, so dass die Bolzen 4 auf einer Temperatur gehalten werden, welche in den Bolzen 4 eine lineare Wärmeausdehnung oder -kontraktion herbeiführt, die jener des Pakets 4 in der Richtung der Maschinenachse gleicht.

Da sich der Wärmedehnungskoeffizient des für die Bolzen 4 verwendeten Werkstoffes von jenem des Stators 2 unterscheidet, müssen die Bolzen 4 auf eine Temperatur gebracht werden, die sich von jener des Stators 2 unterscheidet. Die gewünschte Beziehung zwischen diesen Temperaturen kann wie folgt dargestellt werden:

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^ST Am Am

Lst ~ aST^TST • Lg ~ aB^TB '

wobei sich das tiefgestellte ST auf den Stator 2 bezieht, sich das tiefgestellte B auf die Bolzen 4 bezieht, al die Veränderung der Abmessungen in Richtung der Maschinenachse als Funktion der Temperaturveränderung darstellt, wenn der Teil durch den anderen Teil nicht zurückgehalten wird,

L die entsprechende Abmessung des Teils bei einer Bezugstemperatur Tref darstellt, welche zum Beispiel normale Raumtemperatur sein kann,

a der lineare Wärmedehnungskoeffizient des Teiles ist, und AT den Temperaturunterschied zwischen Teil und Bezugstemperatur darstellt.

Angenommen, dass Lst = Lb sei, dann wird der erwünschte Zustand, nämlich aIst = aIb, eintreten, wenn:

ATß = -aB • ATst . (1)

Um diesen Zustand herbeizuführen, ist es lediglich notwendig, die Bolzen 4 auf die Temperatur Tb zu bringen, bei der

Tb = Tref + aTb wenn Tst = Tref + ATst.

Da <xst/ccb < 1, ist aTb/aTst < 1.

Mit anderen Worten, wenn Tst > Tref gilt,

Tß < tST'

während wenn Tgrj» < Tref gilt,

tb > tst d.h. aTst positiv ist, dann ist ist.

Die zu den Bolzen 4 herangeführte Flüssigkeit muss eine Temperatur zwischen Tref und Tst aufweisen, und die Bolzen 4 können dann durch Regelung von Durchfluss und/oder Temperatur der Flüssigkeit auf Tb gehalten werden.

Es ist beabsichtigt, die Erfindung in der Regel auf einfache Weise unter Zugrundelegung von Berechnungen oder vorhergehenden Beobachtungen der Nennbetriebstemperatur des Statorkerns einzusetzen. Mit diesen Informationen und Gleichung (1) als Grundlage wird der Durchfluss und/oder die Temperatur der Flüssigkeit, die an die Bolzen 4 herangeführt wird, eingestellt, um die Temperatur der Bolzen 4 im wesentlichen auf Tb zu halten.

Die Erfindung kann jedoch auch auf eine Weise realisiert werden, die den tatsächlichen Schwankungen der Statorkerntemperatur gerecht wird. Zu diesem Zweck ist zumindest ein Temperaturfühler 12 vorgesehen, um die Temperatur der Ankerbleche des Pakets 2 zu überwachen, und zumindest ein Temperaturfühler 14, um die Temperatur der Bolzen 4 zu überwachen. Die Fühler 12 und 14 liefern Temperatursignale an einen Regler 18, der auch mit der Quelle 8 gekoppelt ist und den Durchfluss und/oder die Temperatur der Flüssigkeit regelt, die durch die Durchgangsräume der Bolzen 4 fliesst, um einen Tß-Wert herzustellen und aufrechtzuerhalten, welcher der Gleichung (1) gerecht wird.

Konstruktion und Funktion des Reglers 18 können im Stand der Technik bekannten Prinzipien entsprechen und werden an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben.

Demnach wird in einer erfindungsgemässen Baugruppe eine konstante Festigkeit oder Kompressionskraft in bezug auf das Paket 2 über den gesamten Betriebstemperaturbereich der Maschine aufrechterhalten. Tatsächlich gestattet es die Erfindung, den Betriebstemperaturbereich in dem Mass zu vergrös-sern, in dem der zulässige Betriebstemperaturbereich durch Auswirkungen der Temperatur auf die Paketfestigkeit bestimmt wird.

Darüber hinaus bietet die Erfindung eine Reihe weiterer Vorteile. So kann beispielsweise der axiale Durchgangsraum in jedem Boizen 4 für die direkte Messung der Bolzenlange verwendet werden, um die tatsächlichen Veränderungen der Bolzenlänge zu ermitteln.

Durch die Durchgangsräume in den Bolzen 4 kann ein Kühlmedium durchgeleitet werden, um die Bolzen 4 auf eine Temperatur zu bringen, die niedriger als die durch die Gleichung (1) angezeigte ist, um eine Ausgangspaketfestigkeit auszugleichen, die niedriger als die gewünschte ist.

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Während des anfänglichen Festziehens können die Bolzen 4 erwärmt werden, um das anfängliche Festziehen zu erleichtern. Das Erwärmen kann mittels eines den Bolzen benachbarten Heizgeräts 20 oder mittels Durchleiten eines erwärmten Mediums durch den Bolzen 4 über die Quelle 8 realisiert werden.

Die Innenfläche jedes einen Bolzen 4 darstellenden Rohres kann an beiden Seiten des Bolzens 4 mit einem Innengewinde versehen sein, um auf ein Aussengewinde einer hydraulischen Spannvorrichtung zu passen. Dadurch kann auf die Notwendigkeit, jeden Bolzen länger auszubilden, als andernfalls für das Anbringen von Muttern 6 notwendig wäre, verzichtet werden, da die hydraulische Spannvorrichtung nicht die anfängliche Befestigung einer Mutter 6 am Bolzenende, an welches die hydraulische Spannvorrichtung angeschlossen ist, beeinträchtigt.

Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Rahmen des Erfindungsgedankens eher durch die beigefügten Patentansprüche beschrieben wird als durch die vorangehende Beschreibung. Daher sollen alle Abwandlungen, die unter den Sinn und den Bereich der Patentansprüche fallen, als darin eingeschlossen angesehen werden.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Statorkernbaugruppe, umfassend eine Vielzahl an Ankerschnitten (2) aus Stahl und eine Vielzahl Festhaltevorrichtungen (4, 6) einschliesslich Bolzen (4), welche die Ankerschnitte in einem Paket zusammenhalten und benachbarte Ankerschnitte gegeneinander drücken, wobei die Bolzen (4) aus einem Werkstoff bestehen, der einen unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist als jener der Ankerschnitte aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen (4) aus Hohlrohren (4) gebildet sind und die Statorkernbaugruppe zudem Temperaturregelmittel (8, 12, 14, 18) zum Einleiten einer Flüssigkeit mit einer vorgewählten Temperatur in das Innere der Rohre (4) umfasst, um die temperaturabhängigen Veränderungen der Kompressionskraft, welche die Festhaltevorrichtungen (4, 6) auf das Paket ausüben, zu minimieren.

2. Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelmittel (8, 12, 14, 18) dazu dienen, die Temperatur der Rohre (4) auf einen Wert Tb zu bringen, bei dem

ATß = — * ATST (1)

ist, wobei asT der lineare Wärmedehnungskoeffizient der Ankerschnitte aus Stahl ist,

aß der lineare Wärmedehnungskoeffizient der Hohlrohre ist, aTst die Abweichung in der Temperatur der Ankerschnitte aus Stahl von einer Bezugstemperatur ist, bei der die gewünschte Kompressionskraft erzeugt wird, und ATß die Abweichung in der Temperatur der Hohlrohre von einer Bezugstemperatur ist, bei der die gewünschte Kompressionskraft erzeugt wird.

3. Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelmittel Mittel (12, 14) zur Überwachung der Temperatur des Pakets und der Temperatur der Bolzen (4) umfassen sowie angeschlossene Flüssigkeitsregelmittel (18), die durch die an den Mitteln (12, 14) zur Überwachung abgelesenen Messwerte geregelt werden, um die in das Innere der Rohre (4) eingeleitete Flüssigkeit zu regeln.

4. Baugruppe nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsregelmittel (18) die Temperatur der Flüssigkeit regeln.

5. Baugruppe nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsregelmittel (18) die Durchflussmenge der Flüssigkeit regeln.

6. Baugruppe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erwärmen jedes Bolzens (4) vorgesehen sind.

7. Verfahren zum Regeln der Kompressionskraft, welche von einer Vielzahl von Bolzen (4) auf eine Statorkernbaugruppe ausgeübt wird, wobei die Statorkernbaugruppe eine Vielzahl an Ankerschnitten (2) umfasst, die durch die Bolzen (4) in einem Paket zusammengehalten und gegeneinander gedrückt werden, wobei jeder Bolzen (4) aus einem Hohlrohr (4) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Bolzen (4) und der Ankerschnitte überwacht wird, dass eine Flüssigkeit (8) durch jedes Hohlrohr (4) hindurchgeführt wird, und dass die Flüssigkeit (18) so geregelt wird, dass die temperaturabhängigen Veränderungen der Kompressionskräfte, welche die Bolzen (4) auf das Paket ausüben, minimiert werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Flüssigkeitsregelung (18) die Flüssigkeit auf eine vorgewählte Temperatur gebracht und die Durchflussmenge der Flüssigkeit durch jedes der Hohlrohre (4) geregelt wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsregelung (18) so ausgeführt wird, dass sich die Temperatur der Rohre (4) einem Wert Tb annähert, bei dem

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atb - — • ATst (î)

ist, wobei asT der lineare Wärmedehnungskoeffizient der Ankerschnitte aus Stahl ist,

aß der lineare Wärmedehnungskoeffizient der Hohlrohre ist,

aTst die Abweichung in der Temperatur der Ankerschnitte aus Stahl von einer Bezugstemperatur ist, bei der die gewünschte Kompressionskraft erzeugt wird, und

ATb die Abweichung in der Temperatur der Hohlrohre von einer Bezugstemperatur ist, bei der die gewünschte Kompressionskraft erzeugt wird.

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