CN103609001B - 用于发电机的转子盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发电机的转子盖（2），其中，该转子盖（2）至少部分地由纤维增强的塑料构成。本发明还涉及具有至少一个这种转子盖（2）的转子（1）和发电机（T）。本发明尤其可有利地应用于快速转动的涡轮式发电机。

Description

用于发电机的转子盖

本发明涉及一种用于发电机的转子盖。本发明也涉及带有这种转子盖的转子。本发明还涉及这种发电机。本发明尤其可有利地应用于快速转动的涡轮式发电机。

EP 1 628 382 Bl公开了一种用于发电机特别是涡轮式发电机的旋转子或转子。该转子具有在转子辊身中轴向地伸展的槽，这些槽带有嵌入的导体棒，这些导体棒借助楔子径向地支撑在所述槽中，且在转子辊身的端部上在转子绕组端部中相互电连接，其中，转子绕组端部分别用推靠到转子辊身端部上的转子盖遮盖，其中，在这些槽内分别在最上面的导体棒与楔子之间设置有电绝缘的顶盖通道，在转子辊身之外在所述顶盖通道上连接着布置在转子绕组端部与转子盖之间的盖绝缘物。此外，顶盖通道在转子辊身的端部处设有轴向台阶式端部，从盖绝缘物包夹环或多个盖绝缘区段，所述盖绝缘区段朝向转子辊身适当地设计，从而它们匹配于顶盖通道的轴向台阶式的端部，且转子盖直接推靠到盖绝缘物上。转子盖通常由高合金钢构成，例如埃森能量技术公司的氮合金的特种钢P900，其材料编号/DIN编号：1.3816，ASTM A 289，C级别。

由于研发的涡轮式发电机越来越大，希望转子盖具有特别高的强度、足够的成型特性，能够非磁化、耐腐蚀性和重量轻。在此，目前的缺点是，对转子盖的锻造和后续加工非常耗费时间，所用的高合金钢具有高昂的材料成本和制造成本。此外，由于货存有限，用于转子盖的特种钢不时地出现供货紧张。

本发明的目的是，提出一种用于发电机的转子盖，其至少部分地克服了现有技术的缺点。

所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。优选的实施方式特别是可由从属权利要求得到。

所述目的通过一种用于发电机的转子盖得以实现，其中，该转子盖至少部分地由纤维增强的塑料构成。

该转子盖具有的优点是，它至少部分地（即在它具有纤维增强的塑料之处）具有明显小于高合金钢（约为7.8g/cm³）的密度（例如约为1.5-1.6g/cm³），因而具有明显小的重量。由此明显减小了转子盖的固有离心力，在离心转速通常约为3000-3600 U/min的情况下，该固有离心力占据在转子盖上导致的应力的至多50%。此外，纤维增强的塑料具有明显高的单位强度特别是抗拉强度以及明显高的单位E-模量。由此例如可以减小壁厚，这更进一步地减轻了重量。此外，纤维增强的塑料具有负的热膨胀系数，由此在高温情况下将转子盖紧固到转子上。由此可以在工作中明显地抑制因热致收缩所引起的由离心力产生的转子盖扩展，这有助于可靠地定位转子盖。而对于目前的钢制转子盖来说，随着温度的升高，转子盖附加地扩展。纤维增强的塑料也非常耐腐蚀。另一个优点在于，纤维增强的塑料按照标准是非磁性的。却可以在纤维导电的情况下产生所希望的电阻尼特性。使用纤维增强的塑料能使得转子盖柔性地多样性地变形。生产成本和生产时间也可以显著地降低，因为省去了繁琐的锻造过程和后续加工过程。此外，在用纤维增强的塑料替代高合金钢的情况下，可以明显降低材料成本。纤维增强的塑料可毫无困难地充足地得到。

纤维增强的塑料也可以称为塑料基质/纤维-复合材料。

根据一种设计，纤维具有至少一个优先方向。由此可以在应力特别高的方向上实现特别高的强度，这降低了例如由于形成裂纹而出现失灵的概率，且提高了寿命。

根据一种设计，至少一个优先方向尤其至少主要包括转子盖的圆周方向。由此特别是可以考虑基于因离心力引起的圆周扩展的机械应力尤其拉应力。圆周方向尤其系指相对于转子盖的旋转轴线或纵轴线改变的方位角方向。

根据一种改进，至少一个优先方向恰好包括一个优先方向，纤维因而至少局部地单向朝向。由此可以在该优先方向上实现特别高的强度。

纤维尤其可以是（松散的）单向纤维，其作为纤维织造织物和/或纤维非织造织物存在或者被提供。

根据另一种设计，纤维具有碳纤维或者就是碳纤维。碳纤维具有的优点是，其能实现高强度的基质/纤维-复合材料、价格低廉、可广泛地获取、在制造时可以方便地操纵、还能导电。

根据另一种设计，纤维具有陶瓷纤维。陶瓷纤维具有抗拉性和延展性以及耐高温性特别高的优点。

陶瓷纤维尤其可以是氧化陶瓷纤维特别是氧化铝纤维或二氧化硅纤维。替代地或附加地，陶瓷纤维可以是非氧化的陶瓷纤维特别是碳化硅纤维。

根据另一种设计，纤维具有硼纤维。这种纤维具有极高的强度和刚度。

根据另一种改进，纤维具有芳族聚酰胺纤维。芳族聚酰胺纤维的特点是，强度很高、冲击韧性高、断裂延伸率高、减振性高以及对酸和碱液的耐受性高。而且它们非常耐热且防火。

根据另外一种设计，纤维嵌入由树脂特别是环氧树脂构成的塑料基质中。环氧树脂作为纤维的基质材料是众所公知的且可操纵。此外，环氧树脂强度高且化学稳定性高。但也可以采用其它塑料特别是热固性塑料。

转子盖的纤维增强的塑料例如可以通过丝线卷绕（细丝缠绕）、注射压缩模塑（也称为“树脂传递模塑”；RTM）和/或预浸渍工艺来制得。这些制造方法能实现灵活地有效地制取构件。

根据另外一种设计，转子盖完全由纤维增强的塑料制成。

还根据一种设计，转子盖的内侧面具有被设置成支撑面的嵌入环（内嵌物）。嵌入环的材料特别是具有比纤维增强的塑料低的电阻。由此可以防止在转子的不平衡负载作用下在转子盖中有流动的大电流导致转子盖上的温度过高。

因而将转子盖固定在转子上，使得纤维增强的塑料至少部分地通过嵌入环支撑在转子上。特别是将嵌入环设置用于支撑在转子的转子齿上。嵌入环的内侧面因而裸露，而外侧面与纤维增强的塑料接触。

根据一种改进，嵌入环由金属构成。由此可提供特别廉价的导电性好的金属嵌入环，特别是因为无需对金属提出高的机械要求。同时，通过使用嵌入环，能在转子盖的机械特性方面和简化应用方面有所改善。

根据一种特殊的设计，嵌入环由具有低含量合金的钢构成。这种嵌入环特别廉价，且具有足够小的单位电阻。

根据一种特殊的设计，嵌入环由铜或者含铜的合金构成。铜具有特别小的单位电阻。

还根据一种设计，嵌入环至少在其贴靠在纤维增强的塑料上的外侧面上设有导电能力高的特别是由银构成的层。由此可以改善在转子与转子盖嵌入环之间的电接触。由此也可以特别有效地调节转子盖的减振特性。

根据一种有利于简便且可靠地安装转子盖的设计，嵌入环在其内侧面上（即特别是在其与转子接触的接触面上）具有螺纹（即狭义下的螺纹或螺纹导程）。由此可以简便地将转子盖紧固。

根据一种有利于即使在螺纹紧密的情况下也能简便地固定转子盖的设计，螺纹是锥形的螺纹。

附加地或替代地，转子盖可以被设计用于产生卡锁连接。

替代于内侧的嵌入环，例如可以使用外侧的嵌入环。纤维增强的塑料例如也可以具有细金属线等。

所述目的还通过一种用于发电机特别是涡轮式发电机的转子得以实现，该转子具有至少一个如上所述的转子盖。所述转子具有与转子盖相同的优点，且可以类似地设计。

根据一种在嵌入环的内侧面具有螺纹的情况下有利的设计，在转子的转子齿接触面上有与嵌入环螺纹匹配的配合螺纹。所述配合螺纹（螺纹导程或螺纹）例如可以采用材料去蚀方法制得，或者通过将螺纹引导件粘接、拧紧、焊接或钎焊到转子齿的接触面上来制得。

根据一种改进，转子盖可通过附加的或替代的固定以第二拧紧件的形式（特别是锁紧螺母）固定在转子上。

转子还可以被设计用于与转子盖产生卡锁连接。

根据另一种设计，转子盖为了安装在转子上而起初被冷却，随后热装到转子上。这里利用的是，纤维增强的塑料至少在纤维方向上具有负的热膨胀系数，即随着温度的降低而膨胀。因此特别是在纤维基本上朝向圆周方向的情况下，转子盖适当地膨胀。在冷却状态下，由纤维增强的塑料构成的转子盖或其基体可以推靠到转子上（必要时推靠到嵌入环上）。通过随后的加热，转子盖或其基体被热装到转子上。该方法本身也可以视为具有创造性。

所述目的还通过一种发电机特别是涡轮式发电机得以实现，其具有至少一个转子或者具有至少一个如上所述的转子盖。所述发电机具有与转子盖和转子相同的优点，且可以类似地设计。

结合对实施例的示范性的如下说明，本发明的上述特性、特征和优点及其实现方式将清楚易懂，该实施例将结合附图予以详述。

该图以斜视图示出了涡轮式发电机T的转子1的一部分，即在转子盖2的区域中围绕纵轴线L的四分之一区段。转子盖2在其端侧F的区域中位于转子辊身3的一端上，且呈外壳状地包围绕组端部4。

转子盖2由用纤维增强塑料制成的基体5和用金属制成的布置在其端侧F的嵌入环6构成。嵌入环6的单位电阻因而小于用纤维增强塑料制成的基体5。

基体5的纤维增强塑料是碳纤维增强的环氧树脂，即一种带有布置在环氧基质中的碳纤维的复合材料。碳纤维基本上是单向朝向的，即在此基本上沿着转子盖2的圆周方向U伸展，如双箭头所示。

（例如由低合金钢或铜构成的）嵌入环6的内侧面7用作支撑在转子（除了转子盖2外）上的支撑面，确切地说，通常支撑在转子1的转子齿8上。嵌入环6例如可以在制造基体5时覆设碳纤维增强的塑料，或者被其包绕。嵌入环6在其内侧面7上具有螺纹9，所述螺纹与位于转子齿8的支撑面上的配合螺纹10处于啮合中。为了简便的固定，将螺纹9和配合螺纹10构造成锥形。

为了改善嵌入环6与基体5之间的电传导，嵌入环6的贴靠在基体5上的外侧面11设有银质层12。

基体的内侧面设有两个台阶，以便提供用于精确地定位嵌入环6的止挡。嵌入环6设有一个台阶，以便能实现精确地支撑在转子辊身3上。

尽管借助所示实施例详细地介绍并阐述了本发明，但本发明并不局限于此，在不偏离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从中得出其它变型设计。

Claims (18)

1.一种用于发电机（1）的转子盖（2），其特征在于，该转子盖（2）至少部分地由纤维增强的塑料构成，其中在转子盖（2）的端侧，转子盖（2）的内侧面具有被设置成支撑面的嵌入环（6），所述嵌入环具有比纤维增强的塑料小的单位电阻，其中，转子盖（2）被设计用于与转子产生卡锁连接。

2.如权利要求1所述的转子盖（2），其中，纤维具有至少一个优先方向。

3.如权利要求1或2所述的转子盖（2），其中，纤维具有碳纤维。

4.如权利要求1或2所述的转子盖（2），其中，纤维具有陶瓷纤维。

5.如权利要求1或2所述的转子盖（2），其中，纤维具有硼纤维。

6.如权利要求1或2所述的转子盖（2），其中，纤维嵌入由树脂构成的基质中。

7.如权利要求1所述的转子盖（2），其中，嵌入环（6）的内侧面（7）具有螺纹（9）。

8.如权利要求1或7所述的转子盖（2），其中，嵌入环（6）由铜构成，或者由具有低含量合金的钢构成。

9.如权利要求1或7所述的转子盖（2），其中，嵌入环（6）在其贴靠在纤维增强的塑料上的外侧面（11）上设有银质层（12）。

10.如权利要求2所述的转子盖（2），其中，所述至少一个优先方向至少包括转子盖（2）的圆周方向（U）。

11.如权利要求4所述的转子盖（2），其中，所述陶瓷纤维为氧化铝纤维。

12.如权利要求6所述的转子盖（2），其中，所述树脂为环氧树脂。

13.如权利要求7所述的转子盖（2），其中，所述螺纹（9）为锥形螺纹。

14.一种用于发电机（T）的转子（1），该转子具有至少一个转子盖（2），其特征在于，至少一个转子盖（2）是根据前述权利要求中任一项的转子盖（2）。

15.如权利要求14所述的转子（1），带有根据权利要求8的转子盖（2），其中，在转子齿（8）的接触面上有与嵌入环（6）的螺纹（9）匹配的配合螺纹（10）。

16.如权利要求14所述的转子（1），其中，转子盖（2）为了安装在转子（1）上而起初被冷却，随后热装到转子（1）上。

17.一种发电机（T），具有至少一个转子（1），其特征在于，所述至少一个转子（1）是根据权利要求14-16中任一项的转子（1）。

18.如权利要求17所述的发电机（T），其中，所述发电机（T）为涡轮式发电机。