CN1110023A - 电机定子绕组线匝端部的固定装置 - Google Patents

Abstract

汽轮发电机的绕组端部支撑包括内环(12)，直接 或经过插入隔层(14)紧贴于定子绕组(4、5)的线匝端 部，它扩展成内锥形；还包括一个多部件的外支撑，包 括有环(9、27)和支承支架(7)。支承支架(7)被装到 叠片铁芯的定子铁芯端板(3)的端部上。由绝缘材料 制成的第一外环(9)紧贴于支承支架(7)自由端外 侧。第二外环(27)被支持于定子铁芯端板(3)的台肩 (26)上，在支承支架(7)的向内表面(18、19)和线匝端 部之间有双楔夹紧装置(16、17、20)。

Description

本发明涉及电机定子绕组线匝端部的固定装置，电机包括转子、定子和定子机座，定子有叠片铁芯，在其端部设有定子铁芯端板，布置在叠片铁芯的槽中的定子绕组有底部导条和顶部导条，而其端部在轴向突出在叠片铁芯之外，其固定器具有内环，直接或通过中间隔层而紧贴在定子绕组线匝端部，其端部扩展成内锥形，固定器还具有包括了环和支承支架的多部件外支撑，该支承支架连接于叠片铁芯的端部。

这方面，本发明引用了例如在EP-A-0432720或US-A-5140740中所公开的现有技术，内容上两者相同。

将汽轮发电机定子绕组的绕端（绕组端部）固定牢会因为这些绕组端部所受的巨大应力而造成某些问题。这些应力的来源在于电磁力的影响，特别是在短路情况下，还在于振动现象和在运行中因定子导条的热膨胀与定子铁的热膨胀的差异。这些负荷迟早会造成松脱及摩损现象，最终造成接地和短路。

已有一些系统引入来改进大电机绕组端部的强度，这些系统的多数用一个由绝缘材料做成的整环作为中心支撑部件。

在根据德国专利申请公开文件DE-OS1613125号的电机定子绕组线匝端部固定装置中，外环从外侧紧贴线匝端部外层部分。与外环独立的内环顶在线匝端部的内层上。为了防止两个彼此相对轴向移动，设有包围线匝端部的C形弓状部件来连接这二个环。此二环以螺栓固定到轴向延伸的固定器上，固定器则固定于定子叠片铁芯的端面上。

根据美国专利US-PS4800314号的绕组端部固定器只用一个外环。绕组端部用楔块楔牢并结合成组，用绑带固定到此外环上。

另一种解决支撑问题的方案，特别是在想要翻新改型时，是内容上相同的US-A-5140740及EP-A-0432720的主题。那里所提出的固定器有一内环，紧贴着其端部扩展成内锥形的定子绕组线匝端部。外部支撑则由至少二部分的环或者由在圆周方向延伸的几个支承楔组成并互相连接起来。

连接在内环及外环或在支承楔上的拉杆用来连接内环及外部支撑。作为替代的办法，在已知的方案中，外环和拉杆可分开配置（图4）。和绕组端部的端弓一起，通过插入夹紧楔，内环被支持在连接于定子叠片铁芯端部的支撑上。此二个替换例的缺点是当绕组端部单元变松时，要费很大力气才能再予紧固。

所有已知的实例中共同的是外部支撑都由环提供。此种环在旋转的电磁力作用之下膨胀变成椭圆形，因而只有部分起到其支撑作用。

因此，本发明的一个目的是提供一个一开始就提到过的那种新的固定器，它能经济地和简单地制造，可靠地承受住所有曾提到的类型的运行应力，尤其是，在有了任何松动后可以被重新紧固，这种松动在绕组端部单元中是可能发生的。

此目的按照本发明可用以下办法达到：提供第一外环紧贴支承支架自由端的外侧;提供第二外环至少部分支持在定子铁芯端板的台肩上;将第二外环装在支承支架上;以及在支承支架向内表面和线匝端部之间提供夹紧装置。

两个外环的布置和紧固，连同内环及夹紧装置形成一种抗振绕组端部结构。将第二外环支持在定子铁芯端板上使所述端板在短路情况下实际上不可能因径向向外负荷的作用而膨胀。它能被加载到达到屈服点。径向振动分量从而被限制到非常小的幅度。第一外环也因此事实而受益，受在径向非常刚硬的支承支架所限制而不易成椭圆。由于绕组端部的外支承现在非常刚硬，绕组导条的实际楔牢是很简单的：在内环已被压入并且轴向被固定好之后，布置在绕组导条之间的夹紧装置便起作用。这使整个绕组端部单元成为一振动非常小的结构，能承受所有运行应力，特别是在短路情况下。在定子机座上的附加支撑基本上不需要。然而，它可以被考虑为一种附加措施且很容易实施，例如，用轴向柔软的板簧径向向内延伸，一方面它连结于第一外环，另一方面，连结于定子机座。

本发明的一个特别进展是第二外环最好不在其全部内圆周上而只是其部分宽度上（典型地为环宽度的1/5到1/3）支持在定子铁芯端板的台肩上。这承受面已证实是足够的。

在大型电机中，特别是长度特别长的电机中，在线匝端部和定子叠片铁芯之间发生不可避免的由热导致的轴向位移。不加专门预防，这会使绕组端部受到不必要的应力。由此原因，在本发明的又一有益的进展中采取了预防措施将支承支架经插入轴向作用的板簧而装到叠片铁芯的端部上并在第二外环和定子铁芯端板的端面之间加有弹簧装置。所述的轴向作用的板簧和这些弹簧装置，例如盘形（贝氏）弹簧组件一起能产生足够高的轴向预负载力。它作用在绕组端部和定子叠片铁芯之间并补偿了绕组端部相对于定子叠片铁芯的由热导致的轴向位移。这样，带有两个绕组端部的整个定子绕组以相对于定子叠片铁芯能弹性地复原方式被固定起来，由热导致的膨胀不会使单元松散。弹簧行程对此来说几毫米已足够。

对本发明及由此的若干其他优点更全面的理解通过参阅以下结合附图所作的详细叙述能容易得到，同时将会变得更清楚，这些附图是：

图1表示经过汽轮发电机（turbo-generator）前端部的简化纵剖面图;

图1A表示图1中X部分的细节;

图2表示定子端面高度简化的视图;

图3表示按照图1沿AA线的关于支承支架在定子铁芯端板上可弹性复原的安装局部剖面图。

现参看附图，其中同样的标号表示各图中相同的或相应的部件，按照图1的通过汽轮发电机的前端部（N端或激磁机端）的简化纵剖面中，标号1是转子，2是定子叠片铁芯，3是其铁芯端板。定子绕组包括底部导条4及顶部导条5，其端部即所谓端弓从定子叠片铁芯2突出，在电气和机械上用并头套6（eyes）互相连接起来。全部端弓构成绕组端部。

为支持绕组端部于外侧，提供了装在定子铁芯端板上的支承支架7，其分布在图2上可见。这些支架在其定子一侧有径向突起8。整片的环9是L形断面，由绝缘材料制成，以下将称之为第一外环，紧贴支承支架7自由端外侧。在它的径向向内指的腿部9a处第一外环装到支承支架7的端面上。第一环和支承支架7上的径向突起8之间的空间用来放置环状导线11，环状导线用隔块10分开。

由绝缘材料，例如玻璃纤维增强塑料制成的内环12插入由顶部导条5限定的扩展成内锥状的空间内，并用止动件13轴向固定。定子绕组的底部导条4通过插入由例如玻璃纤维垫或散乱纤维织垫构成的绝缘隔层14而被支承在内环12上。由绝缘材料制成的楔形填充片15被插入底部及顶部导条4和5之间，它实际上被分布在绕组端部的整个轴向突出部。

底部及顶部导条藉两个可互相相对地移动的楔16、17所构成的双楔部件来楔紧，楔16和17上设有螺纹孔并有相反的楔形表面，它们与支承支架7上同样的相反的楔形表面18、19相互作用。此二楔可用螺栓20紧固。由绝缘材料制成的隔层21可防止底部导条4的绝缘被损坏。由隔层21、底部导条4、填充片15、顶部导条5和隔层14组成的结构用螺栓紧固办法联结在支承支架7及内环12上。

如在开头已解释，在汽轮发电机运行时，特别是启动阶段及长度很长的电机，在定子绕组4、5（由带绝缘的铜导线组成）和定子叠片铁芯2之间发生由热导致的相对运动。这意味着绕组端部单元不得刚性地连接在定子叠片铁芯2上，否则就会发生绕组端部单元松散及损坏导体绝缘。因此，支承支架7不直接装在定子叠片铁芯2端面上，或者，更精确地说，不直接装到定子铁芯端板3上，而是通过插入补偿部件来安装。在实例中，使用U形垫板22，在它们的中心处用螺栓24通过插入垫片23而紧固到定子铁芯端板3上，形成间隙S₁。支承支架7被插入相邻垫板22在圆周方向上的腿22a之间的空间内，并被用螺栓25及螺母紧固在其上。在此种布置中，在定子铁芯端板侧的支承支架的端面并不延伸到定子铁芯端板的端面处。这样，在垫片23两边的垫板部分起着轴向动作的板簧作用并允许支承支架7和定子铁芯端板3之间的相对运动，也因此允许与定子叠片铁芯2之间作相对运动。此弹簧行程是在定子叠片铁芯2的方向上由垫片23的厚度所决定。

不用附加的支承措施，这种柔性会降低整个绕组端部单元的刚性。这就是本发明所要解决的问题。按照本发明，定子铁芯端板3在外圆周处离开定子叠片铁芯2的这一边上设有台肩26，它的上面有第二外环27，它至少部分地靠在其上（参见图1及X处细部见图1A）。外环由像用在转子端盖的那种高强度非磁性钢制成。在内周处设有转角槽28。在此转角槽28的径向延伸的表面29a和定子铁芯端板3的端面30之间留有间隙S₂，它至少应同垫板22与定子铁芯端板3之间的间隙S₁一样大。

布置在第二外环27朝定子叠片铁芯一侧的面和铁芯端板3上台肩26的径向延伸的表面31之间的是弹簧装置，它一般标为32，其结构从图1A的详细图中可以看出。它围绕着全部圆周均匀地分布。环状螺母33贴在第二外环27的所述表面上。帽盖35置于盘形（贝式）弹簧部件34之上并以轴向可移动的方式用螺栓固定到第二外环27上，从而用螺栓36预施负荷。外环27与帽盖35间的间隙S₃等于或只稍大于表面29a和30之间的间隙S₂。

第二外环27用螺栓37紧固于支承支架7上。第一外环9用拉紧螺栓38连结于第二外环27上。此结构允许整个绕组端部单元相对于定子叠片铁芯逆着轴向板簧（U形垫板22）和弹簧组件34的弹性力作有限的轴向移动，但在径向非常刚硬，因为第二外环在短路情况下只能膨胀，而它不会变椭圆形，因为它是靠在台肩26上的。

假如像图1中所示，第一外环9通过径向延伸的板39连接到定子机座40上，可以使绕组端部达到更大的径向增强。这些板39在轴向可起软板簧的作用而径向则是刚硬的。板39均匀分布于机座的圆周上，或者分别固定于第一外环9，或者用拉紧螺栓38固定。

显然，对本发明根据以上技术作若干修改和变更是可能的。因此不言而喻在所附的权利要求书范围之内本发明可以超越在这里特别描述的那样来实施。

Claims (7)

1、一种固定电机中定子绕组线匝端部的装置，电机包括：转子、定子和定子机座；该定子有叠片铁芯并在其端部有定子铁芯端板；在叠片铁芯的槽内布置有定子绕组，它有底部导条及顶部导条，它们的端部轴向地突出于叠片铁芯之外；固定器有内环，它直接地或通过插入中间隔层紧贴定子绕组的线匝端部，它扩展成内锥形；有多部件的外支撑，包括环和支承支架，该支承支架装在叠片铁芯的定子铁芯端板的端部上；其特征是其中设有第一外环紧贴支承支架自由端的外侧；还设有第二外环，支持在定子铁芯端板的台肩上；第二外环装在支承支架上；夹紧装置设在支承支架的向内表面和线匝端部之间。

2、根据权利要求1的装置，其特征是其中支承支架经插入板簧装到叠片铁芯端部。

3、根据权利要求2的装置，其特征是其中板簧由U形垫板组成，在板的中心处经插入垫片而紧固于定子叠片铁芯上;支承支架被紧固到各U形垫板的腿上。

4、根据权利要求1到3中任一个的装置，其特征是在第二外环和定子铁芯端板之间设有轴向起作用的弹簧装置。

5、根据权利要求4的装置，其特征是弹簧装置包括盘形（贝式）弹簧组件，它沿环的圆周均匀分布;每一个由帽盖包围;帽盖以轴向可移动的方式连结到第二外环上。

6、根据权利要求1到5中任何一个装置，其特征是其中第二外环在内圆周处有转角槽，该槽有径向延伸的表面，在它和定子铁芯端板的端面之间空出一个间隙，而其另一个表面直接靠在定子铁芯端板的台肩上。

7、根据权利要求1到6中任何一个装置，其特征是其中夹紧装置有带相反的楔面的双楔部件，该楔面和在支承支架上相反的楔面互相作用。

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