DD243150A1

DD243150A1 - HYDROPOWER GENERATOR WITH AN ELASTIC CONNECTION BETWEEN THE STATOR BLEACH PACK AND HOUSING

Info

Publication number: DD243150A1
Application number: DD28329985A
Authority: DD
Inventors: Werner Von Nessen-Lapp
Original assignee: Hohenwarte Pumpspeicherwerke
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1987-02-18
Also published as: DD243150B1

Abstract

Die Erfindung ist anzuwenden bei Wasserkraftgeneratoren mit lotrechtem Rotor zur Reduzierung der Druckumfangsspannungen im Statorblechpaket auch im Rahmen einer Nachruestung. Sie soll die Bleche des Statorblechpaketes am Auskippen hindern und deren seitliche Fuehrung und die Kraftuebertragung in Umfangsrichtung gewaehrleisten. Das Kennzeichen besteht darin, dass aus Flachstahl bestehende Federbuegel (4) die Fuehrungsleisten (3) des Statorblechpaketes (5) mit den tragenden Gehaeusescheiben (1) verbinden. FigurThe invention is applicable to hydropower generators with vertical rotor for reducing the compressive compressive stresses in the laminated stator core also in the context of a retrofit. It is intended to prevent the plates of the laminated stator core from tipping over and to ensure their lateral guidance and power transmission in the circumferential direction. The distinguishing feature is that spring steel strips (4) consisting of flat steel connect the guide strips (3) of the laminated stator core (5) with the bearing housing washers (1). figure

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine konstruktive Lösung, die eine elastische Verbindung zwischen Statorblechpaket und dem Gehäuse des Ständers von Wasserkraftgeneratoren mit lotrechtem Rotor zur Reduzierung der Druckumfangsspannungen mit Statorblechpaket ermöglicht und nachträglich an bestehenden Wasserkraftgeneratoren eingebaut werden kann.The invention relates to a constructive solution that allows an elastic connection between the laminated stator core and the housing of the stator of hydropower generators with vertical rotor for reducing the pressure circumferential stresses with stator lamination stack and can be retrofitted to existing hydropower generators.

Characteristic of the known technical solutions

Das Statorblechpaket besteht aus einer Vielzahl geschichteter, dünner Bleche. Es weist an seinem Innendurchmesser Nuten mit rechteckigem Grundquerschnitt zur Aufnahme der Wicklungsstäbe auf. Am Außendurchmesser sind Schwalbenschwanznuten angeordnet, in die Führungsleisten eingreifen. Die Führungsleisten sind das Verbindungselement zwischen dem Statorblechpaket und dem Ständergehäuse.The laminated stator core consists of a large number of layered, thin sheets. It has at its inner diameter grooves with rectangular base cross-section for receiving the winding bars. At the outer diameter dovetail grooves are arranged, engage in the guide rails. The guide rails are the connecting element between the laminated stator core and the stator housing.

Für die konstruktive Gestaltung der Verbindung von Bleckpaket und Gehäuse sind verschiedene Formen bekannt. Bei einer annähernd starren Verbindung, z. B. durch am Gehäuse angeschweißte Führungsleisten, kommt es im Betrieb zu großen Druckumfangsspannungen im Blechpaket. Diese sind dadurch bedingt, daß sich das Blechpaket wesentlich stärker als das Gehäuse erwärmt und von diesem in seiner radialen Ausdehnung behindert wird.For the structural design of the connection of Bleckpaket and housing various forms are known. At an approximately rigid connection, z. B. by welded to the housing guide rails, it comes in operation to large pressure circumferential stresses in the laminated core. These are due to the fact that the laminated core is heated much more than the housing and is hindered by this in its radial extent.

Überschreiten die Druckumfangsspannungen bestimmte Grenzwerte (Stabilitätsgrenze), so kommt es zum Auskippen der Bleche des Blechpaketes, womit die axiale Deformation der Ständerbleche aus ihren Ebenen heraus bezeichnet wird. Die Größe der Stabilitätsgrenze, beider Auskippen auftritt, hängt neben geometrischen Parametern vor allem von der axialen Flächenpressung im Blechpaket ab. Die beim Auskippen auftretenden Deformationen haben sowohl elastische als auch plastische Anteile und führen zu einer akuten Gefährdung der Wicklungsisolationen, die bei den heute gebräuchlichen Kunstharzisolierungen wesentlich größer als bei den früher verwendeten Asphaltisolierungen ist.If the compressive peripheral stresses exceed certain limit values (stability limit), then the plates of the laminated core are tilted out, whereby the axial deformation of the stator laminations is designated from their planes. The size of the stability limit, both tipping occurs, in addition to geometric parameters depends mainly on the axial surface pressure in the laminated core. The deformations occurring when dumping have both elastic and plastic parts and lead to an acute endangerment of the winding insulation, which is much larger in today's conventional synthetic resin insulation than in the earlier used asphalt insulation.

Dieses veränderte Verhalten der Isolation muß insbesondere dann berücksichtigt werden, wenn bei der Neuwicklung an einer älteren Maschine eine Kunstharzisolierung verwendet werden soll und es an der Maschine im bisherigen Betrieb zum Auskippen der Bleche gekommen ist.This changed behavior of the insulation must be taken into account in particular if a synthetic resin insulation is to be used in the rewinding on an older machine and the machine has been tipped over in operation to date.

Ausführungen, bei denen die starr an das Gehäuse angeschweißten Führungsleisten an den Enden mit Gewindezapfen versehen sind, um damit die axiale Pressung im Blechpaket zu erzeugen und zu halten, haben sich als ungünstig erwiesen. Die sehr geringe Längenänderung der kurzen Gewindezapfen führt nach kurzer Betriebszeit zum Verlust der axialen Pressung im Blechpaket und damit zum Absinken der Stabilitätsgrenze.Embodiments in which the guide strips welded rigidly to the housing are provided with threaded pins at the ends in order to produce and hold the axial pressure in the laminated core have proved unfavorable. The very small change in length of the short threaded pin leads after a short period of operation to the loss of axial pressure in the laminated core and thus to the lowering of the stability limit.

Es sind Ausführungen bekannt, wo zwischen den Führungsleisten und den zugehörigen Nuten im Blech zur Verringerung der Umfangsspannung ein radiales Spiel belassen wird. Nachteilig wirkt sich dabei jedoch aus, daß bsi einer Radialbewegung infolge Erwärmung zwangsläufig auch ein Spiel in Umfangsrichtung auftritt, wodurch es bei unkontrollierten Bewegungen der Bleche ebenfalls zu Beschädigungen der Wicklung kommen kann. Diese Gefährdung ist insbesondere bei Vorliegen einer nicht ausreichenden axialen Pressung und einem die Richtung wechselnden Moment gegeben, wie es an Wasserkraftgeneratoren in Pumpspeichersätzen auftritt.There are known designs, where between the guide rails and the associated grooves in the sheet to reduce the hoop stress a radial clearance is left. A disadvantage, however, is that bsi a radial movement due to heating inevitably also occurs a game in the circumferential direction, which may also result in uncontrolled movements of the sheets to damage the winding. This risk is given in particular in the presence of an insufficient axial pressure and a direction changing moment, as occurs at hydroelectric generators in pump storage sets.

Für eine elastische Verbindung zwischen den Führungsleisten und dem Gehäuse zur Reduzierung der Druckspannungen im Statorblechpaket sind mehrere Lösungen bekannt. Für sehr große Wasserkraftgeneratoren mit einem Gehäuse in Form eines Betonringes sind in der DE-OS 2249978 (H 02 K, 1 /06) sowie in der CH-PS 409099 (21 d 1,47) konstruktive Lösungen fü r elastische Verbindungselemente angegeben.For an elastic connection between the guide rails and the housing for reducing the compressive stresses in the laminated stator core, several solutions are known. For very large hydropower generators with a housing in the form of a concrete ring constructive solutions are specified for elastic fasteners in DE-OS 2249978 (H 02 K, 1/06) and in CH-PS 409099 (21 d 1.47).

Elastische Glieder, mit deren Hilfe im Statorblechpaket Zugvorspannungen und im Betongehäuse Druckvorspannungen aufgebracht werden können, sind in der CH-PS 440435(21 d 1,47) angegeben. Verschiedene Möglichkeiten zur Aufbringung der Zugvorspannung im Statorblechpaket bei Stahlgehäusen sind in der CH-PS 553497 (H02 K, 1/18) aufgezeigt.Elastic members, with the aid of which tensile prestresses can be applied in the laminated stator core and pressure biases in the concrete housing, are given in German Pat. No. 440435 (21 d 1.47). Various possibilities for applying the tensile prestress in the laminated stator core in steel housings are shown in CH-PS 553497 (H02 K, 1/18).

Eine elastische Federung zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse, die radial genügend nachgiebig, tangential zwecks Einhaltung der Form genügend steif ist, wird auch in der DE-PS 903121 (21 d 1,47) beschrieben.An elastic suspension between the stator lamination and the housing, which is sufficiently flexible radially, tangentially enough for the sake of compliance with the shape is also described in DE-PS 903121 (21 d 1.47).

Mit der elastischen Federung wird dabei jedoch das Ziel verfolgt, eine Verminderung der Lärmabstrahlung bzw. eine Schwingungsisolation von elastischen Maschinen zu erreichen.With the elastic suspension, however, the goal is pursued to achieve a reduction of the noise emission or vibration isolation of elastic machines.

Allen angeführten, bekannten Lösungen einer elastischen Verbindung zwischen dem Statorblechpaket und dem Gehäuse ist gemeinsam, daß ihre nachträgliche Anwendung an einem bestehenden Wasserkraftgenerator bei Weiterverwendung des Statorblechpaketes und des Gehäuses aus Platzgründen nicht möglich ist. Die Anwendung einer Ringzugvorspannung im Statorblechpaket verlangt außerdem eine formschlüssige Verbindung der einzelnen Ständerbleche untereinander in Umfangsrichtung, die im allgemeinen nicht gegeben ist.Allen cited, known solutions of an elastic connection between the laminated stator core and the housing has in common that their subsequent application to an existing hydropower generator upon further use of the stator lamination and the housing for reasons of space is not possible. The application of a Ringzugvorspannung in Statorblechpaket also requires a positive connection of the individual stator plates with each other in the circumferential direction, which is generally not given.

Object of the invention

Mit der nachstehend beschriebenen Erfindung soll die Gefahr des Auskippens der Bleche des Statorblechpaketes vermieden werden, wobei die seitliche Führung der Bleche und die Kraftübertragung in Umfangsrichtung gewährleistet bleiben muß. Sie soll insbesondere an vorhandenen Wasserkraftgeneratoren nachträglich anwendbar sein, wenn z.B. bei einer Neuwicklung von einer Asphalt- zu einer Kunstharzisolierung übergegangen und dabei sowohl das Statorblechpaket als auch das Gehäuse weiterverwendet werden soll.With the invention described below, the risk of tilting of the sheets of stator laminated core is to be avoided, the lateral guidance of the sheets and the power transmission must remain ensured in the circumferential direction. It should in particular be applicable retroactively to existing hydropower generators, if e.g. in a rewinding of an asphalt to a synthetic resin insulation passed and thereby both the laminated stator core and the housing should be reused.

Explanation of the essence of the invention

Entsprechend der Zielstellung der Erfindung besteht die Aufgabe darin, anstelle der bisher vorhandenen starren Verbindung zwischen den Führungsleisten und dem Gehäuse elastische Verbindungselemente anzuordnen. Diese müssen in radialer Richtung eine geringe und in Umfangsrichtung eine große Steifigkeit aufweisen und die räumliche Zuordnung der Führungsleisten zum Gehäuse bei Einhaltung der erforderlichen Toleranz wahren.According to the objective of the invention, the object is to arrange elastic connecting elements instead of the previously existing rigid connection between the guide rails and the housing. These must have a low rigidity in the radial direction and a high degree of rigidity in the circumferential direction and should maintain the spatial assignment of the guide rails to the housing while maintaining the required tolerance.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß abgewickelte, aus Flachstahl bestehende Federbügel die Führungsleisten mit den tragenden Gehäusescheiben verbinden. Die Federbügel werden sowohl an den Führungsleisten als auch an den Gehäusescheiben angeschweißt. Die abgewinkelte Form der Federbügel löst das Platzproblem beim nachträglichen Einbau in bestehenden Maschinen und bietet mit seiner radialen Erstreckung einen zusätzlichen, variablen Parameter bei der beanspruchsgerechten Konstruktion.The solution of the problem is that unwound, consisting of flat steel spring clips connect the guide rails with the bearing housing washers. The spring clips are welded to both the guide rails and the housing discs. The angled shape of the spring clip solves the space problem when retrofitting in existing machines and offers with its radial extent an additional, variable parameter in the claim-compliant design.

Die Führungsleisten werden an den Enden ohne Gewindezapfen ausgeführt und nicht zur axialen Pressung des Bleckpaketes herangezogen. Diese Aufgabe wird separaten, durchgehenden Zugankern mit ausreichender Längenänderung zugeordnet. Die axiale Pressung des Statorblechpaketes wird gegenüber der Erstfertigung mindestens verdoppelt, um vorhandene Verformungen von Statorblechen auszugleichen.The guide rails are made at the ends without threaded pins and not used for axial pressing of Bleckpaketes. This task is assigned to separate, continuous tie rods with sufficient length change. The axial pressure of the laminated stator core is at least doubled compared to the initial production in order to compensate existing deformations of stator laminations.

Diese Lösung hat zur Folge, daß sich der Blechkörper bei Erwärmung radial verschieben kann, wobei in den Federbügeln nur geringe Reaktionskräfte geweckt werden. Damit bleiben auch die Druckumfangsspannungen im Statorblechpaket klein. Dadurch und durch die Erhöhung der Stabilitätsgrenze aufgrund der vergrößerten axialen Pressung wird ein erneutes Auskippender Statorbleche vermieden.This solution has the consequence that the sheet metal body can move radially when heated, whereby only small reaction forces are awakened in the spring clips. This also keeps the compressive compressive stresses in the laminated stator core small. As a result, and by increasing the stability limit due to the increased axial pressure, a renewed tilting of the stator laminations is avoided.

Bei der Relativbewegung zwischen Blechpaket und Gehäuse in radialer Richtung bleibt die seitliche Führung durch die Federbügel gewährleistet. Durch die wesentlich größere Biegesteifigkeit in Umfangsrichtung gegenüber der radialen Richtung wird die Drehmomentenübertragung einschließlich aller Sonderlastfälle gesichert, wobei zur Übertragung des Nennmomentes aufgrund der vergrößerten axialen Pressung bereits die Reibkräfte zwischen dem Statorblechpaket und der unteren Gehäusescheibe ausreichen.In the relative movement between the laminated core and the housing in the radial direction, the lateral guidance is ensured by the spring clip. Due to the much greater flexural rigidity in the circumferential direction relative to the radial direction, the torque transmission is secured including all special load cases, which are sufficient for transmitting the nominal torque due to the increased axial pressure already the frictional forces between the stator lamination and the lower housing disc.

Für die Federbügel wird Flachstahl mit Rechteckquerschnitt verwendet, wodurch die unterschiedlichen Biegesteifigkeiten leicht zu realisieren sind.For the spring clips flat steel is used with rectangular cross-section, whereby the different bending stiffnesses are easy to implement.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörenden Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: den Wasserkraftgenerator im Vertikalschnitt, rechtsseitige Hälfte,1: the hydropower generator in vertical section, right half,

Fig. 2: den Wasserkraftgenerator im Schnitt A-A nach Fig. 1 in Teildarstellung, Fig.3: einen Federbügel in vergrößerter Darstellung nach Fig. 1,2: the hydropower generator in section A-A according to FIG. 1 in a partial representation, FIG. 3: a spring clip in an enlarged illustration according to FIG. 1,

Fig.4: den Federbügel im Schnitt A-A nach Fig. 3,4 shows the spring clip in section A-A of FIG. 3,

Fig.5: den Wasserkraftgenerator im vergrößerten Schnitt A-A nach Fig. 1 in Teildarstellung nach dem 1. Montageschritt, Fig.6: das gleiche nach Fig.5 nach dem 2. Montageschritt.5 shows the hydropower generator in an enlarged section A-A according to FIG. 1 in a partial representation after the first assembly step, FIG. 6: the same according to FIG. 5 after the second assembly step.

Nach Fig. 1 und Fig. 2 weist das das Statorblechpaket 5 mit Wicklungsstäben 6 tragende Gehäuse 4 ringförmige Gehäusescheiben 1 auf und wird komplettiert durch den Gehäusemantel 2, die Stegbleche 8 sowie den Gehäusekopf 9 und den Gehäusefuß 10. Das Statorblechpaket 5 ist auf der unteren Gehäusescheibe 1 aufgesetzt und wird durch eine Anzahl Führungsleisten 3 über den Umfang in seiner Lage geführt und durch jeweils zwischen den Führungsleisten 3 angeordnete Spannbolzen 7 und die Preßplatten 11 axial zusammengedrückt. Das Statorblechpaket 5 nimmt in Nuten an ihrem Innendurchmesser die Wicklungsstäbe 6 auf. Jede Führungsleiste 3 ist durch sechs Federbügel 4 mit den Gehäusescheiben 1 verbunden. Nach Fig. 3 und Fig.4istein Federbügel 4 vergrößert dargestellt. Er weist einen Rechteckquerschnitt auf, dessen Hauptträgheitsachse radial orientiert ist, so daß in radialer Richtung eine geringe und Umfangsrichtung dagegen eine große Biegesteifigkeit vorliegt. Die Federbügel 4 sind sowohl an den Gehäusescheiben 1 als auch an der Führungsleiste 3 mit ihrem vollen Querschnitt angeschlossen. Die Federbügel 4 werden aus Flachstahl hergestellt. Sie werden warm gebogen. Die Federbügel 4 werden gemäß Fig.5 und Fig. 6 zunächst an der Führungsleiste 3 angeschweißt.According to Fig. 1 and Fig. 2, the stator laminated core 5 with winding rods 6 bearing housing 4 annular housing disks 1 and is completed by the housing shell 2, the web plates 8 and the housing head 9 and the housing foot 10. The stator lamination stack 5 is on the bottom Housing disc 1 is placed and is guided by a number of guide rails 3 over the circumference in its position and axially compressed by each arranged between the guide rails 3 clamping bolt 7 and the press plates 11. The laminated stator core 5 receives the winding bars 6 in grooves at its inner diameter. Each guide strip 3 is connected by six spring clips 4 with the housing disks 1. According to Fig. 3 and Fig.4istein Federbügel 4 is shown enlarged. It has a rectangular cross-section, the main axis of inertia is oriented radially, so that in the radial direction is a small and circumferential direction, however, a large bending stiffness. The spring clips 4 are connected both to the housing disks 1 and to the guide rail 3 with its full cross-section. The spring clip 4 are made of flat steel. They are bent warm. The spring clips 4 are first welded to the guide strip 3 according to FIG. 5 and FIG.

Zur Montage der Führungsleisten 3 werden zwei gleichartige Haltevorrichtungen 12 verwendet, die in Umfangsrichtung den Bereich von drei Führungsleisten 3 überdecken. In der Höhe werden die beiden Haltevorrichtungen 12 in einem ausreichend großen Abstand voneinander eingesetzt. Die Haltevorrichtungen 12 weisen jeweils drei schwalbenschwanzförmige Nuten auf.For mounting the guide rails 3, two identical holding devices 12 are used, which cover the area of three guide rails 3 in the circumferential direction. In height, the two holding devices 12 are inserted at a sufficiently large distance from each other. The holding devices 12 each have three dovetail-shaped grooves.

deren Abstände und Abmessungen den Statorblechen 5 angepaßt sind und für die auch die gleichen Toleranzen gelten.whose distances and dimensions are adapted to the stator plates 5 and apply to the same tolerances.

Im ersten Montageschritt wird zunächst jede zweite Führungsleiste 3 herausgetrennt, z. B. durch Ausschleifen der Schweißnähte.In the first assembly step, first every second guide bar 3 is separated out, for. B. by grinding the welds.

An diesen Stellen werden neue Führungsleisten 3 montiert, wobei jeweils eine neue Führungsleiste 3 mit bereits angeschweißten Federbügeln 4 mit Hilfe der Haltevorrichtungen 12 zwischen zwei noch vorhandenen, alten Führungsleisten 3 ausgerichtet und gehalten wird.At these points, new guide rails 3 are mounted, each with a new guide bar 3 is aligned and held with already welded spring clips 4 by means of the holders 12 between two existing, old guide rails 3.

Im zweiten Montageschritt werden dann die noch verbliebenen alten Führungsleisten 3 herausgetrennt und an deren Stelle ebenfalls neue Führungsleisten 3 mit Federbügeln 4 montiert, wobei jeweils im ersten Montageschritt angebrachten Führungsleisten 3 zur Ausrichtung der dazwischen liegenden verwendet werden. Die Haltevorrichtungen 12 können auch verwendet werden, wenn zwei benachbarte Führungsleisten 3 vorhanden sind und eine dritte, daneben liegende Führungsleiste 3 zu montieren ist, wie es bei einem geteilten Statorgehäuse im Teilfugenbereich notwendig wird.In the second assembly step, the remaining old guide rails 3 are then separated out and mounted in their place also new guide rails 3 with spring clips 4, each mounted in the first mounting step guide rails 3 are used to align the intervening. The holding devices 12 can also be used if two adjacent guide strips 3 are present and a third, adjacent guide strip 3 is to be mounted, as is necessary in a divided stator housing in the parting line area.

Die Erhöhung der axialen Pressung im Statorblechpaket 5 wird in der Hauptsache dadurch erreicht, daß die Preßplatten 11 verlängert werden und ihr Auflagerpunkt am Gehäuse nahe an den Gehäusemantel 2 verlegt werden. Damit erhöht sich der in das Blechpaket eingeleitete Anteil der von den Vorspannankern 7 aufgebrachten Kraft entscheidend, ohne das Gehäuse stärker zu belasten.The increase of the axial pressure in the laminated stator core 5 is achieved in the main by the fact that the press plates 11 are extended and their support point on the housing are moved close to the housing shell 2. Thus, the introduced into the laminated core portion of the force applied by the biasing armature 7 force increases significantly, without burdening the housing more.

Claims

Invention claim:

1. hydropower generator with an elastic connection between stator lamination stack (5) and housing, wherein the stator lamination stack (5) via guide rails (3) to housing discs (1) and the housing shell (2) is supported, characterized in that angled, made of flat steel Connect the spring clips (4) to the guide strips (3) of the laminated stator core (5) with the bearing housing washers (1).

2. Hydroelectric generator after Pkt.!, Characterized in that the spring clip (4) both to the guide rails (3) and to the housing discs (1) are welded.

3. Hydroelectric generator according to Pkt. 1 and 2, characterized in that the spring clip (4) made of flat steel with rectangular cross section and are arranged so that their small bending stiffness against radial forces and their high bending stiffness is directed against tangential forces.

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