DE1146185B

DE1146185B - Protection against axial displacement of the winding caps on the runners of electrical machines

Info

Publication number: DE1146185B
Application number: DEL35705A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Blaesius; Dietrich Lambrecht
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1960-03-23
Publication date: 1963-03-28
Also published as: CH387769A

Description

Sicherung gegen axiale Verschiebung der Wicklungskappen an Läufern elektrischer Maschinen Die Erfindung betrifft eine Sicherung von Wicklungskappen an schnellaufenden elektrischen Maschinen, insbesondere von Wicklungskappen an Turbogeneratoren.Protection against axial displacement of the winding caps on the rotors electrical machines The invention relates to a fuse for winding caps on high-speed electrical machines, in particular on winding caps on turbo generators.

Die aus dem aktiven Eisen von schnellaufenden elektrischen Maschinen herausragenden Wickelköpfe stützen sich gegen die starken Fliehkräfte an den Wicklungskappen in radialer Richtung ab. Hinzu kommen die in axiale Richtung schiebenden Kräfte, die durch Längsdehnung der Leiter als Folge von Erwärmung an den Wicklungskappen wirken.Those made from the active iron of high-speed electrical machines protruding winding heads support themselves against the strong centrifugal forces on the winding caps in the radial direction. Added to this are the forces pushing in the axial direction, caused by elongation of the conductors as a result of heating at the winding caps works.

Bisher war es üblich, jede Wicklungskappe auf den über die Wickelköpfe hinausragenden Enden der Maschinenwelle und auf dem Ballenende festzuschrumpfen. Dieser Anordnung haftete der große Nachteil an, daß die beidseitig festgeschrumpften Wicklungskappen die biegeelastischen Wellenschenkel starr überbrückten, was zu starken zusätzlichen Beanspruchungen in den Wicklungskappen führte bzw. die Laufruhe des Induktors herabsetzte. Zur Behebung dieses Nachteiles hat man jeweils zwischen den beiden Schrumpfsitzen eine Trennfuge vorgesehen.Previously it was common practice to put each winding cap on over the winding heads protruding ends of the machine shaft and to shrink tight on the end of the bale. This arrangement had the major disadvantage that the two-sided shrunk Winding caps rigidly bridged the flexurally elastic shaft legs, resulting in strong ones additional stresses in the winding caps or the smoothness of the Inductor. To remedy this disadvantage you have between the a parting line is provided for both shrink seats.

Die neuere Entwicklung verzichtet ganz auf die Schrumpfsitze auf den Wellenschenkeln und sieht nur noch eine Befestigung der Wicklungskappen an den Ballenenden des Läufers vor. Diese Befestigungen bestehen aus vergrößerten Schrumpfsitzen und aus Sicherungen, die trotz hoher Beanspruchungen durch Flieh- und Schubkräfte sowie durch Schwingungen jede Änderung der Lage der Wicklungskappen, die ja mindestens eine starke Unwucht hervorruft, verhindern sollen.The newer development completely dispenses with the shrink fit on the Shaft legs and only sees one attachment of the winding caps to the barrel ends of the runner. These fastenings consist of enlarged shrink fits and from fuses, which despite high loads from centrifugal and thrust forces as well as any change in the position of the winding caps due to vibrations, at least that is causes a strong imbalance, should prevent.

Als Sicherungen sind schon Bajonettverhakungen bekanntgeworden. Axiale Nasen auf den Ballenenden und an den Innenseiten der Wicklungskappen greifen dabei in entsprechende axial gerichtete Nuten im Gegenstück ein und verbinden die beiden Teile nach einer Drehung um eine Teilung dieser Nuten formschlüssig, wobei die Keilwirkung an den Nasen der Wicklungskappen eine zusätzliche Spannungserhöhung hervorruft. Allen Bajonettverhakungen haftet der schwerwiegende Nachteil an, daß sie umfangreiche Fräsarbeiten an den Wicklungskappen erfordern. Um elektrische Verluste durch ein zusätzliches Magnetstreufeld im Bereich der Kappen zu vermeiden, werden diese aus nichtmagnetisierbarem austenitischem Stahl hergestellt, der infolge seiner hohen Mechanischen Festigkeit durch Fräsen oder Bohren fast nicht mehr zu bearbeiten ist. Am einfachsten von Alen Bearbeitungsarten gestaltet sich noch das Drehen. Es ist ebenfalls bereits vorgeschlagen worden, die Wicklungskappen mit dem Ballenende des Läufers zu verschrauben.Bayonet catches have already become known as fuses. Axial Lugs on the ends of the bale and on the inside of the winding caps grip into corresponding axially directed grooves in the counterpart and connect the two After a rotation by one division of these grooves, parts form-fit, with the wedge effect causes an additional increase in voltage at the noses of the winding caps. All bayonet catches have the serious disadvantage that they are extensive Require milling work on the winding caps. To avoid electrical losses through a To avoid additional magnetic stray field in the area of the caps, these are made made of non-magnetizable austenitic steel, which due to its high Mechanical strength by milling or drilling is almost impossible to process. The easiest of all types of machining is turning. It is has also already been proposed, the winding caps with the ball end of the To screw the rotor.

Es sind W icklungskappenkonstruktionen bekannt, bei denen die Wicklungskappe aus einem zylindrischen Teil, der den Wickelkopfraum in Umfangsrichtung abdeckt, und aus einem ebenen Ring besteht, der den Wickelkopfraum in axialer Richtung verschließt. Um ein Verschieben beider Wicklungskappenteile bei Axialschub gegeneinander zu verhindern, werden beide Teile durch einen auf der Innenseite des zylindrischen Teiles der Wicklungskappe angebrachten Sprengring gegeneinander gesichert. Diese Anordnung hat jedoch den großen Nachteil, daß der Sprengring nur sehr schlecht zugänglich ist.Winding cap constructions are known in which the winding cap from a cylindrical part, which covers the winding head space in the circumferential direction, and consists of a flat ring which closes the winding head space in the axial direction. In order to prevent the two winding cap parts from shifting against each other in the event of axial thrust, Both parts are replaced by one on the inside of the cylindrical part of the winding cap attached snap ring secured against each other. However, this arrangement has the great disadvantage that the snap ring is very difficult to access.

Zur Sicherung der Wicklungskappen an Läufern elektrischer Maschinen, insbesondere an Läufern von Turbogeneratoren, bei denen die Wicklungskappen vorzugsweise nur an einem ihrer Enden auf den Läufer geschrumpft sind, schlägt die Erfindung vor, daß das läuferseitige Ende jeder Wicklungskappe jeweils den gleichen Durchmesser hat wie das. Ende des Läuferballens und daß neben den Enden von Läuferballen und Wicklungskappe in Umfangsrichtung äußere Ringnuten verlaufen, in die, die Stoßstellen zwischen Wicklungskappe und Läuferballen überbrückend, radial nach innen ragende Vorsprünge eines Ringes eingreifen.To secure the winding caps on rotors of electrical machines, especially on rotors of turbo generators, where the winding caps are preferably are only shrunk onto the runner at one of their ends, the invention suggests before that the rotor-side end of each winding cap each have the same diameter has like that. The end of the ball of the runner and that next to the ends of the ball of the runner and Winding cap run in the circumferential direction of the outer ring grooves into which the joints bridging between winding cap and rotor ball, protruding radially inward Engage projections of a ring.

Die Ringe lassen sich während des Aufschrumpfens der Wicklungskappen oder nach dem Aufschrumpfen anbringen und werden zweckmäßig etwa durch Keile in axialen Nuten des Läuferballens und der Ringe gegen Verdrehen gesichert. Erfindungsgemäß in erwärmtem Zustand angebracht, schrumpfen sie jeweils auf einen Ballenende des Läufers und einem hallenseitigen Ende der Wicklungskappe fest. Bestehen die Ringe aus je zwei Halbringen, aus mehreren Ringsegmenten oder einem Sprengring; so sind diese gegen Fliehkräfte zu sichern. Als Sicherung gegen Fliehkräfte eignen sich Schrumpfringe, die die einzelnen Teile der Ringe umschließen und durch die Schrumpfkräfte eine gute Verspannung mit Läufer und Wicklungskappen erzielen. Eine formschlüssige Verbindung der Wicklungskappen mit den Läuferenden kommt durch Vorsprünge an den Ringen zustande, die in entsprechende Vertiefungen in den Ballenenden des Läufers und in den hallenseitigen Enden der Wicklungskappen eingreifen.The rings can be removed while the winding caps are being shrunk on or attach after shrinking on and are expediently inserted using wedges, for example axial grooves of the rotor ball and the rings secured against twisting. According to the invention attached in a heated state, they each shrink on one Ball end of the rotor and a hall-side end of the winding cap. Exist the rings each consist of two half-rings, of several ring segments or a snap ring; so these are to be secured against centrifugal forces. Suitable as a safeguard against centrifugal forces shrink rings that enclose the individual parts of the rings and through the Shrinkage forces achieve good bracing with the rotor and winding caps. One form-fitting connection of the winding caps with the rotor ends comes from projections on the rings, which are inserted into corresponding depressions in the ball ends of the Runner and engage in the hall-side ends of the winding caps.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den dargestellten Ausführungsbeispielen hervor. Die Fig. 1 zeigt eine übersicht mit dem Läuferballen 11, auf den bei 12 die Wicklungskappe 13 geschrumpft ist. Der Ring 14, den der Schrumpfring 15 zusätzlich gegen Fliehkräfte sichert, verbindet formschlüssig den Läuferballen 11 mit der Wicklungskappe 13.Further details of the invention can be taken from the illustrated embodiments emerged. 1 shows an overview with the runner ball 11 on which at 12 the winding cap 13 has shrunk. The ring 14, which the shrink ring 15 additionally Secures against centrifugal forces, connects the rotor ball 11 with the winding cap in a form-fitting manner 13th

In den Fig. 2 bis 4 sind Einzelheiten dieser formschlüssigen Verbindung vergrößert herausgezeichnet. Die Bezugszahlen wurden beibehalten: Die formschlüssige Verbindung besteht aus in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprüngen 16 und 17 des Ringes 14, die in entsprechende Ringnuten 18 und 19 des Ballenendes des Läufers 11 und des hallenseitigen Endes der Wicklungskappe 13 eingreifen. Der Ring 14 überbrückt diese Ringnuten 18, 19 nach Art einer Klammer. Beim Erkalten des in erwärmtem Zustand aufgebrachten Ringes 14 pressen die axialen Schrumpfkräfte in diesem Ring über die Vorsprünge 16 und 17 den Läuferballen 11 und die Wicklungskappe 13 fest gegeneinander. Diese Kräfte verhindern, daß sich die Wicklungskappe 13 infolge der schiebenden Kräfte der erwärmten Wickelkopfleiter und infolge von Schwingungen aus ihrer genau axialen Lage mit dem Läufer verschiebt, was eine beträchtliche Unwucht und damit eine starke dynamische Beanspruchung der Läuferwelle und der Maschinenlager sowie eine große Laufunruhe bedeuten würde.2 to 4 are details of this form-fitting connection drawn out enlarged. The reference numbers have been retained: The form-fitting Compound consists of circumferential projections 16 and 17 of the Ring 14, which is in corresponding annular grooves 18 and 19 of the ball end of the rotor 11 and the hall-side end of the winding cap 13 engage. The ring 14 bridges these annular grooves 18, 19 in the manner of a clamp. When it cools down when it is warmed up applied ring 14 press the axial shrinkage forces in this ring over the Projections 16 and 17, the rotor ball 11 and the winding cap 13 firmly against each other. These forces prevent the winding cap 13 as a result of the sliding Forces of the heated end-winding conductor and as a result of vibrations from their exact axial position with the rotor shifts, which is a considerable imbalance and thus strong dynamic stress on the rotor shaft and the machine bearings as well would mean a great deal of uneven running.

Den Ring 14 umschließt ein weiterer Schrumpfring 15, der den Ring 14 oder dessen Teile gegen Fliehkräfte sichert und der die Schrumpfkräfte im Ring 14 unterstützt. Ein kleiner in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung auf dem Ring 14 greift in eine Ringnut im Schrumpfring 15 und verhindert so dessen axiale Verschiebung.The ring 14 is surrounded by a further shrink ring 15, which the ring 14 or its parts against centrifugal forces and the shrinkage forces in the ring 14 supported. A small circumferential protrusion on the ring 14 engages in an annular groove in the shrink ring 15 and thus prevents its axial displacement.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Anpreßflächen der Vorsprünge 16 und 17 sowie die der Ringnuten 18 und 19 gegen die Radien zur Wellenachse geneigt. So verspannen sich beim Aufschrumpfen des Ringes 14 und des Schrumpfringes 15 diese mit dem Läuferballen 11 und der Wicklungskappe 13 unter einer Keilwirkung. Die in Umfangsrichtung in dem Ring 14 und dem Schrumpfring 15 wirkenden Schrumpfkräfte unterstützen durch diese Keilwirkung die axialen Schrumpfkräfte im Ring 14 und tragen ebenfalls zu einer festen Anpressung der Wicklungskappe 13 an den Läuferballen 14 bei: Besteht der Ring 14 aus Halbringen oder einem Sprengring, so halten die Stahlbandagen 21 in der Fig. 4 diese zusammen, nachdem die Teile des Ringes 14 mittels geeigneter Vorrichtungen in die Ringnuten 18, 19 eingepreßt wurden: Die durch verschiedene Einpreßtiefen der Teile des Ringes 14 entstehenden Maßdifferenzen lassen sich abdrehen, bevor der Schrumpfring 15 aufgebracht wird.According to a further feature of the invention, the contact surfaces are the Projections 16 and 17 and those of the annular grooves 18 and 19 against the radii to the shaft axis inclined. For example, when the ring 14 and the shrink ring are shrunk on, they become tense 15 this with the rotor ball 11 and the winding cap 13 under a wedge effect. The shrinkage forces acting in the circumferential direction in the ring 14 and the shrink ring 15 support the axial shrinkage forces in the ring 14 through this wedge effect and carry them likewise for a firm pressing of the winding cap 13 against the rotor ball 14 In the case of: If the ring 14 consists of half-rings or a snap ring, the steel bandages hold 21 in FIG. 4 these together after the parts of the ring 14 by means of suitable Devices were pressed into the annular grooves 18, 19: The by different Pressing depths of the parts of the ring 14 resulting dimensional differences can be turned off, before the shrink ring 15 is applied.

Vorteilhaft verwendet man zur Verminderung von Streufeldern für den Ring 14 und den Schrumpfring 15 einen nichtmagnetisierbaren Werkstoff.It is advantageous to use to reduce stray fields for the Ring 14 and the shrink ring 15 a non-magnetizable material.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Protection against axial displacement of the winding caps on rotors of electrical machines, especially rotors of turbo generators, wherein the winding caps are preferably only shrunk onto the rotor at one of their ends are gakennmdch_ net in that the rotor-side end of each winding cap in each case has the same diameter as the end of the ball of the rotor and that next to the ends outer ring grooves run from the rotor ball and winding cap in the circumferential direction, in the, bridging the joint between the rotor ball and the winding cap in the manner of a clamp, engage radially inwardly protruding projections of a ring.

2. Backup after Claim 1, characterized in that the ring as a whole. when heated is applied and each on one end of the ball of the runner and the ball-side The end of the winding cap is shrunk tightly engaging the ring grooves.

3. Backup according to claim 1, characterized in that the ring consists of a snap ring or consists of several ring segments that are secured against the effects of centrifugal force.

4th Fuse according to claim 3, characterized in that bandages cover the segments of the Enclose the ring.

5. Fuse according to claim 3, characterized in that a Shrink ring encloses the segments of the ring.

6. Fuse according to claim 5, characterized characterized in that a projection on the ring into a recess in the shrink ring intervenes: 7.

Securing device according to claim 1, characterized in that rotor balls and winding caps are pressed against each other by axial shrinkage forces in the ring: B.

Fuse according to claim 1, characterized in that the pressing surfaces of the Projections on the ring and the ring grooves in the winding cap, and the ball of the runner beveled are and that the ring with the runner ball and the winding cap under one Wedge effect tense.

9. Fuse according to claim 1 and 5, characterized in that that ring and shrink ring in a known manner made of a non-magnetizable material exist. References considered: U.S. Patent No. 2,773,210; German utility model No. 1753 706; '' German exposition W 16506 VIII b / 21 d1 (announced on November 29, 1956).