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Abstützung der Wickelkopfteile bei einem Wechselstromgenerator, insbesondere
Turbogenerator, mit konzentrischen Spulen Bei elektrischen Generatoren großer Leistung,
insbesondere Turbogeneratoren mit kleiner Polzahl bietet die Anordnung der mit dem
Nutenteil der Wicklungsstäbe zusammenhängenden Wickelköpfe auf Zylinderflächen oder
auf den Flächen eines Kegels, der gegenüber der Maschinenachse einen kleinen Winkel
von beispielsweise etwa 10 bis 301 einschließt, besondere Vorteile
im Hinblick auf die Herabsetzung der Stirnstreufelder und der hierdurch bedingten
Zusatzverluste. Mit zunehmender Leistung kommt bei derartigen Wicklungen der Beherrschung
der Kurzschlußkräfte eine immer größere Bedeutung zu. Besonders schwierige Verhältnisse
ergeben sich bei Einphasen-Wechselstrommaschinen niedriger Polzahl, die bekanntlich
mit konzentrischen Ständerspulen ausgeführt werden.
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Es ist bekannt, bei schräger Anordnung der Wickelkopfteile der Stäbe
bzw. Anordnung auf einem Kegel die abgebogenen in zwei parallelen Flächen verlaufenden
Wickelköpfe unter Einschaltung von Bolzen sowie riegelförmigen Druckstücken an konsolartigen
Trägern einzuspannen, die mit den Druckplatten des Ständerkörpers verbunden sind.
Diese Art der Wickelkopfverspannung, die von den früher üblichen Maschinenausführungen
mit um 901
gegenüber den Stäben versetzt angeordneten Stimbügeln übernommen
wurde, ermöglicht zwar bei Anwendung einer genügenden Zahl von Spannbolzen und Spannriegeln
sowie Konsolen eine kurzschlußfeste Wickelkopfversteifung. Ein Nachteil dieser Anordnung
besteht jedoch darin, daß die Wickelköpfe von zahlreichen Metallbolzen durchsetzt
sind, die zusammen mit den erforderlichen metallischen Druckstükken zu Verlusten
Veranlassung geben und daß außerdem diese Bauart auf Maschinenausführungen beschränkt
ist, bei denen der Kegelwinkel der Wickelköpfe einen verhältnismäßig großen Wert
hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Wechselstromgeneratoren
mit kleiner Polzahl eine durch besonders niedrige Zusatzverluste ausgezeichnete
Konstruktion zu schaffen, die bei Neigung der Wickelköpfe um einen kleinen Winkel
oder fehlender Neigung eine völlig kurzschlußsichere Ausführung für Maschinen großer
Leistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
in bekannter Weise in sich durch Isolierbeilagen und Verschnürungen aus Glasseide
od. dgl. verfestigten Wickelköpfe lediglich außerhalb des von ihnen umschlossenen
Raumes unter Vermeidung sie durchdringender Spannbolzen zweiseitig mit um einen
Winkel von etwa 900 versetztem Kraftangriff einerseits in an sich bekannter
Weise auf dem Rükken der die äußeren Wickelköpfe begrenzenden Mantelflächen, andererseits
an den Stirnflächen an über den Umfang verteilten Stützpunkten oder Flächen mittels
an dem Maschinenkörper befestigter Stützteile aus unmagnetisierbarem Material abgestützt
sind.
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Die Erfindung ermöglicht die sichere Beherrschung sehr großer Kurzschlußkräfte
dadurch, daß die axialen und radialen bzw. senkrecht zu oder in Richtung der Mantellinien
des die Wickelköpfe einschließenden Kegels gerichteten Kraftkomponenten gesondert
durch Stützteile mit um 90' versetztem Kraftangriff außerhalb der Wickelköpfe
aufgenommen werden. Hierdurch kann eine für große Kräfte bemessene, weitgehend*
auf Reibungsschluß beruhende Verspannung mit innerhalb der Wickelköpfe und des Luftspaltes
zwischen dem Läufer liegenden schweren metallischen Spannteilen entfallen. Damit
wird möglich gemacht, die Neigung der Wickelköpfe sehr klein oder gleich Null zu
machen, was kleinste Streufelder und Zusatzverluste zur Folge hat.
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Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung für Einphasenwechselstromgeneratoren,
bei denen sich für die Aufnahme der Kurzschlußkräfte an den langen Stirnverbindungsbügeln
verhältnismäßig ungünstige Verhältnisse ergeben. Für derartige Maschinen ergibt
sich erfindungsgemäß eine in bezug auf die Kleinhaltung der Zusatzverluste besonders
günstige Ausführung, wenn für die axiale Festlegung der Stimbögen im wesentlichen
ebene, winkelförmige Stützkörper vorgesehen werden, die in Axialebenen entsprechend
dem Verlauf der Streukraftlinien angeordnet
sind. Die Abstützung
der Wickelkö fe an den C p Mantelflächen des im Rücken die Wickelköpfe einhüllenden
Kegels kann hierbei entweder mittels der gleichen Stützkörper erfolgen, die zur
Aufnahme axial gerichteter Kraftkomponente an den Wickelkopfstirnseiten dienen.
Es ist jedoch auch schon ohne weiteres möglich, für die Wickelkopfabstützung an
den den Rücken begrenzenden Mantelflächen gesonderte Stützwände vorzusehen, die
ebenfalls in Axialebenen entsprechend dem Verlauf der Streukraftlinien liegen.
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Die Anordnung der Stützkörper bzw. Stützwände kann vorzugsweise in
der Weise erfolgen, daß die Wände bzw. Stätzkörper an den Ständerdruckplatten befestigt,
z. B. angeschweißt sind. Jedoch ist es auch ohne weiteres möglich, die Stützkörper
beispielsweise für die stirnseitige Abstützung der Wickelköpfe an Teilen des Gehäuses,
z. B. Gehäusequerwandteilen außerhalb des Blechpaketes zu befestigen (anzuschweißen).
Schließlich ist es aber auch möglich, insbesondere für die stirnseitige Wickelkopfabstützung
Stützteile an den Gehäusestirnwänden anzubrinaen.
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Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindun C 9
kann die Stabilität
der Versteifung weiter dadurch verbessert werden, daß die in Axialebenen liegenden
Stützkörper oder Stützwände tangential unter Einschaltung von Isolierteilen durch
Zwischenverbindungen versteift werden.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand einiger Ausführungsbeispiele
erläutert werden: F i g. 1 gibt eine Konstruktion wieder, bei der gesonderte
Stützen für die stirnseitige Wickelkopfabstützung bzw. radiale Abstützung im Rücken
der Wickelköpfe an der Druckplatte des Ständereisenkörpers befestigt sind; F i
g. 1 a zeigt die Versteifung der Stützkörper durch tangentiale Verbinder;
bei der abweichenden Ausführungsform der Fig. 2 sind die zur Aufnahme der Axialkräfte
vorgesehenen Stützkörper an einer Gehäusequerwand angeschweißt; ferner zeigt F i
g. 3 eine Anordnung, bei der die Gehäusestirnwand als Stützkörper für die
stirnseitige Wickelkopfabstützung ausgebildet ist: schließlich zeigt F i
g. 4 und 4 a noch ein weiteres Beispiel, bei dem kombinierte Stützen für
die Aufnahme der axialen und radialen Kräfte An-wendung finden.
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In der einen Ausschnitt aus der Maschine wiedergebenden F i
g. 1 bedeutet 1 das Eisenblechpaket, 2 die Wicklung, deren Wickelköpfe
2 a, 2 b auf Kegelflächen liegen. Die Wicklung besteht aus konzentrischen
Spulen verschiedener Spulenweite. Das Eisenblechpaket 1 ist zwischen Druckplatten
3 zusammengehalten. 3a sind Teile des Gehäuses der Maschine, dessen weitere
Ausbildung in der Figur nicht wiedergegeben ist. Bei Ausführung der Maschine mit
kleiner Polzahl, insbesondere bei zweipoligen Turbogeneratoren ergibt sich, daß
die Wickelköpfe, und zwar insbesondere die Stirnbögen eine beträchtliche Länge aufweisen.
Um nun die besonders im Kurzschlußfalle auftretenden großen Kräfte aufzunehmen,
ist einerseits in Mantellinien des im Rücken die Wickelköpfe einhüllenden Kegels
eine Abstützung zur Aufnahme der im wesentlichen radial wirkende Kräfte vorgesehen.
Zu diesem Z-weck sind mit der Druckplatte 3 in Umfangsrichtung versetzt angeordnete
Stützwände 4 aus nichtmagnetisierbarem Blech verbunen, die Isolierdruckplatten
5, z. B. aus Hartpapier, tragen. Letztere können unter Sicherung gegen Verschiebüng
lösbar mit den Stützwänden 4 verbunden sein. Zur Sicherung gegen Verschiebung und
Entlastung der Befestigungsschrauben können hierbei die Stätzwände 4 mit Radialverschiebungen
aufnehmenden Flanschen versehen und zwischen den Isolierplatten 5 und den
Druckplatten 3 weitere Stützkörper 5 a eingeschaltet
sein.
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Außerdem sind zur Aufnahme der von dem Eisenkörper der Maschine weggerichteten
im wesentlichen axial bzw. in Richtung von Mantellinien auf dem Wickelkopfkegel
oder -zylinder verlaufenden Kräfte winkelförmige Stützkörper 6 vorhanden,
die möglichst dünnwandig aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B. nickelhaltigem
Blech bestehen und in Axialebenen liegen. Durch Pfeile 7 a und
7 b sind die an den Wickelköpfen auftretenden Kraftkomponenten angedeutet.
Die Wickelköpfe selbst, die bei konzentrischer Spulenausbildung ineinanderliegen,
sind durch Beilagen gegeneinander versteift. Durch Verschnürungen aus harzgetränkten
Glasseidenbändern oder Schnüren 10 werden sämtliche Wickelköpfe in sich zusammengehalten,
wobei die Schnurbandagen sowohl durch die Isolierwandteile 5, zwischen den
beiden Wickelköpfen 2 a, 2 b liegende Keilstücke 8 und die
aus Isoliermaterial bestehenden Druckstücke 9 zwischen den Stirnseiten der
Wickelköpfe und den Stätzkörpern 6 hindurchgezogen sind. Wegen der hohen
an dem abgebogenen Stützkörper auftretenden Kräfte wird dieser zweckmäßigerweise
zur Erhöhung seiner Festigkeit mit Flanschen 6a versehen und mit nach der Seite
des Blechpaketes zunehmender radialer Erstreckung ausgeführt. Um die Zusatzverluste
durch die von dem gradlinigen Teil der Wickelköpfe hervorgerufenen Streukraftlinien
in den Stützwänden 4 bzw. Stützkörpern 6 gering zu halten, wird zweckmäßigerweise
der Abstand der Teile 4 und 6 von den aus dem Eisenpaket austretenden Leiterstäben
so groß wie möglich gemacht.
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Die in F i g. 1 beschriebene Anordnung kann unter Umständen
dadurch vereinfacht werden, daß die Stützwände 4 weggelassen werden und die Isolierwandteile
5 zur Abstützung im Rücken der Wickelköpfe starr an dem der Druckplatte zugekehrten
Teil der Stützkörper 4 befestigt werden.
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Um den verhältnismäßig weit auskragenden Stützkörpern 6 eine
größere Festigkeit in der Umfangsrichtung zu geben, wird gemäß der weiteren Ausgestaltung
der Erfindung die Anordnung derart getroffen, daß die Stützkörper 6 auch
in der Umfangsrichtung versteift sind. Zu diesem Zwecke werden an den Stützkörpern
6 in möglichst großem Abstand von der Druckplatte 3 Stützwinkel
13 angeschweißt, beispielsweise bei 12, deren Flansche unter Einsdhaltung
von Isolierteilen mit entsprechenden Stützwinkeln der benachbarten Stützkörper verbunden
sind. Wesentlich ist hierbei, daß durch die Verbindung der Stützkörper keine geschlossenen
Kurzschlußkreise über die Stützkörper und die sie verbindenden Winkel sowie Druckplatte
hervorgerufen werden. F i g. la veranschaulicht genauer die Versteifung mehrerer
am Maschinenumfang angeordneter Stützkörper 6 durch Stützwinkel
13 mit zwischen den Verbindungsflanschen liegenden Isolierbeilagen 14.
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F i g. 2 der Zeichnung gibt eine abgewandelte Ausführungsfonn
wieder,' die sich dadurch auszeichnet,
daß die Stützkörper
6 statt an der Druckplatte 3
an einem radialen Gehäusewandteil
15 befestigt, z. B. angeschweißt sind. Im übrigen entspricht die Ausführung
nach F i g. 2 der Anordnung nach F i g. 1, so daß sich weitere Erläuterungen
erübrigen.
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Es sei bemerkt, daß es naturgemäß bei der Anordnung gemäß F i
g. 2, ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 auch möglich
ist, in den Stützkörpern 6 Druckschrauben oder Keile anzuordnen, um bei der
Montage den erforderlichen Spanndruck zwischen den Stützkörpern 6 und den
Wickelköpfen einstellen zu können oder nach längerer Betriebszeit eine Nachspannung
vomehmen zu können.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 unterscheidet sich dadurch
von den vorerwähnten Beispielen, daß die stirnseitige Gehäusewand (Gehäuseschild)
20 für die Abstützung der Wickelköpfe an den Stirnseiten benutzt wird. Zu diesem
Zwecke ist in der Stirnwand 20 gegenüber den stirnseitigen Enden der Wickelköpfe
ein einspringender Teil 21 vorgesehen. Zwischen dem Teil 21 und der Wickelkopfstirnseite
sind Druckstücke 9 vorhanden, die durch Schrauben 23 an die Wickelkopfstirnseiten
angepreßt werden. Ah Stelle einzelner Druckstücke 9
können auch Kegelringsegmente
vorgesehen werden. Die Abfangung der radial gerichteten Kräfte erfolgt bei der Ausführung
gemäß F i g. 3 in gleicher Weise, wie dies an Hand der F i 1-.
1 erläutert wurde über die Stützwandteile 4 und die Isolierwände
5. Die Gehäusestimwand besteht aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B.
Siliuminguß.
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Da - wie oben angedeutet war - die Wickelköpfe in Richtung
des Maschinenumfangs eine größere Erstreckung haben, wird, wie in Fig. la angedeutet
ist, eine größere Anzahl von Stützkörpern bzw. Stützwänden vorgesehen, die über
den Maschinenumfang versetzt sind.
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Bei Maschinen, die nicht über den ganzen Umfang im Ständer bewickelt
sind, wie z. B. bei Einphasenwechselstrom-Generatoren, kann der Arbeits-und Materialaufwand
für die Versteifung in vorteilhafter Weise dadurch verringert werden, daß Stützwände
und Stützkörper in dem unbewickelten, vorzugsweise eine Teilfuge aufweisenden Teil
der Maschine weggelassen und unter Umständen in der Nähe der wicklungsfreien Zone
schwächer ausgebildet werden. Diese Maßnahme hat zusätzlich noch den Vorteil, daß
die in den Stützkörpern auftretenden Zusatzverluste beträchtlich vermindert werden
5
können.
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Bei dem in den F i g. 4 und 4 a angedeuteten Ausführungsbeispiel
wird noch eine weitere Vereinfachung der Wickelkopfversteifung dadurch erreicht,
daß zur Aufnahme der vorwiegend axial bzw. radial 5
gerichteten Kräfte kombinierte
Stützen zur Aufnahme der um 901 versetzten Kraftkomponenten vorgesehen werden.
Bei der Anordnung gemäß F i g. 4 ist der abgebogene Stützkörper
6 als Winkelprofil 6a ausgebildet und mit den ebenfalls winkelförmigen
6
Stützwandteilen 4a verschweißt derart, daß die die Abstützung ermöglichenden
Druckplatten 5 zwischen den verbundenen Teilen 6 a und
4 a angeordnet sind bzw. durch Schraubenbolzen gehalten werden. Diese Anordnung
gewährleistet ohne weiteres die Auf- 6# nahme der radial gerichteten, an den Druckplatten
5
angreifenden Kraftkomponenten. Zur Aufnahme der axialen Kräfte sind wieder
zwischen den Isolierdruckplatten 5 und den Blechpaketdurckplatten
3
geeignete Druck- oder Stätzkörper 5a eingeschaltet.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr können Einzelheiten der beschriebenen Anordnung wie die Anordnung
der Stützkörper, Stützwände, die Versteifung der Wickelköpfe in sich u. dgl.
je nach den Verhältnissen geändert werden. So können beispielsweise die Stützkörper
6 oder Stützwände 4 statt durch Schweißnähte in anderer Weise, z. B. durch
Anschrauben oder Einschieben von Fußteilen eines bestimmten Profils in Nuten der
Druckplatten 3 oder Gehäuseteile 4 befestigt sein. Die Anwendung der Erfindung
ist auch nicht auf einphasigie Wechselstrommaschinen beschränkt, vielmehr auch bei
anderen Maschinen, zweiphasigen Maschinen, Drehstrommaschinen u. dgl. möglich.