DE2022739C2 - Gehäuse für eine dynamoelektrische Maschine großer Leistung mit einem über Federstäbe den Magnetkern tragenden zylindrischen Rahmen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf en Gehäuse für eine dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1

Ein derartiges Gehäuse ist in der DEPS 9 03 121 beschrieben

Die Statorkerne dynamoelektrischer Maschinen, insbesondere zweipoliger Generatoren, werden ν ibralionskräften unterworfen, die durch das Magnetfeld des Rotors hervorgerufen werden. Dadurch wird der Kern leicht /u einer elliptischen Form verzerrt. Es ist bekannt, daß bei einen, zweipoligen Rotor die Punkte auf dem Statorkern mit einer Frequenz schwingen, die doppelt so groß ist wie die Drehzahl, d. h„ diese »treibende Frequenz« betragt 120 Hz für einen zweipoligen Rotor mit 3600 U/min.

Es ist außerdem aus der US-PS 21 49 35: bekannt, zum Schutz des äußeren Halterahmens vor Schwingungen des Kerns horizontale Federstäbe zu verwenden, die in Abständen um die Innenbohrung des Rahmen:- herum angeordnet waren. Diese Federstäbc sind an ihren Enden mit dem Rahmen verbunden und sind jeweils an ihrer Mitte an dem schwingenden Kern

befestigt. Die Enden der Federstäbe sind bisher zu Voliringen zusammengefal.li worden, die als »Bohrungsringe« bekannt sind. Diese Bohrungsringe waren mit radialen Segmentplatten verschweißt, die zur Festigkeit des Rahmens beitrugen und Kanäle für das gasförmige kühlmittel bildeten. Um die Schwingung des Außenrahmens bei der treibenden Frequenz zu dämpfen, wurde dem Rahmen eine natürlich:.¹ Frequenz gegeben, die größer war als die Frequenz des schwingenden ivernes. Dies wurde gewöhnlich durch die Steifheii der großen Bohrungsringtr sichergesteili, die ciie Federstäbe halten. Zu diesem Zweck sind gemäß der eingangs genannten DE-PS 9 03 121 gegenüber den Punkten, an denen der kern mit den 1 edersiäben verschweißt ist. Ringe ■ orgesehen. Dadurch wird die Starrheit der Anordnung erhöh;.

Es war jedoch weiterhin aufgrund der Anforderungen hinsichtlich der Kiihlkanäle ein gewisser minimaler Außemiurchmesser für den Rahmen erforderlich. Al«· dann die Nennleistung der Maschinen anstiegen und der Kerr größer wurde, mußten auch die Außendurchmevser der Rahmen größer gemacht werden

Aufgrund ihrer Einfachheit wurde die longitudinal Federstabbefestigung weitgehend in Generatorkonstruktionen angewendet wo die Siatorrahmen und die Kerne it: einem Ssuck hergestellt un^ als Einheiten transportier· werdei. konnten. Wenn die Generatoren jedoch so groß wurden, daß sie nicht länger in einem Stuck transpor'ierbar waren wurde der Doppelrahmen oder die kafigartige konstruktion verwendet, wobei die Wicklungen des .Statorkernes in einem Innenrahmen oder Käfig enthalten waren und vom Außenrahmen getrennt transportiert wurden.

Bei der D'ippelrahmenkonstruktion wurde der Käftg auf vertikalen [ eiierp.auen gehalten, die an Punki■·· ohne tangential^ Bewegung befestigt waren .irr die Vibrati'inskrafte des Käfigs (und des Kerns) te^rnzuha^; ten und ihre I .'bertragung auf den Außenrahmen zu verhindern Diese Konstruktion . t in der US PS 25 54 22b beschrieben. Die Käfigkonstruk'ion is· jedoch ziemlich teuer, da zu ei getrennte Rahmen erforderlich sind, und sie mach! das Kühlsystem infolge der notwendiger. Abdichtung der Gaskanäle zwischen den Rahmen konplizier;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, einteilige Rahmenkonstruktion mit horizontalen Federstäben :ur einen großen Generator zu schaffen, bei der trotz guter, schwingungsgedämpfter Aufhängung der Statorkern vergrößert werden kann, ohne daß der Außendurchmesser des Halterahnens in gleicher Weise vergrößert werden muß

Diese Auteahe win' durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten MerNTialc gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.

Die nut der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere dann, daß die Schwingungsfrequenz des Gesamtrahmens kleiner als die treibende Frequenz gemacht wird, wodurch kleinere Rahmen verwendet werden können Dadurch kann fur einen vorgegebenen Außendiirchmesser des Rahmens der Kerndurchmesscr vergrößert werden.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen naher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine teilweise im Schnitt dargestellte Stirnansicht.

Y i g. 2 einen Teilschnitt durch den Oberteil des Generators entlang den Linien H-Il in F ig. 1.

Fig. 3 eine radial nach außen gerichtete Ansicht entlang den Linien IH-IlI in F i g. 2,

F ι g. 4 und 5 vergrößerte Details der Dämpfungsgliederfürdie Federstabbefestigung (die Dämpfungsglieder sind von vorn bzw. von der Seile dargestellt).

F ι g. b eine graphische Darstellung der Wirkung eines Plattenausschnittes auf die relative Frequenz der Platte. F i g. 7 zeichnerisch die radiale Vibration einer typischen Segmt liplatte,

Fig.? und 9 graphische Darstellungen und veranschaulichen das hier verwendete Gestaltungsvertahren. Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Generator enthält einen Lagerschild 1 und einen bewickelten elektromagnetischen Siaiorkern 2. der an auf ^em Umfang im Abstand angeordneten Punkten durch Federstabbefesiigungen 3 innerhalb eines feststehenden Rahmens 4 gehalten wird. Der Rahmen 4 umfaßt hauptsächlich iine äußere Manteiplatte 5 und mit axialem Abstand angeordnete Segmentulatien 6. Diese Segmentplatten können in Platten 6a, welch- ..■: Kern halten. Jnc Piaücn 6t>ünitrieüi 'WchIlT« i.;-e .u.n Kern nichi tragen Die Segmentpiattei! Ί ■ ··. ¹J -v-ute I .rider 7 fur das Kühlgas auf und l· ί ';-:"ι·ι ndunusgema.' besondere Einschnitte 'Cei ausgeschnittene (V'fnungen 8 und 8a aufweisen, die im folgenden m t_n naher erlaufen werden

Xus F ι g. 2 ist ersichtlich, daß die horizontalen Rohrleitungen wie sie ζ B. bei 9 dargestellt sind, durch die .Segmentplatten 6 hindurchfuhren können. Mm das Kühlgas zu den Wicklungen und /um Kern zu leiten und das erwärmte Kühlgas zum Kühler zurückzuführen.

Der Statorkern 2. der aus Tausenden von dünnen Lamellen besteht, die durch eine Schwalbenschwanz verbindung auf horizontalen, im abstand uif den Umfang angeordneten Kombinationsstabcn 10 zusammengehalten sind, ist durch eine Anzan: hör /o-italcr Federstäbe 11 flexibel gehaltert. Die Federstate !I sind an ihren Mittelpunkten dutch Stifte oder Bolzen 12 an den Kombinationsstäben 10 befestigt. Die Fcdei stäbe 11 werden ^n meiden Ender nittcis Hjl'erungskonsoien 13 von dem Rahmen 4 getragen.

Fi g i. Jie eine Ansicht ^radial nach auß^n zeigt, macht deutlich, dali der Kombmaiionsstab 10 /wischen zwei Federstaben 11 veriauit. Der Kern ist deshalb an den Bolzen 12 abgestutzt, die an den KomNnationsstab versteifungen flexibel angebracht «-md. die hier als sehr klein gewählt sind. Somit kann sich der Kombinations stab (und der Kern; it> radialer Richtung mit sehr kleinem Widerstand belegen und deshalb werden die auf den Rahmen übertrage-ien Vibrationskräfte auf ein Minimum reduziert.

Die F ι g 4 und 5 /eigen vergrößerte Darstellungen eines Komb'nationsstabes 10. eines Federstabes 11 und einer Halterungskonsole 13. Die Enden der Federstäbe 11 können durch Bolzen 14 oder auch durch eine Schweißverbindung befestigt sein jede Haltcrungskon sole 13 ist /wischen zwei Segmentplatten ft,? «π Aussparungen verschweißt, die fur d;«, s,·,, /weck vorgesehen sind.

F i g.-S zeigt eine typische Halterung des Statorkerns 2 durch den KombinalionsMab M!. wobei eine SchwalbctT-chwanzverbindung 15 verwendet ist.

Es ist becn'isam daß gemäß l· ( ?. i die Halterunsspunkte Tür du.' finden der Fcderstäbe ! 1 nicht in b'.'kiinntcr Weise .in -liircris'ehenden «BohrtiPirsiingen" ι im die Mitlcllöchcr in den Scgmcruplatien h hc:nm angebracht sind, sonder:·, an mehreren an 1'sk;»:1er I imfitriüsMeMen anaeordncKTi I l.ii'cninpskcn'.i.iLii 13.

Diese verlaufen vorzugsweise in axialer Richtung zwischen zwei Segmeniplutten, wie es am deutlichsten in Fig. 3 dargestellt ist. Die Halterungskonsolen 13 Könnten jedoch auch mn Abstand um eine einzige Seamcniplalte herum angeordnet sein und \<·η dieser getragen werden.

Der Lagerschild 1 hat von Natur aus aufgrund seiner großen radialen Tiefe eine hohe Eigenfrequenz. L-m nun diesen nacrurihgen Einfluß des Lagerschiides 1 von dem Rahmen 4 fernzuhalten, wird gemäß F j g. 2 ein relativ dünner, flexibler Mantel 16 mit einer damit verbundenen radialen Platte 17 verwendet, um den Lagerschild an einer vom Rahmenende entfernten Stelle mit dem Rahmen 4 zu verbinden.

Eriinjungsgemäß sind die einzelnen Segmentplatten 5 alle nach bekannten Methoden auf eine gemeinsame niedrige Frequenz abgestimmt, w.obei die Versteigungswirkungen der verbundenen Teile, wie z. B. der Fedt-rv'abe 11. berücksichtigt sind. Bekanntlich lautet die Formel zur Bestimmung der Eigenf- .juenz ·η Hz für

2.7 \m

Dann ist k die effektive Federkonstante oder Steifigkeit .jnter Berucksicntigung der bestimmten Biegeart und m ist die Masse. Somit kann die Eigenfrequenz einer einzelnen Segmeniphtte entweder so durch Herabsetzung der Steifigkeit oder durch Vergrößerung ihrer Masse verkleinert werden.

!n Fig. 7 ist die radiale Schwingung dargestellt, die

für die treibende Frequenz eines Magnetkernes von besonderem Interess-e ist. Dabei wird nämlich eine

^;ί upisehe ebene, kreisförmige; Segmentplatte 6 mit einer Mitteibohrung zu einer elliptischen Gestalt \erfornit.

die synchron mit einem zweipoligen Rotor umläuft. Eine äquivalente Bewegung kann durch eine Analyse unter Verwendung einer statischen Platte bestimmt werden.

^4t' die mit einem radialen Sehwingungs<>p mit vier Knotf ^punkten schwingt.

Für einen gegebenen Außenriurchrnesser kann die Frequenz auf folgende Weise her;-.Dgesei7i werden

1 Verkleinerung des Trägheitsmomentes (und dadurch der Steifigkeit) in der radialen Ebene, indem Aussparungen oder Einschnitte in der Platte angebracht werden, und zwar insbesondere an den Innen- und Auttendurchmessern.

""'·' 2. Vergrößerung des Innendurchmessers der Bohrungsöffnung.

3. Vergrvißeruni' der Masse an diskreten Stellen auf dem l.mfang. ohne daß die Piatiensteifigkeit verändert wird.

" i Neuverteilung eier bestehenden Masse e'er Plane (in radialer Richtung), um das Trägheitsmoment des Plattenquerschnil'es r.u verkleinern.

Die Wirkung der o'/en beschriebenen Schritte auf die ^tiJ Eigenfrequenz der Plane kann durch bekannte Methoden genau berechnet und vorausbcsiimmt ν erden.

Als Beispiel für Punk", 3 /e^:H' F ι _t."' diskrete Halterungskonsolen Π. dit nut Abstand ;uif dem inneren Umfang der Plane fr ungeordnet itid. FIs v. ird ¹^ deutlich.dai.'uie f^:eder..!'j:lii:kcit der l'la't· h ei c ■■ .-■.' :; Biegeverlauf. wie er in Fig. 7 M,n rcsteilt isi. V-'nict'Sund entgegensetzt, durch die Hinziifüpung de ϊ I; 11 - ·:; ■ ■ -■ ;. ■ konsolen 13 nicht merklich vr> ;'r<-!k-· wire ;ί:τ ·-. · e

diskrete Massen bilden und das I ragheilsnioment de; Platte /wischen den I l;il>. nmgskonsolei-: 1! Mich; vergrößern. Die zusätzliche Masse bewirk' icdoch eine Verkleinerung ücr Kigenlrequenz gemäß der oben ungesehen en Komi el.

Im Gegensatz d;i/ii wurde der /usalz eint" durchgehenden Ringes mn der irleichen Masse wie die Haiterungskonsolen 13 am Innenumfang der PiMie (■ nichi der I lerabseiziing der Frequenz des Ringe* dienen, sondern vielmehr die I requenz. vergröbern, d; die /Msiil/Iii I ■ Steifigkeit und d;is gleichmäßig vcrgrc' Lie π e I riighei'smomenl de- Ringes da/u fuhren wurden, der dargestellten elhpliscnen Verformung entgegenziwirken.

I in weiteres Ciesialtiiiigsprinz.ip. das die angegebene erste Möglichkeit tier Freqtienzsenkung veranschaulicht und hier verwende! wird, ist die Verwendung besondt rer Aussparungen oder F.inschmtte in den Segnientplai ten β. und /war insbesondere an den innen- litu! Außendurchniessern. Diese sind aK ausgeschnittene Öffnungen 8 in V i g. I um den -Xußenumfang herum und .ils Öffnungen 8,i am Innenmnfang dargestellt, und zwanahe den Haltemngskonsolen 1 i. f-.inc weitere Mogiici■-keit ist die Verwendung viel größerer Kühlgasli H. hei 7 in tier Mitte der Segnientplatie f> als diese /ur \ ül rung des Kühlgases tatsächlich erforderlich sind.

F ι g. b /cig', in graphischer Darstellung, wie die relative Frequenz einer Platte abnimmt, wem; em zusätzlicher prozentualer Anteil der Pkrtenilache entfernt wird. Dabei sei angenommen, dal' die ausgeschnittene Fläche einheitlich um die Platte herum verteilt ist.

Krfindungsgemafi sind alle einzelnen Segtr.emplatten β auf eine einzige, bestimmte, gemeinsame Frequenz abgestimmt, die unterhalb der treibenden Frequenz des schwingenden .Statorkernes liegt, die hier mi: 120 H/ angenommen sei Mit angestimmt ·μ hier nicht gemeint, daß die 1 eile im physikalischen Si:;nt e\aki abgestimmt sind, obwohl auch ein solche*· \ erfahren angewendet werden kam·, um eine iheoretin · . oder empirische Vorausbestimmiing der Γ,-equjr./ /ι. ersetzen oder zu erganzen

Wenn diese einzelnen .-jegmentr-la^en 6 zusammengeset/t sind h.v oer Ges.:;ritahmen weiterhin eine Eigenfrequenz, die derjenigen der vorweg abgestimmten einzelnen Segmente sehr nahe kommt. Im Gegensatz zur bekannter. Praxis ist die Staiorfrequenz so ausgelegt, daß sie unterha!;; de- treibender. Frequenz und vorzugsweise bei etwa ~5"-- ode" in einem Bereich zwischen 60¹Ih und 83"-¹ von d'eser iiesit. Für eine zweipolig!¹ Maschine mi! Jh(M)Ii mm konnte ein geeignete; Bereich /wischen 7^r> und IOi Ii/ liegen. F'ür eine zweipolige Mast Mine mit 3000 I ■· nun lieg; ein geeigneter Bereich /w ι^ehen do und *") II/.

I ig.N ze g· ein¹.' kurvendarstellung im einen Rahme¹', der ohm- Heut ksiehligung der natürlicher otic¹ I 'gtvilreiiiienzeri iU" einzelnen Segmente ausuelegis . I '. wird tieutiich dai.l die Spit/enaniplitiulei! dei Sch w IDgUIiL'ei ι. die a:i^r Mf ν erlikalt'ü - · a I a a 11 ig-,'trafen smtl bei versehiedeii-.'i: 1 ' eqjenze'¹ iiiier und unter der ■V'i'htiuie tie .!-„■■■ tr-'ii'-nden I n. < ]tn.-i:»- -rm 12') Hz he;·'¹·;. Die*. l't:--:"i' aiii de¹' ski. .üi' du. Rahmen auswirkenden Re -ίι,ιι:/ ein/einer RahincMstu. ke. wenn eine treibende l-ret|iienz ihm ittier in/einen Eigenfrequenz ziisamm jtilah:

I ι g. ^M dagegen zeig' eine ·. rlmdungsgemaße Atislüh rung, wöbe' tli- einzelnen Scgmeiilpiatien und andere I eile im voraus durch mathematische lierechmiiiL' ode; einpiitstiic nestiminiiMi: ^w Ji-.¹ gieicne tiietiriL'e

-'- Frec|uenz abgestimmt -mti. I , wird cieutli.-;; daß die Ampiiiuiit' des Gesamtrahmens ihren Spitzenwer; bei sioMz hat wogegen in tier Näht -on 120 i|/ keine Resonan/sieüei. aui'iie't·';. N ,üurgemäl.'' führen die Komplexität und dit '.'■'ecliseivurkunger /Wischer

-'' einigen Segmenten /u emi-jen Abweichungen von einer idealisierten Ausljgimgskiirv e.

I le" Viiriji! der vorstehend - laut-.-!-. Gestaltung bestt'i. tiarii". daß größere SatoiKerne ii; einen-Rahmer, mit gegebenem Außeiuiurcliinesser verwend-

»' bar sind als .!-es !iisiie^r mit eine- einzigen Rahmenkonstruktion mogln '.', -.'fMcsep is' i.eispielsweise ist bisher das Verhältnis zwi.cher der -Nulienrahmendurchmesser zu dem Keriiaußendiiivhniesser bekannter Hoehircouenzrahnieii au! ei¹: S'inimuni ν·η E- besire;¹/:

r gewesen. Mn cer voriieirenden Eri'-idurg g-ji"....i d- ■: der Rahmen au; eint niedrig.- Frequenz ι r,;er;\i[b der tre'benden I requenz ausgelegt wird, ist es möglich, das obe'i angegebene Verhältnis auf \.~ oder werfer herabzusetzen, [iies oedcuie;. daß für c'iei: gegebenen Außendurchmesser des Rahmens der Viii: ndurchmesser des .Statorkernes vergrößert werden kann.

Obwohl sich die vorstehende Beschreibung ;u;f ein Beispiel mi', einer treibenden Frequenz vo- 120Hz bezieht, da diese Frequenz in einigen Ländern die arr

^:" häufigsten vorkommende ist, so kann die Erfindung selbstverständlich <·>;.·:!! auf 50-Hz-Gcneratoren angewendet werden. In diesem Falle werden die Statorrahmen für zweipolige Maschinen für eine Frequenz unterhalb der treibenden Frequenz von 100 Hz *■ ausgelegt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche-

1. Gehäuse für eine dynamoelektrische Maschine großer Leisuing mit einem zylindrischen Rahmen, der einen zylindrischen Magnetkern auf zahlreichen horizontalen Federstäben federnd halten zur Dämpfung der bei normalen Drehzahlen im Magnetkern erzeugten Schwingungen und der erste, mit axialem Abstand angeordnete Segmempiatien, die mittlere Bohrungsöffnungen für den kern bilden und im wesentlichen nicht mi; dem kern oder den Federstäben in Verbincung Steher,, zweite, mi; axialem Abstand angeordnete Segmentpiatten. die zwischen den ersten Segmentplatten eingefügt sind, mittlere Bohrungsöffnungen für den kern bilden und mit den Enden der Federstäbe an auf dem Umfang im Abstand angeordneten, diskreten Stellen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daüdie Enden dt· Federstäbe (11) mit den zweiten pfficnipiSiiCn \v

Halterungskonsolen (13) verbunden sind, und daß die ersten (Sb) und zweiten Segmentplatten {f>a)au'. eine gemeinsame Eigenfrequenz in dem Bereich zwischen 60% und 85% dei aufgedrückten Frequenz abgestimmt sind.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweipoliger Maschine die ersten und zweiten Segmentplatten (66. 6a^auf eine gemeinsame Frequenz zwischen 7? und 105!'/. abgestimmt sind (Netzfrequcn/ = 60 Hz).

3 Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch i oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Segmentplattcp {6a) an den kandern der Innenund.oder Außvndurchmesser ausgeschnittene Öff nungen (8, %a) aufweisen

4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1. dadurch geke "inzeichne¹, daü das Verhältnis von Außendurchmesser der Segmentplatten (6) /u Außendurchmesser des Statorkernes (2) kleiner als 1.2 is·