DE2165727A1

DE2165727A1 - Vorrichtung zum fixieren von wicklungsstaeben in nuten elektrischer maschinen, insbesondere turbogeneratoren

Info

Publication number: DE2165727A1
Application number: DE2165727A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Lambrecht
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1973-07-05
Also published as: JPS5139326B2; CH551101A; FR2166212A1; FR2166212B1; AT323279B; AU5062072A; AU475977B2; DE2165727B2; JPS4881002A; GB1389460A; SE384111B; ZA729135B; NL7215974A

Description

19. OEZ.

KRAFTWERK UKION AKTIENGESELLSCHAFT 4330 Mülheim-Ruhr,

Wiesenstraße 35

Unser Zeichet 6 5 / Z / PA 71/9358 Mes/Pl

Vorrichtung zum Fixieren von Wicklungsstäben in Nuten elektrisctier Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren

Mit zunehmender Einheitenleistung dynamoelektrischer Maschinen und damit steigenden Stabströmen kommt dem Problem der sich daraus ergebenden Stabkräfte, die pulsierend in Richtung auf den Nutengrund wirken, erhöhte Bedeutung zu, da die Kräfte mit dem Quadrat der Stabströme wachsen. Stabverba.nd und Isolation sind dabei einer ständigen Druckschwellbeanspruchung ausgesetzt, die sich zerstörend auf die Stäbe und die Isolation auswirken kann, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, um das trotz guter Verkeilung infolge Setzerscheinungen der Isolationsteile auftretende Spiel su verhindern.

Entsteht im Laufe des Betriebes ein Spiel zwischen den Wicklungsstäben uud dem Nutverschlusskeil, so schwingt der Sta.b in dem durch das Spiel begrenzten freien Raum. Somit kommt es zu einem Hämmern der Stäbe auf ihrer Unterlage, wodurch die a.uf die Isolation wirkenden Vibrationskräfte ein Vielfaches der pulsierenden elektromagnetischen Stabkraft betragen können. Bei wassergekühlten Wicklungen können diese Kräfte nicht nur die Isolation zerstören, sondern auch Risse in den Hohlteilleitern verursachen, die ihrerseits zu Leckagen und durch die Feuchtigkeitswirkung zu Erd- und Windungsschlüssen führen können. Die Folge v/äre die Zerstörung der Ständerwicklung oder gas des Ständerblechpaketes.

Es sind in diesem Zusammenhang verschiedene Anordnungen bekannt geworden, die eine. Fixierung der Stäbe in der Nut herbeiführen sollen. So ist/beispielsweise aus der DT-OS 1 463 eine Vorrichtung zum Festhalten von elektrischen Leitern bekannt, bei der Federn zwischen Nutverschlußkeil und dem Ober- ' stab eingelegt sind, wobei die Federn durch Drehstöpsel im Keil nachgespannt werden können. Eine derartige Vorrichtung

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ist jedoch, sehr aufwendig, schwächt den Nutverschlußkeil und ermöglicht ein Nachspannen nur bei stehender Maschine und . ausgebautem Läufer, so daß Stablockerungen während des Betriebes nicht zu vermeiden sind. Der erforderliche Ausbau des Läufers bedeutet, daß der !Durbosatz zum Nachspannen der Federn mehrere Wochen außer Betrieb genommen werden müßte. Darüber hinaus werden beim Bruch der Feder längere Strecken des Stabes nicht mehr ausreichend niedergehalten, so daß dadurch Schaden auftreten können und außerdem ein aufwendiges Auswechseln der gesamten Feder erforderlich ist. Ferner ist aus der CH-PS 393 505 eine Verspannvorrichtung bekannt, bei der oberhalb oder zwischen den Stäben ein elastisches Rohr angeordnet ist, das unter einem Gas- oder Flüssigkeitsdruck steht und somit die Stäbe verspannen soll. Auch diese Verspannung ist fertigungstechnisch sehr aufwendig und risikoreich, da bei ,einem Bruch des elastischen Rohres ein plötzliches Absinken der Vorspannkraft auftreten würde, was ein unverzügliches Stillsetzen des Turbosatzes erfordert, um ein Zerstören der Wicklung zu verhindern.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine, Vorrichtung zur Fixierung von Wicklungsstäben zu schaffen, mit der für sehr lange Betriebszeit in allen Betriebsfällen Und auch beim Setzen der Stäbe eine ausreichende Fixierung der Wioklungsstäbe gewährleistet ist. Die Erfindung geht dabei von einer Anordnung aus, bei der toindestena ein -Stab je Nut und ein im Bereich, der Nutöffnung angeordneter Nutver- sohluSkeil sowie mindestens eine in Längsriohtung der Nut verlaufende Spannfeder vorgesehen sind.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Feder aus einer in Längsrichtung gewellten Blattfeder besteht und eine bis zu 70 i> ihres maximalen Federweges möglichst lineare Federkennlinie aufweist, daß die Feder bei ihrem Einbau in die Nut bis auf mindestens 80 $> ihres Federweges zusammengedrückt ist und der hierbei entstehende Federdruck über dem pulsierenden Gesamtsta/bdruck liegt. Mit einer derartigen Feder

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ist gewährleistet, daß die Stäbe in der Nut ständig einer ausreichenden Vorspannung ausgesetzt sind und die beschriebenen schädlichen Auswirkungen nicht auftreten können. Bei Einbau wird die Feder bis auf mindestens 80 % des Federweges zusammengedrückt und liegt damit nahezu flachgedrückt in der Nut. Sollte die Feder während des Betriebes brechen, so geht die Wirkung nicht verloren, da sie axial nicht verschiebbar ist. Vor allem aber steht so fast der gesamte Federweg zur Verfügung-, um eine dauernde ausreichend hohe Vorspannung auch bei auftretenden Setzerscheinungen aufrecht zu erhalten und ' ein radiales Spiel der Stäbe in der Nut, insbesondere ein Abheben vom Nutengrund zu verhindern.

Zur Erzeugung der notwendigen Federkraft bei möglichst großem Federweg und einer möglichst linearen Federkennlinie ist es zweckmäßig, daß die Feder aus mit Harz imprägniertem und.gehärtetem unidirektionalem Glasgewebe besteht und Federstränge aufweist, die in Richtung quer zu-den Wellen ca. 15 mal schwerer als die parallel zu den Wellen verlaufenden Fäden sind, Zur Verstärkung der Federkraft können dabei mehrere Federn * mit gleichsinnigem Verlauf der Wellen übereinander oder aber auch mehrere Federn mit gegenläufigen Wellen übereinander angeordnet sein. Zum leichteren Ein- und Ausbau der Feder ist es dabei zweckmäßig, wenn die Feder unterhalb des Nutverschlußkeils zwischen einem Druckstück und dem auf dem Stab liegenden Druckstreifen angeordnet ist.

Ferner ist es notwendig,, in Längsrichtung der Nut die Federn in ihrer Länge zu unterteilen, da sich jede Feder beim Einbau durch das Plattdrücken in ihrer Länge streckt. Am vorteilhaftesten ist es,, den Nutverschlußkeil und die darunter befindliche Feder ungefähr mit der gleichen axialen Länge auszuführen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels naäi der Erfindung näher er-

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läutert. Dabei zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch, eine hut mit der Feder nach der Erfindung,

Fig. 2 einen perspektivischen !Deillängs- und -querschnitt der Nut mit der. eingebauten Feder und

Fig. 3 eine entsprechende Federkennlinie ^it den entsprechenden Verformungen und Federkräften beim Einbau und während des Betriebes.

In die Nut 1 des Ständerblechpa.ketes 2 sind nach dem vorliegenden Aüsfiihrungsbeispiel zwei Wicklungsstäbe 3 und 4 übereina.nder angeordnet. Diese beiden Stäbe 3 und 4 sind unterein^ ander gleich aufgebaut und bestehen aus versetzt angeordneten Massivleitern 5 und entsprechenden Hohlleitern 6 zur Kühlung der Wicklung. Die einzelnen leiterebenen sind dabei durch eine Lagenisolation 7 voneinander getrennt und insgesamt von einer Isolierung 8 umschlossen. Zwischen den beiden. Stäben 3 und 4 ist eine Nutenzwischenlage 9 vorgesehen, während die Nut am oberen Ende durch einen Nutverschlußkeil 10, der schwalbensohwanzartig in Ausnehmungen der Nutfla.nken eingeschoben ist, abgeschlossen wird.

Zur Verspannung der beiden Stäbe 3 und 4 in der Nut 1 ist nunmehr erfindungsgemäß unterhalb des Nutverschlußkeils 2 zwischen dem Druokstlick 11 und dem Druckstreifen 12 oberhalb des Oberetabes 3 eine in Längsrichtung gewellte Blattfeder 13 angeordnet, deren Einbaula.ge insbesondere aus der perspektivischen Ansicht nach Fig. 2 deutlich zu ersehen ist. Diese Feder weist eine bis ca. 70 # des Federweges linear ansteigende Federkennlinie auf. Diese Kennlinie wird erreicht durch ein mit Harz imprägniertes, gehärtetes und unidirektionales Glasgewebe, bei dem die Faserstränge in Richtung quer zu den Wellen ca, 15 mal schwerer sind als die parallel zu den Wellen verlaufenden Faserstränge. Durch die Wa.hl einer bestimmten

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Federdicke ka.nn der Federdruck der Feder dem jeweiligen Staudruck angepaßt werden, derart, daß der Federdruck mindestens beim Einbau immer höher als der Stabdruck ist. Damit ist gewährleistet, daß die Stäbe in der Nut ständig einer ausreichenden Vorspannung ausgesetzt sind und schädliche Auswirkungen durch Lockerung nicht eintreten können. Beim Einbau wird die Feder bis auf mindestens 80 $ des Federweges zusammengedrückt und liegt damit nahezu flachgedrückt in der Nut, wie auch aus Fig. 2 deutlich zu ersehen ist. Die Federn wirken dabei so, daß sie im Falle eines entstehenden Zwischenraumes zwischen Oberstab 3 und Nutverschlußkeil 10 - z. B. durch Abplatten der Staboberflächen oder Wärmedehnungen - sich ausdehnen können und dadurch weniger gespannt sind. Durch die erfindungsgemäße Vorspannung auf mindestens 80 $ des gesamten Federweges ist der hierdurch bedingte Abfall in der Vorspannkraft jedoch so gering, daß die Stäbe ausreichend stark vorgespannt bleiben. Andererseits bleibt, wenn die Feder nicht vollkommen flach gepreßt wird, ein kleiner restlicher Federweg von einigen Prozenten übrig (etwa 10 big 20 #), der bei Wärmedehnungen des Stabes in Verbindung mit der übrigen Elastizität der Nutfüllung verhindert, daß übermäßig große Kräfte durch verhinderte Wärmedehnung der Nutfüllung entstehen, die zu einer Oberflächenabplattung der Stäbe und Isolationsteile in der Nut führt, wodurch das sogenannte Setzen erst eingeleitet bzw. verstärkt wird.

In dem Diagramm nach Fig. 3 ist die Federkennlinie einer gewellten Blattfeder dargestellt. Dabei ist die Verformung y/y_max in i» Über der Federkraft F aufgetragen. Die Feder wird beim Einbau um y-]/y_max Jl °»8 vorgespannt eingebaut und erzeugt hierbei eine Vorepaunkraft F₁ -(Punkt 1 der Kennlinie), die größer als die Stabkraft sein soll. Tritt im Laufe des Betriebes, beispielsweise im Laufe vieler Jahre, ein Setzbetrag 4 y in der Nutfüllung auf, so entspannt sich die Feder um diesen Betrag auf den Wert y₂ = y.| -Ay und erzeugt hierbei immer-noch eine Vorspannkraft F₂. die bei Einhaltung der angegebenen Dimensionierungsregeln ausreicht, um ein Ab-

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heben des Stabes vom Nutgrund und damit ein Hämmern zu verhindern. Der Setzbetrag Δ y hat viele Ursachen und kann statistisch aufgrund von Erfahrungswerten ermittelt werden: Abrieb der Nutverschlußkeile an den !Dragflanken, plastische Verformung der Staboberflächen und Isolationsfiillteile in der Nut, bleibende Verformungen, bzw. Schrumpfungen von Teilen innerhalb der Nut. .

In dem dargestellten Ausftihrungsbeispiel ist jeweils nur eine Feder unterhalb des Nutversqhlußkeils dargestellt. Es ist aber auch möglich, mehrere Federn parallel oder versetzt zueinander Übereinander anzuordnen, so daß damit die ,!Federkraft noch verstärkt wird. Außerdem können Nutverschlußkeil und Feder direkt Übereinanderliegend eingebaut werden.

Mit der beschriebenen entsprechend vorgespannten Feder ist also während des Betriebes eine stets ausreichende Vorspannung der Stäbe in der Nut gewährleistet, wobei auch ein Nachspannen der Feder nicht erforderlich istl

8 Ansprüche
3 Figuren

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Claims

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Pate ώ t ana ρ r ti ο - h e

Vorrichtung zur .Fixierung von Wicklungsstäben in Nuten elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit mindestens einem Stab je Nut und im Bereich der Nutöffnung angeordnetem Nutverschlüßkeil sowie mindestens einer in Längsrichtung der Nut verlaufenden Spannfeder> dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus einer in Iiängsrichtung gewellten Blattfeder (13) besteht und eine bis zu 70 $> ihres maximalen Federweges möglichst lineare Federkennlinie aufweist, und daß die Blattfeder (13) bei ihrem Einbau in die Nut (1) bis auf mindestens 80 % ihres Federweges zusammengedrückt ist und der entstehende Federdruck hierbei über dem pulsierenden G-esamtstabdruck liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) aus mit Harz imprägniertem und gehärtetem unidirektionalem Glasgewebe besteht und Faserstränge aufweist, die In Richtung quer zu den Wellen ca. 15 mal schwerer ale die parallel zu den Wellen verlaufenden Fäden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Federn mit gleichsinnigem Verlauf der Wellen übereinander angeordnet sind. . .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, daß mehrere Federn mit gegenläufigen Wellen Übereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) unmittelbar unterhalb des Nutverschlußkeils (10) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) unterhalb des Nutver-

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schlußkeils (10) sswischen Drucksttick (11) und dem auf dem Oberstab (3) liegenden Druckstreifen (12) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) in axialer Richtung unterteilt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) entsprechend der jeweiligen axialen Unterteilung des Nutverschlußkeiles unterteilt ist.

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