DE2231292A1

DE2231292A1 - Wickelkopfabstuetzung fuer die staenderwicklung elektrischer maschinen, insbesondere turbogeneratoren

Info

Publication number: DE2231292A1
Application number: DE19722231292
Authority: DE
Inventors: Heinrich Beermann; Willi Jacobs; Dietrich Lambrecht
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1972-06-26
Filing date: 1972-06-26
Publication date: 1974-01-10
Also published as: FR2191325B1; CH557104A; GB1395461A; JPS4951504A; FR2191325A1; DE2231292C3; JPS545005U; DE2231292B2

Description

23. JUN! 1972

KRAFTWEEK UNION AKTIENGESELLSCHAFT 4330 Mülheim-Ruhr,

Wiesenstraße 35

Unser Zeichen: PA 72/9355 Mes/Fl

Wickelkopfabstützung für die Ständerwicklung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren

Die Erfindung betrifft eine Wickelkopfabstützung für die Ständerwicklung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit kegelig abgebogenen und schräg zur Maschinenachse verlaufenden Leiterabschnitten des Wickelkopfes sowie mit einer Verspannung der Leiter zumindest gegenüber einer radial außenliegenden, axial verschieblichen Abstützung.

Eine derartige Wickelkopfabstützung ist bekannt aus der DT-AS 1 200 932. Nach dem dort dargestellten Ausführungsbeispiel sind radial innerhalb und außerhalb des Wickelkopfes sich in axialer Richtung erstreckende und parallel zu den Mantelflächen des Wickelkopfes verlaufende Halterungsarme vorgesehen, die innenliegend über Spannschrauben und außenliegend über Spannseile miteinander und gegen den Wickelkopf verspannt sind, Über in den äußeren Halterungsarmen festgelegten Bolzen, die in Langlöchern eines mit den Preßplatten des Ständerblechpaketes verschraubten Halterungsarmes gleiten, ist eine axiale Bewegung des Wickelkopfes möglich. Eine derartige Festlegung des Wickelkopfes ergibt zwar eine relativ starre Halterungsanordnung; die durch Schwingungen des umlaufenden elektrischen Feldes hervorgerufenen elliptischen Verformungen des Wickelkopfes und einseitige Beanspruchungen bei Kurzschlüssen können mit einer derartigen Abstützung jedoch nur unvollkommen beherrscht werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine stoßkurzschlußfeste Abstützung des Wickelkopfes sowohl zum Generatorgehäuse hin wie auch zwischen den Leiterstäben untereinander zu schaffen, die schubfest· und biegefest ist und mit

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der unzulässige Vibrationen des gesamten Ständerwickelkopfes sowie der Leiterstäbe und der Befestigungsteile gegeneinander vermieden werden.

Die Wickelkopfabstützung nach der Erfindung besteht dabei darin, daß der Wickelkopf auf seiner äußeren Mantelfläche von einem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Stiitzring umgeben und auf seiner inneren Mantelfläche von btindig aneinanderstoßenden, sich ebenfalls über den gesamten Umfang erstreckenden segmentförmigen Abdeckplatten überdeckt ist und daß die Leiterstäbe des Wickelkopfes über an den Abdeckplatten und dem Stützring angreifenden und in mehreren Reihen angeordneten Spannbolzen gegen den Stützring starr verspannt sind. Die einzelnen Leiterstäbe sind dabei gegenüber dem Stützring, den Abdeckplatten und zwischen den beiden Stabebenen angeordneten Zwischenplatten über in umlaufenden Nuten der Abstützungen eingelassene, plastisch verformbare Zwischenlagen aus einem aushärtbaren Material gelagert.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen Wickelkopf mit der erfindungsgemäßen Abstützung;

Mg. 2 eine Ansicht von innen auf eine Abwicklung des Ständerwickelkopfes;

Pig. 3 eine scheraatische Darstellung der Verspannung und der Verteilung der angreifenden Kräfte und

Pig. 4 eine schematische Darstellung der Erhöhung der Steifig-

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- 3 keit durch größeres Trägheitsmoment des starren Wickelkopfes.

In Fig. 1 ist ein Ständerwickelkopf im Axialschnitt dargestellt. Es handelt sich hierbei beispielsweise um eine flüssigkeit sgekiihlte Ständerwicklung. Es ist jedoch gleichermaßen auch eine Wicklung mit Gasinnenkühlung möglich. Die Oberstäbe 11 und die Unterstäbe 12 der Wicklung treten axial aus dem Blechpaket 1 des Generators aus und sind dann in bekannter Weise radial auf einem Kegel evolventenförmig gebogen, wie das auch aus der Abwicklung nach Fig. 2 zu ersehen ist. In der vorliegenden Fig. sind dabei lediglich drei Leiter entsprechend der vorliegenden Schnittebene geschnitten gezeichnet, während zur übersichtlicheren Darstellung im übrigen Wickelkopfbereich lediglich die äußere Kontur der Leiter gezeigt ist. Radial außenliegend ist nunmehr erfindungsgemäß parallel zu der kegelförmigen Unterseite der Unterstäbe 12 ein Stützring 4 angeordnet, der sich über den gesamten Umfang des Wickelkopfes erstreckt. Dieser Stützring 4 kann dabei einteilig oder auch axial oder tangential mehrteilig zur leichteren Montage ausgeführt sein, wobei die Einzelteile dann jedoch fest untereinander verbunden sind, so daß sich ein stabiler Stützring ergibt. Dieser Stützring 4 ist auf seiner Außenseite am Umfang an einzelnen achsparallelen Haltearmen 6, die an die Preßplatte 3 für das . Ständerblechpaket 1 angeschraubt sind, axial gleitend gelagert, so daß sich unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen Wickelkopf und Gehäuseteilen ausgleichen können. Die Schaltleitungen 5 der Wicklung sind auf zusätzlichen Halteklötzen 31 festgelegt, die ihrerseits jeweils zwischen den Haltearmen 6 angeordnet sind und sich auf dem Stützring 4 abstützen. Die Ringleitung 7 für die Kühlflüssigkeit ist an den äußersten Enden der Haltearme 6 befestigt und steht über flexiblen Schlauchleitungen 8 mit den Kühlmittelanschlußkammern 32 der einzelnen Stäbe in Verbindung.

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Auf der inneren Mantelfläche des Wickelkopfes, also auf der Oberseite 11, sind erfindungsgemäß bUndig aneinanderstoßende und sich ebenfalls über den gesamten Umfang erstreckende segmentförmige Abdeckplatten 10 vorgesehen, die sich über die gleiche Breite wie der Stützring 4 erstrecken. Diese Abdeckplatten 10 sind - wie noch später beschrieben wird - über Spannbolzen 9 mit dem Stützring 4 verbunden.

Zur Distanzierung von Ober- und Unterstäben 11 und 12 sind zwischen die beiden Stabebenen ebenfalls segmentförmige Zwischenplatten 13 eingelegt.

Sowohl zwischen dem Stützring 4 und den Unterstäben 12, den Unterstäben 12 und den Zwischenplatten 13, den Zwischenplatten 13 und den Oberstäben 11, sowie den Oberstäben 11 und den Abdeckplatten 10 sind in umlaufenden Nuten 14 eingelassene, beim Einlegen der Wicklung noch plastisch verformbare, jedoch später aushärtbare und im allgemeinen aus fadenverstärktem Kunstharz bestehende Polster 30 eingelegt, die sich der äußeren Form der im Einbauzustand schon verhältnismäßig starren, mit einer kunstharzgetränkten Isolierung versehenen Leiterstäbe 11 und 12 einerseits und den Befestigungsteilen 4, 13 und 10 andererseits so anpassen, daß alle Zwischenräume ausgefüllt und überbrückt werden. Diese Polster 30 werden beim Einlegen der Stäbe so verformt, daß sie breit gedrückt werden und sich dadurch über die Breite der umlaufenden Nuten 14 hinaus erstrecken. Dabei ist der Abstand der umlaufenden Nuten so gewählt, daß mehr als 50 % der Wickelkopfoberfläche im Bereich des Stützringes 4 durch die Polster bedeckt sind und somit eine breitflächige Auflage des 'Wickelkopfes erreicht wird. Die Anordnung dieser Polster in den umlaufenden Nuten verhindert eine seitliche Verschiebung der Stäbe während des Wickeins und auch später im Betrieb und gewährleistet eine gleichmäßige Stabauflage, örtliche Überbeanspruchungen der Stäbe im Kurzschlußfall

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- 5 können somit vermieden werden. .

Zur Verspannung des Wickelkopfes gegen den Stützring 4 sind die bereits erwähnten, am gesamten Umfang des Wickelkopfes und in verschiedenen Reihen angeordneten Spannbolzen 9 vorgesehen, die am äußeren Ende in Gewindebuchsen 23 aus Metall oder Isolierstoff eingeschraubt werden, die ihrerseits in entsprechende Bohrungen 33 des Stiitzringes 4 eingesetzt werden. Auf der anderen Seite sind die Spannbolzen 9 mit den Abdeckplatten 10 verspannt. Dazu sind in entsprechende Bohrungen der Abdeckplatten 10 exzentrisch oder zentrisch gebohrte Paßkegelhlilsen 15 eingesetzt, in die der Kegelansatz von auf die Spannbolzen 9 aufgeschraubte Gewindemuttern 16 eingreifen. Durch ein entsprechendes Drehen der Kegelhiilsen 15 kann damit eine etwa vorhandene exzentrische Lage der Spannbolzen 9 ausgeglichen werden.

Diese Spannbolzen 9 dienen somit zur starren Verbindung der innenliegenden Abdeckplatten 10 und des außenliegenden Stiitzringes 4 und zur festen Verspannung der dazwischenliegenden Leiterstäbe 11 und 12, so daß sich ein kompakter schub- und biegefester Wickelkopf ergibt. Darüber hinaus haben diese Spannbolzen aber auch noch die Aufgabe, von den Stäben in Umfangsrichtung ausgeübte Kräfte aufzunehmen und abzuleiten. Durch die beiderseitige Einspannung der Spannbolzen 9 wird somit deren Tragfähigkeit gegen auftretende Kräfte wesentlich erhöht. Ein formschlüssiger Verband der Spannbolzen 9 untereinander wird einerseits über den Stützring 4 und andererseits über die dicht aneinanderstoßenden Abdeckplatten 10 hergestellt. Dies ist besonders vorteilhaft, da im Kurzschlußfall jede Zone des Wickelkopfes gefährdet ist und die sehr hohen Kurzschlußkräfte örtlich an jeder Stelle des Umfanges angreifen können. Wie aus der schematischen Darstellung nach Pig. 3 ersichtlich ist, wird durch den kraftschlüssigen Verband der Spannbolzen 9 untereinander über den Stützring 4

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einerseits und die Abdeckplatten 10 andererseits die beispielsweise auf einen Spannbolzen wirkende und mit dem starken Pfeil P charakterisierte Kurzschlußkraft auf eine größere Zahl von Spannbolzen, die in der Umgebung angeordnet sind, übertragen, wobei dann insgesamt jeweils die kleineren Kräfte P¹ auf die einzelnen Spannbolzen wirken.

In Pig. 2 ist eine Abwicklung des Ständerwickelkopfes in Ansicht von der Welle her gezeigt, wobei die innenliegenden Abdeckplatten 10 weggelassen sind, um den Verlauf der Leiterstäbe und ihre Distanzierung besser darstellen zu können. Am linken Rand der Fig. ist dabei in einem weiteren Teilschnitt der Verlauf der in den Stützring 4 bzw. die Zwischenplatten 13 eingelassenen umlaufenden Nuten gezeigt, die mit den Polstern 30 ausgefüllt sind. Die Distanzierung der evolventenförmigen Leiterstäbe 11 und 12 in axialer Richtung erfolgt dabei durch Ausstopfen der Zwischenräume mit dem gleichen plastischen aushärtbaren Material 17» mit dem auch die umlaufenden Nuten 14 ausgefüllt sind. Dabei sind die verhältnismäßig geringen Leiterabstände innerhalb einer Phasengruppe voll mit diesem Material 17 ausgefüllt, während die vergrößerten Abstände am Phasenwechsel durch Zwischenlegen eines Distanzstückes 22 und einer entsprechenden Auskleidung auf beiden Seiten überbrückt sind. Diese axiale Distanzierung ist auch aus dem Teilschnitt der Leiter in Fig. 1 zu ersehen.

Die Leiterabschnitte vor dem Eintritt bzw. nach dem Austritt aus dem evolventenförmigen Wickelkopfteil werden durch vorgeformte, dem Leiterzwischenraum angepaßte Distanzstücke 19, 20 oder 21 distanziert. Die zum Leiter hin vorgesehenen geringen Luftspalte dienen zum Ausfüllen der fertigungsbedingten radialen Konizität der Teile mit einem Kunstharzausguß 18.

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Alle zur Distanzierung verwendeten Materialien lassen sich im Bedarfsfalle durch Einlegen von Trennfolien oder entsprechender Oberflächenbehandlung ohne Schwierigkeiten von den Wicklungs- und Befestigungsteilen trennen. Dabei werden alle härtbaren Polster und Materialien nach dem Distanzieren und Verspannen des Wickelkopfes unter Zuführen von Wärme ausgehärtet. Nach dem Aushärten werden die Spannbolzenmu.ttern 16 über Spannscheiben, Teilerfedem 25 oder zwischen Stützring 4 und Abdeckplatten 10 angeordnete FecTerelemente angezogen, so daß die Abdeckplatten 10 die Stäbe 11 und 12 dauernd fest gegen ihre Auflager 30 pressen. Durch diese Vorspannung entsteht ein kompakter, kurzschlußfester Wickelkopf, der sich dennoch gegenüber dem Gehäuse in axialer Richtung ausdehnen kann.

Wie aus der schematischen Darstellung nach Fig. 4 zu ersehen ist, wird durch den kraftschlüssigen, unter Vorspannung stehenden Verband des kompakten Wickelkopfes mit dem Stützring 4 die Gesamthöhe h der Querschnittsfläche gegenüber der Höhe h₁ des Stützringes allein etwa verdoppelt. Dadurch ergibt sich entsprechend dem Verhältnis der Trägheitsmomente eine etwa achtfach größere Steifigkeit gegenüber Ringverformungen, auf die schon eingangs hingewiesen wurde.

13 Ansprüche
4 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

( 1./Wickelkopfabstützung für die Ständerwicklung elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit kegelig abgebogenen und schräg zur Maschinenachse verlaufenden Leiterabschnitten des Wickelkopfes sowie mit einer Verspannung der Leiter zumindest gegenüber einer radial außenliegenden, axial verschieblichen Abstützung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkopf auf seiner äußeren Mantelfläche von einem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Stützring (4) umgeben und auf seiner inneren Mantelfläche von bündig aneinanderstoßenden, sich ebenfalls über den gesamten Umfang erstreckenden segmentförmigen Abdeckplatten (10) überdeckt ist und daß die Leiterstäbe (11, 12) des Wickelkopfes über an den Abdeckplatten (10) und dem Stützring (4) angreifenden und in mehreren Reihen angeordneten Spannbolzen (9) gegen den Stützring (4) starr verspannt sind.
2. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiterstäbe (11, 12) gegenüber dem Stützring (4), den Abdeckplatten (10) und zwischen den beiden Stabebenen angeordneten Zwischenplatten (13) über in umlaufenden Nuten (14) der Abstützungen eingelassene, plastisch verformbare Polster (30) aus einem aushärtbaren Material gelagert sind,
3. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (4) einteilig ausgeführt ist.
4. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (4) axial oder tangential geteilt ist. .

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5. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (4) auf radial außenliegenden, an den Preßplatten (3) des Ständerblechpaketes (1) befestigten achsparallelen Haltearmen (6) axial verschiebbar geführt ist.
6. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbolzen (9) aus Isolierstoff bestehen.
7. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbolzen (9) in in den Stützring (4) eingesetzte Gewindebuchsen (23) aus Metall oder Isolierstoff eingeschraubt sind.
8. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abdeckplatten (10) exzentrisch gebohrte Paßkegelhülsen (15) und entsprechende, auf die radial innenliegenden Enden der Spannbolzen (9) aufgeschraubte G-ewindemuttern (16) eingelassen sind.
9. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiterstäbe (11, 12) einer Phase gegeneinander durch ein plastisches, aushärtbares Material (17) distanziert sind.
10. Wickelkopfabstützung nach Anspruch 1, 2 und 9> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aufeinanderfolgenden Leiterstäben unterschiedlicher Phase zusätzliche Distanzstücke (22) angeordnet sind.
11. Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 1,2 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Leiterstäben (11, 12) und den zur Distanzierung verwendeten Materialien (17, 18) Trennfolien eingelegt sind.

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12. Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle härtbaren Teile nach Verspannen des Wickelkopfes unter Zuführung von Wärme ausgehärtet werden.
13. Wickelkopfabstützung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbolzenmuttern (16) über Spannscheiben oder Tellerfedern (25) oder zwischen Stützring (4) und Abdeckplatten (10) angeordnete Federelemente angezogen sind.

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