DE2600928A1

DE2600928A1 - Befestigungs- und verspanneinrichtung fuer wicklungsleiter in elektrischen maschinen

Info

Publication number: DE2600928A1
Application number: DE19762600928
Authority: DE
Inventors: Robert M Colangelo; Glenn D Cooper
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1976-01-13
Publication date: 1976-07-29
Also published as: GB1535841A; US3991334A; CA1042052A; FR2298894A1; SE7600721L; CH597709A5; FR2298894B1; JPS5199205A; BE837835A; IT1054808B; ES444590A1

Description

PATENTANWALT /6008/8

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

β München 7t, den 9. Jan. 1976

MelchloratraS· 42

M.ln Z.loh.n: WS43P-1364

Westinghouse Electric Corp. Westinghouse Building Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, USA

Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Wicklungs leiter in elektrischen Maschinen

Die Erfindung betrifft eine Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Verwendung in einem Turbinen-Generator, wobei die Endabschnitte der Wicklungs leiter in axialer Richtung vom Statorkern abstehen und von Trägerelementen gehalten sind.

Derartige Befestigungs- und Verspanneinrichtungen werden dazu benutzt, um die Endabschnitte von Wicklungsleitern in Turbinen-Generatoren gegen Verschiebung und Vibration im normalen Lastbetrieb und im Überlastbe trieb zu begrenzen. Herkömmliche Einrichtungen dieser Art verwenden nichtmetallische Tragbügel, die fest am Statorkern oder einer Endscheibe desselben angeordnet sind. Spannringe und die Wicklungsleiter sind an diesen Tragbügel mit Hilfe von Glasseilen befestigt, die um die Wicklungsleiter herumgeführt werden. Bei zunehmender Temperatur des Statorkernes

Fs/mü dehnen

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dehnen sich die Tragbügel thermisch aus, wobei sie dazu neigen, sich nach außen und von den Wicklungsleitern weg zu verbiegen. Daraus resultiert eine geringere Verspannung zwischen den Tragbügeln und der Wicklungsleiter, welche, selbst wenn sie nur kurzzeitig auftreten, die Fähigkeit der Maschine, große Kräfte bei großer Last bzw. Überlast aufzunehmen, stark beeinträchtigen und dadurch auch die Widerstandsfähigkeit gegen die bei Normalbetrieb auftretenden konstanten Kräfte beeinträchtigen, so daß Beschädigungen ,an den Maschinen nicht zu vermeiden sind.

Aufgrund der thermischen Ausdehnung der Wicklungsleiter erfahren diese eine vom Statorkern weggerichtete axiale Verlängerung. Damit ist eine Tendenz der Vergrößerung des Abstands zwischen den Wicklungsleitern und den Tragbügeln aufgrund des konischen Aufbaus verbunden. Dadurch wird die einheitliche Verspannung der Anordnung beeinträchtigt und verringert.

Neben den Schwierigkeiten durch Wärmebewegung wurde festgestellt, daß sich auch Schwierigkeiten bezüglich der Einhaltung, derAbmessungen der Endplatte oder der Trägerplatte am Statorkern ergeben, womit es schwierig wird, die notwendigen Toleranzen für eine einwandfreie Halterung der Tragbügel in der gewünschten Position einzuhalten. Es ist daher wünschenswert und ein Ziel der Erfindung, eine Befestigungs- und Verspanneinrichtung zu schaffen, mit der die Endabschnitte der Wicklungsleiter, insbesondere bei Turbinengeneratoren, festgehalten werden können, so daß sich diese nicht lösen und infolge von Temperatureinflüssen keine die Lebensdauer und den Betrieb der Maschine beeinträchtigende Verschiebung erfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ring um die Endabschnitte der Wicklungsleiter herum verläuft und mit einer Vielzahl von Plattenpaaren verbunden ist, die ihrerseits an Tragbügeln befestigt sind, daß die Wicklungsleiter mittels Befestigungsvorrichtungen an den Plattenpaaren und Tragbügeln gehaltert sind, daß Spanneinrichtungen den Ring in axialer Richtung vom Statorkern wegverschieben, und daß Spann-

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elemente vorhanden sind, die einer radialen Verschiebung der Wicklungsleiter entgegenwirken und eine axiale Verschiebung der Wicklungsleiter zulassen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Eine nach den Maßnahmen der Erfindung ausgeführte Befestigungs- und Verspanneinrichtung bietet den Vorteil, daß die Endabschnitte der Wicklungsleiter sicher festgehalten werden können und sich nicht aufgrund von Wärmedehnungen und Herstellungstoleranzen lösen. Die Wicklungsleiter und der Tragring werden an nichtmetallischen Tragbügeln befestigt, die ihrerseits wieder mit einem Ring verbunden sind. Dieser Ring verläuft um die äußere Oberfläche von Plattenpaaren, die mit dem Tragbügel die Verbindung herstellen, und liegt innerhalb einer weiteren ringförmigen Anordnung, welche über Abstands stücke an dem Ring anliegt. Diese ringförmige Anordnung steht in fester Verbindung mit dem Statorkern, so daß die Abstandsstücke eine radiale Verschiebung des über die Plattenpaare mit dem Tragbügel verbundenen Ringes zulassen, wobei diese radiale Verschiebung durch Zwischenlegen von Lagerscheiben mit niederem Reibungskoeffizienten noch erleichtert wird. Zwischen dem Ring und dem Statorkern sind Spanneinrich- · tungen angeordnet, die vorzugsweise aus Federscheiben oder Schraubenfedern bestehen und den Ring vom Statorkern weg vorspannen. Damit wird eine hohe Festigkeit der Anordnung unter allen zu erwartenden Temperatureinflüssen gewährleistet.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben eich auch aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungebeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Teil eines Turbinengenerators;

- 3 - Fig. 2

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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie Π-ΙΙ der Fig. 1;

In den beiden Fig. der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Fig. 1 in teilweisem Schnitt dargestellte Teil eines Turbinengenerators umfaßt einen Statorkern 10, einen Endabschnitt des unteren Wicklungsleiters 12 und einen Endabschnitt des oberen Wicklungsleiters 14. Diese Wicklungsleiter 12 und 14 sind die Verlängerung von Statorwicklungen, welche in Schlitzen des Statorkernes 10 angeordnet sind. Normalerweise verlaufen die Endabschnitte der Wicklungsleiter 12 und vom Statorkern 10 weg nicht parallel. An den Enden sind jeweils einander zugeordnete Wicklungsleiter mit einem Verbindungsleiter 16 verbunden. Dabei sind einander zugeordnete Wicklungsleiter in der Regel nicht in demselben Schlitz des Statorkernes 10 angeordnet, obwohl dies in Fig. 1 der Einfachheit halber gezeigt ist.

Die Wicklungsleiter 12 und 14 werden mit Hilfe von Spannringen 18, 20, 22, 24 und 26 fest zusammengehalten, die um die Wicklungsleiter herum und zwischen diesen verlaufen. Diese Spannringe können aus einem geeigneten nichtmetallischen Material, z. B. aus mit Glasfasern verstärktem Epoxydharz, bestehen. In der speziellen Ausführungsform sind zwischen die Spannringe und die Wicklungsleiter flexible Schlauchleitungen eingefügt, die mit Epoxydharz ausgefüllt sind, das im flüssigen Zustand unter Druck eingebracht wird und anschließend aushärtet. Die Schlauchleitungen 28 und 30 wirken mit dem Spannring 24 zusammen. Diese Schlauch· leitungen sowie die Schlauchleitung 32 liegen zwischen den Wicklungsleitern und versuchen diese auseinanderzudrücken. Diesem Druck wirken die äußeren Spannringe 18, 20 und 26 entgegen, so daß die Wicklungsleiter 12 und 14 zwischen den verschiedenen Spannringen verkeilt und im wesentliehen starr bzw. bewegungsfrei gehaltert sind. Selbstverständlich können

- 4 - auch

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auch andere Anordnungen vorgesehen sein, um die Wicklungsleiter 12 und 14 untereinander und mit anderen nicht dargestellten Wicklungsleitern im Rahmen der Erfindung fest zu verspannen.

Der Spannring 18 ist mit einem Tragbügel 34 über einen Bolzen 36 fest verbunden. Im wesentliche gleichartige Befestigungsmittel können dazu benutzt werden, um den Spannring 20 mit dem Tragbügel 34 zu verbinden, wobei der Spannring 20 in eine Ausnehmung am Tragbügel eingelegt sein kann. Dadurch wird die radiale Beweglichkeit des Spannringes in bezug auf die Wicklungsleiter einerseits und die axiale Beweglichkeit in bezug auf den Statorkern 10 andererseits unterbunden bzw. eingeschränkt.

Der Tragbügel 34 besteht aus einem nichtmetallischen Material, z. B. glasfaserverstärktem Epoxydharz, und ist zwischen einem Plattenpaar 40 geführt und mittels Bolzen 42 gehaltert. Der gesamte Wicklungsendaufbau wird fest mit dem Plattenpaar 40 und dem Tragbügel 34 mit Hilfe eines Bandes 44 verspannt, das um die Wicklungsleiter herumgelegt und diese gegen ein Rohr 47 zieht, das auf der Außenseite aller Plattenpaare 40 des Turbinengenerators als Ring verläuft. Auf diese Weise sind die Wicklungsleiter 12 und 14,die verschiedenen Spannringe sowie die Tragbügel 34 und die Plattenpaare 40 fest miteinander verspannt und bewegen sich zusammen entsprechend der normalen Expansionscharakteristik der Generatorteile.

Die Plattenpaare 40 sind mit einem Ring 46 z. B. mit Hilfe angeschweißter Leisten 48 verbunden. Dieser Ring 46 verläuft über den gesamten Umfang und umschließt alle Statorwicklungen des Turbinengenerators. Auf diese Weise werden alle Tragbügel und alle Plattenpaare, die mit den verschiedenen Tragbügeln verbunden sind, fest mit dem Ring 46 verbunden. Dieser Ring 46 wird in axialer Richtung vom Statorkern 10 weg mit Hilfe von Federn 50 verspannt, die mit Hilfe von Schraubbolzen 52 während der Mon-

- 5 - tage

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tage des Generators zusammengedrückt werden. Nach der Montage werden die Schraubbolzen 52 gelöst und geben die Federn 50 frei, welche nunmehr auf den Ring 46 einwirken und diesen vom Statorkern 10 und von der Statorkernendplatte 54 wegdrücken. Die Federn 50 können in Form von Federscheiben bzw. von Schraubenfedern ausgeführt sein, jedoch kann für diesen Zweck jede geeignete Art von Druckfedern Verwendung finden.

In Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Befestigung der Tragbügel am Ring 46 und an der Statorkernendplatte 54 dargestellt. Mit der Statorkernendplatte 54 ist ein weiterer Ring 56 verbunden, der auf durch den Statorkern 10 verlaufende Bolzen 58 aufgesetzt und gegen den Statorkern verspannt ist. Dieser Ring 56 verläuft über den gesamten Umfang des Statorkernes und kann aus einem geeigneten Material, beispielsweise Stahl, hergestellt sein. In Ausschnitten an der inneren Umfangslinie des Ringes 56 sind eine Vielzahl von Abstands stücken 60 eingesetzt und mit dem Ring 56 in der Weise verbunden, da/3 eine Verschiebung bezüglich des Abstandsringes 56 mit Hilfe von geeigneten Einrichtungen möglich ist. Zu dieser Verschiebung der Abstandsstücke kann beispielsweise eine Schraubspindel 62 Verwendung finden. Ein geeignetes Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten, z. B. das unter dem Warenzeichen Teflon bekannte Material, kann zwischen die Abstandsstücke 60 und den Ring 46 eingelegt werden, um eine leichte axiale Verschiebung zwischen diesen Teilen zu ermöglichen.

Mit Hilfe des Ringes 56 und der Abstandsstücke 60 wird die radiale Verschieblichkeit des Ringes 46 eingeschränkt und damit auch die radiale Verschiebung der Wicklungsleiter in ihrer Halterung und Verspannung. Während der Montage werden die verschiedenen Abstandsstücke 60 gegen den Ring 46 verspannt, um ein Lösen dieser Teile und jegliche radiale Verschiebung der Endabschnitte der Wicklungsleiter aufgrund von innerhalb des Generators auftretenden mechanischen Kräften zu verhindern. Die

- 6 - Größen-

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Größenänderungen der Endabschnitte der Wicklungsleiter aufgrund thermischer Einflüsse im Generator versuchen, den Ring 46 vom Statorkern 10 wegzuverschieben. Da dieser Bewegung lediglich die Reibungskräfte zwischen dem Ring 46 und den Lagerscheiben 64 aus einem Material mit niederem Reibungskoeffizienten entgegenwirkt, setzt sich einer solchen Bewegung der Tragbügel 34 zusammen mit den Wicklungsleitern 12 und 14, wenn sich diese ausdehnen, keine nennenswerte Hemmung entgegen. Auf diese Weise wird der Abstand zwischen den Tragbügeln 34 und den Wicklungsleitern 12 bzw. 14 sowie im Gesamtaufbau auch während thermischer Ausdehnungszyklen der Generatorwicklungen beibehalten. Damit bleiben die Wicklungsleiter fest verspannt während der gesamten Lebensdauer des Generators und ferner wird die Eigenschaft des Generators, Kräfte aufgrund hoher Last und Überlastströme auszugleichen, wesentlich verbessert.

Die Federn 50 können auch an einer anderen Stelle als dargestellt zwischen dem Statorkern 10 und dem Ring 46 vorgesehen sein, solange diese Anordnung in der Lage ist,, auf die Endabschnitte der Wicklungsleiter eine Federvorspannung auszuüben. Aus Anpassungsgründen kann es nämlich wünschenswert sein, die Federn an einer abweichenden Stelle innerhalb des Generators vorzusehen.

Da die Endabschnitte der Wicklungsleiter verhältnismäßig schwer sind und da die ganze Halterung dieser Endabschnitte im wesentlichen am Ende des Statorkernes konzentriert ist, sind die äußeren Enden der Wicklungsleiter sehr stark den beim Betrieb des Turbinengenerators entstehenden Massekräften ausgesetzt und unterliegen einer entsprechenden Verformungsgefahr. Aus diesem Grund ist mit dem Generatorrahmen 72 ein Aufhänger 70 verbunden, an dem jeweils die Tragbügel 34 mit ihrem äußeren Ende aufgehängt sind. Damit werden die äußeren Enden der Wicklungsleiter weiter gegen eine Verschiebung festgehalten. Der Aufhänger 70 kann aus einem geeigneten Material, vorzugsweise einem nichtmetallischen Material, zum Beispiel einem glasfaserverstärkten Epoxydharz, bestehen.

- 7 - Mit Hilfe

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Mit Hilfe der vorausstehend beschriebenen Befestigungs- und Verspanneinrichtung können die Endabschnitte der Wicklungsleiter gegen radiale Verschiebung gesichert werden, da die Gesamtanordnung innerhalb eines Bereichs gehalten ist, der durch die gegen den Ring 46 anliegenden Abstandsstücke 60 begrenzt ist. Eine Längs ver Schiebung der Endabschnitte der Wicklungsleiter ist jedoch aufgrund der geringen Reibung zwischen den Abstandsstücken 60 und dem Ring 46 möglich. Durch diesen Aufbau wird ein sich Lösen der Befestigungs- und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte der Wicklungsleiter aufgrund von Wärmeausdehnungen unterbunden, da sich die Tragbügel 34 zusammen mit den Wicklungsleitern 12 und 14 verschieben können. Durch die Befestigungs- und Verspanneinrichtung wird die notwendige radiale Abstützung auch bei großen Lastströmen gewährleistet, ohne daß dadurch die aufgrund thermischer Ausdehnung bedingte axiale Verschiebbarkeit beeinträchtigt wird.

- 8 - Patentansprüche

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Claims

WS43P-1364 . Patentansprüche

1. J Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Verwendung in einem Turbinen-Generator, wobei die Endabschnitte der Wicklungsleiter in axialer Richtung vom Statorkern abstehen und von Träger elementen gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (46) um die Endabschnitte der Wicklungsleiter (12, 14) herum verläuft und mit einer Vielzahl von Plattenpaaren (40) verbunden ist, die ihrerseits an Tragbügeln (34) befestigt sind, daß die Wicklungsleiter (12, 14) mittels Befestigungsvorrichtungen (44, 47) an den Plattenpaaren und Tragbügeln gehaltert sind, daß Spanneinrichtungen (50) den Ring (46) in axialer Richtung vom Statorkern (10) wegverschieben, und daß Spannelemente (56 bis 64) vorhanden sind, die einer radialen Verschiebung der Wicklungsleiter entgegenwirken und eine axiale Verschiebung der Wicklungsleiter zulassen.

2. * Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Spanneinrichtungen aus Federn bestehen, die zwischen dem Ring (46) und dem Statorkern (10) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente eine Vielzahl von über dem Umfang verteilten und gegen den Ring (46) anliegenden Abstandsstücken (60) umfassen, und daß die Abstandsstücke in ihrer Lage bezüglich einer axialen Verschiebung zum Statorkern fixiert sind.

,

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet« daß zur Fixierung der Abstandsstücke (60) eine Schraubspindel (62) Verwendung findet, welche in einem am Statorkern befestigten Ring (56) geführt ist.

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche-3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Abstands stücke (60) und den Ring
(46) Lagerscheiben (64) eingelegt sind, die einen geringen Reibungs-

, koeffizienten zwischen dem Ring und den Abstands stücken bewirken.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

g ekennzeichnet, daß die Befestigungs- und Verspanneinrichtung am äußeren Ende mit Hilfe eines Aufhängers 70 abgestützt ist.

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