DE2602369C2 - Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungs- unu Verspannungseinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleitern in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Verwendung in Turbinengeneratoren, bei denen die Wicklungsleiter in Schlitzen des Statorkerns verlaufend jeweils einen oberen und einen unteren Wicklungsleiter umfassen, die am Kopfende über radial verlaufende Verbindungsleiter elektrisch miteinander verbunden SiRd, wobei die Endabschnitte der Wicklungsleiter von Trägerelementen gehalten sind, und mit Abstandsblökken aus einem isolierenden Material, welche in tangentialer Richtung zwischen den Wicklungsleitern liegen und mit diesen mittels Befestigungsbändern verspannt sind.

Die Statorwicklung von elektrischen Maschinen, insbesondere von Turbinengeneratoren, umfaßt Wicklungen, die aus einem oberen und einem unteren Wicklungsleiter bestehen, welche durch Schlitze in dem Statorkern geführt sind and mit ihren Endabschnitten in einen freien Raum am jeweiligen Ende des Generatorgehäuses ragen. In diesem freien Raum ist der obere und der untere Wicklungsleiter jeweils unter einem Winkel übereinandergeführt, damit der obere mit dem unteren Wicklungsleiter bzw. umgekehrt benachbarter Wicklungsleiterpaare über Verbindungsleiter elektrisch miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise werden in dem jeweils freien Raum auf beiden Seiten des Generatorgehäuses die Wicklungsleiter miteinander in Serie geschaltet. Im Bereich der Vcrbindungslciter sind die Wicklungsleiter derart geführt, daß sie achsenparallel zueinander verlaufen, \ir> die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Einzelleitern der Wicklungsleiter zu erleichtern.

Da dieser Bereich, in dem die elektrische Verbindung stattfindet, am weitesten außen liegt, erfahren die Kupferleitungen durch Vibration und Deformation infolge der durch die elektromagnetische Wirkung ausgelösten Kräfte eine starke mechanische Beanspruchung und verschieben sich gegeneinander, wenn sie nicht ausreichend befestigt sind. Diese mechanischen Kräfte können auch bewirken, daß sich die Einzelleiter von den Belüftungsrohren ablösen, die zwischen die Einzelleiter eingefügt sind, so daß sich Beschädigungen im Betrieb, Brüche infolge von Materialermüdungen oder ein Abrieb an den Kupferleitungen kaum vermeiden lasse, wenn sich die zwischen den Wicklungsleitern befindlichen Abstandsblöcke lösen. Es ist daher besonders wünschenswert, den Aufbau der Befestigungs- und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte von Wicklungsleitern derart zu gestalten, daß diese fest und sicher sowie unbeweglich gegeneinander gehalten werden.

Aus der US-PS 24 37 990 ist es bekannt, zwischen alle Verbindungsleiter auf dem Umfang der Statorwicklung Abstandsblöcke einzufügen und diese individuell mit den beiden Wicklungsleitern zu verbinden, welche der Verbindungsleiter elektrisch verbindet. Weitere Abstandsblöcke sind zwischen die einzelnen Gruppen eingefügt, die eine Phasenwicklung in dem Wicklungsaufbau des Stators bilden. In entsprechender Weise sind die Abstandsblöcke zwischen den Wicklungslcitcrn der

Phascnwickluiig direkt mit den benachbarten Wicklungsleitern und den zugeordneten Verbindungsleitern verbunden. Durch diesen Aufbau läßt sich die Schwingungsneigung und die Verformung der einzelnen Komponenten in diesem Bereich sehr stark verringern, jedoch ist dieser Aufbau mit einem erheblichen Montageaufwand verbunden und kann nicht in einfacher Weise hergestellt werden, um sicherzustellen, daß der Aufbau die Abstandsblöcke sicher während der gesamten Lebensdauer festhält und die einzelnen Verbindungsleiter fest miteinander verspannt Diese Verspannung liegt also nicht am Ende der Wicklungsköpfe im Bereich der Verbindungsleiter, so daß eine Vibration der Verbindungsleiter auch nicht verhindert werden.

Durch die DE-OS 16 13 103 ist eine Verspannung mit Hilfe von Spannbändern bekannt, die mehrere Leiter umfassen und durch Kreuzbänder in sich verspannt sind. Die Anwendung dieser Maßnahme auf den im Oberbegriff genannten Stand der Technik führt zu einer Vielzahl vor- längs den Wicklungsleitern über das gesamte Kopfende verteilt angebrachte Spannbereichen. Auch diese Art der Verspannung ist extrem zeitaufwendig und lührt nicht zu der Fixierung und Versteifung der äußeren Verbindungsleiter im Kopfende.

Durch die DE-PS 5 24 334 sind Verspannungs- und Abstützblöcke bekannt, die über die kreuzweise geführten Abschnitte der Wicklungsleiter geschoben werden, um sie miteinander in ihrer Winkelstellung zu fixieren. Abstützblöcke dieser Art sind besonders aufwendig in der Herstellung und als einfach anzubringende Befestigungs- und Verspanneinrichtung für Endabschnitte von elektrischen Maschinen nicht geeignet, wenn diese besonders starr gegen Vibrationseinflüsse sein sollen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungs- und Verspanneinrichtung für die Endabschnitte von elektrischen Maschinen zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Einrichtungen überwindet und eine einfache Möglichkeit bietet, bei der Montage die einzelnen Wicklungsleiter und Verbindungsleiter fest gegeneinander zu verspannen und den Gesamtaufbau derart zu gestalten, daß sich die einzelnen Teile während der gesamten Lebenszeit der Maschine aufgrund von Vibrationseinflüssen nicht nennenswert lösen.

Diese Aufgabe wird erfindungsget: äß dadurch gelöst, daß die Abstandsblöcke im Bereich zwischen dem am Kopfende der jeweils unteren und oberen Wicklungsleiter verlaufenden Verbindungsleitern angeordnet sind; daß die Abstandsblöcke ί Dwohl am oberen als auch am unteren Wicklungsleiter anliegen; daß isolierende Zwischenscheiuen aus einem verhältnismäßig starren Material zwischen den Wicklungsleitern und den angrenzenden Ooerflächen der Abstandsblöcke angeordnet sind; daß das Befestigungsband jeweils um eine Phasengruppe von Wicklungsleitern im Bereich der Verbindungsleiter, der Abstandsblöcke und der Wicklungsleiter geführt ist: und daß Kreuzbänder zwischen den Wicklungsleitern um zumindest einige der Abstandsblöcke und das Befestigungsband herum verspannt sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Durch die Maßnahmen der Erfindung werden in einfacher Weise die Wicklungsleiter und die Verbindungslcilcr fest gegeneinander verspannt, wobei die Verspannung für die einzelnen Phasenwicklungen vorzugsweise gruppenweise erfolgt. Cii Verspannung verhindert, daß sich die Vcrbindungsleiter individuell durch Vibrationspinil(!<5r;e beim Betrieb verschieben können. Durch das Vorsehen von Spanneinrichtungen zwischen den einzelnen gruppenweise zusammengefaßten Wicklungsleitern wird sichergestellt, daß die Verspannung sich auch auf den gesamten Umfang der tangential nebeneinander angeordneten Endabschnitte von Wicklungsleitern in der elektrischen Maschine erstreckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer elektrischen Maschine in Form eines Turbinen-Generators.

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie H-Il der Fig. 1, aus dem eine Ausführungsform der Erfindung entnehmbar ist:

Fig.3 eine Draufsicht auf die Halterung gemäß Fig. 2:

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der F i g. 1, aus der ein Detail der Halterung entnehmbar ist

In F i g. 1 ist schematisch ein Turb' . η-Generator mit einem Gehäuse iö dargestellt, das im Siai^r den magnetischen Wicklungsaufbau 14 und einen Rotor 12 enthält Der Wicklungsaufbau umfaßt Wicklungsleiter 16 in Form eines oberen Wicklungsleiters 18 und eines unteren WicUungsleiters 20. Die Wicklungsleiter verlaufen durch Schlitze im Statorkern und ragen an den beiden Enden 22 und 24 des Generators in den freien Raum im Stator. Der turbinenseitige freie Raum ist mit 22 und der erregerseitige Raum mit 24 bezeichnet. Im erregerseitigen freien Raum 24 des Generators sind auch die Phasenringe 26 angeordnet die sich längs der Gehäuses 10 erstrecken und mit verschiedenen Wicklungsleitern 16 im Wicklungsaufbau verbunden sind.

Die oberen und unteren Wicklungsleiter 18 und 20, von denen nur zwei in F i g. I dargestellt sind, sind an der Siator-Wicklüngshalterung 28 bzw. 30 befestigt. Normalerweise verlaufen dabei die Wicklungsleiter kreuzweise übereinander, was jedoch nicht aus der Darstellung gemäß F i g. 1 zu entnehmen ist. Dieses kreuzweise Übereinanderführen der Wicklungsleiter dient dem Zweck, die Endabschnitte dieser Wicklungsleiter so zu führen, daß sie in einfacher Weise in Serienschaltung elektrisch miteinander verbunden weiden können.

Im turbinenseitigen freien Raum 22 des Generators verbindet ein Verbindungsleiter 32 den unteren mit dem oberen Wicklungsleiter. In diesem Bereich ist die Halterung gemäß der Erfindung angeordnet. Entsprechendes gilt auch für den erregerseitigen freien Raum, in dem ein Verbindungsleiter 34 den oberen mit dem unteren Wicklungsleiter verbindet.

Aus dem in F i g. 2 dargestellten Schnitt ist eine Ausführungsform der Halterung gemäß der Erfindung zu e.Mnttinien. Die unteren Wicklungsleiter 36, 38,40 und 42 sind mit den oberen Wicklungsleitern 44,46, 48 und 50 über die Verbindungsleiter 52,54,56 und 58 verbunden. Die Wicklungsieiter bestehen bei dieser Ausführungsform aus einer Vielzahl von Einzelleitern, z. B. dem Einzelleiter 60 im Wicklungsleiter 36, und einer Vielzahl von Belüftungsrohren, wie z. B. dem Belüftungsrohr 62 im Wicklungsleiier 36. Die Belüftunprohre erstrecken sich durch die Wicklungsleiter vom einen Ende des Generators zum anderen Ende, so daß das der Kühlung dienende Gas durch die Wicklungsleiter strömen und die Wärme abführen kann.

Die in F i g. 2 dargestellte Gruppe von Wicklungsleitern umfaßt alle Wicklungsleiter einer Phasenwicklung innerhalb des Wicklungsaufbaus.

Jeder die Serienschaltung darstellende Leiterab-

schnitt wird von dem anderen durch Abstandsblöcke, z. B. die Blöcke 64,66 und 68 getrennt. Diese Abstandsblöcke sind aus einem geeigneten Isolationsmaterial, z. B. einem glasfaserlaminierten Epoxydharz, hergestellt und haben eine keilförmige Ausbildung, damit sie möglichst genau zwischen die die elektrischen Verbindungen herstellenden Leiterabschnitte und die zugeordneten Wicklungsleiter passen. Die Dimensionierung dieser Abstandsblöcke 64, 66 und 68 ist derart, daß sie in der Lage sind, mechanisch den beim Betrieb des Generators aiif sie einwirkenden Kräften zu widerstehen. Die Gruppe der in F i g. 2 dargestellten Wicklungsleiter ist ferner an den beiden seitlichen Enden mit Abstandsblöcken 70 und 72 versehen, die aus einem entsprechenden isolierenden Material hergestellt sind und eine rillenförmige Ausnehmung 74 aufweisen, durch welche ein Befestigungsband 76 geführt ist. Dieses Befestigungsband 76 ist aus einem geeigneten nicht nachgiebigen Material hergestellt und kann z. B. aus einem kunstharzimprägnierten bzw. überzogenen Glasfaserband be stehen.

Dieses Befestigungsband 76 dient dem Zweck, die Wicklungsleiter und die Abstandsblöcke zusammenzuhalten und miteinander zu verpressen bzw. zu verspannen. Damit werden die Wicklungsleiter untereinander fest zusammengehalten und haben keine Möglichkeit, während des Einsatzes und des Betriebs des Generators sich wesentlich zu lösen. Um die Abstandsblöcke und das Befestigungsband 76 herum verlaufen Kreuzbänder 78, 80 und 82, mit denen in einfacher und geeigneter Weise die Verspannung der Halterung leicht bewirkt werden kann. Diese Kreuzbänder werden um das Befestigungsband 76 in der mit den gestrichelten Linien 84 dargestellten Position herumgelegt und gespannt, wobei der Teil 84 des Befestigungsbandes gegen die oberen Wicklungsleiter 44,46,48 und 50 sowie die dazwischen angeordneten Abstandsblöcke gezogen wird. Dadurch erhöht sich die Spannung im Befestigungsband 76 und damit die den Gesamtaulbau der Wickiungsieiter der Phasenwicklung zusammenhaltende Kraft.

Zwischen den Abstandsblöcken und den Wicklungsleitern sind starre isolierende Zwischen scheiben 85 angeordnet, die für eine geeignete Oberfläche im Kontaktbereich zwischen den Wicklungsleitern und den Ab Standsblöcken sorgen. Dadurch wird eine direkte Berührung der Einzelleiter mit den Abstandsblöcken vermieden. Obwohl in F i g. 2 nicht dargestellt, können auch sich konform anpassende Abstandselemente aus einem geeigneten Material, z. B. einem kunstharzimprägnierten Kunstfaserfilz. Verwendung finden, um das Zusammenpassen der einzelnen Elemente und das Verbinden bzw. Verspannen zu vereinfachen.

In dem Wicklungsleiteraufbau des Stators sind normalerweise mehrere Phasenwicklung vorhanden. Jede einzelne Phasenwicklung kann eine Halterung gemäß F i g. 2 aufweisen, wobei die einzelnen Phasenwicklungen gegeneinander unter Zwischenschaltung von Spanneinrichtungen ebenfalls verspannt sind. Eine derartige Spanneinrichtung ist in F i g. 2 mit den Bezugszeichen 90 und 92 versehen und besteht aus Keilen, die gegeneinander verschiebbar sind, um die Gruppen der Phasenwicklungen gegeneinander zu verspannen. Diese Keile sind mit einer kunstharzdurchsenten Glasfaserbandage umwickelt, welche nach den Aushärten die Keile in der verspannten Posiiion festhält- Durch diese Anordnung ist es möglich, eine verhältnismäßig große Kraft zur Verspannung der Endabschnitte der Wicklungsleiter über den gesamten Umfang im Bereich der die Wicklungsleiter in Serienschaltung verbindenden Leiterabschnitte wirksam werden zu lassen. Die Wiekiungsleiter einerseits und die Verbindungslciter andererseits können sich nicht gegeneinander verschieben, wobei die beschriebene Halterung aufgrund des ihr cigenen Verhaltens diese Verspannung über die gesamte Lebensdauer des Generators beibehält. Das heißt, die Wicklungsleiter und die Verbindungsleiter lösen sich auch nicht aufgrund von Schwingungserscheinungen, die durch die elektromagnetischen Kräfte infolge des

ίο über die Wicklungsleiter fließenden Stromes auftreten.

In den Abstandsblöcken 64, 66, 68 sowie den Abstandsblöcken 70 und 72 sind Ausschnitte 94 vorgesehen, damit die Abstandsblöcke besser auf die Oberflächen der zugeordneten Wicklungsleiter ausgerichtet werden können. Ohne die Verwendung derartiger Ausschnitte 94 könnte eine Verschiebung des oberen Wicklungsleiters in derselben tangentialen Position wie der untere Wicklungsleiter das flache Aufliegen der Abstandsblöcke auf den beiden Wicklungsleitern vcrhindem bzw. beeinträchtigen. Dies wird durch das Vorsehen der Ausschnitte 94 im wesentlichen beseitigt.

In Fi g. 3 ist eine Draufsicht dargestellt, die das Befestigungsband 76 und dessen Zuordung zu den Abstandsblöcken 66,68,70 erkennen läßt. Die Isolierscheiben 85 überdecken gemäß F i g. 3 eine größere Oberfläche der Wicklungsleiter 40 und 42 als der Auflagefläche der Abstandsblöcke 66 und 68 sowie 70 entspricht. Auf diese Weise wiH bewirkt, daß die Isolierscheiben 85 die Auflagefläche und damit die Fläche, auf der die Kraft wirkt, vergrößern.

In Fig.4 ist eine weitere Ausgestaltung der Halterung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei der Wicklungsaufbau längs einer Schnittlinie IV-IV der I*ig. 1 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform des Wicklcraufbaus im erregerseitigen freien Raum des Generators ist der letzte Wicklungsleiter einer Phasenwicklung keinem zweiten Wicklungsleiter in derselben tangentialen Position zugeordnet. Dies trifft für den dargestellten Wicklungsleiter 100 gemäß Fig.4 zu. Dementsprcchend ist der Abstandsblock 102 derart ausgebildet, duß der Wicklungsaufbau der Phasenwicklung in diesem Bereich, in dem keine Verbindung zu einem weiteren Wicklungsleiter besteht, in geeigneter Weise ausgebildet ist.

Der Abstandsblock 102 hat daher einen Vorsprung 104, der bis zum Wicklungsleiter 106 verläuft, und einen Vorsprung 108, der am Wicklungsleiter 100 vorbei verläuft und mit einem Zwischenblock 110 zusammenwirkt. Im Abstandsblock ist ferner eine Ausnehmung 112 vorgesehen, in welche der Wicklungsleiter 100 paßt. Das Befestigungsband 114 ist am Abstandsblock mit linie eines Bandes 116 gesichert das sowohl um das Befestigungsband 114 und den Vorsprung 104 herum verläuft. Mit Hilfe des Bandes 118 wird der Zwischenblock UO zwischen dem Vorsprung 108 und dem Befestigungsband 114 gehaltert Ein entsprechender konstruktiver Aufbau wird auf der anderen Seite der Phasenwicklung vorgesehen, wo der dem oberen Wicklungsleiter 100 zugeordnete untere Wicklungsieiter derselben Phasenwicklung angeordnet ist Das Verspannen des Befestigungsbandes 114 erfolgt in derselben Weise, wie anhand der F i g. 2 beschrieben.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Befestigungs- und Verspannungseinrichtung für Endabschnitte von Wicklungsleiterr. in elektrischen Maschinen, insbesondere zur Verwendung in Turbinengeneratoren, bei denen die Wicklungsleiter in Schlitzen des Statorkerns verlaufend jeweils einen oberen und einen unteren Wicklungsleiter umfassen, die am Kopfende über radial verlaufende Verbindungsleiter elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Endabschnitte der Wick'ungsleiter von Trägerelementen gehalten sind, und mit Abstandsblöcken aus einem isolierenden Material, welche in tangentialer Richtung zwischen den Wicklungsleitern liegen und mit diesen mittels Befestigungsbändern verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsblöcke (64,66,68) im Bereich zwischen den am Kopfende der jeweils unteren i»nd oberen WicLi jngsleiter (36—42; 44—50) verlaufenden Verbindungsteile!!! (52—58) angeordnet sind;

— daß die Abstandsblöcke (64,66, 68) sowohl am oberen als auch am unteren Wicklungsleiter anliegen;

— daß isolierende Zwischenscheiben (85) aus einem verhältnismäßig starren Material zwischen den Wicklungsleitern und den angrenzenden Oberflächen der Abstandsblöcke angeordnet sind;

— daß das Befestigungsband (76) jeweils um eine Phasengruppe von Wicklungsleitern im Bereich der Verbindungsletter, der Abstandsblöcke und der Wicklungsieiter gefährt ist;

— und daß Kreuzbänder (78— i2) zwischen den Wicklungsleitern um zumindest einige der Abstandsblöcke und das Befestigungsband herum verspannt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 4C zeichnet, daß die Kreuzbänder aus einem nicht nachgiebigen Material hergestellt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in Gruppen zusammengefaßten Verbindungsleitern einer Phasenwicklung Spanneinrichtungen (90, 92) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Einzelleitern des Wicklungsleiters Belüftungsrohre (62) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen (90, 92) aus Keilen bestehe·!.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsblöcke keilförmig ausgebildet und in ihrem Verlauf dem Raum zwischen tangential nebeneinanderliegenden Wicklungsleiterpaaren angepaßt sind.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der An-Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsblöcke (64,66,68; 70,72) mit Ausschnitten (94) versehen sind, welche im Bereich der Verbindungsleiter (52 bis 58) liegen, so daß sich die Abstandsblök- kc lediglich an den Wicklungsleitcm abstützen.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an den äußeren Enden einer zusammengefaßten Gruppe von Wicklungsleitern angeordneten Abstandsblöcke (70, 72) mit rillenförmigen Ausnehmungen versehen sind, durch welche das Befestigungsband (76) geführt ist.