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Stator für eine elektrische Maschine
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator einer elektrischen
Maschine, mit einem Gehäuse und einem Kern, sowie einer auf den Kern aufgebrachten
Wicklung, der paarweise Verbindungen von oberen und unteren Stäben im Stirnteil
Köpfe bilden und mi-t einem im Statorgehäuse angeordnetes Auflagestück.
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Das Problem der Befestigung des stirnseitigen Teiles der Statorwicklung
einer elektrischen Maschine, hauptsächqich eines Turbogenerators, ist eines der
wichtigsten für die Gewährleistung einer sicheren Arbeit. Bekanntlich sind die stirnseitigen
Teile der Statorwicklung großen elektrodynamischen Belastungen unter normalen und
anormalen Betriebsverhältnissen ausgesetzt, wobei die Größe dieser Belastungen bei-einer
Leistungszunahme der elektrischen Maschinen ununterbrochen steigt.
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Außer den elektrodynamischen Einwirkungen ist die Statorwicklung auch
großen Wärmebelastungen und folglich Wärmewährend der Änderungen der Betriebsverhältnisse
untUrworfen.
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Im Zusammenhang damit muß die bauliche Ausgestaltung der Befestigung
des stirnseitigen Teiles der Statorwicklung einerseits großen und sich mehrfach
wiederholenden elektrodynamischen Kräften standhalten und zum anderen bei einer
llärmeausdehnung eine Verschiebung der Wicklung ermöglichen, ohne im Leiter und
in der Wicklungsisolation Leiterbrüche und eine Isolationszerstörung bewirkende
unzulässige Spannungen zuzulassen. Das Hauptproblem bei der Entwicklung der baulichen
Ausgestaltung der Befestigung des stirnseitigen Teiles der Wicklung besteht also
in der gleichzeitigen Erfüllung der beiden Bedingungen; nämlich der einer Steifigkeit
und einer Beweglichkeit des stirnseitigen Teiles der Wicklung.
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Es ist ein Stator einer elektrischen IIBschine (schweizerisches Patent
Nr. 413073) bekannt, bei dem die Einrichtung zu: Befestigung des stirnseitigen Teiles
der Wicklung eine axiale Verschiebung des stirnseitigen Teiles der Wicklung gewhrleistet.
Der stirnseitige Teil ist hierbei an einem isolierenden Ring befestigt, der sich
auf das Gehäuse des Stators stützt und sich in bezug zu diesem verschieben kann.
Zwischen dem Ring und dem steifen Gehäuse sind mittels Federn in Axialrichtung elastisch
gefederte und Radialkräfte entwickelnde Keile angeordnet.
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Infolge der Steifigkeit des genannten Auflageringes werden aber ale
Radiali'ä.fte <uf die stirnseitigen Teile der Wicklung nicht übertragen. Auf
solche Weise ermöglichen die Radialkräfte keine stetige starre Befestigung des stirnseitigen
Teiles der Wicklung und keine Regelung von unter der Wirkung der elektrodynamischen
Kräfte und Wärmebeiastungen entstehenden Undichtigkeiten zwischen den Stäben des
stirnseitigen Teiles der Wicklung und den Befestigungselementen.
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Hierbei wirken auf den nutenseitigen und den stirnseitigen Teil der
Wicklung ihrer Art und Richtung nach verschiedene
Kräfte ein, deren
einwirkung auf den Übergang m nute1 seitigen auf den stirnseitigen Teil der Wicklung
unbektnn-t ist.
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Es ist ein Stator elektrischer Maschinen mit einer Einrichtung zur
Befestigung des stirnseitigen Teiles der Wicklung (schweizerisches Patent Nr. 393504)
bekannt, welcher einen Kern mit an den Stirnseiten befindlichen Druckplatten und
eine mit ihrem stirnseitigen Teil an Tragstützen befestigte Wicklung enthält, wobei
å ede der Tragstützen sich auf zwei Stifte von rechteckiger Querschnittsform stützt,
die sich in bezug zu einem mit einem ringförmigen Ansatz der Druckplatte verbundenen
Auflagestücks in Axialrichtung bewegen können.
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Diese Anordnung enthält keine Elemente, die eine Radialstütze für
das gesamte bewegliche Befestigungssystem bieten, und ermöglicht daher keine stetige
starre Befestigung der Wicklung und keine Regelung von Undichtigkeiten zwischen
dem stirnseitigen Teil der Wicklung und den Befestigungselementen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische
Maschine mit einer Befestigungseinrichtung für die stirnseitigen Teile der Statorwicklung
zu schaffen, die eine ausreichende Steifigkeit der Befestigung der stirnseitigen
Teile der Wicklung gewährleistet, damit sie größeren elektrodynamischen Kräften
bei der Arbeit widerstehen können, und zugleich eine Beweglichkeit der stirnseitigen
Teile der Wicklung bei Wärmeeinwirkungen und eine Regelung von'Undichtigkeiten zwischen
dem stirnseitigen Teil der Wicklung und den Befestigungselementen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird dadurch gelös-t, daß das Auflagestück in Form eines
Ringes ausgeführt ist, der einen zylindrischen Ansatz aufweist, dessen Höhe der
Länge des stirnseitigen Teiles der liicklung bis zu den Köpfen entspricht, und der
Stator außerdem Tragstützen aufweist, deren Stützflächen unter einem IJinkel zur
Innenfläche des zylindrischen Ansatzes geneigt ausgettihrt und im zwischen der Innonflhe
des zylindrischen Ansatzes und den Stützflächen der Tragstützen befindlichen Raum
Keile angeordnet sind, die in diesem Raum mittels elastischer Elemente festgehalten
werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn auf der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes
des Auflagestücks axial gerichtete rechteckige Führungsnuten für-die Keile angeordnet
sind.
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Es ist günstig, wenn der Keil an der Seite des stirnseitigen Teiles
der Wicklung einen Ansatz aufweist, auf den sich das elastische Element stützt.
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Zweckmäßig wird das elastische Element aus einer unmagnetischen Titanlegierung
mit einem Elastizitätsmodul von 1.106 bis 1,3.106 kp/cm2 hergestellt.
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Die vorliegende Erfindung gewährleistet eine ausreichende Steifigkeit
der Befestigung der Wicklungsköpfe bei der Arbeit der elektrischen Maschine und
ermöglicht gleichzeitig eine Beweglichkeit der Wicklungsköpf e bei Wärme einwirkungen.
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Durch die rechteckigen Führungsnuten für die Keile wird es ermöglicht,
die Herstellungstechnologie für die Keile zu vereinfachen und die Forderungen an
die Bearbeitungsgenauigkeit zu lockern.
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Der am Keil befindliche Ansatz gestattet es, die Befestigung des elastischen
Elementes zu vereinfachen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt: Fl£. 1 einen Teil des Stators im Lngsschnitt; und
Fig. 2 den Stator in Ansicht in Richtung des Pfeiles A, gemäß Fig. 1.
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Der Stator der elektrischen Maschine enthält eine in dIe Nuten eines
Kernes 2 eingelassene Wicklung 1 (Fig. 1), -bestehend aus einem oberen und einem
unterer-Stab 3, deren Verbindung einen Kopf bildet. Die Stäbe 3 sand miteinander
durch Bandagen-Is olier ringe 4 und eine Schnurbinung 5 gekoppelt.
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Die Bandagen-Isolierringe 4 sind mit einer Tragssitze 6 starr verbunden.
Die Tragstützen 6 (Fig. 2) sind gleichmaßig über den Umfang des Stators verteilt.
Diese gesamte Anornung ist in einem (nicht dargestellten) Gehäuse untergebracht.
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Der Kern 2 (Fig. 1) wird in Axialrichtung mit Hilfe von Schrumpfrippen
7 und Auflagestücken 8 gehalten. Das Auflagestück 8 ist in Form eines Ringes mit
einem zylindrischen Ansatz 9 gestaltet. Die Höhe des zylindrischen Ansatzes 9 entspricht
der Länge des stirnseitigen Teiles der Wicklung 1 bis zu den Köpfen der Stäbe 3.
Die Tragstütze 6 ist zwischen am Auflagestück 8 befestigten Führungen 10 angeordnet.
Die Tragstütze 6 weist eine unter einem Winkel zur Innenfläche des zylindrischen
Ansatzes 9 geneigt angeordnete Stützfläche 11 auf.
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Im Raum zwischen der Stützfläche 11 und der Innenfläche des zylindrischen
Ansatzes 9 sind mit einem Ansatz 13 versehene Keile 12 angeordnet. Der Ansatz 13
ist durch in Form
von Federn gestaltete elastische Elemente 14 angedrückt
und am zylindrischen Ansatz 9 mittels Schrauben 15 befestigt. Die Keile 12 (Fig.
2) sind in axial gerichteten rechteckigen Füilrungsnuten 16 untergebracht.
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Bei der Arbeit des Stators wird die Steifigkeit der baulichen Gestaltung
durch von den Keilen 12 (Fig. 1) und den elastischen Elementen 14 in bezug zum zylindrischen
Ansatz 9 des Auflagestücks 8 entwickelte Radialkräfte gewährleistet.
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Die elastischen Elemente 14 sind aus einer unmagnetischen 6 Titanlegerung
mit einem Elastizitätsmodul von 1 10 bis 1,3.106 kp/cm2 hergestellt. Bei einer unter
Wärmeeinwirkung entstehenden Ausdehnung der Wicklung 1 beginnen sich die Tragstützen
6 zusammen mit dem stirnseitigen Teil der Wicklung 1 und den Keilen 12 in den Führungsnuten
16 (Fig. 2) in bezug zu den Führungen 10 (Fig. 1) zu bewegen.
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Dank der Gegenrichtung der Keile 12 wird aber der Raum zwischen der
Stützfläche 11 der Tragstütze 6 und der Innenfläche des zylindrischen Ansatzes 9
zusätzlich verdichtet.
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Darüber hinaus preßt der Keil 12, indem er sich in Axialrichtung vom
Kern 2 fortbewegt, die elastischen Elemente 14 zusätzlich zusammen, wodurch es ermöglicht
wird, eine zusatzliche Krafteinwirkung auf den Keil 12 in Axialrichtung und auf
die Wicklung 1 in Radialrichtung zu erhalten. Kühlt die Wicklung 1 ab, nimmt auch
ihre Länge ab. Hierbei verschiebt sich der Keil 12 unter der Einwirkung der elastischen
Elemente 14 in Richtung zum Kern 2, wodurch eine erforderliche Verdichtung des Raumes
zwischen der Stützfläche 11 der Tragstütze 6 und der Innenfläche des zylindrischen
Ansatzes 9 gewährleistet und dadurch eine Radialkraft erzeugt wird. Infolgedessen
ist die gesamte Gestaltung des stirnseitigen Teiles der Wicklung 1 in zureichendem-Maße
angedrückt,
so daß sie erfolgreich der Einwirkung von elektrodynamischen
und Wärmebelastungen unter normalen und anormalen Betriebsverhältnissen widerstehen
kann.
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Die vorliegende Erfindung gewährleistet cl hohe Zvlässigkeit der Arbeit,
ist im Betrieb bequem, ermöglicht die Durchführung einer Regelung und ist recht
einfach bei der Herstellung und bei der Montage.
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