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STATOR EINER ELEKTRISCHEN MASCHINE
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Diese Erfindung betrifft das Gebiet des elektrischen Großmaschinenbaus,
nämlich Statoren elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren großer Leistung.
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Beim Betrieb einer großen elektrischen Maschine wird der Kern ihres
Stators beim Zusammenwirken mit dem Magnetfeld des sich drehenden Rotors deformiert.
Die Verzerrung des Querschnittes des Statorkern Läuft kreisförmig synchron mit dem
Rotor und erregt dabei eine radiale und tangentiale Vibration des Kerns. Die obengenannten
Vibrationen werden auf das Gehäuso des Stators und auf das Fundament übertragen,
wobei sie ein erhöhtes akustisches Geräusch hervorrufen und zur Ermüdungsbe schädigung
der Kernbefestigungselemente im Gehäuse, des Gehäuses selbst und der auf dem Fundament
neben der elektrischen Maschine aufgestellten Apparatur führen könnten. Zur Begrenzung
der Übertragung der Kernvibration auf das Gehäuse se und das Fundament wird eine
federnde Befestigung des Kerns
im Statorgehäuse verwendet.
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Es sind Ausführungen des Stators von elektrischen Maschinen bekannt
(z. B. Frankreich-Patent Nr. 1409/17 und USA-Patent Nr. 3064152), in denen der Kern
im Gehäuse mittels federnder Elemente, die an den Stirnseiten des Kerns liegen,
befestigt ist ,. Die Nachteile dieser Ausführung sind folgende: der Kern muß in
einem speziellen inneren Gehäuse montiert werden, es sind beträchtliche Biegungsverformungen
des Kerns, bei seiner großen Länge sowie rein konstruktive Schwierigkeiten bei der
Entwicklung von kleinen Dämpfern zu verzeichnen, die gleichzeitig die Bedingungen
hoher Festigkeit und nachgiebigkeit erfüllen.
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Es sind weiter Statorbauarten bekannt, in denen die Kerne befestigung
im Maschinengehäuse nach zweibis vier Mantellinien der äußeren zylindrischen Flache
des Kerns erfolgt. In diesem Fall wird der Kern ebenfalls im inneren Gehäuse montiert,
an dem federnde Elemente befestigt werden, welche gewöhnlich blattfedern darstellen,
die tangential zum Kernrücken angeordnet sind und die das innere Gehäuse mit dem
Gehäuse des Durbogeneratorstators verbinden (sishe zB. die DT-Patentschrift Nr.
836683, den UdSSR-Urheberschein Nr. 149824). Konstruktionen solcher Art sind kompliziert
wegen des vorhandenen inneren Gehäuses. Bei den Vibrationen wird die starre Verbindung
des inneren Gehäuses mit dem Kern beschädigt, es erhöhen sich die Vibrationen und
das Geräusch, und es entsteht das zusätzliche Problem, die befestigung des imneren
Gehäuses sicherzustellen. Außerdem isolieren die Blattfedern
das
Gehäuse und das Fundament der elektrischen Maschine nur gegen die radialen Komponenten
der Kernvibration.
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Es besteht auch eine Bauart des Stators mit einer sogenannten "mehrpunktigen"
Verbindung des Kerns mit dem Gehäuse, wenn eine große Zahl der federnden Elemente
gleichmäßig über die Länge und den Umfang des Stators verteilt ist. In diesem Fall
werden die federnden Elemente üblicherweise an den Spannrippen des Kerns befestigt
oder als Ganzes mit ihnen ausgebildet (siehe z.B. die Patentschriften von Großbritannien
Nr. 821-612, 784441, Patentschrift der USA Nr. 2811659, Patentschrift der BRD Nr.
1031412, Urheberschein der UdSSR Nr. 127316); sie sind sowohl in radialer als auch
in tangentialer Richtung nachgiebig. Somit drücken die Spannrippen, die gleichmäßig
auf den Umfang der äußeren Kernfläche verteilt und mit dem Kern mittels " t'Schwalbenschwanz-Verschlüssen"
verbunden sind, nicht nur den Kern in axialer Richtung zusammen, sondern sie sind
zugleich Elemente zur Kernbefestigung am Statorgehäuse. Da das Gehäuse zwei Tragfüße
hat, die auf das Fundament aufgestellt sind, ist die Gehäusesteifigkeit längs des
Kreisumfanges ungleich. Die größte Steifigkeit hat das Gehäuse im Bereich der Tragfüße.
Deshalb liegt der Nachteil der Kernbefestigung mittels Spannrippen darin, daß das
Gehäuse mit dem Kern an der ganzen Oberfläche verbunden ist, d.h. in den Punkten
sowohl der minimalen als auch maximalen Amplituden der Gehäusevibration. Da die
Energie, die während einer Schwingungsperiode durch ein einzelnes feddes Glied übertragen
wird, dem Produkt aus Schwingungsamplituden am Eingang und am Ausgang direkt proportional
is.
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kann in solchen Bauarten der Federnden Befestigung des Statorkerns
die Vibrationsenergie, die auf das Gehäuse und das Fundament ubertragen wird, eine
beträchtliche Größe erreichen.
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Außerdem erfahren die Spannrippen in solchen Konstruktionen ungleichmaßige
statische Belastung durch das Kerngewicht und das Drehmoment. Die größte Belastung
erfahren die Seiten - und Unterrippen. Die oberen Rippen sind schwach belastet,
da die radialen Deformationen in ihnen wegen des Kerngewichts und wegen der Durchmesservergröße7tung
des Kerns beim Zusammenpressen entgegengesetzte Richtungen haben und gegenseitig
kompensiert werden. Während des Betriebs der elektrischen Maschine verschleißen
infolge der Vibration die Kontaktflächen in den Nuten der Schalbenschwänze der Rippen,
es vergrößern sich die Spalte und die oberen Rippen werden völlig entlastet. Die
entlasteten oberen Rippen können selbatändige Schwingungent mit großen Amplituden
und Susammenstoßen in den Nuten ausführen was zur Vergrößerung des Easchinengeräusches
führt und eine Beschädigung der Statorkernbefestigungen hervorrufen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Konstruktion
des Stators einer elektrischen Maschine mit federnder Befestigung des Kerns im Gehäuse
zu schaffen, in der eine rationelle Verteilung der federnden Verbindungen des Kerns
mit dem Gehäuse zur Herabsetzung der auf das Gehäuse und das Fundament übertragenen
Vibrationen und Gerausche, sowie die Beseitigung der Moglichkeit von selbstständigen
Schtingungen der federnden Spanirippen des Kerns mit großen Amplituben und Zusammenstößen
in den Nuten der Schwalbenschwänze
gewährleistet N d.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Stator der elektrischen
maschine, enthaltend ein auf dem Fundament mit seinen Tragfußen ruhendes Gehäuses
einen i'rn aus einem lamellierten Material, der sich im Gehäuse befindet und dessen
Bleche in der Axialrichtung mit Hilfe von Spannrippen zusammengezogen sind, die
gleichmäßig am Umfang der äußeren Kernfläche verteilt sind, gemäß der Erfindung
nur jens Spannrippen, die gegenüber den Gehäuseteilen mit größter Steifigkeit liegen,
am Gehause befestigt und federnd ausgeführt sind.
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Die hier vorgeschlagene Statorausführung gewährleistet ein niedrigeres
Niveau der Vibration und des Geräusches, da der Kern mit dem Gehäuse an jenen Stellen
verbunden ist, wo das Gehäuse am wenigsten auf die Vibrationserregung reagiert.
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Es wird die Zuverlässigkeit der Bauart erhöht, da die Rippen, die
mit dem Gehäuse verbunden sind, gleichmäßigen belastet werden, und es entfällt die
Möglichkeit zur Entlastung einzelner Rippen.
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In Übereinstimmung mit einer Variante der Erfindung liegen die federnden
Spannrippen, die am Gehäuse befestigt sind, im Bereich der tragfüße des Gehäuses
und die anderen Spann rippen liegen auf dem übrigen Teil der äußeren Kernfläche.
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Die andere Erfindungsvariante besteht darin, daß die federndSpannrippen,
die am Gehäuse befestigt sind, im Bereich der Tragfüße sowie im Bereich des Fundamentes
liegen; die übrigen Spannrippen sind auf dem übrigen Teil der äußeren Kernfläche
angeordnet.
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Es ist auch möglich, im Bereich der Tragfüße zusätzliche Spannrippen
anzuordnen, die mit dem Gehäuse verbunden und in den Nuten der äugereri ernfläche
zwischen den federnden Spannrippen angebracht sind.
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Zweckmäßig ist es auch, daß die Spannrippen, die gegenüber den Gehauseteilen
mit kleinerer Steifigkeit liegen, an der Kernoberfläche in der Längsrichtung mittels
verbindenden Hilfseleenten befestigt sind.
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Die verbindenen Hilfselemente können eine fl - artige Klammer darstellen,
die sich auf die Kernfläche stützt und mit der Rippe mittels einer Schraube verbunden
ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele ihrer Ausführung und
beigefügte Zeichnungen erläutert; es zeigt : Fig. 1 den Stator einer elektrischen
Maschine mit federnder Befestigung des Kerns im Gehäuse gemä3 der erfindung im Querschnitt;
Fig. 2 die federnde Spannrippe, die im Kern und Statorgehause befestigt ist, gemäß
der Erfindung; Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 2; Fig. 4, 5 die Befestigung der
Spannrippen, die nicht mit dem Gehäuse verbunden sind, am Statorkern, gemäß der
Erfindung, Fig.6 einen Stator der elektrischen Maschine, in dem die Befestigung
des Stators im Kern mit Hilfe von federnden Spannrippen erfolgt, die im Bereich
der TraEfüße und des Fundaments liegen, gemaß der Erfindung im Querschnitt.
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In Fig. 1 ist der Stator einer elektrischen Maschine dargestellt,
der einen Kern 1 aus einem lamellierten Material enthält, Welcher im Gehäuse 2 befestigt
ist, das mit den Trag
füßen 3 auf einem Fundament 4 steht. Der
Korn 1 ist in Axialrichtung zusammengepreßt mit Hilfe von Spanntippen 5, 6, die
an der äußaren Fläche des Kerns 1 liegen und mit dem Kern-1 auf seiner ganzen Lunge
mittels Verschlüssen 7 des "Schwalbenschwanz-Typs" verbunden sind. Die Spannrippen
5, 6 sind gleichmäßig auf dem Umfang der äußeren Kernfläche 1 sowohl gegenüber den
Bereichen des Gehäuses 2 mit größter Steifigkeit als auch gegeni2ber den Bereichen
des Gehäuses 2 mit kleinster Steifigkeit verteilt. Der Bereich der größten Steifigkeit
des Gehäuse ses 2 in dieser Variante der Ausführung ist der Bereich der tragfüße
3 (die seitlichen Abschnitte des Stators) ; der Bereich der kleinsten Steifigkeit
des Gehäuses ist der obere Abschnitt des Stators. Die Spannrippen 5, die sich im
Bereich der Tragfüße 3 befinden, sind Sedernd durch Fräsen von Nuten 8 (Fig. 2,
3) im Körper der Rippe 5 ausgeführt und sind mit dem Gehäuse 2 durch Schweißen 9
und Ubergangswinkel 10 verbunden. Die Spannrippen 6 (Fig. 1), die weit entfernt
von den Thagfüßen 3 des Stators in den Bereichen des Gehäuses 2 mit kleinerer Stein
figkeit (die oberen und unteren Abschnitte des Kerns 1 in Fig. 1 ) liegen, sind
mit dem Gehäuse 2 nicht verbunden. Diese Rippen 6 erfüllen nur die Funktion von
Spannstiften des Kerns 1 und dienen zu seiner gleichmäßigen Umpressung. tarum sind
sie zur Technologievereinfchung unelstisch ausgeführt (die Längsnuten in ihnen werden
nicht gefräst).
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In Fig. 4 ist eine Variante der Befestigung der Spannrip pen 6, die
mit dem Gehäuse 2 nicht verbunden sind, an der äußeren Fläche des Kerns 1 zwecks
Verhinderung ihrer Verstellung
in den Nuten 11 der Schwalbenschwänze
in den Grenzen des Spaltes während der Vibration und damit der Vermeidung des Zllsatzgerausches
gezeigt. In einigen Punkten längs der Rippe 6 sind Klammern 12 anSebracht. imine
Schraube 13, die in das Gewinde loch 14 der Rippe 6 eingeschraubt ist, stützt sich
mit ihrem Kopf gegen die Klammer 12 ab, indem sie die Rippe 6 vom Kern 1 wegdrückt
und den Schwalbenschwanz 7 in der Nut 11 verkeilt. Um eine Schwächung der Spannung
der Schraube 13 zu verhüten, sind unter ihren Kopf Federscheiben gelegt (in der
Zeichnung nicht gezeigt).
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In Fig. 5 ist eine Variante der paarweisen Befestigung der Rippen
6 auf der äußeren Flache des Kerns 1 gezeigt. Cuerplatten 15, die in mehreren Querschnittsprofilen
über die Lange des Kerns 1 angeordnet sind, werden an ihren Enden mittels Schrauben
oder durch Schweißen 9 mit zwei benachbarten Rippen 6 verbunden. In das Gewindeloch
der Platte 15 ist die Schraube 13 eingeschraubt, die sich über eine Sohle 16 gegen
den Kern 1 abstützt. Diese Äusfdhrung gewährleistet eine viel höhere Zuverlässigkeit
der Befestigung der Rippen 6 in Bezug auf die Wirkung der Tangentialvibrationen.
Um eine Spannungsschwächung zu verhüten, sind unter das Stützende der Schraube 13
Federscheiben eingelegt (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Es sind auch andere varianten der Befestigung der Spannrippen 6 des
Kerns 1 möglich, die nicht mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Um die Festigkeit der
federnden Befestigung des Kerns 1 im Bereich der Tragfüße 3 des Gehäuses 2 zu gewährleisten,
sind zusatzliche federnde Rippen 17 (Fig. 1) vorgesehen.
Die zusätzlichen
Rippen 17 werden zwischen den federnden Hauptrippen 5 angeordnet und am Kern 1 und
Gehäuse 2 ebenso befestigt wie die Rippen 5. Dazu werden auf der äußeren Fläche
des Kerns 1 zusätzliche Nuten für den Schwalbenschwanz 7 der zusatzliohen Rippen
17 vorgesehen. Die zusätzlichen Rippen 17 sind zwecks der Symmetrie der Umpressung
des Kerns 1 nicht an den Enden mit (in der Zeichnung nicht gezeigten) den Druckplatten
des Kerns 1 verbunden und sind nicht mit der Axialkraft belastet.
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In Fig0 6 ist eine Statorvariante gezeigt, in der der Kern 1 im Gehäuse
2 mittels federnden Spannrippen 5 befestigt ist, die im Bereich der Tragfüße 3 und
im Bereich des Fundaments 4 liegen. In diesem Fall werden nur im oberen Abschnitt
die Spannrippen 6 nicht mit dem Gehäuse 2 verbunden sein. Diese Variante hat den
Vorteil, daß die Notwendigkeit der Anbringung von zusätzlichen Rippen in den Seitenabsohnitten
ausgeschlossen wird.
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Beim Betrieb einer elektrischen Maschine werden wegen der radialen
und tangentialen Nachgiebigkeit der Spannrippen 5 tig. 1) mit federnder Befestigung
die Vibrationen des Kerns 1 auf das Gehäuse 2 abgeschwächt übertragen. Da das Gehäuse
2 im Bereich der Tragfuße 3 des Stators, wo die federnden Spannrippen 5 befestigt
werden, die größte dynamische Sbeifigkeit hat und am wenigsten auf die Vibrationserregung
reagiert, werden die Vibrationen des Gehäuses 2 und des Fundament 4 beträchtlich
erniedrigt im Vergleich mit dem Fall, wo der Kern 1 am ganzen Umfang des Stators
befestigt ist. Im oberen und
unteren Teil des Stators, wo der Kern
1 nicht mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, wird die Vibration des Kerns 1 nicht auf
das Gehäuse 2 übertragen. Die Befestigung der oberen und unteren Rippen 6 auf dem
Rücken des Kerns 1 mittels zusätzlicher Verbindungselemente 12, 15 (Fig. 4, 5) schließt
die selbständige Vibration dieser Rippen mit den Stößen in der Nut 11 des Schwalbenschwanzes
aus, und das statorgeräusch wird kleiner.
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Untersuchungen haben gezeigt, daß die Verlegung aller federnden Befestigungselemente
in den Bereich der Tragfüße des Stators (ohne ihre gesamte Steifigkeit und Festigkeit
zu andern) zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Gehäuse und Fundamentvibration
führt. Zugleich wird das Statorgeräusch kleinert, das mit der Ubertragung der hochfreuenten
Tonvibrationen auf das Gehäuse verbunden ist, und es erhöht sich die Zuverlässigkeit
der Arbeit der elektrischen Maschine.
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L e e r s e i t e