DE2930396C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorichtung für flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen zum Verbinden innengekühlter Leiterstäbe der Statorwicklung mit Schaltverbindern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine zunehmende Wirtschaftlichkeit und Größenausnutzung haben historisch zu einer zunehmenden Nennleistung bei Generatoren geführt, die jedoch mit mehr Wartungsbedarf und sogar einer Verringerung der physikalischen Abmessun­ gen derartiger Maschinen verbunden ist. Die Verwirklichung von solchen gegen­ sätzlichen Zielen führt notwendigerweise zur Verwendung von flüssigkeitsgekühl­ ten Statorwicklungen. Parallele Schaltverbinder, welche die elekrische Verbin­ dung zwischen der Statorwicklung und den Durchführungs- bzw. Anschlußisola­ toren herstellen, werden üblicherweise mit einem gasförmigen Kühlmittel gekühlt. Durch die Größenbegrenzungen, welche sich bei Maschinen mit anstei­ gender Nennleistung ergeben, kann für die parallelen Schaltverbinder eine Flüssigkühlung notwendig werden. Bisher wurden die Phasenverbindungsstücke zwischen den Anschlußstücken an den Statorwicklungen und an den Schaltver­ bindern flexibel ausgeführt, damit Fehlausrichtungen kompensiert werden können. Derartige flexible Phasenverbindungsstücke haben jedoch eine natürliche Re­ sonanzfrequenz, die wesentlich tiefer liegt als erwünscht. Derartig tiefe Eigenresonanzfrequenzen machen jedoch die Verbindungsstücke empfindlicher gegen Vibration und Spannungsbeanspruchung. Mit Hilfe von steifen Phasenver­ bindungsstücken, deren natürliche Resonanzfrequenz verhältnismäßig hoch liegt, glaubte man bisher eine Fehlausrichtung der Anschlußstücke nicht aus­ gleichen zu können. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich durch die Not­ wendigkeit einer Abdichtung der Strömungsleitungen für die Kühlmittelflüssig­ keit, da ein Austreten der Kühlmittelflüssigkeit das Innere des Generators verunreinigen oder auch zu Schäden führen kann. Solche Schwierigkeiten sind bei gasgekühlten Anlagen in der Regel nicht zu erwarten.

Eine Vorrichtung für flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist durch die DE-PS 11 84 852 bekannt, wobei auf den Enden der rohrförmigen Leiterstäbe Kühlmittelanschlüsse befestigt sind, von denen die Kühlmittelleitungen zum Kühlmittelverteiler ausgehen. An einem seitlichen Fortsatz dieses Kühlmittelanschlusses werden mit Klemm­ stücken die ebenfalls flüssigkeitsgekühlten Leitungen der Schaltverbinder befestigt. Auf diese Weise wird eine starre Verbindung der Statorwicklung mit den Schaltverbindern hergestellt. Durch die Verwendung von in ihrer Ausrichtung gegenüber dem Kühlmittelanschluß nicht verdrehbare Klemm­ stücke ist es unvermeidlich, daß selbst bei geringsten Fehlausrichtungen von Leiterstäben und Schaltverbindern zueinander Verspannungen entstehen, die unerwünscht sind. Auch bei einer Ausgestaltung der Kühlmittelanschlüsse, wie sie gemäß der CH-PS 4 38 473 zur Verbindung von Leiterstäben bekannt sind, läßt sich dieses Problem nicht lösen.

Durch die DE-OS 20 09 890 ist eine Verbindung für einen oberen und einen unteren Leiterstab einer flüssigkeitsgekühlten Statorwicklung bekannt, die aus lamellierten Kupferlaschen besteht, die verhältnismäßig dünn sind und damit die für diese Verbindung gewünschte leichte Nachgiebigkeit gewähr­ leisten. Somit ergeben sich für diese Verbindung dieselben Schwierigkeiten wie für eine flexible Phasenverbindung mit einer verhältnismäßig tiefliegen­ den Eigenresonanzfrequenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für flüssigkeitsgekühlte Leiter­ stäbe von Statorwicklungen und flüssigkeitsgekühlte Schaltverbinderleitun­ gen eine möglichst starre Verbindung zu schaffen, die Montagetoleranzen sowohl bezüglich des Abstands des Leiterstabs und der Schaltverbinderlei­ tung als auch bezüglich deren Ausrichtung auszugleichen in der Lage ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.

In vorteilhafter Weise sind derartige Kühlmittelanschlüsse an den Leiterstäben sowie die Kopfstücke der Schaltverbinderleitungen und die Phasenverbindungsstücke mit Bohrungen versehen, durch welche Verbindungselemente in Form von Bolzen, Schrauben oder der­ gleichen einsetzbar sind. Das aus zwei Teilen bestehende Phasen­ verbindungsstück, wobei die beiden Verbindungsteile gegeneinander drehbar zusammengepaßt werden können, bietet in Verbindung mit dem zugehörigen Kühlmittelanschluß und dem Kopfstück die Mög­ lichkeit, eines Ausgleichens von Fehlerausrichtungen der miteinander zu verbindenden Teile. In vorteilhafter Weise ist zumindest die Bohrung in einem der jeweils zu verbindenden Teile als Langloch ausgebildet, wobei die Langlöcher verschiedener Teile etwa senk­ recht zueinander verlaufen, und damit eine weitere Möglichkeit des Ausgleiches von Fehlausrichtungen bieten. Die großflächig auf den Kühlmittelanschlüssen bzw. Kopfstücken aufliegenden Ver­ bindungsteile des Phasenverbindungsstückes gewährleisten eine sehr gute elektrische Kontaktgabe, insbesondere weil die auf­ einanderliegenden Montageflächen nach der Montage verlötet werden.

Durch das Vorsehen der senkrecht zueinander verlaufenden Lang­ löcher ergeben sich sowohl bezüglich einer Translation als auch einer Rotation jeweils drei Freiheitsgrade, so daß ein Ausgleich von Fehlausrichtungen zwischen den Statorwicklungen und den parallelen Schaltverbinderleitungen in einfacher Weise zu verwirk­ lichen ist. Da das Phasenverbindungsstück als starre Komponente ausgebildet und nach der Montage verlötet wird, hat es eine ver­ hältnismäßig hohe Steifigkeit mit einer verhältnismäßig hohen Eigenresonanzfrequenz. Da die Phasenverbindungsstücke ver­ hältnismäßig kurz sind, werden sie durch das Kühlmittel, welches den Kühlmittelanschlüssen und den Kopfstücken zugeführt wird, ausreichend gekühlt, so daß sie selbst vom Kühlmittel nicht durch­ flossen sein müssen. Schließlich wird durch das Vorsehen eines in der Länge anpaßbaren und in ein Sackloch am anderen Verbindungs­ teil einsetzbaren Zylinderstückes auch eine Vorkehrung getroffen, um unterschiedliche Abstände zwischen einem Kühlmittelanschluß und dem zugehörigen Kopfstück auszugleichen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Ver­ bindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht auf die Statorwicklungen und die Schaltverbinder eines Generators;

Fig. 2 eine um 90° gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 ver­ drehte Teilansicht, um die Positionierung der parallelen Schaltverbinder und der Verteileranschlüsse an die Statorwicklung anzudeuten;

Fig. 3A und 3B eine Vorderansicht und eine Seitenansicht eines Kopf­ stückes für die Statorwicklung eines parallelen Phasen­ anschlusses und eines elektrischen Verbindungsstückes;

Fig. 4A und 4B um 90° gegeneinander verdrehte Ansichten des Kopf­ stückes gemäß Fig. 3A und 3B;

Fig. 5A und 5B um 90° gegeneinander verdrehte Ansichten des einen Teils eines Phasenverbindungsstückes, welches am Kopfstück gemäß Fig. 4A und 4B befestigt ist;

Fig. 6A und 6B um 90° gegeneinander versetzte Ansichten eines zweiten Teils des Phasenverbindungsstückes;

Fig. 7A und 7B um 90° gegeneinander versetzte Ansichten des Anschluß­ stückes an den parallelen Schaltverbinder, an welchem das Phasenverbindungsstück gemäß 6A und 6B befestigt wird.

Die vorliegende Erfindung wird primär für die Phasenleitungen der Wicklungen von elektrischen Maschinen verwendet und nachfolgend anhand eines Großgenerators beschrieben, der mit einem flüssigen Kühl­ mittel gekühlt ist.

Gemäß Fig. 1 ist der Generator 10 in einem Gehäuse 12 untergebracht und umfaßt ein laminiertes Statorblechpaket 14 herkömmlicher Konstruktion, der im Innern des Gehäuses 12 in bekannter Weise abgestützt ist. Das Statorblechpaket 14 hat in Längsrichtung verlaufende Nuten für die Aufnahme der Statorwicklung 18. Diese Statorwicklung 18 besteht aus stabförmigen Leiterstäben 20, in deren Innern das Kühlmittel fließt und die über einen Kühlmitelanschluß 22 an eine Versorgungs- und Verteilerleitung an­ geschlossen sind. In der Darstellung ist der Kühlmittelanschluß 22 aus Gründen der Übersichtlichkeit für die meisten Leiterstäbe nicht gezeigt, obwohl alle einzelnen Leiterstäbe von dem Kühlmittel durchflossen sind. Die nichtdargestellte Versorgungs- und Verteilerleitung ist mit den Kühlmittelanschlüssen 22 über Nippel 24 verbunden. Im Innern des Stators 14 ist ein Rotor 26 befestigt, dessen Feldwicklung in herkömm­ licher Weise aufgebaut ist.

Die Statorwicklung 18 der dargestellten elektrischen Maschine umfaßt eine entsprechende Anzahl von Spulenseiten, wobei typischerweise jeweils zwei dieser Spulenseiten (Oberstab und Unterstab) in einer Nut 16 an­ geordnet und am Ende derart miteinander verbunden sind, daß der Wicklungsaufbau der elektrischen Maschine entsteht. Bei dem dargestellten Generator umfaßt die Statorwicklung 18 drei Gruppen von Phasenwicklungen, die in üblicher Weise einen Dreiphasenstrom liefern. Jede Phasengruppe umfaßt beispielsweise zwei Phasenzonen, welche über parallele Schaltverbinder 28, 30, 32 miteinander verbunden sind. Alle Statorspulenseiten, mit Ausnahme derjenigen über welche die sechs Phasenzonen angeschlossen sind, stehen in Serienschaltung an den Stirnseiten miteinander in Verbindung, wobei herkömmliche Ver­ bindungselemente Verwendung finden, um untere und obere Spulenseiten in der üblichen Weise miteinander zu verbinden. Die Hauptanschlußleitungen 34′, 36′, 38′, 40′, 42′ und 44′ sind zu parallelen Schaltverbinder 34, 36, 38, 40, 42 und 44 auf der einen Seite zusammengeschaltet und stehen auf der anderen Seite mißt äußeren Anschlußbuchsen bzw. Durchführungselementen 46, 48, 50, 52, 54 und 56 in Verbindung. Die individuellen Phasenver­ bindungsstücke 58 verlaufen in radialer Richtung von den Schaltverbindern weg in Richtung auf die Anschlußstücke der sechs Phasenzonen. Mit Hilfe dieser Phasenverbindungsstücke 58 werden jeweils die Kühl­ mittelanschlüsse 22 mit den Kopfstücken 60 der parallelen Schaltverbinder­ leitungen verbunden.

In Fig. 2 ist eine Teilansicht einer Schaltverbinderleitung gemäß Fig. 1 mit dem Verbindungs- und Anschlußstücken dargestellt. Die übrigen Schaltverbinderleitungen und ihre Anschlüsse sind aus Gründen der Über­ sichtlichkeit nicht dargestellt. Jedoch sind entsprechend die Kopf­ stücke 60 paralleler Schaltverbinderleitungen mit den entsprechenden Kühlmittelanschlüssen 22 am Ende der Statorwicklungen 18 elek­ trisch verbunden. Ein Kühlmittelverteiler 62 ist über eine Kühl­ mittelleitung 64 mit einem Nippel 24 am Kühlmittelanschluß 22 ver­ bunden. Die Kopfstücke 60 der Schaltverbinderleitungen werden über einen Nippel 66 mit dem Kühlmittel versorgt, welcher entweder mit dem Kühlmittelverteiler 62 oder einer anderen Quelle für ein Kühlmittel verbunden sein kann.

In den Fig. 3A und 3B sind Ansichten des Kühlmittelanschlusses 22, des Kopfstückes 60 der Schaltverbinderleitung, und eines Phasenverbin­ dungsstückes 58 dargesellt. Der Kühlmittelanschluß 22 ist einerseits mit einem elektrischen Anschlußteil 68 für die Phasenleitung und ander­ erseits mit einem Anschluß an die Kühlkammer 70 versehen. Das über den Nippel 24 zugeführte Kühlmittel fließt durch eine Bohrung 72 im Anschlußteil 68 in die Kühlkammer. In entsprechender Weise ist auch das Kopfstück 60 der Schaltverbinderleitung 34 mit einem Anschluß­ teil 74 und einem Kühlmittelanschluß 76 versehen. Das über einen Nippel 66 hinzugeführte Kühlmittel fließt durch eine Bohrung 78 im Kühlmittelanschluß 76 und tritt in den innengekühlten parallelen Schaltverbinder 34 ein. Das Phasenverbindungsstück 58 umfaßt einen ersten mit dem Anschlußteil 68 des Kühlmittelanschlusses 22 elektrisch verbundenen Verbindungsteil 80 sowie einen zweiten Verbindungsteil 82, der mit dem Anschlußteil 74 des Kopfstückes 60 elektrisch verbunden ist. Der Kühlmittelanschluß 22 ist mit dem Verbindungsteil 80 mit Hilfe einer Bolzenschraube 84 verbunden, die eine Mutter 86 auf der Seite des Anschlußteils 68 trägt. Zwischen die Mutter 86 und den Anschlußteil 68 sind Federscheiben 88 und eine Beilagscheibe 90 eingelegt. Der Bolzen ist durch Bohrungen 94 im Verbindungsteil 80 und Langlöcher 92 im Anschlußteil 68 gesteckt. Der Verbindungs­ teil 80 hat am einen Ende eine Senkbohrung 96, welche auf den zylin­ drischen Abschnitt 98 des anderen Verbindungsteils 82 paßt. Im Ver­ bindungsteil 82 sind Bohrungen 100 vorgesehen, welche auf Schlitze 102 im Anschlußteil 74 ausrichtbar sind. Durch diese Bohrungen 100 und Langlöcher 102 sind ebenfalls Bolzenschrauben 84 eingesezt, welche mit Hilfe von Muttern 86 gehalten werden. Am anschluß­ seitigen Ende des Kopfstückes 60 für die Phasenleitung ist eine Sackbohrung 106 ausgebildet, in welche ein entsprechender zylin­ drischer Ansatz 108 eingesetzt ist. Die Langlöcher 92 und 102 ver­ laufen jeweils senkrecht stehend zueinander und sind ausreichend breit, um eine geringe Verdrehung des Phasenverbindungsstückes 58 relativ zu den jeweiligen Anschlüssen zuzulassen. Die Sackbohrung 96 und der entsprechende eingepaßte zylindrische Teil sind relativ zuein­ ander verdrehbar, wenn die beiden Verbindungsteile zusammengesetzt werden. Der Längenabschnitt A des zweiten Verbindungsteils 82 gemäß Fig. 3A, 3B, 6A und 6B wird bei der Montage bestimmt, um die An­ passung des Phasenverbindungsstückes 58 an den tatsächlichen vorhan­ denen Abstand zwischen der Schaltverbinderleitung und der Statorwicklung zu ermöglichen. Die Längsachse der Sackbohrung 96 verläuft senk­ recht zu den Längsachsen der Langlöcher 92 und 102.

Nach der Montage werden die beiden Verbindungsteile 80 und 82 vor­ zugsweise in der durch die Montage sich ergebenden Lager hartver­ lötet, um einen optimalen elektrischen Kontakt und eine ausreichende mechanische Festigkeit sicherzustellen. Die beiden Verbindungsteile 80 und 82 haben ebene Montageflächen, mit welchen sie auf den ebenen Gegenflächen der Anschlußteile 68 bzw. 74 anliegen. Auch diese ebenen Montageflächen werden vorzugsweise miteinander verlötet, um einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen. In dem Verbindungsteil 82 kann eine Bohrung 110 vorgesehen sein, um deren Gewicht zu redu­ zieren. Das Vorhandensein sowie die Größe und der Ort dieser Bohrung bestimmt sich primär aus der natürlichen Frequenz und der mechani­ schen Beanspruchung dieses Teils.

Die Möglichkeit, die beiden Teile des Phasenverbindungsstückes in unterschiedlichen Drehpositionen und Längenzuordnungen miteinander zu verbinden, sichert einen optimalen elektrischen Kontakt und opti­ male mechanische Anpassung der Statorwicklung an die Schaltverbinder­ leitung bzw. die Kühlmittelanschlüsse 22 und 60. Da drei Freiheits­ grade sowohl bezüglich der Translation als auch der Rotation vor­ hanen sind, können praktisch alle möglichen Fehlausrichtungen zwischen den Kühlmittelanschlüssen 22 und 60 ausgeglichen werden. Ferner ist das Phasenverbindungsstücks 58 so kurz und steif wie möglich ausge­ führt, um relativ hohe natürliche Schwingfrequenzen sicherzustellen. Durch die Verwendung kurzer Phasenverbindungsstücke kann auf eine zusätzliche Kühlung im Innern verzichtet werden, insbesondere da die Verbindungsteile des Phasenverbindungsstückes in guter thermischer Kontaktverbindung mit den Kühlmittelanschlüssen 22 und 60 stehen.

Somit wird durch die Erfindung ein Phasenverbindungsstück geschaffen, das nicht nur eine sehr hohe natürliche Resonanzfrequenz hat, sondern auch keinerlei Zusatzkühlung im Innern benötigt, wobei dieses Stück in der Lage ist große Fehlerausrichtungen zwischen der Statorwicklung und der damit zu verbindenden Schaltverbinderleitung auszugleichen.

Claims (4)

1. Vorrichtung für flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschinen zum Verbinden innengekühlter Leiterstäbe der Statorwicklung mit Schaltverbindern,
die zumindest am einen stirnseitigen Ende des Stators angeordnet sind, wobei die Schaltverbinder ebenfalls durch Flüssigkeitskühlmittel innen­ gekühlt sind,
eine Vielzahl von KÜhlmittelanschlüssen mit den jeweiligen Enden der Leiterstäbe verbunden sind, um das Kühlmittel von einem Kühlmittel­ verteiler aus jeweils über eine Kühlmittelleitung den Leiterstäben zu­ zuführen,
jeder Kühlmittelanschluß einen Anschlußteil mit zumindest einer Bohrung umfaßt,
eine Vielzahl von Kopfstücken mit einem Kühlmittelanschluß an die Schaltverbinder angeschlossen sind, um Kühlmittel verzweigt durch die Schaltverbinder zu führen,
jedes Kopfstück einen Anschlußteil mit zumindest einer Bohrung umfaßt, die senkrecht zur Bohrung im Anschlußteil verläuft,
die Kühlmittelanschlüsse der Leiterstäbe außerdem mit den Kopfstücken über Phasenverbindungsstücke verbunden sind,
und die Phasenverbindungsstücke jeweils aus einem ersten Verbindungs­ teil und einem zweiten Verbindungsteil bestehen, von welchen der erste Verbindungsteil großflächig an dem Anschlußteil des Leiterstabs und der zweite mit diesem verschraubten Verbindungsteil großflächig an dem Anschlußteil zum Schaltverbinder anliegt und mit diesem ver­ schraubt ist,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß das eine Ende des ersten Verbindungsteils (80) mit einem Sackloch (96) versehen ist, in welches ein entsprechender Zapfen (98) am Ende des zweiten Verbindungsteils (82) drehbar einsetz­ bar und in beliebiger Drehstellung fixierbar ist,
• - daß der erste Verbindungsteil (80) an dem Anschlußteil (68) und der zweite Verbindungsteil (82) an dem Anschlußteil (74) jeweils mit einer ebenen Fläche anliegen,
• - und daß die Verbindungsteile (80; 82) mit den Anschlußteilen (68; 74) in den Anlageflächen verlötet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Kopfstück (60) am einen Ende mit einem Sackloch (106) versehen ist, dessen Längsachse im wesentlichen parallel zur Längs­ achse des Sacklochs (96) im ersten Verbindungsteil (80) verläuft,
• - und daß in das Sackloch des Kopfstückes (60) ein zylindrisches Gegenstück des Schaltverbinders einsetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kühlmittelanschlüsse (22) an den Enden der Leiterstäbe (18) und die Kopfstücke (60) mit den Enden der Schaltverbinderlei­ tungen jeweils hartverlötet sind.

4. Vorrichtung nach einem der mehreren Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Bohrungen in den Anschlußteilen (68; 74) als Langloch­ bohrungen (92; 102) ausgeführt sind.