DE3612112A1 - Verspannung der zaehne des staenders eines turbogenerators - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Ständer eines Turbogenerators gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DE-A 30 16 990, von der die vorliegende Er­ findung ausgeht, ist bereits eine Vorrichtung zum Fixie­ ren von Wicklungsstäben in Nuten elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, bekannt. Auch die DE-AS 21 65 727 beschreibt eine solche Vorrichtung. Ähnliche Anordnungen zur Befestigung von Wicklungsstäben in den Nuten des Ständers einer elektrischen Maschine sind außer­ dem in der DE-AS 16 13 232, der GB-PS 7 33 718 und der FR- PS 13 07 821 enthalten. Den angegebenen Schriften zum Stand der Technik ist gemeinsam, daß die Wicklungsstäbe der Ständerwicklung in radialer Richtung durch Nutver­ schlußkeile o. dgl. gesichert sind, wobei ggf. noch fe­ dernde Elemente und andere Zwischenlagen verwendet werden. Durch schräge Anlageflächen können die Nutverschlußkeile bei einem Teil der Konstruktionen zwar geringe Kraft­ komponenten in Umfangsrichtung in die Zähne des Ständers einbringen, jedoch führt dies nicht zu einer definierten Verspannung der Zähne, da die Kräfte einerseits sehr ge­ ring sind und andererseits je nach den Betriebsbedingungen ständig wechseln. Eine gezielte Verspannung der Zähne, insbesondere zur Beeinflussung des Schwingungsverhaltens der Blechpakete des Ständers, wurde bisher nicht vorge­ nommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Schwin­ gungsverhalten der Zähne des Ständers eines Turbogenera­ tors zu beeinflussen, insbesondere die Eigenfrequenz durch Verspannung der Zähne zu erhöhen. Dabei sollen an den Zähnen selbst und der Halterung der Wicklungsstäbe mög­ lichst keine oder nur geringe Änderungen vorgenommen wer­ den.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Anspruch 1 vor­ geschlagen, die Zähne des Ständers durch überwiegend in Umfangsrichtung wirkende Mittel, z.B. gegeneinander zu verspan­ nen. Dies kann je nach den Platzverhältnissen und der vor­ liegenden Konstruktion z. B. durch zusätzliche außerhalb der bisherigen Nutverschlußkeile angebrachte Keile oder aber durch eine Änderung des Aufbaues der Nutverschluß­ keile erreicht werden. Ein nachträglicher Einbau einer Verspannung oder der Austausch bisheriger Nutverschluß­ keile sind daher möglich.

Bei einer Verspannung gemäß dem Anspruch 2 ändert sich die Eigenfrequenz des Ständers ganz erheblich. Während bis­ her die Schwingungen freistehender Zähne die Eigenfre­ quenz bestimmten, ergibt sich bei an den Enden verspann­ ten Zähnen eine viel höhere Schwingungsfrequenz, nämlich die einer geschlossenen Scheibe mit "Fenstern".

Besonders vorteilhaft ist es natürlich, gemäß Anspruch 3 die zur Verspannung dienenden Keile gleichzeitig als Nutverschlußkeile zu verwenden, an denen die Wicklungs­ stäbe gemäß den an sich bekannten Konstruktionen abge­ stützt sind.

Gemäß Anspruch 4 ist es ferner möglich, auch oder nur im Inneren der Nuten, z.B. zwischen den Wicklungsstäben, Verspannungen vorzusehen. Sinnvollerweise würden in die­ sem Falle die Verspannungen gleichzeitig jeweils Nutver­ schlußkeile für die einzelnen Wicklungsstäbe bilden, wobei ggf. federnde Elemente und Zwischenschichten mehr­ fach vorgesehen werden müßten. Jede einzelne oder zusätz­ liche Verspannung der Zähne erhöht die Eigenfrequenz, wo­ bei zusätzlich durch die Größe der bei der Verspannung in Umfangsrichtung eingebrachten Kräfte die Eigenfrequenz in gewissen Grenzen verändert werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der zur Verspannung dienen­ den Keile sind in den Ansprüchen 5 bis 10 angegeben. Diese Ausgestaltungen werden anhand der Zeichnung, die Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung zeigt, näher erläutert. Die Zeichnung enthält in

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Bereich einer Nut im Ständer eines Turbogenerators,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht dieses Bereiches, teilweise aufgeschnitten,

Fig. 3 eine Ansicht von außen auf einen erfindungsgemäßen Verspannungskeil,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen anders aufgebauten Verspannungskeil und

Fig. 5 eine Ansicht auf den Verspannungskeil der Fig. 4.

In die Nut des Ständerblechpaketes 1 a sind nach dem vor­ liegenden Ausführungsbeispiel zwei Wicklungsstäbe 8, 10 übereinander angeordnet. Diese beiden Wicklungsstäbe 8, 10 sind untereinander in bekannter Weise gleichaufgebaut. Sie sind jeweils insgesamt von einer Isolierung 7 und einer halbleitenden Schutzhülse 6 umgeben. Zwischen den beiden Stäben 8, 10 ist eine Nutenzwischenlage 9 vorgesehen.

Ferner befindet sich zwischen der einen Wand der Nut und jedem Stab 8, 10 eine Nutseitenfeder 11. Das obere Ende der Nut weist Aussparungen 1 b in den Nutflanken auf, die den Verschluß der Nut durch einen Keil nach Art einer Schwalbenschwanzverbindung ermöglichen. Erfindungsgemäß ist der in diese Aussparungen 1 b eingesetzte Keil dreige­ teilt, in einen linken Nutkeil 2 a, einen rechten Nutkeil 2 c und einen Treibkeil 2 b. Gegen diese Verkeilung 2 a, 2 b, 2 c stützen sich die Wicklungsstäbe über einen Rutsch­ streifen 3, eine Nutkopffeder 4 und einen Deckschieber 5 in an sich bekannter Weise federnd in radialer Richtung ab. Durch den Treibkeil 2 b, welcher in axialer Richtung des Ständers konisch geformt ist und von der Stirnseite ein­ getrieben werden kann, lassen sich, anders als bei bis­ her üblichen einteiligen Nutverschlußkeilen, erhebliche Kräfte in Umfangsrichtung auf die Zähne 1 a ausüben, so daß eine starre Verspannung der Zähne untereinander in Umfangsrichtung erreicht wird, welche praktisch unab­ hängig von der radialen Belastung der Keilanordnung 2 a, 2 b, 2 c ist. Dies ermöglicht eine genau definierbare Be­ einflussung der Eigenfrequenz der Zähne, insbesondere eine erhebliche Erhöhung der Eigenfrequenz. Grundsätzlich kön­ nen zur Verspannung der Zähne und zur Abstützung der Wicklungsstäbe zwei getrennte Keilanordnungen verwendet werden, jedoch ist die vorgeschlagene, beide Funktionen erfüllende Anordnung besonders vorteilhaft. Sie läßt sich auch bei anderen Arten der Stützung oder Federung von Wicklungsstäben anwenden. Natürlich ist auch bei den er­ findungsgemäßen Keilanordnungen zu beachten, daß die Materialien keine elektrischen oder magnetischen Ver­ bindungen zwischen den Zähnen herstellen dürfen. Es wer­ den daher vorzugsweise faserverstärkte Kunststoffe oder andere für Nutverschlußkeile bekannte Materialien ver­ wendet. Wegen der Dreiteilung der Keilanordnung besteht allerdings prinzipiell die Möglichkeit, den mittleren oder die beiden äußeren Teile der Keilanordnung auch aus elektrisch leitendem Material herzustellen, was jedoch im allgemeinen nicht nötig und auch nicht vorteilhaft sein wird. In den Fig. 1, 2 und 3 weist der Treibkeil 2 c einen etwa rhombusförmigen Querschnitt mit abgeflachten oberen und unteren Ecken auf. Diese Form erleichtert die Montage und führt zu einer besonders stabilen Verkeilung der Zähne. Die linken und rechten Nutkeile 2 a, 2 c können beim Einbau in die Aussparungen 1 b der Nutflanken einge­ legt werden, woraufhin der Treibkeil 2 b sich von der Stirnseite eintreiben läßt. In Abhängigkeit von der Neigung des Treibkeiles 2 b lassen sich recht genau definierte Kräfte in Umfangsrichtung auf die Zähne ausüben.

Maße für die einzelnen Keilanordnungen sind eine Länge von einigen cm, vorzugsweise etwa 10 bis 30 cm und eine Neigung von 1 : 25 bis 1 : 75, vorzugsweise etwa 1 : 50, wobei dies natürlich von der Größe des Ständers und den Maßen der Zähne mit abhängt.

In den Fig. 4 und 5 ist eine anders gestaltete drei­ teilige Keilanordnung 20 a, 20 b, 20 c bei sonst unverän­ derten Einzelheiten dargestellt. Bei dieser Keilanordnung weist der Treibkeil 20 b einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei die breitere Basis des Trapezes zu den Wick­ lungsstäben 8, 10 hinzeigt. Weitere Keilformen sind selbst­ verständlich möglich, wobei es im wesentlichen darauf ankommt, daß die Keilanordnung erhebliche Kräfte in Um­ fangsrichtung zur Verspannung der Zähne aufbringen kann.

Durch die erfindungsgemäße Verspannung der Zähne kann die Eigenfrequenz des Ständers eines Turbogenerators erhöht und definiert in einen Bereich gebracht werden, in dem eine Schwingungsanregung nicht zu erwarten ist.

Claims (10)

1. Aus Blechpaketen bestehender Ständer eines Turbogene­ rators, wobei zwischen Zähnen (1 a) in Nuten Wicklungsstäbe (8, 10) der Ständerwicklung angeordnet sind, die in radi­ aler Richtung unter anderem durch in Aussparungen (1 b) der Zähne (1 a) gehalterte Nutverschlußkeile oder dergleichen gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (1 a) des Ständers durch überwiegend in Um­ fangsrichtung wirkende Keile (2 a, 2 b, 2 c; 20 a, 20 b, 20 c) oder gleichartig wirkende Mittel gegeneinander verspannt sind.

2. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (1 a) des Ständers im Bereich ihrer Enden gegeneinander verspannt sind.

3. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verspannung Keile (2 a, 2 b, 2 c; 20 a, 20 b, 20 c) dienen, die gleichzeitig die Nutverschlußkeile bilden, an denen die Wicklungsstäbe (8, 10) in an sich bekannter Weise abgestützt sind.

4. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (1 a) des Ständers zusätzlich oder ausschließ­ lich im Inneren der Nuten, vorzugsweise etwa in halber Tiefe, zwischen den einzelnen Wicklungsstäben (8, 10) in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt sind.

5. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verspannung dienenden Keile (2 a, 2 b, 2 c; 20 a, 20 b, 20 c) unterteilt sind, vorzugsweise in drei Teile, nämlich einen rechten und einen linken Nutkeil (2 a bzw. 2 c; 20 a bzw. 20 c) und einen Treibkeil (2 b; 20 b).

6. Ständer eines Turbogenerators nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verspannung dienenden Keile (2 a, 2 b, 2 c; 20 a, 20 b, 20 c) in Aussparungen (1 b) der Zähne (1 a), durch konische Anlageflächen an den Zähnen oder durch einen auf der Innenseite der Zähne (1 a) angeordneten konzentrischen Haltering gehaltert sind.

7. Ständer eines Turbogenerators nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verspannung dienenden Keile (2 a, 2 b, 2 c; 20 a, 20 b, 20 c), zumindest aber deren rechte und linke Nutkeile (2 a, 2 c; 20 a, 20 c), aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material bestehen, vorzugsweise aus faserver­ stärktem Kunststoff, wobei die Gleitfähigkeit beeinflus­ sende Beschichtungen oder Zwischenlagen vorgesehen werden können.

8. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkeile (2 b) einen rhombusförmigen Quer­ schnitt mit abgeflachten oberen und unteren Ecken aufwei­ sen.

9. Ständer eines Turbogenerators nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkeile (20 b) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die breitere Basis des Trapezes zu den Wicklungsstäben (8, 10) zeigt.

10. Ständer eines Turbogenerators nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkeile (2 b; 20 b) und die entsprechenden Nut­ keile (2 a, 2 b; 20 a, 20 b) eine Länge von einigen cm, vor­ zugsweise 10 bis 30 cm und eine Neigung zwischen etwa 1 : 25 bis 1 : 75 aufweisen.