DE3923523A1 - Horizontalachsige elektrische maschine - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine horizontalachsige elek­ trische Maschine mit einem Statorblechkörper, der mittels über an seinem Umfang verteilten Befestigungskeilen in ortho­ gonal zur Maschinenlängsachse angeordneten, gegenseitig beab­ standeten Tragringen verspannt ist, welche Tragringe ihrer­ seits über Befestigungsteile mit dem Gehäuse der Maschine verbunden sind.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der EP-PS 01 66 114 oder dem CH-Patentgesuch 3 557/88 vom 23. 09. 1988 der Anmelderin ergibt.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen des ganzen Leistungs­ bereichs treten große axiale und radiale Dehnungen im Sta­ torblechkörper auf, welche auf das Gehäuse möglichst gleichmäßig verteilt übertragen werden müssen.

Bei dem aus der EP-PS 01 66 114 bekannten luftgekühlten Tur­ bogenerator erfolgt dies durch seitliches Aufhängen des Sta­ torblechkörpers mittels parallel angeordneter, zu der Achse der elektrischen Maschine senkrechten und gegenseitig beab­ standeten Tragplatten. Um auftretende Schwingungen und ther­ mische Spannungen während des Betriebszustandes der elektri­ schen Maschine möglichst klein zu halten, sind die Tragplat­ ten ringförmig ausgebildet und nur in zwei Bereichen ihrer horizontalen Symmetrieebene beidseits über vertikal geradli­ nig verlaufende Erweiterungen mittels Befestigungsteilen mit dem Gehäuseunterteil verbunden. Der weitaus größte Teil des Umfangs der Tragplatten ist vom Gehäuseunter- und -oberteil beabstandet. Der Statorblechkörper ist durch über seinen gan­ zen Umfang gleichmäßig verteilte Befestigungskeile in den Tragplatten verspannt. Die Befestigungsteile bestehen aus Be­ festigungsplatten, die jeweils mit den Erweiterungen der Tragplatten verschweißt sind, sowie aus horizontalachsigen Rohrstücken, welche mit den Befestigungsplatten verschweißt sind. Diese Befestigung des Statorblechkörpers erlaubt eine einfache Montage, leichte Zugänglichkeit der zu verschwei­ ßenden Konstruktionsteile und gewährleistet eine gute Quali­ tät der Schweißnähte.

Die bekannte Anordnung setzt jedoch zwingend ein annähernd in der horizontalen Symmetrieebene der Maschine geteiltes Ge­ häuse voraus, um den Statorblechkörper einsetzen zu können. Der Übergang zu Wasserstoffkühlung ist damit nicht ohne wei­ teres möglich, weil insbesondere die Trennflächen zwischen Gehäuseunter- und -oberteil problematisch in bezug auf Ab­ dichtung sind.

Um bei derartigen Maschinen ein ungeteiltes Gehäuse verwenden zu können, wird im eingangs genannten CH-Patentgesuch vorge­ schlagen, die an den ringförmigen Tragplatten befestigten Be­ festigungsplatten auf unterschiedliche Durchmesser zu legen, die von einem Maschinenende aus gesehen zum anderen Ende ab­ gestuft sind und dementsprechend die zugehörigen Befesti­ gungspunkte am Gehäuse gleichermaßen abzustufen. Die Quer­ wände sind dabei zweiteilig ausgebildet und bestehen aus ei­ nem ersten Ring, der am Statorblechkörper befestigt ist, und einem zweiten Ring, der am Gehäuse befestigt ist, wobei sich die freien Ringenden überlappen und an der Überlappungsstelle eine in Axialrichtung elastische Dichtung vorgesehen ist. Vom anderen Maschinenende aus gesehen sind die Außendurchmesser der ersten Ringe jeweils kleiner als der Innendurchmesser des ihm benachbarten zweiten Ringes.

Eine derartige Konstruktion erlaubt die Verwendung eines un­ geteilten Gehäuses, weil sich der (gegebenenfalls schon mit der Statorwicklung versehene) Statorblechkörper (sogenannter Einbaustator) in das Gehäuse einschieben läßt. Geschlossene Gehäuse dieser Art sind wesentlich einfacher gasdicht zu ma­ chen und halten auch den höheren Gasdrucken (ca. 10 bar) bei Wasserstoffkühlung stand.

Nachteilig bei beiden Konstruktionen könnte angesehen werden, daß aufgrund der vielfältigen Schweißverbindungen ein Aus­ bau des Blechkörpers zu Reparatur- und Servicezwecken nicht ohne weiteres möglich ist.

Kurze Darstellung der Erfindung

Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine horizontalachsige elektrische Maschine zu schaf­ fen, die ohne aufwendige Feder- und/oder Abstützelemente aus­ kommt und demgemäß einen einfachen und wirtschaftlichen Auf­ bau aufweist und darüber hinaus der Aus- und Einbau des Sta­ torblechkörpers vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird bei einer horizontalachsigen elektrischen Maschine der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß da­ durch gelöst, daß an den Tragringen mehrere in Maschinen­ längsrichtung verlaufende Tragbalken vorgesehen sind, die vom Statorblechkörper distanziert und symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene angeordnet sind, daß am Gehäuseteil orthogo­ nal zur Maschinenlängsachse verlaufende nach innen weisende Platten vorgesehen sind und daß die aus Statorblechkörper, Tragringen und Tragbalken bestehende Baueinheit mittels radi­ aler Bolzenanordnungen, die innen an den Tragbalken und au­ ßen an den Platten angreifen, mit dem Gehäuse verschraubt ist.

Die erfindungsgemäße Befestigung des Statorblechkörpers an den Platten, ist in Maschinenlängsrichtung "weich", in Um­ fangsrichtung jedoch "hart". Dies ergibt eine optimale Auf­ hängung, die allen Betriebsbeanspruchungen gerecht wird. Die Konstruktion ist darüber hinaus auch wirtschaftlich. Der Sta­ torblechkörper mitsamt seinem "Korsett", bestehend aus Tragringen und Tragbalken, kann in vergleichsweise einfacher Weise nach Lösen der Schraubverbindungen aus dem Gehäuse (axial) herausgezogen werden.

Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen ist der Ringraum zwi­ schen Statorblechkörper und Gehäusemantel regelmäßig in meh­ rere Kammern unterteilt, welche der Zu- und Abfuhr des Kühl­ gases dienen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung sind diese Kammern dadurch gebildet, daß die Tragringe über die Tragbalken in den besagten Ringraum hin­ einragen und mit Ringspanten, die am Gehäusemantel befestigt sind, zusammenwirken. Um dabei ein (axiales) Ausfahren der besagten Baueinheit aus dem Gehäuse zu gewährleisten, sind sowohl die Tragringe als auch die Ringspanten in Axialrich­ tung abgestuft.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Maschine;

Fig. 2 einen mehr ins Detail gehenden Querschnitt durch die Maschine nach Fig. 1 längs deren Linie AA;

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt durch Fig. 2 längs de­ ren Linie BB;

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch Fig. 2 längs de­ ren Linie CC;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Bolzenanordnung nach Fig. 4 längs deren Linie DD;

Fig. 6 eine Abwandlung der blechkörperseitigen Befestigung von Fig. 4.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Im stark vereinfachten Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Maschine gemäß Fig. 1 ist ein Statorblechkörper 1 in einem einteiligen Gehäuse 2 angeordnet. Der Statorblech­ körper 1 besteht aus einzelnen Teilblechkörpern 3 bis 8, die axial voneinander distanziert sind. Durch diese Distanzen 9 strömt Kühlgas zu oder aus den Kammern 10 bis 14 im Raum zwi­ schen Statorblechkörper 1 und Gehäusewand 2. Diese Kammern sind gebildet durch Tragringe 15-20, die am Statorblechkör­ per angeordnet sind, und radiale Ringspanten 21 bis 26, die an der Gehäusewand befestigt sind. Ringspanten und Tragringe überlappen sich radial. An den Überlappungsstellen sind ela­ stische Ringdichtungen 27 vorgesehen. Radial vom Statorblech­ körper 1 beabstandet verlaufen im Beispielsfall vier Tragbal­ ken, welche die Tragringe 15 bis 20 durchsetzen und mit die­ sen verschweißt sind. Die Aufhängung/Befestigung der aus Statorblechkörper 28 bestehenden Baueinheit erfolgt durch Bolzenanordnungen 29, die im Beispielsfall gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und innen an den Tragbalken 28 und außen am Gehäusemantel 2 angreifen. Wesentlich ist dabei nicht die gleichmäßige Verteilung der Bolzenanordnun­ gen/Tragbalken. Vielmehr sollen die Angriffspunkte der vom Statorblechkörper auf das Gehäuse einwirkenden Kräfte symme­ trisch zur vertikalen Symmetrieebene der Maschine liegen. In der Praxis haben sich dabei Winkel von 60 bis 90 Grad zwi­ schen den beiden oberen bzw. den beiden unteren Bolzenanord­ nungen bewährt, wobei dann die Abstützung des Gehäuses 2 auf dem Fundament etwa in der Höhe der horizontalen Symmetrie­ ebene der Maschine liegt.

Bevor diese Blechkörperaufhängung detailliert beschrieben wird, sei zunächst anhand der Fig. 2 und 3 der Aufbau des Statorblechkörpers 1 erläutert. Der aus einer Vielzahl über­ einandergestapelten Einzelbleche bestehende Statorblechkörper ist in Axialrichtung durch Zugbolzen 30 mit Rechteckquer­ schnitt zusammengehalten, die in Nuten am Umfang des Blech­ körpers liegen. Auf die Zugbolzen sind Keile 31 aufge­ schweißt, die ihrerseits mit den Tragringen 16, . . ., 20 ver­ schweißt sind.

Die vier Tragbalken 28 durchsetzen alle Tragringe 15 bis 20, sind mit diesen verschweißt und erstrecken sich im wesentli­ chen über die gesamte axiale Länge des Statorblechkörpers 1. Sie sind im Beispielsfall in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, können auch aber so angeordnet sein, daß der Win­ kel α zwischen den beiden oberen Tragbalken bzw. der Winkel β zwischen den beiden unteren Tragbalken kleiner als (die ge­ zeichneten) 90° ist. Je kleiner diese Winkel sind, um so mehr wirkt die Gehäusewand zwischen den seitlichen Befestigungs­ stellen der Bolzenanordnungen 29 als Feder, welche den Sta­ torblechkörper 1 vom Fundament entkoppelt.

Anhand von Fig. 4 und 5 wird nun nachstehend die Aufhängung der "Baueinheit" im Gehäuse 2 beschrieben.

Im mittigen Abschnitt einer jeden Kammer 10-14 sind sowohl in den Tragbalken 28 als auch in der Gehäusewand radial fluchtende Bohrungen 31 bzw. 33 vorgesehen. An der Bohrung 32 ist eine Mutter 34 (34′) mit einem zurückgezogenen Bund 35 (35′) entweder von innen her (Fig. 4) oder von außen her (Fig. 6) geschweißt. Um Toleranzen auszugleichen ist der Au­ ßendurchmesser des Bundes 35 kleiner als die lichte Weite der Bohrung 32 in dem Tragbalken 28.

Beidseits der Bohrung 33 in der Gehäusewand 2 sind zwei Plat­ ten 36 und 37 orthogonal zur Maschinenlängsachse ange­ schweißt. Im Raum zwischen den beiden Platten 36, 37 ist ein Metallklotz 38 eingeschweißt mit einer radial verlaufenden Gewindebohrung 39, in welche eine Distanzhülse 40 mit Außen­ gewinde 41 bis zur Anlage am Tragbalken 28 eingeschraubt ist. Ein Schraubenbolzen 42 mit Innensechskantkopf ist unter Zwi­ schenschaltung einer Unterlagscheibe 43 durch besagte Di­ stanzhülse 40 gesteckt und in die Mutter 34 eingedreht. Die Bohrung 33 wird danach mit einem Deckel 44 gasdicht ver­ schlossen.

Die Wirkungsweise und die besonderen Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Schilderung des Verfahrens zur Herstellung der Maschine.

In einem ersten Arbeitsgang wird das Maschinengehäuse 2 ge­ fertigt mit im wesentlichen folgenden Fertigungsschritten.

• - Einbringen der Bohrungen 33 und Anbringen der Platten 36, 37 an der Gehäusewand beidseits der Bohrungen 33, Einschweißen der Metallklötze 38 nur am inneren freien Ende der Platten 36, 37 (Schweiß-Stellen 46); - Einschweißen der Ringspanten 20, . . ., 26 entsprechend der axialen Verteilung der Tragringe 15, . . ., 20;
• - Ausgangspunkt für die weitere Montage ist ein sogenann­ ter Einbaustator, d. h. ein Statorblechkörper 1 der mit­ tels Zugbolzen 30 axial zusammengepreßt ist. Das Ge­ häuse 2 dient als Lehre für die Erstellung des sogenann­ ten Statorkorsetts, das im wesentlichen aus den Tragrin­ gen 15, . . ., 20 und den sie verbindenden Tragbalken 28 be­ steht. An den späteren Befestigungsstellen der Bolzenan­ ordnungen sind bereits die Bohrungen 32 eingebracht. Da­ nach erfolgt das koaxiale Ausrichten beider Maschinen­ teile u. a. unter Zuhilfenahme der einschraubbaren Di­ stanzhülsen 40 und der Schraubenbolzen 42/Muttern 34.
• - Nach erfolgter Ausrichtung werden die Muttern 34 mit den Tragbalken 28 verschweißt.
• - Danach werden die Distanzhülsen 40 und die Schraubenbol­ zen 42 wieder nach außen entfernt, das Statorkorsett aus dem Gehäuse 2 gezogen und über den Einbaustator ge­ stülpt.
• - Nun wird das Statorkorsett mit dem Einbaustator fest verbunden. Zu diesem Zweck werden nach der Ausrichtung beider Maschinenteile die Keile 31 sowohl mit den Zug­ bolzen 30 als auch mit den Tragringen 15, . . ., 20 ver­ schweißt.
• - In Fig. 1 und 2 ist aus Gründen einfacher Darstellung die blechkörperseitige Abdichtung zwischen den einzelnen Kammern 10, 11, . . ., 14 nicht dargestellt. Bei der techni­ schen Realisierung der Erfindung sind jedoch schon aus Montagegründen Spalten zwischen den Ringspanten 15, . . ., 20 und dem Blechkörper 1 vorzusehen, die nach der beschriebenen Verbindung zwischen Statorkorsett und Blechkörper abgedichtet werden, z. B. durch Aufpunkten dünner Bleche, welche der Außenkontur des Blechkörpers 1 angepaßt sind, jedoch zwischen sich und dem Blechkör­ per kleine Spalte (im Millimeterbereich) freilassen, um ein Reiben am Blechkörper auszuschließen.
• - Schließlich wird der (nun mit dem Korsett versehene Einbaustator) ins Maschinengehäuse 1 eingefahren, beide Maschinenteile gegeneinander ausgerichtet, die Distanz­ hülsen 40 zugestellt und die Schraubenbolzen 42 in die Muttern 34 eingedreht, und die Deckel 44 auf die Öffnun­ gen 33 geschraubt.

Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile der vorstehend beschriebenen Konstruktion(en) stellen sich zusammengefaßt wie folgt dar:

Die Blechkörperaufhängung erfüllt die geforderte Festigkeit in Umfangsrichtung und die geforderte Elastizität in Axial­ richtung.

Der Stator ist einfach und wirtschaftlich herzustellen. Her­ vorzuheben ist die "toleranzgerechte" Konstruktion. Sowohl axial als auch tangential können vergleichsweise große Tole­ ranzen (Größenordnung 5-10 mm) aufgenommen werden, in ra­ dialer Richtung praktisch beliebig große Toleranzen. Dies ist insbesondere wichtig, um Schweißungenauigkeiten ausglei­ chen zu können, ohne daß im Zuge der Herstellung aufwendige und teure Probemontagen nötig sind.

Claims (4)

1. Horizontalachsige elektrische Maschine mit einem Sta­ torblechkörper (1), der mittels an seinen Umfang ver­ teilten Befestigungskeilen (31) in orthogonal zur Ma­ schinenlängsachse angeordneten, gegenseitig beabstande­ ten Tragringen (16, 17, . . .) verspannt ist, welche Tragringe ihrerseits über Befestigungsteile mit dem Ge­ häuse der Maschine verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß an den Tragringen (16, 17, . . .) mehrere in Ma­ schinenlängsrichtung verlaufende Tragbalken (28) vorge­ sehen sind, die vom Statorblechkörper (1) distanziert sind und symmetrisch zur vertikalen Symmetrieebene der Maschine verlaufen, daß am Gehäusemantel (2) orthogonal zur Maschinenlängsachse verlaufende nach innen weisende Platten (36, 37) vorgesehen sind, und daß die aus Sta­ torblechkörper (1), Tragringen (16, 17, . . .) und Tragbal­ ken bestehende Baueinheit mittels radialer Bolzenanord­ nungen (42), die an den Tragbalken (28) und den Platten (36, 37) angreifen, verschraubt ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (36, 37) paarig angeordnet sind und zwischen den Platten ein Klotz (38) angeordnet ist, der nur am inneren freien Ende der Platten (36, 37) mit diesen fest verbunden ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klotz (38) mit einer radial verlaufenden Gewindeboh­ rung (39) versehen ist, in welche eine Distanzhülse (40) mit Außengewinde (41) bis zur Anlage an den Tragbalken (28) einschraubbar ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Raum zwischen Statorblechkörper (1) und Gehäusemantel (2) in mehrere axial untereinan­ derliegende Kammern (10, 11, . . .) unterteilt ist, wobei die Kammerwände einerseits durch Ringspanten (21, . . ., 26), die am Gehäusemantel (2) befestigt sind, und anderer­ seits durch Verlängerungen der Tragringe (15, 16, . . .) ge­ bildet sind, wobei zwischen den freien Enden der Ring­ spanten und der Tragringe eine Ringdichtung (27) vorge­ sehen ist, und die Ringspanten und die Tragringe in Axi­ alrichtung derart abgestuft sind, daß ein axiales Aus­ fahren des Stators (1) aus dem Gehäuse (2) ermöglicht ist.