KR20000070313A - 고정자 코어의 모듈러 설계 및 제조 - Google Patents

Abstract

향상된 고정자 코어 및 이 코어를 제조하는 공정은 모듈러 고정자 코어 설계에 의해 성취된다. 이 고정자 코어는 진공압 함침 공정을 통해 제조되는 일련의 동일하게 치수결정되고 형성된 고정자 코어 모듈들로 이루어진다. 이 선제조된 모듈들은 그런다음 효율적인 방식으로 고정자 코어내로 조립될 수 있어, 여러 날의 고정자 조립 시간을 절약할 수 있다. 게다가, 다양한 고정자 코어의 길이는 요구되는 갯수의 모듈을 고정자 프레임내로 단순히 삽입하는 것만으로 이루어질 수 있다.

Description

고정자 코어의 모듈러 설계 및 제조{MODULAR DESIGN AND MANUFACTURE OF A STATOR CORE}

발전기 고정자 코어는 터빈 발전기 세트의 트레인내에서 가장 큰 단일 구성요소이다. 고정자 코어는 일반적으로 커다란 원통형 형태로, 즉 고정자 코어의 형상으로 적층되고, 가압되며 그리고 함께 클램핑되는 비교적 얇은 강재 플레이트로 된 수천 개의 래미네이션으로부터 제조된다. 클램핑은 래미네이션이 펀칭되는 적층 강재 플레이트의 두께( 일반적으로 "크라운"이라고 함)의 변화를 도모하는 데 필요하다. 부적절하게 클램핑된 래미네이션은 발전기 작동 중에 플레이트의 진동을 초래할 수 있는데, 이는 자기 충격 또는 코어의 타원형 확장으로부터 발생한다. 게다가, 래미네이션들 사이의 공기 공간은 높은 열 저항 및 저하된 냉각 효율을 초래한다. 충전물이 종종 플레이트 크라운으로 인한 빈틈을 보정하기 위해 플레이트의 적층부내로 삽입된다. 게다가, 충전물은 클램핑 압력이 전 플레이트에 걸쳐 균등하게 분포되는 것을 보장한다.

통상적으로, 고정자 코어는 강재 플레이트로부터 최종 설치 장소에서 직접 조립된다. 하지만, 고정자 코어의 커다란 치수 및 적절한 클램핑의 필요성은 여유있는 바닥 공간 및 높은 크레인의 요구를 포함하는 고정자 코어 제조의 어려움을 초래한다. 통상적으로, 두 가지 조립 과정이 원통형 고정자 코어를 형성하기 위해 채용되어 왔는데: 하나의 과정에서는, 강재 플레이트가 고정자 프레임에 직접 적층되고; 다른 하나의 과정에서는, 강재 플레이트가 첫 번째로 적층되고 외부 적층 픽스처내에 클램핑된다. 완전한 고정자 코어는 그런다음 커다란 크레인을 통해 고정자 프레임내로 승강된다.

통상적인 방법을 통한 고정자 코어의 제조는 제조 리드 타임 및 다른 제조관련 어려움을 초래한다. 예를들어, 코어가 고정자 프레임내에 직접 적층된다면, 프레임은 어떠한 제조 단계가 일어나기 이전의 위치에 공급되어져야만 한다. 게다가, 중간 코어 가압 장비가 강재 플레이트를 증대된 길이로 가압하고 함께 클램핑시키는 데 요구된다. 다른 한편으로, 고정자 코어가 외부 픽스처내에서 제조된다면, 프레임은 제조 이전의 장소에 조달될 필요는 없지만; 외부 픽스처 자체가 제조 비용을 추가시키고 장소에 있어 추가적인 바닥 공간을 요한다. 게다가, 외부 픽스처 방법은 조립된 코어를 고정자 프레임내로 승강시키기 위한 충분한 높이의 대형 크레인을 요한다. 통상적인 제조 과정의 어느쪽에 있어서도, 코어 적층 과정은 완료하는 데 여러 날을 필요로 한다.

조립상의 어려움에 더하여, 통상적인 방법에 따라 조립된 고정자 코어는 작동상의 문제점을 일으킨다. 그와같은 코어는 작동중에 침하하거나 느슨해지는 경향을 가지고 있다. 이 경향을 완화시키는 것을 돕기 위해서, 여러가지 통합 기법 및 높은 클램핑력이 조립중에 필요하며, 또한 조립 시간 및 비용을 증가시킨다. 게다가, 무거운 구조 부재가 코어 끝부에서 레미네이션을 제 위치에 유지시키기 위해 요구되며, 추후의 재조임을 위한 수단이 요구될 수 있다.

따라서, 조작상의 안정성을 증가시키는 동시에 고정자 코어를 제조하는 시간과 비용을 감소시키는 향상된 고정자 코어 설계 및 제조 기법이 요구된다.

본 발명은 발전 장비의 설계 및 제조에 관한 것이다. 보다 상세히는, 본 발명은 발전기내에 사용되는 고정자 코어의 모듈러 설계 및 제조에 관한 것이다.

도 1은 고정자 코어내에 사용하는 단일의 래미네이션 층부를 형성하고 있는 강재 플레이트의 한 층부의 등축도;

도 2는 본 발명에 따르는 모듈 픽스처내의 고정자 코어의 등축도;

도 3은 본 발명의 일면에 따라 고정자 코어 모듈을 제조하는 공정의 흐름도;

도 4는 고정자 코어 모듈의 고정자 프레임내로의 삽입을 도시한 절결 분해도.

본 발명은 향상된 고정자 코어 및 이 향상된 고정자 코어를 조립하기 위한 방법을 제공함으로써 상기 요구조건들을 충족시킨다. 이 방법에 따라, 고정자 코어 모듈은 선제조된다. 이 선제조된 모듈은 그런다음 임의의 편리한 조립 시간에 고정자 프레임내에 삽입된다. 각각의 모듈은 강재 플레이트의 적층부를 모듈 픽스처내에 클램핑시킴으로써 제조된다. 클램핑된 플레이트의 적층부는 수지가 강재 플레이트의 적층부에 공급되는 진공 챔버내에 위치된다. 이 챔버는 이후 가압되어 강재 플레이트들 사이의 수지의 함침(含浸)을 증가시킨다. 선제조된 모듈은 그런다음 고정자 코어를 구성하도록 고정자 프레임내로 적재되거나 삽입될 수 있다.

고정자 코어의 조립시, 선정된 수의 모듈이 고정자 프레임내로 삽입된다. 그런다음, 고정자 코어는 함께 클램핑된다. 예를들어, 관통 볼트가 고정자 코어의 축선방향 길이를 통해 삽입되어, 각각의 모듈을 결합시키고 고정자 코어를 함께 유지시키는 힘을 제공한다. 선택적으로, 디스크 스프링이 고정자 프레임내로 삽입되어 모듈들을 함께 결합시킨다. 조립이 그에따라 완전해져, 현장 조립의 여러 날을 절감시키는 동시에 고정자 코어에 향상된 조작 성능을 제공한다.

앞서의 발명의 상세한 설명과 이후의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참고로 살펴봄으로써 더욱 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 설명할 목적으로, 현시점에서의 바람직한 실시예가 도면에 도시되어 설명되고 있지만, 본 발명은 개시되는 특정 방법 및 기구 수단에만 국한되지 않는다.

동일한 부재번호가 동일한 구성요소를 나타내고 있는 도면을 참조하며, 도 1은 본 발명에 따라 고정자 코어를 제조하는 데 사용되는 예시의 고정자 코어 플레이트(20)를 도시하고 있다. 강판과 같은 철재 재료의 단편으로부터 압형된 코어 판(20)은 원주상으로 배열되어 링(24)을 형성한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 각각의 링(24)은 다중 적층된 고정자 코어 모듈내의 단일의 래미네이션 층부를 구성한다. 본 예시의 고정자 코어에 있어서, 아홉 개의 이들 플레이트가 배열되어 하나의 단일 링(24)을 형성하지만; 임의의 적합한 갯수의 플레이트가 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 소정의 직경으로 된 고정자 코어내에 사용되도록 형성되고 형태가 만들어질 수 있다. 아래에서 더 충분하게 설명되는 바와 같이, 다중 적층된 래미네이션 고정자 코어 모듈은 각각의 코어 플레이트(20)가 먼젓번 링(24) 층부의 기초 코어 플레이트(20)와 정렬되도록 다수의 링(24)을 적층시킴으로써 형성된다.

도 2를 참조하면, 모듈 픽스처(11)가 단일의 코어 모듈을 만들기에 충분하도록 링(24)의 적층부를 포함하여 도시되어 있다. 링(24)은 소정의 높이가 성취될 때까지 모듈 픽스처(11)내에 적층되어, 모듈 픽스처(11) 내부에 하나의 코어 모듈(10)을 형성한다. 모듈 픽스처(11)는 상부 압축 플레이트(12)와 하부 압축 플레이트(14) 그리고 이 압축 플레이트(12,14)의 각각의 코너에 배치된 정밀 슬리브(16)로 구성된다. 각각의 정밀 슬리브(16)는 강재와 같은 강성 재료로 형성된 중공 튜브이다. 각각의 튜브의 길이는 완성된 코어 모듈(10)의 높이로 정밀하게 절단된다. 볼트(17)는 슬리브(16)를 통해 배치된다. 유지 너트(19)는 볼트(17)에 부착되어 볼트(17)를 슬리브(16)내에 유지하며, 모듈 픽스처(11)내에 배치된 코어 모듈(10)을 구성하는 플레이트의 세트에 압력을 가하기 위한 기구를 제공한다. 모듈 픽스처(11)의 조작시에, 링의 적층부( 즉, 링의 모듈 기능 부분)는 상부 압축 플레이트(12)와 하부 압축 플레이트(14) 사이에 샌드위치식으로 끼워진다. 너트(19)가 조여질 때, 압축 플레이트(12,14)는 그것들이 슬리브(16)와 직면할 때까지 강재 플레이트 래미네이션(20)들을 함께 단단히 압착시킨다. 본 발명의 모듈 픽스처(11)는 링 층부의 적절한 갯수를 위해 픽스처를 조정함으로써 임의의 원하는 코어 모듈(10) 높이로 조정될 수 있다. 예컨대, 슬리브(16)의 길이를 변화시키고 추가의 플레이트를 더하는 것은 더 높은 코어 모듈(10)을 가져다 줄 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 코어 모듈(10)을 제조하는 공정의 흐름도를 도시하고 있다. 초기 단계(32)에서, 강재 플레이트(20)는, 도 2에 상세하게 도시된 바와 같이, 링(24)내에 배열되고 모듈 픽스처(11)내에 적층된다. 볼트(19)는 다음으로, 슬리브(16)가 압축 플레이트(12,14)와 직면할 때까지, 조여진다. 코어 모듈(10)은 다음으로 널리 공지된 산업 표준에 따라 진공압 함침 접착을 위해 준비된다. 그 작업 끝에, 다음 단계(34)에서, 압축된 강재 플레이트(20)를 포함하고 있는 모듈 픽스처(11)가 진공 챔버(도시 생략)내에 위치된다. 그런다음 이 챔버는 약 1 내지 2 mm Hg까지 감압된다. 진공이 적절히 설정된 후, 챔버는 수지로 채워진다(단계(36)). 결과적으로, 수지는 링의 적층부로 흘러들어, 링 층부 사이의 틈내로 들어간다. 다음으로(단계(38)) 챔버는 가압되어, 수지를 적층부(10)내의 공동내로 들어가게 한다. 다음으로 이 구성요소는 챔버로부터 분리되어 오븐내에 위치된다(단계(40)). 이 오븐은 수지가 경화할 때까지 가열된다. 완성된 모듈 코어(10)는 그런다음 픽스처로부터 분리되어, 고정자 코어를 구성하는 데 사용되기 위해 준비되거나 추후의 사용을 위해 적재된다(단계(42)). 완성된 모듈 코어(10)는 향상된 조작 안정성뿐만 아니라 향상된 열 전도성을 제공한다.

도 4를 참조하면, 복수의 코어 모듈(10)로부터의 고정자 코어의 제조가 도시되어 있다. 종래의 고정자와 마찬가지로, 고정자(60)는 고정자 프레임(50)과 고정자 코어(52)로 구성된다. 하지만, 종래의 고정자와는 달리, 고정자(60)는 도 3을 참조하여 설명된 단계에 따라 제조된 코어 모듈(10)을 가지고 제조된다. 고정자를 제조하는 몇몇의 종래 방법과는 대조적으로, 고정자 코어(60)는 프레임(50)에 직접 조립될 수 있어, 조립 장소에서 다른 외부 픽스처의 사용을 회피하게 해주고, 고압 적층 압축의 필요성을 완화시킨다. 다른 장점들은 모듈러 고정자 코어 설계에 의해 얻어진다. 예컨대, 코어 모듈(10)은 선조립되어 고정자 조립의 시점에서 최종 조립 장소에 위치된다. 결과적으로, 모듈은 조립 장소 밖에서 더 나은 제어 조건하에 선제조될 수 있다. 게다가, 전체 고정자 코어를 프레임내로 승강시키는 데 필요한 것보다 훨씬 더 가벼운 중량의 장비가 코어 모듈(10)을 프레임내로 승강시키는데 사용될 수 있다. 이들 장점의 결과로 열 전달 및 이완을 포함하는 향상된 조작 특성들을 가진 고정자 코어가 만들어진다. 게다가, 최종 조립 시간은 여러 날에서 단 하루 정도의 짧은 시간으로 단축될 수 있다.

고정자 코어 조립은 도 4를 참조하여 가장 잘 설명된다. 초기에, 고정자 프레임(50)은 코어 모듈(10)을 수납하도록 직립한 상태로 위치된다. 일시적인 조립 베이스(56)는 조립시 직립한 고정자 프레임의 바닥에 위치된다. 베이스(56)는 조립시에 코어 모듈(10)을 고정자 프레임(50) 내부의 적절한 위치내에 지지하기 위해 제공된다. 조립이 완료된 후, 베이스(56)는 제거된다. 고정자 프레임(50)이 조립을 위해 준비된 후에, 선정된 갯수의 코어 모듈(10)은 고정자 프레임(50)내로 승강된다. 선정된 코어 모듈의 갯수는 원하는 고정자 길이와 선정된 코어 모듈(10) 크기에 의존하여 변할 것이다. 선정된 코어 모듈(10) 모두가 고정자 프레임(50)내에 적절하게 위치되었을 때, 관통 볼트(도시생략)는 구멍(22)을 통해 고정자 코어 조립체를 축선방향으로 관통하여 삽입된다. 관통 볼트는 그런다음 고정자 코어 조립을 완성하도록 조여진다. 그런다음 스프링 바아(54)가 고정자 코어(52)를 고정자 프레임(50)에 부착하도록 조여진다. 고정자(60)는 그런다음 터빈(도시생략)에의 부착을 위해 준비된다.

당업자들은 다른 방법들이 완성된 고정자 코어를 함께 결합시키는 데 사용될 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 디스크 스프링 및 키이가 모듈들을 함께 결합시키는 프레임의 양 단부내로 삽입될 수 있다.

분명히, 고정자 코어 모듈 및 고정자를 제조하기 위한 상기 설명된 공정들은 중대한 제조상의 이점들을 제공한다. 예컨대, 코어 모듈(10)은 생산 환경내에서 표준적인 치수로 선제조될 수 있어, 그와같은 환경내에서의 고유의 모든 품질 관리의 이점들을 제공한다. 그와같은 코어 모듈은 따라서 고정자 조립의 위치에 요구되는 대로 적재되거나 놓여질 수 있다. 게다가, 다양한 길이의 고정자가 동일한 코어 모듈 건조(建造) 블록을 사용할 수 있다. 주어진 고정자 길이에 요구되는 코어 모듈의 갯수를 단순히 선정하고 그와같은 코어 모듈을 프레임내로 조립하는 것만으로, 고정자 제조 공정은 표준화될 수 있다. 따라서, 최종 고정자 조립 공정은 적은 갯수의 코어 모듈의 조립을 포함하고 있지만; 반면에, 현재 통용되고 있는 공정은 수천 개의 강판의 조립을 필요로 한다.

본 발명은 본 발명의 정신과 기본적인 특성에서 벗어남이 없이 다른 특정의 형태로 실시될 수 있는데, 예컨대, 강판은 진공압 함침을 사용하는 대신에 수지로 코팅되고 함께 가압되어 코어 모듈을 결합시킬 수 있다. 따라서, 이에 대한 고찰은 앞서의 상세한 설명보다는 본 발명의 범위를 나타내는 첨부된 청구의 범위에서 이루어져야 한다.

Claims (13)

1. a) 강재 플레이트의 적층부를 제1 픽스처내에 클램핑시키고, 플레이트의 클램핑된 적층부를 진공 챔버내에 위치시키고, 수지를 상기 강재 플레이트의 적층부에 공급하며, 상기 챔버를 가압함으로써 그 각각이 제조되는 적어도 두 개의 고정자 코어를 제조하는 단계;

   b) 상기 적어도 두 개의 고정자 코어 모듈을 고정자 프레임내로 삽입시키는 단계; 및

   c) 상기 고정자 코어 모듈을 함께 클램핑시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고정자 코어를 조립하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수지는 가열함으로써 경화되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 단계 a)는 수지가 강재 플레이트 사이에서 더 가압되도록 진공 챔버를 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 강재 플레이트는 강판을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 단계 c)의 상기 클램핑 단계는 관통 볼트의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 단계 c)의 클램핑 단계는 디스크 플레이트의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. a) 강재 플레이트의 적층부를 픽스처내에 클램핑시키는 단계;

   b) 플레이트를 포함하고 있는 픽스처를 진공 챔버내에 위치시키는 단계;

   c) 플레이트가 진공 챔버내에 유지되어 있는 동안에 수지를 상기 플레이트에 공급하는 단계; 및

   d) 상기 진공 챔버를 가압하여 수지가 플레이트 사이에서 더 가압되는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고정자 코어 모듈을 제조하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 수지는 상기 수지가 공급된 후에 상기 플레이트의 적층부를 가열함으로써 경화되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 진공은 1 내지 2 mm Hg의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 서로 편평한 관계로 배열된 복수의 강재 플레이트; 및

    상기 플레이트들이 서로 고정된 관계로 함께 결합되도록 상기 복수의 플레이트의 각각의 쌍 사이에 함침되는 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발전기내에 사용되기 위한 고정자 코어 모듈.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 수지는 진공압 함침 공정을 통해 함침되는 것을 특징으로 하는 고정자 코어 모듈.
12. 고정자 프레임; 및

    서로 편평한 관계로 배열되고 수지에 의해 함께 결합된 복수의 편평한 강판을 포함하고 있는, 상기 고정자 프레임 내부에 그 각각이 배치되는 두 개 또는 그 이상의 고정자 코어 모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 발전기내에 사용되기 위한 고정자 코어.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 수지는 진공압 함침 공정을 통해 함침되는 것을 특징으로 하는 고정자 코어.