KR20110095182A

KR20110095182A - 회전전기기계 코일용 카트 지지 시스템

Info

Publication number: KR20110095182A
Application number: KR1020110013618A
Authority: KR
Inventors: 브록 엠 래이프; 제프리 디 에반스; 리차드 에이 하비
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-08-24
Also published as: JP2011172474A; GB2478046A; US20110198793A1; US8235369B2; DE102011000645A1; GB201102611D0; GB2478046B

Abstract

회전전기기계의 코일(610)을 위한 카트 시스템이 제공된다. 이 카트 시스템은 실질적으로 수평으로 배치되어 있는 하나 이상의 지지 레일(200)과, 실질적으로 수직으로 배치되고 상기 하나 이상의 지지 레일에 일 단부가 연결되어 있는 복수의 리프팅 레일(310)과, 압축력을 가하기 위한 복수의 코일 클램프(700)를 포함한다. 상기 코일 클램프(700)는 상기 리프팅 레일(310)에 제거가능한 방식으로 부착된다. 회전전기기계의 코일이 상기 카트 시스템 상에 위치될 수 있으며, 코일 클램프들이 리프팅 레일 상에 배치되어 코일에 압축력을 가함으로써 테스트 과정을 촉진할 수 있다.

Description

회전전기기계 코일용 카트 지지 시스템{CART SUPPORT SYSTEM FOR DYNAMOELECTRIC MACHINE COILS}

본 발명은 회전전기기계(Dynamoelectric machine) 코일용 카트 지지 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 회전전기기계 코일의 시뮬레이트된 하중 상태에서 코일의 테스트를 허용하기 위한 클램핑 수단을 제공하는 회전전기기계 코일용의 카트 지지 시스템에 관한 것이다.

전기 발전기와 같은 회전전기기계들은 일반적으로 로터와 스테이터를 가지고 있다. 종래, 로터는 여기원(excitation source)으로부터 전류를 받으면서 발전기를 여기시키는 계자 권선(로터 코일)을 구비한다. 스테이터는 전력을 방출할 수 있는 권선(또는 코일)을 구비한다. 적어도 일부의 코일/권선은 루프를 형성하도록 권취된 복수의 구리 도선을 구비한다. 특히, 코일/권선은 운전중 소망하는 전압 및 전류 특성이 발생될 수 있게 하는 방식으로 배열된다.

전기 절연재가 로터 코일과 스테이터 권선을 둘러싸서, 코일/권선을 후속적인 층으로부터 전기적으로 절연시킨다. 이 절연재는 코일들/권선들 사이에서 아크 발생의 방지를 촉진하고, 또한 전기 단락을 야기할 수 있는 이물질로부터 도선을 차폐시킨다. 그러나 절연재에 습기가 차거나 절연재가 손상된 경우(예를 들면 진동 등에 의함)에는 절연재의 절연 성능이 열화될 수도 있다. 절연재의 열화된 영역 또는 습기찬 영역을 통하여 도선으로부터 전압 아크가 발생할 수도 있다. 아크가 발생하는 상태로 계속적으로 운전하면서 시간이 경과하면, 발전기의 유효 수명이 조기에 단축될 수도 있다.

발전기의 유효 수명의 연장을 촉진하기 위해서, 로터의 코일 및/또는 스테이터 권선이 주기적으로 테스트될 수도 있다. 적어도 일부의 공지된 테스트에서는, 스테이터 바아(stator bars)의 그룹들이 전기적으로 "함께 묶여서" 하나의 세트로서 테스트되는 한편, 나머지 바아들은 전기적으로 접지된다. 로터 코일/권선은 권선 구리 저항 테스트(wind copper resistance tests), 성극 지수 테스트(polarization index tests), AC 임피던스 테스트, 과전압 테스트(overpotential tests) 및 공기 갭 플럭스 탐지 테스트(air gap flux probe tests)와 같은 다양한 전기적 테스트를 받을 수도 있다. 절연재는 권선/코일들의 각종 층을 인접한 층으로부터 격리시키기 위하여 이용된다. 만약 이 절연재 내에 문제가 발생하면, 기계에 손상이 발생하여 효율에 악영향을 미칠 수도 있을 것이다. 따라서 구성요소들을 발전기 내에 설치하기 전에 권선/코일 내의 임의의 문제발생 상태 또는 결함을 식별하기 위하여 전술한 바와 같은 다양한 테스트들이 수행된다. 결함이 발견되면, 위치를 확인하고, 문제점을 치유한다 (예를 들어서, 아크 발생 영역에 추가 절연재를 설치하고 테스트를 다시 수행한다). 필요한 전압 레벨에서 테스트 대상 구성요소의 성공적인 테스트가 수행될 수 있기 전에, 이러한 공정을 여러번 반복하는 것이 필요할 수도 있다.

본 발명은 스테이터 및/또는 로터의 권선/코일의 반송과 그에 대한 테스트 및 작업을 위한 개선된 카트 지지 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시태양에 따르면, 회전전기기계의 코일을 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 실질적으로 수평으로 배치되어 있는 하나 이상의 지지 레일과, 실질적으로 수직으로 배치되고 상기 하나 이상의 지지 레일에 일 단부가 연결되어 있는 복수의 리프팅 레일과, 압축력을 가하기 위한 복수의 코일 클램프를 포함한다. 상기 코일 클램프는 상기 리프팅 레일에 제거가능한 방식으로 부착된다. 회전전기기계의 코일이 상기 시스템 상에 위치될 수 있으며, 코일 클램프들이 리프팅 레일 상에 배치되어 코일에 압축력을 가함으로써 테스트 과정을 촉진할 수 있다.

본 발명의 상기 특징 및 다른 특징은 본 발명의 각종 실시형태를 도시하는 첨부 도면과 관련하여 취해진 본 발명의 다양한 실시 태양에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해될 것이다. 첨부 도면은 다음과 같다.
도 1은 회전전기기계의 일부에 대한 3차원 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 태양에 따른 지지 레일의 등축도이다.
도 3은 본 발명의 실시 태양에 따른 한 쌍의 리프팅 레일의 등축도이다.
도 4는 본 발명의 실시 태양에 따른 부착점 고정구의 등축도이다.
도 5는 본 발명의 실시 태양에 따른, 도 4에 도시돤 부착점 고정구의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 태양에 따라서, 도 2 내지 도 5에 도시된 구성요소들을 회전전기기계의 코일과 결합시킨 카트 지지 시스템의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 태양에 따른, 도 3의 리프팅 레일의 일부 상에 장착된 코일 클램프의 등축도이다.
도 8은 본 발명의 실시 태양에 따라서, 도 2 내지 도 5 및 도 7에 도시된 구성요소들을 회전전기기계의 코일과 결합시킨 카트 지지 시스템의 사시도이다.
본 발명의 도면은 축적대로 도시되지 않았다는 점을 인식하여야 한다. 이 도면들은 본 발명의 전형적인 실시태양을 단순히 묘사할 의도이며, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 고려하지는 않아야 한다. 도면에 있어서, 도면들 사이에 유사한 번호는 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 발전기(10)의 일부에 대한 3차원 사시도를 도시한다. 발전기(10)는 스핀들(100)을 갖는 로터(11)와, 폴 팁(Pole Tips) 둘레에 배치되어 있는 코일들(120)(또는 권선들)의 그룹을 구비할 수도 있다. 상기 로터(110)의 주위에는 스테이터(140)가 배치되어 있다.

경험상, 발전기 필드(예를 들면 로터)는 유지 관리를 요하는 구성요소이다. 로터가 매우 높은 원심 부하 및 열적 사이클링 하에서 동작하고 있다는 점을 고려하면, 이것은 놀라운 일이 아니다. 따라서 발전기의 수명 중 어떤 시점에서 특정한 구성 요소에 대한 재제작이 소망될 수도 있다. 일반적으로 발전기 필드의 재제작은 필드 또는 로터 권선/코일의 재절연에 촛점이 맞춰져 있다. 어떤 경우에는 오래된 발전기 필드의 완전한 교체가 바람직할 수도 있다. 발전기 필드의 신뢰성은 리와인드에 의해서 향상시킬 수 있는데, 그 이유는 최초의 낡은 절연재를 새로운 현대식 절연 물질로 교체하고 최근의 서비스상의 염려 사항을 해결할 수 있기 때문이다. 새로운 구리 코일은 높은 단면적을 가져서, 전류 밀도와 열발생을 감소시킬 수도 있다. 스테이터 권선이 유사하게 업그레이드되거나 교체될 수 있다. 업그레이드/리와인딩 과정에서 새로운 또는 업그레이드된 권선/코일은 다양한 스테이지에서 작동될 필요가 있고 또 감시되어야 할 필요가 있다. 스테이터 권선과 로터 코일은 무거운 구성 요소이며, 이동 및 조종이 어렵다. 본 발명은 스테이터 및/또는 로터의 권선/코일의 반송과 그에 대한 테스트 및 작업을 위한 개선된 카트 지지 시스템을 제공한다.

도 2는 본 발명의 실시 태양에 따른 카트 지지 시스템에 사용될 수 있는 지지 레일(200)의 등축도를 도시한다. 지지 레일(200)은 본 발명에서 설명하는 카트 지지 시스템에 이용되는 구성요소 중 하나이다. 지지 레일(200)은 카트 지지 시스템의 기본 요소이며, 주 레일 본체 요소(210), 슬롯형 내부 지지 레일(220), 푸트 요소(230), 코일 지지 부재(240) 그리고 선택적인 신속 해체 핀들(250)(도면에는 하나만 도시됨)을 구비한다. 주 본체 요소(210)의 상면은 그것의 일부에 배치된 하나 이상의 슬롯(215)을 구비할 수 있다. 슬롯형 내부 지지 레일(220)의 상면도 또한 그것의 일부에 배치된 하나 이상의 슬롯(225)을 구비할 수도 있다. 코일 지지 부재(240)는 임의의 적절한 고정부재(fastner)(예를 들면, 스크류, 볼트, 너트, 접착제 등)를 이용하여 주 레일 본체 요소(210)에 고정될 수도 있다. 코일 지지 부재(240)는 스테이터나 로터의 권선 또는 코일을 손상시키지 않는 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 비제한적 실시예로서, 코일 지지 부재(240)가 구리, 목재, 목재 복합물 또는 중합재 재료로 형성될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 태양에 따른 카트 지지 시스템과 함께 사용될 수 있는 한 쌍의 리프팅 레일(300)을 도시한다. 각각의 리프팅 레일(310)은 내부에 복수의 구멍(315)이 형성되어 있는 길다란 부재로 구성된다. 구멍들은 핀(320)을 수용하는 통로를 형성한다. 핀(320)은 대략 "L"자 또는 "T"자 형상이거나 그 내에 절곡부를 가지며, 구멍(315) 내에 삽입가능한 형상으로 되어 있다. 전형적으로, 핀(320)은 리프팅 레일(310)의 대향 측부 상에 있는 2개의 수직 정렬 구멍(315) 내에 삽입된다. 하나 이상의 핀(320)들은 로터의 권선 또는 코일의 다양한 층을 지지하도록 이용된다. 각 리프팅 레일(310)은 직사각형 단면을 가질 수도 있으며, 조절가능할 수 있는 다수의 섹션(Section) 또는 다수의 망원경 절첩식(telescopic) 섹션으로 형성될 수 있는데, 이러한 구조 또는 유사 구조는 각각의 리프팅 레일(310)의 조절가능한 높이 특징을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

한 쌍의 리프팅 레일(310)이 리프팅 커플링(330)과 적절한 고정부재(335)에 의해서 상부에서 연결될 수 있다. 고정부재(335)는 너트, 볼트 및 와셔의 조합, 또는 임의의 다른 적절한 고정 장치일 수 있다. 리프팅 매커니즘(예를 들어서 크레인)의 부착을 촉진하기 위하여, 리프팅 커플링(330) 내에 구멍(337)이 제공될 수 있다. 대안적인 구조로서, 후크, 루프 또는 임의의 다른 적절한 부착점이 이용될 수도 있다. 하나의 대안적인 실시예로서, 스트랩이나 후크 등이 리프팅 커플링(330) 아래 및 그 둘레를 통과하여서 크레인에 부착될 수도 있다. 전형적인 권선 및 코일은 상당한 중량을 가지고 있으며, 따라서 크레인 또는 리프팅 장치를 이용하여 카트 시스템 및/또는 권선/코일을 이동시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 태양에 따른 카트 지지 시스템과 함께 사용될 수 있는 부착점 고정구(400)를 도시한다. 도 5는 부착점 고정구(400)의 측면도를 도시한다. 부착점 고정구(400)는 슬롯형 내부 지지 레일(220)에 부착될 수 있으며, 리프팅 레일(310)을 지지 및 고정하기 위하여 사용된다. 부착점 고정구(400)는 지지 부재(410)를 포함하고 있으며, 이 지지 부재(410)는 리프팅 레일(310)들의 안쪽 또는 바깥쪽 중 어느 하나에 끼워맞춤될 수 있는 크기로 되어 있다. 지지 부재(410)는 용접부(450)를 통해서 제1 지지판(420)에 용접되어 있다. 제1 지지판(420)은 하나 이상의 고정부재를 통하여 제2 지지판과 연결되어 있다. 고정부재(335)는 볼트(430), 와셔(432) 및 너트(434)를 구비할 수도 있다. 그러나 임의의 적절한 고정 수단이 이용될 수도 있다. 너트(434)는 용접부(436)를 거쳐서 제2 지지판에 용접될 수 있다.

제1 지지판(420)을 지지 레일(220)의 상부 위에 배치하고, 제2 지지판(425)을 상면 아래에 배치하며, 볼트(430)가 슬롯(225)을 통과하도록 부착적 고정구(400)를 배향시킴으로써, 부착점 고정구(400)가 리프팅 레일(220)에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로 부착점 고정구(400)는 슬롯(225)을 따라서 미끄럼 이동하여 임의의 소망하는 위치에 고정될 수 있다. 슬롯(225)을 따른 임의의 다수의 위치에서 볼트를 조여서 부착점 고정구(400)를 확고하게 체결시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 태양에 따른 도 2 내지 도 5에 도시된 요소들을 구비하는 카트 지지 시스템(600)의 사시도를 도시한다. 지지 레일(200)이 카트 지지 시스템(600)의 바닥에 위치되어, 기초 지지부로서의 역할을 한다. 부착점 고정구(400)가 지지 레일(200)에 부착되어서 리프팅 레일(300)의 쌍을 지지 및 고정시킨다. 리프팅 레일(310)은 개별적으로, 쌍으로, 또는 3개 이상의 그룹으로 사용될 수도 있다. 발전기의 로터 코일(610)이 팽창해서 복수의 핀(320)에 의하여 카트 지지 시스템에 지지되는 것이 도시되어 있다. 코일의 개별적인 층들은 다양한 검사가 이루어질 수 있도록 팽창되어 있다. 예를 들어서 코일 주변의 절연재의 상태가 감시 및/또는 테스트될 수도 있다. 만약 코일(610)의 결함 부위가 확인된다면, 그들은 수리될 수 있다. 예를 들어서 적절치 않은 절연재를 갖는 영역은 그 영역을 소망하는 사양으로 복원시킴으로써 수리할 수 있을 것이다. 본 발명의 카트 지지 시스템(600)은 코일(610)로의 접근을 용이하게 한다. 더욱이, 크레인이나 휠(도시되지 않음)을 사용하여, 전체 카트 지지 시스템(600) 및 권선(610)을 각종 작업 스테이션으로 이동시킬 수도 있다. 크레인이 리프팅 커플링(300) 또는 다른 요소에 부착되어서, 코일/카트를 소망의 위치 또는 작업 스테이션으로 이동시킬 수 있을 것이다. 카트 지지 시스템이 또한 반송을 위해 이동식 카트 또는 돌리(dolly) 시스템 상에 장착될 수도 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 실시 태양에 따른 카트 지지 시스템과 함께 사용될 수 있는 코일 클램프(700)에 대한 사시도를 나타내고 있다. 코일 클램프(700)는 리프팅 레일(310)에 부착되도록 구성된 마운팅 브라켓(710)을 구비한다. 핀(715) 또는 임의의 적절한 고정부재를 이용하여서, 마운팅 브라켓(710)을 리프팅 레일(310)을 따라서 다양한 위치에 부착할 수 있다. 마운팅 브라켓(710)은 힘 적용 부재(720)를 지지하고 있다. 이 힘 적용 부재(720)는 내부 스프링(730)을 구비할 수 있다. 조절 요소(740)가 마운팅 브라켓(710) 및 힘 적용 부재(720)/스프링(730)에 연결되며, 볼트 또는 나사형 샤프트를 포함할 수도 있다. 조절 요소가 회전함에 따라 힘 적용 부재(730)는 수직방향으로 상하 이동할 수 있다. 클림프(700)에 의해 가해진 힘의 양을 표시하기 위하여 힘 표시 요소(750)가 내장될 수 있다. 예를 들어서 GO - NO GO 게이지를 이용하여 힘의 소망하는 범위 사이와 소망하지 않는 범위 사이를 표시할 수 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 일 실시 태양에 따라서 도 2 내지 도 5 및 도 7에 도시된 요소를 포함하는 카트 지지 시스템(600)의 사시도를 도시한다. 소망되는 코일(610)에 대한 테스트 중 하나는 하중 하의 전기적 테스트이다. 과거에는 많은 튜브들을 코일의 상부를 가로질러 배치하고, 튜브 위에서 프레스 머신으로 내리 눌렀을 것이다. 통상적으로, 힘의 양은 일정치가 않았고 측정하기 어려웠다. 코일 클림프(700)는 코일(610)이 압축 또는 "하중 하의 시뮬레이션" 타입 테스트 중 코일에 가해지는 압축력의 적절한 양을 적용하고 그 양을 판단하는데 도움을 준다.

도 8에는 코일(610)이 찌부러진 상태로 도시되어 있다(즉 개별적인 권회층(turn layers)들이 서로 접촉하고 있다). 바닥의 권회 층은 코일 지지 부재(240) 또는 핀(320) 위에 놓일 수 있다. 힘 적용 부재(720)의 바닥이 코일(610) 상부 권회 층 근방에 놓이도록 코일 클램프(700)가 하나 이상의 리프팅 레일(310)들에 부착될 수 있다. 압축력을 가하기 위하여(예를 들면 코일을 하중 하에서 시뮬레이트하기 위하여), 조절 요소(740)는 회전하여 힘 적용 블록(7209)을 하강시켜서 코일(610)과 접촉시킨다. 조절 요소(740)가 보다 큰 압축력을 가하는 것도 가능하다. 게이지(750)는 소망하는 범위의 힘이 가해졌는지를 표시할 것이다. 모든 코일 클램프들이 소망하는 압력 또는 힘을 받고 있을 때, 선택된 테스트를 수행하는 것이 가능하다.

본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 고려되는 것과 관련하여 기술되었지만, 본 발명이 본원에 개시된 실시예에 국한되지 않음은 물론이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 변형례 및 등가의 구성을 모두 망라하도록 되어 있다.

10 발전기(generator)
100 스핀들(spindle)
110 로터(rotor)
120 코일(coils)
130 폴 팁(pole tips)
140 스테이터(stator)
200 지지 레일(support rail)
210 주 레일 본체 요소(main rail body support rail)
215 슬롯(slot)
220 슬롯형 내장 지지 레일(slotted internal support rail)
225 슬롯(slot)
230 푸트 요소(foot element)
240 코일 지지 부재(coil bed member)
250 선택적인 신속 해제 핀들(quick release pins)
300 한쌍의 리프팅 레일(pair of lifting rails)
310 리프팅 레일(lifting rail)
320 핀(pin)
330 리프팅 커플링(lifting coupling)
335 고정부재(fasteners)
337 구멍(hole)
400 부착점 고정구(attachment point fixture)
410 지지 부재(support member)
420 제1 지지판(first back plate)
425 제2 지지판(second back plate)
430 볼트(bolt)
432 와셔(washer)
434 너트(nut)
436 용접부(weld)
450 용접부(weld)
600 카트 시스템(cart system)
610 코일(coil)
700 코일 클램프(coil clamp)
710 마운팅 브라켓(mounting bracket)
715 핀(pin)
720 힘 적용 부재(force application member)
730 스프링(spring)
740 조절 요소(adjustment element)
750 힘 표시 요소(force display element)

Claims

회전전기기계의 코일(610)을 위한 시스템에 있어서,
실질적으로 수평으로 배치되어 있는 하나 이상의 지지 레일(200)과;
실질적으로 수직으로 배치되고, 상기 하나 이상의 지지 레일에 일 단부가 연결되어 있는 복수의 리프팅 레일(310)과;
상기 복수의 리프팅 레일(310)에 제거가능한 방식으로 부착되도록 구성된, 압축력을 가하기 위한 복수의 코일 클램프(700)를 포함하며;
회전전기기계의 코일이 상기 시스템 상에 위치될 수 있으며, 복수의 코일 클램프가 복수의 리프팅 레일 상에 배치되어 압축력을 가할 수 있는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 회전전기기계는 발전기와 모터 중 적어도 하나인,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 코일(610)은 로터 코일과 스테이터 코일 중 적어도 하나인,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 지지 레일(200)은 지지 부재 내에 배치된 하나 이상의 슬롯(215)을 갖는 대체로 길다란 부재를 포함하는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 시스템은 상기 지지 부재(220)에 해제 가능하게 고정되도록 구성된 하나 이상의 부착점 고정구(400)를 더 포함하며, 상기 하나 이상의 부착점 고정구의 위치는 상기 하나 이상의 부착점 고정구를 상기 하나 이상의 슬롯을 따라 미끄럼 이동시킴으로써 조절가능하며,
상기 하나 이상의 부착점 고정구는 상기 복수의 리프팅 레일의 하부를 수용하여 고정시키는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 부착점 고정구는 너트, 볼트, 스크류 및 와셔 중 적어도 하나를 포함하는 고정부재를 이용하여 상기 하나 이상의 지지 레일에 고정되는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 지지 레일의 상부에 위치되며 상기 코일을 위한 지지부를 제공하는 적어도 2개의 코일 지지 부재(240)를 더 포함하는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 리프팅 레일은 복수의 구멍이 관통 연장되어 있는 대체로 길다란 부재를 포함하며, 상기 복수의 구멍은 각각의 리프팅 레일을 통하여 실질적으로 수평인 통로를 형성하는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
두개의 인접한 리프팅 레일의 상부에 부착되며 리프팅 요소를 부착하기 위한 부착 섹션을 구비하는 리프팅 커플링(330)을 더 포함하는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 리프팅 커플링이 너트, 볼트 및 와셔 고정 구조체를 이용하여 리프팅 레일에 부착되는,
회전전기기계의 코일을 위한 시스템.