KR20130079505A

KR20130079505A - 스테이터 코어를 발전기 프레임에 부착하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130079505A
Application number: KR1020137007000A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 티. 알렌; 존 비. 사전트
Original assignee: 지멘스 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-07-10
Also published as: WO2012024036A3; WO2012024036A2; US8319405B2; JP2013534402A; KR101517342B1; JP2015080410A; ES2813354T3; CN103109441B; EP3624308A1; EP2606553B1; CN103109441A; JP5784727B2; CA2808778C; KR101780806B1; EP2606553A2; MX2013002003A; CA2808778A1; US20120043861A1; JP6178780B2; KR20150009603A

Abstract

본 발명은, 발전기 프레임(2, 도 1 참조), 상기 발전기 프레임(2)의 내부면으로부터 연장하는 프레임 링(4)들, 상기 발전기 프레임(2) 내에 배치된 스테이터 코어(88)를 형성하는 적층된 적층물들, 2 개 이상의 프레임 링(4) 사이에 거리를 두고 걸쳐 있는 스프링 바(40, 도 2 참조), 제 1 프레임 링(4)에 부착되는 제 1 스프링 바 단부 및 제 2 프레임 링(4)에 부착되는 대향하는 제 2 스프링 바 단부, 상기 스프링 바(40)에 부착되는 하나 이상의 브래킷(80), 및 상기 브래킷(80)에 부착되는 제 1 및 제 2 키바(keybar)(84)를 포함하며, 각각의 키바(84)는 스테이터 코어(88) 내의 대응하는 그루브와 맞물림하는, 발전기를 포함한다.

Description

스테이터 코어를 발전기 프레임에 부착하는 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUSES FOR ATTACHING A STATOR CORE TO A GENERATOR FRAME}

본 발명은 전력 발전기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 스테이터 코어를 발전기 프레임에 부착하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다.

발전기 스테이터 코어는, 터빈 발전기 세트에서 가장 큰 일체형(monobloc) 구성요소이다. 스테이터 코어는 함께 적층 및 클램핑되어 원통형 스테이터 코어를 형성하는 수천 개의 박강(thin steel) 적층물들을 포함한다. 각각의 적층물은 중앙 개구를 형성하며, 이에 의해, 함께 적층될 때, 개구는 코어의 축 방향 길이로 연장한다. 개구 내에 있는 회전 로터는 코어 내에 감기는 스테이터 권선들에서 전류를 발생시킨다.

정상 작동 및 일시적인(transient) 조건들 중에 생성된 정상 상태의(steady-state) 힘 및 일시적인 힘이 코어의 기하학적 형상을 비튼다(distort). 코어를 프레임에 부적절하게 부착하면, 자기 임펄스들 및 코어 타원형 확장(dilation)(즉, 원으로부터 타원체로 코어를 비틈)에 기인하여 적층 진동들을 유발할 수 있다. 코어 확장 효과는, 4극 발전기(4 개의 로브 코어 비틀림을 유도함)들에서보다 2극 발전기(2 개의 로브 코어 비틀림을 유도함)들에서 보다 보편적이다. 또한, 진동들에 의해 야기된 기계적 피로 효과들은 발전기의 조기 파손(premature failure)을 초래할 수 있다.

예컨대, 인용에 의해 본원에 포함된 공동 소유된 미국 특허 제 5,875,540 호를 참조하면, 먼저 수개의 적층물들(집합적으로 도넛이라 함)을 먼저 조립하고 이후 결합시킴으로써 종래의 조립 기술들이 갖는 문제점들의 일부를 해결하는 것이 공지되어 있다. 이러한 복수 개의 도넛들은 이후 (수직 또는 수평으로) 적층되어 스테이터 코어를 형성한다. 이러한 프로세스는 적층물들을 각각 조립하는 경우에 비해 상당 시간을 절약하고, 그리고 더 적은 코어 결함(flaw)들을 발생시킨다.

도넛 형태의 별개의 적층물들 또는 복수 개의 적층물들이 코어 내에 형성되는 경우, 이들 적층물들은 발전기 프레임의 내부면 상에 배치된 축 방향으로 연장하는 키바들과 맞물림한다. 키바들은 프레임의 길이를 연장하며 내부 프레임 구조물(예컨대, 프레임 링들)에 부착하는 로드형(rodlike) 또는 바형(bar-like) 부재들이다. 키바의 내측 방향으로 마주하는 표면은, 적층물들(도넛들)의 외주에서 축방향 그루브들과 맞물림하는 돌기부를 포함한다.

도 1은 적층물들 또는 도넛들의 삽입 이전의 발전기 프레임(2)의 단면도이다. 키바(6)들은 프레임(2)의 내부 축방향 길이에 이어져 있고, 트랜지션 어댑터 플레이트(5)(도 2 참조)를 통해 지지 링(4)들에 일반적으로 부착된다. 지지 링(4)들은 도 1에 예시된 바와 같이 발전기 프레임(2)에 부착된다.

적층물들 및 키바들은 도브테일 키바 프로파일을 예시하는, 도 2에 도시된 바와 같은 상보적 그루브들에 맞물림된다. 각각의 적층물(10)은 적층물의 원주를 중심으로 복수 개의 노치(12)들을 형성한다. 노치(12)들은 키바(6)의 상보적 프로파일에 일치한다. 복수 개의 적층물들이 함께 부착되면, 정렬된 노치들은 축방향 그루브를 형성한다. 이에 의해 수개의 축방향 그루브들이 코어의 원주를 중심으로 배치된다. 키바(6)들 상에 적층물(10)들을 슬라이딩시킴으로써, 적층물(10)들이 발전기 프레임(2)에 고정된다. 스테이터 코어가 작동중 진동하기 때문에, 키바들 및 임의의 키바 부착물들이 코어 및 발전기 프레임에 강성으로 부착되는 것이 중요하다.

적층물들이 별개로 또는 도넛들로서 장착될 수 있기 때문에, 적층물 그루브(12)들과 키바(6)들 사이의 끼움 장착이 너무 타이트하다면, 현장 설치(field installation)는 매우 어렵거나 극한 상태에서는 불가능할 수 있다. 이에 의해, 적층물들 또는 도넛들이 키바들 상에 용이하게 배치되고 이후 발전기 프레임에 고정되는 것을 허용하는 구조적 요소들 및 프로세스들에 대한 요구가 존재한다.

당업자들은, 입수가능한 발전기 스타일들 및 정격(rating)들의 폭넓은 다양성이 부여된다면, 발전기 프레임 구조들, 스테이터 구조들 및 코어 부착 요소들의 폭넓은 다양성이 존재한다는 것을 인식한다. 코어를 프레임에 부착하기 위해 기술적으로 건전하고(즉, 필요한 구조적 강성을 제공하면서 또한 프레임 진동들을 제한함) 그리고 적절한 기술들 및 구조적 부재들을 제공하는 것이 요망된다.

본 발명의 다양한 양태들에 따라 발전기 스테이터 코어를 발전기 프레임에 부착하기 위해 관련된 특별한 방법들 및 장치들을 상세히 설명하기 이전에, 다양한 실시예들에서 본 발명은, 주로, 이러한 방법들 및 장치들과 관련된 하드웨어 및 방법 단계들의 신규 및 불명확한 조합이 존재하는 것이 고수되어야 한다. 이에 따라, 하드웨어 및 방법 단계들은, 본 명세서의 이점을 갖는 당업자에게 용이하게 명백해질 수 있는 구조적 상세들에 의해 명세서를 모호하기 않게 하기 위해서 본 발명에 속하는 이러한 상세한 상세들만을 도시하는, 도면들에서 종래의 요소들에 의해 대표되고 있다.

하기 실시예들은 본 발명의 구조들 또는 방법들의 제한들을 형성하고자 의도된 것이 아니라 예시적 구조들만을 제공하기 위한 것이다. 이러한 실시예들은 강제적이라기 보다는 임의적이며, 모든 것을 포함했다기 보다는 예시적이다.

본 발명의 다양한 실시예들은, 코어 섹션들의 프레임으로의 부착 이전에 기존 발전기 프레임들 내에서 도넛 코어 섹션들(또는 별개의 적층물들)의 삽입 및 조절을 허용하는 구조들로 기존의 코어-대-프레임 부착 구조들을 대체하기 위해서 실시될 수 있다. 본 발명의 2 개의 실시예들은, 발전기 프레임과 스테이터 코어 사이의 힘-흡수 또는 진동-흡수 연결 및 프레임과 코어 사이의 강성 연결을 포함한다. 힘 흡수 실시예의 부착 기술들은 특히, 발전기 스테이터 진동들을 감소시키는 데 유용하다. 종래 기술들은 발전기가 장착되는 구조(예컨대, 플로어) 및 발전기 프레임에 스테이터 코어 진동들을 전달하는 "하드 마운트" 시스템을 채용한다.

본 발명의 중요한 일 특징은, 임의의 발전기 프레임의 실용적인 조립 여유들이 강성의 코어 도넛들에 위치될 수 있게 한다. 코어 도넛들의 조절 후에, 이제 1 실시예에 따른 스프링 바들을 사용하는 프레임에 또는 제 2 실시예에 따른 프레임에 직접 연결된다. 제 1 실시예와 연관된 진동 차단(vibration isolation)은, 코어를 프레임에 부착하는 스프링 바들의 사용 및 교체에 기인한다.

본 발명은 하기 도면들을 고려하여 하기 설명에서 명세서에서 설명된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술의 발전기의 내부 구조 부재들을 예시한다.
도 3 내지 도 5는 코어를 발전기 프레임에 부착하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스프링 바 및 관련된 구성요소들을 예시한다.
도 6은 스프링 바 및 관련된 구성요소들의 횡단면도를 예시한다.
도 7은 상기 도 3 내지 도 6의 스프링 바를 위한 부착 기술을 예시한다.
도 8은 발전기 프레임 링들에 부착된 2 개의 직렬 스프링 바들 및 이들의 관련된 구성요소들을 예시한다.
도 9는 코어를 발전기 프레임에 부착하기 위한 본 발명의 실시예를 예시한다.
도 10은 도 9의 실시예의 키바 프로파일 및 키바를 코어에 부착하는 구조 부재들을 예시한다.

도 3 내지 도 9에 예시된 제 1 실시예는, "로우(low)" 튜닝된 지지 시스템들, 즉, 본원에 설명된 바와 같은 힘-흡수 구조 부재가 장착될 때, 스테이터 코어 및 스테이터 권선의 고유 비틀림(natural torsional) 주파수가 발전기 단락 또는 다른 천이 이벤트 중 생성된 강제(forcing) 주파수(즉, 라인 주파수와 2 배의 라인 주파수)들보다 더 낮은 것을 특징으로 한다. 스프링 바 및 이와 연관된 구성요소들의 강성(stiffness)은 요망하는 낮은 고유 비틀림 주파수를 나타내며, 이에 의해 단락과 같은 천이 사건 중에 발생하는 토크 증폭(amplification) 또는 '토크 축적(build up)'을 최소화한다. 이러한 개념은, 또한 정상 작동중 코어 진동 운동으로부터 프레임 및 토대를 차단하는 경향이 있다. 이들의 유리한 특징들은 본 발명의 구조적 구성요소들의 결과이며, 이 결과는 코어 적층물들 또는 도넛들의 다양한 설계들의 발전기 프레임들로의 설치를 허용한다.

본 발명의 지지 시스템은, 4극 및 2극 발전기들 모두에 적용될 수 있지만, 본 발명의 지지 시스템은, 2극 발전기들이 더 큰 코어 진동들을 겪기 때문에 2극 발전기들에 적용될 때보다 유리할 수 있다.

도 3 및 분해도인 도 4를 참조하면, 축방향 스프링 바(40)는 2 개의 연속적인 프레임 링(44)들(또한, 섹션 링들이라 함) 사이 공간에 걸쳐 있다(span). 스프링 바(40)들은, 일반적으로 프레임 링(44)들의 내주 둘레에서 다중 위치들에 위치된다. 일 적용분야에서, 수개의 스프링 바들이 3시 방향 위치 및 9시 방향 위치에 근접 배치된다. 그러나, 본 발명은 발전기 코어의 원주 둘레의 임의의 로케이션에 배치되는 임의의 개수의 스프링 바들을 사용하는 것을 포함한다.

각각의 프레임 링(44)은 스프링 바(40)의 양단부들을 수용하는 노치를 형성한다. 도 4에서 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 클레비스(clevis)(52)는 각각의 프레임 링 노치와 맞물림 하며 패스너(56)들에 의해 프레임 링(44)에 고착된다. 패스너(57)는 클레비스(52)의 U자 형상 개구 내에 각각의 스프링 바 단부를 고착한다.

일 실시예에서, 스프링 바는 2 개의 연속적인 프레임 링들 및 중간 프레임 링 사이 거리에 걸쳐 있다. 이 실시예에서, 스프링 바를 위한 여유를 제공하기 위해서는 중간 프레임 링에 노치를 형성할 필요가 있다. 스프링 바는 노치를 통해 통과한다.

다른 실시예는 클레비스들을 제외한다. 대신에, 스프링 바 단부들은 프레임링 노치들에 삽입되며 프레임 링들에 용접된다. 특별히 공지된 용접 절차들이 고강도 강 스프링 바들을 마일드(mild) 강 프레임 링들에 용접하기 위해 요구될 수 있다.

단부 플레이트(58)는 스프링 바(40)의 각 단부의 단부 표면을 덮는다. 전형적으로, 단부 플레이트(58)는 클레비스(52)에 용접된다.

패스너(57)가 느슨하게 맞물림된 상태에서, 스프링 바(40)가 각각의 단부에서 2 개의 클레비스(52)들에 부착된 이후에, 스프링 바(40)는 후술하는 바와 같이 키바(keybar)들에 대한 부착을 수용하도록 조절된다. 적절한 스프링 바 로케이션이 판정된다면, 웨지(60)들은 스프링 바(40)의 단부 영역들 및 대향하는 클레비스 표면들 사이의 갭에 삽입된다. 웨지(60)들은 클레비스(52)에 용접되고, 이후 캡(64)이 클레비스(52)에 용접된다.

웨지(60)들이 정합 구성요소들 사이에 설계식(designed-in) 릴렉스드 핏을 극복하기 위해 선호(prefer)될 수 있다. 노치는, 전형적으로 스프링 바 단부들의 치수들에 대해 오버사이즈되며, 패스너(57)를 수용하기 위한 각 스프링 바 단부에서의 구멍(59)은 패스너(57)의 직경에 대해 오버사이즈된다.

도 5는 스프링 바(40) 및, 적절한 패스너들을 사용하여 스프링 바(40)와 키바(84)들 모두에 부착되는 2 개의 브래킷(80)들을 예시하며, 도 5는 본 발명의 다양한 요소들을 부착하는 패스너들을 수용하는 복수 개의 개구들을 예시하며, 패스너들은 도 6에 더 예시된다. 도 5는 도 3 및 도 4의 실시예에서와 같이 내부에 형성된 노치를 갖는 개재(intervening) 프레임 링을 포함하지 않는다.

적층물(lamination)들 또는 도넛(donut)들 내의 그루브들은 2 개의 구조 부재들과 정합하도록 키바(84)들로부터의 상보적 돌출물들에 의해 정합된다. 키바(84)들 및 스프링 바(40)들에 부착된 브래킷(80)들에 의해, 코어(88)(및 이에 따라 코어를 구성하는 도넛들(또한 적층물들의 서브그룹들로서 언급됨) 및 별개의 적층물들)가 발전기 프레임에 탄성적으로(resiliently) 고착된다.

도 5는 키바(84)들에 있는 추가의 개구(90)들을 예시한다. 이러한 개구(90)들은 양호한 전기 전도성을 확보하기 위해서 코어(88)의 외부 표면에 대해 키바(84)들을 조이기(tightening) 위한 패스너들을 수용한다. 대안으로, 키바(84)들은 코어의 외부면으로부터 절연될 수 있다. 키바(84)들과 코어의 외부면 사이의 간헐적인 접촉은 회피되어야 한다.

공지된 바와 같이, 키바들이 강성 고착된(rigidly affixed) 후에, 키바들의 위치는 조절될 수 없다. 이에 따라, 키바 로케이션 및 형상에서 있어서의 제조 및 설치 편차들을 수용하기 위해서, 본원에 설명된 바와 같이 브래킷들 및 스프링 바들에 다양한 조절 기구들을 제공할 필요가 있다.

다양한 구성요소들을 조립하기 위한 단계들의 실행 순서는 설명된 순서로부터 수정될 수 있다. 예컨대, 스프링 바(40)가 클레비스(52)들에 부착될 수 있고, 그리고 이후에 브래킷(80)들이 스프링 바(40)에 부착되고 마지막으로 브래킷(80)들이 키바(84)들에 부착될 수 있다. 대안으로, 브래킷(80)들이 스프링 바(40)에 부착될 수 있고, 그리고 이후에 브래킷(80)들이 키바(84)들에 부착되고 마지막으로 스프링 바(40)가 클레비스(52)들에 부착될 수 있다.

도 6은 도 5의 6-6 선을 따라 취한 횡단면도이다. 도 6은 3시 방향 위치의 각각의 직경 방향 측면 상에 2 개의 스프링 바(40)들(및 관련된 구조들), 1 개의 키바를 예시한다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 브래킷(80)은 U자 형상 본체부(80A) 및 본체부(80A)로부터 연장하는 대향하여 지향된 브래킷 아암(80B, 80C)들을 포함한다. 스프링 바(40)는 U자 형상 본체부(80A)의 개구 내에 배치된다. 키바(84)들은 개구(93)(도 5 참조)를 통해 통과하는 패스너(92)들에 의해 브래킷 아암(80B, 80C)들에 부착된다. 개구(93)들 내에 있는 테이퍼진 키(96)들(예컨대, 심(shim)들)은 키바(84)들을 브래킷(80)들에 고착하기 위해서 패스너(92)들을 조이기 이전에 키바(84)들의 추가 조정을 허용한다.

모든 설치들에 테이퍼 키(96)들을 사용할 필요는 없을 수 있다. 각각의 설치는 독특하며, 그에 따라 각각의 설치를 위해서 상세(detail)들이 바뀐다. 이에 따라 본 출원은 코어를 발전기 프레임에 탄성 부착하기 위한 다양한 실시예들을 설명하며, 각각의 실시예는 필요에 따라 다양한 체결 기술들을 사용할 수 있다.

브래킷(80)의 본체부(80A)는 패스너(100)들을 사용하여 스프링 바(40)에 고착된다. 일 실시예에서, 패스너들은 잭스크류(jackscrew)들 및/또는 나사식(threaded) 어댑터들을 포함하지만, 다른 실시예들에서 종래의 볼트들, 캡 스크류들 또는 테이퍼진 심들이 또한 사용될 수 있다.

도 6에서 계속해서, 브래킷의 본체부(80A)는 패스너(120) 및 나사식 어댑터(124)를 사용하여 스프링 바(40)에 부착된다. 패스너(120)가 스프링 바(40)의 개구와 브래킷(80)의 개구(128) 양자를 통해 통과하는 상태에서, 나사식 어댑터가 스프링 바(40)의 개구와 브래킷의 본체부(80A)의 동심 개구(128)(도 5 참조) 사이에 임의의 설계식 공간을 취한다. 도한, 도 7을 참조한다.

도 6의 구형(spherical) 시트(125)들은 패스너의 축선과 패스너의 시팅 평면 사이의 임의의 직각도를 벗어나는 것(out-of-squareness)을 고려하여 사용된다.

도 7의 확대도(close-up view)는 (후술하는 바와 같이) 패스너(100)들을 수용하는 개구(104)들, 패스너(92)들을 수용하는 개구(93)들 및 패스너(120)들을 수용하는 개구(128)들을 도시한다. 또한, 도 7은, 일반적으로 프레임 링의 대응하는 노치와 정합하는 스프링 바(40)의 영역(110)을 도시한다.

당업자에게 공지된 바와 같이, 본 발명은 발전기 프레임으로의 설치 중 다양한 구조적 부재들이 함께 용이하게 끼움 장착되게 하는 다중의 설계식 여유들을 포함한다. 그러나, 이러한 설계식 여유들은 최종 조립 이전에는 폐쇄되어야 한다. 웨지들, 나사식 어댑터들 및 심들이 이러한 여유들을 폐쇄하기 위해 사용될 수 있다. 당업자들에게 공지된 바와 같이, 다른 구조적 부재들 또는 패스너들이 또한 사용될 수 있다.

도 8은 도 6의 화살표 "A" 방향에서 본 경우의 스프링 바(40) 및 연관된 구조 부재들을 예시한다. 다중 스프링 바(및 이들과 연관된 구조 부재들)들이 스테이터 코어의 축방향 거리, 즉 코어의 일단부 상의 제 1 프레임 링과 코어의 제 2 단부 상의 제 2 프레임 링 사이에 걸쳐 있도록 한 줄로(end-to-end) 배치된다.

일 실시예에서, 상기 설명되고 예시된 구조들의 조립이 다음과 같이 진행한다. 스프링 바(40)들, 클레비스(52)들 및 브래킷(80)들이 전술한 바와 같이 부착된다. 브래킷(80)들과 스프링 바(40)들 사이에 설계식 여유가 존재하기 때문에, 이러한 2 개의 부재들 사이의 조절은 패스너(100, 120)들에 의해 브래킷(80)들과 스프링 바(40)를 연결하기 이전에 이루어질 수 있다.

도넛들은 (도넛들의 중량을 지탱하고 도넛들을 적절하게 수직으로 위치 결정하도록 임시의 레일 지지체들을 사용하여) 발전기 프레임 내측에 설정되고, 정렬 및 클램핑된다. 키바(84)들은 코어 도넛들 내의 정합 그루브들 내로 슬라이딩되어 축방향으로 잠금된다. 브래킷(80)들은 키바들 및 브래킷들을 반경방향으로 클램핑하도록 키바(84)들에 체결된다. 이후, 테이퍼진 키(96)들이 접선 방향(tangential direction)으로 코어 및 브래킷들을 조이기 위해서 삽입된다.

브래킷(80)들이 스프링 바(40)들 및 키바(84)들에 고착된 이후에, 코어의 자중(dead weight)이 축방향 스프링 바들(프레임 링들을 통해 발전기 프레임에 부착됨)에 의해 지지되며, 임시의 레일 지지체들이 제거된다.

전형적으로, 스프링 바(40)의 재료는, 합금강을 포함한다. 스프링 바의 재료는 임의의 특정의 또는 수치로 나타낸, 충격 흡수 특징들을 갖는 것이 요구되지는 않는다. 스프링 바(40)들은 통상, 단락(short circuit) 또는 유사 이벤트 중 스프링 바들에 부과된 높은 응력들을 견디도록 고강도강 재료로 제조된다.

다른 실시예는 주로, 4극형 발전기들에 대해 사용되며, 이 발전기에서는, 코어 진동들 및 진동들의 발전기 프레임 및 토대(foundation)로의 전달은 적게 받아들여질 수 있다. 4극형 발전기들은 통상적으로 2극형 발전기들보다 더 낮은 진폭(magnitude)의 진동들을 겪으며, 이에 의해 "하이(high)" 튜닝(tuned) 시스템이 4극형 발전기들을 위해 받아들여질 수 있음이 당업자에 의해 공지되어 있다. 본 실시예는, 전술한 실시예에서 스프링 바 및 스프링 바와 연관된 구성요소들에 의해 제공되는 바와 같이 일시적인 오류(transient fault) 조건들 하에서 상당한 토크 감쇠(torque attenuation)를 제공하지 못한다.

도 9 및 도 10은 코어(158)의 외부 표면 내(코어(158)를 포함하는 별개의 도넛들 또는 적층물들 내)에 형성된 상보적 축방향 그루브(154)들과 정합하기 위해서, 기부(150B)로부터 연장하는 부분 원 형상의 돌기부(150A)를 갖는 키바(150)들을 포함하는 본 발명의 제 2 실시예의 주요 구조들을 예시한다. 기부(150B)는 다른 프로파일 형상들로 설계될 수 있다.

웨지(168)들이 돌기부(150A)들과 그루브(154)의 마주하는 표면들 사이에 삽입되어 키바(150)들을 코어(158)에 결합시킨다. 또한, 예시된 원 형상 이외의 다른 형상들이 이용될 수 있다. 키바(150)들을 코어(158) 및 이들 표면들 사이의 설계식 여유에 연결에 연결하기 위한 웨지(168)들의 사용은, 키바들의 조절을 허용하며 코어(158)의 축방향 그루브(154)들에 대한 키바들의 정교한 로케이션 요구를 회피한다.

전술한 실시예의 키바(84)들과 같이, 키바(150)들은 압출에 의해 또는 수개의 키바 길이들을 함께 용접함으로써 형성될 수 있다.

프레임 링(44)들(도 9에서 가상선으로 도시됨)은 키바(150)들의 기부(150B)의 외부와 마주하는 표면들에 형성된 노치(162)들 내에 수용된다. 키바(150)들은 코어(158)에서 축방향 그루브(154)들과 정합하는데 요구되는 바와 같이 원주방향(circumferentially)으로 조절될 수 있다. 정확하게 위치결정된다면, 기부(150B)의 노치 표면들과 접촉하는 프레임 링(44)들의 표면이 용접된다. 대안으로, 노치들은 키바(150)들과 정합하는 프레임 링(44)들에 형성될 수 있지만, 이러한 기술은 키바(150)들이 조절될 수 있는 원주 범위를 제한한다. 어느 하나의 경우에, 키바(150)들은 코어의 원주 둘레에서 수개의 로케이션들에 분포된다.

일반적으로, 본 실시예에 따르면, 키바(150)들은 먼저 프레임 링(44)들에 용접되고, 이후에 적층물들 또는 도넛들이 키바(150)들 내로 (슬라이딩에 의해) 삽입된다.

본 발명의 실시예들은 프레임 링들을 갖는 임의의 스테이터 프레임 내로 강성의 코어 도넛 섹션들을 조립하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 기존 코어 도넛들 또는 코어 적층물들이 갖는 기능으로 설계된 프로파일을 갖춘 새로운 키바들로의 임의의 키바-대-코어 부착 장치들의 교체를 허용한다. 본 발명은, 도넛들의 축방향 그루브들과 이들 그루브들 내에 수용되는 키바들 사이의 넉넉한(generous) 설치 여유들에 기인하여 도넛들의 비교적 용이한 수평 설치를 허용한다. 그러나, 본 발명은 반경 방향의 늘어짐(slack) 및 움직임의 가능성을 또한 감소시킨다.

설명된 다양한 실시예들에서, 도넛들은 코어를 형성하기 위해서 수평으로 적층될 수 있다. 코어의 바닥 표면을 따라 배치된 이와 같은 2 개의 키바들은 코어를 프레임에 부착하는 프로세스가 진행함에 따라 코어의 자중을 지탱할 수 있다. 이러한 키바들은 코어 센터라인 아래에서 어디든지(anywhere) 위치될 수 있다.

발전기 프레임의 소정의 영역들은 고압 영역(즉, 압력을 받는(under pressure) 가스)들이지만, 다른 영역들은 저압 영역들이다. 이에 의해, 이러한 영역들을 고립시키는 것이 중요하며, 본원에 설명된 다양한 구조적 부재들의 사용 및 부착 기술들은 이러한 차압(pressure differential)을 유지하도록 설계 및 의도된다.

다양한 키바 프로파일들이 본원에서 설명 및 예시되고 있다. 당업자들은 다른 프로파일 형상들이 소망하는 목적들을 달성할 수 있음을 인식한다. 원 형상 프로파일은 공동 소유된 미국 특허 제 7,202,587 호에 예시되어 있다. 또한, 용접에 의해 야기되는 키바들의 뒤틀림(distortion) 및 수반되는(attendant) 설치 어려움들을 극복하기 위해서 코어 그루브들에 키바들을 부착하는데 테이퍼진 키들 및 웨지들을 사용하는 것이 이로운 것으로 고려된다. 마지막으로, 프로파일화된 키바들 및 스프링 바들의 사용은, 이러한 구조적 부재들의 위치결정의 극도의 정확성에 대한 종래 기술의 요구사항을 제거한다.

코어와 발전기 프레임 사이의 반경 방향 헐거움(looseness)은 본원에서 설명된 다양한 실시예들 중 임의의 실시예들이 사용될 때 감소된다. 이러한 반경 방향 헐거움의 감소는 프레임 내에 있는 코어의 나중의 반경 방향 조임을 위한 필요를 최소화한다. 또한, 반경 방향 헐거움의 감소는 발전기 노이즈를 감소시킨다.

유리하게는, 코어를 발전기 프레임에 부착하기 위해 설명된 방법들 중 임의의 방법이 발전기 프레임 토대로부터 발전기 프레임을 들어올리거나 움직이는 것을 필요로 하지 않는 발전기 사이트에서 실행될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들이 본원에서 도시되고 설명되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시로써 제공되는 것임은 명확할 것이다. 수개의 변형예들, 변경예들 및 대체예들이 본원으로부터 벗어나지 않고 만들어질 것이다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 청구항들의 사상 및 범주에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims

발전기 프레임,
상기 발전기 프레임의 내부면으로부터 연장하는 프레임 링들,
상기 발전기 프레임 내에 배치된 스테이터 코어를 형성하는 적층된 적층물들,
2 개 이상의 프레임 링들 사이에 거리를 두고 걸쳐 있는(spanning) 스프링 바로서, 제 1 스프링 바 단부에는 제 1 프레임 링이 부착되고 및 대향하는 제 2 스프링 바 단부에는 제 2 프레임 링이 부착되어 있는, 스프링 바,
상기 스프링 바에 부착되는 하나 이상의 브래킷, 및
상기 브래킷에 부착되는 제 1 및 제 2 키바(keybar)를 포함하며, 각각의 키바는 스테이터 코어 내의 대응하는 그루브와 맞물리는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 스프링 바는, 상기 제 1 프레임 링과 제 2 프레임 링 사이에 중간 프레임 링을 포함하는 거리에 걸쳐 있는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 스프링 바는, 2 개의 연속적인(consecutive) 프레임 링들 사이 거리에 걸쳐 있는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 적층된 적층물들은 적층물들의 복수개의 서브 그룹들을 포함하고, 상기 각각의 서브 그룹은 복수 개의 적층물들을 포함하고, 복수 개의 서브 그룹들은 스테이터 코어를 형성하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
코어의 상보적인(complementary) 축방향 그루브와 정합하는 제 1 및 제 2 키바들의 프로파일은, 원 형상, 타원 형상, 테이퍼 형상 및 도브테일 형상 중 하나를 포함하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 프레임 링들은, 별개의 제 1 및 제 2 클레비스(clevis)를 수용하기 위해 내부에 노치를 형성하고,
상기 제 1 및 제 2 클레비스는 별개의 제 1 및 제 2 프레임 링에 고착되며(affixed),
상기 제 1 및 제 2 스프링 바 단부들은 별개의 제 1 및 제 2 클레비스에 고착되는,
발전기.
제 6 항에 있어서,
별개의 제 1 스프링 바 단부와 제 1 클레비스(clevis) 및 제 2 스프링 바 단부와 제 2 클레비스 사이에 제 1 및 제 2 설계식(designed-in) 여유(clearance)들을 더 포함하고,
부착 구성요소들은 상기 제 1 및 제 2 설계식 여유들을 취하는,
발전기.
제 7 항에 있어서,
제 1 및 제 2 스프링 바 단부들 중 각각과 상기 별개의 제 1 및 제 2 클레비스의 대향 표면 사이에 웨지를 더 포함하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
하나 이상의 브래킷은 스프링 바에 부착되는 제 1 및 제 2 브래킷을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 키바들은 상기 제 1 및 제 2 브래킷들 모두에 부착되는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 스테이터 코어 및 스테이터 권선들의 비틀림 주파수는 일시적인 이벤트 중 발생되는 강제(forcing) 주파수들 미만인,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 발전기는 2극형 발전기 또는 4극형 발전기를 포함하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스프링 바 단부들은 용접에 의해 별개의 프레임 링에 부착되는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
제 1 설계식 여유는, 각각의 스프링 바 단부와 별개의 제 1 및 제 2 프레임 링들 사이에서 형성되며,
제 2 설계식 여유는, 브래킷과 스프링 바 사이에서 형성되며,
제 3 설계식 여유는, 제 1 및 제 2 키바들과 브래킷들 사이에서 형성되며,
부착 구성요소들은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 설계식 여유들을 취하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 브래킷은 스프링 바에 용접되거나, 또는 패스너들이 브래킷을 상기 스프링 바에 부착하는,
발전기.
제 1 항에 있어서,
상기 스프링 바, 브래킷 및, 제 1 및 제 2 키바들이 상기 코어와 상기 발전기 프레임 사이에 탄성 부착(resilient attachment)을 제공하는,
발전기.
발전기 프레임,
상기 발전기 프레임의 내부면으로부터 신장하는 프레임 링들,
상기 발전기 프레임 내에 배치된 스테이터 코어를 형성하는 적층된 적층물들, 및
각각의 키바의 제 1 표면으로부터 연장하는 돌출부에 의해 스테이터 코어에 고착되는 복수 개의 키바들,
상기 발전기 코어의 대응하는 그루브 내로 연장하는 돌기, 및
2 이상의 프레임 링들에 고착되는 각각의 키바의 대향하는 제 2 표면을 포함하는,
발전기.
제 16 항에 있어서,
상기 복수 개의 키바들은 2 이상의 프레임 링들 사이에 중간 프레임 링을 포함하는 거리에 걸쳐 있는,
발전기.
제 16 항에 있어서,
상기 복수 개의 키바들은 2 개의 연속한 프레임 링들 사이 거리에 걸쳐 있는,
발전기.
제 16 항에 있어서,
상기 프레임 링들 각각은 각각의 키바의 제 2 표면을 수용하기 위해 내부에 노치를 형성하며,
상기 제 2 표면은 용접에 의해 2 이상의 프레임 링들에 고착되는,
발전기.
제 16 항에 있어서,
각각의 키바의 제 2 표면은, 내부에 하나 또는 둘 이상의 노치들을 형성하며,
각각의 노치는 프레임 링을 수용하며,
상기 제 2 표면은 용접에 의해 2 이상의 프레임 링들에 고착되는,
발전기.
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법으로서,
제 1 스프링 바 단부를 제 1 프레임 링에 그리고 제 2 스프링 바 단부를 제 2 프레임 링에 부착하는 단계로서, 상기 프레임 링들은 프레임의 내부면으로부터 연장하는, 제 1 및 제 2 스프링 바 단부를 부착하는 단계,
하나 이상의 브래킷을 스프링 바에 부착하는 단계,
상기 발전기 프레임 내에 스테이터 코어를 형성하도록 코어 적층물들을 적층하는 단계,
상기 스테이터 코어의 축방향 그루브들 내에 키바들을 끼움 장착하는 단계, 및
상기 키바들을 하나 이상의 브래킷에 부착하는 단계를 포함하는,
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 코어 적층물을 적층 단계는 수직 적층 또는 수평 적층을 포함하는,
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스프링 바 단부를 부착하는 단계는, 제 1 및 제 2 프레임 링들에 노치를 형성하는 단계, 별개의 제 1 및 제 2 프레임 링들의 노치 내에 제 1 및 제 2 클레비스를 고착하는 단계 및 상기 제 1 스프링 바 단부를 제 1 클레비스에 부착하고 제 2 스프링 바 단부를 제 2 클레비스에 부착하는 단계를 포함하는,
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법.
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법으로서,
발전기 프레임 내에 스테이터 코어를 형성하기 위해서 코어 적층물들을 적층하는 단계,
상기 스테이터 코어의 축방향 그루브들 내에 키바들의 프로파일화된 표면을 끼움 장착하는 단계로서, 상기 키바들은 프로파일화된 표면에 대향하는 표면에 형성된 노치들을 갖는, 프로파일화된 표면을 끼움 장착하는 단계, 및
프레임의 내부면으로부터 연장하는 제 1 및 제 2 프레임 링을 상기 노치들에 부착하는 단계를 포함하는,
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법.
제 24 항에 있어서,
상기 노치들에 부착하는 단계는 상기 제 1 및 제 2 프레임 링들을 노치들에 용접하는 단계를 포함하는,
발전기 프레임 내에 발전기 스테이터 코어를 설치하는 방법.