KR20160078129A - 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것으로, 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 조이는 링 형상의 체결 밴드와, 상기 체결 밴드의 내주면에 일체로 형성되되 상기 스테이터 코어의 적층 방향을 따라 배치되며, 상기 스테이터 코어에 결합되는 복수의 키 바(key bar)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코어 링 밴드와 코어 압축 밴드가 일체로 형성함으로써 조립 시 작업성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 기존 구조 대비 단면적 및 두께를 증가시킴으로써 어 큰 힘으로 압축이 가능해 스테이터 코어의 진동을 보다 더 효과적으로 감소시킬 수 있다.

Description

발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치{Device for preventing vibration of stator core for power generator}

본 발명은 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코어 링 밴드와 코어 압축 밴드가 일체로 형성된 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 전자 유도작용을 이용하여 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 도체가 자기장 내에서 회전 운동을 할 때에 전력을 일으키는 원리를 이용한 장치이다. 이러한 발전기는 냉각매체로 수소가스와 물을 사용하며, 먼지나 습기의 침입방지와 수소 가스의 누설을 방지하기 위하여 완전 밀폐 구조로 이루어진다.

발전기 내부의 통풍은 회전자인 로터(Rotor) 축에 부착된 팬에 의한 폐쇄 순환방식으로 되어 있으며, 수소 가스의 냉각을 위해 냉각기가 내장되어 있다. 또한, 고정자인 스테이터(Stator)의 양단에는 로터 베어링 및 축 밀봉설비가 구비된다.

스테이터는 크게 외관을 형성하는 프레임과, 스테이터 코일 및 스테이터 코일이 권선되는 스테이터 코어(Stator Core)로 구분된다. 스테이터 코어는 로터에서 발생하는 자속에 대한 저(low) 저항 통로를 제공함과 동시에 스테이터 코일을 지지하는 기능을 갖는다.

스테이터 프레임(Frame)은 스테이터 코어, 회전자, 쿨러, 고압 부싱 등의 각 구성품이 제 기능을 수행할 수 있도록 공간을 제공하는 구조물로, 발전기의 뼈대 기능을 한다.

스테이터 프레임에 구비되는 고정물 중 키 바(Key Bar)는 스테이터 코어 및 코어의 적층 시 적층 중량을 지지하는 역할을 하며, 일본특허공개 2002-204539호에 개시된 바와 같은 구조를 갖는다. 키 바의 설치 시에는 정반을 이용해 키 바의 높이를 맞춘 후, 크레인을 이용하여 1개씩 정위치에 결합시키는 방식으로 고정자 코일과 결합된다.

종래의 키 바는 프레임의 내측면에서 용접, 고정된 상태로 결합되고, 키 바에 스테이터 코어를 끼우면서 적층하는 구조로 조립되었다. 그런데 키 바와 스테이터 코어가 밀착 결합되더라도 로터의 회전 시 발생되는 자력에 의해 키 바와 스테이터 코어가 붙었다 떨어졌다를 반복하면서 많은 소음이 발생하고, 진동도 더욱 커지는 등의 문제점이 있다.

일본특허공개 2002-204539호(공개일 2002. 07. 19)

본 발명의 목적은 코어 링 밴드와 코어 압축 밴드가 일체로 형성된 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치는, 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 조이는 링 형상의 체결 밴드와, 상기 체결 밴드의 내주면에 일체로 형성되되 상기 스테이터 코어의 적층 방향을 따라 배치되며, 상기 스테이터 코어에 결합되는 복수의 키 바(key bar)를 포함할 수 있다.

상기 체결 밴드는 복수의 단위 밴드와, 상기 단위 밴드를 상호 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 단위 밴드가 상기 연결부에 의해 상호 결합됨으로써 링 형상을 이루는 것이 특징이다.

상기 키 바는 복수 개가 상기 체결 밴드의 내주면에 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 키 바는 상기 체결 밴드보다 작은 폭을 갖는 바(bar) 형상이며, 상기 체결 밴드에 결합된 상태에서 상기 스테이터 코어를 향하는 방향에 상기 스테이터 코어에 삽입되는 도브 테일(dove tail)이 돌출 형성된 것이 특징이다.

상기 스테이터 코어는 상기 도브 테일의 형상에 대응하는 도브 테일 슬롯을 포함하며, 상기 도브 테일 슬롯과 상기 도브 테일은 상호 맞물려 결합되는 것이 바람직하다.

상기 체결 밴드를 상기 스테이터 코어의 외측에 배치한 상태에서 상기 도브 테일과 도브 테일 슬롯이 결합되며, 상기 체결 밴드를 조이면 상기 도브 테일과 도브 테일 슬롯의 사이가 밀착되는 것이 바람직하다.

상기 체결 밴드의 반경 반향 두께는 상기 키 바의 횡방향 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치는 코어 링 밴드와 코어 압축 밴드가 일체로 형성함으로써 조립 시 작업성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 기존 구조 대비 단면적 및 두께를 증가시킴으로써 어 큰 힘으로 압축이 가능해 스테이터 코어의 진동을 보다 더 효과적으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치가 설치된 일 예를 도시한 부분 사시도,
도 3은 도 2의 진동 방지 장치에 따른 주요 부분을 도시한 확대도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다(스테이터의 구성은 도 2를 참조하기로 하며, 스테이터의 세부 구조는 종래 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다).

본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치에 대해 설명하기에 앞서, 스테이터의 구조에 대해 설명하기로 한다.

스테이터는 크게 외관을 형성하는 스테이터 프레임(10)과 스테이터 코어(Stator Core, 30), 코일 권선부를 포함하며, 코일 권선부에는 스테이터 코일이 감긴다.

스테이터 코어(30)는 펀칭(Punching)과 내부 공간 블럭(ISSB: Inside Space Block) 및 외부 공간 블럭(OSSB: Outside Space Block)으로 구성된다. 펀칭은 자속에 대한 저(low) 저항 통로를 제공하고, 내부 공간 블럭은 냉매인 수소 가스의 순환통로 역할을 한다. 외부 공간 블럭은 플랜지의 클램핑압(Clamping Pressure)을 전달하며 수소 가스의 순환 통로 역할도 병행한다.

종래의 스테이터 코어(30)는 펀칭 부위에 키 바(key bar)가 결합되는 형태이며, 스테이터 코어(30)의 조립을 위해 키 바와 펀칭 부위 사이에는 소정의 갭(gap)이 필요했다. 그러나 이러한 갭은 로터의 회전 시 키 바와 펀칭 부위가 부딪히면서 발생하는 소음 및 진동의 원인이 된다.

또한, 종래에는 키 바를 정렬하기 위한 코어 링과의 공간 간섭으로 조립성이 떨어지고 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 본 발명에서는 기존의 키 바와 펀칭 부위가 부딪히면서 발생하는 소음을 방지하고, 조립성이 향상된 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치가 설치된 일 예를 도시한 부분 사시도이며, 도 3은 도 2의 진동 방지 장치에 따른 주요 부분을 도시한 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치(100)는 소정의 폭을 갖는 링 형상으로 밴드이다. 진동 방지 장치(100)는 스테이터의 프레임(10) 내부에 구비되는 스테이터 코어(30)의 외주면에서 원주 방향을 따라 스테이터 코어(30)를 감싸는 형태로 설치되는 체결 밴드(110)와, 체결 밴드(110)를 연결하는 연결부(112)로 구성된다. 체결 밴드(110)의 내주면에는 복수의 키 바(130)가 일체로 형성된다.

체결 밴드(110)는 이동 및 결합을 손쉽게 하기 위해 복수의 조각이 연결부(112)에 의해 연결되어 하나의 링 형상을 이룬다. 이를 위해 각각의 단위 밴드(110a)는 소정의 곡률을 가지며, 체결 밴드(110)는 3개 내지 4개의 단위 밴드(110a)로 구성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 체결 밴드(110)가 5개 이상의 조각으로 구성되는 경우 이동 및 결합은 손쉬우나 연결부(112)의 수가 많아지고, 연결부(112)를 결합시키는 힘이 일정하지 않으면 연결부(112)가 헐거워져 체결 밴드(110)의 결합력이 약해질 수 있기 때문이다. 따라서 결합 강도를 유지하고, 스테이터 코어(30)에 결합되었을 때 스테이터 코어(30)를 압착시키는 힘을 유지하기 위해서 체결 밴드(110)를 3개 내지 4개의 단위 밴드(110a)로 구성하는 것이 바람직하다.

연결부(112)는 각 단위 밴드(110a)의 양단부에 각각 구비되며, 체결 볼트(112a)가 삽입될 수 있는 삽입홀(미도시)이 각각 형성된다. 단위 밴드(110a)가 링 형상으로 배치된 상태에서 하나의 단위 밴드(110a) 단부에 구비된 연결부(112)에 체결 볼트(112a)를 삽입하고, 삽입된 체결 볼트(112a)가 이웃한 단위 밴드(110a)의 연결부(112)를 관통해 노출되도록 한다. 그 후 노출된 체결 볼트(112a)의 단부에 너트(112b)를 체결해 고정하면 이웃한 연결부(112)끼리 상호 고정되어 단위 밴드(110a)가 연결된다. 이러한 방법으로 각 단위 밴드(110a)를 모두 고정하면 하나의 링 형상을 갖는 체결 밴드(110)의 조립이 완료된다.

한편, 키 바(130)는 체결 밴드(110)의 내주면에 복수 개가 일체로 형성된다. 여기서 일체로 형성된다는 의미는 탈착이 불가능하게 고정된다는 의미로, 체결 밴드(110)의 제조 시 키 바(130)를 일체로 형성하거나, 별도의 키 바(130)를 제조한 뒤 체결 밴드(110)의 내주면에 고정시키는 것을 모두 포함하는 의미이다.

키 바(130)는 체결 밴드(110)의 폭보다 작은 폭을 갖는 바(bar) 형상으로, 체결 밴드(110)에 일체화되는 부분은 횡단면이 원형 또는 사각형 등의 형상을 가질 수 있다. 체결 밴드(110)에 일체화되는 부분과 대향되며 스테이터 코어(30)를 향해 노출되는 부분에는 도브 테일(132)이 돌출 형성된다.

일반적으로 스테이터 코어(30)는 원통형으로, 절연된 강(steel) 적층체가 겹쳐 적층되는 형태이다. 각 적층체는 내주면에 스테이터 코일이 권선되는 슬롯이 구비되며, 외주면에는 도브 테일(dove tail) 슬롯(32)이 형성된다. 키 바(130)는 전술한 도브 테일 슬롯(32)에 대응하는 도브 테일(132)이 구비되고, 키 바(130)의 도브 테일(132)과 스테이터 코어(30)의 도브 테일 슬롯(32)이 서로 맞물려 결합된다.

키 바(130)의 조립 시 도브 테일(132)과 도브 테일 슬롯(32)이 맞물려 결합되는 구조이므로, 정확한 위치 및 치수 공차를 고려하고 조립을 용이하게 하기 위해 충분한 간극이 필요하다. 키 바(130)의 정확한 위치를 정렬하기 위해 기존에는 별도의 코어 링을 사용하였으나, 본 발명에서는 키 바(130)가 체결 밴드(110)의 내주면에 결합됨으로써 기존의 코어 링을 삭제할 수 있다.

이를 위해, 키 바(130)는 체결 밴드(110)의 내주면 상에 일체로 형성되되 이웃한 다른 키 바(130)와 서로 등간격으로 배치된다. 키 바(130)가 체결 밴드(110)의 내주면에 일체로 형성된 상태에서 노출되는 부분에는 도브 테일(132)이 돌출 형성된다. 도브 테일(132)은 스테이터 코어(30)의 외주면에 형성된 도브 테일 슬롯(32)에 삽입된다.

체결 밴드(110)를 스테이터 코어(30)의 외주면에 배치한 상태에서 스테이터 코어(30)와 키 바(130)의 조립 시 도브 테일(132)과 도브 테일 슬롯(32)의 사이에는 소정의 갭이 존재한다. 그러나 조립 후 체결 밴드(110)를 조임으로써 키 바(130)의 도브 테일(132)과 스테이터 코어(30)의 도브 테일 슬롯(32)이 상호 밀착되어 조립을 위해 존재하던 갭을 제거할 수 있다.

좀더 상세히 설명하면, 체결 밴드(110)는 스테이터 코어(30)의 외주면을 감싸는 형태로 결합되어 스테이터 코어(30)에 압착(compression)되어 스테이터 코어(30)를 고정한다. 체결 밴드(110)의 조임력에 의해 키 바(130)와 스테이터 코어(30) 간의 간격이 제거되므로 키 바(130)와 스테이터 코어(30)의 결합 부위의 충돌에 의한 진동을 저감시키게 된다.

체결 밴드(110)는 내주면에 키 바(130)가 일체로 형성될 수 있도록 기존의 코어 링보다 1.3배 내지 2배 이상의 두께(반경 방향을 기준으로 한 폭)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 두께는 키 바(130)의 횡방향 두께보다 큰 것이 바람직하다. 체결 밴드(110)의 반경 방향 두께가 두꺼우므로 연결부(112)에 강한 체결력을 주어 체결 밴드(110)를 조립할 수 있다. 이에 따라, 스테이터 코어(30)와 키 바(130)에 강한 압착력을 가할 수 있어 키 바(130)의 도브 테일(132)과 스테이터 코어(30)의 도브 테일 슬롯(32) 간 갭을 제거할 수 있어 결합 부위의 충돌에 의한 진동 및 소음을 저감할 수 있다.

또한, 별도의 코어 링을 삭제하고 체결 밴드(110)의 체결만으로 키 바(130)의 정렬 및 키 바(130)와 스테이터 코어(30)간의 결합력을 높일 수 있으며, 작업 단계가 줄어들고 코어 링 삭제에 따른 공간 간섭 역시 피할 수 있어 작업성이 크게 향상되는 효과가 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 프레임 30: 스테이터 코어
32: 도브 테일 슬롯 100: 진동 방지 장치
110: 체결 밴드 110a: 단위 밴드
112: 연결부 112a: 체결볼트
112b: 너트 130: 키 바
132: 도브 테일

Claims (7)

1. 스테이터 코어의 외주면을 감싸는 형태로 설치되어 상기 스테이터 코어를 조이는 링 형상의 체결 밴드와,
   상기 체결 밴드의 내주면에 일체로 형성되되 상기 스테이터 코어의 적층 방향을 따라 배치되며, 상기 스테이터 코어에 결합되는 복수의 키 바(key bar)를 포함하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 체결 밴드는 복수의 단위 밴드와, 상기 단위 밴드를 상호 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 단위 밴드가 상기 연결부에 의해 상호 결합됨으로써 링 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 키 바는 복수 개가 상기 체결 밴드의 내주면에 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 키 바는 상기 체결 밴드보다 작은 폭을 갖는 바(bar) 형상이며, 상기 체결 밴드에 결합된 상태에서 상기 스테이터 코어를 향하는 방향에 상기 스테이터 코어에 삽입되는 도브 테일(dove tail)이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스테이터 코어는 상기 도브 테일의 형상에 대응하는 도브 테일 슬롯을 포함하며, 상기 도브 테일 슬롯과 상기 도브 테일은 상호 맞물려 결합되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 체결 밴드를 상기 스테이터 코어의 외측에 배치한 상태에서 상기 도브 테일과 도브 테일 슬롯이 결합되며, 상기 체결 밴드를 조이면 상기 도브 테일과 도브 테일 슬롯의 사이가 밀착되는 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 체결 밴드의 반경 반향 두께는 상기 키 바의 횡방향 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 발전기용 스테이터 코어의 진동 방지 장치.

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