KR940001362B1 - 터빈 발전기 단부권선 지지 조립체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

터빈 발전기 단부권선 지지 조립체

제1도는 터번 발전기의 부분적인 횡단 측면도.

제2도는 단부권선 조립체의 부분적인 평면도.

제3도 및 4도 분리된 브레이스(brace)가 취하는 특수한 형태들을 도시한 본 발명의 실시예에 따른 단부권선 조립체의 부분적인 황단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 고정자 12 : 칠심

14 : 고정자 권선 14a,14b : 상부 및 하부 코일

20 : 브레이스 22 : 브래키트

24 : 인장블럭 26 :지지 링

28 : 경화 재료층 30 : 충전부재

40 : 브레이스 상부 강체편 42 : 브레이스 하부 강체편

44 : 분리체 46,48,50,54 : 띠

본 발명은 발전기에 관한 것으로서, 특히대형 터빈 발전기의 단부권선 지지 조립체에 관한 것이다.

대형 수소 내부 냉각 발전기의 운전중에 발전기의 온도가 증가함으로 인해 발전기 단부권선 조립체의 여러 구성 부품들이 열팽창을 일으키게 된다. 단부권선이 전체적으로 열평형이 이루어지지 않거나, 설계에 있어서 열보상 대책이 마련되지 않는다면, 발생되는 열응력에 의해 여러 부품들의 고장 위험이 증가될 것이다.

단부권선 조립체의 일체성을 유지하면서도 열팽창을 고려할 필요가 오랜동안 인식되어 왔다. 이러한 필요성을 충족시키는 장치들이 다소 성공적이었으나 효율적이면서도 실시 비용이 저렴한 다른 장치 및 조립방법이 지속적으로 요구되어 왔다. 더욱 바람직한 특성은 이 분야 기존 기계의 단부권선에 개선된 열보상 지지 조립체를 다시 설비할 수 있는 것이다. 본 발명은 신규한 기계 구성에 대단히 효율적으로 그리고 용이하게 적용될 수 있으며 그 중요 부품이 또한 이 분야 기계에 코일을 해체할 필요없이 설비될 수 있는 신규한 단부권선 조립체 및 그 구성방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하면 발전기는 고정자에 철심 및 고정자 권선이 구비되고, 상기 철심은 원통형 구멍을 지니며, 상기 고정자 권선은 철심의 슬로트들 내에 배치되는 내측 부분들과 상기 철심의 각 단부로 부터 축방향으로 뻗어 있는 단부들을 포함하고, 상기 고정자 권선의 단부들을 구속하는 지지 조립체는 상기 단부들의 방사상으로 외측의 복수개의 위치들 각각에 배치되는 브레이스(brace)와 브래키트를 포함하며, 상기 브래키트는 상기 철심과 상기 브레이스에 고정되게 부착되고, 상기 브레이스는 상기 권선의 단부에 인접한 상부의 강체편과 상기 상부 강체편의 방사상 방향으로 외측에서 상기 브래키트에 고착되는 하부강체편 및 상기 상부와 하부 강체편들 사이에 있는 중간 분리체를 포함하며, 상기 중간 분리체는 상기 상부 및 하부 강체편들 사이를 완충시키고 또한 상부 및 하부 강체편들 사이에서 축방향으로 상대 이동을 허용하도록 마찰력을 낮게 만드는 하나 이상의 재료층들을 지닌다.

새로운 재권선된 기게의 단부권선 조립체에는 2가지 중요한 특징이 있으므로 편리하다. 단부권선을 합체시키는데 있어서 한가지 특징은 상부 코일들과 하부 코일들 사이의 여러 장소에 설치되는 삽입 인장블럭들의 사용이다. 이 인장블럭들은 코일들 사이에 단단히 고정되도록 형상이 만들어진다. 이들은 상부 코일을 지지하며 코일로 부터의 전자기력을 고정자 철심에 고정되는 코일 지지 브래키트로 전단한다.

동작중에, 상부 및 하부 코일들은 열팽창으로 인하여 팽창한다. 팽창은 나선 코일의 축방향으로 일어나서 종전에 인장블럭이 사용되어 왔던 것처럼 인장블럭과 코일 사이의 접합에 과도한 응력을 주는 토오크를 인장블럭에 일으킨다.

본 발명의 개선이 이루어지는 종전의 형태는 중간 코일 지지 링에 단지 한면만이 접촉되게 평평하게 설치되는 인장블럭을 이용한다. 본 발명에 의하면, 상기 인장블럭은 지지 링과 맞물려지나 연결되는 것이다. 인장블럭을 열적으로 정합된 중간 코일 지지 링에 맞물림으로써, 토오크에 의하여 생기는 힘은 부분적으로 인장블럭에 의하여 분담되고 인장블럭과 코일 사이의 응력을 접착부에 단지 전단응력만이 발생하고 인장력이 발생하지 않을 것이므로 감소될 것이다. 맞물려지는 인장블럭은 또한 전단응력을 더욱 감소시키기 위하여 4-6개의 상부 및 하부 코일을 중첩시키도로 축방향으로 충분히 긴 것이 바람직하다. 인장블럭이 "맞물려진다"고 하는 것은 인장블럭이 코일 지지 링에 있는 노치들에 기게적으로 삽입되는 것을 의미하는 것으로 이것은 조립 시간을 연장시키는 핀 또는 다른 형태의 고정구를 사용하는 것보다 좋다.

본 발명의 다른 특징 및 신규 제조 또는 재권선을 요하지 않고 이 분야의 기계에 적용될 수 있는 특징은 새로운 형태의 브레이스이다. 발전기의 동작중에, 고정자 코일은 철심의 외측으로 축방향으로 팽창하여 하부 코일과 코일 및 철심에 부착되는 브래키트 사이의 중간 부품으로 이용되는 코일 지지 브레이스 사이에서 높은 응력을 발생시킨다. 본 발명에 의하면, 브레이스는 부품들 사이의 완충을 위한 고무같은 재료의 층 및 낮은 마찰을 위한 폴리테트라플로로에틸렌같은 마찰방지층을 포함하는 중간 분리체가 사이에 있는 최소한 하나의 상부 및 하부편을 포함하는 복수개의 강체편들을 포함하고 있다. 이 장치는 낮은 마찰층으로 인하여 축방향으로의 자유 팽창을 고려할 것이다. 이것은 열 응력을 제거하고 코일과 브레이스 사이의 접착의 실패를 방지하여 이 경계면에서 코일의 마모를 없앤다. 브레이스는 회로 단략중에 코일의 과도한 변형을 막는 정지기구로서 지속적으로 기능할 것이다. 고무층은 방사상 방향으로의 충격중에 탄성 흡수를 고려할 것이다. 상부 강체편은 형상의 일치를 위해 에폭시 함침 대크론(Dacron)직물 재료를 사용하여 하부 코일에 접착된다. 이것은 다양한 형상의 코일을 이용할 수 있게 한다. 브레이스의 상부편은 또한 장치의 일체성을 유지하도록 하부 코일 지지 링에 부착된다. 상부편은 또한 하부 코일 절연을 위하여 추가적으로 보호체의 역할을 한다.

열팽창을 가능하게 하는 것 이외에도, 이 브레이스 형태는 철심으로부터 단부권선을 동적으로 분리시켜서 철심의 단부권선 진동에 대한 영향을 극소화시킬 것이다. 열에 의하거나 진도에 의한 상대 운동이라도 코일 절연면에서 보다는 낮은 마찰의 경계면에서 일어나야 한다.

이하 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명한다.

제 1 도는 철심(12)과 고정자 권선(1)이 구비된 고정자(10)를 포함한 발전기의 일부를 도시한 것이다. 회전자(도시되지 않음)는 고정자(10)의 전반적으로 원통형인 중공내에서 회전하도록 샤프트상에 설치된다. 제1도에서, 회전자는 고정자 철심(12)의 도시된 부분의 상방에 위치할 것이며 회전자 샤프트축은 수평선으로 될 것이다. 고정자 권선(14)은 철심(12)의 슬로트들내에 다른 부분들을 포함하는 두 코일 하프(half)들의 단부로 나타나 있다. 단부권선 부분(14)은 첨심(12)의 각 단부면으로 부터 축방향으로 뻗어 있다. 고정자 권선(14)은 예컨대 가스 내부 냉각 도체들을 지니며 도시된 기계는 터빈 발전기를 나타낸다. 권선(14)은 수냉각 권선으로 되어도 된다. 간략히 도시하기 위하여, 통풍관들 및 기타 냉각제 통로들을 구체적으로도시하지는 않았다.

고정자 권선(14)의 단부권선 부분에는 지지 조립체가 마련되며, 이 지지 조립체는 단부권선 부분의 샤프트 축에 관해 축방향운도은 허용하면서도 방사상 방향으로의 지나친 운동은 억제하는 수단을 포함한다. 상기 억제수단에는 브레이스(20) 및 브래키트가 포함되는 바, 이들 각각은 발전기의 각 단부에 있는 단부권선 부분(14)의 방사상 방향으로 외측의 여러 위치들, 예컨대 대략 18-32 곳에 위치된다. 단부권선(14)은 다수의 상부 코일들(14a)과 다수의 하부 코일들(14b)로 구성된다.

브래키트(22)는 철심(12) 단부면에 및 또한 코일 단부권선(14)을 지지하도록 발전기 축으로부터 실질적으로 방사상인 평면으로 뻗어있는 브레이스(20)에 고정되게 부착된다. 경사진 인장블럭(24)은 상부 및 하부 코일들(14a,14b) 사이에 꼭 끼게 연장되는 것으로 도시된다. 이같은 인장블럭(24)은 여러 위치에서 사용되며 각각은 중간 지지 링(26)에 그 축방향 말단부에서 맞물려진다.

제 2 도는 인장블럭(24)의 위치를 더 잘 알 수 있도록 도시한 단부권선 부위의 부분적인 평면도이다. 상부 코일들(14a) 및 하부 코일들(14b)의 대표적인 것들이 철심(12)으로부터 뻗어 있는 것으로 도시된다. 상부 코일들(14a)은 원주 방향으로 한 방향으로 굽혀지는 반면에 하부 코일들(14b)은 반대편 원주방향으로 굽혀져 있다. 인장블럭들(24)은 다수의 (실제로는 약 4-6개) 상부 및 하부 코일들(14a,14b) 사이에서 사실상 축방향으로 뻗어 있다. 각 인장블럭(24)의 최소한 외측 단부가 지지 링(26)에 맞물려지며, 이 지지 링은 상기 목적으로 인장블럭의 축소된 단부(24b) 및 에폭시 수지 함유된 대크론 펠트 재료같은 경화 재료(28)의 하나 이상의 층들을 수용하고 있는 노치들(26a)이 형성되어 있다. 다른 구성도 지지 링(26)에 인장블럭들(24)을 고착하도록 이용된다는 것은 쉽게 알 수 있을 것이다.

제 2 도에는 또한 인접한 슬로트로 부터의 상부 코일 및 하부 코일(14a,14b)의 교차부분에서 상부 및 하부 코일 사이에 충전부재(30)를 사용하는 것을 도시한다. 충전부재(30)는 상부코일(14)에 부분(32)을 접착시킴으로써 접합된다.

다시 제 1 도를 보면, 브레이스(20)는 하부 코일(14b)에 인접한 상부 강체편(40)과 브래키트(22)에 고착된 상부 강체편의 방사상 방향으로 외측에 있는 하부 강체편(42)을 포함한다. 상부 및 하부 강체편들(40,42)은 예컨대 유리 섬유 보강 복합 재료로 될 수도 있다. 동일 형상의 층(41)의 상부 강체편(40)과 코일(14b)사이에 위치되며, 이것은 예컨대 통상적으로 대크론 재료라고 알려진 에폭시 함유 재료로 구성된다.

브레이스의 상부 및 하부 강체편들(40,42)사이에는 이하 제 3 도 및 제 4 도를 참조하여 설명할 여러가지 형태를 취하는 중간 분리체(44)가 있다. 이것은 함께 상부 및 하부 강체편들(40,42)사이에서 완충 작용을 하며 그 사이에서 축방향의 상대 운동을 허용하도록 마찰력을 낮게 하는 재료의 하나 이상의 층들로 이루어진다.

제 1도에는 또한 여러가지 띠들이 도시되어 있다. 띠(46)는 브레이스(20)의 상부편(40)과 하부 코일(14b)를 고착시킨다. 띠들(48,50)도 유사하게 상부편(40)과 하부 코일(14b)을 함께 고정하지만 그러나 띠(50)은 인장블럭(24)의 위로 통과한다. 띠들(46,48,50) 각각은 브레이스 상부편(40)에 있는 구멍(43)을 관통한다. 이들은 띠가 단부권선 조립체를 어떻게 합체하는가의 예이다. 그밖에 제 1 도에 도시되었듯이, 띠(52)는 구멍을 통해 인장블럭(24)의 중간 부분을 그리고 상부 코일(14a)을 둘러싸며 띠(54)는 상부 코일(14a)과 하부 코일(14b) 주위를 둘러싼다. 띠들(46-54)은 에폭시 수지 함유 직물로 된다.

지금까지 단부권선 조립체들에 사용되어 왔던 바와같이 전체 조립체의 주위로 연장되는 여러가지 지지 링들(56,58,60)도 또한 도시되어 있다. 이들중에 하부 링(58)은 은못(dowels)같은 의하여 또는 다른 적절한 방식으로 브레이스 상부편(40)의 외측 단부에 직접 결합된다. 그 결과 브레이스 상부편(40)은 열 영향으로 인해 축방향으로 자유롭게 움직이며 브레이스 하부편(42)과 브래키트(22)는 방사상 방향으로의 움직임이 최소로 유지되는 기계적으로 결합된 코일들(14a,14b)의 조립체가 된다.

제 1 도에 도시된 실시예에서는 또한 브레이스 하부편(42)에 띠가 전혀 없이 도시된 구멍들(45)이 있다. 초기 조립시에 구멍들(43,45)을 사용하여 브레이스편들(40,42) 사이에 일시적인 결속이 이루어진다. 수치재료들(예컨대 여러 띠들과 동일 형상의 층들에서)이 경화되었을 때, 임시적인 결속은 제거되어 도시된 바와같은 구조로 된다.

제 3 도를 보면, 브레이스(20)는 주요 표면들이 방사상 평면내에 배치되고 상면(42a)이 그 평면에 교차하게 배치되는 전반적으로 판형 부재인 하부편(42)을 포함한다. 제 1 도에 도시된 바와 같이 하부편(42)은 권선단부의 상당부분 위에서 축방향으로 뻗어 있다. 브레이스 상부편(40)은 그 주요 표면이 상기 하부편(42)의 상면(42a)에 평행하게 배치되는 전반적으로 판형 부재로 된다. 제 3 도에 도시된 실시예에서, 브레이스 상부편(40)의 상면은 코일(14b)의 저부에 인접해서 동일 형상의 층을 형성하는 대크론 펠트 함유층(41)을 보유하도록 V-노치(40a)가 구성되어 있다. 이러한 목적으로 다른 구성의 노치 또는 흠들이 사용될 수도 있고, 종종 제 4 도에서와 같이 필요하지 않을 수도 있다.

제 3 도의 중간 분리체(44)는 상부편(40)의 저부 주요 표면과 하부편의 상면(42a) 사이에 질화 고무같은 탄성체 층(44a)을 포함한다. 특히, 고무층(44a)은 상부편(40)의 저부 표면(4b)에 접착되어도 된다. 또한 중간 분리체(44)는 하부편(42)의 상면(42a)에 바로 인접해서 탄성체층(44a)이 측면에 폴리테트라 폴로로에틸렌간은 낮은 마찰 재료로 구성되는 슬립층(44b)을 포함한다. 슬립층(44b)은 예컨대 PTFE 피복된 면직물로 구성될 수도 있다.

또 한가지 변형이 제 4 도에 도시된다. 이 실시예에서 브레이스 상부편(40')은 하부편(42)의 상면(42a)과 평행한 주요 표면이외에도 중간 분리체(44')를 수용하려고 하는 방사상 연장부를 포함하는 채널형 부품 형태로 된다. 여기서, 분리체는 하부편(42)에 관해 움직이도록 그 하면에 PTFE 슬립층(44b')을 지니는 미카르타(Micarta) 복합 재료같은 강체 복합 스트립(44c)에 인접하게 비튼(Viton) 고무같은 고무층(44a')을 포함한다.

이상이 설명으로 부터 분리된 브레이스는 다른 형태로 다양하게 구성될 수 있음이 명백하다. 예컨대, 단편(44c)같은 부가적인 부유편들 및 층(44a')같은 부가적인 완충층들을 포함할 수도 있다. 또한, 제 4 도의 미카르타 스트립(44c)으로 도시된 바와같이 이같은 제 3 의 또는 부유편은 엄격히 평면형으로 및 강체로 되지 않을 수 있다. 이것은 회로 단락시에 방사상 완충 부재로서는 물론 구조물에서 늘어짐을 방지하는 스프링 요소로서 작용하는 얇지만 파상 형태인 PTFE 피복된 복합 재료의 스프링같은 단편으로 될 수 있다.

분리된 브레이스가 사용되는 여러가지 형태에서, 이것은 하부편(42)을 브래키트(22)에 고정하고 분리체가 접착되는 상부편을 최소의 저항이 있도록 동일 형상의 층(41)의 형상의 일치성을 이용하여 단부권선 부위로 삽입함으로써 쉽게 조립될 수 있다. 에폭시 함유된 펠트(41)가 경화된 후에, 열 영향으로 인한 축방향 운동의 소기의 성질을 제외하면 부품들간에는 확고한 관계가 있다.

본 발명의 분리된 브레이스(20)를 사용하는 주요 장점은 이 브레이스가 재권선을 필요로 하지 않고 기존기계에 재설비될 수 있어서 장치의 수명을 연장하는데 기여하는 것이다.

Claims (6)

1. 원통형 중공을 지니는 철심과 상기 철심의 슬로트들내에 배치된 내측 부분 및 상기 철심의 각 단부로 부터 축방향으로 뻗어 있는 단부들을 포함하는 고정자 권선이 구비되어 있는 고정자와, 상기 고정자 권선의 단부들을 구속하기 위한 것으로서 상기 단부들의 방사상 방향으로 외측의 복수개의 위치들 각각에 배치되는 브레이스 및 브래키트를 포함하는데 상기 브래키트는 상기 철심에 및 상기 브레이스에 고착되고 상기 브레이스는 상기 권선의 단부들에인접한 상부 강체편과 상기 상부 강체편의 방사상 방향으로 외측에서 상기 브래키트에 고착되는 하부 강체편과 상기 상부 강체편과 하부 강체편 사이에 배치되고 함께 상기 상부 및 하부 강체편들 사이에서 완충 작용을 하며 상기 상부 및 하부 강체편들 사이에서 축방향으로서의 상대 이동을 허용하도록 마찰을 낮게 하는 재료의 하나 이상의 층들을 가지는 중간 분리체를 구비하는 지지 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
2. 제1 항에 있어서, 상기 브레이스 하부편은 주요 표면이 방사상 평면에 배치되고 상면이 상기 방사상 평면에 교차하게 배치되는 판형 부재이며, 상기 브레이스 하부편은 상기 권선의 단부의 상당한 부분 위에서 축방향으로 뻗어 있고, 상기 브레이스 상부편은 그 주요 표면이 상기 하부편이 상면에 평행하게 배치되며, 상기 중간 분리체는 상기 상부편의 상면과 상기 하부편의 주요 표면 사이에 탄성체층을 그리고 상기 하부편의 상면에 바로 인접해서 상기 탄성체층 위에 낮은 마찰 재료의 슬립층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부편은 상기 권선을 그 사이의 경화된 수지 함유 직물의 형상이 일치하는 층으로 압박하는 것을 특징으로 하는 발진기.
4. 제 1 항에 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리체는 상기 상부편 및 탄성체 층의 방사상 방향으로 외측에 있는 비교적 단단한 재료의 스트립 양자 모두에 접착되는 상기 상부편에 인접한 탄성체 층과, 상기 하부편에 인접한 비교적 단단한 재료의 상기 스트립상의 낮은 마찰 재료인 슬립층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지 조립체는 상기 고정자 권선 단부들의 상부 코일과 하부 코일 사이의 복수개의 위치들의 각각에 축방향으로 뻗어 있는 인장블럭들과 상기 상부 코일 및 하부 코일 사이에서 원주 방향으로 형성되는 중간 가지 링을 포함하며, 상기 지지링은 상기 인장블럭의 축방향으로 외측 단부들에 바로 인접하고 그들 사이가 서로 단단히 맞물려 고착되는 관계로 구성되는 것을 특징으로 하는 발전기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 인장블럭이 방사상 띠에 의하여 상기 하부 코일 상기 브레이스 상부편에 고착되는 것을 특징으로 하는 발전기.

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