NO311319B1

NO311319B1 - Rotor for en elektrisk maskin

Info

Publication number: NO311319B1
Application number: NO19961251A
Authority: NO
Inventors: Josef Schwanda; Hans Vogele
Original assignee: Alstom
Priority date: 1995-04-08
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2001-11-12
Also published as: NO961251D0; NO961251L; ES2152507T3; DE19513457A1; CN1065679C; BR9601274A; RU2174278C2; DE59605862D1; CN1137700A; EP0736953A3; EP0736953B1; EP0736953A2; US5635785A; CA2164561C; ATE196391T1; CA2164561A1

Abstract

Det er beskrevet en rotor for en elektrisk maskin, spesielt en motor-generator for pumpelagringsverk, hvor rotorlegemet (6) som består av lemellerte plater, holdes sammen ved hjelp av aksialt forlø-pende spennbolter (8). I spor på rotorlegemets ytre omfang er rotorviklingen (6) lagt inn og holdt fast mot innvirkning av sentrifugalkraft. Viklingsendene (16a) som danner viklingshodet (17) og som munner ut aksialt fra rotorlegemet, er sikret mot innvirkning av sentrifugalkraft ved hjelp av radialt forløpende boltskruer (37) som er skudd inn i en støtteringanordning (19,...,24). Støtte-ringanordningen omfatter et antall i aksialretning i innbyrdes avstand anordnede ringer (19,...,24).Ringene i det aksenære avsnitt av rotorlegemet er sammen med pressfingrene (3) spent sammen med spennbolten (8) som er ført aksialt gjennom rotorlegemet. I det aksefjerne avsnitt er det anordnet ytterligere spennbolter (25,26,27), som aksialt bare er ført gjennom den nevnte ringanordning og spenner ringene aksialt sammen.

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører en rotor for en elektrisk maskin, spesielt en motorgenerator for pumpelagringskraftverk, med et på et nav anordnet, i aksial og omfangsretning sikret rotorlegeme som består av lamellerte plater og som holdes sammen ved hjelp av aksialt forløpende spennbolter, med spor på rotorlegemets ytre omfang, hvor en rotorvik-ling er lagt inn og holdes der mot påvirkning av sentrifugalkraft, idet viklingsendene som løper ut aksialt fra rotorlegemet og danner viklingshodet, sikres ved hjelp av et avstivningsorgan som er forsynt med en støttering, mot påvirkning av sentrifugalkraft, hvilken støttering samtidig danner en pressplate for rotorlegemet.

Oppfinnelsen går herved ut fra en teknikkens stand slik som den er beskrevet f.eks. av Wiedemann/Kellenberger i "Kon-struktion elektrischer Maschinen", Springer-Veriag Berlin, Heidelberg, New York, 1967, s. 377 til 380, spesielt avb. 375 på side 378.

Teknologisk bakgrunn og teknikkens stand

Av driftstekniske grunner (optimal virkningsgrad, lastregu-lering i pumpedrift, nettstabilitet) foreligger det et vok-sende behov for dreietallvariable motorgeneratorer, hoved-sakelig for pumpelagringskraftverk. Slike maskiner utføres av omkostningsgrunner mest som dobbelt matede slepeririglø-per-asynkronmaskiner.

Ved slike maskiner er rotoren og der spesielt dens rotor-viklingshode utsatt for ekstreme mekaniske og termiske be-lastninger. Hos asynkronmaskiner skjer viklingshodeavstiv-ningen mot sentrifugalkraften vanligvis ved hjelp av ombindinger av forspent ståltråd i kombinasjon med en massiv u-delt stålring som samtidig er pressring for rotoren som består av plater eller blikk (sml. fig. 375a på side 378 i den angitte publikasjon). Grensene for denne utførelse er gitt av de kostbare montasjehjelpemidler, transportdimen-sjoner og rotorens vektsbegrensning. For rotorer for vann-kraftmaskiner med store dimensjoner må sammenbygningen kunne skje direkte på en montasjeplass i kraftverket. Dessuten påvirker store massive stålringer gjennomstrømningen av viklingshodet og således dets kjøling.

Kort fremstilling av oppfinnelsen

Oppgaven for oppfinnelsen består i å tilveiebringe en rotor for en elektrisk maskin, spesielt motorgenerator for pumpelagringsverk, som lett kan fremstilles uten kostbare montasjehjelpemidler, og hvor viklingshodene har en avstivning som holder stand mot alle driftspåvirkninger, men som hel-ler ikke begrenser kjølingen av viklingshodene.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at det på rotorlegemets endeplater er anordnet pressfingre, at støtte-ringen består av minst to i aksialretning, i forhold til maskinaksen, i innbyrdes avstand anordnede ringer som på sin indre omfang støtter seg mot navet, hvorved ringene i rotorlegemets aksenære avsnitt sammen med pressfingrene er spent sammen med en første spennbolt som presses aksialt gjennom rotorlegemet, at det i det aksefjerne avsnitt er anordnet andre spennbolter som presses aksialt gjennom nevnte ringer og spenner ringene aksialt sammen, at det er anordnet tredje spennbolter som presses radialt gjennom viklingshodet og som griper an i det minste på det ytre omfang av den, i forhold til maskinaksen, aksialt sett ytterste ring.

Ifølge en første videre utvikling av oppfinnelsesgjenstan-den er det på det ytre omfang av samtlige ringer anordnet et antall halvlukkede, i omfangsretning fordelte, aksialt forløpende spor som danner en rett linje, hvor det er skjø-vet inn en linjal som er forsynt med radialt forløpende gjengeboringer, i hvilke gjengeboringer de nevnte tredje spennbolter er skudd inn. Dette resulterer i en sikker ra-

dial avstivning som er enkel å fremstille.

Fortrinnsvis er ringen som ligger i umiddelbar nærhet av pressfingrene distansert derfra, og de andre spennbolter er på den ende som ligger på siden av rotorlegemet, forsynt med skruemutre hvis høyde tilsvarer nevnte distanse. På denne måte frembringes et ytterligere presstrykk på pressfingrene som kan ytterligere forbedres når det i radialretning er anordnet minst to andre spennbolter, og når høyden av mutrene er mindre i det aksenære avsnitt enn i det aksefjerne avsnitt. På denne måte får ringanordningen ved forspenningen en stolping. Stolpekraften virker som presskraft på pressfingrene hhv. på flatetyngdepunktet av rotorringen.

Under visse omstendigheter kan det vise seg at ringanordningen selv har et for lite (virksomt) tverrsnitt for alene å kunne virke som forspenningselement. I en videre utvikling av oppfinnelsen er det således for en ytterligere forspenning i det aksefjerne avsnitt anordnet fjerde spennbolter som presser så vel ringene som rotorlegemet, men ikke pressfingrene, aksialt gjennom, hvilke fjerde spennbolter er elektrisk isolert så vel i forhold til rotorlegemet som til ringene.

Ringanordningen fikseres fordelaktig på lignende måte som rotorlegemet, aksialt og i omfangsretning på navet.

Rotorlegemet og bæreringanordningen dimensjoneres slik at begge under drift utvider seg jevnt radialt. Små eventuelt forekommende differanseutvidelser mellom rotorringen og ringanordningen kan fordelaktig kompenseres ved å legge inn bølgefjæringer av isolermateriale, som anvendes i rotorvik-1ingens navbunn.

Utførelseseksempler av oppfinnelsen samt de dermed oppnådde fordeler skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av tegningene.

Kort beskrivelse av tegningene

I tegningene er det vist skjematisk utførelseseksempler av oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et forenklet lengdesnitt gjennom rotoren for en motorgenerator,

fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom forbindelsesstedet av maskinens nav og rotorlegeme ifølge fig. 1 langs linje AA,

fig. 3 viser perspektivisk forbindelsesstedet ifølge fig. 2,

fig. 4 viser et lengdesnitt gjennom maskinens høyre rotorende ifølge fig. 1 i forstørret målestokk,

fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom viklingshodet og de til-hørende avstivninger ifølge fig. 4 langs linje BB,

fig. 6 viser et planriss av maskinens viklingshodet,

fig. 7 viser et lengdesnitt gjennom den høyre rotorende analogt med fig. 4 med en ytterligere isolert spennbolt i det aksfjerne avsnitt,

fig. 8 viser et tverrsnitt gjennom viklingshodet og de til-hørende avstivninger ifølge fig. 7 langs linje CC.

Utførelsesmåter av oppfinnelsen

På fig. 1 i tegningen er rotoren for en motorgenerator vist i sterkt skjematisk form. Den omfatter et rotornav 1 med en indre navdel 2 som er flensforbundet med akselen 3 av en ikke vist vannturbin, samt en ytre navdel som består av et antall over omfanget jevnt fordelte bjelker og som i det følgende for enkelthetens skyld skal betegnes med nav 4. Begge navdeler er innbyrdes forbundet ved hjelp av armer 5, fortrinnsvis skråarmer, som på frontsiden er tildekket av dekkplater 5a. Denne dekkplate rekker ikke til den indre navdel. Under maskinens drift suges på grunn av ventila-sjons virkningen luft utenfra inn i rommet mellom skråarmene 5 og dekkplatene 5a, og gjennomstrømmer rotorlegemet 6 som er festet på navets 4 ytre omfang. Det består av segmenter-te plater 7 som er presset sammen ved hjelp av spennbolter som er presset gjennom rotorlegemet 6 (sml. f.eks. fig. 4, pos. 8). Rotorlegemet 6 er her delt inn i aksialt distan-serte delplater (på fig. 1 bare antydet) mellom hvilke det er frigitt radiale kjøleslisser hvorigjennom kjøleluften kan strømme ut til maskinluftspalten.

Befestigelsen av rotorlegemet 6 på navet 4 skjer på kjent måte via en kileanordning, slik som vist på fig. 2 og 8. På yttersiden av navet 4 er det anordnet første aksialt forlø-pende spor 9 med rektangulært tverrsnitt, som ligger over-for de andre spor 10 med likeledes rektangulært tverrsnitt på rotorlegemets 6 indre omfang. I de første spor er det lagt inn en kile 11 med T-formet tverrsnitt. Ved hjelp av drivkiler 12, 13 som supplerer kilen 11 i inndreven til-stand til et parallellepiped, er rotorlegemet i omfangsretning fiksert på navet 4. Ved hjelp av den rektangulære form av kileanordningen er det sikret at radiale relativbevegel-ser - enten temperatur- og/eller sentrifugalkraftbetinget - er mulig mellom nav 4 og rotorlegemet 6. Fikseringen av rotorlegemet 6 på navet 4 skjer på den ene navende ved hjelp av en krage 14, på den andre navende ved hjelp av aksialt sikrede motplater 15 som er hengt på navet 4 og som er fordelt over navets 4 omfang.

På rotorlegemets 6 ytre omfang er det i spor anordnet en f.eks. tosjikts rotorvikling 16 som holdes fast der ved hjelp av sporkiler. Viklingsendene 16a som danner viklingshodet 17 og som rager ut aksialt fra rotorlegemet, er forbundet elektrisk og mekanisk ved hjelp av maljer 18, idet

en malje 18 forbinder lederenden av en leder fra det nedre sjikt, som munner ut fra et spor, med lederenden av en le-

der fra det øvre sjikt, som munner ut fra et fjernt spor (sml. fig. 6). Også denne utformning og elektriske kobling i viklingshodet er kjent fra teknikkens stand og er ikke gjenstand for oppfinnelsen.

Som det fremgår av (det delvis ikke viste) viklingshodet 17, er det absolutt nødvendig å avstive viklingshodet mot sentrifugalkraftinnvirkninger. Ettersom ombindinger - slik som allerede innledningsvis nevnt - i kombinasjon med massive avstivningsringer, som samtidig også kan overta funksjonen av en pressplate, ikke kommer på tale, består oppgaven for foreliggende oppfinnelse i å tilveiebringe en avstivning med en ringanordning som består av flere separate ringer 19,...,24 og som i det følgende betegnes som bærering. Ringene 19 til 24 er satt sammen av 2 til 6 mm tykke platesegmenter, på samme måte som rotorlegemet. Plateseg-mentene av ett sjikt er i forhold til segmentene av det naboliggende sjikt forskjøvet i omfangsretning. De eksempel-vis 6 ringer er ved hjelp av forspente spennbolter 25, 26, 27 og mutre 28 sammenpresset til en homogen bærering. Som det fremgår av fig. 5, er spennboltene 25 - 27 jevnt fordelt i omfangsretning. Distansestykkene 29 i form av rør-stykker mellom ringene 19 og 20, 20 og 21, 21 og 22, 22 og 23 samt 23 og 24, sørger for en distansering. I stedet for distanserør, kan det også anvendes en radialt forløpende distanseplate som er forsynt med tre spennbolter 25 til 27. På denne måte kan kjøleluft strømme fra navet til viklingshodet 17.

Bæreringen skyves i sin helhet på navet 4 og fiskeres på samme måte på navet 4 i omf angsretning og i aksialretning, slik som beskrevet i forbindelse med befestigelsen av rotorlegemet 6 ved hjelp av figurene 2 og 3.

For at bæreringen nu kan oppfylle sin første funksjon (å presse rotorlegemet 6), er det på endeveggen av den siste plate av rotorlegemet 6 anordnet radialt forløpende pressfingre, f.eks. sveiset sammen. Disse pressfingre 30 strek-ker seg i rotorlegemets aksefjerne område mellom de naboliggende viklingsledere 16 frem til nærmest den ytre ende av sportennene 31. I det aksenære avsnitt ender de tett foran pressboltene 8 hhv. mellom disse frem til navet (sml. fig. 5). Med spennboltene 8 ført gjennom hele rotorlegemet 6, presses nu bæreringen mot pressfingrene 30 og således også rotorlegemet 6. Presskraften i det aksnære område er til dette formål helt tilstrekkelig.

For å sikre at det også i det aksefjerne område, dvs. i spennboltenes 26 område og frem for alt den radialt sett lengst ytterst liggende spennbolt 25, kan virke tilstrekkelig presskraft inn på rotorlegemet 6, skal ifølge en vide-reutvikling av oppfinnelsen, høyden av spennboltenes 25, 26 og 27 mutre 28 som ligger på forskjellige radiale høyder, dimensjoneres slik at de radialt utenfor liggende mutre er høyere enn de radialt innenfor liggende mutre, eller ved anvendelse av mutre med samme høyde skal det anvendes forskjellige underlag (på fig. 5 ikke uttrykkelig vist). Bæreringen er definert sammenspent med spennboltene 25 til 27. Den får ved sammenspenning med spennboltene 8 en stolping. Stolpekraften virker som presskraft på pressfingrene 30 hhv. rotorlegemets flatetyngdepunkt.

Skulle det vise seg at bæreringen alene ikke er i stand til å utøve tilstrekkelig presskraft på de radialt lengre ut-over liggende pressfingeravsnitt, f.eks. når den har et for lite virksomt tverrsnitt, kan det ifølge fig. 7 og 8 anord-nes ytterligere spennbolter 32. Disse er ført gjennom de to bæreringene, dvs. alle seks ringer 19, ..., 24 og rotorlegemet, men ikke pressfingrene. Disse ytterligere spennbolter 32 er over hele boltskaftet forsynt med en isolasjon 33, og også sammenskruingen av bæreringens frontsider skjer under mellomlegging av isolasjonsskiver 34. Ellers er kon-struksjonen tilsvarende fig. 4 og 5.

Ved siden av sin funksjon som pressring eller pressplate for rotorlegemet, oppfyller bæreringen som ringanordning som består av naboliggende ringer 19,...,24, funksjonen som viklingshodeavstivning. Til dette formål er det på det ytre omfang av samtlige ringer 19,...,24 og over deres omfang anordnet jevnt fordelt halvlukkede T-formede spor 3 5 som aksialt danner en rett linje. I disse spor 35 er det skjø-vet inn gjengelinjåler 36. Gjengeboringene ligger her i ringenes 19,...,24 område. I gjengelinjålenes 36 gjengeboringer er boltskruer 37 med isolerende underlag 38 skrudd inn radialt utenfra, som presses gjennom viklingshodet 17. Anordningen og fordelingen av disse boltskruer 37 fremgår best av fig. 4 i forbindelse med fig. 6, som viser forenklet en avvikling av viklingshodet 17. Av fig. 6 fremgår at disse boltskruer 37 presses gjennom ruterformede åpninger 3 9 i viklingshodet 17. De kan, men må ikke, være forsynt med en isolasjon i skaftdelen. Mellomsjikt 40 og 41 av isolermateriale, f.eks. glassfiberforsterket kunstharpiks, mellom skruelinjalene 36 og de nedre viklingsledere hhv. mellom de nedre og øvre viklingsledere tillater en jevn trykkfordeling på viklingslederne 16 og en definert innspenning av viklingshodet 17 med ringanordningen 19,...,24, som holder stand mot alle driftspåkjenninger uten at kjøleluftstrømningen gjennom viklingshodet blir på-virket nevneverdig.

Rotorlegemet 6 og bæreringen 19,...,24 dimensjoneres slik at begge utvider seg jevnt radialt. Små eventuelle differanseutvidelser mellom rotorlegemet 6 og bæreringen kan tas opp av fjæringer av isolermateriale, f.eks. bølgefjæringer 42 av glassfiberforsterket plast, som legges inn i viklin-gens 16 sporgrunn.

Claims

1. Rotor for en elektrisk maskin, spesielt en motorgenerator for pumpelagringsverk, med et på et nav (4) anordnet rotorlegeme (6) som består av lamellerte plater (7) og som holdes sammen ved hjelp av aksialt forløpende spennbolter (8) , med spor på rotorlegemets ytre omfang, hvor en rotorvikling (16) er lagt inn og holdes der mot påvirkning av sentrifugalkraft, idet viklingsendene (16a) som løper ut aksialt fra rotorlegemet (6) og danner viklingshodet (17), sikres ved hjelp av et avstivningsorgan som er forsynt med en støttering, mot påvirkning av sentrifugalkraft, hvilken støttering samtidig danner en pressplate for rotorlegemet (6), karakterisert ved at det på rotorlegemets (6) endeplater er anordnet pressfingre (30) , at støtteringen består av minst to i aksialretning, i forhold til maskinaksen, i innbyrdes avstand anordnede ringer (19,...,24) som på sin indre omfang støtter seg mot navet (4), hvorved ringene i rotorlegemets (6) aksenære avsnitt sammen med pressfingrene (3 0) er spent sammen med en første spennbolt (8) som presses aksialt gjennom rotorlegemet (6), at det i det aksefjerne avsnitt er anordnet andre spennbolter (25, 26, 27) som presses aksialt gjennom nevnte ringer (19,...,24) og spenner ringene aksialt sammen, og at det er anordnet tredje spennbolter (37) som presses radialt gjennom viklingshodet (17) og som griper an i det minste på det ytre omfang av den aksialt sett ytterste ring (19,...,24).

2. Rotor som angitt i krav 1, karakterisert ved at det, i forhold til maskinaksen, på det ytre omfang av samtlige ringer (19,...,24) er anordnet et antall halvlukkede, i omfangsretning fordelte, aksialt forløpende spor (35) som danner en rett linje, hvor det er skjøvet inn en linjal (36) som er forsynt med radialt forløpende gjengeboringer, i hvilke gjengeboringer de nevnte tredje spennbolter (37) er skudd inn.

3. Rotor som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at ringen (19) som ligger i umiddelbar nærhet av pressfingrene (30) er distansert fra denne, og at denne distanse punktuelt er fylt ut med et distanseelement, idet fortrinnsvis skruemutrene (28) som er tilordnet den andre spennbolt (25, 26, 27) på den ende som ligger på siden av rotorlegemet (6) , hvis høyde tilsvarer nevnte distanse, tjener som distanseelement.

4 . Rotor som angitt i krav 3, karakterisert ved at det, i forhold til maskinaksen, sett i radialretning, er anordnet minst to andre spennbolter (25, 26, 27), og at høyden av distanseele-mentene, fortrinnsvis mutrenes (28) høyde, er mindre i det aksenære avsnitt enn i det aksef jerne avsnitt, for å oppnå en forspenning.

5. Rotor som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at det for en ytterligere forspenning er anordnet fjerde spennbolter (32) i det aksefjerne avsnitt, som presses aksialt så vel gjennom ringene (19,..., 24) som rotorlegemet (6), men ikke gjennom pressfingrene (30), hvilke fjerde spennbolter (32) er elektrisk isolert i forhold til rotorlegemet (6) og også i forhold til ringene (19,...,24).

6. Rotor som angitt i et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at ringene ■ (19,...,24) på navet (4) er sikret i aksial- og i omfangsretning.

7. Rotor som angitt i ett av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det mellom rotorvikling (16) og sporbunn er lagt inn fjæringer (42) av isolermateriale.