WO1997006593A1 - Wickelkopf einer statorwicklung einer elektrischen maschine mit spannelementen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine, in welchem innere (1) und äußere (2) Wicklungsstäbe über gekrümmte und/oder gekröpfte Verbindungsstege (3) zu einer geschlossenen Wicklung verbunden sind, wobei die Verbindungsstege (3) und die aus dem Blechpaket des Stators herausragenden Teile der Wicklungsstäbe (1, 2) durch elektrisch isolierende Distanzstücke (7; 29) und Bandagen (8) zu einem Verbundsystem zusammengefaßt sind. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil der Distanzstücke als Spannelemente (10; 20), vorzugsweise aus nicht magnetischem, nicht leitendem Material, ausgebildet, die mit einer definierten Vorspannung in das Verbundsystem eingefügt sind. Eine Lockerung des Verbundsystems unter hohen Betriebsbelastungen kann so verhindert bzw. durch Nachspannen einfach behoben werden.

Description

Beschreibung

Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine mit Spannelementen

Die Erfindung betrifft einen Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators. Im Wickelkopfbereich einer Statorwicklung werden innere und äußere Wicklungsstäbe über gekrümmte und/oder gekröpfte Ver- bindungsstege zu einer geschlossenen Wicklung verbunden, wo¬ bei die Verbindungsstege und die aus dem Blechpaket des Sta¬ tors herauεragenden Teile der Wicklungsstäbe durch elektrisch isolierende Distanzstücke und Bandagen zu einem Verbundsystem zusammengefaßt sind, um hohe mechanische Betriebsbelastungen aufnehmen zu können. Die genaue Form der Verbindungen der einzelnen Wicklungsstäbe ist relativ kompliziert, da nach einem bestimmten Schema weit voneinander entfernt liegende innere und äußere Stäbe elektrisch miteinander verbunden wer¬ den müssen. Die aus dem Blechpaket herausragenden Enden der Wicklungsstäbe verlaufen daher in einen Teilbereich wendei¬ förmig, wobei sich innen und außen gegenläufige mehrgängige Wendeln ergeben, die an ihrer Stirnseite durch etwa radial verlaufende Verbindungsstege zusammengeschaltet sind. Solche Wickelkopfbereiche sind beispielsweise in der EP 0 432 720 Bl oder der EP 0 609 679 AI beschrieben.

In der DD-PS 36 035 ist eine Anordnung zur Befestigung der Wicklung elektrischer Maschinen beschrieben, bei der zwischen je zwei Spulenschenkeln mindestens ein aus lösbarverbundenen Teilen bestehendes Distanzstück angeordnet ist. Die das

Distanzstück bildenden Teile sind in radialer Richtung mit¬ tels einer Schraubverbindung verspannt und aus einem isolie¬ rende Eigenschaften besitzenden Material hergestellt. Durch Unterlegen geeigneter Federringe ist eine Verspannung der Wicklung auch bei Alterungserεcheinungen gegeben sowie durch Nachziehen der Schrauben ein fester Sitz des Distanzεtückes gewährleistet. In der US-PS 4,950,934 ist eine ähnliche An- Ordnung beschrieben, wobei eine der Verspannung dienende Schraube mit einem Stützrahmen des Wickelkopfes fest ver¬ schraubt ist.

In der EP 0 309 096 A2 ist eine Trägerstruktur zur Abstützung des Wickelkopfbereiches des Stators einer dynamoelektrischen Maschine beschrieben. Diese Struktur besteht aus einem Stütz¬ ring und Distanzstücken zur Beabstandung der elektrischen Wicklungen. Die Struktur weist weiterhin Bänder auf, die um die Wicklungen herumgewickelt sind.

Zur Erzielung einer genügenden mechanischen Stabilität der Wickelkopfkonfiguration werden die dort verlaufenden Teile der Wicklungsstäbe durch Distanzstücke oder Bandagen zu einem Verbund zusammengefaßt.

Daε Anbringen der Distanzstücke und das Bandagieren sind ma¬ nuelle Vorgänge, deren gleichmäßige Qualität schwer sicherzu- εtellen ist, da eine gewisse Abhängigkeit von den ausführen- den Personen besteht. Außerdem können sich auch sehr sorgfäl¬ tige und genau angelegte Bandagen im Laufe langer Betriebs- zeigen wegen Materialεchrumpfung oder der hohen Betriebεbela- εtungen lockern, so daß bei Revisionen sehr aufwendige Repa¬ raturen erforderlich εind, bei denen oft das gesamte Verbund- system erneuert werden muß. Dieε betrifft inεbeεondere große Generatoren mit einer Leiεtung von über 250 MVA, bei denen hohe Betriebsbelastungen im Wickelkopfbereich auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Wickelkopfes mit Verbundsyεtem, bei dem εich die Qualität der mechaniεchen Stabiliεierung zuverlässig einstellen läßt und eine Lockerung auch unter hohen mechaniεchen Betriebεbelaεtungen weitgehend vermieden wird. Eventuell doch auftretende Lockerungen deε Verbundeε εollen auf einfache Weiεe zu beheben εein.

Zur Löεung dieεer Aufgabe dient ein Wickelkopf nach dem An¬ spruch 1 oder 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den ab- hängigen Anεprüchen angegeben und werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nicht nur feste Di- stanzstücke im Verbundsystem des Wickelkopfes eingesetzt, sondern einige dieser Distanzεtücke alε Spannelemente auεge¬ bildet, die mit einer Vorεpannung in daε Verbundεyεtem einge¬ fügt εind. Durch Einεtellung einer vorgegebenen definierten Vorspannung sind unerwünschte bereichsweise unterschiedliche Kräfteverteilungen im Wickelkopf vermieden, wie sie bei einem Undefinierten manuellen Einfügen der Distanzstücke und von Bandagen auftreten können. Da der Wickelkopf einer Stator¬ wicklung im Querschnitt ein ringförmiges System iεt, genügen einige Spannelemente, um den geεamten Ring unter eine defi- nierte Vorεpannung zu εetzen. Solche Spannelemente können beispielsweiεe mit einem Drehmomentschlüsεel auf eine ganz definierte Vorspannung eingestellt werden, so daß durch den jeweiligen Monteur verursachte Unterschiede bei der manuellen Einbringung von festen Diεtanzεtücken und Bandagen nicht mehr auftreten können. Die eingebrachte Vorεpannung, die εich in dem herkömmlichen Verbundεystem nicht verwirklichen läßt, be¬ wirkt außerdem, daß auch unter hohen Betriebεbelastungen eine Lockerung des Verbundεyεtemeε weitestgehend vermieden wird. Selbst wenn Teile des Verbundsyεtems aufgrund von langfristi- gen Schrumpfungsprozeεεen in der Iεolierung oder aufgrund an¬ derer Einflüsse an sich zu einer Lockerung führen würden, können die Diεtanzεtücke durch ihre Vorspannung dies ausglei¬ chen.

Zumindest einige der vorgespannten Spannelemente sind in die zu dem Verbundsyεtem gehörenden Bandagen einbezogen, indem in den Spannelementen Öffnungen vorgeεehen sind, durch die die Bandagen gezogen εind. In dieεer Hinεicht ändert sich am Auf¬ bau und Verlauf des gesamten Verbundεyεtemε nichtε. Über eine mechaniεche Verknüpfung dieεer Spannelemente mit der Bandage werden die ohne Vorεpannung eingebrachten Spannelemente zu¬ εätzlich in ihrer Position gesichert. Weiterhin bewirkt eine Verknüpfung der Bandage mit einem vorεpannbaren Distanzstück auch eine Vorspannung in der Bandage und somit eine Vorspan¬ nung auf die ohne Vorspannung eingebrachten Diεtanzεtücke. Die Öffnung ist hierzu beispielsweise in einer Verspannungs- (Verkeilungε-)richtung verεchieblich.

Tritt trotzdem aufgrund εolcher Einflüεse eine Lockerung auf, so muß jedenfalls nicht das gesamte Verbundsystem erneuert werden. Eε reicht auε, die Spannelemente nachzuziehen, um den geεamten Verbund wieder zu feεtigen.

Dabei empfiehlt eε εich, wegen der hohen elektriεchen Ströme in elektriεchen Maεchinen die Spannelemente auε unmagneti- εierbarem Material herzustellen, um störende Einflüsεe auf die Magnetfelder und zusätzliche mechanische Belastungen zu vermeiden. Vorteilhaft iεt es auch, die Spannelemente nicht aus elektrisch leitfähigem Material auszubilden, da sonst Wirbelstromverluste und eine Erwärmung dieser Teile auftreten könnten. Vorzugsweise sind daher die Spannelemente ganz oder teilweise aus Kunststoff hergestellt, um diesen Anforderungen zu genügen.

Prinzipiell können solche Spannelemente im gesamten Wickel¬ kopfbereich außerhalb des Blechpaketes eingesetzt werden, je- doch ist es besonderε vorteilhaft, dieεe in einer Quer- εchnittεebene anzuordnen, die axial geεehen etwaε innerhalb deε äußersten stirnεeitigen Bereicheε des Wickelkopfes liegt. Im äußersten Bereich sind die radialen Verbindungεstege zwi¬ εchen inneren und äußeren Wicklungεεtäben angeordnet und et- was weiter innerhalb befindet sich ein Bereich mit im wesent¬ lichen gradlinig verlaufenden elektrischen Leitern, in dem die Spannelemente besonderε günεtig angeordnet werden können. Eε iεt jedoch auch möglich, dieεe bis hin in den Bereich der stirnεeitigen Verbindungsεtege in das Verbundsyεtem einzu- bringen. Typischerweise bestehen erfindungεgemäße Spannelemente aus mindestenε zwei mittelε Gewindebolzen aufeinander zu bewegba¬ ren Teilen, die sich durch schräge Anlageflächen gegeneinan¬ der und in Zusammenwirken mit benachbarten Bauteilen verspan- nen lassen. Dabei kann es sich entweder um keilförmige Bau¬ teile handeln, die in einen keilförmigen Spalt eingezogen werden, oder um sich spreizende Bauteile, die εich an gegen¬ überliegenden Wänden abεtützen.

Auεführungεbeiεpiele der vorliegenden Erfindung, auf die diese jedoch nicht beεchränkt iεt, εind in der Zeichnung dar¬ gestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Wickelkopfbereich einer Statorwicklung unmittelbar hinter den Verbindungs- εtegen und

Fig. 2 in εchematiεcher Darεtellung eine Auεführungεform eineε Spannelementeε.

Fig. 1 zeigt einen Auεεchnitt auε einem an εich ringförmigen Querεchnitt durch den Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektrischen Maschine, wobei dieser Querschnitt kurz hinter den außerhalb der Zeichenebene liegenden Verbindungεεtegen 3 liegt, die in der Zeichnung nur geεtrichelt angedeutet wer¬ den. Die erfindungεgemäßen Spannelemente 10 können allerdings außer in dieser Ebene auch in axialer Richtung weiter innen oder weiter außen eingesetzt werden. Die Statorwicklung wird durch innere Wicklungsεtäbe 1 und äußere Wicklungεstäbe 2 ge- bildet, welche stirnεeitig durch Verbindungεεtege 3, wie ge¬ εtrichelt angedeutet, zu einer geεchlossenen Wicklung verbun¬ den sind. Die Wicklungεεtäbe 1, 2 εind jeweils mit einer elektrischen Isolierung 4 versehen und zusätzlich von einer Isolierkappe 5 umschloεεen. Die Abεtände zwiεchen den Wick- lungsstäben 1, 2 werden durch Distanzstücke 7, die in Füh¬ rungsstegen 6 geführt sein können, fixiert. Bandagen 8 um¬ schlingen das ganze System und sind dabei zur Sicherung und zuεätzlichen Verεpannung der Diεtanzstücke 7 durch Öffnungen

9 in diesen geführt. Um definierte Einbauverhältniεεe unab¬ hängig vom jeweiligen Monteur zu erzielen, werden erfindungε- gemäß über den Umfang verteilt zumindest einige der Distanz- stücke 7 durch Spannelemente 10 ersetzt. Diese Spannelemente

10 bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, einem Widerlager

11 und einem keilförmigen Teil 12. Durch eine Bohrung 13 im keilförmigen Teil 12 ist ein Gewindestab 14 geführt, der in oder am Widerlager 11 befestigt ist. Mittels einer Spannmut- ter 15 kann nun das keilförmige Teil 12 des Spannelementes 10 in Richtung auf das Widerlager 11 gezogen werden, wobei sich durch die keilförmige Form eine Vorspannung des Verbundsy- εtemε sowie der Bandagen 8 in Umfangsrichtung ergibt. Unter¬ legscheiben 16 und gegebenenfalls andere Mittel, wie z.B. Tellerfedern, dienen der besεeren Abεtützung und der Siche¬ rung gegen Löεen der Spannmutter 15. Die Verwendung von Tel¬ lerfedern hat den Vorteil, daß das Spannelement 10 auf dem Gewindestab 14 federelastisch gehalten wird. Das Spannelement 10 kann dabei mit einer gewissen Vorspannung der Tellerfedern eingebaut werden, so daß etwaige Nachstellarbeiten um eine definierte Vorspannung deε Spannelementes 10 in dem Ver- bundεyεtem nicht zwingend notwendig sind. Nach dem Festziehen des Spannelementeε 10 übt dieεeε auf die keilförmige Anlage¬ fläche 18 eine definierte Kraft auε, die εich auf benachbarte Teile deε Verbundeε überträgt und damit Lockerungen im Umfeld deε Spannelementeε 10 und der Diεtanzεtücke 7 vermeidet. Eine zuεätzliche Kraft wird über die Bandage 8 ausgeübt, die durch das Spannelement 10 vorgeεpannt iεt. Gegegebenenfallε doch auftretende Lockerungen können bei einer Reviεion durch einfacheε definierteε Nachziehen der Spannmutter 15 behoben werden, ohne daß wesentliche Reparaturarbeiten am Verbundsy¬ stem erforderlich sind. Wie die Distanzεtücke 7 so können auch die Spannelemente 10 mit Öffnungen 17 verbunden sein, durch welche Bandagen 8 gezogen werden.

Fig. 2 zeigt in εchematiεcher Auεführung eine Alternative für ein Spannelement 20, welches sich zwiεchen etwa parallelen Wänden verεpreizen läßt. Daε Spannelement 20 weiεt zwei ge¬ gensinnig keilförmige Teile 21, 22 auf, welche mit einer Durchgangsbohrung 23 verεehen εind. Durch dieεe Bohrung iεt ein Gewindeεtab 24 geführt, deεsen Kopf 27 an dem einen Teil 21 anliegt, während das zweite Teil 22 durch Anziehen der

Spannmutter 25 in Richtung auf das erεte Teil 21 bewegt wer¬ den kann. Dabei gleiten die gegenεinnig keilförmigen Flächen 28 aufeinander, εo daß εich daε Spannelement 20 gegen die be¬ nachbarten Seitenwände εpreizt. Unterlegεcheiben 26 erleich- tern die Halterung und εichern die Spannmutter 25 gegen unbe¬ absichtigtes Lösen. Auch das Spannelement 20 ersetzt somit ein Distanzεtück 29 und bewirkt εo inεgesamt in einem ring¬ förmigen Verbund eine gleichmäßige Vorspannung, die Lockerun¬ gen während des Betriebes verhindern kann.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht unabhängig vom jeweili¬ gen Monteur eine definierte Vorspannung deε Wickelkopfberei- cheε einer Statorwicklung einer elektriεchen Maεchine und vermeidet weitgehend eine Lockerung während deε Betriebeε, da eventuelle Setzerεcheinungen der Werkstoffe ausgeglichen wer¬ den können. Tritt dennoch eine Lockerung auf, so kann diese durch einfacheε Nachεpannen behoben werden.

Claims

Patentansprüche

1. Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektrischen Ma¬ schine, in welchem innere (1) und äußere (2) Wicklungsstäbe über gekrümmte und/oder gekröpfte Verbindungsstege (3) zu ei¬ ner geschlossenen Wicklung verbunden sind, wobei die Verbin- dungεεtege (3) und/oder die auε dem Blechpaket deε Statorε herauεragenden Teile der Wicklungsεtäbe (1, 2) durch elek¬ trisch isolierende Distanzεtücke (7; 29) und zumindeεt eine Bandage (8) zu einem Verbundεyεtem zuεammengefaßt εind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß zu¬ mindest ein Teil der Distanzstücke Spannelemente (10; 20) sind, die mit einer Vorspannung in das Verbundsyεtem einge¬ fügt εind, und jeweilε zumindeεt eine Öffnung (17) aufweiεen, durch die die Bandage (8) geführt ist.

2. Wickelkopf nach Anεpruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Spannelemente (10; 20), inεbeεondere bei Lockerung, nach- spannbar εind.

3. Wickelkopf nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß zumindest ein Teil der Diεtanzεtücke (7; 29) mit zumindeεt einer Öff- nung (17) versehen sind, durch die die Bandage (8) zur Ver¬ bindung mit einem Spannelement (10;20) gezogen iεt.

4. Wickelkopf nach einem der vorhergehenden Anεprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Spannelemente (10; 20) zwei mittelε Gewindebolzen (14; 24) aufeinander zu bewegbare Teile (11, 12; 21, 22) enthalten, wobei mindeεtenε eineε der Teile (12; 21, 22) der Spannele¬ mente (10; 20) keilförmig auεgebildet iεt und beim Verεpannen in eine keilförmige Spalte zwiεchen benachbarten Bauteilen (5) eingezogen wird.

5. Wickelkopf nach Anεpruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß beide Teile (21, 22) der Spannelemente (20) gegenεinnig keilförmig ausgebildet sind, so daß das Spannelement (20) in einer Spal¬ te mit etwa parallelen Seitenwänden verspannt werden kann.

6. Wickelkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Spannelemente (10; 20) aus unmagnetisierbarem Material sind.

7. Wickelkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Spannelemente (10; 20) aus Kunstεtoff εind.

8. Wickelkopf nach einem der vorhergehenden Anεprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Spannelemente (10; 20) etwa in einer Querεchnittεebene im in¬ neren Bereich deε Wickelkopfeε mit Abεtand zum äußeren stirn¬ εeitigen Bereich der Verbindungεεtege (3) angeordnet εind.

9. Wickelkopf einer Statorwicklung einer elektriεchen Ma¬ εchine, in welchem innere (1) und äußere (2) Wicklungεεtäbe über gekrümmte und/oder gekröpfte VerbindungsStege (3) zu ei¬ ner geschloεεenen Wicklung verbunden εind, wobei die Verbin- dungsεtege (3) und/oder die auε dem Blechpaket deε Statorε herauεragenden Teile der Wicklungεεtäbe (1;2) durch elek¬ triεch iεolierende Diεtanzstücke (7;29) beabstandet εind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindeεt ein Teil der Diεtanzstücke Spannelemente (10;20) εind, die mit einer vorgegebenen definierten Vorεpannung eingefügt εind.