DE102009016515A1

DE102009016515A1 - Dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE102009016515A1
Application number: DE102009016515A
Authority: DE
Inventors: Holger Henning; Philipp Ellebrecht; Stefan Veser; Thomas Hildinger
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-14
Also published as: DE102009016515A8; WO2010115483A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale: - einen Rotorballen; - einen ringförmigen Wickelkopf, der axial neben dem Hauptläufer und zu diesem koaxial angeordnet ist; - einen Tragring, der radial innerhalb des Wickelkopfes und zu diesem koaxial angeordnet ist; - eine Welle oder Nabe, die radial innerhalb des Tragringes und zu diesem koaxial angeordnet ist; - Wickelkopf und Tragring sind in radialer Richtung miteinander verspannt; - Wickelkopf und Tragring sind mit dem Rotorballen drehfest, aber relativ zu diesem in axialer Richtung bewegbar; - der Wickelkopf stützt sich mittelbar oder unmittelbar auf der Welle oder Nabe ab und ist auf dieser in axialer Richtung gleitbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine, beispielsweise einen elektrischen Generator. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit der konstruktiven Ausgestaltung einer Konstruktion, durch welche die Wickelköpfe des Rotors gegen Fliehkräfte gesichert sind.
Eine solche dynamoelektrische Maschine umfasst die folgenden Bauteile: einen Hauptläufer, ringförmige Wickelköpfe, die axial neben dem Hauptläufer und zu diesem koaxial angeordnet ist, einen Tragring, der radial innerhalb der Wickelköpfe und zu diesen koaxial angeordnet ist.
Zur Befestigung der Spulenköpfe von Rotorwicklungen ist es unter anderem üblich, die Spulenköpfe innen durch einen ringartigen Wicklungsträger abzustützen und die Spulenköpfe auf diesem Wicklungsträger mit Hilfe von Bandagen zu fixieren. Insbesondere bei größeren Maschinen kann anstelle einer Bandage auch ein mehrfach geteilter Ring verwendet werden, der mit Isolierzwischenlagen an den Wickelköpfen anliegt und mit Hilfe von Schrauben am Wicklungsträger fixiert wird. Bei besonders großen Fliehkräften können auch Kappen über die Spulenköpfe geschoben werden. Derartige Kappen sind insbesondere zur Fixierung der Wickelköpfe des Rotors von Turbogeneratoren üblich (Buch „Leitfaden der Elektrotechnik" – Band 3 – „Konstruktions- und Festigkeitsberechnungen elektrischer Maschinen" Verfasser: Dr. C. von Dobbeler, 1962, B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, Seiten 25 bis 29 und 58 bis 62; DE 26 29 574 B2 ; DE-PS 7 01 612 ). Es ist weiterhin bekannt, die von der umlaufenden Erregerspule einer Synchronmaschine ausgehenden Fliehkräfte mit Hilfe von an der äußeren Stirnseite der Erregerspule anliegenden Haltebrücken aufzunehmen, die ihrerseits durch am Laufkörper der Maschine befestigte, auf Zug beanspruchte Bolzen gehalten werden. ( DE-PS 9 50 659 ).
Die Aufgabe der Fixierung von Wickelköpfen eines Rotors stellt sich in besonderer Weise bei läufergespeisten Schleifringläufermaschinen, wie sie neuerdings für drehzahlregelbare Wasserkraft-Motor-Generatoren für Pumpspeicherbetrieb zum Einsatz kommen. Für derartige Generator-Motoren ist u. a. charakteristisch, dass der Rotor einen Durchmesser von 3 bis 7 m aufweisen kann. Zur Fixierung der Wickelköpfe eines solchen Rotors ist es bekannt, am Rotorkörper über Stützböcke Halteringe anzuordnen, in denen die Enden von U-förmigen Zugbolzen fixiert sind. Je ein Zugbolzen übergreift dabei mit seinem U-förmigen Bereich einen Wicklungskopf (Bericht 11–104 „Development and achieved commercial Operation ... for a pumped storage power plant", der CIGRE-Tagung 1992, 30. August bis 5. September). Eine derartige Wickelkopfbefestigung ist konstruktiv und montagetechnisch sehr aufwendig.
DE 195 19 127 C1 beschreibt eine dynamoelektrische Maschine der genannten Bauart. Dabei umfasst die Sicherungseinrichtung gegen Fliehkräfte Zugstäbe, die mit ihren radial inneren Enden am Tragring, und mit ihren radial äußeren Enden an Lagerkörpern angreifen, die radial außen an den Wickelköpfen anliegen.
Die Wickelköpfe sind stromdurchflossen. Sie werden daher auf höhere Temperaturen erwärmt und dehnen sich aus. Der Tragring hingegen ist nicht stromdurchflossen und bleibt daher kalt. Um hieraus resultierende mechanische Spannungen zu vermeiden, wird dem Luftspalt zwischen dem Tragring und den Wickelköpfen Kühlluft zugeführt, meist von der Stirnseite der Maschine her. Die Kühlluft tritt im Radialspalt zwischen den Wickelköpfen ein, durchströmt diese in radialer Richtung und tritt außerhalb der Wickelköpfe wieder aus. Die Praxis zeigt, dass diese Art von Kühlung nicht ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass einerseits eine zuverlässige Sicherung der Wickelköpfe gegen radiales aufweiten zufolge der Fliehkräfte gewährleistet ist, und andererseits eine ausreichende Kühlung, die unzulässige Spannungen zwischen den Wickelköpfen, den Zugstäben und dem Tragring vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Demgemäß wird Folgendes vorgesehen:

– Die Wickelköpfe und der Tragring sind mit dem Hauptläufer drehfest, aber relativ zu diesem in axialer Richtung bewegbar.
– Die Wickelköpfe stützen sich auf der Welle oder Nabe ab und sind auf dieser in axialer Richtung gleitbar.

Der Stand der Technik sowie die Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt wesentliche Teile des Rotors einer bekannten dynamoelektrischen Maschine in einem Axialschnitt.
2 zeigt in vergrößerter Darstellung die wesentlichen Bauteile des Rotors einer dynamoelektrischen Maschine gemäß der Erfindung.
In 1 erkennt man einen Rotor 1 einer dynamoelektrischen Maschine. Der Rotor hat einen Außendurchmesser, der mehrere Meter aufweisen kann, beispielsweise 5 oder 6 m. Eine Nabe 2 trägt ein Rotorblechpaket 3. Dieses ist mittels einer Druckplatte 4 axial verspannt. In die Nuten der Rotorbleche sind Wicklungen 5 eingelegt. Diese ragen axial mit den Wickelköpfen 6 aus dem Rotorblechpaket 3 hervor.
Zum Abstützen der Wickelköpfe 6 ist die Nabe um einen Nabenfortsatz 2.1 axial verlängert. Der Nabenfortsatz 2.1 trägt ein weiteres Blechpaket 7 mit Blechen 7.1 und einer Druckplatte 7.2. Die Wickelköpfe sind ferner von einem ringförmigen Stützkörper 8 umgeben. Dieser besteht aus mehreren biegesteifen, plattenartigen Ringabschnitten. Zum Zusammenspannen des Stützkörpers 8 und des Blechpaketes 7 des Nabenfortsatzes 2.1 dienen Zugbolzen 9.
Die gezeigte Ausführungsform ist in DE 195 19 127 C1 beschrieben.
Bekanntlich verlangen solche Maschinen eine intensive Belüftung. Bei der bekannten Ausführungsform wird diese durch die Stützkörper 9 behindert.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform umfasst einen Rotorballen 10 mit einer Nabe 20. Die Nabe 20 weist einen Nabenfortsatz 20.1 auf. Ein ringförmiger Wickelkopf 60 ist axial neben den Rotorballen 10 angeordnet. Er verläuft koaxial zum Rotorballen 10.
Man erkennt ferner einen Tragring 30. Dieser ist auf der Nabe 20 gleitend gelagert. Ringscheiben 40 sind mit ihren radial inneren Enden am Tragring 30 befestigt. Sie tragenden Wickelkopf 60.
Genau wie bei der Ausführungsform gemäß 1 sind auch hier wiederum Zugbolzen 90 vorgesehen. Diese sind jeweils zwischen zwei einander benachbarten Ringscheiben 40 angeordnet. Sie dienen dem Zusammenspannen der Fläche des Wickelkopfes 16. An ihren radial äußeren Enden liegen sie an Stützkörpern 80 an. An ihren unteren Enden befinden sich Spannmuttern 70.
Die erfindungsgemäße Ausführung weist die folgenden Vorteile auf:
Im Bereich des stromdurchschlossenen Wickelkopfes 60 findet eine Erwärmung und damit eine Ausdehnung in axialer Richtung statt. Durch die gleitende Lagerung des Tragringes 30 auf der Nabe 20 können alle Bauteile, die sich radial innerhalb des Wickelkopfes 60 befindet, ungehindert und ohne Auftreten von Spannungen eine Axialbewegung ausführen, und zwar in Richtung hinweg vom Rotorballen 10.
Die genannten Stützkörper 80 sind plattenförmig. In Draufsicht gesehen – hier nicht dargestellt – können sie rechteckig oder rund oder andersartig gestaltet sein. Jedenfalls sind es keine Ringe, so wie die Stützkörper 8 bei der Ausführungsform gemäß 1. Sie schirmen daher nur eine minimale Fläche ab, so dass die Strömung von Kühlluft radial von innen nach außen nur minimal behindert wird.

1: Rotor
2: Nabe
2.1: Nabenfortsatz
3: Rotorblechpaket
4: Druckplatte
5: Wicklungen
6: Wickelköpfe
7: Blechpaket des Nabenfortsatzes
7.1: Bleche
7.2: Druckplatte
8: Stützkörper
9: Zugbolzen
10: Rotorballen
20: Nabe
20.1: Nabenfortsatz
30: Tragring
40: Ringscheibe
60: Wickelkopf
70: Spannmutter
80: Stützkörper
90: Zugbolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 2629574 B2 [0003]
- DE 701612 [0003]
- DE 950659 [0003]
- DE 19519127 C1 [0005, 0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Leitfaden der Elektrotechnik” – Band 3 – „Konstruktions- und Festigkeitsberechnungen elektrischer Maschinen” Verfasser: Dr. C. von Dobbeler, 1962, B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart, Seiten 25 bis 29 und 58 bis 62 [0003]
- Bericht 11–104 „Development and achieved commercial Operation ... for a pumped storage power plant”, der CIGRE-Tagung 1992, 30. August bis 5. September [0004]

Claims

Dynamoelektrische Maschine, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale: 1.1 einen Rotorballen (10); 1.2 einen ringförmigen Wickelkopf (60), der axial neben dem Hauptläufer und zu diesem koaxial angeordnet ist; 1.3 einen Tragring (30), der radial innerhalb des Wickelkopfes (60) und zu diesem koaxial angeordnet ist; 1.4 eine Welle oder Nabe (20), die radial innerhalb des Tragringes und zu diesem koaxial angeordnet ist; 1.5 Wickelkopf (60) und Tragring (30) sind in radialer Richtung miteinander verspannt; 1.6 Wickelkopf (60) und Tragring (30) sind mit dem Rotorballen (10) drehfest, aber relativ zu diesem in axialer Richtung bewegbar; 1.7 der Wickelkopf (60) stützt sich mittelbar oder unmittelbar auf der Welle oder Nabe (20) ab und ist auf dieser in axialer Richtung gleitbar.
Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1 der Wickelkopf (60) ist mit dem Tragring (30) durch Zugbolzen (90) verspannt.
Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbolzen (90) an ihren radial äußeren Enden an Stützkörpern (80) angreifen, die ihrerseits auf dem Wickelkopf (60) ruhen.
Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 der Wickelkopf (60) ist von Ringscheiben (40) getragen; 4.2 die Ringscheiben (40) sind in achssenkrechter Ebene angeordnet; 4.3 die Ringscheiben (40) greifen an ihren radial inneren Enden am Tragring (30) an.
Dynamoelektrische Maschine nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zugbolzen (90) zwischen zwei Ringscheiben (40) angeordnet ist.
Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring 30 in axialer Richtung in zwei oder mehrere Teil-Tragringe unterteilt ist, deren jeder auf der Welle oder Nabe (20) in axialer Richtung gleitbar ist.
Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Teil-Tragring wenigstens eine Ringscheibe (40) und ein Zugbolzen (90) zugeordnet ist.