專利名稱：電機定子繞組線匝端部的固定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電機定子繞組線匝端部的固定裝置，電機包括轉子、定子和定子機座，定子有疊片鐵芯，在其端部設有定子鐵芯端板，布置在疊片鐵芯的槽中的定子繞組有底部導條和頂部導條，而其端部在軸向突出在疊片鐵芯之外，其固定器具有內環，直接或通過中間隔層而緊貼在定子繞組線匝端部，其端部擴展成內錐形，固定器還具有包括了環和支承支架的多部件外支撐，該支承支架連接于疊片鐵芯的端部。
這方面，本發明引用了例如在EP-A-0432720或US-A-5140740中所公開的現有技術，內容上兩者相同。
將汽輪發電機定子繞組的繞端(繞組端部)固定牢會因為這些繞組端部所受的巨大應力而造成某些問題。這些應力的來源在于電磁力的影響，特別是在短路情況下，還在于振動現象和在運行中因定子導條的熱膨脹與定子鐵的熱膨脹的差異。這些負荷遲早會造成松脫及摩損現象，最終造成接地和短路。
已有一些系統引入來改進大電機繞組端部的強度，這些系統的多數用一個由絕緣材料做成的整環作為中心支撐部件。
在根據德國專利申請公開文件DE-OS1613125號的電機定子繞組線匝端部固定裝置中，外環從外側緊貼線匝端部外層部分。與外環獨立的內環頂在線匝端部的內層上。為了防止兩個彼此相對軸向移動，設有包圍線匝端部的C形弓狀部件來連接這二個環。此二環以螺栓固定到軸向延伸的固定器上，固定器則固定于定子疊片鐵芯的端面上。
根據美國專利US-PS4800314號的繞組端部固定器只用一個外環。繞組端部用楔塊楔牢并結合成組，用綁帶固定到此外環上。
另一種解決支撐問題的方案，特別是在想要翻新改型時，是內容上相同的US-A-5140740及EP-A-0432720的主題。那里所提出的固定器有一內環，緊貼著其端部擴展成內錐形的定子繞組線匝端部。外部支撐則由至少二部分的環或者由在圓周方向延伸的幾個支承楔組成并互相連接起來。
連接在內環及外環或在支承楔上的拉桿用來連接內環及外部支撐。作為替代的辦法，在已知的方案中，外環和拉桿可分開配置(圖4)。和繞組端部的端弓一起，通過插入夾緊楔，內環被支持在連接于定子疊片鐵芯端部的支撐上。此二個替換例的缺點是當繞組端部單元變松時，要費很大力氣才能再予緊固。
所有已知的實例中共同的是外部支撐都由環提供。此種環在旋轉的電磁力作用之下膨脹變成橢圓形，因而只有部分起到其支撐作用。
因此，本發明的一個目的是提供一個一開始就提到過的那種新的固定器，它能經濟地和簡單地制造，可靠地承受住所有曾提到的類型的運行應力，尤其是，在有了任何松動后可以被重新緊固，這種松動在繞組端部單元中是可能發生的。
此目的按照本發明可用以下辦法達到提供第一外環緊貼支承支架自由端的外側;提供第二外環至少部分支持在定子鐵芯端板的臺肩上;將第二外環裝在支承支架上;以及在支承支架向內表面和線匝端部之間提供夾緊裝置。
兩個外環的布置和緊固，連同內環及夾緊裝置形成一種抗振繞組端部結構。將第二外環支持在定子鐵芯端板上使所述端板在短路情況下實際上不可能因徑向向外負荷的作用而膨脹。它能被加載到達到屈服點。徑向振動分量從而被限制到非常小的幅度。第一外環也因此事實而受益，受在徑向非常剛硬的支承支架所限制而不易成橢圓。由于繞組端部的外支承現在非常剛硬，繞組導條的實際楔牢是很簡單的在內環已被壓入并且軸向被固定好之后，布置在繞組導條之間的夾緊裝置便起作用。這使整個繞組端部單元成為一振動非常小的結構，能承受所有運行應力，特別是在短路情況下。在定子機座上的附加支撐基本上不需要。然而，它可以被考慮為一種附加措施且很容易實施，例如，用軸向柔軟的板簧徑向向內延伸，一方面它連結于第一外環，另一方面，連結于定子機座。
本發明的一個特別進展是第二外環最好不在其全部內圓周上而只是其部分寬度上(典型地為環寬度的1/5到1/3)支持在定子鐵芯端板的臺肩上。這承受面已證實是足夠的。
在大型電機中，特別是長度特別長的電機中，在線匝端部和定子疊片鐵芯之間發生不可避免的由熱導致的軸向位移。不加專門預防，這會使繞組端部受到不必要的應力。由此原因，在本發明的又一有益的進展中采取了預防措施將支承支架經插入軸向作用的板簧而裝到疊片鐵芯的端部上并在第二外環和定子鐵芯端板的端面之間加有彈簧裝置。所述的軸向作用的板簧和這些彈簧裝置，例如盤形(貝氏)彈簧組件一起能產生足夠高的軸向預負載力。它作用在繞組端部和定子疊片鐵芯之間并補償了繞組端部相對于定子疊片鐵芯的由熱導致的軸向位移。這樣，帶有兩個繞組端部的整個定子繞組以相對于定子疊片鐵芯能彈性地復原方式被固定起來，由熱導致的膨脹不會使單元松散。彈簧行程對此來說幾毫米已足夠。
對本發明及由此的若干其他優點更全面的理解通過參閱以下結合附圖所作的詳細敘述能容易得到，同時將會變得更清楚，這些附圖是
圖1表示經過汽輪發電機(turbo-generator)前端部的簡化縱剖面圖;
圖1A表示圖1中X部分的細節;
圖2表示定子端面高度簡化的視圖;
圖3表示按照圖1沿AA線的關于支承支架在定子鐵芯端板上可彈性復原的安裝局部剖面圖。
現參看附圖，其中同樣的標號表示各圖中相同的或相應的部件，按照圖1的通過汽輪發電機的前端部(N端或激磁機端)的簡化縱剖面中，標號1是轉子，2是定子疊片鐵芯，3是其鐵芯端板。定子繞組包括底部導條4及頂部導條5，其端部即所謂端弓從定子疊片鐵芯2突出，在電氣和機械上用并頭套6(eyes)互相連接起來。全部端弓構成繞組端部。
為支持繞組端部于外側，提供了裝在定子鐵芯端板上的支承支架7，其分布在圖2上可見。這些支架在其定子一側有徑向突起8。整片的環9是L形斷面，由絕緣材料制成，以下將稱之為第一外環，緊貼支承支架7自由端外側。在它的徑向向內指的腿部9a處第一外環裝到支承支架7的端面上。第一環和支承支架7上的徑向突起8之間的空間用來放置環狀導線11，環狀導線用隔塊10分開。
由絕緣材料，例如玻璃纖維增強塑料制成的內環12插入由頂部導條5限定的擴展成內錐狀的空間內，并用止動件13軸向固定。定子繞組的底部導條4通過插入由例如玻璃纖維墊或散亂纖維織墊構成的絕緣隔層14而被支承在內環12上。由絕緣材料制成的楔形填充片15被插入底部及頂部導條4和5之間，它實際上被分布在繞組端部的整個軸向突出部。
底部及頂部導條藉兩個可互相相對地移動的楔16、17所構成的雙楔部件來楔緊，楔16和17上設有螺紋孔并有相反的楔形表面，它們與支承支架7上同樣的相反的楔形表面18、19相互作用。此二楔可用螺栓20緊固。由絕緣材料制成的隔層21可防止底部導條4的絕緣被損壞。由隔層21、底部導條4、填充片15、頂部導條5和隔層14組成的結構用螺栓緊固辦法聯結在支承支架7及內環12上。
如在開頭已解釋，在汽輪發電機運行時，特別是啟動階段及長度很長的電機，在定子繞組4、5(由帶絕緣的銅導線組成)和定子疊片鐵芯2之間發生由熱導致的相對運動。這意味著繞組端部單元不得剛性地連接在定子疊片鐵芯2上，否則就會發生繞組端部單元松散及損壞導體絕緣。因此，支承支架7不直接裝在定子疊片鐵芯2端面上，或者，更精確地說，不直接裝到定子鐵芯端板3上，而是通過插入補償部件來安裝。在實例中，使用U形墊板22，在它們的中心處用螺栓24通過插入墊片23而緊固到定子鐵芯端板3上，形成間隙S1。支承支架7被插入相鄰墊板22在圓周方向上的腿22a之間的空間內，并被用螺栓25及螺母緊固在其上。在此種布置中，在定子鐵芯端板側的支承支架的端面并不延伸到定子鐵芯端板的端面處。這樣，在墊片23兩邊的墊板部分起著軸向動作的板簧作用并允許支承支架7和定子鐵芯端板3之間的相對運動，也因此允許與定子疊片鐵芯2之間作相對運動。此彈簧行程是在定子疊片鐵芯2的方向上由墊片23的厚度所決定。
不用附加的支承措施，這種柔性會降低整個繞組端部單元的剛性。這就是本發明所要解決的問題。按照本發明，定子鐵芯端板3在外圓周處離開定子疊片鐵芯2的這一邊上設有臺肩26，它的上面有第二外環27，它至少部分地靠在其上(參見圖1及X處細部見圖1A)。外環由像用在轉子端蓋的那種高強度非磁性鋼制成。在內周處設有轉角槽28。在此轉角槽28的徑向延伸的表面29a和定子鐵芯端板3的端面30之間留有間隙S2，它至少應同墊板22與定子鐵芯端板3之間的間隙S1一樣大。
布置在第二外環27朝定子疊片鐵芯一側的面和鐵芯端板3上臺肩26的徑向延伸的表面31之間的是彈簧裝置，它一般標為32，其結構從圖1A的詳細圖中可以看出。它圍繞著全部圓周均勻地分布。環狀螺母33貼在第二外環27的所述表面上。帽蓋35置于盤形(貝式)彈簧部件34之上并以軸向可移動的方式用螺栓固定到第二外環27上，從而用螺栓36預施負荷。外環27與帽蓋35間的間隙S3等于或只稍大于表面29a和30之間的間隙S2。
第二外環27用螺栓37緊固于支承支架7上。第一外環9用拉緊螺栓38連結于第二外環27上。此結構允許整個繞組端部單元相對于定子疊片鐵芯逆著軸向板簧(U形墊板22)和彈簧組件34的彈性力作有限的軸向移動，但在徑向非常剛硬，因為第二外環在短路情況下只能膨脹，而它不會變橢圓形，因為它是靠在臺肩26上的。
假如像圖1中所示，第一外環9通過徑向延伸的板39連接到定子機座40上，可以使繞組端部達到更大的徑向增強。這些板39在軸向可起軟板簧的作用而徑向則是剛硬的。板39均勻分布于機座的圓周上，或者分別固定于第一外環9，或者用拉緊螺栓38固定。
顯然，對本發明根據以上技術作若干修改和變更是可能的。因此不言而喻在所附的權利要求書范圍之內本發明可以超越在這里特別描述的那樣來實施。
權利要求
1.一種固定電機中定子繞組線匝端部的裝置，電機包括轉子、定子和定子機座；該定子有疊片鐵芯并在其端部有定子鐵芯端板；在疊片鐵芯的槽內布置有定子繞組，它有底部導條及頂部導條，它們的端部軸向地突出于疊片鐵芯之外；固定器有內環，它直接地或通過插入中間隔層緊貼定子繞組的線匝端部，它擴展成內錐形；有多部件的外支撐，包括環和支承支架，該支承支架裝在疊片鐵芯的定子鐵芯端板的端部上；其特征是其中設有第一外環緊貼支承支架自由端的外側；還設有第二外環，支持在定子鐵芯端板的臺肩上；第二外環裝在支承支架上；夾緊裝置設在支承支架的向內表面和線匝端部之間。
2.根據權利要求1的裝置，其特征是其中支承支架經插入板簧裝到疊片鐵芯端部。
3.根據權利要求2的裝置，其特征是其中板簧由U形墊板組成，在板的中心處經插入墊片而緊固于定子疊片鐵芯上;支承支架被緊固到各U形墊板的腿上。
4.根據權利要求1到3中任一個的裝置，其特征是在第二外環和定子鐵芯端板之間設有軸向起作用的彈簧裝置。
5.根據權利要求4的裝置，其特征是彈簧裝置包括盤形(貝式)彈簧組件，它沿環的圓周均勻分布;每一個由帽蓋包圍;帽蓋以軸向可移動的方式連結到第二外環上。
6.根據權利要求1到5中任何一個裝置，其特征是其中第二外環在內圓周處有轉角槽，該槽有徑向延伸的表面，在它和定子鐵芯端板的端面之間空出一個間隙，而其另一個表面直接靠在定子鐵芯端板的臺肩上。
7.根據權利要求1到6中任何一個裝置，其特征是其中夾緊裝置有帶相反的楔面的雙楔部件，該楔面和在支承支架上相反的楔面互相作用。
全文摘要
汽輪發電機的繞組端部支撐包括內環(12)，直接或經過插入隔層(14)緊貼于定子繞組(4、5)的線匝端部，它擴展成內錐形；還包括一個多部件的外支撐，包括有環(9、27)和支承支架(7)。支承支架(7)被裝到疊片鐵芯的定子鐵芯端板(3)的端部上。由絕緣材料制成的第一外環(9)緊貼于支承支架(7)自由端外側。第二外環(27)被支持于定子鐵芯端板(3)的臺肩(26)上，在支承支架(7)的向內表面(18、19)和線匝端部之間有雙楔夾緊裝置(16、17、20)。
文檔編號H02K3/50GK1110023SQ95102158
公開日1995年10月11日 申請日期1995年2月25日 優先權日1994年2月26日
發明者H·齊默曼 申請人:Abb管理有限公司