专利名称：用于发电机、尤其是涡轮发电机的转子的制作方法
用于发电机、尤其是涡轮发电机的转子
狱领域
本发明涉，于产生电能的发电机的^领域。本发明涉及一种如权利要 求1的前序部分所述的转子。
背景技术：
长期以来众所周知，大型涡轮机如蒸汽涡轮m^M气涡轮机的转子由M
焊接成组件的转子元件制成(例如参见EP-Al-0604 754)。因此，尤其要用不同 的材料制成对热要求不同的转子区段，并要使成本和耐用性达到最佳。此外， 选购材料时，较之专门制造而成的^^件更简单，只需提供相对小的盘形元件。
在电动发电机尤其是涡轮发电机的转子中，迄今尚未通过由单个盘形元件 一起焊接而制造转子。就涡轮发电机的转子而言，除了机械和热性质外，还要 考虑电磁性，因为转子是磁回路的一部分且通常承载绕组。为了容纳绕组，在 转子辊身(Ballen)中设有沿轴向伸展的槽，它们以一定的槽深度径向地伸入转 子内部(例如参见EP-1 361 642)。
在过去已多次提出由单个盘体纟贼的涡轮发电机的转子..从DE-PS-573 512 中已知一种用于涡轮发电机的转子，其由轴向并排的完整盘体组成。端部盘体 与轴端件制成一体。盘体在其圆周上彼M过焊^^接。为了支it焊缝，有利 的是，额外:tW过螺栓将盘体彼，接起来。盘面还可交替地设有相互咬合的 突起和凹陷部以提高稳定性。
为了提高3雖，焊縦可沿着在軒圆周中切害啲绕组槽體。这样做的 缺陷在于，细长的受限于边缘的焊缝仅能实现焊接转子有限的强度，尤其是它 们还被绕组槽中断时。槽中附加的焊缝虽然提高了一定圆周上的强度，但却造 成费用较高。
此外，US-A-3,780,428公幵了一种用于涡轮发电机的转子，其中转子主体 同样通il将多个盘^边缘侧焊接而组成。这里，细长的焊缝这样提供了附加 的强度，即，转子的端部件通过位于内部的螺栓连接，螺栓使转子沿轴向处于 压应力下。并且，这些提高强度的措施费用极高且造鹏子结构非常复杂。^!去同样已经提出具有较深的焊缝的涡轮发电机的转子(参见DE-AS-1 017 263)。
对于再生核企业，需要还大一些的转子(4极式涡轮发电机，发电机转子 的单皿量达到300吨)。如此大的锻件在全世界也只有少数供货商能定制。存 在一定的废品风险，其可能只有在后来的加工状态下才能确定。
顺便要说的是，随*^件大小和重量的增加，在物理tM和取决于律隨的 剩余应力方面产生不均匀性。而小一些的锻件却能均g得很好，且运转中几 乎不雜转子因材料结构在最后加工MI呈中不)^尔而弯曲的危险。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于发电机尤其是涡轮发电机的转子, 其由相互煤接的盘形的转子元件组成，并在机械强度较高时具有尽可能大的磁 性作用^f只，还鹏一种该转子的制造方法。
该目的是5131权利要求1和16的特征,实现的。对于本发明至为重要的 是，在相互焊接的转子元件之间间隙的外圆周上，该间隙转变成加宽的与焊缝 邻接的空腔。为此，尤其可这样设计空腔的几何结构，即，一方面其^f只尽可 能小，另一方面在其区域内产生尽可能小的机械应力。
本发明一结构的特征在于，焊缝在内边缘各自具有环绕的底部缝 (WuTzelnaht)，空,底部缝的径向高度上在两侧包括凹底部(Hinterstich)，并 且，空腔在凹底部与间隙之间由过渡轮廓限定。
根据该结构的改进方案，过渡轮廓 线的且以预定的角度通向上述间隙。 作为替换，奶度轮m构造为具有预定，的圆弧形。
本发明另一结构的特征在于，在转子上设有分布在圆周上的多个沿轴向伸 展的绕组槽以容纳绕组，绕组槽皿槽深度沿径向方向取向；位于槽区域中的 焊缝具有大于绕组槽的槽深度的焊缝深度。
本发明又一结构的特征在于，转子元j瞎本呈圆柱形地构造，并且，焯缝 的焊缝深度在转子的M圆周上保挣恒定。
此外，对于间隙的构造有利的是，连接面垂直于转子轴线取向且基本呈平 面地构造。
另一结构的特征在于，转子具有为第一外径的转子辊身和两个为第二和第三外径的轴端，第一外径大于第二和第三外径，并且，焊缝设置在转子辊身和 轴端的区域中。为此可避免在轴端的锻件中产生駄的夕卜径突变。
作为替换，可以考虑转子具有为第一外径的转子辊身和两个为第二和第 三外径的轴端，第一夕卜径大于第二和第三外径，并且，焊缝仅设置在转子辊身 的区域中。为此可容易满足轴端直线度和同轴度方面的部分高要求。
根据本发明的又一结构，除了两W由端外，转子还包括多个相互焊接的盘 体作为转子元件，其中盘体的轴向长度不同。按此方式，可有利地例如在转子 辊身的端部设置薄的盘体。
根据另一有利结构，轴端和/離体可具有一个赫多个中央空腔，它们尤 其构造为通孔或盲孔。空腔可用于材茅被制、励磁电流输送、7賴口齐啲输A^口
输出等。由于4丰賦涡轮发电机转子的十字臓场结构，这是特另瞎禾啲。轴
端在此可构造成实心或构造有盲孔，例如用于密封冷却气体或局部地实现较高 的机械强度。此外还可想到使用具有多个单个空腔的盘体。盘体空腔的尺寸 可有所不同，以便必要时改进转子的机械性能。此外，焊缝在转子辊身区域内
的高度也可不同。
焊接盘体之间的间隙应具有尽可能小的间隙宽度。尤其是，间隙宽度与焊
缝的焊缝宽度大致相等。
此外，还可想到为了控律附料和/^ Ain输出;t^剂，从空腔通向转子
的夕卜轮廓，向布置在转子辊身内的绕组槽通有径向Mit。
本发明制造方法一构型的特征在于，,在车削之前去应力退火。 另一构型的特征在于，^这样的转子元件，其在要焊接的侧面上具有在
空腔与相接的焊接间隙之间环绕以对中并调节间隙宽度的结合片，结合片与阶
梯式，轮廓对中船目互咬合并在随后的焊接中熔化。
下面参照实施例结合附图详细描述本发明。其中
图1示出了本发明一实施例的軒的纵剖面，其中焊缝仅位于转子辊身中 且盲孔由两端引入转子中；
图2示出了本发明另一实施例的转子的纵剖面，其中轴端实心构逄且可通
过焊缝(s)在轴端中皿径突变地构造；图3示出了本发明又一实施例的转子的纵剖面，其中可看到绕组槽且中央 盲孔用于输ity令却介质；
图4示出了本发明转子的转子辊身的不同实施例的各分视图(4a至4d);
图5示出了本发明^f的轴端的不同实施例的各分视图(5a至5c);
图6示出了本发明转子的盘体与轴端之间的焊接连接构造的实施例；
图7示出了具有统性过渡轮廓的在焊接连接中环绕着间隙的空腔的可能结 构的放大细部图8示出了具有圆弧形过渡轮廓的在焊接连接中环绕着间隙的空腔的另一 可能结构的放大细部图9示出了两个在焊接之前彼此邻接的軒元件的放大细部亂转子元件
分另鹏造有环绕的结合片，以使间隙对中并保持畅通。 附图标记列表
10， 10'， 10" 转子(被焊接，用于涡轮发电机)
11， 14 轴端
12， 13 盘体
15， 15'， 16， 16' 孑L
17 焊缝
18 转子轴线
19 绕组槽
20， 21， 22 J^i卩气道 23， 24， 26， 28 转子辊身 25, 33 中规 27， 29， 30 盲孔 31， 32， 34 轴端 35， 36 盲孔
37 间隙
38 空腔(空穴)
39 底部缝
40 凹底部41，42 鄉轮廓
43,44 结合片(环绕的)
45纖轮廓(阶梯式，相互咬合)
a角度(过渡轮廓)
b焊缝宽度
B间隙宽度
h高度(凹底部)
H高度(空腔)
R雜C过渡轮廓)
S焊缝(轴端内)
TN槽深度(绕组槽)
Tw焊麟度
具体实施例方式
图1至3在纵剖面中对本发明涡轮发电机转子的不同实施例作了阐述。
图1的转子10由两个在^轴线18的方向上居中布置的盘体12、 13组成， 这两个盘体12、 13相互焊接，并在端部分别与轴端11或14焊接。盘体12、 13 和轴端11、 14共同组成为基本上为圆柱状的转子元件。转子元件11， ...， 14 的连接面，转子元件之间M该连接面相互连接(焊接)，垂直于转子轴线18 取向且基本上为平面。
转子10的转子辊身由两个盘体12、 13和两4^由端U、 14的内侧区段乡賊。 ,辊身的特点在于，其夕卜径相对于轴端U、 14扩大。容纳转子绕组的绕组槽 (图3中的19)安置在转子辊身中。在此这样将转子10分^子元件11,...， 14，以致焊缝17仅存在于转子辊身的区域中。由lt^尤容易满足轴端11、 14的 直线度和同轴度方面的部分高要求。
盘体12、 13的轴向长度被选定成不一样长，例如，薄盘体可置于转子辊身 的端部。转子10中可设有中央轴向孔15、 16,它们在图1的示例中构造为两个 自相对置的侦腼不同宽度地伸入转子10中的盲孔。左孔15穿3te轴端11和与 左轴端11相接的第一盘体12并终止于第二盘体13中。右孔16终止于右轴端 14中，于是两孔15、 16之间没有贯通。两孔尤其利于重量优化(重量减轻)。如果转子io特别设计成4 ^試的话，其所弓胞的磁性作用術只上的损失很小。
在图2的实施例中，转子10'同样由两^由端11、 14和两个置于其间的彼 此焊接的盘体12、 13组成。但与图1的转子10不同，左轴端11是实心构造的， 由此例如翻于较高的糊。右 L 16与图1的相同，而左 L 15与之相反地在 轴向长度J^短至两盘体12和13。左轴端11中的点线在这里^^轴端中附加
的焊缝S。为此避免在轴^件中外径W^:突变。
在图3的实施例中，,10"的转子辊身中具有绕组槽19，其容纳,绕 組并具有槽深度Tm。位于绕组槽19区域中的焊缝17有利地具有这样的焊缝深 度(图7中的Tw)，其大于绕组槽19的槽深度Tn。焊缝17的焊,度尤其可 在軒IO、 10'、 IO"的齡圆周上保持度定。在图3的示例中，由HPI,入转子 10〃中的中央孔16'用于输送(气态)冷却介质，辨卩介质由轴端区域中的第一冷 却气道20、 21駄孔16'中，并由分布在转子辊身上的第二7賴P气道22 7賴卩转 子绕组或,辊身(亦可参见图3中的流动箭头)。
图4和5对转子辊身(图4)和轴端(图5)的不同实 式作了阐述。图 4a的转子辊身23是实心构造的。图4b的,辊身24具有贯通的中央孔25。 转子辊身26具有自一侧(右侧)引出的盲孔27。最后，图4d的,辊身28 具有两个对称的相对置的盲孔29和30。所属的盘体具有内部相应的(中央)空 腔，其可用于材料控制、励磁电流的输送以及7转,的输A^I/繊出。舰具 有十字^M场的4极式涡轮发电机尤其有利。也可想到，使用具有多个单个空 腔的盘体。不同的空腔可以是贯通的或中断的(一侧或两侧的盲孔)(对此亦可 参见图1-3)。
盘体和轴端可具有通向夕卜轮廓或绕组槽的径向孑L洞(例如图3中的7物气 道20-22)(用于材禾被制、7转卩齐啲输A^V鄉出)。轴端可以是实心构造的(轴 端31)、 ^j造有盲孔(轴端34;盲孔35、 36)、或构造有贯通的中央孔33 (轴 端32)(参见图5a《)，例如用以密封^4口气体，或局部地实现较高的机械3鹏。
盘体空腔的大小可有所不同，以H^要时鹏转子的IW性能。同样地， IT 辊身区域中焊缝的高度也可不同。
为了使转子主体的磁性作用体积尽可能大，本发明转子中焊缝17下方的空 腔具有尽可能小的间隙37 (图6)。这一点通过平行的盘面实现，在盘面的外边 缘上安置有专门设计的呈环绕的空腔形状的空穴38。为了肖巨让要焊接的转子元件11和12相对地对中且在焊接时保持间隙37畅通，在两者上设有根据图9在 两个軒元件11、 12上在空腔38与相连的焊接间隙之间环绕的半径相同的结 合片43、 44，其与阶梯式的纖轮廓45对中地相互咬合并在稍后焊接时爆七， 于是产生图7或8所示的最终状态。
间隙37和空腔38如下实现盘体11、 12 (平行间隙)之间的间隙宽度(图 7、 8中的B)尽可能小，以便实现最大的磁性作用術只。轴向方向上的常规间 隙量是焊缝宽度，这确保焊缝完^M测试。
间隙37夕卜纖上的空穴38在径向延伸范围(高度H)和轴向长虹尽可 能小，以便再实J臓大的磁性作用体积。空穴38在几何结构上被构造^^可能 形繊小的机械应力。一麟说，空穴38由(两侧的)凹底部40和通向平行 间隙37的过渡轮廓41或42组成，其中凹底部40在焊缝17的底部缝39的径 向高度上的高度为h。过渡l^l^r以是圆弧形(图8中的42; ，R)、直线的 (图7中的41;成角度a的直线)或者是两者的组合。
軒IO、 10'、 IO"以如下方式库隨盘体12、 13首先在360。的圆周上以大 于槽深度TN的恒定深度焊接。随后，必要时进行去应力退火、^h转子的车削 以及绕组槽19的铣削。
这1U超l^具有如下优点
一在铣削绕组槽时，无切屑落在盘体之间的间隙中；
一在转子齿(绕组槽之间)的承载高Ri:的焊接连接得到良好控制；
—标准化盘体(经过预测试)的存储縮短了^周期；
—消除了定制 锻件产生废品的风险(就，体件的废品而言，会导致 延误交货微一年)；
一转子槽在平面几何^^方面的精度高且在旨转子辊身长度上具备直线 度、平行度。
权利要求
1、一种用于发电机、尤其是涡轮发电机的转子(10、10′、10″)，该转子(10、10′、10″)由多个沿转子轴线(18)相继排列的单独的转子元件(11，…，14)组成，其中，转子元件(11，…，14)在连接面上彼此对接，并在形成圆环形焊缝(17)的情况下相互焊接，焊缝各自同心地围起具有预定的间隙宽度(B)的圆形的中央的间隙(37)，其特征在于，在间隙(37)的外圆周上，间隙转变成加宽的与焊缝(17)邻接的空腔(38)。
2、 如权利要求l所述的軒，其特征在于，空腔(38)的几何结构是这样 构造的，以致一方面其体积尽可能小，另一方面在其区域内产生尽可能小的机 鹏力。
3、 如权利要求l或2所述的軒，其特征在于，焊缝(17)在内边缘上各 自具有环绕的底部缝(39)，并且，空腔(38)，部缝(39)的径向高^h在 两侧包括凹底部(40)。
4、 如权利要求3所述的转子，其特征在于，空腔(38)在凹底部(40)与 间隙(37)之间由过渡轮廓(41， 42)限定。
5、 如权利要求4所述的转子，其特征在于，过渡轮廓(41)超线的，并 且以预定的角度(a)通向间隙(37)。
6、 如权利要求4所述的转子，其特征在于，过渡轮廓(42)被构造成具有预定^M5 (R)的圆弧形。
7、 如^^i」要求1至6之一所述的转子，其特征在于，在转子(10、 10'、 10")上设有分布在圆周上的多个沿轴向伸展的用于容纳绕组的绕组槽(19); 绕组槽(19)以槽深度(TN)沿径向方向取向；位于槽(19)区域中的焊缝(17) 具有大于绕组槽(19)的槽深度(TN)的焊 度(Tw)。
8、 如权利要求i所述的转子，其特征在于，軒元件(n， ...， 14)基本呈圆柱形地构造，并且焊缝(17)的焊缝深度(Tw)在转子(10、 10'、 10")的 齡圆周上保持恒定。
9、 如权利要求l至8之一所述的軒，其特征在于，连接面垂直于转子轴 线(18)取向且基本呈平面地构造。
10、 如权利要求1至9之一所述的转子，其特征在于，軒(10、 10'、 10")具有一个为第一外径的转子辊身(23， 24， 26， 28)和两个为第二和第三外径 的轴端(ll， 14)，第一外径大于第二和第三外径，并且焊缝(17， S)设置在转 子辊身(23， 24 , 26 ， 28)的区域中和轴端(ll, 14)的区域中。
11、 如权利要求l至9之一所述的转子，其特征在于，转子(10、 10'、 10") 具有一个为第一外径的转子辊身(23， 24， 26, 28)和两个为第二和第三外径 的轴端(ll， 14)，第一外径大于第Z^口第三夕卜径，并且焊缝(17)仅设置在转子 辊身(23， 24， 26, 28)的区域中。
12、 如权利要求10或11所述的軒，其特征在于，除了两賴端(11， 14)夕卜，軒(10、 10'、 10")还包括多个相互焊接的盘体(12, 13)作为转子 元件，并且盘体(12， 13)的轴向长度不同。
13、 如权利要求12所述的,，其特征在于，轴端(11， 14)禾口/皿体 (12， 13)具有一个或者多个中央的空腔(15， 15'， 16， 16'， 25， 27， 29， 30， 33， 35， 36)。
14、 如权禾腰求13所述的转子，其特征在于，空腔(15， 15'， 16， 16'， 25， 27, 29， 30， 33， 35， 36)构造为通孔或盲孔。
15、 如权利要求13或14所述的转子，其特征在于，为了进行材料控制和/ 敏賴卩齐啲输入和输出，从空腔(15， 15'， 16， 16'， 25， 27, 29， 30， 33， 35, 36)朝着转子(10、 10'、 10")的夕卜轮廓或朝着布置在转子辊身内的绕组槽(19) 通有径向的ilii (20， 21， 22)。
16、 如权利要求1至15之一所述的軒，其特征在于，间隙宽度(B)与 焊缝(17)的焊缝宽度(b)大致相等。
17、 一种如权利要求1至16之一戶舰的转子的制造方法，其特征在于，首 先在第一步骤中，以大于后来的槽深度(TN)的恒定深度(Tw)在整个360° 的圆周上焊接转子元件(ll,…，14)，在第二步骤中，车削旨转子(IO、 10'、 10")，在第三步骤中，在转子辊身(23， 24， 26, 28)中铣削绕组槽(19)。
18、 如^l利要求17所述的方法，其特征在于，转子在车削之前去应力退火。
19、 如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，使用这样的转子元件 (11， 12)，其在要焊接的侧面上具有在空腔(38)与相接的焊接间隙之间用于 对中并调节间隙(37)宽度的环绕的结合片(43， 44), J^结合片与阶梯式的 纖轮廓(45)对中地相互咬合，并在随后的焊接中船七。
全文摘要
一种用于发电机、尤其是涡轮发电机的转子(10)，其由多个沿转子轴线(18)相继排列的单独的转子元件(11，12)组成，其中，转子元件(11，12)在连接面上彼此对接，并在形成圆环形焊缝(17)的情况下相互焊接，焊缝各自同心地围起具有预定的间隙宽度的圆形的中央的间隙(37)。为了在使机械应力尽可能小时实现最大的磁性作用体积，在间隙(37)的外圆周上，间隙转变成加宽的与焊缝(17)邻接的空腔(38)。
文档编号H02K1/26GK101309020SQ200810131448
公开日2008年11月19日 申请日期2008年3月3日 优先权日2007年3月2日
发明者M·沃格特, R·约霍, R·罗特辛格 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司