DE1538803A1

DE1538803A1 - Einrichtung zur Unterstuetzung und unmittelbaren Kuehlung der Rotor-Wickelkoepfe von Turbogeneratoren

Info

Publication number: DE1538803A1
Application number: DE19661538803
Authority: DE
Inventors: Wallenstein Dipl-Ing Mihaly
Original assignee: Ganz Villamossagi Muevek
Current assignee: Ganz Villamossagi Muevek
Priority date: 1966-02-05
Filing date: 1966-06-08
Publication date: 1970-01-29
Also published as: SE321026B; GB1136660A; US3465183A; BE692854A; AT261726B; CH451307A; DE1538803B2

Description

Patentanwälte CO, Ssp,

Dipt -Ing. A. Grünecker

Pr.-lr.ci. W.. Stockmair München2-V MsximihamU. 43

Ί?

zur unterstützung und

DER ROTOR-WIGKELgöPFE VCN TURBOGEHERATOR0i

Der bei ^O Hz 3000er Minutendrelisaiil-Läufer ist der mechanisch am meisten beanspruchte Bauteil von zweipoligen elektrischen Wechselstro:.jnaschinen, den sog. Turbogeneratoren. In den Nuten des LauferStahlblocks befindet sich die mit Gleichstrom erregte Wicklung. Die große mechanische Beanspruchung tritt im Läuferblockmaterial infolge der eigenen Fliehkräfte des Läuferblockes, sowie der Fliehkräfte des ins Eisen gebetteten Teils der Wicklung auf, Die Fliehkräfte der sich an den beiden Lauferblock-

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Neu· Unterlagen (Art 7 & ι At* 2 νγ,

enden befindlichen Verbindungen der Wicklungen, der sog. Wicklungsköpfe werden von besonderen, diesem Zweck dienenden Elementen, den meist aus antimagnetischem Stahl verfertigten Bandagekappen aufgenommen. Die mechanische Grundbeanspruchung der Bandagekappen besteht ebenfalls aus ihren eigenen Fliehkräften, sowie aus denen der getragenen Wicklungsteile.

Außer den fliehkraftbedingten Grundbeanspruchungen entstehen im Läufer noch beachtliche mechanische Zusatzbeanspruchmigen (die aus dem Läufereigengewicht verursachten Biegebeanspruchungen, die vom Schmieden, der Wärmebehandlung zurückgebliebenen Spannungen, die fertigungsbedingten Beanspruchungsüberschüsse u.a.)

Im gesteigerten Maße treten Beanspruchungsüberschüsse im die Wicklungsköpfe fixierenden Bandagekappensystem auf. Das Auftreten und die Größe eines Teiles derselben hängt in hohem MaBe von der konstruktiven Ausgestaltung ab. Die ungleichmäßige Verteilung des Wicklungsmaterials unter der Bandagekappe kann in derselben so eine zusätzliche Biogebeanspruchung hervorrufen, die konstruktionsmäßig nur schwer zu beeinflussen ist. Aber die aus der Vorspannung der Bandagekappe stammenden Beanspruchungen können beim Entwurf schon in einem gewissen' MaAe bestimmt werden, teilweise durch die richtige Wahl der Lockerungsdrehzahl (bei der sich die Kappe von dem Sitz ablöst), teilweise durch die Elastizität der miteinander in Berührung kommenden Elemente«

Die Anwendung von Lüftungsbohrungen in der Bandagekappe verursacht große örtliche Beanspruchungsspitzen.

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SADORÄXt

Die Zusatzbeanspruchungen, die die Ausgestaltung der Verbindtang zwischen dem Bandagekappensystem und der Welle verursacht, hängen aber vollständig von der Konstruktion ab. Atif den Abbildungen Ia-Id sind die herkömmlichen Anordnungsarten ersichtlich. Auf der Abbildung la ist der sich an Welle 2 geschrumpfte Zentrierring 4, daran und an Block 1 ebenfalls geschrumpft die Bandagekappe J5 zu sehen. Auf Abbildung Ib sieht man einen*an die Welle 2 geschrumpften Zentrierring 4, die darauf geschrumpfte, aber sich an Block 1 nicht anschließende Bandagekappe >, Abbildung Ic zeigt eine an den Läuferblock 1 geschrumpfte Bandagekappe 3> wo der Zentrierring 4 frei fliegend ist. In der Figur Id ist die an den Block 1 und an den Zentrierring 4 geschrumpfte Bandagekappe 3 ersichtlich, wo der Zentrierring 4- auf dem sich ebenfalls an Block 1 anschließenden Zentrierrohr 5 aufsitzt,,

Diese verschiedenen Lösungen sind als Folge der sich immer mehr klärenden Erkenntnis jener Erscheinungen zustande gekommen, daß sich nämlich die Durchbiegung des durch die Lagerreaktion belasteten Wellenendes an der «Stelle der steifen Verbindung auf die Bandagekappe überträgt und darin, bzw. an den Schrumpfsteilen unerwünschte, sich wiederholende Zusatzbeanspruchungen hervorruft. Die Bestrebungen laufen darauf hinaus, diese Verbindung zu lockern, elastisch bzw, das Bandagekappensystem von der Bewegung des Wellenendes ganz unabhängig zu machen.

Die der Erfindung gemäße Lösung erachtet es als überaus wichtig, daö Bandagekappensystem von der Welle unabhängig

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machen und verwendet grundsätzlich die Lösung nach· Fig. Id₁ wobei ein an die Stirnseite des IÄuferblocks befestigtes Zentrierrohr die Wicklungskopfe sowie den Zentrierring unter-' stützt, worauf das vom, Lauferblock weiter weg befindliche Bandagenkappenende angeschrumpft ist, .

Bei Turboläufern - besonders bei Hochleistungsmaschinen - ist das andere grundlegende Problem die intensive Kühlung der Wicklung. Die neuzeitlichste Lösung davon ist die, wobei das Kühlmedium (Luft, Wasserstoff oder ein anderes Kühlmittel) mit dem Wicklungsmaterial unmittelbar, ohne Dazwischenschaltung eines Isoliermaterials oder eines anderen zur Wärmeleitung bestimmten Materials in Berührung gelangt. Mit 30 einer sog. unmittelbaron Kühlung kann man die in den Wicklungen entstehenden Verluste mit der geringsten Übertemperatur ableiten. , ■, .......

Es sind mehrere Arten der unmittelbaren Leiterkühlung bekannt. Sie weisen im allgemeinen die charakteristische Eigenschaft auf, daß die Kühlung der Wickelköpfe weniger intensiv ist, als die des geraden, in Eisen gebetteten Teiles dor Wicklung. Die Lösung besteht.nämlich meistdaraus, daß die Wickelköpfe als Hohlleiter ausgebildet sind. In deren Kanäle dringt das Kühlgas durch die in den Wickelköpfen ausgebildeten öffnungen'oder Bohrungen ein und strömt dann in dem in Eisen gebetteten Teil von dort wieder hinaus. Im langen Kühlkanal ist die Erwärmung des Gases groß, so ist demzufolge am . Ausströmungsort die Wicklungstemperatur auch hoch, es entsteht ein sogenannter "hot-spot", ein heißer Punkt. Gewöhnlich ■ - 4 - - ■'■-■- - ■-■:■■

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BAD J

. let es dies« Erscheinung, die der Belastbarkeit eines unmittelbor gekühlten Läufers dieser Kühlungsart Schranken setzt. • * Der andere Nachteil dieser Lösung ist, daß die größte Kanaiänge der Hohlleiter im Interesse der Erzielung einer . genügend großen Gasmenge, bzw. Gasgeschwindigkeit den Querschnitt des Kanals und damit auch den des Leiters bestimmt. Zu einem genügend großen Kanalquerschnitt gehört auch ein großer Leiterquerschnitt, zu diesem aber bei der erreichbaren Stromdichte ein starker Erregerstron, bei Maschinen sehr hoher Leistung 4000-5000 A. Die Herstellung und Einleitung in die Wicklung von solchen großen Strömen verursacht aber weitere Sorgen.

Bei einer Lösung nach der Erfindung ist das zur Anwendung gelangende Kühlgrundprinzip, dafl die Wickelkopfkühlung von der.Kühlung des in den Eisenkörper gebetteten geraden Teiles unabhängig gemacht ist. Gleichzeitig werden aber die Kühlkanäle der Wickelkopfleiter selbst auf die bekannte Art so in kurse Abschnitte geteilt» daß die Kanäle strömungsnäßig alle mit einander parallele Gasströmungswege bilden. Auf diese Art kann der Querschnitt so kurzer Kanäle und ·■. damit der Leiterquerschnitt viel kleiner als gewöhnlich sein. Die Kühlung ist infolge der großen Gasmenge, der großen Kühloberfläe&e und des guten Färmeübertragungskoeffizienten, der durch die kurse Kühlkanallänge bedingt ist, sehr wirksam. Der Leiterquerschnitt ist frei wählbar, dadurch kann der Erregerstrom niedrig gehalten werden (b.B. bei 2000 A auch bei Einheiten sehr großer Leistung).

909885/0556 BADORiGttWL

Sie Lösung nach der Erfindung löst gleichzeitig die drei grundlegenden Probleme des Turbogeneratorläufers hoher Leistung: nämlich die Unterstützung der Wickelköpfe unabhängig von den Bewegungen der Welle, die intensive Kühlung der Wickelköpfe unabhängig von dem in Eisen gebetteten geraden. Teil und . ermöglicht einen verhältnismäßig niedrigen Erregerstrom,

Um das zu erreichen ist bei der Ausführung nach der Erfindung die Anwendung eines solchen Leitermaterials (Fig. 2) notwendig, wobei die geraden und gebogenen Partien der Wickelköpfe mit Lüftungskanälen 7 versehen sind, die quer zur Sichtung des Leiters 6 verlaufen. Charakteristisch für diese Kanäle ist die kurze Kanallänge und der Umstand, daß die Kanäle die beiden Seiten der Leitersäule verbinden und damit das Durchströmen des Kühlgases in Querrichtung ermöglichen. Auf Fig. 2 ist außer den aus zwei - glatten und gerippten-Bändern bestehenden Leitern - als eine mögliche Lösung - auch noch die Windungsisolation 8 zu sehen.

Das Wesentliche der Anordnung nach der Erfindung wird anhand einer möglichen beispielsweisen Lösung in Fig. 3a und b gezeigt, wobei letztere den Schnitt A-A der erstehen zeigt. Bei dieser gelangt ein Zentrierrohr 5 zur Anwendung, das das Bandagekappensystem von den Wellendeformationen unabhängig fixiert und gleichzeitig die unabhängige Lüftung der Wickelköpfe ermöglicht und das zum Lauf erblock 1 mit den Schrauben 9 befestigt ist. Auf einem Isolier zwischenstück 10, das auf das Zentrierrohr 5 aufgezogen ist, sind die aus Leitern 6 und Windungsisolationen 8 bestehenden Wickelköpfe gesetzt. Zu dem

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Zentrierrohr 5 schlißt sich der Zentrierring 4 an. Darauf und auf dein' Lauf erblocfc1 ist die Bandagekappe 3 geschrumpft. An der Stirnseite ist der kit Radialschauf ein -versehene Lüfter 11 angeordnet, um das die Wickelköpfe kühlende Gas zum Strömen zubringen. /

Die Lüftung der Wickelköpfe zeigt ebenfalls Fig. 3a und "b. Das Kühlgas strömt in Pfeilrichtung in den Kanälen 12 Ic des Zentrierrohres 5 unter die V/iekelkÖpfe, Aus diesen Kanälen gelangt das Kühlgas durch die Bohrungen 13 des Zentrierrohres 5 und der Isolier zwischenläge 10 zwischen die einzelnen Wickelkopf säulen.' Die hier untergebrachten, aus Isoliermaterial verfertigten Distanzstücke ermöglichen es dem Kühlgas in die Lüftungskanäle" 7 einzuströmen, die in den Leitern in Querrichtung ausgestaltet sind.

Das in der Wicklungssäule in Querrichtung durchgeströmte Kühlgas gelangt auf der anderen Seite, den zweckdienlich ausgestalteten Distanzstücken entlang, in einen solchen Raum, der durch die Bohrungen 15 des Isolier-Zwischenstücks 10 mit jenen Kanälen 16 des Zentrierrohres 5 verbunden ist, die durch die Bohrungen 17 des Zentrierringes 4 unter der Saugwirkung des Lüfters 11 (Radiallüfter) stehen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE '

Zweipoliger, mit in Radialnuten liegender Wicklung und mit die Wickelköpfe niederhaltender massiver Bandagekappe versehener Turbogeneratorläufer, dadurch gt© k e η η ζ e i c h net, daß auf einer oder auf beiden Seiten die Wickelköpfe auf einem aus Isolierstoff gefertigtem Zwischenstück und durch dieses auf einem solchen' auf die Stirnseite des Läuferblook-Mittelteile befestigten Zentrierrohr aufliegen, das mit vorteilhaft axialen Kanälen versehen ist und aus diesen Kanälen führen Öffnungen in die Bäume zwischen den Wioklungssäulen, gleichzeitig sind im Wicklungsmaterial auf beide Seiten hinauslaufend die öffnungen ausgestaltet.
2. Turbogeneratorläufer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil dor vorteilhaft axialen Kanäle am Außenmantel, ein anderer Teil an dem Innenmantel des Zentrierrohres ausgebildet sind.
3. Türbogeneratorläuf er nach den Patentansprüchen 1- oder 2_f dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Kanäle des Zentrierrohres auf die Stirnseite des Bohres hinausführen, während weitere Kanäle zu den zweckmäßig ausgeführten öffnungen des Zentrierringes, bzw. zum Lüfter führen.
4·» Turbogeneratorläufer nach Patentanspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die sich an die Kanäle des Zentrierrohres anschließenden öffnungen des Zentrierringes, auf dessen Oberfläche größtmöglichsten Durchmessers mündende Kanäle bilden, oder sich an diese anschließen.

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0AD om_QlNAL
5. Turbogeneratorläuf er nach den Patentansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet » daß das Zentritrrohr aue einem Stück hergestellt ist/
6. Turbogeneratorläufer nach den Patentansprüchen ■ 1-4, dadurch g ο k θ η η ζ e lehnet, daß auf dem Zentrierrohr aus Metall oder aus Isoliermaterial, bzw. aus deren Kombination verfertigte, darauf befestigte Elemente vorteilhaft axiale Kanäle bilden.
7. Turbogeneratorläufer nach den Patentansprüchen 1-6, dadurch gt k e η η ζ e I c h η e t , daß das Isolier-Zwieohenetück ein maamirienhängende8, aus Isolierstoff verfertigtes Rohr iet.
8. Turbogeneratorläufer nach den Patentansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolier* Zwischenstück aus mehreren Teilen besteht und diese auf das Zentrierrohr befestigt sind. ,

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