DE1538725A1

DE1538725A1 - Turbogenerator mit direkt mit Fluessigkeit gekueblter Erregerwicklung

Info

Publication number: DE1538725A1
Application number: DE19661538725
Authority: DE
Inventors: Wiedemann Dr Eugen; Kranz Dipl-Ing Rolf-Dieter; Werner Sark
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1966-10-27
Filing date: 1966-12-06
Publication date: 1969-05-22
Also published as: GB1202261A; US3487243A; NO120693B; AT270793B; DE1993608U; CH453483A; SE341215B

Description

Op/ub

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Turbogenerator mit direkt mit Flüssigkeit gekühlter Erregerwicklung

Bei Turbogeneratoren werden bekanntlich durch Oberwellen des Luftspaltfeldes und bei unsymmetrischer Belastung (Schieflast) der Maschine auf der Rotoroberfläche Wirbelströme induziert, die Verlustwärme erzeugen. Zu diesen Wirbelstromverlusten kommt noch zumindest ein Teil der Reibungsverluste, die im Rotor entstehen, hinzu.

Handelt es sich um einen gasgekühlten Generator, so werden diese Verluste von dem im Luftspalt zirkulierenden Gas abgeführt. Bei Turbogeneratoren, wo jedoch die Rotorwicklung direkt mit.einer Flüssigkeit, z.B. Wasser oder OeI gekühlt wird und überhaupt keine Gaskühlung zur Anwendung kommt, fällt dann die erwähnte Wärmeabfuhr im Luftspalt weg.

Durch eine Trennung des Rotorraumes vom Statorraum mittels eines Luftspaltzylinders, sodass der Druck innerhalb des Rotorraumes gegenüber der Atmosphäre herabgesetzt werden kann, ist

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es wohl möglich, die Oberflächen-Reibungsverluste zu vermindern. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Wirbelstromverluste, die auf der Rotoroberfläche entstehen. Es wäre daher denkbar, diese Verlustwärrae an die, in der Rotorwicklung zirkulierende Kühlflüssigkeit abzuführen. Das Temperaturgefälle über öle Wicklungsisolation, vorallem bei

aber
Schieflast, wird/unzulässig

Es ist auch bekannt, die Rotorzähne durch gebohrte oder gefräste Kanäle direkt mit Flüssigkeit zu kühlen. Der Zahn ist aber häufig mechanisch sehr hoch ausgenützt; ausserdem bereitet vorallem bei einteiligen Rotorkörpern das Bohren von relativ kleinen aber langen Löchern grosse fabrikatorische Schwierigkeiten, während ausgefräste Kanäle wieder zugeschweisst werden müssen, was bei dem, im allgemeinen schlecht schweissbaren Rotormaterial nur mit besonderen thermischen Massnahmen möglich ist.

Zu berücksichtigen ist noch, dass Zusatzverlurte aber nicht nur an der Oberfläche des Rotors, sondern auch an der Rotorkappe entstehen, die gegen die Erregerwicklung mit einer verstärkten elektrischen Isolation versehen ist. Eine starke Temperaturerhöhung der Rotorkappe führt zum Lösen des SchrumpfSitzes der Kappe und damit zu einem unruhigen Lauf des Generators. Diese Zusatzverluste können auch nicht durch die bereits erwähnten Massnahmen abgeführt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Turbogenerator mit direkt mit Flüssigkeit gekühlter Erregerwicklung und ohne Gaserneue-

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rung im Luftspalt, wo die an der Oberfläche des Rotors und an der Rotorkappe entstehende Verlustwärme auf sehr einfache und wirksame Weise abgeführt v/erden soll. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass oberhalb der Erregerleiter in den Rotornuten axiale KUhlleitungen vorgesehen werden, die sich ausserhalb des Rotorkörpers unter der Rotorkappe über den ganzen Wickelkopf erstrecken und an das für die Flüssigkeitskühlung der Erregerwicklung vorgesehene Kühlsystem angeschlossen sind.

Anhand der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 den Rotor Je eines Turbogenerators teilweise in Längsschnitt zeigen, während das entsprechende Flüssigkeitssystem in schematischer Weise in der Fig. J5 bzw. 4 veranschaulicht ist. Die Fig. 5 und 6 zeigen je einen Querschnitt durch eine Rotornut.

In der Figur 1, wo der Einfachheit halber nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile gezeigt werden, bedeutet 1 den Rotor und 2 die Erregerwicklung, die direkt mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gekühlt wird. Zum Halten der Wickelköpfe J der Erregerwicklung 2 ist das Rotorende mit einer fliegenden Rotorkappe versehen, die aus einem Ring 4 besteht, die einerseits auf dem Rotorkörper 1 aufgeschrumpft ist und andererseits durch einen Schrumpfsitz mit der Endplatte 5 fest verbunden ist. Die Wickelköfpe 5 stehen über die Rohrleitungen 6 mit einer Wasserverteilkammer in Verbindung, die in mehrere tangentiale Unterkammern unterteilt

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ist, Diese Unterkanmnem sind in bekannter Weise über radiale Rohrstücke an in der Rotorwelle vorgesehenen konzentrischen Kanälen angeschlossen, die für die Zu- bzw. Abfuhr des Kühlwassers dienen. Zwischen dem Rotor 1 und dem nicht dargestellten Stator ist ein Luftspaltzylinder 10 vorgesehen* soöass der Druck innerhalb des Rotorraumes gegenüber der Aussenatmoephäre herabgesetzt werden kann um die Reibungsverluste sehr wesentlich zu vermindern.

Oberhalb der Erregerleiter 2 in den Rotornuten sind Hohlstäbe 11, II¹ vorgesehen, die sich ausserhalb des Rotöreisens 1 unter dem Rotorkappenring 4 über die Wickelköpfe 3 erstrecken. Die Hohlstäbe 11 stehen auf der Nichtantriebsseite des Rotors über eine tangential unterteilte Ringleitung 12 miteinander in Verbindung und werden über Zuflussrohrstücke 13 von der Wasserverteilkammer 7 aus mit Kühlwasser gespeist. In einer auf der Antriebsseite des Rotors vorgesehenen Ringleitung 15 stehen die Kühlstäbe 11 und auch die dem Rückfluss der Kühlflüssigkeit dienenden Kühlstäbe II¹ miteinander in Verbindung. Die Kühlflüssigkeit fliesst somit durch diese KUhlstäbe 11' zurück zu den entsprechenden Teilen der Ringleitung 12 und von dort über die Abflussrohrstücke 13' zu der Wasserverteilkammer 7. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist im vorliegenden Falle die Ringleitung 12 in vier gleiche Sektoren unterteilt, wovon Je zwei für den Zu- bzw. Abfluss der Kühlflüssigkeit dienen. Es können auch pro Sektor mehrere Rohrstücke 13 bzw.. 13^f vorgej sehen werden. Mit 16 ist noch die Unterteilung der Verteil-

kammer 7 angedeutet.

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Beim Ausführungsbelspiel gemäss Fig. 2 bzw. 4 Ist der Rotor wieder mit 1, die Rotorwicklung mit 2 und die Wickelköpfe mit 3 bezeichnet. Die Wickelköpfe 3 werden durch je eine Rotorkappe, bestehend aus einem Kappenring 4 und einer Endplatte 5 gehalten und stehen über den Rohrleitungen 6 mit einer tangential unterteilten Wasserverteilkaramer 7 in Verbindung« Oberhalb der Erregerleiter 2 sind wiederum in den Rotornuten Hohlstäbe 20 vorgesehen.Zwischen Rotor 1 und nichtdargestelltem Stator ist ein Luftspaltzylinder 10.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, wie aus der FIg. 4 hervorgeht* erfolgt die Kühlwasserzufuhr von der Verteilkammer 7 über

aus magnetischem Material
Rohrleitungen 2%* die in Öle Polzone im aktiven Rotoreisen verlegt sind und in eine Ringleitung 22 auf der Antriebsseite des Rotors einmünden, von wo aus sämtliche Hohlstäbe 20 mit Kühlflüssigkeit gespeist werden. Auf der Nlchtantriebsseite stehen die Kühlstäbe 20 ebenfalls mit einer, beispielsweise in zwei Sektoren unterteilte Ringleitung 23 in Verbindung, die wiederum durch Rohrstücke 24 mit dem Abflussteil der Ringkammer 7 in Verbindung stehen. Die Ringleitungen 22, 23 können in maximal soviele Sektoren aufgeteilt werden, wie Rohranschlüsse 21 bzw. 24 vorhanden sind.

Da bei der erfindungsgemässen Kühlanordnung die Kühlstäbe 11, II¹ (Flg. 1) bzw. 20 (Fig. 2) im Gegensatz zu den Hohlleitern der Erregerwicklung 2 nicht über Isolationsglieder mit Kühlflüssigkeit gespeist werden müssen, können die Kühlstäbe am Ende direkt mit einer Ringleitung verlötet oder verschweisst werden, die nur eine geringe Anzahl von Rohranschlüssen für

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die Verbindung mit der ausserhalb der Rotorkappe angeordneten Verteilkammer 7 benötigt. Dies hat zur Folge, dass die Schwächung der Ve rte i lkarnme rwand wesentlich geringer ist, als wenn jeder Kühlstab direkt mit der Verteilkammer in Verbindung stehen würde.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen Im Querschnitt zwei Ausführungsformen der Kühlstäbe, die gemäss der Erfindung für die Abführung der an der Oberfläche der Nutkeile und der Zahnoberfläche entstehenden Verlustwärme vorgesehen sind. In beiden Figuren ist der zwischen den Erregerleitern 2 und dem Nutkeil 30 eingelegte hohle Kühlstab mit 31 bezeichnet, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Um eine gute Wärmeleitung zur Oberfläche zu erreichen, werden auf beiden Seiten des KUhI-stabes keilförmige Stücke in entsprechenden Aussparungen eingesetzt, die durch Eigenfliehkraft sich an die Nutwandung und an den Kühlsteb anpressen. Bei der Fig. 5 sind die Aussparungen für die keilförmigen Stücke 32 in den Kühlleiter 31 selbst und bei der Fig. 6 in der Nutwandung vorgesehen. Die Ausführung nach Fig. 6 kommt dann zur Anwendung, wenn der Kühlmittelquerschnitt der Kühlstäbe 31 gross ist und nicht genügend Kühlleiterquerschnitt übrig bleibt um den¹ Druckkräften durch die Fliehkraft der Nutfüllung zu widerstehen. Ein guter Wärmeübergang vom Zahn direkt in den Kühlstab ist vorallem dann von besonderem Vorteil, wenn der Keil aus nicht-magnetischem Stahl besteht und eine schlechte Leitfähigkeit aufweist.

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Wenn die Kühlstäbe 3I beispielsweise aus rostfreiem Stahl bestehen^ ist es zweckmässig, noch zwischen den Kühlstä.ben

en
31 und dem Nutkeil j50 ein/Dämpferstab 33 vorzusehen, wie in

der Fig. 5 noch angedeutet ist.

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Claims

P.(j.., .*? ..**. ^η t .* η β ρ r_<..■ C h et

1. Turbogene· rs tor nlt direkt wit Flüssigkeit gekehlter Erregerwicklung und ohne Orserncuerung Im Luftspelt, dadurch gekennzeichnet, dess oberhalb der Erregerleiter in den Rotornuten mindestens eine rziele K"'.hl leitung vorgesehen ist, die sich fuseerhfIb dee Rotorkörpers unter der Rotorkappe tf.ber den ganzen V'iekelkoof erstreckt und pn ure für die Flüssigkeitskühlung der Erregerwicklung vorgesehene Kühlsystem pngeechloesori iet.

P. Turbügericrrtor nrch /^Spruch 1, drdurch g dass der Rotor von einen Luftapeltzylirider umgeben.iet.

J5. Turbogentrvtor n«?eh Anepruch 1, d&durch gekennzeichnet, das» die exialen Kilhlleitungen en einer ira ■A'ickelkopfreuin vorgesehenen gerneine«men Ringleitung imge»chloeeen sind, die mit dem Kühlsystem der Erregerwicklung in Verbindung steht.

^. Turboceneretor nach Anspruch 3* dadurch frokenneeichnet, ά.'ss öle Kiihllfeitungen einerseits auf der Antriebeseite des Rotors über eine gemeinsame Ringleitung miteinander in Verbindung stehen, die Über in der Polzone des Rotors eingelegten Rohrleitungen direkt mit Flüssigkeit aus dew K'ihisystem der Erregend ei-lung gespeist wird und andererseits im finderen Ende mit einer weiteren Ringleitung in Verbindung stehen, die 'iber RohrstUcko mit der Mflusseite dee K'lhisysterns verbunder let.

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5. Turbogenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den fttr die Zufluss leitungen vorgesehenen Nuten in der Polzone uuch Kühlleitungen oberhslb d«r Zufluss« leitungen vorgesehen sind«

6. Turbogenerator nach Anspruch k und 5» dadurch gekennzeichnet, desa die Zufluss leitungen pus rrsrnietischem Material bestehen.

7. Turbogenerator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,. Ok-äs dio K'*hlleltvngen als StHbe rusßeyildec sind, die eine axlnle Bohnmr i:ufx>?eisen.

β, Τ\..Γΐχ>30ΐκ:;Γΰ.tor nach Anspruch 7» vl;^v'Iui2h ^ekei-jnzeichiiet, d;^:-3-s die K<5hlst-?be aus Kupfer bests-h'-r..

9. Turbogenur^tcr n^.oh Anspruch 7* dedurch £eItemizeicihnot, dass die KUhletftbe oue rostfreiem Stnhl bestehen und zwischen diesen St-Iben und den Nutkeilen ein P^irriferstfib; vor«f?sehen ist,
10. Turbogonerftor nach Anspruch 1, d«durch gekennzeichnet, dass zwischen der Botornutvjmidung und der Ktihlleitunt? JceilfUrmlge Stacke eingesetzt sind, die durch FUehkrttfte einen guten thermiechen Kontakt 2wiechen KMhIleiter und Botorzahn bewirken,

Aktiengesellschaft - BBO'^TN, BOVERI ft CIE.