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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung des Generatorläufers eines Turbosatzes, der zwei End- und mehrere Zwischenteile mit Bohrungen, durch welche ein Spannstab hindurchläuft, enthält, durch
Zusammenziehen dieser Läuferteile und Festmachen der Stabenden in den Endteilen des Läufers. Dieses
Verfahren kann seine Verwendung mit grösstmöglichem Erfolg bei der Herstellung des Läufers eines vierpoligen
Generators von 1000 MV Leistung finden, dessen Abmessungen so gross sind, dass es sehr schwer ist oder gar keine Möglichkeit besteht, diesen Läufer aus einem einzigen Schmiedestück herzustellen.
Der Generatorläufer wird im allgemeinen aus mehreren Schmiedestücken zusammengestellt, die man nach ihrer Bearbeitung miteinander auf mechanischem Wege oder durch Schweissung verbindet.
So ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Turbogeneratorläufers aus zwei End- und mehreren ringförmigen Zwischenteilen bekannt, die mit Hilfe eines mittig angeordneten Spannstabes zusammengezogen werden, wobei dieser in die Endteile des Läufers eingeschraubt wird (s. beispielsweise deutsche Patentschriften Nr. 567854 und Nr. 827094).
Der nach diesem Verfahren hergestellte Läufer eines Generators von über 1000 MW Leistung weist jedoch eine niedrigere Festigkeit, Steifigkeit und geringe Zuverlässigkeit auf. Die kleinere Festigkeit dieses Läufers ist dabei hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass das Drehmoment nur mit Reibungskräften zwischen den
Stirnflächen der miteinander zusammenstossenden Läuferteile aufgenommen wird. Die geringe Zuverlässigkeit ist damit verbunden, dass alle Läuferteile nur durch den einzigen mittig angeordneten Spannstab gehalten werden, der eine 10- bis 15mal kleinere Querschnittsfläche gegenüber dem Läufermittelteil besitzt. Die herabgesetzte Läufersteiftgkeit beim Biegen wird durch eine erhöhte Flächenverformung der Läuferteile bei Berührung an den
Stossverbindungen bedingt.
Es ist eine Methode bekannt, nach welcher nur einer der genannten Mängel behoben werden kann, indem man die Läuferteile mittels Keilen und Stiftschrauben zusätzlich verbindet, wodurch die Festigkeit des Läufers etwas zunimmt.
Unter Umständen verwendet man für das Zusammenziehen der Läuferteile nicht nur einen einzigen mittig angeordneten Stab, sondern mehrere Stäbe, die dabei am Läüferumfang vertielt werden (s. beispielsweise die deutsche Patentschrift Nr. 827094). Für die grossen zwei- und vierpoligen Läufer aber kommt dieses Verfahren nicht in Frage, da die Zahl und Abmessungen der Stäbe durch die Nuten für die Wicklung eingeschränkt wird.
Es ist auch ein Herstellungsverfahren der Läufer aus mehreren Läuferteilen durch Zusammenschweissung bekannt (s. beispielsweise die Schweizer Patentschriften Nr. 150099 und 32054). Jedoch ist die Dauerfestigkeit der verwendeten Schweissverbindungen für die Generatoren grosser Leistung gering, wie dies nach Untersuchungen festgestellt worden ist, da die Biegespannungen auf Grund wechselnder Beanspruchung mit wachsenden Läuferabmessungen wesentlich zunehmen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die bei der Herstellung der Läufer von Grossleistungsgeneratoren mit bekannten Verfahren auftretenden Mängel zu beheben.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass vor dem Zusammenziehen der Läuferteile ein eine Führung in bezug auf die übrigen Läuferteile darstellender Endteil zumindest mit einem der Zwischenteile mittels Schweissung verbunden wird und das nachfolgende Zusammenziehen der Läuferteile unter einer Kraftwirkung erfolgt, die die Gesamtspannungen übersteigt, die in den Schweissverbindungen infolge sich bei der Läuferherstellung bildender bleibender Verformungen und durch Biegung beim Läuferumlauf während des Betriebes entstehen.
Hiebei nimmt die Dauerfestigkeit der Läuferschweissverbindung zumindest um das zweifache zu. Es ist zweckmässig, das Zusammenziehen der Läuferteile unter Anlegen einer entsprechenden Temperaturdifferenz zwischen dem Spannstab und den zusammenzuziehenden Läuferteilen mit nachfolgender Fixierung der Enden des Spannstabes in den Endteilen des Läufers durchzuführen.
Die Läuferteile, welche miteinander nicht verschweisst werden, sind miteinander zweckmässigerweise mit Hilfe bekannter mechanischer Verbindungen zu koppeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform eines nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten, in den Zeichnungen dargestellten Generatorläufers, in der Fig. l einen Längsschnitt eines Generatorläufers und Fig. 2 ein Diagramm, betreffend die Abhängigkeit der Dauerfestigkeitsgrenze von mittleren Spannungen in einer Schweissnaht zeigt.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellter Generatorläufer besitzt zwei Endteile-l und 2-- (Fig. l), deren einer ein Führungsteil ist, welcher mehrere ringförmige Zwischenteile--3, 4 und 5-besitzt. In den Endteilen--l und 2--des Läufers sind mit Gewinden versehene Bohrungen--9 und 16-angeordnet, in die Gewindeabschnitte eines hohlen zylindrischen Spannstabes--7--, eingeschraubt sind. Auf diesen Spannstab sind die ringförmigen Zwischenteile--3, 4 und 5--aufgesetzt. Die Zentrierung der End- und Zwischenteile des Generatorläufers gegeneinander wird bei dessen Zusammenbau mit Hilfe von Ringvorsprüngen --10, 12,13 und 15--, die in den Zwischenläuferteilen --3, 4 bzw. 5--ausgearbeitet sind, erreicht. Diese Vorsprünge passen in ringförmige Ausnehmungen in den anliegenden Läuferteilen.
Um den Mittelteil des Spannstabes zentrieren zu können, ist eine elastische Ringeinlage--18--mit durchgehendem Längsschlitz vorgesehen, die in der Bohrung des Zwischenteiles--4--untergebracht ist. Nachdem auf den Spannstab
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--7-- alle Läuferteile aufgesetzt sind, werden die Läuferteile-l, 3,4 und 5--vorgewärmt und verschweisst.
Nach durchgeführter bekannter Wärmebehandlung werden die Schweissverbindungen --20, 21 und 22-einer Druckbeanspruchung ausgesetzt. Dafür wird durch eine Bohrung--6--des Läufers Heissgas oder Dampf hindurchgeführt, welches in den Kanal des Spannstabes strömt und aus diesem Kanal durch die Bohrung
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im Endteil-2-austritt.--7-- und den Zwischenteilen--3 bis 5--in der Grössenordnung von 200 bis 3000C erreicht, so wird der Endteil --2-- des Läufers auf den Spannstab-7-bis zum Anschlag aufgeschraubt und die Zufuhr des
Gases oder Dampfes eingestellt. Dabei können nach der erfolgten Luftkühlung in den Schweissverbindungen
Druckspannungen Um über 10 kp/mm2 entstehen.
Dies führt zu einer Steigerung der Dauerfestigkeit o-a. der
Schweissverbindung um mehr als das zweifache, wie dies aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich ist.
Nach der erfolgten Kühlung werden der Zwischenteil--5-und der Endteil--2--mit Hilfe von Stiftschrauben--23--oder durch Verwendung einer andern bekannten mechanischen Verbindung miteinander gekoppelt, deren Festigkeit zur kurzzeitigen Aufnahme von verhältnismässig geringen Belastungen ausreicht, die bei eventueller Zerstörung des mittig angeordneten Spannstabes --7-- auf die angetriebenen Läuferteile wirken. Hienach werden die Wicklungsnuten ausgearbeitet.
Im Vergleich zu den bekannten, durch Schweissung gefertigten Läufern nimmt die Dauerfestigkeit der Schweissverbindungen der mittels des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Läufer derart zu, dass deren Zerstörung bei Wechselbiegebeanspruchung während des Dauerlaufes praktisch ausgeschlossen ist und gefährliche Auswirkungen eventueller Schweissfehler stark zurücktreten, da die zu deren schnellem Anwachsen beitragenden Betriebszugspannungen durch im voraus hervorgerufene Druckspannungen behoben werden.
Darüber hinaus herhöht sich auch die Zuverlässigkeit der Läufer in solchem Masse, dass sogar bei wenig wahrscheinlicher Zerstörung der Schweissverbindungen auf Grund von Schweissfehlern, kein Generatorbruch auftreten kann, da ein kurzzeitiger Läuferbetrieb allein durch den Spannstab gesichert ist.
Im Vergleich mit Läufern, deren Teile miteinander auf mechanischem Wege verbunden sind, wird bei dem erfindungsgemässen Läufer die Steifigkeit dadurch erhöht, dass alle die Höchstbelastungen aufnehmenden Läuferteile miteinander mittels Schweissung verbunden sind. Es steigt sowohl die Torsions- wie auch Biegefestigkeit eines solchen Läufers an, da die Schweissverbindungen eine beträchtlich höhere Schubfestigkeit gegenüber mechanischen Verbindungen aufweisen. Eine Vergrösserung der Zuverlässigkeit des Läuferbetriebes wird auch dadurch erreicht, da bei Zerstörung des Spannstabes ein kurzzeitiger Läuferbetrieb durch die Schweissverbindungen gesichert ist.
Es erhöht sich auch die Stabilität des Läuferbetriebes, da durch die Schweissverbindungen die Nachwirkung der Zugkraft an Läuferteilen, die durch Berührungsverformungen hervorgerufen wird, beträchtlich abnimmt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung des Generatorläufers eines Turbosatzes, der zwei End- und mehrere Zwischenteile mit Bohrungen, durch welche ein Spannstab hindurchläuft, enthält, durch Zusammenziehen dieser
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dass vor dem Zusammenziehen der Läuferteile ein eine Führung in bezug auf die übrigen Läuferteile darstellender Endteil zumindest mit einem der Zwischenteile mittels Schweissung verbunden wird und das nachfolgende Zusammenziehen der Läuferteile unter einer Kraftwirkung erfolgt, die die Gesamtspannungen übersteigt, die in den Schweissverbindungen infolge sich bei der Läuferherstellung bildender bleibender Verformungen und durch Biegung beim Läuferumlauf während des Betriebes entstehen.