Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine Die in neuerer Zeit bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Turbogeneratoren, eingeführte Flüssigkeitskühlung ermöglicht den Bau extrem gros- ser Leistungseinheiten. Die Vorteile derart grosser Aggregate bestehen im wesentlichen aus einer Ver minderung der Baukosten/KW und einem höheren Wirkungsgrad. Andererseits ist aber der Bau flüssig keitsgekühlter Turbogeneratoren mit einem erhebli chen konstruktiven Aufwand verbunden. Die Folge davon ist, dass auch die Zahl der potentiellen Stö rungsquellen in der Maschine zunimmt.
Wenn ein Turbogenerator von<B>500</B> oder gar<B>1000</B> MW, wie er mit der Flüssigkeitskühlung erstellt werden kann, durch irgendeine vielleicht mir geringfügige Störung ausfällt,<B>so</B> kostet<B>jede</B> Ausfallstunde derart grosser Kapazitäten dem betreffenden Energieversorgungs unternehmen ein Vermögen. Aus diesem Grunde ist es bei solch grossen Maschineneinheiten noch viel wichtiger als bisher, dass die Beanspruchungen an allen Teilen der Maschine möglichst niedrig gehalten werden, und dass, sollte dennoch eine Störung ein treten, alle wichtigen Maschinenteile leicht werden, schnell zugänglich sind, so dass Reparaturen und In spektionen in kürzester Zeit durchgeführt werden können.
Es ist ganz besonders anzustreben, dass ein grosser Teil eventueller Reparaturen bei turnender Maschine vorgenommen werden können, um auch die Anfahr- und Abfahrzeiten dcr Turbine einzu sparen.
Eines der empfindlichsten und kompliziertesten Teile bilden die wassergekühlten Wickelköpfe der Statorwicklung wegen der Vielzahl der erforderlichen Anschlussschläuche, Flüssigkeitsverteilerkammern und Kontaktverbindungen. Es muss deshalb grösster Wert auf leichte Zugänglichkeit dieses Bereiches gelegt werden. Hierfür sind auch noch andere Erforder- nisse massgebend.
Die stosskurzschlussichere Befe stigung der Statorwickelköpfe und deren überwa- chung sowie die Gewährleistung einer ausreichenden Blechpaketpressung sind wichtige Aufgaben im Elek- trogrossmaschinenbau. Eine gute und schnelle Zu gänglichkeit in den Wickelkopfräumen ist auch für die Erfüllung dieser Aufgaben unerlässlich.
Bei bis her bekannten Konstruktionen ist ein Zugang zu den Wickelköpfen nur nach umständlichen und zeitrau benden Demontagemassnahmen möglich, da die Flüssigkeitsanschlüsse für die Zuleitung und Vertei lung mit den den Wickelkopfbereich abdeckenden Gehäuseteilen der Maschine fest verbunden sind. Um von allen Seiten Zugang zum Wickelkopf zu erhalten, wird es hierbei notwendig, zunächst das Lagerschild zu entfernen, dann sämtliche Flüssigkeitsanschlüsse zu den Leiterstäben zu lösen, um schliesslich auch das Stirnteil des Gehäuses abziehen zu können. Dass bei einer solchen Konstruktion eine schnelle Repara tur der Maschine oder gar eine Reparatur bei turnen der Maschine unmöglich ist, liegt auf der Hand.
Es wird dabei sogar notwendig, den Generator von den Antrieben und der Erregermaschine abzukuppeln und den Rotor auszufahren, um die Wickelköpfe frei legen, zu können. Ausserdern unterliegen die Flüssige keitsanschlüsse im Bereich des Wickelkopfes hohen Beanspruchungen infolge der Relativschwingungen zwischen dem Wickelkopf und dem im Gehäuse befe stigten Ringleitungen, wodurch ihre Störaufälligkeit erhöht wird.
Es handelt sich bei diesen Schwingungen im we sentlichen um die bekannten<B>100</B> Hz-Schwingungen des Blechpaketes, die auf die Widkelköpfe übertragen werden. Darüber hinaus entstehen noch zusätzliche Schwingungen unter Einwirkung elektromagnetischer Kräfte im Wickelkopfbereich. Bei grossen Maschi- nen, bei denen das Blechpaket im, Gehäuse federnd aufgehängt ist, sind die Relativschwingungen zwi schen den aktiven Teilen und dem Gehäuse beson ders stark.
Auch von den Lagerschüden werden auf das Ge häuse Schwingungen übertragen, die die Relativ schwingungen an den Kühlflüssigkeitsanschlüssen noch verstärken können. Aufgabe der Erfindung ist eine elektrische Ma schine, bei der unter Vermeidung dieser Nachteile die Störanfälligkeit wesentlich verringert ist und Inspek tionen und eventuelle Reparaturen schnell und zum Teil bei turnender Maschine durchgeführt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass bei der elektrischen Maschine, deren Statorwicklung aus flüssigkeitsgekühlten Hohlleitern besteht, bei denen die Kühlflüssigkeit über Verteiler- bzw. Sam- mel-Ringleitungen, die mit den Enden der Leiterstäbe über Isolierstoffschläuche verbunden sind, zu- bzw. abgeführt wird, die Ringleitungen nur an den Wickel köpfen der Statorwicklung oder der Wickelkopfab- stützung befestigt sind,
und dass die Zufuhr und<B>Ab-</B> fuhr der Kühlflüssigkeit zu und von den Ringleitungen vom bzw. zum Gehäuse der Maschine, in dem das Ständerblechpaket befestigt ist, erfolgt, wobei zwi schen den Ringleitungen und den im Gehäuse befe stigten Zu- und Abflussleitungen Schwingungskom- pensatoren angeordnet sind.
Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeitszu- und -abfuhr zu und von den Ringleitungen und Lei terstäben von den die Wickelköpfe umschliessenden Gehäuseteilen der Maschine völlig unabhängig sind. Die Befestigung der kingleitungen an den Wickel köpfen oder der Wickelkopfabstützung, sowie die Befestigung der Flüssigkeitszu- und Abflussleitungen an dem Gehäuse der Maschine unter Zwischenschal tung von Schwingungskompensatoren# hat den Vor teil, dass kaum noch Relativschwingungen zwischen den einzelnen Flüssigkeitsanschlüssen auftreten kön nen, wodurch die Beanspruchung wesentlich verrin gert wird.
Trennt man die die Wickelköpfe umgeben den Gehäuseteile vom Gehäusemittelteil, so sind diese Gehäusestimteile zweckmässig ohne Lösung irgendeines Flüssigkeitsanschlusses abziehbar, wobei sie den gesamten Wickelkopf freigeben.
Da nicht in allen Störungsfällen gleich der gesam te Wickelkopfraum freigelegt werden muss, sieht die Erfindung z. B. vor, dass die Lagerschilde der Ma schine in an sich bekannter Weise horizontal geteilt sind, so dass die Lagerschildoberteile abhebbar sind. Zusätzliche etwa vorhandene Wickelkopfabdek- kungen können dann ebenfalls leicht entfernt werden. Damit wird z. B. der halbe Wickelkopfraum von den Stirnseiten der Maschine her zugänglich, wobei die Drehzahl der Maschine allenfalls nur bis auf Turn- Drehzahl abgesenkt werden muss.
Der untere Teil der Wickelkopfräume wird mit Vorteil ebenfalls von der Stirnseite her zugänglich, indem man nach<B>Ab-</B> fangen der Maschinenwelle die Lagerschildunterteile entweder in eine Fundamentaussparung absenkt oder nach oben schwenkt.
Erweist es sich als notwenig, den Wickelkopf- raum allseitig freizulegen, so wird zweckmässig das Lagerschildoberteil abgehoben und das Unterteil ab gesenkt, so dass das Gehäusestimteil in axialer Rich tung so weit verschiebbar ist, dass die Wickelkopf- räume allseitio, freiliegen. Ein Verschieben der Ma schinenwelle oder ein Abkuppeln vom Antriebs- oder Erregersatz ist nicht notwendig. Um kleinere Repara turen oder Inspektionen noch einfacher während des Turnens vornehmen zu können, wird z.
B. vorge schlagen, dass die seitlich im Gehäuse im Bereich der Wickelköpfe angeordneten Gasrückkühler in begeh baren Schächten eingebaut sind, die von den Wickel- kopfräumen durch eine ausbaubare Zwischenwand getrennt sind, so dass nach Ausbau der Kühler und Entfernung der Zwischenwände ein grosser Teil der Wickelkopfräume durch die Kühlerschächte zugäng lich wird. Ausserdem kann das Gehäuse im Bereich der Wickelköpfe mit verschliessbaren Montage- und Kontrollöffnungen (Mannlöcher) versehen sein, die während des Betriebes der Maschine gasdicht ver schlossen sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt einen Gesamtquerschnitt des Stators der Maschine gemäss der Erfindung, in zusammenge bautem Zustand.
Fig. 2,<B>3</B> und 4 zeigen die einzelnen Demontage- Schritte, die bei Reparaturen notwendig werden.
Auf Fig. <B>5</B> ist die Zugänglichkeit vom Kühler raum zur Wicklung dargestellt.
In Fig. <B>1</B> ist mit<B>1</B> das Gehäusemittelteil bezeich net, in dem das Ständerblechpaket <B>5</B> aufgehängt ist. An den Stirnseiten des Gehäusemittelteils<B>1</B> sind Ge- häusestirnteile 2 befestigt, die die Wickelkopfräume umschliessen. Die Lagerschildoberteile <B>3</B> und die nicht dargestellten Lagerschildunterteile verschlies- sen das Gehäuse in axialer Richtung. Die Welle der Maschine ist mit 14 bezeichnet.
Die Versorgung der Leiterstäbe<B>6</B> mit Kühlflüssigkeit erfolgt im Wickel- kopfraum über die Flüssigkeitszu- und -ableitungen <B>11,</B> die im Gehäusemittelteil<B>1</B> befestigt sind, über die Flüssigkeitsverteilerringe <B>8</B> und von dort aus über Isolierstoffschläuche <B>9</B> zu den einzelnen Leiterstäben <B>6.</B> In dem Ausführungsbeispiel sind die Ringleitungen <B>8</B> an der mit dem Ständerblechpaket <B>5</B> verbundenen Wickelkopfabstützung <B>7</B> befestigt.
Sie können aber auch mit den durch die Stabenden <B>6</B> gebildeten Wik- kelköpfen selbst verbunden werden. In beiden Fällen führen sie die gleichen Schwingungen wie das Blech paket aus. Auf diese Weise werden Schwingungsbe anspruchungen an den Flüssigkeitsanschlüssen zwi schen den Verteilerringleitungen <B>8</B> und den Staben- den <B>6</B> vermieden, da beide Teile zueinander keine Relativschwingungen ausführen.
Um auch Schwin gungsbelastungen in den Zu- bzw. Ableitungen<B>11</B> vom Gehäusemittelteil<B>1</B> zu den Ringleitungen<B>8</B> zu vermeiden, sind in den Leitungen<B>11</B> Schwingungs- kompensatoren <B>10</B> angeordnet. Sollten dennoch ein mal Störungen im Bereich des Wickelkopfes auftre ten, so kann der Wickelkopfraum für die Reparatur leicht zugänglich gemacht werden, wie es in den Fig. 2,<B>3,</B> 4 und<B>5</B> dargestellt ist. Die gleiche Anord nung kann aber auch bei ungeteilten Gehäusen, bei denen der Mittelteil<B>1</B> und die Stirnteile 2 aus einem Stück bestehen, mit Vorteil vorgesehen werden.
In Fig. 2 ist die obere Hälfte des Wickelkopfrau- mes von der Stirnseite her durch Abheben des Ober teiles<B>3</B> des geteilten Lagerschildes freigelegt. Repa raturen an der Flüssigkeitsverteilung im Wickelkopf- raum können nun von der Stirnseite her und durch das Mannloch 12 im Gehäusestirnteil 2 leicht beho ben werden, ohne dass es notwendig wird, die Ma schine stillzusetzen. Für kleinere Reparaturen und Inspektionen im unteren Bereich des Wickelkopfrau- mes dient beispielsweise das Mannloch<B>13.</B> Es ist auch möglich,
nach Abfangen der Welle des Rotors 14 das Lagerschildunterteil 4 in eine Fundamentaus- sparung abzusenken oder auf der Welle nach oben zu schwenken, so dass der untere Bereich des Wickel- kopfraumes auch von der Stirnseite her zugänglich wird.
Für grössere Reparaturen kann der gesamte Wik- kelkopfraum auf einfache Weise freigelegt werden, wie es in Fig. <B>3</B> dargestellt ist. Das Lagerschildober- teil <B>3</B> ist hierbei abgehoben und das Lagerschildun- terteil 4 in eine Fundamentaussparung abgesenkt. Anschliessend wird das Gehäusestirnteil 2 in axialer Richtung so weit verschoben, bis der gesamte Wik- kelkopfraum freiliegt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Da die gesamten Flüssigkeitsanschlüsse und die Flüs sigkeitsverteilung im Bereich des Wickelkopfraumes unabhängig von den Gehäusestirnteilen 2 befestigt sind, lässt sich die Freilegung des Wickelkopfraumes sehr schnell und mühelos bewältigen.
Die Fig. <B>5</B> zeigt die Anordnung der Gaskühler<B>15</B> seitlich an den Gehäusestirnteilen 2. Nach Entfer nung dieser Kühler<B>15</B> wird ein begehbarer Gang frei, durch den nach Lösen der Zwischenwände<B>17</B> die Wickelkopfräume von der Seite her zugänglich wer den. Von hier aus können ebenfalls Reparaturen im Wickelkopfraum bei turnender Maschine vorgenom men werden.
Die gezeigte Anordnung der Flüssigkeitsvertei lung im Wickelkopfraum zusammen mit der kon struktiven Gestaltung des Gehäuses und der Lager schilde bieten einerseits die Gewähr für höchste Be triebssicherheit flüssigkeitsgekühlter Generatoren und andererseits für schnellste und einfachste Repa raturen im Störungsfalle. Diese Vorzüge sind für der artig grosse Maschineneinheiten unbedingt erforder lich, da sie das ausserordentlich grosse Risiko für den Betrieb solcher Hochleistungseinheiten für die Ener gieversorgungsunternehmen überhaupt erst erträglich machen.