CH650621A5 - Verfahren zum auswuchten der laeufer von elektrischen maschinen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswuchten der Läufer von elektrischen Maschinen. Das Verfahren kann zum Auswuchten von Läufern an leistungsfähigen Turbogeneratoren mit Flüssigkeitskühlung der Läuferwicklung Anwendung finden.

Für die Gewährleistung des Wärmegleichgewichtes sollte das Flüssigkeitskühlsystem der Läuferwicklung solcher elektrischer Maschinen einige Dutzend hydraulische Parallelzweige eines hydraulischen Kanals in symmetrischer Anordnung auf dem Läuferkörper umfassen.

Es ist jedoch sehr kompliziert, sämtliche hydraulische Parallelzweige streng symmetrisch auszuführen. Infolge der Unterschiede in Innenabmessungen der genannten Zweige sowie durch das Vorhandensein von Verbindungsbuchsen, Wasserzuführungsleitungen u.ä. und nicht zuletzt infolge eines unterschiedlichen Turbulenzgrades des Flüssigkeitsstromes in den Zweigen sind die hydraulischen Widerstände der Zweige unterschiedlich.

Die genannten Umstände führen zu einer unsymmetrischen Verteilung des Temperaturfeldes im Querschnitt der Läuferspaltzone, wodurch Durchbiegung auftritt und Unwucht im Läufer entsteht. Dies führt zur Vergrösserung des zulässigen Vibrationspegels an den Läuferlagerungen.

Die temperaturbedingte Unwucht kann ausserdem auch durch eine Neuverteilung des Flüssigkeitsdurchsatzes in den hydraulischen Zweigen des Kühlsystems während des Läufer-betriebs bei einer Änderung der Betriebart der elektrischen Maschine hervorgerufen werden. Man muss ständig den Vibrationspegel am Läufer überwachen und den Vibrationszustand des Läufers durch Auswuchten in den durch Normen festgelegten Grenzen aufrechterhalten.

Bekannte Verfahren zum Auswuchten von Läufern an elektrischen Maschinen durch Behebung der temperaturbedingten Unwucht sind arbeitsaufwendig, nicht technologiegerecht und gewährleisten nicht die Funktionssicherheit des Läufers bei sämtlichen Betriebsarten.

Bekannt ist ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch Anbringen von Auswuchtgewichten (s. Isakowitsch M.M., Kleiman L.I., Pertschanok B.H.: «Behebung der Vibration an elektrischen Maschinen», Energia-Verlag, Moskau, 1969, S. 182). Dieses Verfahren erlaubt, die Unwucht des Läufers zu beheben und seinen Vibrationspegel auf einen in den Normen festgelegten Wert herabzusetzen, aber nur für eine bestimmte Betriebsart, beispielsweise für Nennlastbetrieb. Nachteilig ist, dass beim Umschalten der Maschine auf Unterlast- bzw. Leerlaufbetrieb sowie bei einer Änderung von Betriebsparametern des Kühlsystems eine unzulässige Vergrösserung der Vibration an den Läuferlagerungen stattfindet.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch eine Änderung der hydraulischen Widerstände in den Zweigen des hydraulischen Kanals des Kühlsystems der Läuferwicklung (s. Isakowitsch M.M., Kleiman L.I., Pertschanok B.H.: «Behebung der Vibration an elektrischen Maschinen», Energia-Verlag, Moskau, 1969, S. 182-183).

Dieses Verfahren besteht darin, dass zunächst der Vibrationspegel an den Läuferlagerungen gemessen sowie die Abschnitte des hydraulischen Kanals des Kühlsystems bestimmt werden, die die temperaturbedingte Läuferdurchbiegung hervorrufen, und dann eine solche asymmetrische Temperaturverteilung im Läuferquerschnitt zustande gebracht wird, dass die genannte temperaturbedingte Läuferdurchbiegung und folglich die erhöhte Vibration behoben werden. Dies erfolgt durch eine Änderung hydraulischer Widerstände (z.B. durch teilweises Zuschliessen von Kühlkanälen) in den Zweigen des hydraulischen Kanals des Kühlsystems der Läuferwicklung, welche den die Temperaturdurchbiegung des Läufers hervorgerufenen Zweigen entgegengesetzt liegen.

Die Genauigkeit der Feststellung der genannten Abschnitte sowie die Grösse des Temperaturunterschiedes kontrolliert man an Hand der Vibrationsparameter an den Läuferlagerungen im stationären Betrieb beim Leerlauf und bei der Belastung der Maschine.

Dieses Verfahren lässt die einer Änderung des hydraulischen Widerstandes unterliegenden Zweige des hydraulischen Kanals des Kühlsystems niir mittels der Versuch-undlrrtum-Methode feststellen, welche das mehrmalige Wiederholen arbeitsaufwendiger Operationen zum Aus- und Zusammenbau der elektrischen Maschine voraussetzt.

Nach der Behebung der temperaturbedingten Läuferdurchbiegung und Erzielung eines zulässigen Vibrationspegels bleibt jedoch bei diesem Verfahren das Temperaturfeld im Läuferquerschnitt ungleichmässig, und die auf diese Weise ausgewuchtete Maschine kann nicht bei sämtlichen möglichen Betriebsarten funktionssicher arbeiten, da das Temperaturfeld des Läufers sich bei einer Änderung der Betriebsart ändert und zur Unwucht des Läufers führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auswuchten der Läufer von elektrischen Maschinen vorzuschlagen, welches durch Einführung neuer Methoden die temperaturbedingte Unwucht mit geringstem Arbeitsaufwand und hoher Genauigkeit an einem ortsfesten Läufer festzustellen und zu beheben ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird mittels des Verfahrens gelöst, welches die im unabhängigen Anspruch 1 aufgeführten Merkmale aufweist. Weitere alternative Merkmale des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 enthalten.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, die temperaturbedingte Unwucht an einem ortfesten Läufer festzustellen und zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, dass das Vorhandensein der temperaturbedingten Unwucht des Läufers nach dem gegenseitigen Verhältnis der Betriebsparameter der Kühlung der auf dem Läuferkörper angeordneten Parallel2

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zweige des in Betrieb befindlichen Flüssigkeitskühlsystems, beispielsweise nach der Durchsatzmenge bzw. Geschwindigkeit der Flüssigkeit in diametral liegenden hydraulischen Zweigen des genannten Kühlsystems, nachgewiesen wird.

Ausserdem gewährleistet dieses Verfahren die Stabilität der zulässigen Vibrationsparameter bei verschiedenen Betriebsarten des Läufers, so wird z.B. bei einer Erhöhung des Läufer-Erregerstromes im gleichen Masse auch die Übererwärmung der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar der diametral liegenden genannten Zweige erhöht werden, infolgedessen die erzielte symmetrische Temperaturverteilung im Läufer nicht gestört wird.

Da die temperaturbedingte Unwucht des Läufers an Hand der Kontrolldaten der Betriebsparameter der Kühlung der genannten Zweige am ortsfesten Läufer behoben wird, entfallen im Gegensatz zu den früher bekannten Verfahren zum Auswuchten von Läufern die arbeitsaufwendigen Operationen zum Aus- und Zusammenbau der elektrischen Maschine und der Anlauf der letzteren zur Überprüfung der Vibrationsparameter.

Es ist bevorzugt, den Läufer gemäss dem vorliegenden Verfahren beim Nenndurchsatz der Kühlflüssigkeit in der Läuferwicklung auszuwuchten.

Gemäss dem Verfahren sollte nicht nur die Symmetrie, sondern auch höchste Gleichmässigkeit des Temperaturfeldes im Läufer erreicht werden.

Ferner entfällt die Unterbringung von Gebern zur Bestimmung der Betriebsparameter der Kühlung unmittelbar an den genannten Zweigen, da man gegebenenfalls diese Parameter z.B. über die Amplituden des Ableitstromes an den Isolationselementen der genannten Zweige bestimmen kann.

Das Verfahren ermöglicht es ausserdem, die Parameter der genannten Zweige sowohl am ortfesten als auch am rotierenden Läufer zu bestimmen, da die Zuführung von Marken und Messung des Ableitstromes an den Isolationselementen ausserhalb des Läuferkörpers und auch zu beliebigen Zeitpunkten des Betriebes der elektrischen Maschine vorgenommen werden.

Genauere Erfassung der Parameter kann bei der Wahrnehmung der Marken von am Austritt der genannten Zweige nach den Isolationselementen installierten Gebern erfolgen.

Dadurch wird es möglich, gleichzeitig mit der Gewinnung eines allgemeinen Diagrammes der Betriebsparameter der Kühlung auch Diagramme für jeden Zweig zu gewinnen, eine Vergleichanalyse zur Erkennung von Marken des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm vorzunehmen und somit die Beurteilung der Betriebsparameter der Kühlung während des Läuferbetriebs zu erleichtern.

Im weiteren wird das Verfahren unter Bezugnahme auf die beiliegenden Diagramme und Schaltbilder näher erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Anschlusses hydraulischer Pärallelzweige an die Ablass- und Druckleitung;

Fig. 2 den Vibrationsverlauf vor und nach dem Auswuchten des Läufers gemäss dem Verfahren;

Fig. 3 die Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus den hydraulischen Parallelzweigen bei temperaturbedingter Umwucht eines zweipoligen Läufers austritt;

Fig. 4 ein prinzipielles Schaltbild zur Erfassung von Betriebsparameter der Kühlung am stillgestellten Läufer bei der Zuführung von Marken;

Fig. 5 Durchlaufzeitpunkte der Marken der Isolationselemente für zehn Zweige bei der Änderung hydraulischer Widerstände in sämtlichen Zweigen;

Fig. 6 Durchlaufzeitpunkte der Marken der Isolationselemente zweier Parallelzweige mit unterschiedlichen hydraulischen Widerständen;

Fig. 7 ähnlich wie Fig. 5 nach Änderung der hydraulischen Widerstände der Zweige;

Fig. 8 ähnlich wie in Fig. 6 mit gleichen hydraulischen Widerständen;

Fig. 9 die Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus sämtlichen Zweigen bei gleicher Übererwärmung austritt;

Fig. 10 die Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus den diametral liegenden Zweigen bei gleicher Übererwärmung austritt;

Fig. 11 Durchlaufzeitpunkte der Marken der Isolationselemente zweier Parallelzweige und Durchlaufzeitpunkte der Marken der Isolationselemente der Zweige;

Fig. 12 ähnlich wie in Fig. 4 während des Betriebs der elektrischen Maschine.

Ein Verfahren zum Auswuchten eines Läufers wird wie folgt durchgeführt.

Das Auswuchten eines Läufers 1 erfolgt an einem 500-MW-Turbogenerator mit Wasserkühlsystem einer Läuferwicklung 2 (s. Fig. 1), welche aus mit inneren Kühlkanälen versehenen Quadratkupfer-Leitern ausgeführt ist.

Zunächst wird bei Nennstrombelastung mittels einer Vibrationsmesseinrichtung der Vibrationspegel an den Lagerungen des Läufers 1 bestimmt. Dabei betragen die vertikalen und die horizontalen Komponenten des Vibrationsvektors 52 bzw. 70 [im (Fig. 2). Diese Vibrationsparameter liegen ausserhalb der vorgeschriebenen Norm und sind infolge temperaturbedingter Unwucht des Läufers wegen einer ungleichmäs-sigen Erwärmung und Kühlung der Läuferspaltzone (Fig. 3) entstanden.

Das Kühlsystem der Wicklung 2 des Läufers 1 stellt zehn hydraulische Parallelzweige dar, welche mittels Isolationselementen 3 und 4 (siehe Fig. 1 und 4) zu Druck- und Ablassleitungen zusammengeschaltet sind.

Jeder der zehn Zweige setzt sich aus zwei diametral verlaufenden Kühlmittelleitungen zusammen. Hydraulische Widerstände der Zweige unterscheiden sich voneinander.

Zur Behebung der temperaturbedingten Unwucht am stillgestellten Läufer werden die hydraulischen Widerstände in jedem Paar der diametral liegenden Zweigleitungen gemessen und durch Änderung der Wasserparameter in den Zweigen des Kühlsystems auf den gleichen Wert gebracht.

Zu diesem Zwecke werden am Austritt jedes Parallelzweiges elektrolytische Widerstandsgeber 5 (Fig. 1) angeordnet und von einer Spannungsquelle ein Spannungspotential an die Wicklung 2 des Läufers 1 gelegt. Ein Oszillograph mit Galvanometer 7 wird zur Registrierung des Ableitstromes an den Isolationselementen 3,4 und der Signale von elektrolytischen Widerstandsgebern 5 angeschlossen. Der in der Schaltung (Fig. 4) dargestellte Widerstand 8 dient der Begrenzung des durch das Galvanometer 7 fliessenden Stromes.

Anschliessend wird das Kühlsystem des Läufers 1 in Betrieb gesetzt. Im stationären Betrieb des Kühlsystems wird dem Wasserstrom am Kühlmitteleintritt in den Läufer 1 (Fig. 1) eine Dosis von Elektrolyt als Marke zugeführt. Wenn die Marke die Zweige des Kühlsystems durchläuft, so wächst an den Eingangs-Isolationselementen 3 der Ableitstrom, und am Oszillogramm wird ein Impulsstoss registriert, dessen Amplitude höher ist als die Amplitude der Eingangsimpulse, da die Marke zu gleicher Zeit sämtliche Eingangs-Isolations-elemente passierte, wodurch der Ableitstrom stark ansteigt. Die Zeitpunkte, wenn die Marke die Isolationselemente 4 durchläuft, werden am Austritt von elektrolytischen Widerstandsgebern 5 wahrgenommen, deren Signale ebenfalls am Oszillogramm (s. Fig. 5) festgehalten werden. Zeitabstände zwischen den Impulsen am Oszillogramm entsprechen der Zeitspanne, innerhalb der die Marke den betreffenden Zweig durchläuft.

Die Unterschiede in den Zeitabständen zwischen den

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Impulsen (Fig. 6) geben Auskunft über unterschiedliche hydraulische Widerstände in den Zweigen. Ein grösserer Zeitabstand zwischen den Impulsen (Fig. 6) entspricht einem höheren hydraulischen Widerstand, einem niedrigeren Durchsatz, einer höheren Übererwärmung der Flüssigkeit bzw. einer höheren Erwärmung des Zweiges.

Die hydraulischen Widerstände in den Parallelzweigen werden durch entsprechende Drosseln und deren Anbringung am Zweigaustritt geändert. Diese Änderung erfolgt so lange, bis sämtliche Ausgangsimpulse am Oszillogramm (Fig. 7) zusammenfallen. Bei der jeweiligen Wahl von Drosseln werden Osziilogramme (Fig. 6 und 8) aufgenommen.

Das Zusammenfallen von Impulsen am Oszillogramm zeigt an, dass Kühlwasser in sämtlichen Parallelzweigen gleich übererwärmt (Fig. 9), die Temperatur in der Läuferspaltzone gleichmässig verteilt und die temperaturbedingte Unwucht des Läufers behoben ist.

Die Vibrationsmessungen ergaben, dass die vertikale

Komponente des Vibrationsvektors auf 8 und die horizontale auf 11 Jim (s. Fig. 2) herabgesetzt sind.

Die temperaturbedingte Unwucht des Läufers kann weiterhin durch Ausgleich des hydraulischen Widerstandes min-5 destens in jedem Paar der diametral liegenden Zweigleitungen behoben werden. Dabei kommt ein symmetrisches, jedoch weniger gleichmässiges Temperaturfeld zustande (Fig. 10).

Das allgemeine Diagramm der Betriebsparameter der io Kühlung (Fig. 7, Diagramm 1) und die Diagramme für jeden Zweig (Fig. 7, Diagramme 2 bis 10) ermöglichen eine Vergleichsanalyse zur Erkennung der Marke des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm (Fig. 11), wodurch die Beurteilung der Betriebsparameter der Kühlung während des 15 Betriebs des Läufers 1 erleichtert wird. Das Schaltbild der Messanordnung zur Überwachung der Betriebsparameter der Kühlung des Läufers während seines Betriebs zeigt Fig. 12.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

650 621 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Auswuchten der Läufer von elektrischen Maschinen, deren Wicklungen am Läuferkörper angeordnete Flüssigkeitskühlung besitzen, mit in hydraulischen Parallelzweigen zirkulierender Kühlflüssigkeit, wobei zur Beseitigung einer die Unwucht hervorrufenden asymmetrischen Temperaturverteilung im Läufer der hydraulische Widerstand in den Parallelzweigen geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsparameter der Kühlung am in Betrieb befindlichen Flüssigkeitskühlsystem ermittelt und hydraulische Widerstände in den genannten Zweigen so geändert werden, dass das gegenseitige Verhältnis der ermittelten Parameter gleiche Übererwärmung der Flüssigkeit wenigstens in jedem Paar der diametral liegenden Zweigleitungen des Kühlsystems bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand in den Zweigen so geändert wird, dass das gegenseitige Verhältnis der ermittelten Parameter gleiche Übererwärmung der Flüssigkeit in sämtlichen Zweigen des Kühlsystems bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Parameter der Kühlung der Flüssigkeitsstrom am Kühlmitteleintritt in den Läufer markiert und der Kühlmitteldurchlauf durch Isolationselemente in den Zweigen überwacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung beim Austritt der Zweige durch installierte Geber erfasst wird.