CH675326A5

CH675326A5 -

Info

Publication number: CH675326A5
Application number: CH2081/88A
Authority: CH
Inventors: Klaus Joachim Junghans; Jakob Steinegger
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1988-06-01
Filing date: 1988-06-01
Publication date: 1990-09-14
Also published as: EP0344464A1; BR8902513A; NO892005L; NO892005D0

Description

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CH 675 326 A5 CH 675 326 A5

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Beschreibung description

Technisches Gebiet Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifring-anordnung für rotierende elektrische Maschinen mit grossem Rotordurchmesser, insbesondere Hy-drogeneratoren, wobei die paarig angeordneten Schleifringe an einer zylinderischen Mantelfläche des Rotors neben den Rotorspulen befestigt sind. The invention relates to a slip ring arrangement for rotating electrical machines with a large rotor diameter, in particular hydrogen generators, the paired slip rings being fastened to a cylindrical outer surface of the rotor next to the rotor coils.

Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise durch den Aussenkranzgenerator des östereichischen Kraftwerkes Weinzödl, geliefert von der Firma Elin-Uni-on AG, ergibt. The invention relates to a state of the art, such as results from the outer ring generator of the Austrian power plant Weinzödl, supplied by the company Elin-Uni-on AG.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik Technological background and state of the art

Bei grossen Wasserkraftmaschinen, insbesondere Aussenkranzgeneratoren - von der Literatur häufig mit «STRAFLO»-Generatoren bezeichnet -ist der Generator nicht wie bei konventionellen Rohrturbinengeneratoren in einer vom Triebwasser umströmten Birne untergebracht, sondern der Generator ist vom das Turbinenlaufrad konzentrisch angeordnet und liegt zur Gänze ausserhalb der T riebwasserführung. In the case of large hydropower machines, in particular external ring generators - often referred to in the literature as "STRAFLO" generators - the generator is not housed in a bulb surrounded by the driving water, as is the case with conventional tubular turbine generators, but the generator is arranged concentrically with the turbine impeller and is located entirely outside of it Driving water flow.

Die Pole sind auf dem äusseren Ring des Lauf-radaussenkranzes der Turbine aufgeschraubt. Die Erregerstromzuleitung erfolgt über zwei einteilige Schleifringe, die unterwasserseitig am Aussen-kranz angeflanscht sind. Zu diesem Zweck weist der Aussenkranz eine flanschartige Erweiterung auf, an welche die beiden Schleifringe mittels axial verlaufender Bolzen gegen den Aussenkranz und gegeneinander isoliert angeschraubt sind. The poles are screwed onto the outer ring of the turbine outer ring of the turbine. The excitation current supply is made via two one-piece slip rings that are flanged to the outer rim on the underwater side. For this purpose, the outer ring has a flange-like extension, to which the two slip rings are screwed by means of axially extending bolts against the outer ring and insulated from one another.

Aufgrund der hohen Temperaturdifferenzen zwischen Aussenkranz, der etwa die Temperatur des Triebwassers annimmt und den Schleifringen, deren Betriebstemperatur bis 70°C betragen kann, treten bei den heute üblichen Aussenkranzdurchmessern zwischen typisch 3 und 6 m enorme Wärmedehnungen auf, die abhängig vom Schleifringmaterial zwischen 2 mm (bei Stahlschleifringen) und 4mm (bei Bronzeschleifringen) liegen. An die Befestigung der Schleifringe am Aussenkranz des Rotors werden daher sehr hohe Anforderungen gestellt. Due to the high temperature differences between the outer ring, which approximately assumes the temperature of the driving water, and the slip rings, whose operating temperature can be up to 70 ° C, there are enormous thermal expansions of between 3 and 6 m, which are common today, depending on the slip ring material, between 2 mm (with steel slip rings) and 4mm (with bronze slip rings). Very high demands are therefore made on the attachment of the slip rings on the outer rim of the rotor.

Ähnliche Probleme ergeben sich bei Erz- und Zementmühlen, allgemein Drehrohrofen mit Direktantrieb, wo die Temperaturdifferenzen noch erheblich höher sein können. Hinzu kommt, dass die Temperaturverteilung in Umfangsrichtung des Drehrohrs aufgrund der geringen Drehzahl und des Einsatzgutes ungleichmässig ist. Similar problems arise with ore and cement mills, generally direct-drive rotary kilns, where the temperature differences can be considerably higher. In addition, the temperature distribution in the circumferential direction of the rotary tube is uneven due to the low speed and the material to be used.

Kurze Darstellung der Erfindung Brief description of the invention

Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schleifringanordnung für rotierende elektrische Maschinen mit grossen Rotordurchmessern anzugegeben, welche den unterschiedlichen Betriebsanforderungen, insbesondere den Wärmebeanspruchungen, standhält, eine hervorragende Zentrizität zwischen Schleifring und Schleifringträger gewährleistet und darüber hinaus einfach und wirtschaftlich ist. Based on the known, the invention has for its object to provide a slip ring assembly for rotating electrical machines with large rotor diameters, which withstands the different operating requirements, especially the thermal stresses, ensures excellent centricity between slip ring and slip ring carrier and is also simple and economical.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsge-mäss dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringe über Federelemente an der Mantelfläche des Rotors mittelbar oder unmittelbar befestigt sind, wobei die Federelemente gegenüber der Radialen in Axial-und/oder Umfangsrichtung geneigt sind. This object is achieved according to the invention in that the slip rings are attached indirectly or directly to the outer surface of the rotor via spring elements, the spring elements being inclined in the axial and / or circumferential direction with respect to the radial.

Auf diese Weise sind die Schleifringe vom Rotor mechanisch und thermisch entkoppelt. In this way, the slip rings are mechanically and thermally decoupled from the rotor.

Die erfindungsgemässe Schleifringanordnung ei-gent sich insbesondere für Aussenkranzgeneratoren und Zement- oder Erzmühlen mit Direktantrieb. The slip ring arrangement according to the invention is particularly suitable for external ring generators and cement or ore mills with direct drive.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht; dabei zeigt Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawing; shows

Fig. 1 einen teilweisen Radialschnitt durch den Rotor eines Aussenkranzgenerators unmittelbar neben den Schleifringen mit in Umfangsrichtung verlaufenden Blattfedern; 1 shows a partial radial section through the rotor of an outer ring generator directly next to the slip rings with leaf springs running in the circumferential direction;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Schleifringanordnung gemäss Fig. 1 ; FIG. 2 shows a longitudinal section through the slip ring arrangement according to FIG. 1;

Fig. 3 eine Abwandlung von Fig. 1 mit symmetrisch eingespannten Blattfedern; Fig. 3 shows a modification of Fig. 1 with symmetrically clamped leaf springs;

Fig. 4 eine weitere Abwandlung von Fig. 1 mit in Rotorlängsrichtung verlaufenden Blattfedern; FIG. 4 shows a further modification of FIG. 1 with leaf springs running in the longitudinal direction of the rotor;

Fig. 5 eine weitere Abwandlung von Fig. 1 mit paarig angeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden Blattfedern. Fig. 5 shows a further modification of Fig. 1 with paired, circumferential leaf springs.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of the invention based on preferred embodiments

Auf dem Laufradaussenkranz 1 eines Aussenkranzgenerators sind paarig angeordnete Schleifringe 2, 3 isoliert befestigt. Zur thermischen und mechanischen Entkopplung der Schleifringe 2, 3 vom Laufradaussenkranz 1 sind annähernd in Umfangsrichtung ausgerichtete und in eine Richtung weisende Blattfedern 4, im Beispielsfall je aus zwei Federblättern 4a, 4b bestehend, vorgesehen. Diese Blattfedern sind gleichmässig über den gesamten Umfang des Laufradaussenkranzes verteilt. Die kranzseitigen Enden der Blattfedern 4 sind mit an-geschweissten oder angeschraubten Klötzen 5, die mit Gewindebohrungen 6 versehen sind, auf das Laufrad 1 aufgeschraubt. On the outer wheel rim 1 of an outer rim generator, paired slip rings 2, 3 are fastened in isolation. For the thermal and mechanical decoupling of the slip rings 2, 3 from the impeller outer ring 1, leaf springs 4 are provided which are oriented approximately in the circumferential direction and point in one direction, each consisting of two spring leaves 4a, 4b in the example. These leaf springs are evenly distributed over the entire circumference of the outer wheel rim. The ring-side ends of the leaf springs 4 are screwed onto the impeller 1 with welded-on or screwed-on blocks 5, which are provided with threaded holes 6.

Die schleifringseitigen Enden der Blattfedern 4 sind mit trapezförmigen Distanzelementen 7 verschraubt, welche in den Zwischenraum zwischen den beiden Schleifringen 2, 3 hineinragen. The slip ring-side ends of the leaf springs 4 are screwed together with trapezoidal spacer elements 7, which protrude into the space between the two slip rings 2, 3.

Jedes Distanzelement 7 weist zwei axial verlaufende Bohrungen 8 auf, welche mit Bohrungen 9 gleichen Durchmessers in den beiden Schleifringen 2, 3 fluchten. Durch die Bohrungen 8, 9 sind mit einem Isolierrohr 10 versehene Bolzen 11 mit Gewinden an beiden Bolzenenden gesteckt. Isolierscheiben 12 bis 15 beidseits jedes Schleifrings 2, 3 dienen zur elektrischen Isolation der Schleifringe 2, 3 gegenüber den Distanzelementen 7 und damit des Laufradaussenkranzes 1. Die Verspannung der Schleifringanordnung erfolgt durch Metallscheiben Each spacer 7 has two axially extending bores 8, which are aligned with bores 9 of the same diameter in the two slip rings 2, 3. Through the bores 8, 9 are provided with an insulating tube 10 bolts 11 with threads on both bolt ends. Insulating disks 12 to 15 on both sides of each slip ring 2, 3 serve for the electrical insulation of the slip rings 2, 3 with respect to the spacer elements 7 and thus the outer wheel rim 1. The slip ring arrangement is braced by metal disks

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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50 50

55 55

60 60

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3 3rd

CH 675 326 A5 CH 675 326 A5

4 4th

16, Tellerfederpaketen 17, Muttern 18 und Sicherungen 19 an beiden Bolzenenden. 16, spring washer packs 17, nuts 18 and fuses 19 on both bolt ends.

Aus Gründen der Vollständigkeit sind beidseits der Schleifringe Dichtungsanordnungen 22, 23 eingezeichnet, welche den Schleifringraum gegenüber dem Äusseren abdichten. For the sake of completeness, sealing arrangements 22, 23 are drawn on both sides of the slip rings, which seal the slip ring space from the outside.

Die Montage der Schleifringanordnung gestaltet sich in groben Zügen wie folgt: The assembly of the slip ring arrangement is roughly as follows:

Ausserhalb der Maschine werden die Schleifringe 2, 3 samt Isolierringen, Distanzelementen und daran befestigten Blattfedern 4 und Klötzen 5 vormontiert. Danach wird die Schleifringanordnung auf den Aussenkranz 1 aufgeschoben, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Montage-Hilfsvorrich-tung ausgerichtet und zentriert. Danach werden die Klötze samt dem Laufradkranz 1 verschweisst. Outside the machine, the slip rings 2, 3 together with insulating rings, spacer elements and leaf springs 4 and blocks 5 fastened thereon are preassembled. The slip ring arrangement is then pushed onto the outer rim 1, if necessary aligned and centered with the aid of an assembly auxiliary device. Then the blocks are welded together with the wheel rim 1.

Die erfindungsgemässe Schleifringanordnung ist aufgrund der in Umfangsrichtung gerichteten Blattfedern in Axialrichtung sehr steif, weist eine gute Zentrierung auch bei unterschiedlichen Temperaturen auf und kann gleichwohl Wärmedehnungen frei folgen. The slip ring arrangement according to the invention is very stiff in the axial direction due to the leaf springs directed in the circumferential direction, has good centering even at different temperatures and can nevertheless follow thermal expansions freely.

Der Winkel a, den die freien Blattfederteile mit der Radialen einschliessen, liegt vorzugsweise zwischen 45° und 90°, im Grenzfall sind demnach die Blattfedern tangential ausgerichtet. Die obere Grenze, d.h. der kleinste Winkelwert richtet sich nach den jeweiligen Platzverhältnissen, sollte jedoch stets einen von Null verschiedenen Wert aufweisen. The angle a, which the free leaf spring parts enclose with the radial, is preferably between 45 ° and 90 °, in the limit case the leaf springs are oriented tangentially. The upper limit, i.e. the smallest angle value depends on the available space, but should always have a value that is different from zero.

Anstelle einer Einsparung nach Fig. 1 können die Blattfedern 4 auch gemäss Fig. 4 eingespart werden, wo jeweils die beiden Federenden mit benachbarten Distanzelementen 7 verbunden sind; die Blattfedern 4 sind hingegen im mittleren Abschnitt mit den Klötzen 5 verschraubt. Diese Art der Einsparung ergibt eine wesentlich höhere Steifigkeit in Radialrichtung, führt aber zu einer verstärken Belastung der Blattfedern 4. Instead of a saving according to FIG. 1, the leaf springs 4 can also be saved according to FIG. 4, where the two spring ends are connected to adjacent spacer elements 7; the leaf springs 4, however, are screwed to the blocks 5 in the middle section. This type of saving results in a substantially higher rigidity in the radial direction, but leads to an increased load on the leaf springs 4.

In der in Fig. 4 dargestellten Variante sind bei ansonsten gleichem Aufbau die Blattfedern in Axialrichtung angeordnet. Die analog Fig. 3 geformten Blattfedern 4 sind an den beiden Enden an Klötzen 5a, 5b angeschraubt, die ihrerseits am Laufradaussenkranz 1 mittels Schrauben 20 auf angeschweis-ste Klötze 5a, 5b geschraubt sind. Im mittigen Teil sind die Blattfedern 4 am Distanzstück 7 angeschraubt. In the variant shown in Fig. 4, the leaf springs are arranged in the axial direction with otherwise the same structure. The leaf springs 4 shaped analogously to FIG. 3 are screwed at both ends to blocks 5a, 5b, which in turn are screwed onto the outer wheel rim 1 by means of screws 20 on welded blocks 5a, 5b. In the central part, the leaf springs 4 are screwed to the spacer 7.

Auch bei dieser Variante ist eine nur einseitige Einsparung analog Fig. 1 bzw. 2 möglich. In this variant, too, only one-sided savings analogous to FIGS. 1 and 2 are possible.

Fig. 5 schliesslich zeigt eine Abwandlung von Fig. 1 mit paarig angeordneten, in Umfangsrichtung verlaufenden Blattfedern 4, die beidseits der Schleifringe angeordnet und analog Fig. 1 an Klötzen 5a, 5b am Laufradaussenkranz 1 angeschraubt sind. Dabei entfällt das mittlere Distanzelement (Pos. 7 in Fig. 7) und ist ersetzt durch eine Distanzscheibe 21. Die schleifringseitigen Enden der Blattfedern 4 sind an Tragelementen 7a, 7b angeschraubt. FIG. 5 finally shows a modification of FIG. 1 with leaf springs 4 arranged in pairs in the circumferential direction, which are arranged on both sides of the slip rings and are screwed to blocks 5a, 5b on the outer wheel rim 1 analogously to FIG. 1. The middle spacer element (item 7 in FIG. 7) is omitted and is replaced by a spacer disk 21. The ends of the leaf springs 4 on the slip ring side are screwed to support elements 7a, 7b.

Bei allen Ausführungsformen ist es möglich, auf die Klötze 5 zu verzichten und die Blattfedern unmittelbar auf dem Laufradaussenkranz 1 zu befestigen, z.B. aufzuschrauben. In all embodiments, it is possible to dispense with the blocks 5 and to fasten the leaf springs directly on the outer wheel rim 1, e.g. screw on.

Claims

1.Slip ring arrangement for rotating electrical machines with a large rotor diameter, in particular hydrogen generators, the paired slip rings (2, 3) being attached to a cylindrical outer surface (1) of the rotor next to the rotor poles, characterized in that the slip rings (2, 3) Are indirectly or directly attached to the lateral surface (1) via spring elements (4), the spring elements (4) being inclined in the axial and / or circumferential direction with respect to the radial.

2. Slip ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring elements (4) at their outer ends on the outer surface (1), with their slip ring ends on support and / or spacer elements (7; 7a, 7b), which support the Slip rings (2, 3) are used, are attached.

3. slip ring arrangement according to claim 1, characterized in that the spring elements (4) at both ends on the lateral surface (1) and in the central section on a support and / or spacer element (7) are attached, to which spacer elements (7) Slip rings (2, 3) are supported.

4. slip ring arrangement according to claims 2 or 3, characterized in that the spring elements (4) with the radial form an angle (a) greater than 45 ".

5. slip ring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spring elements are designed as single or multi-layer leaf springs (4; 4a, 4b).

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10th

15

20th

25th

30th

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