DE10327976A1

DE10327976A1 - Verfahren zum Entfernen einer Rotorkappe sowie hierfür geeignetes Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE10327976A1
Application number: DE2003127976
Authority: DE
Inventors: Edgar Koch; Ralf Rotzinger; Hans Stahel
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-06-21
Filing date: 2003-06-21
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-06-22
Also published as: GB2403074A; GB2403074B; GB0413869D0; DE10327976B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer einen spaltfrei geschlossenen Dämpferring (7) koaxial umschließenden Rotorkappe (6) von einem Rotor (1), insbesondere eines Generators, wobei in den Dämpferring (7) wenigstens ein Spalt (12) eingebracht wird, bevor die Rotorkappe (6) axial vom Rotor (1) abgezogen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer einen spaltfrei geschlossenen Dämpferring koaxial umschließenden Rotorkappe von einem Rotor, insbesondere eines Generators. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bohrwerkzeug, das in besonderer Weise für ein derartiges Verfahren verwendbar ist.

In den Endbereichen eines Rotors, z.B. eines Elektromotors oder eines Generators, insbesondere eines Turbogenerators, ist die Rotorwicklung bzw. deren Wickelkopf jeweils mit einer sogenannten Rotorkappe abgestützt. Gemäß der DE 197 32 949 A1 kann eine derartige Rotorkappe beispielsweise zweiteilig ausgebildet sein und einen Hülsenabschnitt sowie einen Plattenabschnitt aufweisen. Während der Hülsenabschnitt soweit auf das Rotorende aufgesteckt ist, dass er den Wickelkopf übergreift, schließt der Plattenabschnitt stirnseitig an den Hülsenabschnitt an und ragt dabei radial nach innen über diesen über und begrenzt dadurch die Wicklung in axialer Richtung. Die Rotorkappen dienen im Endbereich des Rotors zur Abstützung der Wicklung bzw. des Wickelkopfes gegen die bei Rotation des Rotors auftretenden Zentrifugalkräfte und zählen so zu den am höchsten beanspruchten Teilen eines Rotors. Üblicherweise wird zur Erzielung eines Presssitzes die Rotorkappe auf den Rotor bzw. auf die Wicklung aufgeschrumpft. Das bedeutet, dass die Rotorkappe vor dem Aufstecken auf den Rotor erwärmt wird. Bei bekannten Rotoren kann radial zwischen der Wicklung und der Rotorkap pe ein vollständig, also spaltfrei geschlossener Dämpferring aus einem im Vergleich zur Rotorkappe relativ weichen Material angeordnet sein, wobei außerdem radial zwischen der Wicklung und diesem Dämpferring zumindest ein elektrischer Isolator angeordnet sein kann. Bei bestimmten Anwendungsfällen, insbesondere bei einem Generator einer Kraftwerksanlage, sind die im Betrieb des Generators am Rotor auftretenden Fliehkräfte so groß, dass sich der Dämpferring mit der Rotorkappe verspannt, wodurch sich das Entfernen der Rotorkappe vom Rotor, beispielsweise zur Inspektion oder Wartung erheblich erschwert.

Die übliche Vorgehensweise zum Entfernen der aufgeschrumpften Rotorkappe besteht darin, zunächst die Rotorkappe zu erwärmen, wobei vermieden werden muss, dass sich dabei der Rotor ebenfalls erwärmt. Anschließend wird durch Ziehen und/oder Drehen versucht, die Rotorkappe vom Rotor abzuziehen. Sofern der Dämpferring mit der Rotorkappe verspannt ist, kann der Versuch, die Rotorkappe abzuziehen, fehlschlagen. Erfahrungsgemäß sind aufgrund eines verspannten Dämpferrings 4 bis 6 Versuche erforderlich, bis die Rotorkappe erfolgreich vom Rotor abgezogen werden kann. Für die einzelnen Versuche steht nur eine relativ kurze Zeitspanne zur Verfügung, da die in die Rotorkappe eingebrachte Wärmeenergie relativ schnell in den Rotor dissipiert, so dass sich die zum Abziehen der Rotorkappe benötigte Temperaturdifferenz rasch abbaut. Im Unterschied dazu ist die zwischen zwei Versuchen erforderliche Abkühlzeit relativ lang, da der Rotor wenigstens einen Tag benötigt, bis er hinreichend abgekühlt ist. Demzufolge sind zum Abziehen einer Rotorkappe eventuell mehrere Tage erforderlich. Derartig hohe Betriebsausfallzeiten für die mit dem Rotor ausgestattete Maschine sind recht kostspielig.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, Möglichkeiten aufzuzeigen, die es vereinfachen, eine Rotorkappe vom Rotor zu entfernen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Durch das Einbringen eines Spalts in den geschlossenen Ring, wird dieser quasi geöffnet und kann sich entspannen bzw. erhält eine erhöhte Flexibilität. Die Verspannung mit der Rotorkappe wird dadurch reduziert oder eliminiert. Es hat sich gezeigt, dass nach dem Einbringen eines oder mehrerer Spalte in den geschlossenen Dämpferring regelmäßig nur noch ein Versuch zum Abziehen der Rotorkappe erforderlich ist, wodurch sich eine erhebliche Zeitersparnis ergibt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Spalt ein beliebiger Durchbruch verstanden, der sich von einer axialen Seite des Dämpferrings bis zur anderen axialen Seite des Dämpferrings und im wesentlichen von radial innen bis radial außen erstreckt. Dabei kann es z.B. bei einer Bohrung möglich sein, dass im Profil des Dämpferrings eine Restwandstärke verbleibt, die jedoch so gering ist, dass der Dämpferring im Spaltbereich aufgrund der im Dämpferring herrschenden Verspannungskräfte versagt. Durch den Spalt wird demnach im Profil des Dämpferrings der Kraftfluss in Umfangsrichtung unterbrochen, so dass sich am Spalt benachbarte Abschnitte des Dämpferrings in Umfangsrichtung nicht mehr oder nur noch begrenzt aneinander abstützen können.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform kann ein solcher Spalt mittels einer Bohrung hergestellt werden, die das Profil des Dämpferrings in axialer Richtung durchdringt, wobei der Durchmesser des verwendeten Bohrers im wesentlichen der radialen Dicke des Dämpferrings entspricht. Es ist klar, dass gegebenenfalls erforderliche Vorbohrungen mit entsprechend kleineren Bohrdurchmessern durchgeführt werden können. Üblicherweise werden Dämpferringe aus einer relativ weichen Metalllegierung hergestellt, z.B. aus einer Kupferlegierung. Dementsprechend kann das Aufbohren des Dämpferrings zur Erzeugung des erwünschten Spalts besonders einfach realisiert werden.

Die Bohrungen zur Erzeugung des Spalts oder der Spalte können zweckmäßig mittels eines Bohrwerkzeugs erzeugt werden, das so gestaltet ist, dass es in einen Lüftungsschlitz des Rotors einführbar ist. Derartige Lüftungsschlitze befinden sich in den Endbereichen des Rotors und dienen zur End- und/oder Belüftung der Wicklung, wobei sich die Lüftungsschlitze auf der vom jeweiligen axialen Rotorende abgewandten Seite bis unter die jeweilige Rotorkappe erstrecken. Durch diese Lüftungsschlitze hindurch ist in bestimmten Umfangssegmenten der Dämpferring zugänglich, was vorteilhaft vom vorgeschlagenen Bohrwerkzeug ausgenutzt wird, indem es so gestaltet ist, dass es in die Lüftungsschlitze einsetzbar ist. Die Einbringung der Bohrungen, also das Herstellen der Schlitze im Dämpferring wird somit erheblich vereinfacht.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine perspektivische Ansicht auf ein teilweise geschnittenes Segment eines Endabschnitts eines Rotors,

2 eine andere perspektivische Ansicht auf ein teilweise geschnittenes Segment eines Endabschnittes des Rotors.

Wege zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend 1 und 2 weist ein Rotor 1 in einem hier nur teilweise dargestellten Endabschnitt einen Wickelkopf 2 auf, der einzelne Leiter 3, die zu Blöcken zusammengefasst und in entsprechende Längsschlitze 4 des Rotors 1 eingesetzt sind, zu einer Wicklung des Rotors 1 miteinander verbindet. Während die Leiter 3 durch Keile 5 in radialer Richtung gesichert sind, erfolgt die Sicherung des Wickelkopfs 2 mit Hilfe einer Rotorkappe 6, die hier nur teilweise dargestellt ist. Die Rotorkappe 6 besteht im wesentlichen aus einem Ringkörper oder weist einen solchen auf und ist radial außen im Bereich des Wickelkopfs 2 auf den Rotor 1 aufgeschrumpft. Die Rotorkappe 6 ist dabei als massiver Stahlkörper ausgebildet, um die im Betrieb der mit dem Rotor 1 ausgestatteten Maschine, z.B. ein Elektromotor oder ein Generator, insbesondere ein Turbogenerator einer Kraftwerksanlage, auftretenden Zentrifugalkräfte aufnehmen zu können. Radial zwischen der Rotorkappe 6 und dem Wickelkopf 2 ist ein Dämpferring 7 vorgesehen, der vollständig geschlossen, also in Umfangsrichtung (tangential) spaltfrei den dazu isolierten Wickelkopf 2 umschließt und seinerseits von der Rotorkappe 6 koaxial umschlossen ist. Des Weiteren sind mehrere unterschiedliche Isolationsschichten 8, 9 10 sowie mehrere Dämpfersegmente 11 vorgesehen, die radial zwischen der Rotorkappe 6 und dem Wickelkopf 2 umlaufend angeordnet sind. Anstatt der äussersten Isolationsschicht 8 kann auch ein Schutzblech 8 eingesetzt sein. Der Dämpferring 7 liegt radial außen sowohl an den Dämpfersegmenten 11 als auch an der Rotorkappe 6 an, während er nach innen an die äußerste Isolationsschicht 8 bzw. an das Schutzblech 8 angrenzt.
Im Betrieb der mit dem Rotor 1 ausgestatteten Maschine sind die auftretenden Fliehkräfte so groß, dass sich der relativ weiche Dämpferring 7 im Laufe der Zeit mit der Rotorkappe 6 verspannt. Um dennoch die Rotorkappe 6 zu Wartungs- und/oder Inspektionszwecken mit einem relativ kleinen Zeitaufwand vom Rotor 1 entfernen zu können, kann erfindungsgemäß wie folgt verfahren werden:
Vor dem Abziehen der Rotorkappe 6 wird in den im Ausgangszustand spaltfreien Dämpferring 7 wenigstens ein Spalt 12 eingebracht, der in 2 angedeutet ist.
Der ursprünglich geschlossene Dämpferring 7 wird durch den Spalt 12 geöffnet, wodurch sich die Verspannung des Dämpferrings 7 reduzieren kann. Dabei kann es durchaus zweckmäßig sein, an verschiedenen Stellen entlang des Umfangs mehrere derartige Spalte 12 in den Dämpferring 7 einzubringen.
Da die Rotorkappe 6 in der Regel auf den Wickelkopf 2 aufgeschrumpft ist, wird die Rotorkappe 6 vor dem Abziehen relativ zum eigentlichen Rotorkörper z.B. auf etwa 300°C erwärmt. Vor dem axialen Abziehen der Rotorkappe 6 muss diese in Umfangsrichtung gedreht werden. Da der Dämpferring 7 durch den oder die eingebrachten Spalte 12 nicht mehr oder nur noch in reduziertem Umfang mit der Rotorkappe 6 verspannt ist, kann diese in der Regel bereits beim ersten Versuch erfolgreich vom Rotor 1 abgezogen werden.
Entsprechend 2 wird ein derartiger Spalt 12 zweckmäßig mittels einer Bohrung hergestellt bzw. durch eine Bohrung gebildet. Dabei wird in 2 ein Bohrer 13 verwendet, dessen Bohrquerschnitt im wesentlichen der in radialer Richtung gemessenen Dicke des Dämpferrings 7 entspricht. Zur Herstellung dieser Bohrungen bzw. Spalte 12 kann gemäß 2 ein Bohrwerkzeug 14 verwendet werden, das einen Führungskörper 15 aufweist, der bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform außerdem mit einem Justierelement 16 ausgestattet ist. Um die Bohrungen bzw. Spalte 12 herstellen zu können, ist das Bohrwerkzeug 14 so dimensioniert, dass es in einen Lüftungsschlitz 17 des Rotors 1 einführbar ist. Diese Lüftungsschlitze 17 sind axial ausgerichtet und dabei in den Endabschnitten des Rotors 1 jeweils in solchen Umfangssegmenten ausgebildet, die zwischen denjenigen Umfangssegmenten angeordnet sind, die mit den Längsschlitzen 4 zur Aufnahme der Leiter 3 ausgestattet sind. Die Lüftungsschlitze 17 beginnen oder erstrecken sich bis unterhalb der Rotorkappe 6 und steigen zur Rotormitte hin langsam an. Somit sind die Lüftungsschlitze 17 an der vom Wickelkopf 2 abgewandten axialen Stirnseite der Rotorkappe 6 zugänglich, so dass es möglich ist, von den Lüftungsschlitzen 17 her den Dämpferring 7 für eine Bohrung zu erreichen. Gegebenenfalls müssen dabei Komponenten, die im Betrieb in den Lüftungsschlitzen 17 untergebracht sind, entfernt werden.
Der Führungskörper 15 des Bohrwerkzeugs 14 ist zweckmäßig so auf den Rotor-Typ abgestimmt bzw. so dimensioniert, dass sich für das in den jeweiligen Lüftungsschlitz 17 eingesteckte Bohrwerkzeug 14 eine axiale Führung von selbst ergibt. Erreicht wird dies dadurch, dass der Führungskörper 15 in Umfangsrichtung des Rotors 1 an Seitenwänden 18 anliegt, die sich im jeweiligen Lüftungsschlitz 17 in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Da die Lüftungsschlitze 17 bzw. deren Seitenwände 18 axial ausgerichtet sind, ergibt sich somit für den Bohrer 13 beim Einführen des Bohrwerkzeugs 14 in den jeweiligen Lüftungsschlitz 17 zwangsläufig eine axiale Ausrichtung.
Damit der Bohrer 13 bei in den jeweiligen Lüftungsschlitz 17 eingesetztem Bohrwerkzeug 14 in der radialen Richtung, also radial zur Rotationsachse des Rotors 1 optimal gegenüber der dem Bohrer 13 zugewandten axialen Stirnseite des Dämpferrings 7 positioniert ist, wirkt eine Führungskontur 19 des Führungskörpers 15 mit einem Grund 20 des jeweiligen Lüftungsschlitzes 17 zur Ausbildung einer Führung zusammen. Die Führungskontur 19 ist dabei am in den Lüftungsschlitz 17 vorausgehenden Ende des Führungskörpers 15 ausgebildet und liegt am Grund 20 an. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist die Führungskontur 19 des Führungskörpers 15 am Justierelement 16 ausgebildet, das mit Hilfe einer geeigneten Stelleinrichtung 21, die hier exemplarisch einen mittels einer Gewindestange 22 verschiebbaren Keil 23 aufweist, bezüglich des Bohrers 13 radial verstellt werden kann. Mit Hilfe des verstellbaren Justierelements 16 kann somit der radiale Abstand zwischen dem Bohrer 13 und der Führungskontur 19 eingestellt werden, wodurch die radiale Positionierung des Bohrers 13 variierbar ist.
Das Bohrwerkzeug 14 ist dabei so ausgebildet, dass es seinen Bohrer 13 in axialer Richtung des Bohrers und somit bei ordnungsgemäß positioniertem Bohrwerkzeug 14 auch axial bezüglich des Rotors 1 vortreibt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs 14 ist es somit besonders einfach, den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Spalt 12 im Dämpferring 7 auszubilden. Insbesondere können unter Verwendung des Bohrwerkzeugs 14 auch mehrere Spalte 12 in den Dämpferring 7 ohne größe ren Aufwand eingebracht werden. Sofern mehrere Spalte in den Dämpferring 7 eingearbeitet werden, kann es zweckmäßig sein, diese symmetrisch, insbesondere punktsymmetrisch zur Rotationsachse des Rotors 1, anzuordnen.

1: Rotor
2: Wickelkopf
3: Leiter
4: Längsschlitz
5: Keil
6: Rotorkappe
7: Dämpferring
8: Isolationsschicht oder Schutzblech (Kappenblech)
9: Isolationsschicht
10: Isolationsschicht
11: Dämpfersegment
12: Spalt
13: Bohrer
14: Bohrwerkzeug
15: Führungskörper
16: Justierelement
17: Lüftungsschlitz
18: Seitenwand von 17
19: Führungskontur von 15
20: Grund von 17
21: Stelleinrichtung
22: Gewindestange
23: Keil

Claims

Verfahren zum Entfernen einer einen spaltfrei geschlossenen Dämpferring (7) koaxial umschließenden Rotorkappe (6) von einem Rotor (1), insbesondere eines Generators, bei dem in den Dämpferring (7) wenigstens ein Spalt (12) eingebracht wird, bevor die Rotorkappe (6) axial vom Rotor (1) abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (12) oder die Spalte (12) durch eine Bohrung eingebracht wird oder werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spalte (12) eingebracht werden, wobei die Spalte (12) in Umfangsrichtung im wesentlichen symmetrisch verteilt angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorkappe (6) relativ zum Rotor (1) erwärmt wird, bevor sie vom Rotor (1) abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorkappe (6) beim Abziehen vom Rotor (1) in Umfangsrichtung gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen des Spalts (12) oder der Spalte (12) ein Bohrwerkzeug (14) verwendet wird, das in am Endbereich des Rotors (1) ausgebildete Lüftungsschlitze (17) einsetzbar ist und einen Bohrer (13) mit axialem Vortrieb aufweist, dessen Bohrquerschnitt im wesentlichen der radialen Dicke des Dämpferrings (7) entspricht.
Bohrwerkzeug zum Spalten eines von einer Rotorkappe (6) umschlossenen Dämpferrings (7) bei einem Rotor (1 ), insbesondere eines Generators, – mit einem Bohrer (13), dessen Bohrquerschnitt im wesentlichen der radialen Dicke des Dämpferrings (7) entspricht, – mit einem Führungskörper (15), der in einen am Endabschnitt des Rotors (1) ausgebildeten Lüftungsschlitz (17) so weit einführbar ist, dass der Bohrer (13) axial ausgerichtet an einer axialen Stirnseite des Dämpferrings (7) ansetzbar ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (15) so dimensioniert ist, dass er, wenn er in den jeweiligen Lüftungsschlitz (17) eingesteckt ist, an zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seitenwänden (18) des Lüftungsschlitzes (17) anliegt und eine axiale Führung für den Bohrer (13) bildet.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (15) an seinem beim Einstecken in den jeweiligen Lüftungsschlitz (17) vorausgehenden Ende eine Führungskontur (19) aufweist, die bei in den jeweiligen Lüftungsschlitz (17) eingestecktem Führungskörper (15) an einem Grund (20) des Lüftungsschlitz (17) anliegt und eine radiale Positionierung des Bohrers (13) bewirkt.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskontur (19) an einem Justierelement (16) ausgebildet ist, das am vorausgehenden Ende des Führungskörpers (15) angeordnet ist und eine Justierung der radialen Position des Bohrers (13) ermöglicht.