DE1069276B

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Info

Publication number: DE1069276B
Application number: DENDAT1069276D
Authority: DE
Priority date: 1956-09-04
Publication date: 1959-11-19
Also published as: US2950403A; CH351665A

Description

Direkte Kühlung der Schleifringzuleitungen und Schleifringe eines elektrischen Turbogenerators mit gasdicht abgeschlossenem Gehäuse Die Erfindung betrifft elektrische Turbogeneratoren, deren Rotor gasgekühlt wird.
Die Gesichtspunkte für die Ausbildung von Turbo-Wechselstromerzeugern sind in neuerer Zeit auf eine Steigerung der Leistungen gerichtet. Da die Abmessungen dieser Maschinen in gewissen Fällen nicht ohne weiteres vergrößert werden können, ergibt sich die Notwendigkeit, die Strombelastung der leitenden Teile zu erhöhen.
Bei den Rotoren bringt eine Steigerung der Strombelastung der leitenden Einrichtungen eine Vergrößerung des durch die Schleifringe fließenden Stroms mit sich sowie gleichzeitig eine Vergrößerung des Stromes in den Leitern, die die Schleifringe mit der Rotorwicklung verbinden. Da die Schleifringe außerhalb des Maschinengehäuses angeordnet sind, besteht keine besondere Schwierigkeit, ihre die erhöhte Stromstärke aufnehmende Kapazität zu vergrößern.
Die Leiter zwischen den Schleifringen und der Rotorwicklung jedoch, die mit dem Rotor rotieren, müssen an einer Bewegung in radialer Richtung gehindert sein. Überdies müssen sie zwischen den Schleifringen außerhalb des Gehäuses und der Rotorwicklung innerhalb des Gehäuses durch die Gehäuseabschlußwand hindurchgehen, wobei das Gehäuse bei mit Wasserstoff gekühlten Maschinen gasdicht gegenüber der Welle ausgebildet sein muß. Unter diesem Gesichtspunkt ist es üblich geworden, die Leitungen in Bohrungen oder Kanälen innerhalb der Welle hindurchzuführen. Hieraus folgt indes, daß bei derartigen Konstruktionen die Stromdichte mit Rücksicht auf die Temperaturerhöhung in den Leitern begrenzt werden muß.
Es ist bekannt, die Leiter zwischen den Schleifringen und den Rotorwicklungen dadurch zu kühlen, daß man Leiterkanäle bildet, die sich in axialer Richtung innerhalb der Rotorwelle und benachbart den Leitungen erstrecken, und indem man Kühlluft durch diese Leiterkanäle strömen läßt, was zu einer verbesserten Wärmeabfuhr und einer Begrenzung des Temperaturanstiegs der Leiter führt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine verbesserte Vorrichtung zum Kühlen der Schleifringe und der Leiter zu schaffen, welche die Schleifringe mit der Rotorwicklung eines Turbogenerators verbinden.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbogenerator mit gasdicht abgeschlossenem Gehäuse und direkter Kühlung der elektrischen Leiter, welche die Rotorwicklung mit einer Anzahl Schleifringe verbinden, die auf der Rotorwelle befestigt und außerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
Ein derartiger Generator ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Schleifringzuleitung hohl ausgebildet sind, daß unmittelbar an jedem Schleifring eine die Rotorwelle ringförmig und gasdicht umgebende Kammer angeordnet ist, in welche jeweils das Ende des dem Schleifring zugeordneten Hohlleiters mündet, wodurch ein für Kühlgas bestimmter Durchgang gebildet wird, der sich zwischen den Schleifringen und der Innenseite des abgeschlossenen Gehäuses durch den Hohlleiter hindurch erstreckt, und daß ferner Vorrichtungen zwecks Einführung eines Kühlgases in jede der ringförmigen Kammern vorgesehen sind.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind in der Rotorwelle ferner eine Anzahl in axialer Richtung sich erstreckender Kanäle vorgesehen, die jede der ringförmigen Kammern mit der Innenseite des abgeschlossenen Gehäuses verbinden und auf diese Weise für den Durchgang des Kühlgases vom Innern des abgeschlossenen Gehäuses längs dieser Kanäle bis in die ringförmigen Kammern und zurück durch die Hohlleiter bis in das abgeschlossene Gehäuse sorgen. Diese Konstruktion ermöglicht die Verwendung eines Kühlgases, wie z. B. Wasserstoff, zum Kühlen der Schleifringe und Hohlleiter, wodurch eine verbesserte Kühlung der genannten Teile herbeigeführt wird. Durch das Vorhandensein der den Schleifringen unmittelbar benachbarten ringförmigen Kammern wird die Kühlung der Schleifringe und durch die Ausbildung der Schleifringzuleitungen als Hohlleiter die Kühlung der Leiter selbst verbessert.
Falls mehrere Schleifringe vorhanden sind, wie es üblicherweise der Fall ist, können die Leiter zwischen den Schleifringen und der Rötorwicklung im Winkelabstand um die Achse des Rotors herum angeordnet sein. In ähnlicher Weise können auch die Einlaßkanäle zu den Einlaßkammern im Abstand voneinander vorgesehen sein. Die Schleifringzuleitungen können üblicherweise aus übereinandergelegten Leiterstreifen gebildet sein, wobei die obersten und untersten Streifen sich über die volle Breite des Leiters erstrecken, während wenigstens einige der dazwischenliegenden Streifen derart unterbrochen sind, daß innere Kühlkanäle gebildet werden.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand im einzelnen veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt den Endteil eines Rotors, teilweise im Schnitt nach Linie I-I in Fig. 3; Fig.2 zeigt den Endteil des Rotors, teilweise im Schnitt nach Linie II-II in Fig. 3; Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1; Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 1; Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Leiters.
In den Zeichnungen bedeutet das Bezugszeichen 1 den Rotorkörper, 2 das Wellenende desselben. Die Bezugszeichen 3, 3' bezeichnen die beiden Schleifringe. Diese sind gegenüber der Welle durch Ringe 4,4' isoliert. Abschlußringe 5, 5' bilden gasdichte ringförmige Kammern 6, 6' für ein Kühlgas. Die Schleifringzuleitung 7 verbindet den Schleifring 3' elektrisch mit der Windung 8 der Rotorwicklung 9. In der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist der Leiter in einem axial gebohrten Loch 10 im Wellenende untergebracht. Diese Anordnung liegt zweckmäßig im Bereich des Drehlagers. Es ergibt sich dabei ein Gasabschluß gegenüber dem Gehäuse 11. Über diesen Bereich hinaus kann der Leiter wechselweise in einem gefrästen Schlitz untergebracht und durch Keile gesichert werden.
Die Leiter 7 sind hohl ausgebildet, so daß ein zentraler Kanal 12 entsteht, dessen Einlaßende mit der ringförmigen Einlaßkammer 6' in Verbindung steht.
Den Kammern 6 und 6' wird das Kühlgas über radiale Bohrungen 21 und 21' aus den axialen Kanälen 17 und 18 zugeführt, die ihrerseits das Kühlgas aus dem Innern des Maschinengehäuses durch radiale Bohrungen 19 erhalten, die vorzugsweise auf der Druckseite des Lüfters 20 angeordnet sind.
Das Einlaßende der Leiter 7 ist elektrisch und mechanisch mit dem Schleifring 3, durch eine Halteklammer 13 verbunden. während das Auslaßende 28 in einer isolierenden Buchse 22 befestigt ist. Wie bereits oben erwähnt, ist das Auslaßende 28 elektrisch mit einer Windung der Rotorwicklung 9 verbunden. Entlang dem Kanal 12 des Hohlleiters fließt Kühlgas, das in die Aussparung 23 im Rotorkern eintritt, die nach dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator hin offen ist. Der Schleifring 3 ist in ähnlicher Weise mit einer Windung 14 am anderen Ende der Wicklung 9 durch einen ähnlichen hohlen Leiter 15 verbunden, der sich durch einen Kanal 16 im Wellenende 2 erstreckt. Dieser Kanal ist, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, diametral gegenüber dem Kanal 10 angeordnet. Der Leiter 15 besitzt einen inneren Kanal 24 und ein Auslaßende 25, das in einer Isolierbuchse 26 gehalten ist und in die Aussparung 27 im Rotorkern mündet.
Es ist zu bemerken, daß die axialen Bohrungen 10 und 16 nicht unbedingt diametral einander gegenüberliegen müssen, sondern daß sie eine beliebige zweckmäßige Lage am Umfang haben können. Dasselbe gilt auch für die Einlaßkanäle 17 und 18. Überdies brauchen die Bohrungen 10, 16, 17 und 18 nicht unbedingt am Umfang der Welle zu liegen; sie können auch gegebenenfalls durch eine einzige große zentrale Bohrung in dem Wellenende ersetzt sein, wobei dann allerdings die Durchtrittsöffnungen der Leiter in die ringförmigen Kammern abgedichtet sein müssen.
Der große Unterschied im Radius zwischen den Einlaßbohrungen 19 und 19' und den Auslaßöffnungen 18 und 25 reicht bei der Drehung der Maschine aus, um einen genügenden Druckunterschied zu erzeugen, daß Gas durch die Kanäle 12 und 24 strömt.
Fig.5 zeigt im Querschnitt einen Leiter der aus breiten Streifen 28 aufgebaut ist, welche im Abstand voneinander durch zwei Lagen schmälerer Streifen 29 gehalten werden, so daß ein innerer Kanal gebildet wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Turbogenerator mit gasdicht abgeschlossenem Gehäuse und direkter Kühlung der elektrischen Leiter, welche die Rotorwicklung mit einer Anzahl Schleifringe verbinden, die auf der Rotorwelle befestigt und außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Schleifringzuleitungen hohl ausgebildet sind, daß unmittelbar an jedem Schleifring eine die Rotorwelle ringförmig und gasdicht umgebende Kammer angeordnet ist, in welche jeweils das Ende des dem Schleifring zugeordneten Hohlleiters mündet, wodurch ein für Kühlgas bestimmter Durchgang gebildet wird, der sich zwischen den Schleifringen und der Innenseite des abgeschlossenen Gehäuses durch den Hohlleiter hindurch erstreckt, und daß ferner Vorrichtungen zwecks Einführung eines Kühlgases in jede der ringförmigen Kammern vorgesehen sind.
2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung sich erstreckende Kanäle innerhalb der Rotorwelle jede der ringförmigen Kammern mit einer innerhalb des abgeschlossenen Gehäuses befindlichen Kühlgaszufuhr verbinden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift L 18780 VIIIb/21 d' (bekanntgemacht am 30. B. 1956).