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Elektrische Kontaktanordnung innerhalb der mechanischen Wellenkupplung
eines aus Generator und Erregermaschine bestehenden Turbogeneratoraggregats Die
Erfindung betrifft ein Turbogeneratoraggregat mit einem Generator mit Schleifringen
und einer zwischen dem Generator und den Schleifringen angeordneten Erregermaschine,
deren Welle durch eine mechanische Kupplung mit der Generatorwelle gekuppelt ist
und ebenso wie diese einen zentralen Kanal zur Aufnahme der Verbindungsleitungen
zwischen Schleifringen und Generatorrotor hat.
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Bei solchen Aggregaten sind gewöhnlich Generator und Erregermaschine
miteinander gekuppelt und haben den gleichen Antrieb. Es ist dabei üblich, die Erregermaschine
und den Generator auf die gleiche Welle zu setzen, so daß man keine besonderen Lager
für die Erregermaschine braucht bzw. mit einem Stützlager an dem außerhalb der Erregermaschine
liegenden Achsende auskommt. Damit die Erregermaschine so nahe wie möglich an das
Lager des Generators tierangesetzt werden kann, ordnet man die Schleifringe außerhalb
der Erregermaschine an und verlegt die Verbindungsleitungen zwischen den Schleifringen
und dem Generator in einen zentralen Kanal der Welle. Da die Erregermaschine ein
Gleichstromgenerator mit Kommutator ist und deshalb öfter revidiert werden muß als
der Generator, ist es nicht zweckmäßig, die beiden Maschinen unlösbar zusammenzubauen.
Das würde bei jeder Überholung der Erregermaschine auch einen Abbau des Generators
bedeuten. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man die Erregermaschine auf
ein Rohr oder eine Hülse aufgesetzt und diese auf die Generatorwelle aufgeschoben.
Diese Konstruktion vergrößert aber den Durchmesser des Kommutators. Bei den großen
Rotationsgeschwindigkeiten, die bei Turbogeneratoren üblich sind, hat man ein Interesse
daran, den Kommutator mit einem möglichst kleinen Durchmesser auszuführen. Gleichzeitig
ist ein großer Durchmesser für den die Erregermaschine tragenden Achsteil erwünscht.
Beide Wünsche widersprechen einander, und sind unvereinbar, wenn die obengenannte
Hülse für die Erregermaschine verwendet wird.
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Man ist deshalb dazu übergegangen, die Erregermaschine und die Schleifringe
auf eine eigene Welle zusammenzusetzen und diese mit der Generatorwelle zu kuppeln.
Eine solche Konstruktion ist sehr vorteilhaft im Hinblick auf die Herstellung. Da
die Generatorwelle nicht mit einer für die Erregermaschine notwendigen, verhältnismäßig
dünnen Verlängerung ausgeführt zu werden braucht, werden die Herstellung der Welle
und die Dreharbeit beträchtlich vereinfacht. Dazu kommt, daß die Formgebung der
Erregermaschinenwelle auf einer verhältnismäßigkleinen Drehbank erfolgen kann, so
daß man für diese Arbeit keine großen Werkzeugmaschinen in Anspruch zu nehmen braucht.
Ferner erreicht man durch die gesonderte Erregermaschinenwelle dieselben Vorteile
hinsichtlich des Wickelns, die man bei der obengenannten, auf einer Hülse montierten
Erregermaschine erreichen kann. Man braucht somit nicht den Generatorrotor und den
Rotor der Erregermaschine in die Erregerwickelabteilung zu transportieren, wenn
die Erregermaschine gewickelt werden soll. Auch die Prüfung der Erregermaschine
braucht nicht die großen, für Generatoren vorgesehene Prüfausrüstungen zu belasten.
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Oft ist es auch so, daß die Regelausrüstung des Generators in einem
relativ späten Stadium festgelegt wird. Wenn man eine gemeinsame Welle für die Erregermaschine
und den Generator hat, kann man mit der Herstellung der Welle nicht beginnen, bevor
die Reglermaschine festliegt, weil diese die Form des Wellenstumpfes bestimmt. Es
wird dann die Lieferzeit des Aggregats davon abhängig, wie schnell die Regeldaten
vorliegen. Das Risiko einer Lieferungsverspätung wird also viel kleiner, wenn man
eine getrennte Welle für die Erregermaschine verwendet.
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Trotz ihrer Vorteile ist die Erregermaschine mit eigener Welle nicht
oft verwendet worden, und zwar aus folgenden Gründen:
Die zentralen
Leiter bestehen gewöhnlich aus starren Kupferschienen, die in richtiger Lage gehalten
und untereinander und gegen das Eisen durch Stangen aus Isolationsmaterial isoliert
werden müssen. Diese müssen in den zentralen Kanal gleichzeitig mit den Leitern
hineingepreßt werden. Die Montage muß daher mit größter Genauigkeit ausgeführt werden
und erfordert Spezialwerkzeuge und sehr erfahrenes Personal. Wenn die Erregermaschine
im Kraftwerk demontiert werden, z. B. gegen eine Reserve-Erregermaschine ausgetauscht
werden soll; müssen die hineingepreßten Leiter und Isolationsstangen durch die hohle
Welle der Erregermaschine gezogen oder gepreßt werden. Diese komplizierte Arbeit
ergibt eine unnötig lange Betriebsunterbrechung. In ungünstigen Fällen werden die
Isolation und die Leiter beschädigt oder kommen während des Einsetzens in eine falsche
Lage, was zu Durchschlägen und Betriebsunterbrechungen führen kann.
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Die genannten Nachteile sind durch die Erfindung behoben, die ein
Turbogeneratoraggregat mit einem Generator mit Schleifringen und einer zwischen
dem Generator und den Schleifringen angeordneten Erregermaschine betrifft, deren
Welle durch eine mechanische Kupplung mit der Generatorwelle gekuppelt ist und ebenso
wie diese einen zentralen Kanal zur Aufnahme der Verbindungsleitungen zwischen Schleifringen
und Generator hat.
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Es ist bekannt, mechanische und elektrische Kupplungen so zu vereinigen,
daß beide gemeinsam wirksam werden. Die meisten dieser bekannten Kupplungen zeigen
aber eine räumlich getrennte Ausbildung der mechanischen Teile und der elektrischen
Teile und sind deswegen für die Kupplung einer Erregermaschine an den Generator
nicht geeignet. Es ist ferner bekannt, bei Fahrzeugkupplungen die elektrischen Verbindungen
innerhalb der mechanischen Verbindungen anzuordnen, aber diese bekanntenKupplungen
sind Zugkupplungen und eignen sich in ihrem gesamten Aufbau nicht für die Verbindung
umlaufender Teile, da sie die auftretenden Zentrifugalkräfte nicht aufnehmen können.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine jede der genannten
Verbindungsleitungen in einen zu der Generatorwelle gehörigen und einen zu der Welle
der Erregermaschine gehörigen Leiter aufgeteilt ist und die Leiter elektrisch miteinander
durch eine Kontaktanordnung verbunden sind, die in den Flanschen der mechanischen
Kupplung so befestigt ist, daß sich die Kontaktanordnung innerhalb der mechanischen
Kupplung befindet.
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Mit der Erfindung gewinnt man außer der Vereinfachung der Montage
der Maschinen den Vorteil, daß man bei Gleichheit zweier oder mehrerer Aggregate
nur einen kompletten Erregermaschinenrotor mit aufmontierten Schleifringen in Reserve
zu halten braucht.
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In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Verbindungsanordnung gemäß der
Erfindung und Fig. 2 eine Stirnansicht derselben Anordnung.
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In Fig. 1 ist der obere Teil ein Schnitt entlang der Linie A-A und
der untere Teile ein Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2. In Fig. 2 ist der
obere Teil ein Schnitt entlang der Linie C-C und der untere Teil ein Schnitt entlang
der Linie D-D in Fig. 1.
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In der Zeichnung bezeichnet 1 die Generatorwelle und 3 die Welle der
Erregermaschine. Jede Welle hat einen Flansch 2 bzw. 4, der zur mechanischen Kupplung
beider Wellen dient. Der Flansch 4 hat eine im Durchmesser dreifach abgestufte kreisförmige
Ausnehmung, der Flansch 2 einen kreisförmigen Vorsprung, der genau in die größte
Ausnehmung des Flansches 4 paßt und so zur Zentrierung beider Wellen dient. Die
mechanischen Verbindungsmittel beider Flansche sind bekannter Art und in der Zeichnung
nicht dargestellt. Beide Wellen 2 und 3 haben eine axiale Bohrung -und nehmen zwei
Leiter auf. Die in der Welle 1 liegenden Teile beider Leiter sind mit 5 und 6, die
in der Welle 3 liegenden mit 7 und 8 bezeichnet. Zur Isolation der Leiter gegenüber
ihren Wellen dienen Isolierringe 31 bzw. 33 und zur Isolation gegeneinander die
Isolierstreifen 32 bzw. 34.
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Um die Leiter 5 und 7 bzw. 6 und 8 elektrisch miteinander zu verbinden,
sind an den Stirnseiten der Leiter 7 und 8 V-förmig geschnittene elastische Bleche
14. befestigt. Diesem Zweck dienen Kopfschrauben 15, 16, die in Gewindebohrungen
29 der Leiter 7 und 8 sitzen. An den Schenkeln der Bleche 14 sind segmentförmige
Stücke 10 durch Schrauben 26 befestigt, deren Kopf mit 27 und deren Mutter mit 28
bezeichnet sind. In die Segmente sind drei Gewindekontakte 9 eingeschraubt, d. h.
jedem Leiter 7 bzw. 8 sind drei Kontakte 9 zugeordnet. Jeder steht unter Einwirkung
einer Feder 12. Diese Federn sitzen in axial gerichteten Bohrungen 13 der Welle
3 und belasten einen kolbenartigen Teil 11 aus Isolierstoff, der mit seiner
Stirnseite sich gegen das Segment 10 legt. An dieser Seite ist eine Ausnehmung zur
Aufnahme des Endes der Gewindezapfen der Kontakte 9 angebracht. Am Grunde der kreisförmigen
Ausnehmung des Flansches 4 sitzt ein Isolierring 17 mit U-förmigem Querschnitt.
Er dient als Anschlag für den vorspringenden Flansch 36 des Segmentes 10. Das vordere
Widerlager für den gleichen Flansch bildet ein mit 18 bezeichneter Isolierring,
der in der betreffenden Ausnehmung des Flansches 4 durch einen flachen Metallring
19 gehalten ist. Dieser Ring ist durch Schrauben 20 am Flansch 4 befestigt. Die
Federn 12 können also die elastischen Bleche 14 nur bis zur Anlage am Ring 18 nach
vorn drücken, ebenso ist die Durchbiegung nach der anderen Seite durch den Ring
17 begrenzt.
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An der Stirnseite der Leiter 5 und 6 ist eine kreissegmentförmige
Platte 21 angeschraubt. Eine Isolierscheibe 35 in Verbindung mit einem Isolierring
23 isolieren die Segmente 21 gegen die Welle 1, wobei der in einer Ausnehmung des
Flansches 2 sitzende Ring 23 gleichzeitig zur Halterung der Segmente 21 beiträgt.
Der Ring 23 ist wiederum durch einen Ring 24 gehalten, der durch Schräüben 25 am
Flansch 2 der Welle 1 befestigt ist. Eingeschraubt in jedes Segment 21 sind drei
Kontakte 30, deren Lage der der Kontakte 9 entspricht, d. h. die Kontakte 9 werden
durch die Federn 12 nach dem Verbinden der Flansche 2 und 4 gegen die Kontakte 30
gedrückt und stellen so die elektrische Verbindung der Leiterteile 5 und 7 bzw.
6 und 8 her.