DE1538722C3 - KühlmittelanschluB für direkt flüssigkeitsgekühite Rotorwicklungen von Turbogeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlmittelanschluß für eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung eines Turbogenerators, bei dem die Kühlkanäle der Wicklung mit radial verlaufenden und mit Spiel in radialen Bohrungen der Rotorwelle untergebrachten Rohrleitungen verbunden sind, die mit axial in der Welle verlaufenden Bohrungen in Verbindung stehen.

Bei Turbogeneratoren, in weichen die Rotorwicklung direkt mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gekühlt wird, ist es üblich, die Kühlflüssigkeit am Wellenende dem Rotor zu- bzw. von ihm abzuführen und bis in die Nähe der Anspeisung an die aus Hohlleitern bestehende Wicklung weitestgehend innerhalb der Rotorwelle zu führen. Zu diesem Zweck werden axiale Kanäle in der Rotorwelle vorgesehen, die über radiale Bohrungen mit einer außenliegenden Verteilkammer in Verbindung stehen, an die die Hohlleiter der Rotorwickelköpfe angeschlossen werden. Die Rotorwickelköpfe werden gegen die Fliehkraft von einem Kappenring gehalten, der auf einer Seite, im allgemeinen am aktiven Teil, auf den Rotorkörper aufgeschrumpft ist und auf der anderen Seite durch einen Schrumpfsitz mit der Endplatte der Kappe fest verbunden ist, wobei zwischen der Bohrung der Endplatte und der Rotorwelle ein Spiel

vorhanden ist.

Bei diesen bekannten Maschinen entstehen somit Relativbewegungen zwischen der Rotorwelle und den Wickelköpfen, die durch Schwingungen sowie durch Wärmedehnungen und Fliehkräfte verursacht werden. Infolgedessen ist es notwendig, bei der Flüssigkeitszuführung von der Welle zu den Wickelköpfen diese Relativbewegungen bzw. Schwingungen zu beherrschen, ansonst das Kühlystem gefährdet wird. Dabei ist aber zu berücksichtigen, daß der Flüssigkeitsdruck mit dem Quadrat des radialen Abstandes von der Wellenachse zunimmt, und infolgedessen sind die bisher für diesen Zweck verwendeten flexiblen radialen Rohrleitungsteile, z. B. Rohrkompensatoren, kaum mehr genügend flexibel herstellbar, um den drehzahlfrequenten Schwingungen ohne die Gefahr von Ermüdungsbrüchen standzuhalten.

Aus der Veröffentlichung »Soviet Inventions Illustrated«, Februar 1963, Seite Cp 15 bis Cp 16, ist eine Anordnung für die direkte Flüssigkeitskühlung der Rotorwicklung eines Turbogenerators bekannt, wo die Flüssigkeit für die Kühlung der Rotorwicklung über radial verlaufende Rohrleitungen, die in radiale Bohrungen in der Rotorwelle münden, zu- und abgeführt wird. Die radialen Rohrleitungen sind an beiden Enden mit einem Dichtungsring versehen, wobei die Dichtung am inneren Ende der Rohrleitung in einer radialen Bohrung der Rotorwelle angeordnet ist. Mit dieser Anordnung werden lediglich Relativbewegungen zwischen den radialen Rohrleitungen und der Rotorwelle, die durch unterschiedliche Wärmedehnung verursacht werden, durch eine entsprechende Deformierung der elastischen Dichtungsringe kompensiert. Bei dieser Anordnung stehen die radialen Rohrleitungen mit Kanälen in Verbindung, die durch Bohrungen in der Rotorwelle gebildet werden.

Aus der Veröffentlichung »CIGRE-Bericht« Nr. 111, 1966, Fig. 2, und S. 5, ist eine weitere Anordnung für die direkte Wasserkühlung der Rotorwicklung eines Turbogenerators bekannt, wo das Wasser über in der Rotorwelle vorgesehene konzentrische Rohrleitungen axial zu- bzw. abgeführt wird, die über radiale Wellenbohrungen und radiale flexible Elemente mit einer an einer Rotorkappe angeordneten Verteilkammer in Verbindung stehen.

Aus der französischen Patentschrift 14 00 853 ist es bei Turbogeneratoren bekannt, Kühlmittelverteilerrohre in den Rotornuten vorzusehen, bei welchen zwischen konzentrisch zueinander und in axialer Richtung angeordneten Rohrteilen ein Spiel vorhanden ist, um zwischen diesen Rohrteilen eine Relativbewegung zu ermöglichen.

Ferner ist es aus der deutschen Patentschrift 11 17 211 bei Turbogeneratoren mit flüssigkeitsgekühler Rotorwicklung bekannt, zwischen den Wickelköpfen der Rotorwicklung und den radialen und axialen Rohrleitungen, die für die Zu- bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit dienen, starre Verbindungen vorzusehen.

Bei allen diesen bekannten Kühlanordnungen werden nur die durch Wärmedehnungen hervorgerufenen axialen Bewegungen auf verschiedene Art und Weise bewältigt.

Die Aufgabe der Erfindung ist nunmehr, einen

Kühlmittelanschluß für eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung eines Turbogenerators zu schaffen, bei welcher nicht nur die durch Wärmedehnungen verursachten axialen Bewegungen, sondern auch die durch

Rotation und Wellendurchbiegungen bedingten Schwingungen vom Kühlrohrsystem ferngehalten werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in den axialen Bohrungen axiale Rohrleitungen mit Spiel angeordnet sind, die mit den radialen Rohrleitungen starr verbunden sind, und daß das aus radialen und axialen Rohrleitungen gebildete Rohrleitungssystem einerseits mit dem Wickelkopf der Rohrwicklung in fester Verbindung steht und andererseits am Ende der Rotorwelle axial verschiebbar gelagert ist.

An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Teillängsschnitt des Rotorendes eines Turbogenerators,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene Λ Ά der F ig. 1.

In der F i g. 1 bedeutet 1 den Rotorkörper und 2 die Rotorwelle, während die aus Hohlleitern gebildeten Wickelköpfe der flüssigkeitsgekühlten Rotorwicklung mit 3 bezeichnet sind. Zum Halten der Wickelköpfe 3 ist das Rotorende mit einer fliegenden Rotorkappe versehen, die in bekannter Weise aus einem Ring 4 besteht, der nur auf einer Seite auf dem Rotorkörper 1 ψ aufgeschrumpft ist und auf der anderen Seite mit einer Endplatte 5 verbunden ist, wobei zwischen der Bohrung der Endplatte und der Rotorwelle 2 ein Spiel vorhanden ist.

Auf der Außenseite der Endplatte 5 ist eine Ringbzw. Verteilkammer 6 für die Kühlflüssigkeit angeordnet, die über starre Rohrstücke 7 mit den Hohlleitern der Wickelköpfe 3 in Verbindung steht. Gleichzeitig ist die Verteilkammer 6 über starre radiale Rohrleitungen 8 mit einer in der Wellenbohrung axial verlegten Rohrleitung 9 bzw. 10 fest verbunden. Sowohl zwischen den radialen Rohrleitungen 8 und den entsprechenden radialen Bohrungen in der Rotorwelle 2 als auch zwischen der axialen Bohrung in der Rotorwelle 2 und den konzentrischen Rohrleitungen 9,10 ist ein Spiel 11 vorgesehen, welches Relativbewegungen zwischen den Rohrleitungen und der Rotorwelle gestattet. Am Wellenende ragen die konzentrischen Rohrleitungen 9, 10 aus der Wellenbohrung heraus und sind in einem oder mehreren Lagern axial verschiebbar gelagert. Diese Lager können zweckmäßig bereits Bestandteile der , Dichtungen 13, 14 eines Kühlmittelübertragers 15 sein, wobei sie dann mit der Kühlflüssigkeit geschmiert werden.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 wird die Kühlflüssigkeit am gleichen Wellenende zu- und abgeführt, und zu diesem Zweck ist die Verteilkammer 6 durch radiale Trennwände 16 tangential in vier Unterkammern unterteilt (F i g. 2). Die diametral gegenüberliegenden Unterkammern 17 stehen über je eine radiale Rohrleitung 8 mit der gemeinsamen axialen Rohrleitung 9 für den Zufluß und die anderen gegenüberliegenden Unterkammern 18 über je eine radiale Rohrleitung 8 mit der Rohrleitung 10 für den Abfluß innerhalb der Wellenbohrung in fester Verbindung, wobei die beiden radialen Rohrleitungen 8 für die Unterkammern 17 gegenüber denjenigen für die Unterkammern 18 in axialer Richtung versetzt liegen.

Die axialen Rohrleitungen 9,10 mit den dazugehörigen radialen Rohrleitungen 8 sind unabhängig von der Rotorwelle 2 und haben nur zwei Auflager, von denen eines die Einspannstelle ist, wo die dazugehörige radiale Rohrleitung 8 kraftschlüssig mit der Verteilkammer 6 verbunden ist und das andere durch die Lager 13 bzw. 14 gebildet ist, die eine freie Bewegung der Rohrleitung ih axialer Richtung gestatten. Dadurch, daß immer Spiel zwischen Rohrleitungen und Wellenbohrungen vorhanden ist, können die Rohrleitungen Relativschwingungen gegenüber der Rotorwelle ausführen. Ferner kann das beschriebene Rohrleitungssystem die während des Betriebes vorkommenden axialen Dehnungen der Rotorkappe 4, 5 bzw. Verteilkammer 6 ohne weiteres mitmachen.

Um die verschiedene Dehnung infolge Zentrifugalkraft zwischen Verteilkammer 6 und den radialen Rohrleitungen 8 aufzunehmen, können diese letzteren mit Vorspannung in die Verteilkammer 6 eingesetzt werden. Eine weitere Maßnahme wäre, die axialen Rohrleitungen 9 und 10 am inneren Ende auf mindestens einer gewissen Länge im Querschnitt zu unterteilen, so daß mehrere Teilrohre gebildet werden, die mit mindestens einer radialen Rohrleitung 8 in Verbindung stehen. Die durch die Aufteilung der axialen Rohrleitung gebildeten Teilrohre weisen eine genügende Flexibilität auf, um die auf die Verteilkammer 6 wirkende Zentrifugalkraft aufnehmen zu können.

Zu beachten ist noch, daß im allgemeinen das Wellenende des Rotors wegen der Stromübertragungsapparatur relativ lang ist, so daß der Durchhang der axialen Rohrleitungen 9 bzw. 10 sehr groß wird bzw. die Wandstärke zu dick gewählt werden müßte. Es ist dann günstig, unter Ausnutzung der Eigenflexibilität der axialen Rohrleitung, diese noch mit einer weiteren Lagerung im Sinne einer Dämpfung oder einer Zentrierung zu versehen, wobei es meistens genügen dürfte, wenn eine solche Dämpfung nur zwischen der äußeren Rohrleitung 10 und der Wellenbohrung vorgesehen wird. Diese Dämpfung muß in genügend großem Abstand von der Einspannstelle der Rohrleitung sein, um das gewünschte Maß an Flexibilität zu gewährleisten. Die Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise aus einem Gummiring 20 (Fig.3) oder aus radial wirkenden Blattfedern 21 (F i g. 4) bestehen.

Wird das Wellenende mit der Stromübertragungsapparatur an den Generatorrotor angeflanscht, so kann, wie aus der F i g. 5 ersichtlich ist, in der Kupplung 22 eine Zentrierung bzw. Dämpfung mittels axial wirkenden Blattfedern 23 erreicht werden. Durch diese Elemente 23 wird eine Beweglichkeit der Rohrleitung 10 gegenüber der Welle 2 in der Winkellage von Rohrleitungsachse zu Bohrungsachse und auch die axiale freie Dehnungsmöglichkeit nicht verhindert.

Obwohl dje Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben worden ist, wo die Zu- und Abfuhr der Kühlflüssigkeit am gleichen Rotorende erfolgt, kann die Erfindung in analoger Weise auch bei Turbogeneratoren zur Anwendung kommen, wo auf der Endplatte der einen Rotorkappe eine Zufuhrkammer und auf der Endplatte der anderen Rotorkappe eine Abfuhrkammer für die Kühlflüssigkeit vorgesehen ist.In diesem Falle fällt die in Fig.2 veranschaulichte Unterteilung der Kammer, weg.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kühlmittelanschluß für eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung eines Turbogenerators, bei dem die Kühlkanäle der Wicklung mit radial verlaufenden und mit Spiel in radialen Bohrungen der Rotorwelle untergebrachten»/ Rohrleitungen verbunden sind, die mit axial in der Welle verlaufenden Bohrungen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß in den axialen Bohrungen axiale Rohrleitungen (9, 10) mit Spiel (11) angeordnet sind, die mit den radialen Rohrleitungen (8) starr verbunden sind, und daß das aus radialen und axialen Rohrleitungen gebildete Rohrleitungssystem einerseits mit dem Wickelkopf (3) der Rotorwicklung in fester Verbindung steht und andererseits am Ende der Rotorwelle (2) axial verschiebbar gelagert ist.

2. Kühlmittelanschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starren radialen Rohrleitungen (8) in eine an der Rotorkappe (4, 5) des Turbogenerators befestigte Verteilkammer (6) für die Kühlflüssigkeit einmünden, die durch starre Rohrstücke (7) mit den Wickelköpfen (3) der Rotorwicklung fest verbunden ist.

3. Kühlmittelanschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starren radialen Rohrleitungen (8) vorgespannt sind.

4. Kühlmittelanschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Rohrleitungen (8) in zwei Gruppen mit je einer gemeinsamen axialen Rohrleitung (9 oder 10) in der Rotorwelle in Verbindung stehen.

5. Kühlmittelanschluß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Rohrleitungen (9, 10) am inneren Ende auf mindestens einer gewissen Länge im Querschnitt unterteilt sind, wobei jedes Teilrohr mit mindestens einer radialen Rohrleitung (8) starr verbunden ist.