DE1613341A1

DE1613341A1 - Dynamo-elektrische Maschine

Info

Publication number: DE1613341A1
Application number: DE19671613341
Authority: DE
Inventors: Horsly William Douglass
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1967-04-21
Publication date: 1970-08-27
Also published as: GB1142815A; SE332658B; US3457440A

Description

M 47 ö - tie.

Garmisch-Partenkirchen, 20* April 1967 Hs-He/Sch

Patentanwalt 1613341 Dipl.-Ing. C-H. nuss

Ganr.h-'i - Parlankirchen

r„.;.cu..:i-33 14

CA. Parsons. & Company Limited, Heaton Works, Newcastle upon Tyne 6, Northumberland, England

Dynamo-elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft dynamo-elektrische Maschinen und insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, Turbogeneratoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zu schaffen, deren Rotorwindung mit Gleichstrom versorgt wird, der von einem Wechselstromerreger mittels einer Gleichrichteranordnung so erzeugt wird, dass die erf ord'erlichen elektrischen Verbindungen durch eine Kupplung hindurch ohne wesentliche konstruktive Schwierigkeiten hergestellt werden können·

Die Erfindung besteht daher in einer dynamo-elektrische! Maschine, deren Rotorwioklung mit einem Erregergleichstrom

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gespeist.wird, der von einer Wechselstrom-Erregermaschine mittels einer Grleichrichteranordnung erzeugt wird, wobei die Welle der Wechselstrom-Erregermaschine direkt mit der Rotorwelle gekuppelt und die Gleichrichteranordnung drehbar auf der Welle der Wechselstrom-Erregermaschine angeordnet ist, und ferner bei dieser Maschine die Gleichrichteranordnung mit der Rotorwicklung durch radiale Leiterstucke verbunden ist, die durch die Welle der Wechselstrom-Erregermaschine zu Leitern führen, die eine Bohrung der Rotorwelle durchsetzen und sich bis in eine Bohrung der Welle der Wechselstrom-Erregermaschine erstrecken.

Ausserdem besteht die Erfindung in einer dynamoelektrischen Maschine gemäss dem vorhergegangenen Absatz, bei der die Kühlmittelzufuhr zur Rotorwicklung der Maschine durch eine Zentralbohrung in der Erregermaschinenwelle verläuft und von dort radial nach aussen in weitere Kanäle, die sich axial in der Erregermaschinenwelle erstrecken und die, wenn die Erregermaschinenwelle mit der Rotorwelle der Maschine gekuppelt ist, in entsprechende Kanäle in der Rotorwelle münden, um das Kühlmittel der Rotorwicklung zuzuführen .

Weiterhin besteht die>Erfindung in einer dynamoelektrischen Maschine entsprechend dem ersten der vorhergegangenen zwei Absätze, wobei die Leiter, die die Rotorwicklung bilden, durch direkte Berührung mit einem Kühlmittel gekühlt werden·

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Ferner besteht die Erfindung in einer dynamoelektrischen Maschine entsprechend dem ersten der vorstehenden drei Absätze, wobei jeder Leiter in den Bohrungen der Rotor- und Erregermaschinenwellen innere Kühlkanäle aufweist, durch welche das die Rotorwicklung kühlende Kühlmittel zirkuliert.

Schliesslich besteht die Erfindung in einer dynamoelektrischen Maschine gemäss dem ersten der vorausgegangenen vier Absätze, wobei das Kühlmittel den Leitern der Rotorwicklung an äquipotentialen Stellen der Wicklung zugeführt wird. i

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dart

Fig. 1 einen Schnitt durch das Wellenende eines Turbogenerators und die damit verbundene Erregermaschinenwelle zur Verdeutlichung der elektrischen Verbindungen entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in grösaerem Hasstab einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Wellenenden im Bereich einer Kupplung zwischen der Rotorwelle und der Erregermaschinenwelle,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Ende der Welle eines Turbogenerators ähnlich dem in Fig. "!,jedoch in einer anderen Ebene, um die Verbindungen für die Zufuhr der Kühlflüssigkeit zu den Rotorwicklungen zu ,eigen, _ 009835/0465

Fig. 5 in grösserem Masstab einen Teil der Fig· 4 im Bereioh der Kupplung, welche die Rotorwelle mit der Erregermaschinenwelle verbindet,

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich dem nach Fig. 5, aber

in einer anderen Ebene, entsprechend der linie B-B in Fig. 7,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie CfC in Fig. 6 und

Fig. 8 einen Schnitt durch ein Piedestal am Ende der Erregermaschlnenwelle zur Verdeutlichung von Einzelheiten der Zufuhr von Kühlflüssigkeit zur Welle.

Bei der Verwirklichung der Erfindung in der in den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Form und zunächst unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2, bildet die Rotorwelle 1 eines Turbogenerators einen Teil einer Anordnung, die einen Rotor einschliesst, mit einer Wicklung bestehend aus Leitern, die durch ein Kühlmittel, das in direkter Berührung mit ihrem Material fliesst gekühlt werden, wobei dieses Kühlmittel an äquipotentialen Stellen der Wicklung zu den Leitern und aus ihnen heraus geführt wird und die vorgenannte Welle 1·in Hauptlagern in Piedestalen gelagert ist. Dabei ist die Mittellinie eines dieser Hauptlager mit 2 bezeichnet. Sie Welle 1 ist mit der Welle 3 der Wechselstrom-Erregermaschine 4 mittels einer Kupplung 5 verbunden. Das freie Ende der Erregermaschinenwelle 3 läuft in einem Lager, dessen Mittellinie mit 6 bezeichnet ist. Teil des Fiedestais des Lager3 6 ist ein Gehäuse 7 mit der Zu- und Ableitung des Kühlmittels, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit oder eines

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unter hohem Druck stehenden Kühlgases, zu und von den Wicklungen des Turbogeneratorrotors und durch die Rotor- und Erregermaschinenwellen, wie später noch im einzelnen beschrieben.

Auf der Erregermaschinenwelle 3 sind Gleichrichteranordnungai8und 9 angebracht, die mit der Erregerwelle umlaufen und Halbleiter-Dioden einschliessen.

Der vom Erreger 4 erzeugte Wechselstrom wird in den Gleichrichteranordnungen 8 und 9 gleichgerichtet und dann über radiale Leiterstüeke 10a, 10b und 11a, 11b leitern 12 und 13, die die Rotorwelle 1 durchsetzen, zugeführt. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitern 12 und 13 in der Rotorwelle und der Rotorwicklung 14- werden Über weitere radiale Leiterstüeke 15a^15b und 16a, I6b hergestellt. Die Einzelheiten der radialen Verbindungen sind in,Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, aber in Fig. 2 gezeigt.

Leiter 17 verbinden die Wechselstrom-Erregermaschine 4-(vgl. Fig. 1) mit den Gleichrichteranordnungen 8 und 9· Die Anordnung 8 kann ausschliesslich aus positiven Dioden und die ' Anordnung 9 ausschliesslioii aus negativen Dioden bestehen oder umgekehrt. Leiter 18 verbinden die Gleichrichteranordnungen mit den radialen Leiterstücken 10a, 1ob und 11a, 11b.

Die Leiterstüeke 10a, 10b sind mit dem Leiter 12 verbunden, der ein Hohlleiter mit zwei axialen Kanälen für ein Kühlmittel ist. Die Leiterstüoke 11a, 11b sind mit. dem

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Leiter 13 vereinigt, der ebenso als Hohlleiter mit zwei axialen Kanälen für ein Kühlmittel ausgebildet ist.

Der leiter 12 ist mit der Rotorwicklung über radiale Leiterstücke 15a, 15b und der Leiter 13 mit der Rotorwicklung über Leiterstücke 16a, 16b verbunden.

Die Anordnung von Kühlmittelkanälen in jedem Leit.er 12 und 13 ist nicht wesentlich, aber wenn man die Leiter kühlen will, dann stellen zwei axiale Kühlmittelkanäle eine befriedigende Möglichkeit dar, einem Kühlmittel das Zirkulieren von der Rotorwicklung über radiale Verbindungen und durch den einen Kanal und dann zurück zur Wicklung über den anderen Kanal zu ermöglichen.

Auf den Rotor- und Erregermaschinenwellen sind auch axiale Ventilatorflügelräder 19 und 20 für die bekannte Zirkulation eines Kühlgases innerhalb der Generator und Erregermaschinengehäuse dargestellt, die aber keinen wesentlichen Teil der Erfindung bilden.

Die konstruktiven Einzelheiten der radialen Leiterstücke 10a, 10b, 11a, 11b und der Leiter 12 und 13 sind in den Pig. 2 und 3 dargestellt. Das von der Rotorwicklung 14 kommende Kühlmittel (vgl. Pig. 1) strömt durch den Kanal 12a im Leiter 12 und tritt in einen zentralen. Durchlass 21 in dem radialen Leiterstück 10a über einen abgeschnittenen Teil am inneren Ende des radialen Leiterstückes. Der Durchlass besteht aus einem hohlen Mittelbolzen 22, der zur Verbindung des Leiterstückes 10a mit dem Leiter 18 dient und gleichzeitig den Leiter gegen die Auswirkung der Zentrifugalkräfte sichert.

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Der Mittelbolzen hat Durchlässe 22a, welche es dem Kühlmittel ermöglichen, von dem Durchlass in einen Ringraum 23 zwischen dem Bolzen 22 und dem Leiterstück 10a überzutreten. Vom Ringraum 23 fliesst das Kühlmittel in den Raum 24, durch welchen es in einen Ringraum 25 (Fig· 2) zwischen dem Leiterstück 10b und seinem Mittelbolzen 26 strömt. Das Kühlmittel fliesst dann durch radiale Kanäle 26a im Bolzen 26 und tritt in den zentralen Durchlass 27 ein. Vom Durchlass fliesst es nach unten und verlässt das radiale Leiterstück an einem abgeschnittenen Teil, der die Verbindung mit dem Kanal 12b im Leiter 12 herstellt. Die abgeschnittenen Teile der radialen Leiterstücke 10a und 10b befinden sich an entgegengesetzten Seiten der Leiterstücke, so dass das.Leiterstück 10a nur mit dem Kanal 12a und das Leiterstück 10b nur mit dem Kanal 12b in Verbindung steht. Das Kühlmittel strömt dann zurück durch den Kanal 12b in die Rotorwioklung. Die ' radialen Leiterstücke 15a und 15b entsprechen in ihrem Aufbau den Leiterstücken 10a und 10b. Die Kühlmittelflussanordnungen für die Leiterstücke 11a und 11b und 16a und 16b bezüglich der Kanäle 13a und 13b im Leiter 13 entsprechen den vorstehend bezüglich der LeiterstÜcke 10a, 10b, 15a, 15b und des Leitrers 12 beschriebenen.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Leiter 12 und 13 sich vom Ende der Rotorwelle 1 aus in das Innere der Erregermaschinenwelle 3 erstrecken. Wenn es erforderlich ist, sich Zugang zu den elektrischen Verbindungen oder den Enden der Leiter zu verschaffen, können die radialen

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Leiterstücke 10a, 10b und 11a, 11b entfernt und die Erregermaschinenwelle 3 axial verschoben werden, um die überstehenden Enden der Leiter 12 und 13 freizulegen. Die Leiter sind daher in der Ebene der Kupplung 5 nicht unterbrochen, und es ist demzufolge nicht erforderlich, bei der Kupplung lösbare Verbindungen der Leiter vorzusehen·

Der Zu- und Abfluss des Kühlmittels in und von der Wicklung erfolgt nicht direkt durch die radialen elektrischen Leiterstücke, sondern an äquipotentialen Stellen der Wicklung-Kanäle 28, 29» 30 und 3i in der Erregermaschinenwelle sind in Fig. 3 dargestellt. Die Kanäle 28 und 29 bilden dabei den Einlass und Auslass des Kühlmittels von und zu einer Spule der Wicklung des Rotors, der in diesem Falle eine zweiteilige Wicklung aufweist, und die Kanäle 30 und 31 bilden den Auslass und Einlass des Kühlmittels von und zu der anderen Spule des Rotors. Der eigentliche Aufbau der Wicklung muss hier nicht im einzelnen beschrieben werden.

Die Einrichtungen für den Zu- und Abfluss von Kühlmittel zu und von der Rotorwicklung ist in den Fig· 4 bis 8 dargestellt. Ein Kühlmittel, z.B. destilliertes Wasser oder unter hohem Druck stehender Wasserstoff von etwa 140 kg/cm , wird dem Gehäuse* 7 am Ende der Erregermaschinenwelle 3 durch einen Kanal 32 zugeführt, es tritt dann in einen Kanal ein, der aus einem Rohr 33 besteht, das innerhalb der Bohrung 34 der Erregermaschinenwelle vorgesehen ist. Das überstehende Ende dieses Rohres ist drehbar in einer Kombination 35 von Lager und Dichtung geführt, die in einem stationären Teil des Gehäuses 7 eingeformt ist. Das in das Rohr 33 eintretende

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Kühlmittel durchströmt es in axialer Richtung bis zu einer Stelle im Bereich der Gleichrichteranordnungen 8 und 9, wo es sich auf radiale Kanäle 28a, 31a verteilt, die mit den axialen Kanälen 28 und 31 in Verbindung stehen, welche, wie in Mg* 4 dargestellt, das Kühlmittel der Rotorwicklung zuführen. Der Teil der Kanäle 28 und 31» der in der Rotorwelle des Turbogenerators verläuft, weist zusätzliche Rohrstücke 37 und 38 auf, die wie aus Mg. 5 ersichtlich, von der Welle durch eine Isolation 39 im Falle des Teils 37 und eine Isolation 40 im PalIe des Teiles 38 elektrisch isoliert sind. Zusätzlich ist Isoliermaterial zwischen den Stirnflächen der Rotor- und Erregermaschinenwellen eingefügt, um ein Durchsickern von Kühlgas bzw. Kühlflüssigkeit zu verhindern.

Die Rohrstüeke 37 und 38 sind mit auswechselbaren Endstücken 42 versehen, die auf die Enden der Rohrstüeke aufgeschraubt werden und von nicht metallischen Buchsen umgeben sind. Um ein Durchsickern entlang der Aussenseite der Rohrstüeke 371 38 zu verhindern, ist eine komprimierbare Scheibe 45 vorgesehen, die von einer Mutter mit Aussengewinde 44 gehalten wird und an einer Ringdichtung anliegt. Entsprechende Ibta^fcfeüdte. und DiöhtungsanOrdnungen sind bei jedem der in fig. β dargestellten Rücklaufkanale -29 und vorgesehen.

Wie aus fig* 5 eraichtliöhi ist das Ende des Rohres hinter dta radialen Kanälen durch eine Klemmplatte 47 abgedichtet, die Ringdichtungen 48, 49 und 50 zusammenpresst.

Die Rücklaufwege des Kühlmittels von der Rotorwicklung werden gebildet durch Kanäle 29 und 30, die in dem Querschnitt gemäss Fig. 6 dargestellt sind. Wie Fig. 7 zeigt, weist das Rohr 33 radiale Flügel 33a auf, welche es in der Bohrung 34 der Welle 3 zentrieren. Nach dem Verlassen der Kanäle 29 und 30 der Fig. 6 leiten radiale Kanäle 29a und 30a das Kühlmittel in die Bohrung 34 in der Welle 3» und das Kühlmittel verlässt schliesslich die Welle_f um in die Auslasskammer 51 im Gehäuse 7 zu fliesen, wie aus Fig» 8 ersichtlich. Es verlässt das Gehäuse 7 durch den Auslass 52.

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Claims

Patentanspruches

Ml Dynamo-elektrische Maschine! dadurch gekennzeichnet, dass ihre Rotorwicklung mit einem Erregergleichstrom gespeist wird, der von einer Wechselstrom-Erregermaschine mittels einer Gleichrichteranordnung erzeugt wird, wobei die Welle der Wechselstromerregermaschine direkt mit der Rotorwelle gekuppelt und die Gleichrichteranordnung drehbar auf der Welle der Wechselstrom-Erregermaschine angeordnet ist und ferner bei dieser Maschine die Gleichrichteranordnung mit der Rotorwicklung durch radiale Leiterstücke verbunden ist, die durch die Welle der Wechselstrom-Erregermaschine zu leitern führen, die eine Bohrung der Rotorwelle durchsetzen und sich bis in eine Bohrung der Welle der Wechselstrom-Erregermaschine erstrecken.
2. Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, dass die Kühlmittelzufuhr zur Rotorwicklung der Maschine durch eine Zentralbohrung in der Erregermaschinenwelle verläuft und von dort radial nach aussen in weitere Kanäle, die sich axial in der Erregermaschinenwelle erstrecken, und die, wenn die Erregermasehinenwelle mit der Rotorwelle der Maschine gekuppelt ist, in entsprechende Kanäle in der Rotorwelle münden, um das Kühlmittel der Rotorwicklung zuzuführen.
3· Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter, die die Hotorwicklung bilden, durch direkte Berührung mit einem Kühlmittel gekühlt werden. 00 9835/(HSS

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4· Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass jeder Leiter in den Bohrungen der Rotor- und Erregermaschinenwelle innere Ktthlkanäle aufweist, durch welche das die Rotorwicklung kühlende Kühlmittel zirkuliert.
5. Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Kühlmittel den Leitern der Rotorwioklung an äquipotentialen Stellen der Wicklung zugeführt wird.

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