DE1930508B2 - Wassergekuehlter rotor eines turbogenerators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wassergekühlten Rotor eines Turbogenerators mit mehreren in den Leitern der Rotorwicklung angeordneten Kühlkanälen und mit mehreren an diesen an den Spuienenden der Rotorwicklung angeschlossenen, metallischen Kühlwasserrohren, die je über ein befestigtes, elektrisch isolierendes Zwischenstück mit einem axial außerhalb der Spulenköpfe an einer Stirnseite des Rotors angeordneten ringförmigen Verteilergefäß aus Metall verbunden sind.

Bei einem wassergekühlten Rotor der beschriebenen Art entsteht auf. Grund der Zentrifugalkraft ein sehr hoher Flüssigkeitsdruck im Kühlsystem. Der hohe Druck stellt große Anforderungen an die Verbindungen der verschiedenen Teile des Systems miteinander. Das erfordert u. a., daß die genannte Verteilerkammer aus Metall gemacht werden muß, was wiederum zur Folge hat, daß Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine elektrische Verbindung zwischen den Kühlwasserrohren und den Wänden der Verteilerkammer zu verhindern. Es ist dabei auch notwendig sicherzustellen, daß die Wasserstrecken zwischen metallischen und verschiedene Potentiale aufweisenden Teilen so lang sind, daß kein wesentlicher Kriechstrom längs der feuchten Flächen der zwischenliegenden isolierenden Teile entstehen kann. Weil sich das ..'ngformige Verteilergefäß unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft, ausdehnt, muß weiter die mechanische Verbindung zwischen Verteilergefäß und Kühlwasserrohrers der irt sein, daß diese Dehnungen nicht zu Verformungen der Kühlwasserrohre führen.

Bei einem bekannten Kühlsystem (deutsche Patentschrift 1 014 215) sind Glaskörper auf jedes Kühlrohrende in der ringförmigen Verteilerkammer aufgeschmolzen und dienen dabei als elektrische Isolatoren. Das Glasaufschmelzen bedeutet eine wesentliche Komplikation in der Herstellung, außerdem besteht die Gefahr von Rißbildungen im Glas bei Temperaturänderungen.

Ein ähnliches Kühlsystem ist in der britischen Patentschrift 977 070 gezeigt, die ein Kühlsystem mit hohlen Leitern statt Kühlrohren beschreibt, wobei die Verbindung zu der ringförmigen Verteilerkammer mit Hilfe von Rohren geschieht, die so dickwandig sind, daß sie mit Gewinden und aufgeschraubten Muffen versehen werden können. Die erforderliche elektrische Isolierung wird mit Hilfe von druckbeständigen und isolierenden Schläuchen erreicht, die in die verschiedenen Verbindungslcituncen zwischen den Spulenenden und der ringförmigen Verteilerkammcr eingesetzt sind. Diese Konstruktion beansprucht sehr viel Platz und bedingt verhältnismäßig viele Verbindungsstellen in jeder hydraulischen Verbindung zwischen Spulenenden und Verteilergc* fäß. Dazu kommt, daß die Isolierstrecke in dem KUhlflUssigkeitszuftihrröhrchen ziemlich kurz ist. Die an den Verbindungsstellen erforderlichen Kupplungen sind sowohl vom Herstellung»- als auch vom Montagegesichtspunkt aus relativ kompliziert und schwer zugänglich bei einer Revision.

In der Veröffentlichung »Soviet Inventions Illustrated«, Section Nr. II vom Februar 1963, Seiten Cp 15/Cp 16, Nr. 149 825, ist ein wassergekühlter Rotor mit hohlen Leitern und mit hohlen Kurzschlußringen beschrieben, an denen die einzelnen Leiter ange-♦«hlossen sind. Diesen Ringen werden von zwei die Rotorwelle umgebenden Verteilerkamrnern über radial gerichtete Rohre Wasser als Kühlmittel zugeführt, d.h.. über einen Kurzschlußring zu- und über den anderen abgeführt, Bei der genannten Konstruktion werden an Stelle der üblichen und bei Kurzschlußwicklungen zulässigen Metallrohre solche aus Isoliermaterial verwendet. Diese Rohre sind In Richtung ihrer Achse beweglich und legen sich unter Wirkung der Fliehkraft an einen Anschlag im Kurzschlußring an. Zur Abdichtung dienen sogenannte selbstdichtende Dichtungsringe, d. h. Ringe, bei denen ein Teil der Ringoberfläche in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit steht. Bei Rotoren mit Kurzschlußläufern ist die Drehzahl relativ niedrig gegenüber der von Turbogeneratoren, so daß die Verwendung von Rohren, die nur aus Isoliermaterial bestehen, zulässig ist. Gleichgültig aber, ob bei der bekannten Konstruktion Rohre aus Metall oder aus Isoliermaterial verwendet werden, treten Isolationsschwierigkeiten nicht auf, da die Kurzschlußringe keine Spannung haben.

Aufgabe der Erfindung ist, bei dem einleitend beschriebenen wassergekühlten Rotor die Verbindung zwischen der Verteilerkammer und den zu den Wicklungsköpfen führenden Metallrohren einmal so zu gestalten, daß eine ausreichende Isolation, vor allem ein genügend langer Kriechweg, erreicht und weiter die Möglichkeit gewonnen wird, daß die zur Verbindung gehörigen Teile, die einet Inspektion oder Überwachung bedürfen, sehr leicht zugänglich sind. Diese Aufgabe wird bei einem wassergekühlten Rotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das isolierende Zwischenstück eine radial zur Rotorwelle gerichtete Hülse ist. die mit einem Ende in das Verteilergefäß eingeführt ist und mit ihrem anderen Ende das Ende des Kühlsv^srerrohres in einem bestimmten Abstand vom Verteile gefäß umschließt daß iedes Ende der Hülse ringförmige Nuten aufweist, die je einen selbstdichtenden Dichtungsring aus elastischem Material aufnehmen, und daß die Befestigung der Hülse und des radial verlaufenden Teiles des Kühlwasserrohres zwischen der Stirnfläche des Rotors und einem außerhalb dieser angeordneten Befestigungsleil erfolgt.

Ein wassergekühlter Rotor gemäß der Erfindung hat außer den zuvor genannten Vorteilen, nämlich denen der langen Kriechwege und der Zugänglichkeit, den Vorteil, daß die Herstellungs- und Moniagekosten gering werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 teils in Axialschnitt, teils in radialer Ansicht eine mit einem Kühlsystem nach der Erfindung versehenen Turborotor und

Fig. 2 in Axialschnitt eine Einzelheit der in F i g. 1 gezeigten Anordnung.

In der Zeichnung bezeichnen 1 den Rotorballen und 2 die Mittellinie eines für einen Turbogenerator bestimmten Rotors mit radialen Nuten. Die Linie 3 deutet den Boden einer Wicklungsnut an. Die Spulenenden der Rotorwicklung sind mit 4 bezeichnet, und von einer Wickelkopfkappe S umgeben, deren Zentrierring mit 6 bezeichnet ist.

Die Rotorwicklung ist durch in die Leiterbündel der Wicklung eingelegte dünnwandige Kühlrohre 7 η direktgekUhlt. Die so gebildeten Kühlkanäle sind durch Kühl Wasserrohre 7, die an den Spulenköpfen 4 direkt angeschlossen sind, mit einer Verteilerkammer 1.0 verbunden. Die Kühlwasserrohre 7 laufen durch axiale Kanäle eines ringförmigen, den Rotorballen

Umschließenden Stützteil 8 aus isolierendem Material. Radial innerhalb des Zentrierringes 6 sind die Kühhvasserrohre rechtwinklig abgebogen und verlaufen dann radial nach innen zu längs der Stirnwand des Rotorballens. Die Kühhvasserrohre sind vom Rotoreisen und voneinander elektrisch isoliert. iHur Befestigung der radialen Teile der Kühhvasserrohre dienen ein metallischer, mit radialen Nuten versehener Preßring 9, ein an der Stirnwand des Rolorkörpers angeordneter Befestigungsring 23 und Schrauben, die auf der Zeichnung mit den Linien 21 und 22 angedeutet sind (F i g. 2).

Die Verteilerkammer 10 wird von einem ringförmigen, metallischen Verteilergefäß 11 gebildet, des-•en in radialer Richtung außenliegende Wand radial gerichtete Bohrungen hat, die als hydraulische Verbindungen zu den Spulenenden 4 dienen. Das Verteilergefäß 11 wird an einer ringförmigen Sti.nfläche 30 des Rotorballens durch Schultern 12 und 13 festgehalten unu außerdem mit Hilfe des Preßringes 9, der mit seinem äußeren Rand am Zentrierring 6 anliegt. Die radial innenliegende Wand des Verteilergefäßes hat mehrere Bohrungen für mehrere Speiseleitungen 24, die in Verbindung mit einem zentral angeordneten axialen Einlaufkanal 26 für die Kühlflüssigkeit stehen. Au> Herstellungsgründen hat der Rotorballen eine entfernbare Platte als Befestigungsring 23.

Das in der Zeichnung nicht gezeigte Rotorende ist in derselben Weise wie das in F i g. 1 gezeigte ausgeführt, nur mit dem Unterschied, daß die dem ringförmigen Verteilergefäß 11 entsprechende Anordnung am Ablaufkanal 29 statt am Einlaufkanal 26 angeschlossen ist.

Eine wasserdichte Verbindung ^wischen den Kühlwasserrohren 7 und dem Verteilerring 11 wird mit Hilfe von selbstdichtenden elastischen Dichtungsringen 14 und 15 erreicht. Um einen Austausch der Dichtungsringe zu ermöglichen, ohne daß das Verteilergerfäß 11 oder die Kühlrohrenden demontiert zu *o werden brauchen, und um eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen jedem Kühlrohr ⁿ und dem Vcrteilerring 11 zu erhalten, sind die Kühlrohrendefi nicht ganz bis zum Verteilerring 11 herangeführt. Statt desjen wird die Kühlflüssigkeit durch tine elektrisch isolierende Hülse 16 längs einer Strecke zwischen dem Kühlrohrende 28 und dem Verteilerring geleitet. Um eine größere Sicherheit gC3en Kriechströme zu erzielen, hat man die Hülse 16 mit tiner dicht umschließenden Isolierhülle 17 aus sehr tlastischem. isolierendem Material überzogen, die fcuch einen nahe daran liegenden Teil des Kühltvasserrohres 7 umgibt. Die Hülse 16 liegt in einer tadialen Bohrung des Verteilergefäßfcs und ist gegen die Wand der Bohrung durch selbstdichiende elaslische Dichtungsringe 15 abgedichtet, die der Hülse 16 erlauben, sich in radialer Richtung im Verhältnis zur Rotorwelle zu bewegen. Die radiale Bewegungsfreiheit ist dadurch begrenzt, daß die Hülse 16 und die Isolierhülle 17 von einer Stützhülse 18 umgeben sind, die durch ninen Schnitt in ihrer Längsrichtung zweigeteilt und mit einer Schulter 19 zum Aufnehmen der auf die Hülse 16 wirkenden Zentrifugalkräfte susgebildcl ist.

Die Stützhülse 18 ist in einem radialen Kanal 27 angeordnet, der im Verhältnis zur Berührungsfläche zwischen dem Preßring 9 und dem Befesügungsring23 symmetrisch ausgeführt ist. Die Stüfhülse ist gegen die Zentrifugalkräfte dadurch gesichert, daß ihr Ende an im Kanal 27 gebildeten Anlageflächen anliegt. Das Ende des Kühlwasserrohres 7 ist in das radial äußere Ende der Hülse 16 eingeführt und dabei von selbstdichtenden elastischen Dichtungsringen 14 umschlossen.

Wenn die Dichtungsringe 14 und 15 ausgetauscht werden sollen, wird der Preßring 9 entfernt und danach die aus zwei. Hälften zusammengesetzte Stützhülse 18 und der Schließring 25, wonach die elastische Isolierhülse 17 im Raum radial außerhaib der Hülse 16 zusammengepreßt und die Hülse I« in radialer Richtung nach außen oder innen verschoben wird, und so die Dichtungsringe 15 bzw. 14 zugänglich werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wassergekühlter Rotor eines Turbogenerators mit mehreren in den Leitern der Rotorwicklung angeordneten Kühlkanälen und mit mehreren an diesen an deu Spulenenden der Rotorwicklung angeschlossenen, metallischen Kühlwasserrohren, die je über ein befestigtes, elektrisch isolierendes Zwischenstück mit einem axial außerhalb der Spulenköpfe an einer Stirnseite des Rotors angeordneten ringförmigen Verteilergefäß aus Metall verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Zwischenstück eine radial zur Rotorwelle gerichtete Hülse (16) ist, die mit einem Ende in das Verteilergefäß (11) eingeführt ist und mit ihrem anderen Ende das Ende des Kühlwasserrohres (7) in einem bestimmten Abstand vom Verteilergefäß (11) umschließt, das jedes Ende der Hülse (16) ringförmige Nuten aufweist, die je einen selbstdichtenden Dichtungsring (14.15) aus elastischem Material aufnehmen, und daß die Befestigung der Hülse (16) und des radial verlaufenden Teiles des Kühlwasserrohres (7) zwischen der Stirnflache des Rotors und einem außerhalb dieser angeordneten Befestigungsteil erfolgt.

2. Wassergekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil zur Befestigung der Hülse (16) und des radial verlaufenden Teiles des Kühlwasserrohres (7) ein Preßring (9) ist, der djrch Bolzen (21. 22) gegen die Stirnfläche des Rotorballens preßbar ist und daß zwischen der Stirnseite des Rotorball.ns und dem Preßring einerseits und der Hülse (16) und dem radial verlaufenden Teil des Kuhlwasserrohres (7) andererseits eine Isolierung jeweils gleicher Schichtstrirke angeordnet ist, die an radial nach außen weisenden Anlageflächen am Rotorballen und am Preßring (9) anliegt.

3. Wassergekühlter Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus einer elastischen isolierhülle (17) besteht, die von einer Stützhülle (18) umgeben ist, weiche Stützhülle durch einen zu ihrer Längsrichtung parallelen Schnitt geteilt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichrungen