DE1993608U

DE1993608U - Turbogenerator mit direkt mit fluessigkeit gekuehlter erregerwicklung.

Info

Publication number: DE1993608U
Application number: DEA26811U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1966-10-27
Filing date: 1966-12-06
Publication date: 1968-09-12
Also published as: NO120693B; AT270793B; GB1202261A; DE1538725A1; CH453483A; US3487243A; SE341215B

Description

P.A.36U4W5.6.

Brown, Boveri & CIe.,

Turbogenerator mit direkt mit fflüsstftkeit gekühlter Erregerwicklung

Bei Turbogeneratoren werden bekanntlich durch Oberwellen des Luftspaltfeldes und bei unsymmetrischer Belastung (Schieflast) der Maschine auf der Rotoroberfläche Wirbelströme induziert, die VerlustwaTme erzeugen.. Zu diesen; wirbelstroinver« lusten kommt noch zuminxiest ein Teil der Belbungsverluste, die im Rotor entstehen, hinztr.

«leh ubi einen gasgefüllten Generator, so werden diese yei*lajste von dem inrLuftspalt zirkulierenden Oas abge» führfc.- Be£ Turbogenerator en,, jno jedoch die Rotorwicklung direkt mifc eine-r EEüssigkelt, z^B> Wa&ser oder OeI gekühlt wird un* Überhaupt keine aasköhlwig, zur Anwendung kommt, fällt dann die erwähnte Wärmeabfuhr im-Luft spalt weg.

lÄtreh eine Trennung des Rotopraumes vom Statorraum mittels eines Luftspaltzylinders^ sodass der Druck innerhalb äes Rotorraximes-gegenüber-der Atmosphäre herabgesetzt v/erden kann* ist

es wohl möglich, die Oberflächen-Reibungsverlust« zn vermindern. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Wirbelstromverluste, die auf der Rotoroberfläche entstehen. Es wäre daher denkbar, diese Verlustwärme an die,, in der Rotorwicklung zirkulierende Kühlflüssigkeit abzuführen. Das Temperaturgefälle über die Wicklungsisolation, vor&üilem bei

aber
Schief last, wird/unzulässig hoch.

Es ist auch bekannt, die Rotorzähne durch gebohrte oder gefräste Kanäle direkt mit Flüssigkeit zu kühlen». Der Zahn ist aber häufig mechanisch sehr hoch ausgenützt^ ausoerdera bereitet vorallem bei einteiligen Rotorkörpern das Bohren von relativ kleinen aber langen Löchern grosse fabrikatorische Schwierigkeiten, während ausgefräste Kanäle wieder zugeschweisst werden müssen, was bei dem, im allgemeinen schlecht schweissbaren Rotormaterial nur mit besonderen thermischen Massnahmen möglich ist.

Zu berücksichtigen ist noch, dass Zusatzverluste aber nicht nur an der Oberfläche des Rotors, sondern auch an der Rotorkappe entstehen, die gegen die Erregerwicklung mit einer verstärkten elektrischen Isolation versehen ist* Eine starke Temperaturerhöhung der Rotorkappe führt zum Lösen des Schrumpfeitzes der Kappe und damit.zu einem unruhigen Lauf des Generators_β Diese Zusatzverluste können auch nicht durch-die bereits erwähnten Massnahmen abgeführt werden.

Gegenstand der Srffedwjgg ist ein Turbogenerator mit direkt mit Flüssigkeit gekühlter Erregerwicklung und ohne Gaserneue-

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rung im Luftspalt, wo die an der Oberfläche des Rotors und. an der Rotorkappe entstehende Verlusfewärme auf sehr einfache, und wirksame Weise abgeführt werden soll* Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass oberhalb der Erregerleiter in den Rotornuten axiale Kühlleitungen vorgesehen werden, die sich ausserhalb des RotorkSrpers unter der Rotorkappe über den ganzen Wickelkopf erstrecken und an das for die Flüssigkeitskühlung der Erregerwicklung vorgesehene Kühlsystem angeschlossen sind.

Anhand der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der ^Erfindung näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 den Rotor je eines Turbogenerators teilweise in Längsschnitt zeigen, während das entsprechende Flüssigkeitssystem in scheraatischer Weise in der Fig. 3 bzw. 4 veranschaulicht 1st. Die Fig. 5 und 6 geigen je βΐηβη Querschnitt durch -eine Rotornut.

In der Figur 1, wo der Einfachheit halber nur die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile gezeigt werden, bedeutet 1 den Rotor und 2 die Erregerwicklung, die direkt mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gekühlt wird. Zum Halten der Wickelkopfe 3 der Erregerwicklung <? ist das , Rotorende mit einer fliegenden Rotorkappe versehen,- die;.att§.-einem Ring 4 besteht, die einerseits auf dem Rotorkörper ι aufgeschrumpft ist und andererseits dxirch einen Schrumpf sitz mit der Endplatte 5 fest verbunden ist. Die WickelkSfpe 3 stehen über die Rohrleitungen 6 mit einer WasserverteilkamiBer T in Verbindung, die in mehrere tangentiale Unterkammern unterteilt

1st. Diese Ünterkammem sind in bekannter Weise über radiale Rohrstücke an in der Rotorwelle vorgesehenen konzentrischen Kanälen angeschlossen, die für die Zu- bzw. Abfuhr des Kühlwasseirs dienen* Zwischen dem Rotor 1 und dem nicht dargestellten Stator-ist ein Luftspaltzylinder 10 vorgesehen, sodass der'"DrucTc innerhalb des Rotorraumes-,gegenüber der Aussen^tmas-*-.. phäre herabgesetzt werden kann um die Reibungsverluste sehr wesentlich zu vermindern.

Oberhalb <ter Irregerleiter 2 in den Rotornuten siiid Hohlstäbe 11, II¹ vorgesehen,, die sich ausserhalb des Rotöreisens 1 unter dem Rotorkappenring 4 Über die Wickelkopfe 3, erstrecken. Die Hohlstäbe 11 stehen auf der Nichtantriebsseite des Rotors über eine tangential unterteilte Ringleitung 12 miteinander in Verbindung und werden Über Zuflussrohrstücke Ij5 von der Wasserverteilkammer 7 ⁰^s mit Kühlwasser gespeist. In einer auf der Antriebsseite des Rotors vorgesehenen Ringleitung 15 stehen die Kühlstäbe 11 und auch die dem Rückfluss der Kühlflüssigkeit dienenden Kühlstäbe 11' miteinander in Verbindung. Die Kühlflüssigkeit messt somit durch diese 'Kühlstäbe 11^f zurück zu den entsprechenden-Teilen der Ringleitung 12 urid von dort Über die Abflussrohrs tücke 13' zu der Wasserverteilkammer f y Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist im vorliegenden Falle die Ringleitung 12 in vier gleiche Sektoren unterteilt, wovon je zwei für den Zu- bzw. Abfluss der Kühlflüssigkeit¹ dienen. Es können auch pro Sektor mehrere Rohrstücke 13 bzw. 13' vorgesehen werden. Mit 16 ist noch die Unterteilung der Verteil- „ £"'|

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kammer 7 angedeutet. . . V

BeIm Ausfülirungsbeispiel geraäss Pig. 2 bzw. 4 ist der Rotor wieder mit 1, die Rohrwicklung mit 2. und die Wickelköpfe mit 5 bezeichnet, pie Wickelköpfe 5 werden durch Je eine Rotorkappe, bestehend aus einem Kappenring 4: und einer'Endplatte 5 gehalten und stehenv über den Rohrleitungen 6 mit einer tangential unterteilten Wasservertel!kammer 7 in Verbindung. Oberhalb der Erregerleiter 2 sind wiederum in den Ratornuten Hohlstäbe 20 vorgesehen.Zwischen Rotor 1 und nichtdargestelltem Stator %st ein Luftspaltzylinder 10,

Bei diesem Ausführungsbeispiel, wie, aus. der Fig. 4 hervorgeht, erfolgt die Kühlwasserzufuhr von der Verteilkammer 1 über

aus magnetischem Material
Rohrleitungen 2l/, die in die Polzone im aktiven Rotoreisen verlegt sind und in eine Ringleitung 22 auf der Antriebsseite des Rotors einmünden, von wo aus sämtliche -Hohlstäbe 20 mit Kühlflüssigkeit ^ge-speist werden. Auf -der ^i^htantr&ebsselte stehen die Kühlstäbe 20 ebenfalls mit einer, belspl-elswel-^e in :zwei Se-ktoren unterteilte Ringleitung 2J in ^-er^i-ndurig, -die wi-ederura -dur-eh Rohrstücke 24 mit dem Abflussteil· der Ringkammer 7 in Verbindung stehen. Vie Ringleitungen 22, 25 können in maximal soviele Sektoren aufge-tellt; werden, wie Rohrarisehl-üsse 21 b-zw. 24 vorhanden sind. ,

Da bei der es'ftediaaagsgemässen Kühlanordnung die Kühlstäbe 11, II¹ (FIg^ X) i>zw. 20 (Fig. 2) im Gegensatiz zu -den Hohlleitern der Erregerwicklung 2 nicht über Isolationsglieder mit Kühlflüssigkeit gespeist werden müssen, 4cönnen die Kühlstäbe am Ende direkt jnit einer Ringleitung verlobet od«r verschweisst werden, die nur eine geringe Anzahl von Rohranschlüssen-für

die Verbindung mit der. aus&erhalb= der-Rotorkappe angeordneter! Verteilkammer-7 benötigt. Bles hat zur Folge> dass etle Sehwachung der Verteilkammeirwand wesentlich, geringer ist, als wenn jeder Kühlstab, direkt mit der Ye-rteilkammer in. WrMndung stehen würde.

Die Fig* 5 und 6 veranschaulichen im Querschnitt zwei· tesfüfrrungsformen der Kühlst^.be^ die gem&ss der Erfindung^ for die Abführung der an .der Oberfläeife der Nutkeile und dea? Zahnober=- fläohe entstehenden Verlustwärme vorgesehen sindv In beiden Figuren ist der zwisahert.den Srregeneiterii 2 und dem Hutkeil JQ eingelegte hohle Kühlstafe rrett· 3t bezeichnet» der iDeispielsweise aus Kupfer besteht. Um eine gute Wärmeleitung Eur Oberfläche zu erreichen, werden auf beiden Seiten des Kühlstabes keilförmige Stücke in entsprechenden Aussparungen eingesetzt^ die durch; Eigenfliehkraf t- sich an die Butwandung und; an den Kühlateb an-pressen. Eel dear Ff g> 5 sind- die Aussparungen ftfr die kellfSrmigen Stüo-ke "JZ in- den^ KühMIelter selbst und- bei der Fig. S in der Nutwandung vorgesehen. Ausführung nach Fig:^ 6 kommt dann zur Asweiidimg^ weiin- der mittelquers-ehnitt der Kühlsträbe 31 gross 1st -un^ nSete Kühlleiterq-aersehni^t HJ3ri& bl&ibt um- den ©rußJdtr-äiftren- duFefe- die Fliehkraft der HutfÜllung zu widerstehen.. Έ£η guter WS-rmettber* gang vom Zahn direkt in den Kühlötab ist -vorallesr aaxm von tee» sonderem Vorteil, wenn der Keil aus nicht-magnetischem besteht und eine schleöhte Leitfähigkeit aufweist.

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Wenn die 'Kühlsfcäbe Jl beispielsweise mis rostfreiem bestehen, ist eis zweckmäs-stg, nocfe ^ssTiTsnehen den

en
3.1 und dem Nu.tkeil JO ein/DämpPerstab 35 vorzusefeenj wie In

4er Fig.. 5 nouh anged^utei;

Claims

O- 133/66 a η s ρ r ü c"h et

1. Turbogenerator mit direkt mit Flüssigkeit gekühlter E regerwieklung und ohne Gaserneuerung im Luftspalt, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Erregerleiter in den Rotornuten mindestens eine axiale Kühlleitung vorgesehen ist, die sich ausserhalb des Ro-torkSrpers unter der Rotorkappe über den ganzen wickelkopf erstreckt und an das für die Flüssigkeitskühlung der Erregerwicklung vorgesehene Kühlsystem angeschlossen ist.

2. Turbogenerator nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor von einem Luftspaltzylinder umgeben ist.

y_t- Turbogenerator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Kühlleitungen an einer im Wickelkopfraum vorgesehenen gemeinsamen Ringleitung angeschlossen sind_s die fit dem Kühlsystem der Erregerwicklung in Verbindung steht»

4, Turbogenerator nach Anspruch "*>, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitungen einerseits auf der Antriebsseite des Rotors über eine gemeinsame Ringleitung miteinander in Verbindung stehen, die über in der Polzone"des Rotors eingelegten Rohrleitungen direkt mit Flüssigkeit aus dem Kühlsystem der Erregerwicklung gespeist wird und andererseits am anderen Ende mit einer weiteren Ringleitung in Ver mdung stehen, die über Rohrstücke mit der Abflusseite des Kühlsystems verbunden ist.

5. Turbogenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den für die Zuflussleitungen vorgesehenen Muten in der Polzone auch Kühlle±tungen oberhalb der Zuflussleitungen vorgesehen sind.

6. Turbogenerator nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuflussleitungen aus magnetischem Material bestehen.

7. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleitungen als Stäbe ausgebildet sind, die eine axiale Bohrung aufweisen.

8. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstäbe aus Kupfer bestehen,,

9. Turbogenerator nach Anspruch 7, dadurch-.-gekennzeichnet, dass die Kühlstäbe aus rostfreiem Stahl bestehen und
zwischen diesen Stäben und den Nutkeilen ein Dämpferstab vorgesehen ist.

10. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Rotornutwandung und der Kühlleitung keilförmige Stücke eingesetzt sind, die durch Fl kräfte einen guten thermischen Kontakt zwischen Kühlleiter und Rotorzahn bewirken.

Aktiengesellschaft ■ BROWN, BOVERI & CIE.