DE2228993B2

DE2228993B2 -

Info

Publication number: DE2228993B2
Application number: DE2228993A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Lambrecht; Erich Weghaupt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1974-12-19
Also published as: FR2188342B1; FR2188342A1; SE396170B; GB1439956A; DE2228993C3; DE2228993A1; JPS542364B2; CH557105A; JPS4957303A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen direkt flüssigkeitsgekühltcn Läufer für Turbogeneratoren mit einer Kühlwasserzuführung zu den einzelnen Leitern von einer Verteilerkammer auf der erregerseitigen Welle und einer Kühlwasserabführung über eine Sammelkammer auf der Turbinenseitc in eine die Welle ringförmig umschließende Kühlwasserauffangkammer, die nach beiden Seiten gegen die Welle durch berührungsfreie Dichtungen abgedichtet ist und die über eine Falleiiung mit einem auf niedrigerer geodätischer Höhe angeordneten Sammelgefäß in Verbindung steht.

Ein derartig direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer fur Turbogeneratoren ist aus der US-PS 2 527 878 bekanni. Die die Welle umschließende Kühlwasserauffangkammer ist dabei /wischen Generator und Turbine angeordnet. Das aus radialen Wellenbohrungen mit hoher Geschwindigkeit austretende Kühlwasser wird in dieser Auffangkammer gesammelt und abgeführt. Obwohl bei eip'.>r derartigen Anordnung der Auffangkamnier eine Rückleitung des aufgewärmten Kühlwassers auf die Erregerseite eingespart wird, ergeben sich jedoch hierbei erhebliche Nachteile. So sind /ur Abfuhrung des Kühlwassers Axial- und Radialbohrungen im lurbinenscitigcn Wellenschenkel erforderlich, die zu einer unzulässigen Schwächung des antriebsseitigen Wellenschenkels führen. Darüber hinaus ist es erforderlich, zur Vermeidung von Leiterkorrosionen in der Erregerwicklung den Kühlwasserkreislauf unter Ausschluß von Sauerstoff zu betreiben. Um diese Bedingung zu erfüllen, ist eine sehr hochwertige Abdichtung der Auffangkammer mit Hilfe von zwei Wcllcndichtungen erforderlich, die einen vollständigen Abschluß gegen die Atmosphäre gewährleistet. Bei den am turbinenseitigen Wellenschenkel vorherrschenden Abdichtbedingungen, wie großer Wellendurchmesser, hohe Umfangsgeschwindigkeit und große axiale, wärmebedingte Wellendehnungen, sind aber betriebssichere Wellendichtungen nur mit sehr hohem technischen Aufwand auszuführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlwasserauffangkammer für das aufgewärmte Kühlwasser so as:,-üordncn und auszubilden, daß einerseits mit technisr-« c/»hr einfachen und sicheren Abdichtungen ausgekommen werden kann und daß andererseits ein Säuerst. ''■> "ibruch praktisch unmöglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem direkt flüssigkeitsgekühlten Läufer für Turbogeneratoren der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kühlwasserauffangkammer innerhalb des Generatorgehäuses angeordnet ist und über einen axial an der Wellenoberfläche verlaufenden Ringkanal mit der unmittelbar daneben angeordneten Sammelkammer verbunden ist. daß die berührungsfreien Dichtungen Kammringe sind, die mit einer Sperrgasströmung beaufschlagt sind, und daß das Sperrgas ein im Generatorgehäuse verwendetes, durch einen Lüfter bewegtes Kühlgas ist.

Durch die Anordnung der Kühlwasserauffangkammer innerhalb des im allgemeinen Wasserstoff als Kühlmedium enthaltenden Generatorgehäuses ist somit eine vollkommene Abdichtung des Kühlwasserkreislaufes gegen die Atmosphäre bei relativ einfachem

technischen Aufwand geschaffen.

Die Kammringe beiderseits der Kühlwasserauffangkammer weisen dabei jeweils einen Kühlwasserrücklaufkanal und eine Kühlgasabsaugka:nmer auf. Die Absaugkammer ist an eine mit der Saugseite des Ccneratorlüfters in Verbindung stehende Saugleitung angeschlossen. Durch diesen Anschluß der Kühlgasabsaugkammern an die Saugseile des Generaiorlüfiers wird ständig eine Sperrgasströmung zwischen Kammringen und Ldüfcrwelle erzeugt, wodurch sicher ein Austritt von Kühlwasser vermieden wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Ertindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Turbogenerator mit dem gesamten Kühlwasserkre^:slauf und

F i g. 2 einen Teiliängsschnitt für den Bereich der Kühlwasserabführung auf der turbinenseitigen Generalorweüe.

Der in K i g. 1 schematisch gezeigte Generator nut dem Läufer 1 und der Erregerwicklung 3 sowie dem Ständer 2 und der Ständerwicklung 4 ist in einem druck- und gasdicht ausgeführten Gehäuse 5 angcordnet. dessen Innenraum IO mit Wasserstoff als Kühlgas unter einem vorgegebenen Druck gefüllt ist. Die Abdichtung der Läufcrwcllc 1 gegen das Gehäuse 5 erfolgt mit herkömmlichen H^-Wellendichtungen 11. Das Wasserstoffgas im Gehäuse 5 wird über zwei auf der Welle 1 angeordnete Lüfter 12a und \2b im geschlossenen Kreislauf umgewälzt und übernimmt die Kühlung des Ständerblechpaketes 13, der Läufer- und Läuferkappenoberfläche 14 sowie die Abfuhr der Zusatzver luste in den Wickelkopfräumen 15. Die Ständorwick- 3; lung 4 ist in herkömmlicher Weise mit Wasser gekühlt, wobei dieses Kühlwasser über eine Vcrieilcrringleitung 17 und Isolierschläuche 18 auf der Erregerseite der Maschine der Ständerwicklung zugeführt wird. Die Abführung nach dem Durchströmen der Ständerstäbe erfolgt auf der Turbinenseite in gleicher Weise. Kür die Rück kühlung des Wasserstoffkühlgases sind an beiden Gehäuseenden aufgestellte Wasserstoffkühler 16 vorgesehen.

Das Kühlwasser selbst wird von einen oberhalb des Generatorgehäuses 5 angeordneten Wasserbehälter 19 über eine Leitung 6 einer auf dem erregerseitigen Wellenende angeordneten .Schaftpumpe 20 zugeleitet. Das aus dieser Pumpe 20 ausströmende Wasser strömt zunächst durch einen Kühler 21 und wird anschließend über eine Leitung 7 der Vcrieilerringleitung 17 für die Siänderwicklung 4 und durch eine Wellenbohrung 22 dem Läufer 1 zugeleitet. Dabei tritt das Kühlwasser am erregerseitigen Wellcnendc in die axiale Wellcnbohrung 22 ein, durchströmt das Lager 22 der Erregermaschine 24, ferner die gesamte Erregermaschine 24 und das Generatorlager 25 und gelangt schließlich über Ra dialkanäle 26 in der Läuferwelle 1 in die erregerseitige Kaltwasserverteilerkammer 27. Von hier aus wird das Kühlwasser über Isolierschläuche 30 und Rohre 29 an fto jede Erregerwindung des erregerseitigen Wickelkopfes 28 herangeführt. Nach Durchströmen von je einer halben Windung der Erregerwicklung 3 in vielen parallelen Zweigen gelangt das aufgewärmte Kühlwasser in den turbinenseitigen Wickelkopf 31 und wird von dort f>5 über Rohre 32 und Isclicrschläuchc 33 in die Kühlwassersammelkamrner 34 auf der Wellenoberfläche geleitet. Über einen ebenfalls an der Wcllcnoberflächc angeordneten Ringkanal 35 strömt das Kühlwasser dann in die erfindungsgemäß innerhalb des Gencratorgehäi' ses 5 angeordnete und die Generatorwelle ringförmig unischließende feststehende Kühlwasserauffangkammer 36 ein. Diese Kühlwasserauffangkammer 36 liegt dabei auf der Druckseite des Wasserstoffkühlgaskreislaufes. wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Das Wassersioffgas wird dabei vom Lüfter 12a zunächst radial außerhalb der Leitwände 60 durch den Wasserstoffkühler 16 geführt und strömt dann von hier aus teilweise radial einwärts — wie durch den Pfeil 61 angedeutet ist — in Richtung auf die Kühlwasserauffangkammer 36 zu. Die Kühlwasscrauffangkammer 36 ist dabei auf beiden Seiten durch sogenannte Kammringe 38 abgedichtet, leder dieser Kammringe 38 weist eine Kühlgasabsaugkammer 39 auf, die über Saug leitungen 40 mit der Saugseite 41 des turbinenseitigen Generatorlufters 12.) in Verbindung stehen. Durch diese Zuordnung der Kühlwasseraurfangkammer 36 und der Kühlgasabsaugkamnicrn 39 zum Generitorlüfter 12a ist erfindungsge maß eine Abdichtung der Kühlwasserauffangkammer 36 gegen den Generatorinncnrau η möglich. Über die dem CJeneratorraum zugekehrte äußere Kammrin^parlie 62 und 63 strömt eine relativ große Wasscrstoffgasmenge in die Ahsaiigkanimern 39. Über die Saugleitung 40 wird das Gas auf die Saugseite des Generatorlüfters 12./ wieder den¹ Wasscrstoffkühlkreislauf des Generators zugeführt. Auf diese Weise entsteht durch die Ausnutzung des Lufterdruckes eine sehr wirksame Wasser stoffsperrströmung in der äußeren Kammringpartie, die den Austritt von Sprühwasser jnd^Vasserdunst aus der Kühlwasserauffangkammer 36 in den Generatorraum 43 in der Umgebung der Kühlwasserauffangkam mer verhindert.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn in die Saugleitung 40, die aus dem Getieratorgehause 5 herausgeführt ist. ein Gastrockner 42 und gegebenenfalls noch ein zusätzli chcs Gebläse 44 eingeschaltet ist.

Über eine an die Kühlwasserauffangkammer 36 angeschlossene halleitung 37 gelangt das Kühlwasser in ein tiefer stehend angeordnetes Sammelgefäß 45, das durch ein Schwimmerventil 46 niveaugeregclt ist. Dieses Sammelgefäß ist über eine Rückleitung 64 mit dem Kühlwasserbehälter 19 verbunden. Der Gasraum 47 dieses SammelgefäUes 45 ist dabei von Wasserstoffgas mit dem Druck innerhalb des Gehäuses beaufschlagt. Da der Gaspolslerdruck 48 im Kühlwasscrbehälter 19 jedoch etwa I bis 2 al niedriger als der Kühlgasdruck im Gcneraiorgehäuse liegt, wird somit das aufgewärmte Kühlwasser selbsttätig in diesen Wasserbehälter 19 zurückgefordert.

In F i g 2 ist der Bereich der Welle mit der Sammelkammer 34, dem Ringkanal 35. der Kühlwasserauffangkammer 36 und den Kammringen 38 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei gelangt das Kühlwasser übe ■ in unter dem Wickelkopf 31 liegenden Nuten der Lauferwellc 1 verlegte Rohre 32, deren Enden mit Hochdruckisolicrschläuchen 33 verschraubt sind, in die Kühlwassersammelkammei 34, die die Läuferwelle ringförmig umschließt. Diese Kühlwassersammelkammer 34 ist am Abströmende zu einem Ringspalt 49 verengt und geht von hier in den Ringkanal 35 über, der durch ein an die Külilwassersammclkammer 34 angeflanschtes Rohr 50 gebildet wird. Dieser Ringkanal 35 mündet direkt in die Kühlwasserauffangkamnier 36. Diese Kühlwasscrauffangkammer 36 wird dabei von einem ringförmigen Außengehäuse 65 gebildet, an dessen einer Stirnseite zur Kühlwassersammeikammer 34

hin der Kammring 38;i und an dessen anderer Stirnseite über einen zur Montageerleichterung vorgesehenen Flanschdeekel 5t der andere Kammring 38b angeflanscht ist. leder Kammring weist dabei jeweils eine zur Wellenoberfläche offene Gasabsaugkammer 39 im außenliegenden Teil der Kammringe und einen Kühlwasserrücklaufkanal 54 im an die Kühlwasserauffangkammer 36 angrenzenden Bereich auf. Die Gasabsaugung aus den Kühlgasabsaugkammcrn 39 erfolgt dabei durch Bohrungen 52 im Kammringkörper, an die die Saugleitung 40 angeschlossen ist. Infolge der Gasabsaugung stellt sich in der Kühlwasscrauffangkammer 36 ein Gasdruck ein, der etwa dem Saugdruck des Generatorlüfters an der Saugseite 41 nach F i g. 1 entspricht. Dadurch erfolgt über die außenliegenden Kammringparlien 62 und 63 stets eine Sperrgasströmung vom Gchäuscinnenraum 10 zu den Kühlgasabsaugkammcrn 39. so daß ein Austreten von Kühlwasser verhindert wird. Das über die inncnliegenden Kämme 53 von der Kühlwasserauffangkammer 36 abströmende Wasser wird in die Rücklaufkanäle 54 geführt, aus denen es über Bohrungen 55 im Unterteil der Kammringe wieder in die Kühlwasscrauffangkammer 36 zurückgeführt wird. Zum Schutz der Welle ist im Bereich der Kühlwassersamnielkammer 34. des Ringkanals 35, der Kühlwasserauffangkammer 36 und des äußeren Kammringes 38£> eine Schutzhülse 56 auf die Welle aufgeschrumpft. Diese Schutzhülse bildet dabei auf zwei Seiten die Begrenzung der Kühlwassersammelkammcr 34. indem sie an ihrem innenlicgcndei· Ende einen radialen Ansatz 66 aufweist, in dem die Zuführungsbohrungen 67 für das Kühlwasser eingelassen und die Isolierschläuche 33 über entsprechende Muffen 68 cinge-

s schraubt sind.

Infolge der radialen Lage des Wasseraustritts 57 aus dem Ringkanal 35 auf einem größeren Durchmesser als dem der konzentrischen Wellenbohrung 22 auf der lirregcrseite ergibt sich bei Rotation des Läufers durch

ίο die Fliehkraft des Wassers eine sehr große Eigenförderwirkung von mehreren Atmosphären.

Zusätzlich kann zur Vermeidung von Kavitation und Gascinbruch in die Kühlwasscrsammelkainmer 34 am Ringspalt 49 eine auswechselbare und speziell auf den

is Läufer abgestimmte Drosselblendc 58 eingebaut sein.

Mit der beschriebenen Anordnung und Ausbildung der Kühlwasscrauffangkammer für das aufgewärmte Kühlwasser innerhalb des das Wasserstoffkühlgas enthaltenden Generatorgehäuses und unter Ausnutzung der Saugkraft des Lüfters für eine Sperrgasströmung an den Wellendichuingcn der Kühlwasserauffangkammer ist also mit einfachen Mitteln einwandfrei sichergestellt, daß keinerlei Sauersloffeinbrüche in das Kühlwasser erfolgen können, d. h. daß der Kühlwasserkreislauf gegen die Außenatmosphäre vollkommen abgedichtet ist. Darüber hinaus ist eine optimale Kühlung der Erregerwicklung und Ableitung des Kühlwassern ohne die Welle schwächende Kühlwasserablcitungskanäle sichergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer für Turbogeneratoren mit einer Kühlwasserzuführung zu den einzelnen Leitern von einer Verteilerkammer auf der erregerseitigen Welle und einer Kühlwasserabführung über eine Sammelkammer auf der Turbinenseite in eine die Welle ringförmig umschließende Kühlwasserauffangkammer, die nach beiden Seiten gegen die Welle durch berührungsfreie Dichtungen abgedichtet ist und die über eine Falleitung mit einem auf niedrigerer geodätischer Höhe angeordneten Sammelgefäß in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserauffangkammer (36) innerhalb des Generatorgehäuses (5) angeordnet ist und über einen axial an der Wellenoberfläche verlaufenden Ringkanal (35) mir der unmittelbar daneben angeordneten .Sammelkammer (34) verbunden ist. daß die berührungsfreien Dichtungen Kammringe (38a, 38b) sind, die mit einer Sperrgasströinung beaufschlagt sind, und daß das Sperrgas ein im Generatorgehäusc (5) verwendetes, durch einen Lüfter (12.7. 12ö) bewegtes Kühlgas ist.

2. Direkt flüssigkeiisgekühlter Läufer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kammring (38,7. 38b) einen Kühlwasserrücklaufkanal (54) und eine Kühlgasabsaugkammer (39) aufweist.

5. Direkt fjüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserauffangkammer (36) auf der Druckseite des Kühlgaskreislaufes liegt.

4. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasabsaugkammern (39) an eine mit der Saugseite (41) des Generatorlüfiers (12;?) in Verbindung siehende Saugleitung (40) argeschlosseii sind.

5. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach An-Spruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (40) übet einen Gastrockner (42) geleilet ist.

6. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Saugleitung (40) ein gesondertes Gebläse (44) eingeschaltet ist.

7. Direk: flüssigkeitsgekühlter Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (35) von der Sammelkammer (34) zur Kühlwasserauffangkammer (36) durch ein an die Sammelkammer (34) angeflanschtes Rohr (50) mit größerem Innendurchmesser als dem Außendurchmesser der Läuferwelle (1) gebildet ist.

8. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringkanal {3?) eine Drosselblende (58) angeordnet ist.

9. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß über die axiale Erstreckung der Sammclkammer (34), des Ringkanals (35), der Auffangkammer (36) und des abströmseitigen Kammringes (38b) eine auf die Welle (1) aufgeschrumpfte Schutzhülse (56) vorgesehen ist.

10. Direkt flüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (56) auf der Zuslröm.seite der Sammelkammer (34) einen radialen Ansatz (66) mit Zuführungsbohrungen (67) für das aufgewärmte Kühlwasser und Anschlußnippel (68) für die durch !soüerschläuche (33) gebildeten Kühlwasserleitungen aufweist.