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Wassergekühlter Läufer fAr elektrische Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren
(Die Priorität der USA-Stammanmeldungen Serial o. 182,367 und 182,368 vom 21.9.1971
wird beansprucht) Die Erfindung betrifft einen waasergektihlten Läufer f'&r
elektriache Maschinen, inbesondere Turbogeneratoren, mit axialer Kühlwasserzuführung
zu der Erregerwicklung und einer EUhlwasserableitung über eine axiale Wellenbohrung
und von dieser ausgehende radiale Kanäle zu einer feststehenden KEhlwasserauffangkammer
am Wellenumfang. Diese radialen Austrittskanäle wirken dabei als ZentrifugalDumpe
mit einer großen PuBpwirkung, die wesentlich vom Querschnitt der radialen Kanäle
abhängig ist. Eine Einstellung dieser Pumpwirkung9 insbesondere eine Verringerung,
ist jedoch durch eine Querschnittsverringerung nicht möglich, da aus fertigungstechnischen
Gründen diese Kanäle nicht unter einem bestimmten Durchmessermaß gefertigt werden
können und da diese Kanäle im allgemeinen mit einer rostfreien Auskleidung versehen
sind und diese Auskleidung mit der den axial in der Weile liegenden Kiihlwasserkanal
begrenzenden Auskleidung verschweißt werden müssen. Diese Selbstpumpwirkung ist
zwar sehr erwünecht, da somit allein durch die Fliehkraft des ausgeschleuderten
Wassers eine Strömung auch in den eigentlichen Kühlkanälen aufrechterhalten wird.
Andererseits können sich durch diese etarke Pumpwirkung im axialen Wellenkanal Blasen
aus Luft oder einem anderen Gas, das während des Kühlkreislaufes in das Wasser gelangt
ist, ans3mmeLn. Diese Gasblasen werden dann im allgemeinen diskontinuierlich silber
die radialen Kanäle mit dem Wasser ausgeworfen, wodurch Schwingungen des Läufers
und eine Störung des Wasserdurchf1uses bewirkt werden können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese radialen Wellenkanäle
so auszubilden, daß einerseits die Ausströmgeschwindigkeit des Wassers hinreichend
begrenzt wird und andererseits eingeschlossene Gasblasen sicher nadel außen geleitet
werden können.
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Die Erfindung besteht dabei darin, daB in die radialen Kanäle am außenliegenden
Ende Droeselkdrper mit einem angenähert .tangential zum Wellenumfang und entgegen
der Drehrichtung der Welle endenden Austrittskanal eingebaut sind. Zusätzlich sind
in den radialen Wellenkanälen die Droeelkdrper durchsetzende und in radialer Richtung
bis angenähert zur Wellenmitte reichende EntlUftungerohr8 vorgesehen.
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Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise
eines AusfUhrungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Debei zeigen: Fig.
1 einen Längsschnitt durch einen Turbogenerator nach der Erfindung; Fig. 2 einen
Teillängsschnitt durch die Läuferwelle im Bereich der radialen Austrittskanäle und
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Welle entsprechend der Schnittlinie III-III nach
Fig. 2.
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In kig. 1 ist schematisch der Aufbau eines Turbogenerators mit wassergekühlter
Läuferwicklung dargestellt. Der den Läufer 20 umgebende Ständer 10 der Maschine
kann ebenfalls in herkömmlicher Weise mit einer wassergekUhlten Wicklung 16 versehen
sein, während das Gehäuse 14 im allgemeinen mit Wasserstoffgas unter ueberdruck
als wetterex KUhlmittel gefüllt ist.
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Die Kehlung der Erregerwicklung 28 des Läufers erfolgt dabei durch
Kühlwasser, das beispielsweise über einen zu den Erregerstromleitern 33 koaxialen
Kanal 32 und davon auegehenden radialen Kanälen 34 zunächst in eine Verteilerkammer
35 am Wellenumfang geführt wird. Von dort aus führen die K5hlwasserzuführungsrohre
36 zu den einzelnen Wicklungsleitern der Erregerwicklung 28. Am anderen Wickelkopf
wird das KEhlwasser Uber gleichartige Kühlwasserrohre 37 zunächet einer Sammelkammer
38 am Umfang der Welle zugeführt und dort Uber radiale Kanäle 39 nach innen zu einem
weiteren axialen Wellenkanal 31 geführt, der am Eintritts- und am Austrittsende
jeweile Ueber Platten 45 verschlossen ist.Am außenliegenden Ende gehen dann von
diesem axialen Kanal 31 radiale Kanäle 40 nach außen zur Wellenoberfläche, wobei
das eus diesen Kanälen abgefilhrte Kilhlwasser in einer die Welle umschließenden
feststehenden Auffangkammer 41 gesammelt und von dort abgeführt wird.
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In den Fig. 2 und 3 iet der Bereich dieser radialen Austrittekanäle
40 im Längs- und im Querschnitt im vergrößerten Maßstab gezeigt. Wie eingangs bereits
erwähnt, wirken diese beiden radialen Kanäle 40 als Fliehkraftpumpe mit einer starken
Eigenpumpwirkung für das den B§uter durchströmende Kühlwasser.
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Die Notwendigkeit, einen Zugang zum inneren Ende der Kanäle 40 zu
erhalten, um deren Auskleidung 46 mit der Auekleidung 44 der Wellenbohrung 31 zu
verschweißen, bedingt einen-Mindestdurchmesser für diese Kanäle 40. Somit kann über
den Querschnitt dieeer Kanäle die Strömungsmenge nicht geregelt werden und es iet
auch schwierig, den Druck in den Kanälen oberhalb des Kavitationsdruckes zu halten.
Es ist deswegen notwendig, in diese Kanäle 40 Drosselkbrper einzubauen. Herkömmliche
Lochblenden sind jedoch wenig geeignet, da sie die Selbstpumpwirkung weitgehend
reduzieren und darUber hinaus zu Schwingungen der stationären Ktlblwasserkammer
41 führen können. Aue diesem Grunde sind erfindungsgemäß Drosselkörper vorgesehen,
die aus einem in die äußere Öffnung des
radialen Kanals 40 eingeschraubten
Stopfen 48 aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen. Jeder Drosselkörper
48 hat dabei einen Austrittskanal 49, um das Wasser aus den radialen Kanälen 40
abzuführen. Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen itt, hat dieser Austrittskanal
49 auf der Anströmeeite einen radial gerichteten Eintritt und ist dann während seines
Verlaufes durch den Drosselkörper 48 eo gebogen, daß der Auslaß 50 dieses Kenale
etwa tangential zur Wellenpberfläche endet Dabei iet es wesentlich, daß diese Austritts-Öffnung
50 entgegen der Drehrichtung der Welle gerichtet ist.
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Ferner ist ee zweckmäßig, wenn dieser Austrittskansl einen in Strömungsrichtung
abrehmenden Querschnitt aufweist, eo daß er gleichmäßig zu dem relativ engen Auslaß
50 konvergiert.
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Durch diese ebblegende und konvergierende Form des Auetrlttskanals
49 wird erreicht, daß die erforderliohe Pumpenleistung zu Aussehleudern des Wassers
erheblIch reduziert werden kann.
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Diese Reduzierung ist im wesentlichen abhängig von dem Auetrittswinkel
des Wassers, d. h. dem Winkel zwischen der Richtung des augeschleuderten Wassers
und einer an die Läuferoberfläche an der Austrittsstelle gedachte Tangente. Wie
Versuche gezeigt haben, kann bei einem relativ geringen Winkel, wie in Fig. 3 dargestellt,
das erforderliche Pumpendrehmoment um ungefähr 75 % verringert werden. Die konvergente
Form des Austrittekanals 49 verringert darüber hinaus die Verluste durch Reibung
und Verwirbelung. Durch die dadurch erzielte sanfte Drosselung und Umlenkung des
ausströmenden Wassers werden somit such alle Vlbrationen in der Auffangkammer 41
vermieden. rerner tritt im Bereich dieser radialen Austrittskanäle 40 aber noch
ein anderee Problem auf. Es ist möglich, daß in das hochreine Kühlwasser während
des Kreislaufes Luft oder andere Gase eindringen und mit dem Kühlwasser den Läufer
durchströmen.
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Am Abführungsende im Bereich der radialen Kanäle 40, an denen
hohe
Fliehkräfte auf das radlal ausstromende Wasser einwirken9 wird der Wasserdruck so
weit erhöht, daß alle Gase und die Luft im Wasser radial nach innen zur Achse der
Welle geführt werden und ich dort ansammeln. Diese Ansammlung in Form von größeren
Luftblasen ist aber sehr unangenehm, ds dadurch der freie Strömungsquerschnitt für
das Wasser reduziert wird, wodurch es zu Unwuchten und Schwingungen des Läufers
kommen kann.
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Diese zurückgestaute Luftmenge neigt darüber hinaus dazu, intermittierend
in großen Blasen durch die radialen Kanäle 40 auszuströmen und somit eine Instabilität
der Wasserströmung herzufUhren. Aus diesem Grunde sind zusätzlich erfindungsgemäß
in den radialen Kanälen 40 EntlUftungsrohe 51 vorgesehen, die die Drosselkörper
48 bis zur Außenoberfläche durchsetzen. Diese Entlüftungsrohre 51 erstrecken sich
alse vom Außenumfang der Welle bis in den Bereich der Wellenmitte in der axialen
Bohrung 31. Auf diese Weise können Gase oder Luft, die sich in diesem Bereich gesammelt
haben, durch die EntlüStungsrohre 51 zur Oberfläche der Welle geführt werden, von
wo aus ie dann aus der Auffangkammer 41 nach außen abgeführt werden können.
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Um zu verhindern, daß diese Entlüftungsrohre 51 durch die starke Wasserströmung
in den radialen Kanälen beschädigt oder in Schwingung versetzt werden, sind diese
Entlüftungsrohre 51 zweckmäßigerweise in der Sähe der Wandung der radialen Kanäle
40 angeordnet und von einem Abschirmblech 52 umgeben. Dieses Abschirmblech kann
am oberen Ende an dem Drosselkörper 48 befestigt sein und sich fieber die gesamte
Länge der radialen Ka-Kanäle -4-0 erstrecken.
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Dabei können Ln jedem der radialen Kanäle 40 derartige Entlüftungsrohre
vorgesehen sein, Es ist aber auch möglich, ledig-Lich ein einziges Entlüftungsrohr
in einem der radialen Kanäle anzuordnen.
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5 Ansprüche