DE2312665A1 - Wassergekuehlter stromverbindungsbolzen an turbogeneratoren - Google Patents

Wassergekuehlter stromverbindungsbolzen an turbogeneratoren

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DE2312665A1
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DE
Germany
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radially
power connection
connection bolt
tube
copper
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Pending
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DE2312665A
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English (en)
Inventor
Heinrich Dipl Ing Duffert
Friedrich Niehaus
Guenter Pohl
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Kraftwerk Union AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

  • WassergeXUhlter Stromverbindunasbolwzen an lu rbogeneratoren Die Erfindung betrifft einen wassergekühlten Stromverbindungsbolzen an Turbogeneratoren zwischen den in der Generatorwelle verlegten Erregerstromleitungen und der Erregerwicklung im Generatorläufer. Derartige radial verlaufende Stromverbindungsbolsen massen einerseits den Erregerstrom von mehreren 1000 A sicher in die Erregerwicklung übertragen und andererseits den erheblichen Fliehkräften bei der hohen Drehzahl des Generators standhalten. Die Bolzen sind zwar am radial außenliegenden Ende durch die Läuferkappe abgestützt und zusätzlich noch in ihrer radialen Wellenbohrung festgelegt; wegen unterschiedlicher Temperaturdehnungen und der wechselnden Beanspruchungen besteht jedoch die Gefahr, daß die bisher ganz aus Kupfer gefertigten und direkt oder indirekt gektihlten Bolzen abreißen, was zu erheblichen Schäden an der Maschine fAhren kann.
  • Der Erfindung liegt demgegentiber die Aufgabe zugrunde, einen Stromverbindungsbolzen zu schaffen, der einerseits allen auftretenden Fliehkräften sicher standhält und. andererseits eine gute Stromleitung gewährleistet.
  • Die Erfindung besteht dabei darin, daß der Stromverbindungsbolzen aus zwei koaxial zueinander angeordneten und an ihren Enden dicht miteinander verbundenen Rohren zusammengesetzt ist, von denen das eine Rohr aus rostfreiem Stahl geringer elektrischer Leitfähigkeit zur Aufnahme der mechanischen Beanspruchungen und das andere Rohr aus Kupfer mit guter elektrischer Leitfähigkeit besteht und daß die Rohre derart mit Abstand zueinander gefWhrt sind, daß der sich ergebende Ringspalt zwischen den beiden Rohren sowie das innere Rohr im Gegenstrom vom Kdhlwasser durchströmt sind. Durch diese Aufteilung des Stromverbindungsbolzens in zwei konzentrische Rohre, von denen das äußere aus Stahl und das innere aus Kupfer - oder auch umgekehrt - gefertigt sind, wird sichergestellt, daß wegen der hohen Beanspruchbarkeit des Stahlrohres der Stromverbindungsbolzen allen auftretenden Fliehkräften sicher standhält und somit ein Abreißen des Bolzens vermieden wird.
  • Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
  • Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausfahrungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch die Generatorwelle im Bereich der Stromverbindungsbolzen; Fig. 2 einen Stromverbindungsbolzen mit einem Außenrohr aus Stahl und einem Innenrohr aus Kupfer; Fig. 3 einen ähnlichen Stromverbindungsbolzen wie in Fig. 2, jedoch mit einem doppelten Zentralrohr und Fig. 4 einen Stromverbindungsbolzen, bei dem das äußere Rohr aus Kupfer und das innere Rohr aus Stahl hergestellt sind.
  • In Fig. 1 ist ein Teillängsschnitt durch die Läuferwelle 1 mit den beiden axial geführten und im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildeten Erregerstromzuleitungen 2 und 3 sowie dem Wickelkopf 4 der Läuferwicklung, die von der Läuferkappe 5 radial abgestützt ist, gezeigt. Die Stromverbindung von den Erregerstromzuleitungen 2 und 3 zu den Wicklungsansohltissen wird dabei durch die Stromverbindungsbolzen 6 hergestellt, die am radial innenliegenden Ende 7 durch eine radiale Wellenbohrung 8 in die Erregerstromzuleitung 2 bzw. 3 eingeschraubt sind. Der hier gezeigte Stromverbindungsbolzen 6 ist im einzelnen in Fig. 2 näher dargestellt, auf die auch im folgenden Bezug genommen wird.
  • Dieser Stromverbindungsbolzen 6 ist erfindungsgemäß aus zwei koaxial zueinander angeordneten Rohren 10 und 11 zusammengesetzt, wobei nach dem dargestellten Ausfahrungsbeispiel das äußere Rohr 10 aus einem unmagnetischen Stahl und das innere Rohr 11 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist. Das äußere Stahlrohr 10 ist am unteren Ende 7 mit einem sich konisch verjüngenden Gewinde 12 zum Einschrauben in die Erregerstromzuleitung 2 versehen. Das Kupferrohr 10 weist bis auf den Einschraubbereich 7 einen geringeren Außendurchmesser als den Innendurchmesser des äußeren Stahlrohres 10 auf, so daß sich ein Ringspalt von etwa 2 mm zwischen beiden Rohren ergibt. Das innere Kupferrohr 11 ist am oberen Ende als Anschlußkopf 13 ausgebildet und übergreift das radial außenliegende Ende 14 des äußeren Stahlrohres 10, das am Außenumfang über eine Restlänge eingedreht ist, so daß sich der Anschlußkopf 13 in Borm einer Kappe ueber dieses Stahlrohrende schieben läßt. Auf diesen Kopf 13 ist - wie aus Fig. 1 zu ersehen ist - die Verbindungsleitung 15 aufgesetzt, über die der Strom in die einzelnen Wicklungsleiter geführt wird.
  • Der Anschlußkopf 13 weist angrenzend an den Ringspalt 16 zwischen Außen- und Innenrohr einen etwas erweiterten Ringkanal 17 auf, in den den Anschlußkopf 13 radial durchdringend ein Kiihlwasseranschluß 18 einmündet. Dieser EWhlwasseranschluß 18 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, da er an sich um 900 gedreht liegt, weil das Kiihlwasser silber gesonderte Verbindungsleitungen aus koaxial in der Wellenoberfläche verlegten Kuhlwasserzuleitungen zugeführt wird. Dieses Eühlwasser strömt nun durch den Ringspalt 16 nach unten bzw. beim Betrieb der Maschine radial einwärts und wird am unteren Ende des Ringkanals 16 über mehrere radiale Bohrungen 19 im inneren Rohr 11 in den axialen Kanal 20 dieses inneren Kupferrohres umgelenkt und strömt hier durch den gesamten Kupferleiter radial auswärts in die Verbindungsleitung 15 (nach Fig.
  • 7) und von hier in einen der flüssigkeitsgekühlten Leiter.
  • Der axiale Kanal 20 des Innenrohres 11 erstreckt sich nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur etwa bis in die Höhe der Einachraubzone 7. In diesem Bereich ist das innere Rohr 11 massiv ausgeführt und mit dem äußeren Stahlrohr 10 abgedichtet verbunden.
  • Durch die beschriebene Ausbildung des Stromverbindungsbolzens mit einem äußeren Stahlrohr 10 und einem inneren Kupferrohr 11 werden die Fliehkräfte und andere mechanische Beanspruchungen sicher vom äußeren Rohr aufgenommen, so daß das innere Rohr im wesentlichen allein die Stromleitung übernimmt und dabei gleichzeitig auf seiner gesamten Länge ausreichend gekühlt ist. Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Bolzen 6 in der Wellenbohrung 8 gegenüber der Welle 1 durch eine Isolierschicht 21 getrennt ist und im Bereich seines Austritts aus der Welle durch geeignete Ringdichtungen 22 wasserstoffdicht gegenüber der Welle 1 abgeschlossen wird.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausfahrungsbeispiel ist das innere Kupferrohr 11 etwas dünner als das nach Fig. 2 ausgefUhrt und in dieses Rohr 11 ist ein weiteres zentrales Kupferrohr 23 eingesetzt. Dieses Kupferrohr 23 weist dabei einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Rohres 11 auf. Der sich ergebende Ringspalt 24 dient dabei zur Führung des Eühlwassers in der einen Richtung. Aus diesem Grunde ist im Anschlußkopf 13 der radiale KUhlwasseranschQuB 18 bis an diesen Ringspalt 24 zwischen dem Rohr 11 und dem zentralen Kupferrohr 23 herangeführt, Das Ktihlwasser strömt dann durch diesen Ringspalt 24 in Richtung zum radial innenliegenden Ende 7 des Stromverbindungsbolzens und wird hier Uber radiale Durchbrüche 25 im Zentralrohr 23 in den inneren axialen Kanal 26 umgeleitet und strömt dann durch diesen Kanal 26 radial auswärts in die Verbindungsleitung 15. Das untere Ende des Kupferrohres 11 ist dabei ebenfalls massiv ausgefhrt oder durch einen Stopfen 27 aus Kupfer verschlossen. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine gute Kehlung des stromführenden Euplerrohres sowie eine Aufnahme der mechanischen Beanspruchungen durch das außen liegende Stahlrohr 10 gewährleistet.
  • Bei dem Ausfahrungsbeispiel nach Fig. 4 ist das äußere Rohr 30 des Stromverbindungsbolzens 6 aus Kupfer oder einer gutleitenden Kupferlegierung hergestellt. Dieses Kupferrohr 30 ist am radial außenliegenden Ende im Bereich des Anschlußkopfes 13 - bis auf den KühlwaserabSührungskanal 31 - geschlossen.
  • In dieses äußere Kupferrohr 30 ist nunmehr von unten bzw. vom radial innenliegenden Ende 7 her ein hohlgebohrter Bolzen 32 eingesetzt, der am oberen Ende in den Anschlußkopf 13 Ueber ein Gewinde 33 verschraubt ist. Am radial innenliegenden Ende ist der Bolzen 32 mit einer konischen Erweiterung versehen, die abgedichtet in das untere Ende 7 des äußeren Kupferrohres 30 eingesetzt ist.
  • Bolzen 32 und Kupferrohr 30 sind nunmehr mit Abstand zu ein ander geführt, so daß sich hierbei ebenfalls ein Ringkanal 35 ergibt, an dessen außenliegendem Ende der Kühlwasseranschluß 18 einmündet. Das Kühlwasser strömt dann radial einwärts durch den Ringkanal 30 und wird über koaxiale Kanäle 36 am Außenumfang der konischen Erweiterung 34 des Bolzens 32 bis in das radial innenliegende Ende 7 des äußeren Kupferrohres 30 gefahrt und hier über radiale Kanäle 37 in eine Zentralbohrung 38 des Bolzens 32 umgelenkt. Das Kühlwasser strömt dann radial auswärts durch diese Zentralbohrung 38 in der gesamten Länge des Bolzens 32 und tritt ueber den KilhlwasserabfUhrungskanal 31 im Anschlußkopf 13 in die Verbindungsleitung 15 Uber.
  • Bei dem hier dargeetellten Beispiel wird also der Strom direkt von dem außenliegenden Kupferrohr 30 geführt, während zur Versteifung dieses Rohres und zur Aufnahme der Fliehkräfte und anderer mechanischer Beanspruchungen der eingeschraubte Stahlbolzen 32 dient. Diese Ausführungsform hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß sich die Kanäle für das Kühlwasser bis weit in das in die Erregerstromzuleitungen eingeschraubte Ende der Stromverbindungsbolzen erstrecken, so daß auch dieser Ubergang gut gekühlt wird.
  • 4 Figuren 11 Patentansprüche

Claims (11)

  1. Patentane»rüche S Wassergekühlter Stromverbindungsbolzen an Turbogeneratoren zwischen den in der Generatorwelle verlegten Brregerstromzuleitungen und der Erregerwicklung im Generatorläufer, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverbindungsbolzen (6) aus zwei koaxial zueinander angeordneten und an ihren Enden dicht miteinander verbundenen Rohren (10, 11; 30, 32) zusammengesetzt ist, von denen das eine Rohr (10; 32) aus rostfreiem Stahl geringer elektrischer Leitfähigkeit zur Aufnahme der mechanischen Beanspruchungen und das andere Rohr (11; 30) aus Kupfer mit guter elektrischer Leitfähigkeit besteht und daß die Rohre (10, 11; 30, 52) derart mit Abstand zueinander gefUhrt sind, daß der ich ergebende Ringspalt (16; 35) zwischen den beiden Rohren sowie die innere Bohrung (20; 26, 38) im Gegenstrom vom KUhlmittel durchströmt sind.
  2. 2. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere, in die Erregerstromzuleitung (2, 3) eingeschraubte Rohr (10) aus Stahl und das innere Rohr (11) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt ist.
  3. 3. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Kupferrohr (11) bis auf den Bereich des Einschraubgewindes (12) einen geringeren Außendurchmesser als den Innendurchmesser des Stahlrohres (10) aufweist und am radial außenliegenden Ende in einen, das radial außenliegende Ende (14) des Stahlrohres (10) Ubergreifenden Anschlußkopf (13) übergeht.
  4. 4. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußkopf (13) einen an den Ringspalt (16) zwischen Innen- und Außenrohr (11, 7) angrenzenden Ringkanal (17) mit einem radial einmEndenden Kühlwasseranschluß (18) und einem axialen Kühlwasseraustritt (28) aufweist.
  5. 5. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (11) am radial innenliegenden Ende des Ringspaltes (16) radiale Bohrungen (19) zum Durchtritt des Kühlwassers vom Ringspalt (16) zum inneren axialen Kanal (20) des innenrohres (11) aufweist.
  6. 6. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das innenliegende Kupferrohr (11) ein weiteres Rohr (23) geringeren Durchmessers mit radialen Durchbrüchen (25) am radial innenliegenden Ende eingesetzt ist und daß das Kühlwasser im Anschlußkopf (13) radial in den Spalt (24) zwischen dem inneren Kupferrohr (11) und dem zentralen Kupferrohr (23) eingeleitet und aus diesem am radial außenliegenden Ende abgeleitet ist.
  7. 7. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Kupferrohr (11) im Bereich des Einschraubgewindes (12) massiv ausgefUhrt ist.
  8. 8. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere, am radial innenliegenden Ende (7) in die Erregerstromzuleitung (2, 3) eingeschraubte und am radial außenliegenden Ende bis auf die axiale Wasserabfuhr (31) geschlossen ausgeführte Rohr (30) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und das innere, von der StromzufUhrungsseite her eingeschobene und am oberen Ende im Anschlußkopf (13) des Kupferrohres (30) verschraubte Rohr (32) aus Stahl hergestellt ist.
  9. 9. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am radial außenliegenden Ende des Ringspaltes (35) zwischen Außen- und Innenrohr (30, 32) ein radial einmündender KUhlwasseranschluß (18) und am radial innenliegenden Ende radiale Bohrungen (37) im inneren Rohr (32) vorgesehen sind.
  10. 10. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Stahlrohr (32) am radial innenliegenden Ende (34) massiv ausgeführt und mit dem äußeren Kupferrohr dichtend verbunden ist.
  11. 11. Stromverbindungsbolzen nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ringkanal (55) am radial innenliegenden, konisch verstärkten Ende (34) des inneren Stahlrohres (32) in axialen, am Außenumfang der Verstärkung (34) eingelassenen axialen Kanälen (36) bis zu den radialen Bohrungen (37) fortsetzt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2392529A1 (fr) * 1977-05-23 1978-12-22 Kraftwerk Union Ag Dispositif pour refroidir et raccorder electriquement des lignes d'amenee de courant d'excitation a des rotors de turbo-alternateurs refroidis a l'eau
WO1989008943A1 (en) * 1988-03-08 1989-09-21 Elin-Union Aktiengesellschaft Für Elektrische Indu Electric machine with water-cooled winding

Cited By (2)

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