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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.
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Der Erfindung liegt demgegentiber die Aufgabe zugrunde, einen Stromverbindungsbolzen
zu schaffen, der einerseits allen auftretenden Fliehkräften sicher standhält und.
andererseits eine gute Stromleitung gewährleistet.
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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.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
genannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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7) und von hier in einen der flüssigkeitsgekühlten Leiter.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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4 Figuren 11 Patentansprüche