DE2346639A1

DE2346639A1 - Einrichtung zur kuehlung von erregerstromzuleitungen in fluessigkeitsgekuehlten turbogeneratorlaeufern

Info

Publication number: DE2346639A1
Application number: DE19732346639
Authority: DE
Inventors: Erich Weghaupt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1973-09-17
Publication date: 1975-03-20
Also published as: SE7411683L; JPS5056503A; US3955111A; DE2346639B2; GB1432552A; SE403865B; CH575676A5; FR2244288B1; ATA683074A; JPS5428923B2; SU597356A3; AT330883B; FR2244288A1

Description

1 4. SEP. 1973 KHAPTWEBK UNIOH AKTIENGESELLSCHAFT 4330 Mülheim-Ruhr,

Wieaenstraße 35

Unser Zeichen: PA 73/9349 Mes/Fl

Einrichtung zur Kühlung von Erregerstrorazuleitungen in flüasigkeitagekühlten Turbogeneratorläufern

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung von Brregerstrorazuleitungen in flüssigkeitsgekühlten Turbogeneratorläufern, bei denen die Erregerstromzuleitungen bifilar in der Wellenachse angeordnet sind und die Kühltnittelzu- und -ableitungskanäle für die Läuferwicklung koaxial zu den Erregerstromzuleitungen in der Welle verlaufen.

Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der DT-OS 1 613 341 bekannt. Dabei werden die Erregerstromzuleitungen direkt durch koaxiale Kanäle in den Zuleitungen mit einer Flüssigkeit gekühlt. Dieses Kühlmittel wird dabei parallel zu dem in gesonderten Kanälen strömenden Kühlmittel für die Läuferwicklung des Generatora geführt. Eine derartige direkte Erregerstromzuleitungskühlung weist zwar einen hohen Wirkungsgrad auf, bedingt jedoch gerade bei Hochleistungsmaschinen einen erheblichen baulichen Aufwand, und zwar insbesondere innerhalb der Erregerkupplung. Diese Kupplung muß nämlich dann lösbare Stromkontakte, die Verbindungen der Kühlmittelzu- und ableitungakanäle, Wasserstoff- und Kühlmitteldichtungen, Kühlmittelanschlüsae an die Erregeratromzuleitungen und Kupplungsbolzen aufweisen, was zu einer Konzentration vieler Bauelemente auf engstem Raum führt. Die für die betriebssichere Unterbringung erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind jedoch sehr schwierig und können sich auf die Betriebssicherheit des Turbogenerators nachteilig auswirken. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine indirekte Kühlung der Erregerstromzuleitungen zu schaffen, die einen erheblich geringeren technischen Aufwand erfordert, dabei jedoch betriebssicherer ist und gleichzeitig eine ausreichende Kühlung der Erregerstromzuleitungen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Generator der

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eingangs "beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kühlmittelzu- und -ableitungakanäle in zahlreiche Einzelkanäle unterteilt sind, die in der Welle mit minimalem Abstand zu der Axialbohrung für die Erregerstromzuleitungen verlaufen und an ihren läuferseitigen Enden über radiale Bohrungen in eine die Welle umschließende Kühlmittelsammelkammer münden.

Durch diese Aufteilung des in der erregerseitigen Welle fließenden Kühlmittelstromes in viele einzelne Kühlmittelwege,
die die Erregerstromzuleitungen förmlich als Gitter ganz eng umschließen, ist eine sichere Kühlung dieser Erregerstromzuleitungen bei allen Betriebsbedingungen gewährleistet.

Weitere* zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteraneprüchen genannt.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Welle eines Turbogeneratora im Bereich, der Erregeratromzuleitungen und der axialen
Kühlmittelkanäle;

Pig. 2 einen Teillängsschnitt im vergrößerten Maßstab im Bereich der läuferseitigen Enden der Erregerstromzuleitungen;

Pig. 3 einen Querschnitt durch die Welle entsprechend der
Schnittlinie III-III nach Pig. 2 und

Pig. 4 einen Längsschnitt durch die Kühlmittelsammelkammer in der Abwicklung.

Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die erregerseitige Welle eines Turbogenerators mit dem Läuferwellenabschnltt 1 und dem Erregerwellenabachnitt 2. Beide Wellen 1 und 2 sind durch die Kupplung 3 mechanisch, elektrisch und hydraulisch miteinander

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verbunden. Dabei "besteht das schleif ringlose Erregersystem 4 aus einem Haupterregeranker 5» der an die nicht näher dargestellte Hilfserregermaschine angeschlossen ist sowie den beiden Diodenrädern 6 und 7. Diese Diodenräder sind dabei elektrisch über radiale Kontaktbolzen 8 mit den in der Welle 2 bifilar verlegten Erregerstromzuleitungen 9 und 10 verbunden. In der Kupplung 3 erfolgt die Verbindung zu den in der Läuferwelle 1 liegenden Erregerstromzuleitungen 11 und 12 iiber lösbare Steckkontakte 13. An den Enden der Erregerstromzuleitungen 11 und 12 im eigentlichen Läufer 15 verbinden radiale Kontaktbolzen 16 und 17 die Erregerstromzuleitung 11 und 12 mit den zu der eigentlichen Erregerwicklung 18 führenden und an der Wellenoberfläche 19 verlegten Stromleitern Die Erregerwicklung 18 wird dabei aus einer noch näher zu beschreibenden Klihlmittelsaramelkammer 21 mit Kühlwasser versorgt.

Die Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle 22 und 23 sind nunmehr zunächst in herkömmlicher Weise von einem Kühlmittelanschlußkopf am erregerseltigen Wellenende koaxial in der Erregerwelle 2 geführt. Diese beiden Kanäle 22 und 23 sind erfindungsgemäß im Bereich der axialen Stromzuleitungen 9 und

10 in eine Vielzahl von achsparallelen Einzelkanälen 25 auf-

geteilt. Diese Einzelkanäle 25 umschließen dabei, wie insbesondere sehr deutlich aus Fig. 3 zu ersehen ist, die axiale Wellenbohrung 26 für die Erregerstromzuleiter 9 und 10 bzw.

11 und 12 in sehr geringem radialen Abstand. Dabei sind zweckmäßigerweise über den Umfang in wechselnder Folge ein Kühlmittelzuleitungskanal 25a und ein Kühlmittelableitungskanal 25b angeordnet. Durch diese Aufteilung der Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle in ein die Erregerstromzuleitungen dicht umschließendes Kanalgitter wird eine intensive indirekte Kühlung der Erregerstromzuleitungen bei völliger thermischer Symmetrie der Welle erreicht. Die zur Abfuhr der Erregerstromzuleitungsverluste anzustrebende möglichst niedrige Wellentemperatur ergibt sich aus der Mischtemperatur des noch kalten und des aufgewärmten Kühlmittels. Der zwischen der

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Welle und der Erregerstromzuleitung bestehende Temperatursprung reicht aus, um die Verlustwärme durch die Zuleitungsisolation 27 hindurch in die Welle abzuführen.

Die Zu- und Ableitung des Kühlmittels an der die Welle umschließenden Wasserkammer 21 erfolgt durch radiale Bohrungen 29 und 30 in der Welle 2. Je nach Anzahl der axialen Einzelkanäle 25 sind die radialen Bohrungen 29 und 30 in zwei oder mehreren axial versetzten Ebenen angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 sind je nur eine Ebene 31 für die Zuleitungsbohrungen 30 und eine Ebene 32 für die Ableitungsbohrungen 29 vorgesehen.

Zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Windungen der Erregerwicklung 18 ist die Sammelkammer 21 in an sich bekannter Weise in zwei voneinander getrennte, den Wellenumfang umschließende ringsegmentförmige Einzelkamraern 33 für die Hinleitung des Kühlmittels und zwei Einzelkammern 34 für die Rückleitung des Kühlmittels unterteilt. Da sich jedoch die radialen Bohrungen 30 und 29 für die KÜhlmittelzu- und -ableitung in ihren zugeordneten Ebenen 31 und 32 gleichmäßig am Umfang verteilen, sind besondere Maßnahmen zur Versorgung der entsprechenden Einzelkammern mit Kühlmitteln erforderlich. Eine Möglichkeit ist in den Fig. 2 und 4 dargestellt. Radial unterhalb der Sammelkammer 21 sind in diese in den Radialbohrungsebenen 31 und 32 Ringkanäle 35 und 36 eingearbeitet. Dabei münden in den Ringkanal 35 die Zuleitungsbohrungen 30 und in den Ringkanal 36 die Ableitungsbohrungen 29. Diese beiden Ringkanäle 35 und 36 stehen dann über am Umfang angeordnete radiale Durchbrüche 37 mit den zugehörigen Zu- und Ableitungskammern 33 und 34 in Verbindung. Diese Lösung ergibt einen relativ geringen Aufwand für die entsprechende Verteilung am Sammelkammerumfang.

Die Anzahl der Ringkanäle 35 und 36 entspricht dabei der Anzahl der Radialbohrungsebenen 31 und 32 für die Zuleitung und

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Ableitung des Kühlmittels. Die Anzahl der Radialbohrungsebenen in der Läufer- und der Erregerwelle wird dabei von der Anzahl der Axialkanäle 25 und der für die Wellenfestigkeit pro Ebene .31 bzw. 32 zulässigen Radialbohrungszahl 29 bzw. 30 bestimmt.

Während in der Erregerwelle 2 die Erregerstromzuleitungen 9 und 10 bis zu ihrem Ende von den Kühlraittelkanälen 25 umschlossen sind, ist in der Läuferwelle 1 das axiale Zuleitungsende ungekühlt, da nach Pig. 1 und 2 die radialen Stromkontaktbolzen
16 und 17 vor der Sammelkammer 21 in der axialen Ebene 40
liegen. Damit ergibt sich ein kurzer axialer Bereich zwischen den Ebenen 31 und 40, in dem keine axialen Kühlkanäle 25 vorgesehen sind. Diese ungekühlte Zone wird jedoch durch eine
direkte Kühlung der Radialbolzen 16 und 17 entschärft. Das
hierzu erforderliche Kühlmittel wird über einen Hochdruckisolierschlauch 41 von der Sammelkammer 21 aus den Kontaktbolzen 16 und 17 zugeführt. Es ist dabei nur schematisch der Kühlmittelverlauf in den Kontaktbolzen angegeben, wonach das Kühlmittel in den Bolzen 16 bzw. 17 über die Kanäle 43 bis in die radial-innenliegende Kontaktverbindung 42 geführt, dort umgelenkt und radial wieder nach außen zu den am Wellenumfang verlegten Stromzuleitungen 20 geleitet wird, von wo es anschließend direkt in die Erregerwicklung» 18 strömt. Der Wärmetransport aus den Erregerstromzuleitungen 11 und 12 über die Kontaktverbindung 42 in die intensiv gekühlten radialen Kontaktbolzen 16 und 17 verhindert eine unzulässige Erwärmung der ungekühlten Zuleitungszone zwischen den Ebenen 31 und 40.

Es ist jedoch auch eine etwas einfachere Führung des Kühlmittels möglich, indem jeweils die Kanäle zur Hinleitung und die Kanäle zur Rückleitung des-Kühlmittels so angeordnet sind, daß jeweils mehrere Kanäle der gleichen Art nebeneinanderlie gen und beispielsweise jeweils ein Viertel des Umfanges der Bohrung für die Erregerstromzuleitungen umschließen. Dadurch entsteht zwar ein größerer Temperaturunterschied in der Welle, der jedoch bei geringen Temperaturdifferenzen von aufgewärm-

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- 6 ten und kalten Kühlmitteln durchaus zulässig ist.

Mit der beschriebenen Anordnung der Kiihlkanäle ist also auf einfache Weise eine sehr sichere und ausreichende indirekte Kühlung der Erregerstromzuleitungen in der Welle gesichert.

7 Ansprüche
4 Figuren

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Claims

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f1.iEinricb.tung zur Kühlung von Erregerstromzuleitungen in flüssigkeitsgekühlten Turbogeneratorläufern, bei denen die Erregerstromzuleitungen bifilar in einer Bohrung in der Wellenachse angeordnet sind und die Kühlmittelzu- und ableitungskanäle für die Läuferwicklung koaxial zu den Erregerstromzuleitungen in der Welle verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle (22, 23) in zahlreiche Einzelkanäle (25) unterteilt sind, die in der Welle (1, 2) mit minimalem Abstand zu der Axialbohrung (26) für die Erregerstromzuleitungen (9, 10; 11, 12) verlaufen und an ihren läuferseitigen Enden über radiale Bohrungen (29, 30) in einer die Läuferwelle (1) umschließenden Kühlraittelsammelkammer (21) münden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkanäle (25) die Axialbohrung (26) derart umschließen, daß über den Umfang abwechselnd ein Einzelkanal (25a) zur Kühlmittelzuführung und ein Einzelkanal (25b) zur Kühlmittelabführung angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere am Umfang nebeneinanderliegende Einzelkanäle (25) als Zuleitungs- bzw. Ableitungskanäle (25a, 25b) dienen.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelsammelkammer (21) in mehrere ringsegmentförmige Einzelkammern (33, 34) unterteilt ist und daß radial-innenliegend zur Sammelkammer (21) jeweils ein an die radialen Bohrungen (29, 30) der Kühlmittelzu- bzw. -ableitungskanäle (25a, 25b) angeschlossener Ringkanal (35» 36) verläuft, der über radiale Durchbrüche (37) mit den entsprechenden Einzelkammern (33, 34) verbunden ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Bohrungen (29, 30) jeweils für die Zu- und Ableitungskanäle (25a, 25b) und die angeschlossenen Ringkanäle (35, 36) in axial versetzten Ebenen (31, 32) liegen.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die läuferseitigen Enden der Erregerstromzuleitungen (11, 12) eingeschraubten radialen Strotnkontaktbolzen (16, 17) von aus den entsprechenden Zuleitungseinzelkammera (33) über Hochdruckisolierschläuche (41) zugefiihrtes Kühlmittel gekühlt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromkontaktbolzen (16, 17) mit axialen, bis radial in die innenliegende Kontaktverbindung (42) führende Kühlmittelzu- bzw. -abführungsbohrungen (43) versehen sind.

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