DE2346639C3 - Einrichtung zur Kühlung von Erregerstromzuleitungen in einem flüssigkeitsgekühlten Turbogeneratorläufer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung von Erregerstromzuleitungeü in einem flüssigkeitsgekühlten Turbogeneratorläufer, bei dem die Erregerstromzuleitungen bifilar in einer Bohrung in der Wellenachse angeordnet und über radiale Stromkontaktboizen an die Leiter der Läuferwicklung elektrisch angeschlossen sind, deren Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanäle koaxial zu den Erregerstromzuleitungen in der Welle verlaufen und über radiale Bohrungen in der Welle mit der Läuferwicklung in Verbindung stehen.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DT-OS 13 341 bekannt. Dabei werden die Erregerstromzuleitungen direkt durch koaxiale Kanäle in den Zuleitungen mit einer Flüssigkeit gekühlt. Das Kühlmittel für die Läuferwicklung wird demgegenüber in vier gesonderten koaxialen Kanälen in der Welle, die keine Rückwirkungen auf die Erregerstromzuleitungen haben, zur Läuferwicklung geleitet. Eine derartige direkte Erregerstromzuleitungskühlung weist zwar einen hohen Wirkungsgrad auf, bedingt jedoch einen erheblichen baulichen Aufwand, und zwar insbesondere innerhalb ^ft5 der Kupplung zwischen Erreger- und Läuferwelle. Diese Kupplung muß nämlich dann lösbare Stromkontakte, die Verbindungen der Kühlmittelzu- und -ableitungskanäle Wasserstoff- und Kühlmitteldichtungen, Kühlmittclanschlüsse an die Erregerstromzule.tungen und Kupplungsbolzen aufweisen was zu einer Konzentration vieler Bauelemente auf engstem Raum fuhrt. Die für die betriebssichere Unterbringung erfomerlichen konstruktiven Maßnahmen sind jedoch sehr schwierig und können sich auf die Betriebssicherheit des Turbogenerators nachteilig auswirken.

Ferner ist aus der DT-OS 22 10 096 bekannt, die Errcgerstromzuleitungen durch ein Kühlmittel zu kühlen das in einem ringförmigen Kanal, der die Erregerstromzuleitungen konzentrisch umgibt, geführt

'^Dieser Flüssigkeitskanal muß dabei gegen die Erregerstromzuleitungen und gegen die Welle isoliert sein um Kurzschlüsse oder auch Korrosionen sicher zu verhindern Wegen qlt auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen ist jedoch auch die Herstellung eines derartigen isolierten Kanales sehr schwierig und aufwendig. .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine indirekte Kühlung der Erregerstromzulcitungen zu schaffen die einen erheblich geringeren technischen Aufwand erfordert, dabei jedoch betriebssicher ist und gleichzeitig eine ausreichende Kühlung der Erregerstromzuleitungen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Turbogeneratoriäufer mit einer die Läuferwelle umschließenden und in vier ringsegmentförmige Einzelkammern unterteilten Kühlflüssigkeitssammelkammer, in die die radialen Bohrungen münden, die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanäle in einer Vielzahl die Erregerstromzuleitungen mit nur minimalem Abstand umschließen und die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanäle jeweils in einen den jeweiligen ringsegmentförmigen Einzelkammern vorgeschalteten Ringkanal über die radialen Bohrungen einmünden, die zusammen mit den jeweils zugeordneten Ringkanälen in axial versetzten Ebenen liegen, und daß die Stromkontaktbolzen ebenfalls flüssigkeitsgekühlt

Die Anordnung einer die Läuferwelle umschließenden in vier ringsegmentförmige Einzelkammern unterteilte Kühlflüssigkeitssammelkammer ist dabei für sich aus der CH-PS 4 47 353 bekannt.

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 und darüber hinaus eine einfache Abdichtung im Bereich der Wellenkupplung möglich.

Zweckmäßigerweise sind ferner die in die läuferseitigen Enden der Erregerstromzuleitungen eingeschraubten radialen Stromkontaktbolzen mit axialen, bis radial in die innenliegende Kontaktverbindung führenden Kühlmittelzu- bzw. -abführungsbohrungen versehen und von aus den entsprechenden Zuleitungseinzelkammern über Hochdruckisolierschläuche zugeführtem Kühlmittel beaufschlagt.

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

Fig. t einen Längsschnitt durch die Welle eines Turbogenerators im Bereich der Erregerstromzuleitungen und der axialen Kü.nlmittelkanäle;

p. 9 einen Teillängsschnitt im vergrößerten MaB-b'im Bereich der läuferseitigeri Enden der Errcger-

^StfF'e 3~einen Querschnitt durch die Welle entsprechend der Schnittlinie 111-111 nach F i g. 2 und

p„ 4 einen Längsschnitt durch die Kühlinitlelsammelkammer in der Abwicklung.

pig 1 zeigt einen Längsschnitt durch die errrgersci-• Welle eines Turbogenerators mit dem Läuferwelle i'^^e d der Erregerwelle 2. Beide Wellen 1 und 2 sind H rch die Kupplung 3 mechanisch, elektrisch und h draulisch miteinander verbunden. Dabei besteht das cchleifringlose Erregersystem 4 aus einem Hauptereranker 5, der an die ni ht naher dargestellte MUfserregcrm'aschine angeschlossen ist sowie den Heiden Diodenrädern 6 und 7. Diese Diodenräder sind d bei elektrisch über radiale Kontaktbol/.en 8 mit den in der Welle 2 bifilar verlegten Erregerstrr-mzuleitungen 9 und tO verbunden. In der Kupplung 3 erfolg! die Verbindung zu den in der Lüuferwelle 1 liegenden Erregerstromzuleitungen ti und 12 über lösbare Steckkontakte 13. An den Enden der Erregerstromzulcigen π und 12 im eigentlichen Läufer 15 verbinden radiale Stromkontaktbolzen 16 und 17 die Errcgerstronmileitung 11 und 12 mit den zu der eigentlichen Erregerwicklung 18 führenden und an die Wellenoberfläche 19 verlegten Stromzuleitungen 20. Die Erregerwicklung 18 wird dabei aus einer noch näher zu beschreibenden Kühlflüssigkeilssammelkamme.· 21 mit Kühlwasser versorgt.

Die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale 22 und 23 sind nunmehr zunächst in herkömmlicher Weise von einem Kühlflüssigkeitsanschlußkopf am erregerseitigen Wellenende koaxial in der Erregerwelle 2 geführt. Diese beiden Kanüle 22 und 23 sind erfindungsgemäß im Bereich der axialen Erregerstromzuleitungen 9 und in eine Vielzahl von achsparallelen Kühlilüssigkeitszu- und -ableitungskanale 25 aufgeteilt. Diese Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale 25 umschließen dabei, wie insbesondere sehr deutlich aus F i g. 3 zu ersehen ist, die axiale Wellenbohrung 26 für die Erregerstromzuleitungen 9 und 10 bzw. 11 und 12 in sehr geringem radialen Abstand. Dabei sind zweckmäßigerweise über den Umfang in wechselnder Folge ein Kühlflüssigkeitszuleitungskanal 25a und ein Kühlflüssigkeitsableitungskanal 25b angerodnet. Durch diese Aufteilung der kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale in ein die Erregerstromzuleitungen dicht umschließendes Kanaleitter wird eine intensive indirekte Kühlung der Erreeerstromzuleitungen bei völliger thermischer Synimetrie der Welle erreicht. Die zur Abfuhr der Erregerstromzuleitungsverluste anzustrebende möglichst niedrige Wellentemperatur ergibt sich aus der Mischtemperatur des noch kalten und des aufgewärm- ^_n Kühlmittels. Der zwischen der Welle und der Errewrsiromzuleitung bestehende Temperatursprung reicht aus, um die Verlustwärme durch die Zule.tungsisolation 27 hindurch in die Welle abzuführen.

Die Zu- und Ableitung des Kühlmittels an der die Welle umschließenden Kühlflüssigkeitssammelkammer 21 erfolgt durch radiale Bohrungen 29 und M in der Läuferwelle 1. Je nach Anzahl der axialen Kuhlfluss.gkeitszu- und -ableitungskanale 25 sind die radialen BohVungen 23 und 30 in zwei oder mehreren axial versetzten Ebenen angeordnet. Bc. dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach ^*²™**.™"™]*?^ 31 für die Zuleitungsbohrungen 30 und eine Ebene die Ableitungsbohrungen 29 vorgesehen.

Zur Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Windungen der Erregerwicklung 18 ist die Kühlflüssigkeitssammelkammer 21 in an sich bekannter Weise in zwei voneinander getrennte, den Wellenumfang umschließende ringsegmentförmige Einzelkammern 33 für die Hinleitung der Kühlflüssigkeit und zwei Einzeokammern 34 für die Rückleitung der Kühlflüssigkeit unterteilt. Da sich jedoch die radialen Bohrungen 30 und 29 für die Kühlflüssigkeit zu- und -ableitung in ihren zugeordneten Ebenen 31 und 32 gleichmäßig am Umfang verteilen, sind besondere Maßnahmen zur Versorgung der entsprechenden Einzelkammern mit der Kühlflüssigkeit erforderlich. Eine Möglichkeit ist in den Fig. 2 und 4 dargestellt. Radial unterhalb der Kühlflüssigkeitssammelkammer 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 Einzelkammern 33 und 34 für die Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit in Verbindung. Diese Lösung ergibt einen relativ geringen Aufwand für die entsprechende Verteilung am Kühlflüssigkeitssammelkammerumfang.

Die Anzahl der Ringkanäle 35 und 36 entspricht dabei der Anzahl der Radialbohrungsebenen 31 und 32 für die Zuleitung und Ableitung der Kühlflüssigkeit. Die Anzahl der Radialbohrungsebenen in der Läufer- und der Erregerwelle wird dabei von der Anzahl der axialen Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale 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 Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskar.älen 25 umschlossen sind, ist in der Läuferwelle 1 das axiale Zuleitungsende ungekühlt, da nach Fig. 1 und 2 die radialen Stromkontaktbolzen 16 und 17 vor der Kühlflüssigkeitssammelkammer 21 in der axialen Ebene 40 liegen. Damit ergibt sich ein kurzer axialer Bereich zwischen den Ebenen 31 und 40, in dem keine axialen Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale 25 vorgesehen sind, Diese ungekühlte Zone wird jedoch durch eine direkte Kühlung der radialen Stromkontaktbolzen und 17 entschärft. Die hierzu erforderliche Kühlflüssigkeit wird über einen Hochdruckisolierschlauch 41 von der Kühlflüssigkeitssammelkammer 21 aus den Stromkontaktbolzen 16 und 17 zugeführt. Es ist dabei nur schematisch der Kühlflüssigkeitsverlauf in den Stromkontaktbolzen angegeben, wonach die Kühlflüssigkeit in den Stromkontaktbolzen 16 bzw. 17 über die Kühlmittelzu- bzw. -abführungsbohrungen 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 Stromkontaktbolzen 16 und 17 verhindert eine unzulässige Erwärmung der ungekühlten Zuleitungszone zwischen den Ebenen 31 und 40.

Es ist jedoch auch eine etwas einfachere Führung der Kühlflüssigkeit möglich, indem jeweils die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanale so angeordnet sind, daß jeweils mehrere Kanäle der gleichen Art nebeneinanderliegen und beispielsweise jeweils ein Viertel des

Umfanges der Bohrung für die Erregerstromzuleilungen umschließen. Dadurch ensleht zwar ein größerer Temperaturunterschied in der Welle, der jedoch bei geringen Temperaturdifferenzen von aufgewärmter und kalter Kühlflüssigkeit durchaus zulässig ist.

Mit der beschriebenen Anordnung der Kühlflüssigkeitszu- und -abieitungskanäle ist also auf einfache Weise eine sehr sichere und ausreichende indirekte Kühlung der Erregerstroinzuleitungen in der Welle gesichert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Kühlung von Erregerstromzuleitungen in einem flüssigkeitsgekühlten Turbogeneratorläufer, bei dem die Erregerstromzuleitungen bifilar in einer Bohrung in der Wellenachse angeordnet und über radiale Stromkontaktbolzen an die Leiter der Läuferwicklung elektrisch angeschlossen sind, deren Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanüle koaxial zu den Erregerstromzuleitungen in der Welle verlaufen und über radiale Bohrungen in der Welle mit der Läuferwicklung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Turbogeneraturläufer mit einer die Läuferwelle (1) umschließenden und 'ti vier ringsegmcntförmige EiRzelkammern (33, 34) unterteilten Kühlflüss'igkeitssammelkammer (21), in die die radialen Bohrungen (29, 30) münden, die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanäle (25a, 25b) in einer Vielzahl die Erregerstromzuleitungen (9, 10; 11, 12) mit nur minimalem Abstand umschließen und die Kühlflüssigkeitszu- und -ableitungskanäle jeweils in einen den jeweiligen ringsegmentförmigen Einzelkammern (33, 34) vorgeschalteten Ringkanal (35, 3fi) über die radialen Bohrungen (29,30) einmünden, die zusammen mit den jeweils zugeordneten Ringkanälen (35,36) in axial versetzten Ebenen (31,32) liegen, und daß die Stromkontaktboizen (16, 17) ebenfalls flüssigkeitsgekühlt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die läuferseitigen .Enden der Erregerstromzuleitungen (11, 12) eingeschraubten radialen Stromkontaktbolzeii (16,17) mit axialen, bis radial in die innenliegende Kontaktverbindung (42) führenden Kühlmittelzu- bzw. -abführungsbohrungen (43) versehen und von aus. den entsprechenden Zuleitungseinzelkammern (33) über Hochdruckisolierschläuche (41) zugeführtem Kühlmittel beaufschlagt sind.