DE2363644C3 - Fltissigkeitsgekühlter Läufer elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen in der Welle zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit und radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen zur Verbindung der axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen mit die Welle umschließenden Kühlflüssigkeits-Sammelkammern und einer Auskleidung der axialen und radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen mit dünnwandigen Rohren aus korrosionsbeständigem Material, die über in die axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen eingesetzte Umlenkstücke miteinander in Verbindung stehen.

Ein derartiger flüssigkeitsgekühlter Läufer ist aus der FR-PS 20 95 471 bekannt. Dabei sind jedoch die radialen Auskleidungsrohre nur mit Spiel in die entsprechenden Bohrungen eingesetzt und dann über Dichtringe gegenüber den Umlenkstücken bzw. den Kühlflüssigkeitssammelkammern abgedichtet. Derartige Abdichtungen stellen jedoch nur eine schiebende Verbindung dar und können bei unterschiedlichen Wärmedehnungen leicht zu Leckstellen führen, so daß das Kühlwasser mit dem Läufergrundkörper in Berüh rung kommen und somit zur Korrosionen führen kann.

Aus der DT-AS 12 33 056 ist es bekannt, lair Vermeidung einer Materialabtragung durch Erosion alle Kühlflüssigkeitsbohrungen in der Läuferwelle durch auswechselbare, in die Bohrungen eingesetzte Rohre

ίο auszukleiden. Bei Rissen in den Rohren und dadurch bedingte Leckagen sind jedoch Betriebsstörungen und ein Rosten des Läufergrundkörpers möglich, wodurch ein Auswechseln der Auskleidung unmöglich werden kann und außerdem Verunreinigungen des hochreinen

ι S Kühlwassers auftreten können. Zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen den Rohren und dem Läufergrundkörper können dabei noch Dehnungskompensatoren erforderlich werden, wie sie beispielsweise aus der US-PS 37 40 595 bekannt sind.

Ferner ist es aus der DT-OS 19 60 546 zwar bekannt, Kühlkanäle elektrischer Leiter mit gesonderten Kühlrohren auszukleiden, die durch plastische Verformung, wie beispielsweise Einwalzen, mit der Kühlkanalwandung in Verbindung gebracht werden. Schwierigkeiten beim Einwalzen derartiger Rohre ergeben sich jedoch an erforderlichen Umlenkstellen von axialen zu radialen Kühlkanälen im Läufer, wodurch Leckagen und Korrosionen gerade an dieser Stelle nur schwer zu vermeiden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Auskleidung für die Kühlflüssigkeitsbohrungen in der Läuferwelle zu schaffen, die einfach herzustellen ist, ohne Kompensatoren auskommt und eine absolute Dichtheit über die gesamten Bohrungslängen ein schließlich der Umlenkstellen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem flüssigkeitsgekühlten Läufer der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) sowohl die radialen als auch die axialen, in den Kühlflüssigkeitsbohrungen angeordneten Rohre sind über die gesamten Bohrungslängen fest eingewalzt;

b) die Umlenkstücke weisen ein zu den axialen Rohren offenes Sackloch mit am Grund etwa halbkreisförmigem Querschnitt auf, das kontinuierlich auf den vollen Querschnitt der axialen Rohre übergeht;

c) die radialen Rohre sind in eine von der flachen Seite des Sackloches ausgehenden Radialbohrung eingesetzt und dort eingewalzt.

Durch dieses Einwalzen ergibt sich eine feste Verbindung zwischen der Auskleidung und der Läuferwelle über die gesamten Bohrungslängen, so daß ein Spalt zwischen beiden Bauteilen sicher vermieden wird.

Durch die feste Einwalzverbindung spielen auch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Läuferwelle und Auskleidungsrohren keine Rolle mehr, so daß zusätzliche Maßnahmen zur Dehnungskompensation nicht erforderlich sind. Durch die Form der Umlenkstük ke ist es darüber hinaus möglich, die radialen Rohre nicht nur in den radialen Bohrungen, sonderen auch in die Umlenkstücke fest einzuwalzen, wobei räumlich verschnittene Berührungslinien zwischen Auskleidungsrohrende und Umlenkstück sicher vermieden sind.

^h5 Zur Erhöhung der Betriebssicherheit können zusätzlich die radialen Rohre in die aus korrosionsbeständigem Material bestehende Kühlflüssigkeits-Sammelkammer flüssigkeits- und gasicht eingewalzt werden.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn im Bereich der Kupplungsflächen zwischen Erregerwelle und dem Wellenende des Läufers Formstücke aus korrosionsbeständigem Material mit Ausnehmungen an den freien Stirnflächen zur Aufnahme von Dichtringen angeordnet sind und wenn die axiale Länge der Formstücke derart bemessen ist, daß durch Einwalzer; der axialen Rohre eine einwandfreie Dichtheit erreicht wird.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte der Läufer- und Erregerwelle im Bereich der Wellenkupplung und der Kühlflüssigkeits-Sammelkammer,

Fig.2 eine Ansicht auf die Kupplungsfläche der Läuferwelle,

F i g. 3 einen Längsschnitt im vergrößerten Maßstab im Bereich eines Umlenkstückes und

Fig.4 einen Querschnitt durch das Umlenkstück entsprechend der Schnittlinie IV-IV nach F i g. 3.

Nach F i g. 1 ist das Wellenende I eines Turbogeneratorsläufers mit angekuppelter Erreger- oder Schleifringwelle 2 gezeigt. In der Wellenachse ist eine Axialbohrung 3 zur Aufnahme der nicht näher dargestellten Erregerstromzuleitungen vorgesehen. Diese Axialbohrung 3 wird von mehreren Kühlflüssigkeitskanälen 4 umschlossen, wie das insbesondere aus Fig.2 zu ersehen ist. Über diese Kühlflüssigkeitskanäie wird in bekannter Weise von der Erregerwelle 2 die nicht näher dargestellte Erregerwicklung des Läufers mit Kühlflüssigkeit versorgt. Diese Kühlflüssigkeit wird vor; den axialen Kühlflüssigkeitskanälen 4 über radiale Kühlflüssigkeitskanäle 8 in eine die Welle umschließende Kühlflüssigkeitssammelkammer 6 geleitet, von der aus die Kühlflüssigkeitsverteilung auf die Wicklung erfolgt. Die Erregerwelle 2 ist mit dem Wellenende des Läufers über Kupplungsflansche 7 mechanisch gekuppelt.

Das Wellenende 1 des Läufers und die Erregerwelle 2 bestehen dabei aus rostendem Stahl und müssen im Bereich der Kühlflüssigkeitskanäle 4 und 8 gegen Korrosionen geschützt werden. Hierbei handelt es sich um axiale Kühlflüssigkeitsbohrungen 15, die im allgemeinen eine Länge von 2 bis 6 Metern aufweisen. Erfindungsgemäß sind nunmehr alle axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen 15 und die radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen 18 mit dünnwandigen Rohren 9 und 10 aus korrosionsbeständigem Stahl ausgekleidet, die mit geringem Durchmesserspiel in die Kühlflüssigkeitsbohrungen eingeschoben und mit einem herkömmlichen Werkzeug, das im wesentlichen aus einem rotierenden Walzenkopf besteht, mit hohem Preßdruck an die Bohrungswandungen der Wellenkörper gedrückt werden. Bei diesem Vorgang werden die Rohre plastisch verformt Der Verformungsgrad ist dabei so groß, daß eine hohe bleibende Pressung zwischen den Rohren und der Bohrungswandung erreicht wird. Diese Pressung führt schon bei einer verhältnismäßig kurzen axialen Einwalzlänge zu einer sehr guten metallischen Abdichtung, die sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase genügt.

An der Umlenkstelle von den axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen 15 zu den radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen 18 ist ein gesondertes Umlenkstück 13 aus ebenfalls korrosionsbeständigem Material eingepaßt, wie das im vergrößerten Maßstab in F i g. 3 und 4 gezeigt ist. Dieses Umlenkstück 13, das in einen Paßsitz 17 in einer axialen Verlängerung der axialen Kühlflüssigkeitsbohrung 15 eingesetzt ist, weist ein Sackloch 16 von etwa halbkreisförmigem Querschnitt auf, das auf seiner zu den Rohren 9 hin offenen Seite kontinuierlich auf den vollen Querschnitt der Rohre 9 übergeht Die axialen Rohre 9 liegen dabei an einer stirnseitigen Stoßfläche 19 des Umlenkstückes 13 an. Das Umlenkstück 13 weist ferner eine radiale Bohrung 20 auf, die von der flachen Seite 22 des Sackloches 16 ausgeht und nach dem Einsetzen des Umlenkstückes mit der radialen Kühlflüssigkeitsbohrung 18 fluchtet Nach dem Einwalzen der axialen Rohre 9 werden die radialen Rohre 10 in die entsprechende radiale Kühlflüssigkeitsbohrung IS des Läufers und in die radiale Bohrung 20 des Umlenkstückes 13 eingesetzt und dort ebenfalls eingewalzt Durch den ebenen Abschluß dieser radialen Rohre 10 am unteren Ende, der durch die flache Ausbildung der Seite 22 des Sackloches 16 geschaffen ist, ergibt sich somit ein ebener Abschluß dieses Rohres, wodurch eine hohe Einwalzfestigkeit gegeben ist

Um auch eine entsprechende Dichtheit der Kupplung 7 zwischen Läuferwelle 1 und Erregerwelle 2 zu gewährleisten, sollen die Dichtflächen ebenfalls aus korrosionsbeständigem Material bestehen, da die Stoßstellen der Rohre 9 an dieser Kupplung allein nicht gegeneinander abzudichten sind. Aus diesem Grunde sind im Bereich der Kupplungsflächen 12 Formstücke 14 aus korrosionsbeständigem Material mit Ausnehmungen 21 an den freien Stirnflächen zur Aufnahme von Dichtringen angeordnet Die axiale Länge dieser Formstücke 14 ist dabei derart bemessen, daß auch über diesen Bereich die Rohre 9 sicher eingewalzt werden können, so daß eine einwandfreie Dichtheit erreicht ist.

Bei dieser Auskleidung sind die Einwalzlängen der Rohre 9 an den Formteilen 14 der Kupplungsflächen 12 und der Rohre 10 an den Kühlflüssigkeitssammelkammern 6 derart bemessen, daß eine einwandfreie Dichtheit erreicht wird. Die verbleibende Stoßfuge 19 zwischen den axialen Rohren 9 und den Umlenkstücken 13 hat auf die Dichtheit des Systems keinerlei Einfluß. Grundsätzlich haben bei dieser eingewalzten Auskleidung weder Materialporen noch Risse in den Rohren oder in den Umlenkstücken Auswirkungen auf die Dichtheit und Betriebssicherheit der Auskleidung, da durch die großen Einwalzlängen Leckagen nach außen sicher ausgeschaltet sind. Dabei kann vorausgesetzt werden, daß eine Berührung der Kühlflüssigkeit über einen feinen Haarspalt — wie beispielsweise die Stoßfuge 19 oder über eine Pore in der Auskleidung mit dem rostenden Stahl des Läuferkörpers — keinen Einfluß auf die Reinheit der Kühlflüssigkeit hat.

Ein besonderer Vorteil dieser Auskleidung besteht darin, daß im gesamten Auskleidungssystem nach F i g. 1 und 3 keinerlei Schweißung erforderlich ist Daher kann auf die Verwendung von korrosionsbeständigem austenitischem Stahl mit seinem relativ großen Ausdehnungskoeffizienten verzichtet werden. Es können vielmehr korrosionsbeständige Stähle mit einem dem Läuferstahl angepaßten Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. Zusätzliche Dehnungskompensaioren sind dabei nicht erforderlich. Aber auch bei der Verwendung von schweißbarem austenitischem Stahl ist durch die durchgehende sehr intensive Walzverbindung zwischen den dünnwandigen Rohren und den Kühlflüssigkeitsbohrungen in der Welle auch bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten eine Bewegung zwischen der Auskleidung und dem Läuferkörper ausgeschlossen. Die in diesem Falle auftretenden thermischen Spannungen werden von der festen Einwalzverbindung zwischen den Rohren und der Kühlflüssigkeitsbohrung aufgenommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgekühlter Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen in der Welle zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit und radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen zur Verbindung der axialen KOhlflflssigkeitsbohrungen mit die Welle umschließenden Kühlflüssigkeits-Sammelkammern und einer Auskleidung der axialen und radialen Kühlflüssigkeitsbohrungen mit. dünnwandigen Rohren aus korrosionsbeständigem Material, die über in die axialen Kühlflüssigkeitsbohrungen eingesetzte Umlenkstücke miteinander in Verbindung stehen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) sowohl die radialen als auch die axialen, in den Kühlflüssigkeitsbohrungen (15, 18) angeordneten Rohre (9, 10) sind über die gesamten Bohrungslängen fest eingewalzt;

b) die Umlenkstücke (13) weisen ein zu den axialen Rohren (9) offenes Sackloch (16) mit am Grund etwa halbkreisförmigem Querschnitt auf, das kontinuierlich auf den vollen Querschnitt der axialen Rohre (9) übergeht;

c) die radialen Rohre (10) sind in eine von der flachen Seite (22) des Sackloches (16) ausgehende Radialbohrung (20) eingesetzt und dort eingewalzt

2. Flüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Rohre (10) in die aus korrosionsbeständigem Material bestehende Kühlflüssigkeits-Sanimelkammer (6) flüssigkeits- und gasdicht eingewalzt sind.

3. Flüssigkeitsgekühlter Läufer nach Anspruch I oder 2 mit einer Wellenkupplung zwischen der Erregerwelle und dem Wellende des Läufers, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kupplungsflächen (12) Formstücke (14) aus korrosionsbeständigem Material mit Ausnehmungen (21) an den freien Stirnflächen zur Aufnahme von Dichtringen angeordnet sind und daß die axiale Länge der Formstücke (14) derart bemessen ist, daß durch Einwalzen der axialen Rohre (9) eine einwandfreie Dichtheit erreicht ist.