DE2506485A1 - Dynamoelektrische maschine mit fluessiggekuehltem rotor - Google Patents

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowpiatz 9

.Düsseldorf, 14. Febr. 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Dynamoelektrische Maschine mit flüssiggekühltem Rotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine wie einen großen Turbinengenerator und insbesondere auf eine Einrichtung für die Kühlflüssigkeitszufuhr zu bzw. -abfuhr von einem flüssiggekühlten Rotor einer solchen Maschine.

Große Turbinengeneratoren haben üblicherweise einen innen- oder direktgekühlten Aufbau, wobei ein Kühlflud durch Leitungen in den Ständer- und Läufernuten in unmittelbarer thermischer Zuordnung zu den stromführenden Teilen innerhalb der Masseisolierung umgewälzt wird. Dieser Aufbau sorgt für ein sehr wirksames Kühlsystem, das es möglich gemacht hat, für große Generatoren sehr hohe Nennwerte zu erzielen. Das in diesen Maschinen verwendete Kühlflud ist bisher üblicherweise Wasserstoff gewesen, der das gasdichte Gehäuse füllt und durch die Kanäle der Stator- und Rotorwicklungen sowie durch die radialen oder axialen Kanäle im Statorkern umgewälzt wird. Mit dem Bedürfnis nach weiteren Steige-

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Telegramme Custopat

rungen der Maximal-Nennwerte dieser großen Generatoren wurden weitere Verbesserungen der Kühlung erforderlich, die sich durch den Einsatz wirksamerer Kühlflude wie Flüssigkeiten erzielen lassen. Dies ist bei Statorwicklungen dadurch verwirklicht worden, daß ein flüssiges Kühlmittel wie Wasser durch die Kanäle der Statorwicklung umgewälzt wurde, wobei sich eine beträchtliche Verbesserung der Kühlwirkung ergab. Eine erhebliche weitere Verbesserung läßt sich dadurch herbeiführen, daß auch für den Rotor ein flüssiges Kühlmittel eingesetzt wird, das dann Kanäle in der Rotorwicklung durchströmt.

Das Umwälzen eines flüssigen Kühlmittels durch den Rotor eines großen Generators bringt jedoch viele Probleme mit sich. Eines der schwierigsten Probleme besteht in der Einführung der Flüssigkeit in einen Rotor großen Durchmessers, der mit hoher Drehzahl von üblicherweise 3000 Upm (3600 Upm) mit einer verhältnismäßig großen Flüssigkeitsmenge unter dem erheblichen Druck umläuft, der zur Erzielung der erforderlichen Flüssigkeitsströmung durch die Kanäle der Rotorwicklung notwendig ist, wobei das gleiche analog naturgemäß für die Flüssigkeitsabfuhr gilt. Der zusätzliche Druck der Flüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft bei Betrieb der Maschine ändert sich mit dem Quadrat des Radius, wobei in Flüssigkeitsdurchlässen in Nähe des Rotorumfangs sehr hohe Drücke auftreten. Es ist daher wegen der hohen aufzunehmenden Drücke, ferner wegen der hohen Oberflächengeschwindigkeit äußerst schwierig, geeignete Dichtungen für Einlaß- oder Auslaßöffnungen am Umfang vorzusehen.

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Insofern ist anzustreben, die Flüssigkeit bei einem möglichst kleinen Radius, vorzugsweise unmittelbar in die Achse der Welle, wo die Zentrifugalkraft der Flüssigkeit ein Minimum ist, einzuleiten bzw. abzuführen. Bei der üblichen Ausführung großer Generatoren, wie sie hier in Rede stehen, ist ein Ende der Welle unmittelbar mit einer sie antreibenden Turbinenwelle gekoppelt und somit für die Einleitung von Flüssigkeit im Bereich der Wellenachse nicht zugänglich. Am anderen Ende der Maschine ist die Rotorwelle dagegen üblicherweise mit einem Ende einer Erregermaschinenwelle gekoppelt, deren anderes Ende für die Einleitung von Flüssigkeit zugänglich ist. Es ist daher der Vorschlag gemacht worden, die Kühlflüssigkeit durch die Erregermaschinenwelle einzuführen, wie das in den US-PSen 3 733 502, 3 145 314 bzw. 3 457 440 beschrieben ist. Am besten werden dafür die Wellenbohrungen benutzt, die sich zentrisch über die Länge der Welle erstrecken. Diese Wellenbohrungen werden üblicherweise aber auch schon für die Feldleiter benutzt, die den Erregergleichstrom von der Erregermaschine zur Generatorfeldwicklung führen.. Diese Leiter haben notwendigerweise große Abmessungen, so daß sie die verhältnismäßig hohen Erregerströme führen können, wie sie für große Generatoren mit Abmessungen benötigt werden, bei denen mit Flüssigkeitskühlung gearbeitet wird. Es muß daher in den Bohrungen nicht nur für die großen Feldleiter, sondern auch für die Kühlkanäle genügend Raum geschaffen werden, so daß diese den erforderlichen Flüssigkeitsstrom führen können. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß sowohl der Flüssigkeitsstrom als auch der elektrische Erreger-

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Strom durch die mechanische Kupplung zwischen den Wellen der Erregermaschine und des Generators hindurch bzw. an dieser vorbeigeführt wird.

Diese Probleme sind schon in Verbindung mit den zuvor erwähnten US-PSen erkannt worden, so daß dort ein ringförmiger Wasserdurchlaß in der Generatorwellenbohrung beschrieben wird, der die Feldleiter umgibt, um so den verfügbaren Raum in der wirksamsten Weise auszunutzen und gleichzeitig die Leiter selbst zu kühlen. Ebenso ist eine besondere Kupplung vorgesehen, um die Wellen mechanisch zu verbinden und das Kühlwasser von einem zentrischen Kanal in der Erregermaschinenwelle in den ringförmigen Durchlaß in der Generatorwelle zu leiten. Bei dieser Ausführung wird das Wasser zwar in den Bereich der Achse der Erregermaschinenwelle eingeführt, jedoch steht in den Wellenbohrungen nicht genügend Raum für Rücklaufwasser-Kanäle zur Verfügung, so daß das Wasser vom einen Ende zum andern durch die Rotorwicklung des Generators strömt und am gegenüberliegenden Turbinenende der Maschine abgeführt wird. Da die Wellenachse an diesem Ende wegen ihrer Verbindung mit der Turbine nicht zugänglich ist, strömt das Wasser von der Bohrung der Generatorwelle durch Radialkanäle zur Außenseite der Welle, um dann dort in eine stationäre Kammer abgeführt zu werden, von der aus es ablaufen kann. Das erfordert naturgemäß Dichtungen, die bei der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Wellenoberfläche arbeiten und gegenüber sehr hohen Drücken abdichten können. Außerdem sind Radialöffnungen durch die Welle erforderlich, die notwendiger-

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weise zu einer gewissen Schwächung der mechanischen Festigkeit der Welle führen und insbesondere am Turbinenende der Maschine unerwünscht sind, wo die Welle das volle Antriebsmoment für den Generator übertragen muß und stark beansprucht wird.

Eine dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, der einen Hauptabschnitt mit einer Wicklung, durch die sich Kanäle für ein flüssiges Kühlmittel erstrecken, sowie einen Wellenabschnitt mit einer zentrischen Axialbohrung aufweist, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei mit radialem Abstand voneinander in der Axialbohrung und koaxial mit dieser angeordnete konzentrische Rohre, von denen das innere einen ersten Wellendurchgang für Kühlmittel und das innere und äußere mit dem Raum zwischen sich einen zweiten Wellendurchgang für Kühlmittel bilden; zwei in der Axialbohrung angeordnete und die Rohre umschließende isolierte Leiter; eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung der Leiter mit der Wicklung; eine Einrichtung zur Verbindung der Wellendurchgänge mit den Wicklungs-Kanälen, so daß Kühlmittel von dem einen der beiden Wellendurchgänge über die Wicklungs-Kanäle zu dem anderen Wellendurchgang strömt; einen in der Wellenbohrung angeordneten Übergangskörper mit zwei getrennten Strömungskammern, von denen die eine mit dem ersten Wellendurchlaß und die andere mit dem zweiten Wellendurchlaß in Verbindung steht; sowie durch die Welle durchsetzende radiale Durchgänge zur Verbindung der Strömungskammern mit den Wicklungs-Kanälen, so daß flüssiges Kühlmittel von der einen Strömungskammer über die Wicklungs-Kanäle zu der anderen

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- 6 Strömungskammer strömt.

Dadurch ist eine Flüssigkühlung des Rotors eines solchen großen Turbinengenerators in bequemer Weise möglich, und die Kühlflüssigkeit wird durch die Bohrung der Erregermaschinenwelle sowohl ein- als auch abgeführt, so daß auf Dichtungen oder Radialkanäle in der Genratorwelle am Turbinenende der Maschine verzichtet werden kann. Das wird durch die Anordnung der konzentrischen Rohre in den Bohrungen sowohl der Erregermaschinenals auch der Generatorwelle ermöglicht, die gesonderte Ein- und Auslaßkanäle für das Kühlmittel bilden, wobei die Feldleiter als schwere Halbrohrkörper ausgebildet werden, die die Kühlkanäle umschließen und in die Wellenbohrungen passen, so daß genügend Platz sowohl für die Feldleiter als auch die Kühlkanäle zur Verfügung steht. Auch steht eine Kupplungseinrichtung zur Verfügung, in der korrespondierende Kühlrohre der Erreger- und Generatorwellen miteinander gekoppelt und im Verhältnis zueinander so abgedichtet werden können, daß ein Flüssigkeitsaustritt verhindert wird, während korrespondierende Feldleiter in den beiden Wellen über eine biegsame Verbindung aneinander an- , geschlossen werden, die eine axiale Ausdehnung der Leiter zuläßt. Eine Kupplung vereinigt die beiden Wellen, umschließt sowohl die Kühlverbindungen als auch die elektrischen Verbindungen und stellt außerdem die notwendige mechanische Antriebsverbindung zwischen den beiden Wellen sicher. Der in der Generatorwelle vorgesehene Übergangskörper lenkt die eintretende Flüssigkeit durch Radialkanäle zu den Kühlkanälen in der Rotor-

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Wicklung und die rückkehrende erwärmte Kühlflüssigkeit über gesonderte Radialkanäle zu dem Austrittskanal in der Welle. Damit wird ein gedrängter Aufbau geschaffen, bei dem die Kühlflüssigkeit am Erregerende der Maschine sowohl eingeführt als auch abgeführt wird, gleichzeitig jedoch genügend Platz für die Kühlkanäle einerseits und die Feldleiter andererseits vorhanden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Teil-Seitenansicht eines Turbinengenerators mit zugeordneter Erregermaschine;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch die Erregermaschinenwelle etwa längs der Linie II - II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch die Kupplung zwischen der Erregerwelle und der Generatorwelle;

Fig. 4 teilweise im Längsschnitt eine Teilansicht eines Endes des Generator-Rotors;

Fig. 5 einen Teil-Querschnitt durch Fig. 4 im wesentlichen entsprechend der Linie V-V; und

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Fig. 6 einen Teil-Radialschnitt durch Fig. 5 längs der Linie VI - VI.

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem flüssiggekühlten Rotor eines großen Turbxnengenerators mit typischem Aufbau erläutert, jedoch versteht es sich, daß die Erfindung sich auch für jede andere Art dynamoelektrischer Maschinen einsetzen läßt.

Im einzelnen läßt die Zeichnung mit Fig. 1 einen allgemein mit 10 bezeichneten Generator erkennen, der einen in einem im wesentlichen gasdichten äußeren Gehäuse 14 abgestützten Statorkern aufweist. Der Statorkern 12 hat einen geschichteten Aufbau mit einer durchgehenden zylindrischen Bohrung, und die geschichteten Bleche sind zwischen Endplatten 15 zusammengespannt. Der Statorkern 10 hat an seinem inneren Umfang Längsnuten für die Aufnahme einer Statorwicklung 16 geeigneter Ausgestaltung. Die Statorwicklung 16 ist als flüssigkeitsgekühlte Wicklung wiedergegeben, und es sind kreisförmige Einlaß- und Auslaß-Sammelleitungen 17 an gegenüberliegenden Enden der Maschine vorgesehen, um eine Kühlflüssigkeit wie Wasser durch die Spulen der Statorwicklung umzuwälzen. Das Gehäuse 14 ist mit Kühlgas vorzugsweise Wasserstoff, gefüllt, das in üblicher Weise durch das Innere des Gehäuses umgewälzt wird, wobei im Gehäuse geeignete Leitbleche o. dgl. angeordnet sein können, um den Verlauf der Gasströmung in der erforderlichen Weise zu lenken. Die Maschine hat einen Rotor 18, der in der Bohrung des Statorkerns 12 angeordnet und in Endschilden 20 an den beiden Enden des Gehäuses 14 in Lagern

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geeigneter Ausführung abgestützt ist, die mit Stopfbuchsen ausgestattet sein können, um so das Austreten von Gas aus dem Gehäuse zu verhindern. Wie genauer mit Fig. 4 gezeigt, weist der Rotor 18 einen Hauptabschnitt 22 sowie Wellenabschnitte 23 auf, die vorzugsweise integral mit dem Hauptabschnitt sind und sich axial von den beiden Enden des Hauptabschnitts aus erstrecken. Der Hauptabschnitt 22 ist in üblicher Weise mit Umfangsnuten für die Aufnahme einer Rotorwicklung 24 versehen. Die Rotorwicklung 24, die die Feldwicklung des Generators 10 bildet, kann in beliebiger geeigneter Weise in den Rotornuten untergebracht sein, üblicherweise in Form konzentrischer Spulen mit einer Vielzahl Windungen, die dann entweder zwei oder vier Magnetpole bilden. Die Rotorwicklung 24 ist aus Kupferleitern 26 aufgebaut, die sich in Längsrichtung durch die Rotornuten und im wesentlichen in Umfangsrichtung in den Kopfbereichen 28 erstrecken, die außerhalb der Enden des Hauptabschnitts 22 des Rotors liegen und gegenüber Drehkräften durch schwere Halteringe 30 in üblicher Weise abgestützt sind. Wie in den Kopfbereichen 28 der Fig. 4 zu erkennen, sind die Kupferleiter 26 hohl ausgebildet, wobei zentrisch Kanäle durch sie verlaufen, über die die Kühlflüssigkeit vom einen Ende des Leiters zum anderen strömen kann, wenngleich naturgemäß gesonderte Rohre oder andere zur Leitung von Flüssigkeit geeignete Elemente eingesetzt werden könnten, die in gutem thermischen Kontakt mit den Leitern stehen. Für das Kühlmittel kann jede geeignete oder gewünschte Strömungsverteilung vorgesehen werden, und ebenso kann mit jeder gewünschten elektrischen Schaltung gearbeitet werden.

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Die Felderregung des Generators wird durch eine Erregermaschine 32 sichergestellt. Die Erregermaschine kann bürstenfrei oder in sonstiger Weise ausgeführt sein, so daß die erforderliche Gleichstromerregung für die Rotorwicklung 24 abgegeben werden kann. Die Erregermaschine 32 ist nicht weiter ins einzelne gehend dargestellt worden, da sie keinen unmittelbaren Bestandteil der Erfindung bildet. Sie hat eine Welle 34, die mit der Rotorwelle 23 des Generators über eine Kupplung 36 gekoppelt ist, um so von dieser angetrieben werden zu können. Durch die Erregermaschinen-Welle 34 erstreckt sich die übliche zentrische Bohrung, und in Übereinstimmung mit der Erfindung wird Kühlflüssigkeit wie Wasser in die Maschine über diese axiale Bohrung eingeleitet bzw. abgeführt. Zu diesem Zweck sind zwei konzentrische Wasser-Rohre 37 und 38 in der Bohrung der Erregermaschinenwelle angeordnet. Die Rohre 37 und 38 verlaufen - wie dargestellt - koaxial zueinander, wobei das Rohr 37 im Bereich der Wellenachse einen zentrischen Kanal für den Wasserzutritt bildet, während die Rohre 37 und 38 zwischen sich einen Ringkanal für die Abgabe des Wassers begrenzen. Ggf. können auf der Außenseite des Wasserrohrs 37 nach radial außen gerichtete Zwischenstege 39 in axialer Richtung verlaufen, um die Wasserrohre 37, 38 im richtigen gegenseitigen Abstand voneinander zu halten.

An dem dem Generator abgewandten Ende der Erregermaschinenwelle wird Wasser über ein stationäres Gehäuse 40, das in geeigneter Weise abgedichtet ist, in das Wasserrohr 37 eingeleitet. Das Wasser wird radial über geeignete radiale öffnungen oder Durchlässe von dem ringförmigen Abführkanal zwischen den Rohren 37

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und 38 in ein stationäres Gehäuse abgegeben, das die Welle umgibt und mit geeigneten Dichtungen ausgestattet ist. Da eine verhältnismäßig große Wassermenge mit erheblichem Druck und hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, müssen die Dichtungen in der Lage sein, das Wasser unter diesen Bedingungen zu halten. Eine bevorzugte Ausführungsform einer geeigneten Dichtung ist in der US-PS 3 733 501 erläutert. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Ausführung die Dichtungen an Stellen mit minimalem Radius untergebracht werden. Das heißt, die Dichtung für das Gehäuse 40 befindet sich im wesentlichen auf der Achse, während die Dichtungen für das Gehäuse 41 sich auf dem Ende der Erregerwelle befinden, die einen gegenüber der Generatorwelle kleinen Durchmesser hat. Somit sind die Umfangsgeschwindigkeiten an den Dichtungsstellen verhältnismäßig niedrig, so daß Dichtungsprobleme und Verluste auf einem Minimum gehalten werden.

Der Rotor 18 des Generators hat ebenfalls eine Axialbohrung, die sich zentrisch durch ihn erstreckt. Wasser-Rohre 42 und 44, die jeweils den Rohren 37 bzw. 38 entsprechen und vorzugsweise die gleichen Durchmesser wie diese haben, sind in der Bohrung des Rotors 18 konzentrisch zueinander angeordnet und in Längsrichtung mit den Rohren 37 und 38 ausgerichtet, wie das mit Fig. gezeigt ist. Die Rohre 37, 38 und 42, 44 können aus jedem geeigneten korrosionsbeständigen Material hergestellt sein, bestehen jedoch vorzugsweise aus Edelstahl, um den Korrosionswirkungen des sie durchströmenden Kühlwassers zu widerstehen.

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Die jeweiligen Paare einander entsprechender Rohrs sind an der Stoßstelle zwischen Erregermaschinen- und Generatorwelle miteinander so verbunden, daß ein Austritt nennenswerter Flüssigkeitsmengen verhindert wird, andererseits an der Stoßstelle eine Verbindung zwischen den Rohren verhältnismäßig leicht hergestellt bzw, aufgehoben werden kann. Dazu sind die zentrischen Rohre 37 und 42 über ein Hülsenstück 45 aneinander angeschlossen, das in einer ringförmigen Ausnehmung an den Enden eines der Rohre befestigt sein kann und satt in eine entsprechende Ausnehmung am gegenüberliegenden Ende des anderen Rohres paßt. Dadurch wird eine Verbindung geschaffen, die die beiden Rohre sicher aneinander anschließt und für eine ausreichend gute Dichtung sorgt, um den Austritt von Wasser in nennenswertem Umfang zu verhindern, Wenn jedoch eine kleine Undichtigkeit an der Dichtung auftritt, so kommt dem keine besondere Bedeutung zu, da das Wasser lediglich in den ringförmigen Abführkanal zwischen den Rohren 37 und 38 entweicht und mit dem abgeführten Kühlmittel nach außen geleitet wird. Da das Hülsenstück 45 in einem der beiden Rohre gleiten kann, ermöglicht diese Verbindung eine gewisse relative Axialverschiebung zwischen den Rohren infolge thermischer Ausdehnung bzw. Kontraktion. Die beiden äußeren Rohre 38 und 44 sind durch eine flüssigkeitsdichte Dichtung miteinander vereinigt. Dazu sind die Rohre mit radialen Flanschen 46 bzw. 47 versehen, die mittels Schrauben oder in sonstiger Weise starr miteinander verbunden sind. Ein oder mehrere O-Ringe 48 sorgen für ein flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen den Flanschen, wobei die Dichtung naturgemäß abar auch in jeder

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anderen geeigneten Weise sichergestellt sein kann. Der Flansch 47 des Rohres 44 ist abnehmbar, etwa in der Weise, daß er unter Zwischenschaltung eines ihn abdichtenden O-Rings 49 auf das Ende des Rohres aufgeschraubt ist.

Wie zuvor erwähnt, müssen in den Bohrungen der Erregermaschinen- und Generatorwellen auch die elektrischen Leiter von der Erregermaschine zur Rotorwicklung 24 untergebracht werden. Wie insbesondere mit Fig. 2 und 3 gezeigt, sind die Feld-Leiter 50 und in der Welle 34 der Erregermaschine als Halbrohrkörper ausgebildet, d. h. als langgestreckte Elemente mit halbzylindrischen Flächen, so daß die beiden Leiter jeweils im wesentlichen die Hälfte eines Rohres bilden. Es wurde gefunden, daß durch diese Ausgestaltung die Feld-Leiter 50 und 51 in die Wellenbohrung eingepaßt werden können, dabei aber immer noch einen ausreichenden Querschnitt haben, um die hohen Generatorfeidströme zu führen. Die Leiter 50 und 51 sind gegenüber der Welle und voneinander durch eine Isolierung 52 isoliert, und das äußere Wasserrohr 38 ist durch eine Isolierlage 53 abgekleidet. Die Leiter 50 und 51 sind somit vollständig isoliert, wobei sie sich entsprechend Fig. 2 so aneinander anpassen lassen, daß sie die Wasserrohre 37 und 38 vollständig umschließen. Wie ersichtlich, sind die Leiter 50 und 51 nahe zueinander gebracht, wobei sie im wesentlichen auf der Wellenachse liegen, so daß ihre Magnetfelder einander aufzuheben suchen und Verluste und Induktionsströme, wie sie sonst hervorgerufen werden könnten, ausgeschaltet werden. Die Leiter 50 und 51 dienen außerdem dazu, die Wasser-

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rohre 37 und 38 in der Wellenbohrung zu fixieren, wobei das in dem äußeren Rohr 38 strömende Kühlwasser eine erhebliche Kühlwirkung auf die Leiter ausübt. Entsprechende Leiter 54 sind in der Generatorwelle 53 vorgesehen. Die Leiter 54 sind gegenüber der Welle und voneinander durch eine Isolation 55 isoliert und haben die gleiche Ausgestaltung wie die Leiter 50 und 51. Die Leiter 54 sind im Verhältnis zu den Leitern 50 und 51 ausgerichtet und umschließen die Wasser-Rohre 42 und 44. Die Leiter 54 sind somit in der gleichen Weise wie die Leiter 50 und 51 und unter Erzielung der gleichen Vorzüge angeordnet.

Es versteht sich, daß die Leiter 50 und 51 von der Erregermaschine 32 in üblicher Weise mit Energie versorgt werden, d. h. mittels radialer Leiter (nicht dargestellt), die sich durch die Welle 34 und in die Leiter 50 bzw. 51 erstrecken. Die Verbindung zwischen den Erregermaschinen-Leitern 50 und 51 einerseits und den entsprechenden Generator-Leitern 54 andererseits erfolgt vorzugsweise in der Kupplung 36 in der mit Fig. 3 dargestellten Weise. Wie dort mit den gestrichelten Linien 56 angedeutet, sind die halbrohrförmigen Leiter 50 und 54 jeweils an ihren Enden abgeschnitten und an eine biegsame Verbindung 57 angeschlossen. Die Verbindungen 57 können einen geschichtete Aufbau aus Kupfer haben, um so einerseits biegsam zu sein, andererseits hohe Ströme führen zu können, und weisen gegabelte Enden auf, mit denen sie sattelartig an den Rohren 38 und 40 angreifen. Die Verbindungen 57 sind fest mit den Enden der zugehörigen Leiter etwa mittels Bolzen 58 verbunden. Die Verbindungen 57 erstrecken

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sich in radialer Richtung an den Flanschen 46 und 47 vorbei,
wobei ein genügend großer Abstand im Hinblick auf eine ausreichende elektrische Trennung eingehalten wird. Die biegsamen Verbindungen 57 sind an ihren oberen Enden jeweils mit einem
Kontaktblock 57 durch Hartlötung o. dgl. verbunden, die ihrerseits durch Hartlötung o. dgl. aneinander angeschlossen sind.
Der Leiter 51 ist in ähnlicher Weise mit dem entsprechenden
Leiter 54 verbunden. Die biegsamen Verbindungen 57 ermöglichen eine Wärmedehnung der Leiter in Längsrichtung, wie sie bei Erwärmung der Leiter durch die großen Feldströme auftritt. Es
versteht sich, daß jede geeignete Ausführung biegsamer Verbindungen eingesetzt werden kann, die sich um die Flansche 46 und 47 herum bzw. an diesen vorbei erstrecken, um so für eine elektrische Verbindung zwischen entsprechenden Leitern in der Erregermaschinen- und der Generatorwelle zu sorgen.

Die Kupplung 36 kann jede geeignete Ausgestaltung haben, bei der die Stoßstelle und die Verbindungen zwischen den Wasser-Rohren und den Feld-Leitern umschlossen werden und für die erforderliche mechanische Kopplung'zwischen der Generator- und der Erregermaschinenwelle gesorgt wird,so daß das Antriebsmoment übertragen werden kann. Wie gezeigt, weist die Kupplung einen Kupplungskopf 60 auf, der gleitend auf der Erregermaschinen-Welle 34, etwa
mittels Nut und Feder, befestigt ist, so daß eine Axialverschiebung von dem Kupplungsflansch des Wellenabschnitts 23 des Generators weg möglich ist und somit Zugang zu den Wasser-Rohren und den Leitern zur Herstellung der erwähnten Anschlüsse und Verbin-

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düngen geschaffen werden kann. Nach Fertigstellung der Rohr- und elektrischen Verbindungen kann der Kupplungskopf 60 in axialer Richtung in seine mit Fig. 3 wiedergagebene Lage verschoben und die Kupplung mittels Schrauben 61 o. dgl. fertiggestellt werden. Die Verbindung der Leiter 54 mit der Feldwicklung 24 kann in der mit Fig. 4 gezeigten Weise erfolgen. Ein radialer Leiter 62, der von einem starken isolierten Kupferstutzen gebildet sein kann, erstreckt sich durch eine radiale öffnung in dem Wellenabschnitt 23 und ist in den Leiter 54 eingesetzt (eingeschraubt). An die radialen Leiter 62 sind geeignete Leiter 63 angeschlossen, die sich durch Schlitze oder Nuten (nicht dargestellt) in dem Wellenabschnitt 23 erstrecken und mit der Rotorwicklung 24 verbunden sind.

Die Wasser-Rohre durchströmendes Kühlwasser wird den Kupfer-Leitern 26 der Rotorwicklung in der mit Fig. 4 gezeigten Weise zugeführt bzw. davon abgeleitet. Wie ersichtlich, strömt durch das Rohr 42 eintretendes Wasser über in dem Wellenabschnitt 23 vorgesehene Durchgänge 64, die mit Edelstahl-Auskleidungen 65 versehen sind, um den Rotorstahl gegenüber Korrosionsangriffen des Wassers zu schützen, nach radial außen. Auf der Außenseite des Wellenabschnitts 23 ist eine diesen vollständig umschließende ringförmige Verteilerkammer 66, die vorzugsweise ebenfalls aus Edelstahl besteht, angeordnet, die Wasser von den Durchgängen 64 aufnimmt. Wasser strömt von der Verteilerkammer 66 über geeignete Verbindungen mit isolierenden Schläuchen 67 zu einer Reihe Wasserrohre oder Hydraulikverbinclmigen 68, die in

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Axialnuten des Wellenabschnitts 23 angeordnet sind. Die Hyäraulikverbindungen 68 sind jeweils einzeln mit den Wicklungs-Kupferleitern 26 verbunden, vorzugsweise wie in der Zeichnung angedeutet in den Kopfbereichen 28. Das Kühlwasser durchströmt die Kupfer leiter 26 in jeder gewünschten Ströiuungsverteilung und kehrt über weitere Hydraulikverbindungen 68 zurück, die das erwärmte Kühlwasser an die Vertexlerkammer 66 zurückleiten. Die entsprechenden Ein- und Auslaßbereiche der Verteilerkammer 66 sind, wie mit Fig. 5 gezeigt, durch Trennstege 70 abgeteilt, die die Verteilerkammer vorzugsweise in vier Quadranten unterteilen, so daß zwei Einlaß- und zwei Auslaßbereiche gebildet werden. Das Wasser wird von dem Auslaßteil der Verteilerkammer über weitere radiale Durchgänge 64 zu dem ringförmigen Auslaßkanal zwischen den Rohren 42 und 44 abgeführt. Die isolierenden Schläuche 67 und die Hydraulikverbindungen 68 können in geeigneter Weise an dem Wellenabschnitt. 23 befestigt sein, etwa mittels Keilen 72 und Halteringen 71 (Fig. 4}.

Erfindungsgemäß ist ein Übergangskcrper 75 vorgesehen, um das Kühlwasser zu der Vertexlerkanmer 66 zu leiten bzw. von dieser abzuführen. Wie mit Fig. 5 und 6 gezeigt, kann der Übergangskörper 75 von einem et??a zylindrischen Block aus Edelstahl ge™ .o.tldet sein, der durch Schrumpfung oder auf andere Raise fest in die Bohrung des vJellenabsehnitts 23 des Rotors eingepaßt ist. Der Übergangskörper 75 hat vier etwa radiale öffnungen 76 und eine Mittelbohrung 77. Fin mit den; Wesssr-Eohr 42 ±m wesentlichen koaxialer Kchrkörper 78 erstreckt "sich durch di-a Mittel-

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bohrung 77. Der Rohrkörper 78 geht in eine Abschlußwand 79 über, die mit dem übergangskörper 75 durch Schweißung o. dgl. verbunden ist. und dabei eine wasserdichte Dichtung bildet. Zwei diametral gegenüberliegende radiale öffnungen 76 stehen unmittelbar mit der Mitte!bohrung 77 des Übergangskörpers 75 in Verbindung, während die anderen beiden radialen öffnungen mit Rohrstücken 80 versehen sind, die durch Schweißung festgelegt sind und die Wandung des Rohrkörpers. 78 durchsetzen, so dai3 sie in unmittelbarer Verbindung mit lern Inneren des Rohrkörpers 78 stehen«

Das zerrtrische Wässer-Reh- 4 2 ist rc.it daui Rohrkcrper 7c dicht über ein Hülsenstück 81 verbunden, das ähnlich wie zuvor für die Dichtung zwischen den Rohren 37 und 4£ äiläutert eine Gleitdichtung bildet. Das äußere Wasser-Rohr 44 ist im Verhältnis zu der Mittelbohrung 77 ausgerichtet und mit dem übergangskörper 75 etwa durch Schweißen wasserdicht verbunden. Die radialen öffnungen 76 sind mit den axialen Durchgängen 64 in dem Wellenabschnitt 23 ausgerichtet, und die Edelstahl-Auskleidungen 65 sind mit dan Öffnungen 76 aujrch Schweißung o. dgl. dicht verbunden. Kühlwasser, das durch den von dem Wasser-Rchr 42 gebildeten mittleren Eano.1 fließt, £trö"it sorr-it in den Rohrkörpsr 73f dar eine erste Strömungskar^er bildet _t- und durch die kursan Rob.rstücke 80 zn y;wsi der Durclicangs 54 und zur Verteilerkarririsr 66, Von der Ectorwicklung in dis bsiden anderen Abschnitt äer VerteilerkanEfier ^€ surückgeführtss warmes Wasser fließt übsr die beiden weiterer, radialen Durchgänge 6 4 nach radial innen

und über die zugehörigen Öffnungen 76 in den Ringrauis auf der Außenseite des Rohrkörpers 78, der eine zweite Ströraungskammer bildet, und somit in den zwischen den Rohren 42 und 44 gebildeten Entladungskanal.

Der Übergangskörper 75 ist wie oben erwähnt durch Schrumpfung ■ o. dgl. fest mit dem Wellenabschnitt 23 verbunden. Der Übergangskörper 75 und die an ihn angeschlossenen Rohre 42 und 44 sind somit an diesem Ende der Wasserrohre verankert. Diese Rohre und die Rohre 37, 38 sind jedoch in axialer Richtung nicht festgelegt, so daß sie sich in dieser Richtung im Verhältnis zur Welle frei bewegen und unterschiedliche thermische Ausdehnungen aufnehmen können. Der frei Abstand zwischen den Flanschen 46, 47 und den benachbarten Verbindungen 57 ist genügend groß, um diese Axialverschiebung der Wasser-Rohre zu ermöglichen. Ggf. kann aber die Ausdehnung der Rohre teilweise oder ganz durch einen an geeigneter Stelle zwischengeschalteten Balgkörper aufgefangen werden, wie das in der US-PS 3 740 595 erläutert ist.

Die Erfindung stellt damit einen Aufbau für flüssiggekühlte Rotoren zur Verfügung, bei dem die Kühlflüssigkeit durch die Erregermaschinen-Welle sowohl eingeführt als auch abgeführt wird, bei der jedoch eine einfache und gedrängte Anordnung gegeben ist, die eine Unterbringung sowohl der Wasserkanäle als auch der Feld-Leiter in den herkömmlichen Wellenbohrungen gestattet. Der verhältnismäßig einfache Aufbau nach der Erfindung gewährleistet auch die Zugänglichkeit aller Bauteile zu Wartungs-

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oder Reparaturzwecken, wobei die Bauteile im Bedarfsfall verschoben werden können. So können die Wasser-Rohre 37, 38 und 42 sowie die Leiter nach Zerlegen der Kupplung 36 in axialer Richtung entfernt werden, wobei die Leiter 54 in dem Wellenabschnitt 23 des Generators 10 durch Entfernen des Flansches 47 vom Wasser-Rohr 44 in axialer Richtung entfernbar sind. Das Rohr 44 kann entfernt werden, nachdem es durch Schneiden gegenüber dem Übergangskörper 75 freigesetzt worden ist. Die Ausführung nach der Erfindung besitzt somit die eingangs erwähnten Vorzüge, daß nämlich am Turbinenende der Generatorwelle keine Dichtungen und die mechanische Festigkeit der Welle schwächenden Öffnungen mehr vorgesehen zu werden brauchen und damit auch die unerwünschten Wirkungen und Verluste, wie sie durch solche Maßnahmen hervorgerufen werden können, entfallen.

Patentansprüche;

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Claims (5)

-21 - Patentansprüche :

1. ) Dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, der einen Hauptabschnitt mit einer Wicklung, durch die sich Kanäle für ein flüssiges Kühlmittel erstrecken, sowie einen Wellenabschnitt mit einer zentrischen axialen Bohrung aufweist, gekennzeichnet durch zwei mit radialem Abstand voneinander in der axialen Bohrung und koaxial mit dieser angeordnete konzentrische Rohre (37, 38), von denen das innere (37) einen ersten Wellendurchgang für Kühlmittel und das innere und äußere (37, 38) mit dem Raum zwischen sich einen zweiten Wellendurchgang für Kühlmittel bilden; zwei in der axialen Bohrung angeordnete und die Rohre umschließende isolierte Leiter (50, 51); eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung der Leiter mit der Wicklung (24); eine Einrichtung zur Verbindung der Wellendurchgänge mit den Wicklungs-Kanälen, so daß Kühlmittel von dem einen der beiden Wellendurchgänge über die Wicklungskanäle zu den anderen Wellendurchgängen strömt; einen in der Wellen-Bohrung angeordneten Übergangskörper (75) mit zwei getrennten Strömungskammern, von denen die eine mit dem ersten Wellendurchgang und die andere mit dem zweiten Wellendurchgang in Verbindung steht; sowie durch den Wellenabschnitt (23) durchsetzende radiale Durchgänge (64) zur Verbindung der Strömungskammern mit den Wicklungs-Kanälen, so daß flüssiges Kühlmittel von der einen Strömungskammer über die Wicklungs-Kanäle zu der anderen Strömungskammer fließt.

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2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangskörper (75) eine zentrische zylindrische Strömungskammer, die mit dem inneren Rohr in Verbindung steht, und eine die zentrische Strömungskammer umgebende kreisförmige Strömungskammer aufweist, die mit dem äußeren Rohr in Verbindung steht; daß radiale Rohre die ringförmige Strömungskammer durchsetzen und diese mit bestimmten Radialkanälen verbinden; und daß die ringförmige Strömungskammer mit weiteren radialen Durchgängen in Verbindung stehende radiale Öffnungen (76) hat.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr mit der zentrischen Strömungskammer über ein inneres Hülsenstück (81), das einen eine Dichtung bildenden satten Sitz hat, und das äußere Rohr mit dem Übergangskörper im wesentlichen flüssigkeitsdicht verbunden ist.

4. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Haupt-Generator und einer Erregermaschine dafür, die beide einen Rotorkörper mit Wellenabschnitten aufweisen, die in axialer Richtung im Verhältnis zueinander ausgerichtet und von zentrischen Bohrungen durchsetzt sind, gekennzeichnet durch zwei in der Bohrung der Erregermaschinen-Welle im wesentlichen auf deren Achse angeordnete konzentrische Rohre, die zwei sich in axialer Richtung durch die Erregerwelle erstreckende Kanäle bilden, durch die an dem

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dem Generator abgewandten Ende zugeführte bzw. abgeführte Kühlflüssigkeit strömt; zwei in der Bohrung der Erregermaschinen-Welle angeordnete isolierte Leiter, die die Rohre umschließen und sich axial zum dem Generator-Wellenabschnitt · zugewandten Ende der Welle erstrecken; zwei in der Bohrung des Generator-Wellenabschnitts angeordnete und im Verhältnis zu den erstgenannten Rohren ausgerichtete konzentrische Rohre; zwei in der Bohrung des Generator-Wellenabschnitts angeordnete und die letztgenannten Rohre umschließende isolierte Leiter; eine Einrichtung zur Verbindung einander zugeordneter Rohre bzw. Leiter in der Erregermaschinen-WeHe bzw. dem Generator-Wellenabschnitt und zur mechanischen Kopplung der Erregermaschinen-Welle mit dem Generator-Wellenabschnitt; sowie durch eine Einrichtung zur Umwälzung von Kühlflüssigkeit von einem der Rohre in dem Generator-Wellenabschnitt durch die Wicklungen des Generator-Rotors und zur Abgabe der Flüssigkeit von den Wicklungen an das andere Ende der Rohre.

5. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung einer im wesentlichen flüssigkeitsdichten Dichtung zwischen den äußeren Rohren der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts; biegsame Verbindungen zur elektrischen Verbindung der zugeordneten Leiter der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts; sowie durch eine die Verbindungen zwischen den Rohren und Leitern umschließende und die Erregermaschinen-

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Welle und den Generator-Wellenabschnitt mechanisch miteinander koppelnde Kupplungseinrichtung.

6. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Rohre der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts durch ein Hülsenstück (45) miteinander verbunden sind, das an dem einen Rohr befestigt ist und sich mit einem eine Dichtung bildenden satten Sitz in das andere Rohr erstreckt, und daß die äußeren Rohre der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts in aneinanderstoßende Flanschen (46, 47) übergehen sowie dadurch, daß eine Einrichtung zur Verbindung der Flanschen (46, 47) miteinander sowie zur Bildung einer im wesentlichen flüssigkeitsdichten Dichtung zwischen den Flanschen vorgesehen ist.

7. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch biegsame Verbindungen (57), die sich über die aneinanderstoßenden Flanschen erstrecken und einander zugeordnete Leiter der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts elektrisch miteinander verbinden.

8. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Kupplungseinrichtung zur mechanischen Kopplung der Erregermaschinen-Welle und des Generator-Wellenabschnitts, die die aneinanderstoßenden Flanschen und Verbindungen umschließt und ein Kupplungselement aufweist, das

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um einen Zugang zu den Flanschen und den Verbindungen ermöglichenden Abstand axial verschieblich ist.

KN/jn/sg 5

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