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ELEKTROMASCHINENSAT Z
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des GroBelektromaschinenbaus,
und zwar auf Elektromaschinensätze. Besonders vorteilhaft kann die Erfindung in
den Elektromaschinensätzen mit Turbogeneratoren, die eine Leistung von 300 bis 800
MW und eine Wasserstoffkühlung aufweisen, verwendet werden.
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Es sind Elektromaschinensätze mit \j Je einem Turbogenerator und
einer Erregermaschine, die den Erregerstrom über einen Gleichrichter der Rotorwicklung
des Turbogenerators zuführt, bekannt. Die Rotorwellen des Turbogenerators und des
Erregers werden mittels einer Flanschverbindung gekoppelt. Zur Zuführung des Erregerstroms
von der Erregermaschine zur Rotorwicklung des Turbogenerators dienen Bürsten, Schleifringe
und Stromzuleitungen.
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Zum Stand der Technik gehören Konstruktionen von Maschinensätzen,
in denen die Schleifringe an dem fliegenden Teil der Rotorwelle des Turbogenerators
auf der Seite der Verbindung mit der Rotorwelle der Erregermaschine angebracht werden.
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Die die Schleifringe mit der Rotorwicklung des Turbogenerators verbindende
Stromzuleitung ist in einer zentralen Axialbohrung der Rotorwelle des Turbogenerators
angeordnet. Die Stromzuleitungsschiene wird an die Schleifringschiene mit Hilfe
von radial angeordneten stromführenden Schrauben angeschlossen.
Bei
Generatoren mit Wasserstoffkühlung sind die stromführenden Schrauben mit einer Dichtung
versehen, um das Entweichen von Wasserstoff in den Bereich der Schleifringe zu verhindern.
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Mit wachsender Leistung von Turbogeneratoren erreicht Jedoch der
Durchmesser der Schleifringe in ähnlichen Konstruktionen eine bedeutende Größe.
So beträgt beispielsweise der Durchmesser der an der Rotorwelle angeordneten Schleifringe
bei der Drehzahl des Turbogenerators mit 3000 U/min ungefähr 500 mm. Die Vergrößerung
des Durchmessers von Schleifringen hat eine erhöhte Umfangsgeschwindigkeit und also
eine Steigerung der Erhitzung und des Verschleißes von Bürsten und Schleifringen
zur Folge.
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Bei Turbogeneratoren mit Wasserstoffkühlung können außerdem in den
Dichtungen der stromführenden Schrauben im Laufe des Betriebs Spalte entstehen.
Das Entweichen von Wasserstoff Uber solche Spalten in den Bereich des Bürsten- und
Schleifringapparates kann zur Bildung eines explosionsgefährlichen Cemisches und
zur Herabsetzung der Betriebssicherheit des Maschinensatzes führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Konstruktion
eines Elektromaschinensatzes mit einem Turbogenerator und einer Erregermaschine
zu schaffen, bei der eine Verminderung der Umfangsgeschwindigkeit von Schleifringen
gewährleistet und das Entweichen von Wasserstoff aus dem Turbogenerator mit Wasserstoffkühlung
in den Bereich des Bürsten
und Schleifringapparates vermieden wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Elektromaschinensatz
mit einer Erregermaschine und einem Turbogenerator, dessen Rotorwelle mit der Rotorwelle
der Erregermaschine mittels einer Flanschverbindung gekoppelt ist und eine zentrale
Axialbohrung zur Anordnung der die Rotorwicklung des Turbogenerators mit den Schleifringen
verbindenden Stromzuleitung aufweist, gemäß der Erfindung die Schleifringe an der
Rotorwelle der Erregermaschine auf der dem Turbogenerator gegenüberliegenden Seite
angebracht sind, und in der zentralen Axialbohrung der Rotorwelle des Turbogenerators
nur ein Teil der Stromzuleitung angeordnet ist, dessen anderer Teil in der zentralen
Axialbohrung der Rotorwelle der Erregermaschine untergebracht ist und mit dem ersten
Teil der Stromzuleitung durch eine elektrische Steckvorrichtung in Verbindung steht.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion bestehen darin, daß
bei den auf der Rotorwelle des Erregers angebrachten Schleifringen, an der dem Turbogenerator
gegenüberliegenden Seite kleinere Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifringe erreicht
werden, weil dieser Teil der Rotorwelle der Erregermaschine dem von der Rotorwelle
des Turbogenerators übertragenen Torsionsmoment nicht ausgesetzt ist und dadurch
mit einem kleineren Durchmesser ausgeführt werden kann. Die Verminderung der Umfangsgeschwindigkeit
von Schleifringen verringert
die Erhitzung und den Verschleiß der
Schleifringe und Bürsten und erhöht die Betriebssicherheit des Maschinensatzes.
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Es ist zweckmäßig, Radialkanäle zum Austritt von Wasserstoff in der
die Rotorwelle des Turbogenerators mit der Rotorwelle der Erregermaschine verbindenden
Flanschverbindung auszufUhren. Dabei besteht keine Notwendigkeit in der Anordnung
von Dichtungen um die in dem Bereich der Schleifringe angeordneten radialen stromzuführenden
Schrauben, da bei einer Störung der Gasdichtigkeit der Stromzuleitung des Turbogenerators
der Wasserstoff über die erwähnten Kanäle austreten wird, ohne in den Bereich der
Schleifringe einzudringen.
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Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels
derselben und anhand der beigelegten Zeichnung erläutert, in der der Elektromaschinensatz
gemäß der Erfindung dargestellt ist.
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Der Elektromaschinensatz enthält eine Erregermaschine 1 und einen
Turbogenerator 2 mit Wasserstoffkühlung. Die Rotorwelle 3 des Erregers 1 stützt
sich mit dem einen Ende auf ein Lager 4 ab und mit dem anderen Ende auf die Rotorwelle
5 des Turbogenerators 2 und zwar mit Hilfe einer Flanschverbindung, d.h. einer Kupplung
6.
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Die Rotorwelle 5 des Turbogenerators 2 ist mit ihrem Ende, das mit
der Rotorwelle 3 der Erregermaschine 1 verbunden ist, gegen ein Lager 7 abgestützt.
Schleifringe 8 mit Bürsten 9 sind an dem Endteil 10 der Rotorwelle 3 der Erregermaschine
1
auf der dem Turbogenerator 2 gegenüberliegenden Seite angebracht.
Die Rotorwelle 5 des Turbogenerators 2 und die Rotorwelle 3 der Erregermaschine
1 enthalten zentrale Axialbohrungen 11 bzw. 12, in denen eine zur ZufUhrung des
Erregerstroms von den Schleifringen 8 zur in der Zeichnung nicht gezeigten Rotorwicklung
des Turbo generators 2 dienende Stromzuleitung untergebracht ist. Die Stromzuleitung
besteht aus zwei Abschnitten: dem ersten Abschnitt 13, der in der Axialbohrung 11
der Welle 5 des Turbogenerators 2 angeordnet und mit der Rotorwicklung des Turbogenerators
2 verbunden ist, und dem zweiten Abschnitt 14, der in der Axialbohrung 12 der Rotorwelle
3 der Erregermaschine 1 untergebracht ist und mit den Schleifringen 8 durch radiale
stromführende Schrauben 15 in Verbindung steht. Beide Abschnitte 13 und 14 der Stromzuleitung
sind in der Kupplungszone der Wellen 3 und 5 mit Hilfe der (in der Zeichnung schematisch
gezeigten) Steckvorrichtung elektrisch verbunden, die z.B. gemäß dem in der SU-PS
414 931 beschriebenen Aufbau ausgeführt ist. Der Abschnitt 13 der Stromzuleitung
weist an der elektrischen Verbindungsstelle mit dem erwähnten Abschnitt 14 eine
Ringdichtung 17 zur Verhinderung des Entweichens von Wasserstoff auf.
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Zur Herabsetzung von Schwingungen der Schleifringe 8 wird der Endteil
10 der Rotorwelle 3 der Erregermaschine 1 gegen ein Lager 18 abgestützt, dessen
Lagerschale 19 ein elastisches Element 20 aufweist. Das elastische Element 20 ist
schematisch
dargestellt wegen der Vielfalt von Baumöglichkeiten, die zum Stand der Technik gehört.
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Um ein eventuelles Eindringen von Wasserstoff in den Bereich der
Schleifringe bei einer Störung der Gasdichtheit der Stromzuleitung 13,14 auszuschließen,
enthält die Kupplung 6 radiale Kanäle 21.
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Beim Betrieb des Maschinensatzes wird das Torsionsmoment von der
Rotorwelle 5 des Turbogenerators 2 zum Endteil 10 der Rotorwelle 3 der Erregermaschine
1, wo die Schleifringe angeordnet sind, nicht übertragen. Deshalb kann dieser Teil
der Rotorwelle 3 der Erregermaschine 1 einen Durchmesser aufweisen, der etwa um
das 1,5-fache geringer als der Durchmesser der Rotorwelle 5 des Turbogenerators
2 ist. Der Durchmesser des Endteils 10 der Welle 5 wird durch Erfordernisse der
mechanischen Festigkeit, die bei Anordnung der Schleifringe an dieser Welle notwendig
ist, sowie durch den Durchmesser der Stromzuleitung 14 bestimmt.
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Durch die Verminderung des Durchmessers der Schleifringe 8 und also
ihrer Umfangsgeschwindigkeit wird die Stromableitung verbessert sowie Erwärmung
und Verschleiß der Bürsten 9 und der Schleifringe 8 herabgesetzt.
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Die Verminderung der Anzahl der Bürsten 9 auf dem Umfang der Schleifringe
8 wird durch die Vergrößerung der Anzahl der Bürsten 9 Uber die Länge der Schleifringe
8 kompensiert, um den notwendigen Erregerstrom zu übertragen.
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Die Anordnung des Bürsten- und Schleifringapparats außerhalb des
Bereichs des Entweichens von Wasserstoff gewährleistet praktisch ungefährlichen
Betrieb des Satzes, da im Fall des Entweichens der Wasserstoff über die radialen
Kanäle in der Verbindungszone der Wellen 3, 5 austreten wird.
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