DE3040799A1

DE3040799A1 - Verfahren zum auswuchten von laeufern elektrischer maschinen

Info

Publication number: DE3040799A1
Application number: DE19803040799
Authority: DE
Inventors: Vadim Borisovi&ccaron; Kaplunov; Viktor Vladimirovi&ccaron; Kuzmin; Boris Ivanovi&ccaron; Charkov Ljutyj
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE3040799C2; FR2469033B1; CH650621A5; SU915175A1; FR2469033A1; US4370800A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich, auf das Gebiet des Elektromaschinenbaus und -betriebes, betrifft insbesondere Verfahren zum Auswuchten von Läufern in elektrischen Maschinen und kann beim Auswuchten von Läufern in leistungsfähigen Turbogeneratoren mit Flüssigkeitskühlung der Läuferwicklung Anwendung finden.

Für das Flüssigkeitskühlsystem der Läuferwicklung solcher elektrischen Maschinen ist eine der Gewährleistung des Wärmegleichgewichtes des Läufers dienende symmetrische Anordnung einiger Dutzende von hydraulischen Parallel zweigen eines hydraulischen Kanals des Kühl syst ems auf dem Läuferkörper geeignet.

Es ist jedoch sehr kompliziert, sämtliche hydraulische Parallel zweige streng symmetrisch auszuführen. Die Strö'mungs-Widerstände der jeweiligen genannten Zweige sind außerdem

der

infolge der Unterschiede ν Innenabmessungen in den genannten Zweigen, Verbindungsbuchsen, Wasserzuführungsleitungen u.a. sowie infolge eines unterschiedlichen Turbulenzgrades des Flüssigkeitsströmes in den Zweigen voneinander verschieden.

Die vorstehend genannten Umstände führen zu einer unsymmetrischen Verteilung des Temperaturfeldes im Querschnitt der Läuferspaltzone sowie zu dadurch bedingter Durchbiegung und Unwucht des Läufers. Dies hat seinerseits eine Vergrößerung des zulässigen Vibrationspegels an den Läuferlagerungen zur Folge.

Die temperaturbedingte Unwucht kann außerdem durch

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eine Neuverteilung des ilüssigkeitsdurchsatzes in den hydraulischen Zweigen des Kühlsystems während des Läuferbetrietfebei einer Änderung der Betriebart der elektrischen Maschine hervorgerufen werden. Man muß ständig den Vibrationspegel am Läufer überwachen und durch auf verschiedene Art und Weise vorgenommenes Auswuchten den Vibrations zustand des Läufers in den durch Normen festgelegten Grenzen aufrechterhalten.

Bekannte Verfahren zum Auswuchten von Läufern an elektrischen Maschinen durch Behebung der temperaturbedingten Unwucht sind arbeitsaufwendig, nicht technologiegerecht und gewährleisten nicht die Funktionssicherhe it des Läufers bei sämtlichen Betriebsarten.

Bekannt ist ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch Anbringen von Auswuchtgewichten (s. Isakowitsch M.M., KleimanL.I., Pertschanok B.H. "Behebung der Vibration an elektrischen Maschinen", Snergia-Verlag, Moskau, 1969» S. 182). Dieses Verfahren "beseitigt die Unwucht des Läufers und seinen Vibrationspegel

auf einen festgelegten Wert nur für

eine bestimmte Betriebsart, beispielsweise für Hennlastbetrieb.

Beim Umschalten der Maschine in Unterlast- bzw. Leerlaufbetrieb sowie bei einer Änderung der Betriebsparameter des Kühlsystems kommt eine unzulässige Vergrößerung der Vibration an den Läuferlagerungen zustande.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch eine Änderung der hydraulischen Widerstände in Zweigen des hydraulischen

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Kanals des Kühlsystems der Läufer»icklung (s. Isakowitsch M.M., Kleiman L.I., Pertschanok B.H. "Behebung der Vibration an elektrischen Maschinen", Energia-Verlag, Moskau, 1969, S. 182-183).

Dieses Verfahren besteht darin, daß zunächst der Vibrationspegel an den Läuferlagerungen gemessen sowie die Abschnitte des hydraulischen Kanals des Kühlsystems bestimmt werden, die die temperaturbedingte Läuferdurchbiegung hervorrufen, und dann eine solche asymmetrische Temperatur- ■ Verteilung im Läuferquerschnitt zustande gebracht wird, daß die genannte temperaturbedingte Läuferdurchbiegung und folglich die erhöhte Vibration behoben werden. Dies erfolgt

der

durch eine Inderung^hydrauli sehen Widerstände (z.B. durch teilweises Sperren von Kühlkanälen) in den Zweigen des hydraulischen Kanals des Kühlsystems der Läuferwioklung, welche den die Temperaturdurchbiegung des Läufers hervorrufenden Zweigen entgegengesetzt liegen.

Die Genauigkeit der Feststellung der genannten Abschnitte sowie die Größe des Temperaturunterschiedes kontrolliert man an Hand der Vibrationsparameter an den Läuferlagerungen im stationären Betrieb beim Leerlauf und bei der Belastung der Maschine.

Dieses Verfahren läßt die einer Änderung des hydraulischen Widerstandes unterliegenden Zweige des hydraulischen Kanals des Kühlsystems nur mittels der Versuch- und- -Irrtum-Methode feststellen, welche das mehrmalige Wiederholen arbeitsaufwendiger Operationen zum Aus- und Zusammenbau der elektrischen Maschine voraussetzt.

Nach der Behebung der temperaturbedingten Läuferdurch-

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biegung und Erzielung eines zulässigen Vibrationspegels bleibt jedoch bei diesem Verfahren das Temperaturfeld im Lauf er quer schnitt ungleichmäßig, und die auf diese Weise ausgewuchtete Maschine kann nicht bei sämtlichen möglichen Betriebsarten funktionssicher arbeiten, da das Temperaturfeld des Läufers sich bei einer Änderung der Betriebsart ändert und zur Unwucht des Läufers führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern an elektrischen Maschinen zu. schaffen, welches durch Einführung neuer Methoden die temperatur bedingte Unwucht mit geringstem Arbeitsaufwand und

stillstehenden hoher Genauigkeit an einem ν Läufer festzustellen

und zu beheben ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen mit einem Flüssigkeitskühlsystem der Läuferwicklung, das in Form von hydraulischen Parallel zweigen im Läuferkörper ausgeführt ist, durch eine Änderung des hydraulischen Widerstandes in den Parallelzweigen bis zur Beseitigung der asymmetrischen, zur Unwucht führenden Tempera-

die turverteilung im Läufer gemäß der Erfindung zuerst^vBetriebs-

parameter der Kühlung der genannten Zweige ejn. im Betrieb befindlichen Flussigkeitakühlsystem ermittelt werden und

die
dann^hydraulischenWiderstände in den Zweigen so geändert

werden, daß das gegenseitige Verhältnis der erwähnten Pa-

eine

rametervgleiche Ubererwärmung der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar der diametral liegenden genannten Zweige des Kühl systems gewährleistet.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, die tempe-

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stillstehenden

raturbedingte Unwucht an einem ^v Läufer festzustellen und zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, daß das Vorhandensein der temperaturbedingten Unwucht des Läufers naoh dem gegenseitigen Verhältnis der Betriebsparameter der Kühlung der auf dem Läuferkörper angeordneten Parallelzweige des in Betrieb befindlichen Flussigkeitskühlsystems, beispielsweise nach der Durchsatzmenge bzw. Geschwindigkeit der Flüssigkeit in diametral liegenden hydraulischen Zweigen dee genannten Kühlsystems, nachgewiesen wird.

Außerdem gewährleistet dieses Verfahren die Stabilität der zulässigen Vibrationsparameter bei verschiedenen Betriebsarten des Läufers. So wird z.B. bei einer Erhöhung des Läufer-Erregerstromes im gleichen Maße auch die Erhitzung der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar der diametral liegenden genannten Zweige erhöht werden, so daß die erzielte symmetrische Temperaturverteilung im Läufer nicht gestört wird.

Da die temperatur bedingte Unwucht des Läufers an Hand der Kontrolldaten der Betriebsparameter der Kühlung der genannten Zweige am ortfesten Läufer behoben wird, entfallen im Gegensatz zu den früher bekannten Verfahren zum Auswuchten von Läufern die arbeitsaufwendigen Operationen zum Aus- und Zusammenbau der elektrischen Maschine und der Anlauf der letzteren zur Überprüfung der Vibrationsparameter.

Bs ist bevorzugt, den Läufer gemäß dem vorliegenden Verfahren beim Henndurchsatz der Kühlflüssigkeit in der Läuferwicklung auszuwuchten.

Gemäß einer bevorzugten Variante des Verfahrens werden

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die hydraulischen Widerstände in den genannten Zweigen so geändert, daß das gegenseitige Verhältnis der genannten Parameter gleiche Erhitzung der Flüssigkeit des Kühlsystems in dessen sämtlichen Zweigen gewährleistet.

Dadurch wird nicht nur die Symmetrie sondern auch höchste Gleichmäßigkeit des Temperaturfeldes im Läufer erreicht.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung

ist es, die Parameter der genannten Zweige durch Zuführung von Marken in den Flüssigkeitsstrom am Kühlmittele intritt in den Läufer und Überwachung ihres Durchlaufes durch Isolations elemente der genannten Zweige zu erfaßen.

Dadurch entfällt die Unterbringung von Gebern zur Bestimmung der Betriebsparameter der Kühlung unmittelbar an den genannten Zweigen, da man gegebenfalls diese Parameter z.B. über die Amplitude des Ableitstromes an den Isolationselementen der genannten Zweige bestimmen kann.

Dieses Verfahren ermöglicht es außerdem, die Parameter der genannten Zweige sowohl am stehenden als auch am rotierenden Läufer zu bestimmen, da die Zuführung von Marken und Messung des Ableitstromes an den Isolationselementen außerhalb des Läuferkörpers und auch zu beliebigen Zeitpunkten des Betriebes der elektrischen Maschine vorgenommen werden kann.

Eine genauere Erfassung der Parameter kann bei der Registrie-

durch
rung der Marken ν am Austritt der genannten Zweige nach den Isolationselementen installierte Geber - erfolgen.

Dadurch wird es möglich, gleichzeitig mit der Ge-

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winnung eines allgemeinen Diagramines der Betriebsparameter der Kühlung auch Diagramme für jeden Zweig zu gewinnen, eine Vergleichanalyse zur Erkennung von Marken des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm vorzunehmen und somit die Beurteilung der Betriebsparameter der Kühlung während des Läuferbetriebs zu erleichtern.

Im weiteren wird das Verfahren unter Bezugnahme auf die beiliegenden Diagramme und Schaltbilder näher erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 schematische Darstellung des Anschlusses hydraulischer Parallelzweige an die Ablaß- und Druckleitung;

Fig. 2 Vibrat ionsνerlauf vor und nach dem Auswuchten des Läufers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

J*ig. 3 Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus den hydraulischen Parallel zweigen bei temperaturbedingter Unwucht eines zweipoligen Läufers austritt;

Pig. 4 prinzipielles Schaltbild zur Erfassung der Betriebsparameter der Kühlung am stillgestellten Läufer bei der Zuführung von Marken gemäß der Erfindung; Fig. 5 Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken durch die

der Isolationselemente für zehn Zweige vor der Ander ung^hydraulischen Widerstände in den sämtlichen Zweigen;

Fig. 6 Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken durch die Isolationselemente zweier Parallelzweige mit unterschiedlichen hydraulischen Widerständen;

Fig. 7 das gleiche wie in Fig. 5 nach der Änderung der hydraulischen Widerstände der Zweige gemäß der Erfindung; Fig. 8 das gleiche wie in Fig. 6 mit gleichen hydrau-

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- ίο -

lischen Widerständen gemäß der Erfindung;

Pig. 9 erfindungsgemäße Temperat umverteilung in der Flüssigkeit, die aus den sämtlichen genannten Zweigen bei gle icher Erhitzung austritt;

Fig. 10 erfindungsgemäße Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus - diametral liegenden genannten Zweigen bei gleicher Erhitzung in diesen austritt; Fig. 11 Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken dtrrch die

Isolationselemente zweier Parallelzweige und Zeitpunkte des

durch die

Durchlaufens der Marken V Isolationselemente jedes dieser Zweige;

Fig. 12 das gleiche wie in Fig. 4 während des Betriebs der elektrischen Maschine.

Das Verfahren zum Auswuchten eines Läufers wird wie folgt durchgeführt.

Das Auswuchten eines Läufers 1 erfolgt an einem 500-MW-Turbogenerator mit Wasser kühlsystem der Läuferwicklung 2 (s.Fig. 1), weiche aus mit inneren Kühlkanälen ■versehenen Quadratkupfer-Leitern ausgeführt ist.

Zunächst bestimmt man bei Mennstrombelastung mittels einer Vibrationsmeßeinrichtung den Vibrationspegel an den Lagerungen des Läufers 1, dabei betragen die vertikale und die horizontale Komponente des Vibrationsvektors entsprechend 52 bzw. 70 /im (s. Fig. 2). Diese Vibrationsparameter liegen außerhalb der vorgeschriebenen Norm und sind infolge temperaturbedingter Unwucht des Läufers wegen einer ungleichmäßigen Erwärmung und Kühlung der Lauferspaltzone (s. Fig. 3) zustande gekommen.

Das Kühlsystem der Wicklung 2 des Läufers 1 stellt

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zehn hydraulische Parallelzweige dar, welche mittels Isolationselementen j5 und 4 (s. Fig. 1 und 4) zu Druck- und Ablaßleitungen zusammengeschaltet sind.

Jeder der zehn Zweige setzt sich aus zwei parallelgeschalteten Kühlmittelleitungen zusammen. Die Strömungswiderstände der sämtlichen Zweige unterscheiden sich etwasvoneinander.

Zur Behebung der temperaturbedingten Unwucht des Laufeis werden die hydraulischen Widerstände in jedem Paar der diametral liegenden Zweigleitungen gemessen und auf einen gleichen Wert durch eine Änderung der Wasserparameter in den Zweigen des Kühlsystems gebracht.

Dafür installiert man am Austritt jedes Parallelzweiges elektrolytische Widerstandsgeber 5 (s. Pig.l), legt von einer Spannungsquelle ein Spannungspotential an die Wicklung 2 des Läufers 1 an und schließt einen Oszillographen mit Galvanometern 7 zur Registrierung des Ableitstromes an den Isolationselementen 3»4 und der Signale der elektrolytischen Widerstandsgeber 5 an. Der in der Schaltung (s. i"ig. 4) dargestellte Widerstand δ dient der Beden
grenzung des durch/Galvanometer 7 fließenden Stromes.

Man setzt das Kühlsystem des Läufers 1 in Betrieb. Im stationären Betrieb des Kühlsystems wird in den Wasserstrom am Kühlmitteleintritt in den Läufer 1 (s. ffig.l) eine Dosis von Elektrolyt, d.h. eine Marke, zugeführt. Beim Durch-

durch. die
laufen der Marke ν Zweige des Kühlsystems wächst an Eingangs-Isolationselementen 5 der Ableitstrom an und auf dem Oszillogramm wird ein Impulsstoß registriert, dessen Amplitude höher der der Ausgangsimpulse ist, da die Marke

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- 12 zu gleicher Zeit die sämtlichen Eingangs-Isolationselemente passiert und der Ableitstrom somit stark ansteigt. Die

durch die

Zeitpunkte des Durchlaufens der Marke ^ Isolationselemente 4 werden am Austritt von den elektrolytischen Widerstandsgebern 5 wahrgenommen, deren Signale ebenfalls auf

Die

dem Oszillogramm (s. Pig. 5) festgehalten werden/Zeitabstände zwischen den Impulsen auf dem Oszillogramm entsprechen der Zeitspanne, innerhalb der die Marke den betreffenden Zweig durchläuft.

Der Unterschied in den Zeitabständen zwischen den Impulsen (s. Fig. 6) geben Auskunft über unterschiedliche hydraulische Widerstände in den Zweigen. Ein größerer Zeitabstand zwischen den Impulsen (s. Fig. 6) entspricht einem höheren hydraulischen Widerstand, einem niedriegeren Durchsatz, einer höheren Überhitzung der Flüssigkeit bzw. einer höheren Erwärmung des Zweiges.

Die hydraulischen Widerstände in den Parallelzweigen werden durch entsprechende Wahl von Drosseln und deren Anbringung am Zweigaustritt geändert. Diese Änderung erfolgt so lange, bis sämtliche A us gangs impulse auf dem Oszillogranm (s. Fig. 7) zusammenfallen. Bei der geweiligen Wahl von Drosseln werden Oszillogramme (s. Fig. 6 und 8) aufgenommen. Das Zusammenfallen der Impulse auf dem Oszillogramm

das

deutet darauf hin, daß^v Kühlwasser in den sämtlichen Parallelzweigen sich gleich erhitzt (s. Fig. 9), die Temperatur in der Läuferspaltzone gleichmäßig verteilt und die temperaturbedingte Unwucht des Läufers damit behoben ist.

Die Vibrationsmessungen ergaben, daß die vertikale Komponente des Vibrationsvektörs auf 8 und die horizontale

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- 13 auf 11 yUm (s. Pig. 2) herabgesetzt sind.

Die temperaturbedingte Unwucht des Läufers kann weiterhin durch Ausgleich des hydraulischen Widerstandes zum mindesten in Jedem Paar der diametral liegenden Zweigleitungen behoben werden. Dabei kommt ein symmetrisches, jedoch weniger gleichmäßiges Temperaturfeld zustande (s.MgJ

Die Gewinnung des gemeinsamen Diagrammes der Betriebs parameter der Kühlung (s. Fig. 7 Diagramm 1) und der Diagramme für jeden Zweig (s. Pig. 7» Diagramme 2 bis 10) ermöglicht es, eine Yergleichsanalyse zur Erkennung der ikarke des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm (s. Pig.11) vorzunemmen, wodurch die Beurteilung der Betriebsparameter der Kühlung während des Betriebs des Läufers 1 erleichtert wird. Das Schaltbild der Meßanordnung zur Überwachung der Betriebsparameter der Kühlung des Läufers während seines Betriebs zeigt Pig. 12.

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Claims

ZUM AUSWUCHTEN VON LÄUFERN ELEKIKISCHER

MASCHINEN
PATENTANSPRÜCHE

1. )Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen mit in Form von hydraulischen Parallelzweigen auf dem Läuferkörper ausgeführtem Flussigkeitskühlsystem der Läuferwicklung durch

- eine Änderung des hydraulischen Widerstandes in den Parallelzweigen bis zur Beseitigung der asymmetrischen Temperaturverteilung im Läufer, die seine Unwucht hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß

die Betriebsparameter der Kühlung der genannten Zweige am in Betrieb befindlichen Fluss igke it skühlsyst em ermittelt werden,
die hydraulischen Widerstände in den genannten Zweigen so geändert werden, daß das gegenseitige Verhältnis der

eine

erwähnten Parameter gleichet&ens27w8rauig_ der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar von diametral lie-

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- 2 -genden Zweigleitungen des Kühlsystems gewährleistet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand in den genanten Zweigen so geändert wird, daß das gegenseitige Verhältnis der erwähnten Parameter gleiche Übererwärmung der Flüssigkeit in den sämtlichen genannten Zweigen des Kühlsystems gewährleiste¹1.

J>. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der genannten

in den Zweige durch Zuführung von Marken ^ Flüssigkeitsstrom am Kühlmitteleintritt in den Läufer und Überwachung ihres Durchlaufes durch Isolationselemente der genannten Zweige erfaßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennze i chnet, daß die Marken nach Anzeigen von am Austritt der genannten Zweige nach den Isolations element en installierten Gebern erkannt werden.

5. Verfahren nach Ansprächen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken Elektrolytdosen sind.

6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprächen, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitdauer des Durchgangs einer Marke durch einen Zweig des Kühlsystems zur Beurteilung von dessen Strömungswiderstand dient.

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