DE3223668A1

DE3223668A1 - Turbomaschine grosser leistung

Info

Publication number: DE3223668A1
Application number: DE19823223668
Authority: DE
Inventors: Jean 90300 Cravanche Allegre; Michel 90400 Danjoutin Olivier
Original assignee: Alsthom Atlantique SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-02-03
Also published as: CA1171127A; CH649348A5; GB2104301B; SE8203979D0; IT8267819A0; FR2508560A1; PT75151A; SE8203979L; GB2104301A; PT75151B; NO155305C; NO822081L; US4445046A; IT1155703B; FR2508560B1; SE445757B; NO155305B

Description

TURBOMASCHINE GROSSER LEISTUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomaschine großer Leistung. Man versteht unter großer Leistung einer Turbomaschine eine Leistung höher als 5MW, z.B. zwischen 5 und 20 MW.

Eine erste bekannte Turbomaschine großer Leistung besteht aus

- einem länglichen äußeren Gehäuse, das in eine Wasserleitung eingetaucht ist,

- einer Turbine, die in einem "hinteren" Längsabschnxtt des Gehäuses auf einer zur Achse des Gehäuses fluchtenden Welle sitzt und deren Schaufeln radial über das Gehäuse hervorragen und vom Wasser in Drehung versetzt werden,

- einem Geschwxndigkeitsmultiplizierer, der sich in einem mittleren Längsabschnxtt des Gehäuses befindet, von der Turbinenwelle angetrieben wird und selbst mit höherer Geschwindigkeit einen elektrischen Generator antreibt,

- einem Rotor eines elektrischen WS-Generators, der auf der Generatorwelle im "vorderen" Abschnitt des Gehäuses sitzt,

- einem Generatorerreger, der auf der Generatorwelle sitzt und einen Erregerstrom für den Rotor liefert,

- und einem Stator, der den Rotor umgibt und selbst Wicklungen, einen Magnetkreis und eine Trageschale aufweist, die den Magnetkreis berührend umschließt.

Diese Trageschale bildet gleichzeitig einen Teil des Gehäuses und führt einen Teil der im Magnetkreis auftretenden Wärme nach außen ab. Außerdem ist der Generator mit einem Gaskühlkreis ausgerüstet.

Es ist eine weitere Turbomaschine bekannt, die keinen Multiplizierer aufweist und in der der Gaskühlkreis außerhalb des Gehäuses angeordnete Rohre aufweist, die eine Abkühlung des

Wärmeträgergases durch das dieses Gehäuse umfließende Wasser ermöglichen. Diese Rohre liegen je zwischen zwei vorderen und hinteren AnSchlußöffnungen, die in das Gehäuse gebohrt sind.

Die Zentren der vorderen Anschlüsse befinden sich in zwei unterschiedlichen Querebenen vor dem Stator des Generators, wobei der Abstand dieser Ebenen mindestens so groß wie der Durchmesser der Anschlüsse gewählt ist, um eine übermäßige Schwächung des mechanischen Widerstands des Gehäuses in der Nähe dieser Ebenen zu vermeiden. Die hinteren Anschlüsse werden genauso hergestellt wie die vorderen Anschlüsse, d.h. daß ihre Zentren sich in zwei unterschiedlichen Ebenen befinden. Auf eine solche Turbomaschine bezieht sich die Erfindung.

Beide Turbomaschinen sind mit einem hohlen Zugangsarm versehen, der das Gehäuse mit der Wand der Wasserleitung derart verbindet, daß das Gehäuseinnere von außerhalb der Wasserleitung zugänglich ist.

In der ersten bekannten Turbomaschine mündet dieser Arm in den mittleren Abschnitt des Gehäuses gegenüber dem Multiplizierer .

Die bekannten Turbomaschinen haben den Nachteil, daß sie eine bedeutende Länge aufweisen und eine lange und teuere Wasserleitung benötigen. Wenn sie außerdem einen Multiplizierer aufweisen, ist der Zugang zum Gehäuseinneren schwierig wegen des geringen freien radialen Zwischenraums rund um diesen Multiplizierer. Schließlich wird der vordere Abschnitt auf dem mittleren Abschnitt, der ihn trägt, mithilfe eines Flansches befestigt, der radial nach innen vorspringt und den Zugang zu den hinter dem Stator des Generators befindlichen elektrischen Anschlüssen erschwert.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Längsausdehnung einer Turbomaschine großer Leistung zu verringern und den Zugang ins Gehäuseinnere und die Wartung des Generators zu

erleichtern, und dies ohne Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität.

Dieses Ziel wird durch die im Hauptanspruch definierte Maschine erreicht.

In einer solchen erfindungsgemäßen Turbomaschine können die hinteren Anschlüsse leicht und ohne übermäßige Verminderung der mechanischen Stabilität des Gehäuses und mit einem Minimum an Längsausdehnung der Maschine angebracht werden. Außerdem bringt der größere Durchmesser des mittleren Abschnitts des Gehäuses in Bezug auf den vorderen Abschnitt einen Freiraum rund um den Multiplizierer, der den Zugang in das Gehäuse ausgehend von dem Zugangsrohr erleichtert. Schließlich wird der vordere Abschnitt auf dem mittleren Abschnitt des Gehäuses durch den Anschlußflansch ohne radialen Vorsprung nach innen am hinteren Ende des vorderen Abschnitts mit dem Stator des Generators mit seinen elektrischen Anschlüssen befestigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Längsansicht einer erfindungsgemäßen Turbomaschine in ihrer Wasserleitung.

Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung eines Teils aus Fig. 1 mit dem vorderen und dem mittleren Abschnitt des Gehäuses.

Die Turbomaschine ist entlang der horizontalen Achse 104 einer Leitung mit Kreisquerschnitt 100 in einem Staudamm angeordnet, wobei das Material dieses Staudamms, im wesentlichen Beton, mit 102 bezeichnet ist. Ein vorderer Abschnitt 108 dieser Leitung hat einen großen Durchmesser, ein hinterer Abschnitt 110 einen kleineren Durchmesser, und ein konischer mittlerer Abschnitt 112 stellt die Verbindung zwischen beiden her. Von der Wand des mittleren Abschnitts 112 dieser Leitung gehen radial Leitschaufeln 106 aus, die winkelmäßig zueinander verschoben sind.

Diese Leitschaufeln stützen einen mittleren Abschnitt 114 des Gehäuses 25 der Turbomaschine, dessen vorderer Abschnitt mit 116 und dessen hinterer Abschnitt mit 118 bezeichnet sind.

Der hintere Teil dieser Leitschaufeln ist in Bezug auf die radialen Längsebenen ihrer vorderen Teile geneigt, so daß sie den von vorne nach hinten fließenden Wasserschwall der Leitung 100 in Rotation versetzen.

Die Leitschaufel 27 ist hohl und bildet ein Rohr, das den Zugang in das Gehäuse 25 ausgehend von einem Durchgang in dem Staudamm ermöglicht.

Das Gehäuse 25 enthält von seinem vorderen bis zu seinem hinteren Ende

- einen Deckel 4, der das Verschließen des vorderen Endes des Gehäuses ermöglicht,

- einen Ring 1, von dem ein hinterer verdickter Teil die äußere Trageschale des Generators bildet,

- eine zylindrische mittlere Hülle 124, die fest mit den Leitschaufeln 106 verbunden ist und den mittleren Abschnitt und mechanischen Halt der Turbomaschine bildet. Diese Hülle enthält einen Multiplizierer 26, der sich zwischen der Turbinenwelle 28 und der Generatorwelle 14 befindet,

- und eine Turbine 120, die das Gehäuse hinten verschließt und Turbinenschaufeln 122 trägt. Diese Turbine treibt die Welle 28 an, die selbst die Welle des Generators 14 über den Multiplizierer 26 antreibt, Der im vorderen Abschnitt befindliche Generator besteht aus einem Stator, einem Rotor und einem Erreger.

Der Stator besteht aus

- der Trageschale in Kontakt mit dem Wasser der Leitung und gebildet durch den hinteren Teil des Rings 1. Sie ist mit einem hinteren Anschlußflansch 2 zu ihrer Verbindung mit der mittleren Hülle 124 und einem vorderen Flansch 3 zur Befestigung des Deckels 4 ausgerüstet,

- einem Magnetkreis 5, der innen auf und in Berührung mit der Trageschale befestigt ist,

- einer Induktionswicklung 6, die in den Schlitzen des Magnetkreises befestigt ist,

- einem vorderen Flansch 9, der an den Ring 1 auf der der Turbine entgegengesetzten Seite angeschweißt ist und der ein vorderes Führungslager 10 für die Welle des Generators trägt,

- und einem ausbaubaren hinteren Flansch 11 auf der Seite der Turbine, der ein hinteres Führungslager 12 trägt.

Der Rotor besteht aus :

der Welle 14 mit einer Verbindungsplatte 14a zur Welle des Multiplizierers, wobei die Welle auf ihrer ganzen Länge ausgebohrt ist, um ein Rohr 15 durchzulassen, das die Übertragung der Winkelstellung der Turbinenschaufeln auf eine Steuervorrichtung 16 zur Steuerung der Schaufelsteigung ermöglicht.

Diese Welle ist mit einem Drehkranz 17 ausgestattet, der eine Felge trägt und antreibt, an deren Umfang die Ankerpole befestigt sind.

Der Erreger besteht aus

- einem Induktor 20, der am vorderen Flansch 9 befestigt ist,

- und einer drehenden Erregerwicklung 21, die an das Ende der Welle 14 des Generators angeschlossen ist.

Der von dieser Wicklung erzeugte Wechselstrom wird zu den Induktionspolen des Generators über Anschlüsse 22 übertragen, die sich in der Bohrung der Welle 14 befinden. Dieser Strom wird in einer Diodenbrücke 23, die sich auf dem Rotor auf der Seite der Turbine befindet, gleichgerichtet.

Da der vordere Abschnitt des Generatorgehäuses überhaupt keine Verbindung mit der Masse des Staudamms aufweist, ermöglicht eine dichte Rohrleitung 24 das Zurückführen der Kabel und der Rohrleitungen, die sich auf dieser Seite befinden, zur unteren Leitschaufel 106.

Der Generator wird nicht nur durch den Kontakt der Trageschale 1 mit dem Außenwasser abgekühlt, sondern auch durch einen Kreislauf von Wärmeträgergas, das vorzugsweise Luft ist und von Gruppen von Motor-Ventilatoren 13 angetrieben wird, die an Öffnungen des hinteren Flanschs 11 befestigt sind. Zu diesem Zweck ist er mit äußeren Kühlrohren (7) außerhalb des Gehäuses (25) versehen, um dem Wärmeträgergas ein Abkühlen durch das um dieses Gehäuse fließende Wasser zu ermöglichen.

Diese Rohre verlaufen je zwischen vorderen (7a, 7b) und hinteren Anschlüssen (7c), die in das Gehäuse gebohrt sind.

Die Zentren der vorderen Anschlüsse befinden sich in zwei unterschiedlichen Querebenen (Pa, Pb) vor dem Stator (5, 6) des Generators. Der Längsabstand zwischen diesen beiden Bohrebenen ist mindestens genauso groß wie der Durchmesser dieser Anschlüsse, .um eine übermäßige Abschwächung der mechanischen Stabilität des Gehäuses in der Nähe dieser Ebenen zu vermeiden.

Die hinteren Anschlüsse sind in den Anschlußflansch 2 gebohrt, der eben und dick genug ist, um die durch Verbindungsbolzen 2a ausgeübten örtlichen Kräfte trotz der Schwächung durch die Anschlußbohrungen auszuhalten. Diese Dicke ist größer als die des vorderen Teils 1b des Rings 1, die so gewählt ist, daß sie das Gewicht des vorderen Abschnitts 116 des Gehäuses nicht unnötig vergrößert.

Man verhindert so am hinteren Teil des Generators eine Verlängerung des Gehäuses vergleichbar mit der, die vor dem Generator durch den Zwischenraum zwischen den beiden Bohrebenen Pa und Pb und durch den Durchmesser der Anschlüsse 7a und 7b unvermeidlich zu verzeichnen ist. Diese Verlängerung stört vorn nicht, unter anderem wegen des Vorhandenseins des Erregers.

Die Befestigung der Rohre an ihrem hinteren Ende bereitet auf der ebenen Flanschfläche keine Schwierigkeiten.

Außerdem bewirkt der größere Durchmesser des mittleren Abschnitts in Bezug zum vorderen Abschnitt rund um den Geschwindigkeitsmultiplizierer einen Freiraum, der den Zugang in das Gehäuse ausgehend vom Zugangsrohr 27 erleichtert.

So verhindert man, daß der mechanische Anschluß des vorderen Abschnitts das Vorhandensein eines radialen Vorsprungs nach innen am hinteren Ende des vorderen Abschnitts, der den Stator des Generators mit seinen elektrischen Anschlüssen enthält, nach sich zieht.

Es ist außerdem zu sehen, daß der vordere Abschnitt des Gehäuses keinen Zugang hat, wodurch die räumliche Ausdehnung der Maschine verringert wird.

Die äußeren Kühlrohre sind mit inneren Rippen 8 versehen, die den thermischen Kontakt mit der dort zirkulierenden Luft erleichtern und die partielle Kondensierung des in diesem Wasser enthaltenen Wasserdampfs erhöhen. Die Rohre sind nach hinten geneigt, so daß das Kondenswasser nur in den mittleren Abschnitt abfließt und nicht in den vorderen, der den Erreger enthält. Die äußeren Kühlrohre haben am unteren Teil des vorderen Abschnitts des Gehäuses ihre hinteren Anschlüsse wenigstens so tief wie der Rest ihrer Länge, damit das im Inneren dieser Kühlrohre auftretende Kondenswasser in den mittleren Abschnitt abfließt.

Leerseite

Claims

Fo 12602 D

ALSTHOM-ATLANTIQUE 38, avenue Kleber 75794 PARIS CEDEX 16 Frankreich

TURBOMASCHINE GROSSER LEISTUNG

PATENTANSPRÜCHE

(^J[_J- Turbomaschine großer Leistung bestehend aus

- einem länglichen äußeren Gehäuse (25) , das in eine Wasserleitung (100) eingetaucht ist,

- einer Turbine (120), die in einem "hinteren" Längsabschnitt (118) des Gehäuses auf einer zur Achse (104) des Gehäuses fluchtenden Welle (28) sitzt und deren Schaufeln (122) radial über das Gehäuse hervorragen und vom Wasser in Drehung versetzt werden,

- einem Geschwindigkeitsmultiplizierer (26), der sich in einem mittleren Längsabschnitt (114) des Gehäuses befindet, von der Turbinenwelle angetrieben wird und selbst mit höherer Geschwindigkeit einen elektrischen Generator (14) antreibt,

- einem Rotor (18, 19) eines elektrischen WS-Generators (14), der auf der Generatorwelle (14) im "vorderen" Abschnitt (116) des Gehäuses sitzt,

- einem Generatorerreger (20, 21), der auf der Generatorwelle (14) sitzt und einen Erregerstrom für den Rotor liefert,

- und einem Stator, der den Rotor umgibt und selbst Wicklungen (6), einen Magnetkreis (5) und eine Trageschale (1) aufweist, die den Magnetkreis berührend umschließt, . wobei die Trageschale (1) gleichzeitig einen Teil des Gehäuses (25) bildet und einen Teil der im Magnetkreis auftretenden Wärme nach außen abführt,

. wobei der aus Rotor, Stator und Erreger bestehende Generator einen Gaskühlkreis (13, 7) aufweist, der zwischen je einem vorderen (7a, 7b) und einem hinteren Anschluß (7c) außerhalb des

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Gehäuses verlaufende Kühlrohre (7) enthält, . wobei die Zentren der vorderen Anschlüsse in mindestens zwei unterschiedliche Querebenen (Pa, Pb) vor dem Stator (5, 6) des Generators derart liegen, daß der Abstand dieser Ebenen mindestens so groß wie der Durchmesser der Anschlüsse gewählt ist,

. und wobei ein Zugangsrohr (27) den mittleren Abschnitt (114) des Gehäuses mit der Wand der Wasserleitung derart verbindet, daß das Gehäuseinnere von außerhalb der Wasserleitung zugänglich wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und der mittlere Abschnitt (114, 116) des Gehäuses unterschiedliche Durchmesser aufweisen und über einen Anschlußflansch (2) nach Art einer in einer Querebene liegenden ringförmigen Krone miteinander verbunden sind, wobei der Innendurchmesser und die Außendurchmesser dieses Flansches den Durchmessern der beiden genannten Abschnitte entsprechen und die hinteren Anschlüsse (7c) der Kühlrohre (7) in diesem Flansch (2) angebracht sind.

2 - Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühlrohre (7) am unteren Teil des vorderen Abschnitts (116) des Gehäuses ihre hinteren Anschlüsse mindestens so tief haben wie der Rest ihrer Länge, so daß das im Inneren dieser Kühlrohre auftretende Kondenswasser in den mittleren Abschnitt (114) durch die in den Anschlußflansch (2) gebohrten Anschlußöffnungen abfließt.

3 - Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß die Längsachse (104) des Gehäuses im wesentlichen waagerecht ist und daß der Generatorerreger (20, 21) sich im vorderen Abschnitt (116) des Gehäuses vor dem Generator (5, 6, 15, 19) befindet, und daß die äußeren Kühlrohre (7) alle in Richtung ihres hinteren Endes nach unten geneigt sind, damit das Kondenswasser nur in den mittleren Abschnitt und nicht in den den Generatorerreger enthaltenden vorderen Abschnitt abfließt.

4 - Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (116) des Gehäuses keine Zugang hat, wodurch die Abmessung der Maschine verringert wird.