DE3242019C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchrongenerator mit flüssigkeitsgekühltem Läufer gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Generator ist aus der DE-OS 22 23 830 bekannt. Bei einem Generator dieser Art wird eine gemeinsame Welle für die Erregermaschine und den Generator verwendet, wobei eine gleichgerichtete Spannung von der Erregermaschine an die Feldwicklung des Generators angelegt wird. Aus diesem Grunde müssen Erregermaschine und Generator mechanisch und elek­ trisch miteinander verbunden sein. Ein Problem ist hierbei die Kühlmittelstrecken dicht zu bekommen und gleichzeitig die elektrischen Anschlüsse unter geringem Kontakt­ widerstand zu halten. Ein mangelhafter elektrischer Anschluß führt nämlich zu einem erhöhten Kontakt­ widerstand, der wiederum eine Wärmeentwicklung be­ dingt, die zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung des Generators führen kann und dem zufolge die Betriebszuverlässigkeit verringert.

Aus der DE-AS 23 46 639 und der DE-OS 25 06 485 sind ähnliche Generatoren bekannt, bei denen die Kühlkanäle bzw. Kühlmittelstrecken durch die Zwischenräume von mehreren konzentrisch zueinander angeordneten, zylindrischen Rohren gebildet werden, wobei die axialen Leiter in einem Hohlraumabschnitt am innersten Teil der zylindrischen Rohre eingebaut sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Synchrongenerator der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine erhöhte Be­ triebszuverlässigkeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die Anordnung der Verbindungs- bzw. Übergangsstellen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird erreicht, daß der in den Anschlußteilen und im Verbindungs­ teil verfügbare Raum vergrößert ist und die Möglich­ keit für einen Kühlflüssigkeitsaustritt herabgesetzt ist. Auch wird die Zuverlässigkeit der Anschlüsse der elektrischen Stromkreise verbessert.

Mit den Merkmalen der Unteransprüche wird die Ab­ dichtung der Kühlmittelstrecken noch verbessert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Synchrongenerators mit flüssigkeitsgekühltem Läufer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine Teilschnittdarstellung der wesentlichen Ab­ schnitte oder Teile eines Synchrongenerators mit flüssigkeitsgekühltem Läufer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Generatorwelle 1 mit einer durch­ gehenden Axialbohrung 101 versehen. Eine Erregermaschinen­ welle 2 steht mit einer Stirnfläche 201 mit der Stirn­ fläche 102 der Generatorwelle 1 in Berührung und weist eine erste durchgehende Bohrung 202, die mit der durch­ gehenden Axialbohrung 101 in Verbindung steht, sowie eine zweite, radial verlaufende durchgehende Bohrung 203 auf, die in die erste durchgehende Bohrung 202 übergeht. In der ersten durchgehenden Bohrung 202 sind abgestufte Abschnitte 204, 205 ausgebildet. Eine erste Kühlmittelstrecke 3 ist durch die Räume festgelegt, die durch drei zylindrische Rohre 301 bis 303 gebildet werden, die ihrerseits in die durchgehende Axialbohrung 101 und in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung 202 eingesetzt sind. Das Ende 304 des ersten zylindrischen Rohrs 301 ist in An­ lage gegen den Stufenabschnitt 204 bringbar. Eine zweite Kühlmittelstrecke 4 wird durch die Zwischenräume gebildet, die durch zwei in die erste durchgehende Bohrung 202 ein­ gesetzte zylindrische Rohre 401, 402 sowie durch einen durch eine Scheibe 403 getrennten Hohlraumteil des zwei­ ten Rohrs 402 festgelegt werden. Die zweite Kühlmittel­ strecke 4 kommuniziert mit der ersten Kühlmittelstrecke 3 zur Ermöglichung einer Kühlflüssigkeitsströmung in Rich­ tung der Pfeile gemäß Fig. 1. Das Ende 404 des ersten zylindrischen Rohrs 401 liegt am gestuften Abschnitt 205 an. Axiale Leiter 5, 6 durchsetzen das dritte zylindrische Rohr 303 und sind mit einer nicht dargestellten Feldwick­ lung des Generators verbunden. Ein Isolator 7 isoliert die axialen Leiter 5, 6 gegenüber dem dritten zylindri­ schen Rohr 303, während ein Isolator 8 die axialen Lei­ ter 5, 6 geneinander isoliert und ein weiterer Isola­ tor 9 die End- bzw. Stirnflächen der axialen Leiter 5, 6 isoliert. Ein radial verlaufender, die Form eines An­ schluß-Pols besitzender Leiter 10 ist in die zweite durch­ gehende Bohrung 203 der Erregermaschinenwelle 2 einge­ setzt. Das Innenende 10 a des Leiters 10 ist mit dem axia­ len Leiter 5 verschraubt, während an seinem anderen Ende 10 b ein Außengewinde vorgesehen ist. Ein Verbindungslei­ ter 11 ist in eine in der Außenumfangsfläche der Erreger­ maschinenwelle 2 ausgebildete Nut 206 eingesetzt. Das eine Ende 111 des Verbindungsleiters 11 ist ringförmig ausge­ bildet, auf das Außenende 10 b des radialen Leiters 10 aufgesetzt und auf letzterem mittels Muttern 12 und 13 festgelegt. Das andere Ende 112 des Verbindungsleiters 11 ist beispielsweise über einen Schleifring mit einem externen Stromkreis verbunden. Ein O-Ring 14 ist am Anschluß- bzw. Übergangsteil zwischen den ersten zylin­ drischen Rohren 301 und 401 angeordnet. Ein weiterer O-Ring 15 ist in den Übergangsabschnitt zwischen den zweiten zylindrischen Rohren 302 und 402 eingesetzt, während noch ein weiterer O-Ring 16 am Übergangsabschnitt zwischen dem dritten zylindrischen Rohr 303 und der Scheibe 403 angeordnet ist. Diese O-Ringe dienen zur Verhinderung eines Kühlmittelaustritts aus erster und zweiter Kühlmittelstrecke 3 bzw. 4.

Im folgenden ist der Zusammenbau der beschriebenen Anord­ nung erläutert. Die erste Kühlmittelstrecke 3 wird durch die drei zylindrischen Rohre 301 bis 303 gebildet, und die axialen Leiter 5, 6 mit den Isolatoren 7 bis 9 wer­ den in den Hohlraumabschnitt des dritten zylindrischen Rohrs 303 eingesetzt. Sodann wird die aus der ersten Kühlmittelstrecke 3 und den axialen Leitern 5 und 6 be­ stehende Anordnung in der Weise in die durchgehende Axial­ bohrung 101 der Generatorwelle 1 eingesetzt, daß ihr ge­ mäß Fig. 1 linkes Ende über die Generatorwelle 1 hinaus­ ragt. Eine getrennte, zweite Kühlmittelstrecke 4 aus dem ersten zylindrischen Rohr 401, dem zweiten zylindrischen Rohr 402 sowie der Scheibe 403 wird in der Weise in die erste durchgehende Bohrung 202 der Erregermaschinenwelle 2 eingesetzt, daß ihr rechtes Ende über die Erreger­ maschinenwelle 2 hinausragt. Hierauf werden die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 mittels der an den Übergangs­ abschnitten eingesetzten O-Ringe 14 bis 16 miteinander verbunden, und die Stirnfläche 102 der Generatorwelle 1 wird in Anlage an die Stirnfläche 201 der Erregermaschi­ nenwelle 2 gebracht, um die beiden Wellen 1 und 2 mitein­ ander zu kuppeln. Die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 werden sodann (gemäß Fig. 1) nach links verschoben, so daß sich der Endabschnitt 304 an den Stufenabschnitt 204 und der Endabschnitt 404 an den Stufenabschnitt 205 an­ legen. Schließlich wird zur Vervollständigung der Anord­ nung der radiale Leiter 10 in die axialen Leiter 5 und 6 eingeschraubt.

Die vorstehend beschriebene Anordnung begünstigt die Vereinfachung des Aufbaus, während sie gleichzeitig einen Kühlflüssigkeitsaustritt verhindert und eine gute (elektrische) Verbindung der elektrischen Stromkreise ge­ währleistet. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird die Be­ triebszuverlässigkeit des Synchrongenerators verbessert.

Fig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der in Fig. 1 dargestellte Syn­ chrongenerator bezüglich eines Austritts von Kühlflüssigkeit weiter verbessert ist.

Die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 sind aufgrund einer Temperaturänderung der sie durchströmenden Kühlflüssig­ keit im allgemeinen einer thermischen Ausdehnung und Zu­ sammenziehung in Axialrichtung unterworfen. Die axiale Längenänderung liegt dabei im Bereich von einigen Milli­ metern. Diese Längenänderung ist auf die sich ändernde Temperatur der Kühlflüssigkeit an der Auslaßseite als Folge von Belastungsänderungen des Generators zurück­ zuführen. Die in der ersten durchgehenden Bohrung 202 der Erregermaschinenwelle 2 angeordnete zweite Kühl­ mittelstrecke 4 wird gemäß Fig. 1 bzw. 2 unter dem Druck der Kühlflüssigkeit nach links verlagert, wobei sich das Ende 404 an den gestuften Abschnitt 205 anlegt. Infolgedessen tritt eine Verschiebung der ersten Kühlmittelstrecke 3 in Axialrichtung infolge der thermi­ schen Ausdehnung und Zusammenziehung an den Dichtflächen zwischen den O-Ringen 14 bis 16 und den drei zylindri­ schen Rohren 301 bis 303 auf. Der Kühlflüssigkeitsdruck kann aufgrund der bei der Drehung der Generatorwelle 1 und der Erregermaschinenwelle 2 erzeugten Zentrifugal­ kraft auf etwa 10 bis 20 bar (kg/cm²) ansteigen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Synchrongenerator mit flüssigkeitsgekühltem Läufer sind jeweils einstufig ausgelegte bzw. nur einmal vorgesehene O-Ringe 14 bis 16 an den Dichtflächen von erstem bis drittem zylindrischem Rohr 301 bis 303 vorgesehen. Die Verschiebung tritt also auch in Axialrichtung an den Dichtflächen auf, so daß möglicherweise Kühlflüssigkeit austreten kann. Wenn die Kühlflüssigkeit in den Generator eintritt, wird dessen elektrische Isolierung gestört, was zu einem schweren Unfall führen kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein trapezför­ miger bzw. einen trapezförmigen Querschnitt besitzender Gummiring 17 aus z. B. einem fluorhaltigen Gummi an der Dichtfläche zwischen den beiden ersten zylindrischen Rohren 301 und 401 angeordnet. Ein Metall-Haltestück 18 drückt den einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen­ den Gummiring 17 zusammen. Links und rechts vom Gummi­ ring 17 sind an der Dichtfläche weiterhin O-Ringe 19, 20 und 21 angeordnet. Eine Überwurfmutter 22 ist auf ein nicht dargestelltes, an der Außenfläche des Endes 304 des ersten zylindrischen Rohrs 301 ausgebildetes Gewinde aufgeschraubt und beaufschlagt das Haltestück 18 zum Zusammendrücken des Gummirings 17.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Verbindungs- oder Übergangsstelle zwischen der Stirnfläche 101 der Generatorwelle 1 und der Stirn­ fläche 201 der Erregermaschinenwelle 2, die Übergangsstelle zwischen der ersten Kühlmittel­ strecke 3 und der zweiten Kühlmittelstrecke 4 sowie die Verbindungsstelle zwischen dem radialen Leiter 10 und den axialen Leitern 5 und 6 jeweils voneinander getrennt bzw. beabstandet und, von der Seite des nicht dargestellten Generators aus gesehen, in der Reihenfolge der Übergangs­ stelle zwischen Stirnfläche 102 von Generatorwelle 1 und Stirnfläche 201 von Erregermaschinenwelle 2, Verbindungs­ stelle zwischen radialem Leiter 10 und axialen Leitern 5 und 6 sowie Übergangsstelle zwischen erster Kühlmittel­ strecke 3 und zweiter Kühlmittelstrecke 4 angeordnet.

In­ folgedessen ist ein vergrößerter Einbauraum für die Über­ gangsstellen und die Verbindungsstelle vorgesehen, so daß die Anordnung insgesamt vereinfacht ist, ein Kühlmittel­ austritt sicher verhindert wird, die elektrischen Strom­ kreise auf zweckmäßige Weise miteinander verbunden wer­ den können und die Betriebszuverlässigkeit verbessert wird. Da hierbei der einen trapezförmigen Querschnitt besitzende Gummiring 17 durch die Überwurfmutter 22 über das Metall-Haltestück 18 zusammengedrückt wird, kann ein Kühlflüssigkeitsaustritt sicher verhindert werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf den Fall, in welchem axiale Leiter 5 und 6 in die Kühlmittel­ strecke 3 eingebaut sind. Die axialen Leiter 5 und 6 kön­ nen jedoch auch durch die erste Kühlmittelstrecke 3, die durchgehende Axialbohrung 101 und die erste durchgehende Bohrung 202 verlaufen. Anstelle der O-Ringe 14 bis 16 kön­ nen auch Dichtungspackungen, V-Ringe, Trapezringe und Metalldichtungspackungen verwendet werden.

Claims (4)

1. Synchrongenerator mit flüssigkeitsgekühltem Läufer und durchgehenden Axialbohrungen in Generator- und Erreger­ maschinenwelle, wobei erste und zweite Kühlmittelstrecken, die durch in diese Axialbohrungen eingesetzte Kühlkanäle gebildet sind, miteinander verbunden sind, mit radial ver­ laufenden Bohrungen in der Generatorwelle und in diese sowie in die durchgehenden Axialbohrungen eingesetzte Leiter, wobei die Verbindungsstellen zwischen den axialen Leitern und den radialen Leitern und der Generator- und Erreger­ maschinenwelle an verschiedenen, voneinander beabstande­ ten Stellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verbindungs- bzw. Übergangsstellen in der Reihenfolge von der Generatorseite her gesehen, axial von­ einander getrennt sind:

• a) Verbindungsstelle zwischen Stirnfläche (102) der Genera­ torwelle (1) und Stirnfläche (201) der Erregermaschinen­ welle (2);
• b) Verbindungsstelle zwischen axialen Leitern (5, 6) und radialen Leitern (10);
• c) Übergangsstelle zwischen erster und zweiter Kühl­ mittelstrecke (3, 4).

2. Synchrongenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durchgehende Axialbohrung (202) der Erregermaschinenwelle (2) einen abgestuften Abschnitt (204, 205) aufweist und daß mindestens ein Ende (304, 404) der ersten oder der zweiten Kühlmittelstrecke (3, 4) in Anlage gegen den abgestuften Abschnitt (204, 205) bringbar ist.

3. Synchrongenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Übergangsstelle zwischen der ersten und der zweiten Kühlmittelstrecke (3, 4) ein trapezförmiger Gummiring (17) und ein Metall-Haltestück (18) zum Zusammendrücken des Gummiringes (17) vorgesehen sind, wobei eine auf die Außenfläche von erster und zweiter Kühlmittel­ strecke (3, 4; 301, 401) aufgeschraubte Überwurfmutter (22) das Metall-Haltestück (18) gegen den Gummiring (17) drückt.

4. Synchrongenerator nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Axialrichtung zu beiden Seiten des trapezförmigen Gummiringes (17) O-Dichtungsringe (19, 20, 21) angeordnet sind.