DE4343318A1 - Generator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator mit zweilagig als Ober- und Unterstab stabförmig ausgebildeten Kupferleitern zur Stromführung sowie mit da zwischen angeordneten Kühlme­ dium für die Kühlung der Kupferteilleiter führenden Stahl­ hohlleitern, welche gemeinsam jeweils im Wickelkopf hart verlötet sind.

Bei größeren Generatoren werden üblicherweise die Stator­ wicklungen durch stabförmige Kupfer-Hohlleiter gebildet, welche von Kühlmedium durchströmt werden. Die Kühlung ist erforderlich, um die infolge der bei Leistungsgeneratoren vielfach hohen Stromdichte hervorgerufene Verlustwärme ab­ zuführen und so die Wicklung vor thermischen Schäden zu be­ wahren. Häufig sind die Statorwicklungen, insbesondere bei großen Turbogeneratoren, zweilagig mit jeweils radial hin­ tereinander angeordneten Ober- und Unterstäben ausge­ stattet, welche jeweils an den Stirnseiten im Wickelkopf zusammengeführt und elektrisch miteinander verbunden wer­ den.

Hier im Wickelkopf erfolgt auch die Einspeisung des Kühlme­ diums, vorzugsweise Wasser, welches über entsprechende Ver­ bindungsleitungen aus einem Reservoir, z. B. eine Wasser­ kammer, zugeführt wird. Die elektrischen Verbindungen zwi­ schen Ober- und Unterstab im Wickelkopf von größeren Turbo­ generatoren werden häufig unter Verwendung von Kupferla­ schen ausgeführt. Die Hohlleiter aus jedem Stab werden zu einer Wasserkammer geführt.

Aufgrund von unerwünschtem Sauerstoffeinbruch in den Kühl­ kreislauf, z. B. bei den Kühlmittelpumpen, kann es bei aus­ geführten Generatoren zur Oxidation der verwendeten Kupfer­ hohlleiter. Die hierbei in den Kupferhohlleitern entstan­ denen Oxidationsprodukte führten zu örtlichen Engstellen oder Verstopfungen der Hohlleiter, so daß die erforderliche Kühlung ausblieb und die Wicklung geschädigt wurde.

Zur Vermeidung dieser Probleme wurden an Stelle von Kupfer­ hohlleitern in der Folge Hohlleiter aus rostfreiem Stahl verwendet. Hierdurch konnte zwar die korrosionsbedingte Un­ terbrechung des Kühlmittelstroms vermieden werden, doch zeigte sich, daß das verwendete Hartlot zu einer unregelmä­ ßigen Verbindung zwischen den Stahlhohlleitern einerseits und den Kupferteilleitern bzw. der Kupferlasche anderer­ seits führte.

Die Hartlötung erfolgte mittels einem silberhaltigen Hart­ lot, z. B. Silfos, welches im allgemeinen gute Verarbei­ tungseigenschaften aufweist, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Mischverbindung zwischen Stahl und Kupfer unregelmäßig sein kann und nicht befriedigende elektrische Kennwerte aufweist.

Wegen der Stromverdrängung ist im Bereich dieser Verbindung eine hohe Stromdichte festzustellen, die aufgrund der zuvor beschriebenen ungünstigen elektrischen Kennwerte zu unzu­ lässigen Werten führen kann, wodurch lokale Überhitzungen hervorgerufen werden können, welche die Betriebssicherheit des Generators gefährden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem auf einfache und kostengünstige Weise die zuvor beschriebenen örtlichen Überhitzungen in­ folge unzulässig hoher Stromdichte vermieden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist für die Verbindung der Ober- und Unterstäbe miteinander sowie mit den Stahlhohlleitern jeweils eine Öse aus Kupfer vorge­ sehen, welche die zusammengehörigen Ober- und Unterstäbe umfaßt. Demgemäß wird die Verbindungsstelle des Ober- mit dem Unterstab sowie mit den angeschlossenen Stahlhohllei­ tern ringsum von der Kupferöse umschlossen. Hierdurch ist sichergestellt, daß der größte Teil des Stroms den Weg durch das gut leitfähige Kupfer und nicht durch die weniger gut leitfähige Mischverbindung bzw. die Stahlhohlleiter nimmt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist dabei die Kupferöse jeweils an ihren Anschlußflächen mit dem zugeord­ neten Ober- und Unterstab ebenfalls hartverlötet. Auf diese Weise ist ein als Ohm′scher Widerstand wirkender hoher Übergangswiderstand vermieden, aus welchen unzulässige Er­ wärmungen resultieren können.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung grenzt der Oberstab mit seinem Ende unmittelbar an das Ende des zugehörigen Unterstabes, wobei das so gebildete Stabende von der Öse aus Kupfer umfaßt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Oberstab und dem zugehörigen Unterstab eine Zwischenlage aus Kupfer angeordnet, wobei die gesamte Anordnung von der Öse aus Kupfer umfaßt ist. Auf diese Weise wird eine ver­ besserte Stromführung und Wärmeleitung erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die kühlmediumführenden Stahlhohlleiter jeweils stirnseitig an die Unter- und Oberstäbe zueinander versetzt angeschlos­ sen. Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung schließen die Stahlhohlleiter symmetrisch zuein­ ander an die Unter- und Oberstäbe an.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und be­ schrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Stabverbindung mit Kupferöse mit zueinander versetzten Stahlhohllei­ tern,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Stabverbindung mit Kupferöse mit symmetrisch angeordneten Stahlhohl­ leitern,

Fig. 3 eine Stabverbindung mit Kupferzwischenlage zwi­ schen dem Ober- und Unterstab mit zueinander ver­ setzten Stahlhohlleitern,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Stabverbindung mit Kupferzwischenlage mit symmetrisch zueinander an­ geordneten Kühlkanälen.

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch eine Stabverbindung 10 dargestellt, welche aus jeweils einem Oberstab 12, einem Unterstab 14 sowie einer zweiteilig ausgeführten Kupferöse 16 mit Verschlußlasche 17 gebildet ist.

Über den lamellenartig dargestellten Querschnitt der be­ nachbarten Ober- und Unterstäbe 12, 14 sind Stählhohlleiter 18 jeweils zueinander versetzt angeordnet, durch welche Kühlmedium zu dem Ober- bzw. Unterstab 12, 14 zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine der Darstellung in Fig. 1 weitgehend entsprechende Anordnung dargestellt, die ebenfalls eine Stabverbindung 11 im Querschnitt zeigt mit jeweils einem Oberstab 13 und einem Unterstab 15, die unmittelbar anein­ ander angrenzen und von einer C-förmig ausgebildeten Öse 16 mit Verschlußlasche 17 umgriffen sind.

Die beiden in den Fig. 1 und 2 gezeigten Konstruktionen sind so gestaltet, daß die jeweils gleich ausgebildete Öse 16, 17 mit den Ober- und Unterstäben 12, 13, 14, 15 unter Verwendung von vorzugsweise silberhaltigem Hartlot hartver­ lötet sind.

In Fig. 3 ist ebenfalls eine Stabverbindung 20 gezeigt, welche im Unterschied zu den in Fig. 1 und 2 dargestellten Konstruktionen zwischen der Flachseite eines Oberstabes 22 und der des zugeordneten Unterstabes 24 eine Zwischenlage 30 aus Massivkupfer aufweist, welche gemeinsam mit zwei Verschlußlaschen 27 eine Doppelöse 26 bildet. Diese Doppel­ öse 26 besteht insgesamt aus Massivkupfer und umschließt jeden der Stäbe, nämlich den Oberstab 22 wie auch den Un­ terstab 24 einzeln, um so einen bestmöglichen Stromübergang in die Kupferöse 26 zu erreichen. Wie auch schon bei den zuvor genannten Beispielen sind die Einzelteile der Öse 26, nämlich die Zwischenlage 30 wie auch die zugehörigen Ver­ schlußlaschen 27 mit den Ober- bzw. Unterstäben 22, 24 hartverlötet.

In Fig. 4 ist eine weitere Stabverbindung 21 gezeigt, die ähnlich aufgebaut ist wie in die in Fig. 3 dargestellte Stabverbindung 20, wobei jedoch im Unterschied zu den dort zueinander versetzt angeordneten Stahlhohlleitern 28 bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 4 die Stahlhohlleiter 29 sym­ metrisch zueinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung entspricht der aus Fig. 2 bekannten Variante, wobei im Un­ terschied zu dieser Ausführungsform bei der Stabverbindung 21 gemäß Fig. 4 zusätzlich die Zwischenlage 30 hinzukommt.

Welche der beispielhaft dargestellten Stabverbindungen zur Anwendung gelangt, bleibt dem Einzelfall überlassen. Wäh­ rend die Ausführungen gemäß Fig. 1 und 2 sowohl hinsicht­ lich des Materialbedarfs als auch hinsichtlich des Bearbeitungsaufwandes vergleichsweise einfach gestaltet sind, erhöht sich dieser Aufwand bei den Ausgestaltungen gemäß Fig. 3 und 4. Dafür ist bei den letztgenannten Aus­ führungsformen eine verbesserter Stromübergang gewährlei­ stet aufgrund der größeren Kontaktfläche mit der die Stäbe umfassenden Kupferöse.

Unter den vier gezeigten Alternativen ist die Ausführung gemäß Fig. 4 als günstigste Variante anzusehen, da hier jeder Stab innerhalb der Öse in zwei Hälften unterteilt ist. Dies hat zur Folge, daß der Strom vom Oberstab zum Un­ terstab jeweils unter Zwischenschaltung massiven Kupfers fließen kann. Hierdurch sind die Kontaktflächen zwischen dem Kupferteilleiter und dem Stahlhohlteiler thermisch entlastet, weil der Strom in radialer Richtung das massive Kupfer der Öse fließen kann.

Claims (8)

1. Generator mit zweilagig als Ober- und Unterstab stabförmig ausgebildeten Kupferteilleitern zur Stromführung sowie mit Kühlmedium führenden Stahlhohlleitern, welche je­ weils im Wickelkopf miteinander hartverlötet sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung der Ober- und Unter­ stäbe (12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, 25) einschließlich der Stahlhohlleiter (18, 19, 28, 29) jeweils eine Öse (16, 17, 26, 27) aus Kupfer vorgesehen, welche die zusammengehörigen Ober- und Unterstäbe (12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, 25) um­ greift.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberstab (12, 13) und der zugehörige Unterstab (14, 15) unmittelbar aneinander angrenzen und von der Öse (16, 17) aus Kupfer umgriffen sind.

3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Oberstab (22, 23) und dem zugehörigen Un­ terstab (24, 25) eine Zwischenlage (30) aus Kupfer angeord­ net ist und daß die gesamte Anordnung von der Öse (26, 27) aus Kupfer umgriffen ist.

4. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stahlhohlleiter (18, 28) in benachbarten Unter- und Oberstäben (12, 14, 22, 24) zuein­ ander versetzt angeordnet sind.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Stahlhohlleiter (19, 29) in benachbarten Unter- und Oberstäben (13, 15, 23, 25) sym­ metrisch zueinander angeordnet sind.

6. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Öse (16, 17, 26, 27) aus Kup­ fer mit dem Ober- und Unterstab (12, 13, 14, 15, 22, 23, 24, 25) hartverlötet ist.

7. Generator nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in jedem Wickelkopf die Stahl­ hohlleiter (18, 19, 28, 29) mit einer Wasserkammer verbun­ den sind, welche jeweils leitend mit der Öse (16, 17, 26, 27) aus Kupfer leitend verbunden ist.

8. Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Wasserkammer und der Öse (16, 17, 26, 27) von wenigstens einem Kupfersteg gebildet ist der sowohl mit der Wasserkammer als auch mit der Öse (16, 17, 26, 27) verschweißt ist.