DE69301483T2

DE69301483T2 - Luftspaltabdichtungsring für eine dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE69301483T2
Application number: DE69301483T
Authority: DE
Inventors: Glenn Douglas Cooper; Jr Harry Stewart Loh
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2013-03-23
Also published as: DE69301483D1; EP0562534B1; EP0562534A1; ES2083213T3; CA2092132A1; JPH0638411A; US5177385A; KR940022981A; JP3464805B2; KR100269999B1

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einer Luftspalt-Abdeckbaugruppe und insbesondere mit einem ausbaubar befestigten Luftspaltabdichtungsring.
Wie von großen elektrodynamischen Maschinen, wie z.B. Turbinengeneratoren, bekannt ist, wird während des normalen Betriebs in ihnen Wärme erzeugt. Um den Betrieb der Maschinen innerhalb der gewünschten Temperaturgrenzen zu halten, wird ein Kühlgas, wie z.B. Wasserstoff, durch die Maschine geblasen, um die erzeugte Wärme abzuführen. Die meisten Großturbinengeneratoren haben in ihrer Konstruktion Vorrichtungen für diese erforderlichen Bläservorrichtungen, Wärmeaustauscher und Durchgänge vorgesehen, um eine ausreichende Umwälzung des Kühlgases sicherzustellen, das die Temperatur der Maschine während des Betriebs innerhalb zulässiger Grenzwerte hält. Um den Bereich der Läuferwicklungen, des Ständereisens und der Ständerwicklungen kühl zu halten, muß das Gas durch Durchgänge in diesen Bereichen geführt werden.
Bei innengekühlten Generatoren bläst das Gas, das von beiden Seiten her in den Läufer eintritt, in den Luftspalt am axialen Mittenpunkt des Läufers und strömt dann zum Bläser an einem Ende des Läufers, wo es wieder rückgeführt wird. Innengekühlte Ständerwicklungen nehmen Gas an den Enden auf, das am anderen Ende in den Bläser strömt. Das Ständereisen kann durch Gas gekühlt werden, das axial durch Löcher im Eisen strömt oder durch Gas, das radial vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser durch radiale Lüftungsschlitze im Eisen strömt. In allen Fällen muß verhindert werden, daß Gas diese Strömungswege umgeht und direkt in den Luftspalt strömt. Das wird in der Regel bewerkstelligt durch eine Luftspaltsperre an einem Ende des Generators.
In der Regel ist diese Luftspaltabdichtungsbaugruppe an der Erregerseite des Generators am Generatorständer befestigt. Beispiele für solche Luftspaltabdichtungsbaugruppen sind gegeben in den US-Patenten 4,118,645; 4,315,173; und 4,654,550, alle im Besitz des vorliegenden Anmelders und hier durch Querverweis eingeschlossen. In der Regel enthalten diese Luftspaltabdichtungsbaugruppen mehr als einen Bestandteil und bedürfen eines umständlichen Einbauverfahrens. Sehen wir beispielsweise Fig. 9. Zusätzlich umfassen einige Konstruktionen auf dem Stand der Technik eine zweiteilige Konstruktion, bei der ein erster Ring oder Glied im Endbereich an den Ständerwicklungen befestigt wird und ein ausbaubares Element an diesen äußeren Ring angeschraubt wird. Typisch für den Ausbau des Läufers mit diesen Konstruktionen auf dem Stand der Technik ist, daß ein oder mehr Stücke dieser Luftspaltabdichtungsbaugruppe vor dem Einbauen bzw. Ausbauen des Läufers ausgebaut werden müssen. Daher erfordern diese Einbau- und Ausbauvorgänge für solche Systeme auf dem Stand der Technik oft zeitaufwendige Prozesse, jedesmal wenn der Läufer in das Generatorständereisenpaket eingebaut oder daraus ausgebaut werden soll. Ferner ist es nicht ungewöhnlich, daß ein oder zwei Segmente der Luftspaltabdichtungsbaugruppe, die beim Ausbau des Läufers an Ort und Stelle bleiben, dabei beschädigt werden und auf diese Weise eine Reparatur und/oder ein Austauschen dieser Segmente erforderlich wird.
Gebraucht wird also eine vereinfachte Luftspaltabdeckungsbaugruppe, die ausbaubar am Ständereisen befestigt werden kann, um den Ausbau und den Einbau des Läufers zu erleichtern.
Die obige und noch weitere Aufgabe werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, laut der, kurz gesagt, ein Generator ein im allgemeinen zylindrisches Ständereisen mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten axialen Schlitzen enthält, wobei jeder Schlitz eine Ständerwicklung aufnimmt, die Endwindungen umfaßt, die sich axial vom Ständereisen weg erstrecken, wobei in jeden Schlitz ein Keil eingeschoben ist, um die Ständerwicklung im Schlitz festzuhalten, diese Keile ein Eisenglied aufweisen, das sich vom Schlitz aus nach außen erstreckt, dieses Ständereisen eine axiale Bohrung aufweist, ein im allgemeinen zylindrischer Läufer drehbar in der axialen Bohrung des Ständereisens radial von diesem beabstandet angeordnet ist, so daß ein axialer Luftspalt zwischen dem Läufer und dem Ständereisen definiert ist, der Generator gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von Fingerplatten, die am Ende des Ständereisens angeordnet sind, wobei jede dieser Platten eine Verlängerung aufweist, die in den Luftspalt und zwischen die Querglieder dieser Keile vorstehen, und Luftspaltabdichtungsmittel ausbaubar an diesen Fingerplatten befestigt sind, um die Strömung eines Kühlgases durch den Luftspalt zu steuern, in dem die Luftspaltabdichtungsmittel an den Quergliedern und den Fingerplatten anliegend angeordnet sind, um den Luftspalt abzudichten.
Vorzugsweise besteht der Luftspaltabdichtring aus zwei 180º Segmenten, die so angepaßt sind, daß sie sich im zerlegten Zustand über den Läufer erstrecken, so daß der Läufer zum Einbau des Luftspaltabdichtrings nicht ausgebaut werden muß.
Zahlreiche weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen, die nur beispielhaft gezeigt werden, leicht verständlich; in diesen Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer großen dynamoelektrischen Maschine wie z.B. ein elektrischer Turbinengenerator;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Erregerseite und des Ständereisenbereichs und zeigt die eingebaute Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Ansicht des erfindungsgemäßen Luftspalt- Abdichtungsrings, gesehen von der Erregerseite des Generators aus;
Fig. 4, 5 und 6 sind repräsentativ für die Mittel zum Befestigen der vorliegenden Erfindung am Generator-Ständereisen;
Fig. 7 und 8 sind eine gekrümmte Schnittansicht des Ständereisens und zeigen die Befestigung der vorliegenden Erfindung an Schlitzkeile, die in das Ständereisen eingesetzt sind; und
Fig. 9 ist eine typische Luftspaltabdichtbaugruppe auf dem Stand der Technik.
Nehmen wir jetzt im einzelnen Bezug auf die Zeichnungen; dabei bezeichnen die gleichen Bezugszahlen jeweils ähnliche Elemente. Fig. 1 ist eine Teilschnittansicht einer typischen dynamoelektrischen Maschine 10, wie z.B. ein großer Turbinengenerator, einschließlich eines Ständereisens 13, in dem ein Läufer 16 innerhalb einer Bohrung 17 auf Lagern 18 drehbar montiert ist. Das Ständereisen besteht in der Regel aus einer Vielzahl von dünnen Blechen (nicht dargestellt), die durch längsgestreckte Schrauben 19, die sich durch öffnungen in den Blechen erstrecken, miteinander verbunden und befestigt sind. Eine Endplatte 22 und eine Fingerplatte 23 sind in der Regel vorgesehen, um das starre Verklemmen des Ständereisens 13 zu ermöglichen. Innerhalb (nicht dargestellter) Schlitze, die sich axial entlang dem Ständereisen erstrecken, verlaufen die Ständerwicklungen 26. In den Endbereichen des Ständereisens stehen die Wicklungen durch das Ständereisen vor, um die erforderlichen elektrischen Anschlüsse für den Generator zu ermöglichen. Zwischen dem im allgemeinen zylindrischen Läufer 16 und der Bohrung 17 des Ständereisens 13 wird der radiale Raum dazwischen als Luftspalt 32 bezeichnet, der sich axial entlang dem Generator 10 erstreckt.
Ein erfindungsgemäßer Luftspaltabdichtring 35 wird am Ständereisen befestigt, um die Öffnung im Bereich des Luftspalts 32 zu begrenzen. Der Luftspaltabdichtring ist vorgesehen, damit der Umlauf eines Kühlgases, wie z.B. Wasserstoff, durch den Generatorständer 13, die Ständerwicklungen 26 und den Läufer 16 erfolgt, bevor es durch den Luftspalt 32 abströmen kann. In der Regel wird das Kühlgas mit Hochdruck an der Erregerseite 29 des Generators 10 bereitgestellt, und die Luftspaltabdichtung wird eingesetzt, um diese Hochdruckzone von der Luftspaltzone zu trennen, die ein Bereich geringeren Drucks ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Hochdruckgas durch alle Komponenten innerhalb des Generators strömt, um deren ausreichende Kühlung zu besorgen. Wicklungen (nicht dargestellt) sind auch im Läufer 16 vorgesehen, wobei der Endteil der Wicklungen mittels eines Läuferhalterings 38 am Läufer befestigt ist.
Wie in der vergrößerten Ansicht der Fig. 2 in näheren Einzelheiten dargestellt ist, weisen die Fingerplatten 23, von denen in einer typischen großen dynamoelektrischen Maschine acht oder neun vorkommen können, Verlängerungslaschen 41 auf, die sich radial vom Bereich des Ständereisens aus zum Läuferkörper und somit in den Luftspalt 32 erstrecken. Ferner erstrecken sich Ständerspulenkeile 44, die benutzt werden, um die Wicklungen 26 innerhalb des Ständereisenbereichs zu sichern, axial vom Ständereisen aus zu den Fingerplattenverlängerungen 41 und liegen am Abdichtring 35 an. Der erfindungsgemäße Luftspaltabdichtring 35 ist ausbaubar an den Fingerplattenverlängerungen befestigt, durch die sich ein Gewindestift 65 erstreckt, um den Luftspaltabdichtring zu befestigten.
Nehmen wir jetzt insbesondere Bezug auf die Fig. 3 bis 6; hier wird die Montage des Luftspaltabdichtrings 35 im Turbinengenerator 10 in Einzelheiten diskutiert. Vorzugsweise ist der Luftspaltabdichtring aus zwei Verbundringen 47 zusammengesetzt, zwischen denen ein Dichtmaterial 50 sandwichartig eingesetzt ist und die dann zu einem einzigen Ring verbunden werden. Bevorzugt sollte das Dichtmaterial ein Material wie z.B. Fluorkohlenstoff-Polymer sein (ein Beispiel dafür ist Teflon ), das sich abnützt anstatt den Haltering des Läufers 16 beim Anstreifen zwischen dem Läuferhaltering 38 und dem Luftspaltabdichtring 35 zu beschädigen oder zu überhitzen. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Ringelement, die auf beiden Seiten des Dichtmaterials 50 eingespannt sind, strukturelles Material aus einem Glas- Epoxid oder einem anderen geeigneten nichtmetallischen Verbundmaterial.
Vorzugsweise besteht der Luftspaltabdichtring 35 aus zwei 180º Bogensegmenten 53a, 53b, die das Zusammenbauen um den Haltering 38 ermöglichen, wenn der Läufer 16 an Ort und Stelle ist. Eine Seite 56 der zwei Segmente ist verstiftet, während die andere Seite 59 verjüngt ist, um einen Keil 62 aufzunehmen, der benutzt wird, um den Ring an Ort und Stelle aufzuweiten, bis er radial in Berührung mit einer Reihe von Fingerplattenansätzen 41 (oder Lappen) kommt, die sich in den Luftspalt 32 erstrecken und die den Luftspaltabdichtring 35 gegenüber dem Läufer und der Ständereisen-Mittellinie axial ausrichten. Sobald der Luftspaltabdichtring der vorliegenden Erfindung an Ort und Stelle und aufgeweitet ist, bildet er eine dichte, radiale Verbindung mit dem Innendurchmesser der Fingerplattenerweiterungslappen und liegt dicht an deren spanend bearbeiteten Fläche 63 an. Der Ring 35 wird vorzugsweise durch rostfreie Stahlstifte 65 in seiner Lage gehalten, die axial von der Lappenerweiterung durch axiale Bohrungen in den Ring vorstehen. Nichtmetallische Muttern 68 sind auf die Stifte geschraubt, um den Ring 35 gegen die Fläche der Lappen zu drücken. Eine dieser Muttern (siehe Fig. 5 und 6) drücken gegen einen gespaltenen Keil 62, der den Ring erweitert und als integrierender Teil der Baugruppe dort verbleibt. Wenn der Luftspaltabdichtring eingesetzt ist, hat der Teflon - Dichtring 50 eine Bohrung, die konzentrisch mit der Bohrung 17 des Ständereisens 13 verläuft, um einen vorgegebenen Zwischenraum zum Läuferhaltering 38 auszubilden.
Vorzugsweise wird die Abdichtung des Luftspaltbereichs 32 abgeschlossen durch T-förmige Wicklungsschlitzkeile 44, die sich von den Ständerwicklungsschlitzen axial nach außen zum Abdichtring erstrecken. Sie sind so eingesetzt, daß sie im wesentlichen einen Null-Spiel-Spalt 71 am Abdichtring bilden, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Diese Stücke dichten gegen den Innendurchmesser des Ständereisens ab und bilden auf diese Weise durch das Einspritzen eines Silikonkautschuk-Dichtmittels 74 in Löcher, die durch halbrunde Nuten in den Seiten jedes Keils ausgebildet sind, eine gasdichte Abdichtung zwischen den anliegenden Keilen 44. Dichtungen können auf ähnliche Wiese zwischen den Keilen auf jeder Seite der Fingerplattenlappen 41 gemacht werden.
Zum Einbauen des Abdichtrings 35 der vorliegenden Erfindung in ein Generatorständereisen wird vorzugsweise das folgende Verfahren befolgt. Die zwei 180º-Segmente 53a, 53b, des Luftspaltabdichtrings werden auf die rostfreien Stahlstifte 65 montiert, die sich axial von den Fingerplattenverlängerungen 41 aus erstrecken. Der Ringdehnungskeil 62 wird eingesetzt. Der Keil wird zwischen die zwei Segmente des Abdichtrings 35 eingesetzt, bis der Außendurchmesser 77 des Abdichtrings in Berührung mit im wesentlichen allen Fingerplattenlappen kommt; z.B. wenn acht Eingerplatten 23 in der Generatorständereisenbaugruppe vorgesehen sind, muß der Abdichtring vorzugsweise alle acht Fingerplattenerverlängerungen 41 berühren. Wenn der Ring so an Ort und Stelle ist, wird hinter dem gespaltenen Keil 62 eine Mutter 68 auf den Gewindeteil des Stifts aufgesetzt und so in die richtige Stellung angezogen, daß der voll aufgeweitete Ring 35 mit allen Lappen in Berührung kommt. Wenn auf diese Weise der Ausdehnungskeil gesichert ist, werden die restlichen Muttern 68 auf die rostfreien Stahlstifte der restlichen Fingerplattenerverlängerungen 41 gesetzt.

Claims

1. Ein Generator enthaltend ein im allgemeinen zylindrisches Ständereisen (13) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten axialen Schlitzen, wobei jeder Schlitz eine Ständerwicklung (26) aufnimmt, die Endwindungen umfaßt, die sich axial vom Ständereisen weg erstrecken, wobei in jeden Schlitz ein Keil (44) eingeschoben ist, um die Ständerwicklung im Schlitz festzuhalten, diese Keile ein Eisenglied aufweisen, das sich vom Schlitz aus nach außen erstreckt, dieses Ständereisen eine axiale Bohrung aufweist, ein im allgemeinen zylindrischer Läufer (16) drehbar in der axialen Bohrung des Ständereisens radial von diesem beabstandet angeordnet ist, so daß ein axialer Luftspalt (32) zwischen dem Läufer und dem Ständereisen definiert ist, der Generator gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von Fingerplatten (23), die am Ende des Ständereisens angeordnet sind, wobei jede dieser Platten eine Verlängerung (41) aufweist, die in den Luftspalt und zwischen die Querglieder dieser Keile vorstehen, und Luftspaltabdichtungmittel (35) ausbaubar an diesen Fingerplatten befestigt sind, um die Strömung eines Kühlgases durch den Luftspalt zu steuern, in dem die Luftspaltabdichtungsmittel an den Quergliedern und den Fingerplatten anliegend angeordnet sind, um den Luftspalt abzudichten.

2. Der Generator gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß diese Abdichtmittel ein ringförmiges erstes Ringelement (47), ein ringförmiges zweites Ringelement (47) und ein ringförmiges Abdichtmaterial (50), das zwischen dem ersten und dem zweiten Ringelement angeordnet ist, beinhaltet, wobei das ringförmige Abdichtmaterial einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist, als der des ersten und des zweiten Ringelements.

3. Der Generator gemäß Anspruch 2, in dem das ringförmige Abdichtmaterial aus Fluorkohlenstoff-Polymer besteht.

4. Der Generator gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem das Abdichtmittel durch wenigstens zwei bogenförmige Segmente (53a, 53b) gekennzeichnet ist, wobei diese bogenförmigen Elemente so eingerichtet sind, daß sie über den Läufer herausgehoben werden können, wenn die Segmente ausgebaut werden.

5. Der Generator gemäß Anspruch 4, in dem acht Fingerplatten am Ständereisen befestigt sind.