DE7036500U

DE7036500U - Elektromaschinen-, insbesondere turbogenerator-laeufer.

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Publication number: DE7036500U
Application number: DE7036500U
Authority: DE
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1970-10-02
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1971-06-16
Also published as: CH540591A; FR2109936A5; GB1362536A; US3749952A

Description

KRAPTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT 433o Mülheim-Ruhr, 9.11.70 (Mülheim-Ruhr) Wiesenstraße 35

Unser Zeichen: VPA 70/9340 Bu/Fl

Elektromaschinen-« inst). Turbogenerator-Läufer

Die Neuerung bezieht eich auf einen Elektromaschinen-, inab. Turbogenerator-Läufer mit einer Anordnung der KühlflUssigkeits-Ansohluß-Leitungen im Querleiterbereioh der Spulenwindungen, bei der die Halbwindungen je einen Flüseigkeitsinnenkanal aufweisen und diese beiden Innmkanäle als Parallelstromkanäle an der Anschlußstelle jeweils mit dem Innerkanal eines Kühlflüssigkeitsröhrchens über die inneren Verbindungekanäle eines an Querleiter angeordneten, in Läuferachsrichtung vorragenden blookföreigen Nasenstttckee in Verbindung stehen und das KUhlflUssigkeiteröhrchen mit einem wesentlich parallel zum Querleiter verlaufenden Ende an eine in Läuferumfangerichtung weisende Seitenfläche des Nasenstückes herangeführt und dort an die Verbindungskanäle angeschlossen ist.

Trifft man bei einem solchen Läufer die Anordnung so, daß der Querleiter ein axial vorragendes Nasenstücke aufweist, dessen axiale Erstreokung und radiale Stärke jeweils größer ist als die radiale Stärke des Querleiters, wobei das Röhrchen aa Nasenstück angeschlossen ist, so ist nan hinsichtlich des hydraulischen Durohmessers der Kühlflüssigkeitsröhroheη keinerlei Beschränkungen unterworfen. Die Einheitenleistung der Turbogeneratoren ist nun in den letzten Jahren noch weiter gestiegen bis in die Größenordnung von 1000 MW und darüber für einen einweilligen Turbosatz. Die Neuerung geht von der Überlegung aus, daß man bei so großen Slektromaschinen der Synchronbauart, d. h. insb. bei Turbogeneratoren nit Vollpol-Läufern, der Erregerwicklung und damit auch ihren Querleitern la Wickelkopfbereich unterhalb der Wickelkopf-Kappe eine solch große radiale Erstreckung

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geben kann, daß die Nasenstücke, welche die Kühlflüssigkeitsröhrchen-Anschlüsse aufnehmen, in ihrer radialen Erstreckung gleich groß oder in besonderen Fällen sogar noch kleiner im Vergleich zur radialen Erstreckung der Querleiter bemessen werden können. Ausgehend von dieser Überlegung besteht die Neuerung bei einem Elektromaschinen-, insb. Turbogenerator-Läufer der eingangs genannten Art "darin, daß die radiale Höhe der Querleiter und die axiale Erstreckung der Nasen stücke jeweils mindestens so groß sind, wie der hydraulisch erforderliche Außendurchmesser der Kühlflüssigkeitsröhrchen einschließlich der im Nasenstück vorhandenen radialen Mindest-Wandstärke in der Umgebung des Röhrchen-Anschlußendes.

Die mit dem Gegenstand der Neuerung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß sich eine sehr gute Raumauenutzung unterhalb der Wickelkopfkappe für die Nasenstücke und zugshörigen Kühlflüssigkeitsanschlußröhrchen ergibt, da die Anzahl der übereinander liegenden Nasenstücke eines Querleiter-Stapels hierbei gleich der Anzahl der übereinander liegenden Querleiter ist. Die Stärke der Isolierstoffschichten zwischen den übereinander liegenden Querleitern und Nasenstücken kann bei gleicher radialer Höhe der Nasenstücke und Querleiter gleich groß gemacht werden. Die Isolierstoffzwischenlagen können sich damit über die Querleiter hinaus bis in die 3?ugen zwischen den Nasen stücken erstrecken .

Anhand, der Zeichnung wird der Gegenstand der Neuerung im folgenden noch näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Querleiterpartie mit Nasenstück und Kühlflüssigkeitsröhrchen im Ausschnitt;

Fig. 1a eine Ausführungsvariante der Querleiterpartie nach Fig. anhand eines perspektivisch dargestellten Auschnittes der das Kühlflüssigkeits-Zuleit- und Ableitkanalsystem enthaltenden Rotorpartie, wobei die Rotorkappe noch nicht aufgesetzt ist. Zu-

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und Ableitung der Kühlflüssigkeit erfolgen hier am gleichen er i tren

Fig. 2 schematisch den KühlflUssigkeitsverlauf einer Spulenwindung für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, wobei zur Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit vom gleichen erregerseitigen Ende noch eine am turbinen seitigen Ende angeordnete Warmwasser-Verteilerkammer und über die Pole des Rotors zum erregerseitigen Ende zurücklaufende Warmwasser-Rückführrohre erforderlich sind;

Fig. 3 die Anordnung der KühlflüssigkeitsanSchlußkanäle im Wickelkopfbereich unterhalb der Wickelkopfkappe im Ausschnitt;

α eine Variante zur Ausführung nach Pig. 5 im Ausschnitt und vergrößert, bei welcher die radiale Höhe der Nasenstücke kleiner als diejenige der Querleiter ist, wobei jedoch die Anzahl der Nasenstücke pro Querleiter-Stapel ebenso wie nach Fig. 3 gleich der Querleiteranzahl ist.

In Fig. 3 ist der Wickelkopfbereich W des einen Endes eines Turbogenerator-Läufers der Vollpol-Bauart dargestellt mit dem Anfangsbereich eines Ballens 1, Wellenstumpf 2, auf den Ballenteil 1 aufgeschrumpfter fliegender Kappe 3, in Nuten des Ballens 1 eingelegten, allgemein mit 4 bezeichneten Erregerleitern, im Außenumfang der Erregerleiter 4 bzw. des Ballens 1 in Nuten eingelegte Keile 5 sowie allgemein mit 6 bezeichneten Kühlflüssigkeitsanschlußleitungen 6. Mit 7 ist die Drehachse des Turbogeneratorläufers bezeichnet. Wie es Fig. -2 zeigt, sind die Erregerleiter jeweils in Form von die Läuferpole umfassender Spulenwindungen S geführt, welche pro Pol, wie an sich bekannt, elektrisch in Reihe geschaltet sind, kühlflüssigkeitsmäßig dagegen parallel zueinander geschaltet sind, und zwar weisen die Spulenwindungen S jeweils zwei Halbwindungen 8a, 8b auf, mit axial verlaufenden Windungsteilen 9 und in Umfangsrichtung verlaufenden Windungsteilen 10, welch letztere die Querleiter im Wickelkopfbereich W sind. Die Kühlflüssigkeit f gelangt gemäß den in Fig. 2 enthaltenen Pfeilen von den Kühlflüssigkeitsanschlußleitungen 6 über ein erstes Nasen-

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stück 11 in den ersten Querleiter 10 der Spulenwindung S und teilt sich jauf die "beiden Halbwindungen auf, welche jeweils einen Flüssigkeit sinnenfcan al 12 aufweisen (vgl. "ig. 1). «ach Durcb.etrbsen der beiden Halbwindungen 8a, 8b gelangt die Kühlflüssigkeit über die Innenkanäle des Nasenstückes 11* in die Anschlußleitungen 6 am anderen Masohinenende. Sie wird von dort mittels einer Pumpe abgesaugt und über entsprechende Aufbereitungsanlagen zwecks Zuführung wieder in die Anschlußleitungen 6 des anderen Maschinenendes gedrückt. Es ist jedoch auch möglich, die Kühlflüssigkeitsversorgung so auszubilden, daß in dem Wickelkopfbereich W gemäß Pig. 3 sowohl die Kühlflüssigkeitszu- als auch die -ableitung erfolgt, und zwar, wenn eine, zwei, drei usw. volle Windungen durchströmt werden (vgl. Pig. 1a). .

Fig. 1 zeigt näher, daß die Parallelstromkauäle 12 des Querlei+trs

10 über die inneren Verbindungskanäle 13 des NasenStückes 11 und ferner die eine Verlängerung letzterer darstellenden inneren Verbindungskanäle .14 des Qüerleiters 10 sowie den inneren Hauptverbindungskanal 15 des Nasenstückes 11 in Verbindung stehen mit dem Kühlflüssigkeitsanschlußröhrchen 16. Das Röhrchen 16 ist mit einem wesentlich parallel zum Querleiter 10 verlaufenden Ende 16a an eine in Iiäuferumfangsrichtung weisende Seitenfläche 11a des Nasenstückes

11 herangeführt und dort an den Verbindungskanal 15 angeschlossen. Im einzelnen ist das blockförmig ausgebildete Nasenstück 11 in eine angepaßte Aussparung 17 des Querleiters 10 eingefügt und im Bereich der nicht näher bezeichneten Paßfläche mit dem Querleiter 10 verlötet bzw» verschweißt, und zwar derart, daß die Kanäle 14 und 15 miteinander fluchten, so daß vom Hauptinnenkanal 15 des Nasenstückes 11 eine flüssigkeitsmäßige Verbindung zum Innenkanal

12 des Querleiters 10 besteht. Der Querleiter 10 weist bei 10a eine Stoßstelle auf, an welcher die beiden Enden einer entsprechend gebogenen Spulenwindung unter satter Anlage miteinander ver-* lötet bzw. verschweißt, vorzugsweise hochtemperatur-verlötet sind. Auch hier ist im Bereich der Verbindungsstelle 10 der Inneni.anal 12 durchgehend.

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Gemäß der aus Pig. 1a ersichtlichen Ausführungsvariante ist ein siit einer Querleiterpartie 110a als ein Formstück 110 au3geMldetes Nasenstück 11 verwendet. In dem Formstück 110 sind demgemäß nicht nur die Kanäle 13» 15 enthalten, sondern auch die inneren Verbindungskanäle 14 (nicht näher dargestellt) und ferner ein Stück 12a der Parallelstromkanäle 12, wie sich durch einen Vergleich mit Pig. 1 ergibt. Das zweckmäßigerweise bereits mit den Kühlflüssigkeitsanschlußröhrchen 16 versehene Formstück 110 wird in den Querleiter 10 (Aussparung 10"), eingepaßt und durch Hartlötstellen 10a' mit diesem verbunden. Der obere Querleiter 10 zeigt diesen eingefügten Zustand des Fonnstückes 110; beim unteren Querleiter 10 ist das Formstück 110 im noch nicht eingefügten Zustand dargestellt (vgl. den die Einfügungsrichtung andeutenden Pfeil e).

Die radiale Höhe r des Querleiters 10 und die axiale Erstreckung a des Nasanstückes 11 sind jeweils mindestens so groß wie der hydraulisch erforderliche Außendurchmesser d des Röhrchens 16 einschließlich der im Nasenstück 11 vorhandenen radialen Mindest-Wandstärke w in der Umgebung des Röhrchenanschlußendes 16a. Wie ersichtlich, weist der Querleiter 10 und damit die gesamte Spulenwindung S bzw. weisen die Erregerleiter 4 eine verhältnismäßig große radiale Eretreckung r auf, die zur Beherrschung der bei großen Turbogeneratoren erforderlichen Erreger-Stromstärken nötig ist. Eine verhältnismäßig geringe Fläche des Erregerleiter-Querschnitts überstreicht der Querschnitt der Kühlflüssigkeits-Innenkanäle 12 der Erregerleiter, dieser Querschnitt ist jedoch so groß, daß der erforderliche hydraulische Durchmesser gegeben ist, d. h. die nötige Kühlflüssigkeitsroenge pro Zeiteinheit durch die Innenkanäle 12 gefördert werden kann. Die radiale Höhe r der Erregerleiter 4 bzw. des Querleiters 10 ist so groß, daß das zugehörige Nasenstück 11, das die gleich radiale Erstreckung r in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1, 1a und 3 aufweist, ohne weiteres ein Kühlflüssigkeitsröhrchen 16 aufnehmen kann, dessen Kühlflüssigkeitsquerschnitt q_R etwa doppelt so groß ist wie der Kühlflüssigkeitsquerschnitt q_E der Innenkanäle 12. Die Pfeile f ver-

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- 6 deutlichen in Pig. 1 den Strömungeverlauf der ^iihlfliissigkeit.

Wie es Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 1a zeigt, liegen die Querleiter 10 unterhalb der Wickelkopfkappe 3 iß Form von Querleiter-Stapeln 10' radial übereinander, wobei die Querleiter-Stapel 10* zu konzentrisch zueinander angeordneten Spulenwindungen S gehören. Die Kiihlflüssigkeitsröhrchen 16 sind hierbei als in Umfsingsrichtung von im freien Raum 18 «wischen einander benachbarten Quer= leiter-Stapeln 10· radial verlaufenden Einzelleitungen 60 der Kiihifliissigkeitsanschlueieitungen 6 abgehende Leitungsteile ausgeführt. Die Einzelleitungen 60 sind mit einem ersten leitungsteil 60a axial am äußeren Umfang des Wellenstumpfes 2 zunächst in Richtung auf den Ballen 1 bis zu dessen Anfangsbereich 1a verlaufend geführt und sind dann etwa U-förmig mit einem zweiten Leitungsteil 60b vom Leitungsteil 6a abgebogen, wobei dieser zweite Leitungsteil 60b den äußeren U-Schenkel darstellt und im freien Zwischenraum 19 zwischen den Querleiter-Stapeln 10' und dem Wellenende 2 zunächs.t achs-parallel geführt ist und sodajn in den radial verlaufenden, in die Kühlflüssigkeitsröhrchen 16 übergehenden dritten Leitungsteil 60c abgebogen ist. Die Nasen stücke 10, welche gemäß obigem entweder Zuleit- bzw. Ableitnasenstücke des jeweiligen Querleiter-Stapels 10· sein können, sind radial übereinander liegend bzw. fluchtend angeordnet. Die Einzelleitungsteile 60a sind am äußeren Umfang des Wellenstumpfes 2 verteilt angeordnet (vgl. Pig. 1a), wobei sie in Nuten 20 am äußeren WeI-lenurafang verlegt und die Nuten durch Nutenverschlußkeile 21 verschlossen sind. Zu jedem Kühlmittelanschlußröhrchen 16 gehört wie es Fig. 1a näher zeigt - , eine Einzelleitung 60, wobei in der Ausführungsforiu nach Fig. 1a die Einzelleitungen 60 über Isolierstrecken 22 entweder mit Zuieit-Verteilerkammern 23 oder aber mit Ableit-Verteilerkammern 24 in Verbindung stehen. Die Verteilerkammern 23, 24 sind am äußeren Umfang des Wellenendes 2 angeordnet, gegeneinander durch nicht ersichtliche Trennwände abgedichtet und stehen über radiale Flüssigkeitskanal 25a entweder mit dem zentralen Zuleit-Wellenkanal 26 in Verbindung (Verteilerkammern 23) oder stehen über radiale Wellenkanäle 25b mit dem ■ konzentrisch zum ZuIeitwellenkanal 26 angeordneten Ableit-Wellen-

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kanal r.; in Verbindung (Verteilerkammern 24). Hier ist ein Kühlstreckenverhältnis von k = 2 realisiert, d. h. die. Kühlflüssigkeit durchströmt nach Eintritt durch ein erstes (mit seinen Röhrchen 16 in Gegenzeigerrichtung weisendes) Nasenstück die Kühlstrecke einer vollen Windung, um danach die Kühlkanäle über ein Austritts-Nasenstücke (das mit seinem Kühlflüssigkeitsröhrchen 16 in Uhrzeigerrichtung weist) auf der gleichen Maschinenaeite zu verlassen. Bei der Ausführuogsform nach Pig. 2, 3 dagegen ist das Kühlstreckenverhältnis k = 1 realisiert, d. h. die Kühlflüssigkeit durchströmt zwischen Ein- und Austritt jeweils die Kühlstrecke einer halben Windung, und die Ein- und Austrittsnasenstücke liegen auf verschiedenen Maschinenseiten. Die Nasenstücke können hierbei (vgl. Pig. 3) mit ihren Röhrchen 16 von der jeweils gleichen Umfangsriehtung her angeströmt werden.

Pig. 4 zeigt noch eine AusführungsVariante, bei welcher die radiale Höhe r¹ der Nasenstücke 11 jeweils kleiner ist als die radiale Höhe r der Querleiter 10. Demgemäß sind die allgemein mit 28 bezeichneten Isolierstofflagen zwischen deti übereinanderliegenden Querleitern und Nasenstückeη 11 zusammengesetzt aus schwächeren Lagen 28a zwischen den Querleitern und stärkeren Lagen 28b zwischen den Nasenstücken. Diese Isolations zwischenlagen müssen naturgemäß so bemessen sein und aus einem solchen Material (z. B. glasfaserverstärktem Epoxid-Harz) bestehen, daß die fliehkraftabhängigen Anpreßkräfte zwischen einander benachbarten Querleitern und Nasen stücken untereinander sowie bezüglich der Kappe 3 gleichmäßig aufgefangen werden können.

5 Ansprüche
5 Pig.

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Claims

VPA 70/9340 ^ Schutzansprüche

1. Elektromaschinen-, insb. Turbogenerator-Läufer mit einer Anordnung der Kühlflüssigkeita-Anschluß-Leitungen im Querleiterbereich der Spulenwindungen, bei der die Halbwindungen je einen Flüssigkeitsinnenkanal aufweisen und diese beiden Innenkanäle als Parallelstromk?.näle an der Anschlußstelle jeweils mit dem Innenkanal eines Kühlflüssigkeitsröhrchens über die inneren Verbindungskanäle eines am Querleiter angeordneten, in Läuferachsrichtung vorragenden blockförmigen Rasenstückes iu Verbindung, stehen und das Kühlflüssigkeitsröhrchen mit einem wesentlich parallel zum Querleiter verlaufenden Ende an eine in Läuferumfangsrichtung weisende Seitenfläche des Nasenstückea herangeführt und dort an die Verbindungskanäle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe (r) der Querleiter (10) und die axiale Erstreckung (a) der Nasen stücke (11) jeweils mindestens so groß sind wie der hydraulisch erforderliche Außendurchmesser (d) der Kühlflüssigkeitsröhrchen (16) einschl. der im Nasen stück (11) vorhandenen radialen Mindest~Wandstärke (w) in der Umgebung des Röhrchen-Anschlußendes (16a).

2. Läufer nach Anspruch 1, mit unterhalb der Wickelkopfkappe innerhalb von Querleiter-Stapeln radial übereinander liegenden Querleitern, wobei die Querleiter-Stapel zu konzentrisch zueinander angeordneten Spulenwindungen der Erregerwicklung gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeitsanschlußröhrchen (16) als in Umfangsrichtung von im freien Raum zwischen einander benachbarten Querleiter-Stapeln (10·) radial verlaufenden Einzelleitungen (60) abgebogene Leitungsteile der Kühlflüssigkeitsanschlußleitungen (6) ausgeführt sind und daß die Einzelleitungen (60), axial am äußeren Umfang des Wellenendes (2) in Richtung auf den Ballen (1) und bis zu dessen Anfangsbereich (1a) verlaufend, jeweils in Form einer gegenläufigen elastisch deformierbaren, etwa U-förmig gebogenen

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Schleife (60a, 60b) mit dem äußeret* U-Schenkel (60b) im freien Zwischenraum zwischen den Querleiter-Stapeln (10·) und dem W'elleüenäe (2) geführt UHd sodann in die radial verlaufende« in die Kühlflüssigkeitsröhrchen (16) übergehenden Leitungateile (60c) abgebeten sind.

3. Läufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleit- bzw. Ableitnasenstücke (11) des jeweiligen Querleiter-Stapels (10·) radial übereinander liegend bzw. fluchtend angeordnet sind.

4. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nasenstück (11) in eine Aussparung (17) des Querleiters (10) eingepaßt und mit letzterem flüesigkeitsdicht verbunden ist, wobei die Snden der zugehörigen Spuleziwir^ung im Bereich einer Querleiter-Stoßstelle (10a) elektric'/o. u_d hydraulisch zusammengefügt sind (Fig. 1). .

5. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnei, daß ein mit einer Querleiterpartie (110a) alg ein Formstück (110) ausgebildetes Nasenstück (11) verwendet ist, das mit dem. Querleiter (10) durch je eine Hartlötstelle (10a^f) an seinen beiden Ende- verbunden ist (Pig. 1a).