NO324592B1 - Elektrisk turbin-generatoraggregat - Google Patents

Abstract

Vannturbin-generatoraggregat, med en vannturbinenhet 11 som er sammenkoblet med en elektrisk generatorenhet 13, hvor det er anordnet en drivforbindelse 12 med generelt vertikal akse mellom de to enhetene. Vannturbinenheten omfatter et turbinhjul 11 som er omgitt av ei rekke vanndyser 29 for tilførsel av vann under overtrykk. Generatorenheten 13 omfatter en stator 20, 21 med viklinger på magnetkjerner, som helt eller delvis omsluttes av vann for kjøling, og en rotor 13 som er stivt forbundet med drivforbindelsen 12 til turbinhjulet 11. Rotoren 13 har et indre hulrom 17 som tilføres vann for gjennomstrømming, kjøling og smøring av et lager 22. ?? ?? ?? ??

Description

Vannturbin-generatoraggregat

Oppfinnelsen gjelder et aggregat av en vannturbin og en elektrisk generator, i det følgende kalt "vannturbin-generatoraggregat", som angitt i innledningen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Vannturbiner og elektriske generatorer som skal drives sammen produseres vanligvis som atskilte enheter på atskilte produksjonssteder og monteres sammen med akselkobling, gir eller remdrift. Denne byggemåten krever forholdsvis mye plass og er ikke produksjonsteknisk rasjonell. Dessuten vil generatoren kreve spesiell kjøling og hver enhet må som regel forsynes med fullstendig opplagring. En slik oppspaltet byggemåte krever innkapsling, som regel i form av et maskinhus, noe som vil virke uheldig fordyrende for mindre anlegg.

En annen ulempe ved kjente vannturbin-generatoraggregat er at det brukes oljesmurte lagre som må vedlikeholdes og kulelagre som må fornyes periodisk.

GB-patentskrift 818,441 (British Thomson-Houston) viser en turbin med gjennomgående aksel og tørt montert generator. Den har oljesmurte lagre. Kjøling avlager og stator ved tilførsel av kjølevann gjennom rør og vannpassasjer i lager og stator. Denne konstruksjonen er forholdsvis kompleks, den har sentral aksel med akseltetninger og både rotor og stator er tørt montert.

WO 03025385 (Clean Current Power Systems) viser en vannturbin med generatordel i periferien. Innvendig rotor sentralt opplagret i et boss med bærende struktur til stator/generatordel. Denne konstruksjonen har turbinbladene er i senter og begrenser seg derfor med hensyn til oppnåelig areal og moment.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er derfor å skape en elektrisk generator som er forbedret med hensyn på kostnader og levetid i forhold til kjente generatorer. Det er viktig å unngå dynamiske lager som er utsatt for slitasje.

Videre er det et særlig formål å skape en elektrisk generator som kan integreres bedre med en vannturbin enn kjente generatorer, for å kunne redusere byggekostnadene. Det er særlig viktig å kunne øke levetid på lager vesentlig sammenlignet med kjente generatorer, slik at det kreves mindre og sjeldnere vedlikehold og færre reparasjoner. Det er også et formål å sikre bedre kjøling av de deler i den elektriske generatoren hvor det er nødvendig. Generatoren bør være fleksibel med hensyn til bruk sammen med ulike turbintyper.

Det er også et formål å skape en integrert turbin-generatorløsning som kan tilvirkes mer rasjonelt, ha minimale transmisjonstap og som dessuten har lenger levetid for lager og bedre kjøling av deler hvor det er nødvendig, enn kjente turbin-generatoraggregat.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen er angitt i patent kra v 1. Med en slik elektrisk generator oppnås formålene med oppfinnelsen i betydelig grad. Det oppnås særlig gunstig opplagring, uten dynamisk tetning mellom stasjonære og bevegelige deler, og dessuten kjøling med lave kostnader.

Ved å holde generatoren neddykket i vannstrømmen som driver turbinen og la den kjøles av denne vannstrømmen, blir det unødvendig å lage kostbare gjennomstrømmete viklinger. Videre blir det mulig å skape lagerutforminger hvor de roterende delene smøres og kjøles effektivt uten tilførsel avytre smøremiddel, så som olje. Dette medfører at aggregatet i stor grad er uavhengig av eksternt hjelpemaskineri eller hjelpesystemer. Derfor vil kravene til installasjon i miljøkontrollerte rom være små. Det vil gi miljømessige gevinster og reduserte anleggskostnader.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen går fram av patentkrav 2-10.

Eksempel

Oppfinnelsen er nedenfor beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor

Fig. 1 viser et oppsnittet perspektivriss av et aggregat med integrert turbin og elektrisk generator i samsvar med oppfinnelsen, mens

Fig. 2 viser et aksialsnitt gjennom aggregatet i Fig. 1.

I Fig. 1 og 2 er det vist en utførelsesform av oppfinnelsen med et turbinhjul 11 som bæres av en rørformet, vertikal aksel 12 som strekker seg ned til en elektrisk generatorenhet 13. Turbinhjulet 11 er i eksemplet en peltonturbin, men det kan også være en francisturbin. Turbinhjulet 11 og generatoren heten 13 er anbrakt i et sylindrisk aggregathus 14 med tilkoblinger som vil bli beskrevet nedenfor. Akselen 12 er åpen oppover for inntak av vann.

Den rørformete akselen 12 har en nedre radial, utoverrettet flens 15 med ei rekke aksiale åpninger 16 og med forbindelse til et nedoverrettet rør 17 som danner stamme i generatorenhetens 13 rotor 18. Rotorrøret 17 bærer ei ringformet rekke permanentmagneter 19 festet utvendig. Permanentmagnetene 19 er omgitt av en stator 20 med spoler 21.

Ved underkanten er rotorrøret 17 og dermed også rotoren båret av et trust-glidelager22 som tilføres vann gjennom akselen 12 og rotorrøret 17. Statoren 20 er omgitt av ei tett kappe 23 med et kabelmanifold 24 og et radialt rør 25 for elektriske ledninger. Det hele er omgitt av det lukkete sylindriske aggregathuset 14.

Tilførselen av vann til turbinhjulet 11 skjer gjennom en ringformet rørmanifold 26 som er plassert over aggregathuset 14, med fire ventiler 27 og fire rør 28 som fører ned til hver sin dyse 29 ved turbinhjulet 11. For hver dyse 29 finnes en reguleringsanordning tilgjengelig gjennom et rør 30 som strekker seg ut gjennom veggen til aggregathuset 14.

Vannet føres ut av aggregathuset 14 gjennom to aksiale overløpsrør 31, 32 som er anordnet ved bunnen av aggregathuset 14 og ført ut gjennom dette.

Øverst på rotorrøret 17 er det anordnet et radiallager 33. For tilkobling av anlegget til et fallrør har rørmanifolden 26 en tilkoblingsstuss 34 med en utvendig endeflens 35. Aggregathuset 14 håret lokk med en ringformet ytre del 36 og en sentral, løsbar del 37 (Fig. 2).

Claims (10)

1. Vannturbin-generatoraggregat, med en vannturbinenhet (11) som er sammenkoblet med en elektrisk generatorenhet (13), hvor det er anordnet en drivforbindelse (12) med generelt vertikal akse mellom de to enhetene, idet vannturbinenheten omfatter et turbinhjul (11) som er omgitt av ei rekke vanndyser (29) for tilførsel av vann under overtrykk, og generatorenheten (13) omfatter en stator (20, 21) med viklinger på magnetkjerner, som helt eller delvis omsluttes av vann for kjøling, og en rotor (18) som er stivt forbundet med drivforbindelsen (12) til turbinhjulet (11), karakterisert ved at rotoren (18) har et indre hulrom (17) som tilføres vann for gjennomstrømming, kjøling og smøring av et lager (22).

2. Vannturbin-generatorenhet i samsvar med patent kra v 1, karakterisert ved at den elektriske generatorenhetens (13) rotor er anordnet under turbinhjulet (11).

3. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patent kra v 1 eller 2, karakterisert ved at rotoren (18) er integrert med en rørformet aksel (17) som danner drivforbindelsen til vannturbinenheten (11).

4. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 3, karakterisert ved at den rørformete akselen (17) strekker seg oppover mot et overliggende turbinhjul (11), idet den er åpen mot turbinhjulets overside.

5. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 3 eller 4, karakterisert ved at den rørformete akselen (12) har en utove rettet radial flens (15) som danner anlegg mot en rørformet rotorkjerne (17).

6. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 5, hvor generatorenheten (13) er anordnet underturbinenheten (11), karakterisert ved at rotorkjernen (17)erforbundetmeden ringformet lagerdel (22) som danner en del av et trustlager.

7. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 6, karakterisert ved at en ringformet lagerdel er anordnet ved generatorenhetens (13) underside, mot et fundament.

8. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at det ved generatorenhetens (13) overkant er anordnet et radiallager (33).

9. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med patentkrav 7, karakterisert ved at rotorens (18) underside er åpen mot et utløp.

10. Vannturbin-generatoraggregat i samsvar med et av patentkravene 1 til 9, karakterisert ved at det har et sylinderformet hus (14), hvor det er anordnet minst ett overløpsrør (31, 32) for vann som er tilført for kjøling av statoren (20, 21).