DE2406453A1

DE2406453A1 - Turbogenerator mit direkt fluessigkeitsgekuehlter rotorwicklung

Info

Publication number: DE2406453A1
Application number: DE19742406453
Authority: DE
Inventors: Kristian Dahl Dipl Ing Madsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1973-02-23
Filing date: 1974-02-11
Publication date: 1974-08-29
Also published as: FR2219560A1; CH562527A5; GB1455361A; US3878413A; JPS49114711A; DE2406453B2; SE380944B

Description

Turbogenerator mit direkt flüssigkeitsgekühlter Rotorwicklung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Turbogenerator, wie er im Oberbegriff des Hauptanspruches beschrieben ist.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 233 056 ist es bereits bekannt, axiale und radiale Kanäle in der Rotorwelle mit Rohren aus korrosionsbeständigem Material auszufüttern. Die Publikation gibt jedoch keine Lösung betreffend der konstruktiven und montagebedingten Probleme, die durch die Verwendung solcher Rohre entstehen.
Die britische Patentschrift 3 131 321 zeigt ein Kühlsystem mit konzentrischen, zentralen Rohren in der Rotorwelle, die durch radiale Rohre mit einer ringförmigen, in der Welle ausgedrehten Verteilungskammer verbunden sind, die in radialer Richtung mittels mehrerer unmittelbar nacheinander angeordneter Ringsegmente, die von einem soliden Stahlring umschlossen werden, verschlossen sind. Die Konstruktion hat u.a. den Nachteil, daß die Herstellung der Verteilerkammer nicht separat erfolgen kann, sondern in direktem Zusammenhang mit der übrigen Formgebung des Rotors geschehen muß.
Die schweizer Patentschrift 447 353 beschreibt einen Turborotor mit einem Wasserverteilungsring, der gesondert angefertigt und mit Schraubenbolzen auf dem Stützring der Wicklungskapsel befestigt wird, so daß er gemeinsam mit dieser unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft seinen Durchmesser ändert. Sowohl die Zentralrohre als auch die radialen Rohre sind mit einem Spiel gegenüber den Wänden der zugehörigen Bohrungen in der Motorwelle versehen. Zwei Paar diametral angeordneter radialer Rohre sind an ein und demselben äußeren Zentralrohr befestigt; gleichzeitig sind die Paare in hydraulischer Hinsicht verschieden angeschlossen. Das äußere Zentralrohr kann dann bei einer durch die Zentrifugalkraft verursachten Dehnung des Verteilungsringes den nach außen gerichteten Bewegungen der Radialrohre mit lediglich einer elastischen Verformung (Ovalform) folgen, unter der Voraussetzung, daß die beiden radialen Rohrpaare mit genügendem Abstand voneinander in axialer Richtung angeordnet sind. Gemäß den Zeichnungen in der Patentschrift ist dieser Abstand (Mittelabstand) mehr als doppelt so groß, wie der maximale Innenradius eines radialen Rohres, was bedeutet, daß die maximale axiale innere Dimension des Verteilerringes sicher mehr als doppelt so groß sein muß, wie der maximale Außendurchmesser des radialen Rohres. Gemäß der Zeichnung der Patentschrift ist die axiale Dimension mehr als doppelt so groß, wie der Außendurchmesser. Eine solche Dimensionierung des Verteilungsringes kann nicht vermieden werden, selbst wenn man bedeutend höhere Zugkräfte in den radialen Rohren zuläat, da verlangt wird, daß das eine radiale Rohrpaar an eine innerste, stark ausgedehnte Partie des inneren Zentralrohres angeschlossen ist, und das andere radiale RohrEaar an eine axial außerhalb der Ausdehnung liegende Partie desselben Zentralrohres angeschlossen ist. Eine große axiale Länge des Verteilungsringes ist nachteilig, da die Welle dadurch länger wird und die radial äußere Zylinderfläche des Verteilungsringes bedeutende Festigkeitsprobleme verursacht.
In Übereinstimmung mit dem, was bei einem Rotor gemäß der vorliegenden Anmeldung der Fall ist, jedoch nicht bei dem in der britischen Patentschrift beschriebnen Rotor, sind sämtliche Radialrohre bei dem Rotor nach der schweizer Patentschrift an dem äußeren Zentralrohr befestigt. In sämtlichen Fällen müssen die Radialrohre mittels einer radial nach innen gerichteten Bewegung eingesetzt werden, was man besonders leicht bei dem in den Rotor gemäß der Erfindung eingehenden Flüssigkeitsverteilungsring erreichen kann. Das Zusammenschweißen der aus korrosionsbeständigem Material hergestellten Rohre derart, daß sie ein zusammenhängendes, völlig wasserdichtes System bilden, ist nicht möglich, wenn einige der radialen Rohre so lang sind, daß sie das äußere von zwei konzentrischen Zentralrohren in der Rotorwelle passieren und an das innere anzuschließen sind, wie bei dem Rotor aus der britischen Patentschrift.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die erläuterten Schwierigkeiten bei den Kühlrohranschlüssen der bekannten Rotoren vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Turbogenerator mit einem Rotor der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches und ergänzend die in den Unteransprüchen-genannten Merkmale aufweist.
Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 den Rotor eines Turbogenerators im Schnitt durch die Mittellinie des Rotors, Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in einem Schnitt längs der Linie II-II aus Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
In den Figuren bezeichnet 1 den Stator und 2 den Rotor eines Turbogenerators. Der Rotor 2 hat eine direkt wassergekühlte Wicklung 2a, die an einen Wasserverteilungsring 3 mittels mehrerer axial verlaufender Rohre 5a und 5 hydraulisch angeschlossen ist, welche mittels elektrisch isolierender Zwischenstücke 4 miteinander verbunden sind. Der Wasserverteilungsring 3 ist in zwei Einlaufsektoren 6 und zwei Auslaufsektoren 7 unterteilt. Er ist aus den beiden aus rostfreiem Stahl bestehenden Ringen 15 und 16 mittels Elektronenstrahlschweißung zusammengeschweißt.
Jeder Einlaufsektor ist mit seinem am Ring 3 festgeschweißten radialen Rohr 8a verbunden, und jeder Auslaufsektor mit seinem festgeschweißten radialen Rohr 8b. Sämtliche radialen RohreSa und 8b mUnden in die Bohrung in der Rotorwelle und sind an einem äußeren, in der Wellenbohrung axial verlaufenden Zentralrohr 10 festgeschweißt, welches das konzentrisch angeordnete innere Zentralrohr 9 umgibt. Dieses ist mit zwei Rohrstutzen 12 versehen, von denen jeder so bemessen und angeordnet ist, daß er mit seinem radial äußeren Ende an der Innenseite eines durch das Zentralrohr 10 gehenden Loches dichtend anliegt und über dieses Loch in hydraulischer Verbindung mit dem jeweiligen radialen Rohr 8a steht. Die an das Rohr 10 anliegende Fläche der Rohrstutzen besteht gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform der erfindung lediglich aus einer ringfömlgen Fläche, die im wesentlichen dem Querschnitt des Rohrstutzens 12 entspricht. Bedeutend vorteilhafter ist hingegen die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform, bei der die Dichtungsflächen stark ausgedehnt sind, so daß sie zusammen eine an die Innenseite des Rohres 10 anliegende Zylinderfläche 13 bilden, die außer von den beiden Löchern für die Stutzen 12 nur von zwei weiteren Löchern durchbrochen ist. Diese fluchten mit entsprechenden Löchern im Rohr 10.
Der von der Fläche 13 begrenzte Zylinder gibt eine sehr zuverlässige Zentrierung des Zentralrohres 9 und gleichzeitig eine gute Dichtung. Außerdem besteht die Möglichkeit, eine ringförmige Packung im Raum 14 vorzusehen.
Bei der Montage werden die Radialrohre 8a und 8b in die Rotorwelle eingesetzt, nachdem der fertige Verteilungsring 3 auf der Rotorwelle aufgeschrumpft ist. Dieses Einsetzen wird dadurch ermöglicht, daß der mit einem U-förmigen Querschnitt geformte Ring 15 mit einem kreisförmigen, radial gerichteten Loch 17 in der Verlängerung eines jeden radialen Rohres versehen ist. Ein mit Gewinde versehener Deckel 18 ist in das Loch 17 eingeschraubt.
Der Deckel 18 ist starken Zentrifúgalkräften ausgesetzt und besteht daher aus Stahl hoher Festigkeit. Das Kühlsystem ist konsequent so ausgeführt, daß das Kühlwasser nicht in Kontakt mit anderen Flächen kommt als solchen, die aus korrosionsbeständigem Material bestehen. Aus diesem Grunde ist der Deckel 18 gegen Flüssigkeit durch die Dichtungsscheibe 19 geschützt, die aus rostfreiem Stahl besteht. Die besondere Konstruktion, die gemäß der Erfindung hinsichtlich der axialen inneren Endabschnitte der zentralen Rohre angewendet wird, ergibt montagemäßig den Vorteil, daß die radialen Rohre, die betreffend Form und Lage exakt übereinstimmen, endgültig in ihrer Lage angeordnet und dort festgeschweißt werden können, ohne daß das nachfolgende Hineinschieben der zentralen Rohre auf irgendeine Weise erschwert wird.

Claims

Patentansprüche:

Turbogenerator mit direkt flüssigkeitsgekühlter Rotorwicklung mit in den Leitern eingelegten Kühlrohren aus korrosionsbeständigem Material, welche an einem korrosionsbeständigen, inwendig in Einlauf- und Auslaufsektoren aufgeteilten Verteilungsring über axial verlaufende Einlauf- und Auslaufrohre mit elektrisch isolierenden Zwischenstücken hydraulisch angeschlossen sind, wobei die Sektoren über in der Rotorwelle angeordnete radiale Rohre hydraulisch teils an ein inneres teils an ein äußeres in der Rotorwelle axial verlaufendes Zentralrohr angeschlossen sind, sämtliche Rohre aus korrosionsbeständigem Material bestehen und im wesentlichen ohne radials Spiel in der Rotorwelle angeordnet sind und die radialen Rohre untereinander gleich lang und an einer radial inneren Wand des Verteilungsringes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Zentralrohr (9) an seinem axial innen liegenden Ende verschlossen ist und mit radial hervortretenden, mit einigen der radialen Rohre (8a, 8b) in Verbindung stehenden Rohrstutzen (12) versehen ist, von denen jeder radial nach außen mit einer Oberflächenpartie (13) endet, welche eine entsprechende Oberflächenpartie an der Innenseite des äußeren Zentralrohres (10) abdichtet.
2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen einem Rohrstutzen (12) und der Endfläche eines mit diesem in Verbindung stehenden radialen Rohres angeordnet ist.
3.. Turbogenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsring (3) auf den Rotor aufgeschrumpft ist und einen Ring mit U-förmigem Querschnitt enthält, dessen Schenkel radial nach innen gerichtet sind und an einem an der Rotorwelle anliegenden zum Verteilungsring gehörenden Ring festgeschweißt sind.
4. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Wand des Verteilungsringes (3) mehrere mit je einem Schraubendeckel (13) versehene Öffnungen hat, von denen jede mit einem radialen Rohr (8a, 8b) fluchtet.
5. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Rohre (8a, 8b) im Verteilungsring (3) und in dem äußeren Zentralrohr (10) festgeschweißt sind und daß die innere axiale Länge der genannten Sektoren kleiner ist, als das Zweifache des maximalen Außendurchmessers eines zugehörigen radialen Rohres.(8a, 8b).

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