DE710021C - Turbine or pump unit, in which the outer ring of the turbine or pump impeller is the carrier of the rotating poles of the electrical machine belonging to the unit - Google Patents

Description

Turbinen- oder Pumpenaggregat, bei welchem der Außenkranz des Turbinen-oder Pumpenlaufrades Träger der umlaufenden Pole der zu dem Aggregat gehörenden elektrischen Maschine ist Bei Turbinen- oder Pumpenaggregaten, deren Läufradaußenkranz Träger der umlaufenden. Pole der zu dem Aggregat gehörenden elektrischen Maschine ist, bereitet die Beherrschung der durch die während des Laufes des Aggregates auftretenden Zentrifugalkräfte und durch die von den Polen der elektrischen Maschine ausgehenden Erwärmung während des Betriebes des Aggregates auftretenden Dehnungen und Verspannungen im Laufradkranz Schwierigkeiten in bezug auf die Beibehaltung des Luftspaltes zwischen dem Ständer und den umlaufenden Polen der elektrischen Maschine. Bekanntlich hängt der Wirkungsgrad einer elektrischen Maschine in weiten Grenzen von der Luftspaltgröße und der Beherrschung der Erwärmung in dem Ständer- und Läufereisen ab, woraus sich ergibt, daß bei der Entwicklung der Turbinenaggregate der in Rede stehenden Bauart diesen Merkmalen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muß.Turbine or pump unit, in which the outer ring of the turbine or Pump impeller carrier of the rotating poles of the electrical belonging to the unit In the case of turbine or pump units, the machine has its impeller outer ring as a carrier the circulating. Is the pole of the electrical machine belonging to the unit, prepares the mastery of the occurring during the running of the unit Centrifugal forces and those emanating from the poles of the electrical machine Warming during operation of the unit due to expansion and tension Difficulties in maintaining the air gap between the impeller rim the stator and the rotating poles of the electrical machine. As is known, depends the efficiency of an electrical machine depends on the size of the air gap within wide limits and the control of the heating in the stator and rotor iron from what shows that in the development of the turbine units of the type in question special attention must be paid to these characteristics.

Gemäß der Erfindung wird bei einem Turbinen- oder Pumpenaggregat der obengenannten Art mit Spaltverringerungseinrichtunge:n an den Verbindungsstellen zwischen - dem Laufradkranz und dem feststehenden Wasserführungsrohr das in bekannten Fangschalen aufgefangene Spaltwasser zur Kühlung des von dem Laufradkranz gebildeten Polradkranzes herangezogen. Zur Erzielung einer solchen Kühlung ist der die Pole tragende Außenkranz mit Kühlkanälen versehen, durch welche das Spaltwasser der oberwasserseitigen Fangschale in die unterwasserseitige, in bekannter Weise mit .einer Abflußleitung versehene Fangschale abfließt.According to the invention is in a turbine or pump unit of Above type with gap reduction devices: n at the connection points between - the impeller rim and the fixed water pipe that is known in Catch shells collected crevice water for cooling that formed by the impeller rim Magnet wheel rim used. To achieve this kind of cooling, this is the pole The load-bearing outer rim is provided with cooling channels, through which the fissure water of the upstream Catch tray in the underwater side, provided in a known manner with .einer drainage line Catch tray drains off.

Zur Erzielung einer wirksamen Kühlung sind diese Kühlkanäle in einer Vielzahl in der Umfangsrichtung des Laufradkranzes (innerhalb desselben) angeordnet. Bei Laufradkränzen von verhältnismäßig großer Stärke, also bei Turbinen- oder Pumpenaggregaten sehr großer Abmessung, kann es zweckmäßig sein, innerhalb des die Pole tragenden Außenkranzes als Kühlmittelkammern oder Kühlmittelringräume wirkende Aussparungen vorzusehen, an welche dann die Kühlkanäle als Ein- und Austrittsöffnungen für das Kühlwasser angeschlossen sind. Zur Erzielung einer guten Zirkulation des Kühlwassers innerhalb der Kühlkanäle bzw. Kühlmittelkammern oder der Ringräume können verschiedene Anordnungen und Ausbildungen der Kanäle und Kammern bzw. Räume vorgesehen sein. So ist es .z. B. möglich, mehrere Kühlmittelkammern oder Ringräume in radialer Richtung hintereinander anzuordnen und untereinander durch eine Vielzahl von Öffnungen, die über die zwischen zwei radialbenachbarten Kammern oder Räumen liegenden Trennwände verteilt sind, zu- verbinden. Auch können sich die Kammern oder Ringräume an ihrem äußeren Umfang nach dem Unterwasser zu konisch erweitern. Gleichgültig, ob es sich um die Benutzung von durch den Laufradkranz geführten Kanälen oder von innerhalb des Laufradkranzes angeordneten Kühhnittelräumen handelt, ist es besonders zweckmäßig, die oberwasserseitige Eintrittsöffnung der Kühlkanäle o. dgl. auf einem kleineren Durchmesser des Laufradkranzes anzuordnen als die unterwasserseitigen Austrittsöffnungen dieser Kanäle o. dgl.To achieve effective cooling, these cooling channels are in one Plurality arranged in the circumferential direction of the impeller rim (within the same). With impeller rings of relatively great strength, i.e. with turbine or pump units very large dimensions, it may be useful within the pole-bearing Outer rim acting as coolant chambers or coolant annulus recesses to be provided, to which the cooling channels are then used as inlet and outlet openings for the Cooling water are connected. To achieve a good circulation of the cooling water various Arrangements and configurations of the channels and chambers or spaces can be provided. So it is. B. possible, several coolant chambers or annular spaces in the radial direction to be arranged one behind the other and one below the other through a large number of openings that via the partition walls located between two radially adjacent chambers or spaces are distributed, to connect. The chambers or annular spaces can also be located on their outer circumference to widen conically towards the underwater. Doesn't matter whether it is about the use of channels guided through the impeller rim or from within the coolant spaces arranged on the impeller rim, it is particularly useful to the upstream inlet opening of the cooling channels or the like on a smaller one To arrange the diameter of the impeller rim than the underwater-side outlet openings these channels o. the like.

Zur Vergrößerung der wirksamen Kühlfläche können die radialen Begrenzungsflächen der in dem Außenkranz vorgesehenen Kühlmittelkammern oder Ringräume mit Ringrippen versehen sein, deren Zwischenräume labyrinthartige Führungen für das Kühlwasser bilden.To increase the effective cooling surface, the radial boundary surfaces the coolant chambers or annular spaces with annular ribs provided in the outer rim be provided, the interstices of which are labyrinthine guides for the cooling water form.

Gestattet die Stärke des Laufradkranzes nicht die Anordnung der Eintritts- und Austrittsöffnungen der Kühlkanäle auf verschiedenen Durchmessern des Laufradkranzes, so können zur Gewährleistung der angestrebten Strömung des Kühlwassers die Kanäle durch den Laufradkranz so geführt sein, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen derselben auf gleichem Durchmesser des Laufradkranzes liegen, aber in der Umfangsrichtung .gegeneinander versetzt sind.If the thickness of the impeller rim does not allow the arrangement of the inlet and outlet openings of the cooling channels on different diameters of the impeller rim, so the channels can be used to ensure the desired flow of the cooling water be guided by the impeller rim so that the inlet and outlet openings same lie on the same diameter of the impeller rim, but in the circumferential direction .are offset from one another.

Zwecks Anpassung der Durchströmgeschwindigkeit und Durchflußmenge des Kühlwassers innerhalb des Laufradkranzes an die belastungsabhängige Erwärmung dieses Kranzes können die Ein- oder Austrittsöffnungen der Kanäle o. dgl. in ihrer Größe einstellbarausgebildet sein. Eine solche Einstellung kann z. B. durch Benutzung innerhalb des Kranzes angeordneter thermischer Glieder, die auf eine Regelklappe o. dgl. wirken, selbsttätig während des Betriebes erfolgen; -oder die Einstellung der Größe der Ein- oder Austrittsöffnungen der Kanäle kann auch von Hand bei Stillstand des Laufrades vorgenommen werden.For the purpose of adapting the flow rate and flow rate of the cooling water inside the impeller rim to the load-dependent heating this wreath can be the inlet or outlet openings of the channels o. The like. In their Be designed to be adjustable in size. Such a setting can e.g. B. through use Thermal members arranged inside the ring, which act on a control valve o. The like. Act, take place automatically during operation; -or the setting the size of the inlet or outlet openings of the channels can also be done by hand at a standstill of the impeller.

Eine bekannte-- Anordnung, bei welcher an die unterwasserseitige Fangschale für das Spaltwasser ein Abflußrohr angeschlossen ist, welches zur Ausnutzung des Soges für die Erzielung des Abflusses des Spaltwassers aus der oberwasserseitigen Fangschale in die unterwasserseitige Fangschale in das Turbinensaugrohr mündet, ist auch für die Verwirklichung der Erfindung besonders vorteilhaft für die Erzeugung der Kühlwasserzirkulation innerhalb des Laufradkranzes.A well-known arrangement in which to the underwater-side catcher a drain pipe is connected for the gap water, which is used to take advantage of the Suction for achieving the drainage of the crevice water from the upstream side The catching shell opens into the underwater-side catching shell in the turbine suction pipe, is also particularly advantageous for the implementation of the invention for the generation the cooling water circulation within the impeller rim.

Die Erfindung ermöglicht es, durch die Ausnutzung des Spaltwassers für die Kühlung des von dem Laufradkranz gebildeten Polradkranzes der elektrischen Maschine eine gute Wärmeabfuhr aus diesem Kranz zu eine wodurch die sonst als sehr nachteilig empfundenen Wärmebeanspruchungen innerhalb des Laufradkranzes in Fortfall kommen. Selbstverständlich )rann in den Fällen, wo Spaltwasser nicht in genügender, für die Kühlung ausreichender Menge anfällt, auch eine besondere Speiseleitung an das oberwasserseitige Wasserführungsrohr der Turbine oder Pumpe angeschlossen sein, durch welches den Fangschalen oder besonders vorgesehenen Sammelräumen für das Kühlwasser an der oberwasserseitigen Stirnseite des Laufradkranzes die für die Kühlung des Laufradkranzes erforderliche Kühlwassermenge zugeführt wird. Auch bei Benutzung einer. solchen besonderen Speiseleitung kann der Sog des Saugrohres in der bekannten Weise für die Zirkulation und Abführung des Kühlwassers ausgenutzt werden. Auch durch den zwischen der - oberwasserseitigen und unterwasserseitigen Stirnfläche des Turbinenlaufradkranzes vorhandenen Druckunterschied innerhalb des Wasserführungsrofres kann ein für die Kühlung des Laufradkranzes aus-.-eichender Durchfluß des Kühlwassers durch diesen Kranz erzielt werden.The invention makes it possible by utilizing the crevice water for the cooling of the pole wheel ring formed by the impeller ring of the electrical Machine a good heat dissipation from this wreath to one whereby the otherwise as very disadvantageous perceived thermal stresses within the impeller rim no longer apply come. Of course) in cases where crack water does not run in sufficient, there is a sufficient amount for cooling, a special feed line is also required the upstream water pipe of the turbine or pump must be connected, through which the catch trays or specially provided collecting spaces for the cooling water on the upstream face of the impeller rim for cooling the Impeller rim required amount of cooling water is supplied. Even when in use one. Such a special feed line can be the suction of the suction pipe in the known Way to be used for the circulation and discharge of the cooling water. Even by the between the - upstream and downstream face of the turbine wheel rim existing pressure difference within the water flow profile A flow rate of the cooling water which is sufficient for cooling the impeller rim can be achieved can be achieved through this wreath.

Das Ausführungsbeispiel der Zeichnung zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einem mit Ringraum für das Kühlwasser versehenen Laufradkranz eines Curbinenaggregates, wie solche in Untervasserkraftwerken Verwendung finden.The embodiment of the drawing shows the application of the inventive concept in the case of an impeller ring of a turbine unit provided with an annular space for the cooling water, how they are used in sub-water power plants.

a ist der Laufradkranz, welcher Tr:iger der umlaufenden Pole b der zugehörigen elektrischen Maschine ist. Dieser Kranz a ist mit einem Ringhohlraum c versehen, welcher über die Kanäle d und. e, die als Eintritts- und Austrittsöffnungen für das zur Kühlung dienende Spaltwasser dienen, mit bekannten Fangschalen f und g in Verbindung steht. In bekannter Weise sind an den Verbindungsstellen zwischen dem Laufradkranz a und dem feststehenden Triebwasserführungsrohr h Spaltverringerungseinrichtungen i angeordnet. Das an den Verbindungsstellen zwischen dem Kranz und dem Wasserführungsrohr durchströmende Spaltwasser wird in den Fangschalen f und g gesammelt. Dadurch, daß an die unterwasserseitige Fangschale g- ein Abführungsrohr k für das Spaltwasser angeschlossen ist, welches in das Saugrohr der Turbine mündet, wird erreicht, daß durch den in diesem Abführungsrohr k sich auswirkenden Sog das Spaltwasser von der oberwasserseitigen Fangschale f durch den Eintrittskanal d, den Ringraum c und den Austrittskanal e in die unterwasserseitige Fangschale g abfließt. Die in der Umfangsrichtung des Laufradkranzes in einer Vielzahl vorhandenen Eintritts- und Austrittsöffnungen d, e für das zur Kühlung des Laufradkranzes a benutzte Spaltwasser sind so angeordnet, daß die oberwasserseitigen Eintrittsöffnungen d auf einem kleineren Durchmesser des Laufradkranzes a liegen als die unterwasserseitigen Austrittsöffnungen e. Zufolge der auf das in dem Ringraum c vorhandene Wasser ausgeübten Zentrifugalkraft wird auch durch diese Anordnung der Öffnungen d,e auf verschiedenen Durchmessern eine ,gute Strömung des Spaltwassers von der oberwasserseitigen Fangschale j zur unterwasserseitigen Fangschale g erreicht. Zur Erhöhung der Stabilität des hohl ausgebildeten Laufradkranzes a können Versteifungsrippen' oder Stützwände innerhalb des Laufradhohlraumes angeordnet sein.a is the impeller rim, which is the carrier of the rotating poles b of the associated electrical machine. This ring a is provided with an annular cavity c, which over the channels d and. e, which serve as inlet and outlet openings for the gap water used for cooling, is connected to known catch trays f and g. In a known manner, gap reducing devices i are arranged at the connection points between the impeller rim a and the stationary headrace pipe. The gap water flowing through at the connection points between the ring and the water guide pipe is collected in the catch trays f and g. The fact that a discharge pipe k for the gap water is connected to the underwater catching shell g and opens into the suction pipe of the turbine ensures that the suction acting in this discharge pipe k causes the cracking water from the upper water catching shell f through the inlet channel d , the annular space c and the outlet channel e flows into the underwater-side catch shell g. The inlet and outlet openings d, e in the circumferential direction of the impeller rim for the gap water used to cool the impeller rim a are arranged in such a way that the inlet openings d on the surface side are on a smaller diameter of the impeller rim a than the outlet openings e on the underwater side. As a result of the centrifugal force exerted on the water present in the annular space c, this arrangement of the openings d, e at different diameters also results in a good flow of the crevice water from the upper water-side catcher j to the underwater catcher g. To increase the stability of the hollow impeller rim a, stiffening ribs or support walls can be arranged within the impeller cavity.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: i. Turbinen- oder Pumpenaggregat, bei welchem der Außenkranz des Turbinen-oder Pumpenlaufrades Träger der umlaufenden Pole der zu -dem Aggregat gehörenden elektrischen Maschine ist und an den Verbindungsstellen zwischen Laufradkranz und feststehendem Wasserführungsrohr Spaltverringerungseinrichtungen angeordnet sind, deren Spaltwasser in Fangschalen aufgefangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die Pole (b) tragende Außenkranz (a) mit Kühlkanälen (d, e) o. dgl. versehen ist, durch welche das Spaltwasser der oberwasserseitigen Fangschale (f) in die unterwasserseitige, in bekannter Weise mit Abflußleitungen versehene Fangschale (g) abfließt. PATENT CLAIMS: i. Turbine or pump unit in which the Outer rim of the turbine or pump impeller carrier of the rotating poles of the to - the electrical machine belonging to the unit and at the connection points Gap reduction devices between the impeller rim and the fixed water pipe are arranged, the fissure water of which is collected in catch trays, characterized in that that the outer rim (a) carrying the poles (b) is provided with cooling channels (d, e) or the like through which the fissure water of the upper water-side catcher (f) into the underwater-side, drainage tray (g) provided with drainage lines in a known manner. 2. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (d, e) als Ein- und Austrittsöffnungen an innerhalb des Außenkranzes (a)angeordnete Kühlmittelkammern oder einen Ringraum (c) angeschlossen sind. 2. turbine or pump unit according to claim i, characterized in that the cooling channels (d, e) as inlet and outlet openings on inside the outer rim (a) Coolant chambers or an annulus (c) are connected. 3. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kammern oder der Ringraum (c) an ihrem Außenumfang nach dem Unterwasser zu konisch erweitern. 3. Turbine or Pump unit according to Claim 2, characterized in that the chambers or the annulus (c) to widen conically on its outer circumference after the underwater. 4. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühlmittelkammern oder Ringräume (c) in radialer Richtung hintereinander angeordnet und untereinander durch eine Vielzahl von Öffnungen, die über zwischen zwei radial benachbarten Kammern oder Räumen liegende Trennwände verteilt sind, verbunden sind. . 4. turbine or pump unit according to claim 2, characterized in that several Coolant chambers or annular spaces (c) arranged one behind the other in the radial direction and among each other through a plurality of openings that are radially across between two adjacent chambers or rooms lying partition walls are distributed, are connected. . 5. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Begrenzungsflächen der Kammern oder Ringräume (c) mit Ringrippen versehen sind, deren Zwischenräume labyrinthartige Führungen für das Kühlwasser bilden. 5. turbine or pump unit according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that the radial boundary surfaces of the chambers or annular spaces (c) with annular ribs are provided, the interstices of which are labyrinthine guides for the cooling water form. 6.Turbinen- oder Pumpenaggregat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberwasserseitigen Eintrittsöffnungen der Kühlkanäle (d) o. dgl. auf einem kleineren Durchmesser des Laufradkranzes (a) liegen als die unterwasserseitigen Austrittsöffnungen dieser Kanäle (e) o. dgl. 6. turbine or pump unit according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings of the cooling channels on the upstream side (d) or the like. Lie on a smaller diameter of the impeller rim (a) than Underwater outlet openings of these channels (s) or the like. 7. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittsöffnungen der Kanäle (d, e) auf gleichem Durchmesser des Laufradkranzes (a) liegen und in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an dem Laufradkranz angeordnet sind. B. Turbinen- oder Pumpenaggregat nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Ein- oder Austrittsöffnungen der Kanäle (d, e) o. dgl. zwecks Veränderung der Fließgeschwindigkeit und Durchflußmenge des Kühlwassers in ihrer Größe einstellbar sind.7. turbine or pump unit according to claim i, characterized in that the inlet and outlet openings of the channels (d, e) lie on the same diameter of the impeller rim (a) and are arranged offset from one another in the circumferential direction on the impeller rim. B. turbine or pump unit according to one of the preceding claims, characterized in that the size of the inlet or outlet openings of the channels (d, e) or the like can be adjusted for the purpose of changing the flow rate and flow rate of the cooling water.