Flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine Die in neuerer Zeit bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei Turbogeneratoren, eingeführte Flüssigkeitskühlung ermöglicht den Bau extrem gros- ser Leistungseinheiten. Die Vorteile derart grosser Aggregate bestehen im wesentlichen aus einer Ver minderung der Baukosten/KW und einem höheren Wirkungsgrad. Andererseits ist aber der Bau flüssig keitsgekühlter Turbogeneratoren mit einem erhebli chen konstruktiven Aufwand verbunden. Die Folge davon ist, dass auch die Zahl der potentiellen Stö rungsquellen in der Maschine zunimmt.
Wenn ein Turbogenerator von<B>500</B> oder gar<B>1000</B> MW, wie er mit der Flüssigkeitskühlung erstellt werden kann, durch irgendeine vielleicht mir geringfügige Störung ausfällt,<B>so</B> kostet<B>jede</B> Ausfallstunde derart grosser Kapazitäten dem betreffenden Energieversorgungs unternehmen ein Vermögen. Aus diesem Grunde ist es bei solch grossen Maschineneinheiten noch viel wichtiger als bisher, dass die Beanspruchungen an allen Teilen der Maschine möglichst niedrig gehalten werden, und dass, sollte dennoch eine Störung ein treten, alle wichtigen Maschinenteile leicht werden, schnell zugänglich sind, so dass Reparaturen und In spektionen in kürzester Zeit durchgeführt werden können.
Es ist ganz besonders anzustreben, dass ein grosser Teil eventueller Reparaturen bei turnender Maschine vorgenommen werden können, um auch die Anfahr- und Abfahrzeiten dcr Turbine einzu sparen.
Eines der empfindlichsten und kompliziertesten Teile bilden die wassergekühlten Wickelköpfe der Statorwicklung wegen der Vielzahl der erforderlichen Anschlussschläuche, Flüssigkeitsverteilerkammern und Kontaktverbindungen. Es muss deshalb grösster Wert auf leichte Zugänglichkeit dieses Bereiches gelegt werden. Hierfür sind auch noch andere Erforder- nisse massgebend.
Die stosskurzschlussichere Befe stigung der Statorwickelköpfe und deren überwa- chung sowie die Gewährleistung einer ausreichenden Blechpaketpressung sind wichtige Aufgaben im Elek- trogrossmaschinenbau. Eine gute und schnelle Zu gänglichkeit in den Wickelkopfräumen ist auch für die Erfüllung dieser Aufgaben unerlässlich.
Bei bis her bekannten Konstruktionen ist ein Zugang zu den Wickelköpfen nur nach umständlichen und zeitrau benden Demontagemassnahmen möglich, da die Flüssigkeitsanschlüsse für die Zuleitung und Vertei lung mit den den Wickelkopfbereich abdeckenden Gehäuseteilen der Maschine fest verbunden sind. Um von allen Seiten Zugang zum Wickelkopf zu erhalten, wird es hierbei notwendig, zunächst das Lagerschild zu entfernen, dann sämtliche Flüssigkeitsanschlüsse zu den Leiterstäben zu lösen, um schliesslich auch das Stirnteil des Gehäuses abziehen zu können. Dass bei einer solchen Konstruktion eine schnelle Repara tur der Maschine oder gar eine Reparatur bei turnen der Maschine unmöglich ist, liegt auf der Hand.
Es wird dabei sogar notwendig, den Generator von den Antrieben und der Erregermaschine abzukuppeln und den Rotor auszufahren, um die Wickelköpfe frei legen, zu können. Ausserdern unterliegen die Flüssige keitsanschlüsse im Bereich des Wickelkopfes hohen Beanspruchungen infolge der Relativschwingungen zwischen dem Wickelkopf und dem im Gehäuse befe stigten Ringleitungen, wodurch ihre Störaufälligkeit erhöht wird.
Es handelt sich bei diesen Schwingungen im we sentlichen um die bekannten<B>100</B> Hz-Schwingungen des Blechpaketes, die auf die Widkelköpfe übertragen werden. Darüber hinaus entstehen noch zusätzliche Schwingungen unter Einwirkung elektromagnetischer Kräfte im Wickelkopfbereich. Bei grossen Maschi- nen, bei denen das Blechpaket im, Gehäuse federnd aufgehängt ist, sind die Relativschwingungen zwi schen den aktiven Teilen und dem Gehäuse beson ders stark.
Auch von den Lagerschüden werden auf das Ge häuse Schwingungen übertragen, die die Relativ schwingungen an den Kühlflüssigkeitsanschlüssen noch verstärken können. Aufgabe der Erfindung ist eine elektrische Ma schine, bei der unter Vermeidung dieser Nachteile die Störanfälligkeit wesentlich verringert ist und Inspek tionen und eventuelle Reparaturen schnell und zum Teil bei turnender Maschine durchgeführt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass bei der elektrischen Maschine, deren Statorwicklung aus flüssigkeitsgekühlten Hohlleitern besteht, bei denen die Kühlflüssigkeit über Verteiler- bzw. Sam- mel-Ringleitungen, die mit den Enden der Leiterstäbe über Isolierstoffschläuche verbunden sind, zu- bzw. abgeführt wird, die Ringleitungen nur an den Wickel köpfen der Statorwicklung oder der Wickelkopfab- stützung befestigt sind,
und dass die Zufuhr und<B>Ab-</B> fuhr der Kühlflüssigkeit zu und von den Ringleitungen vom bzw. zum Gehäuse der Maschine, in dem das Ständerblechpaket befestigt ist, erfolgt, wobei zwi schen den Ringleitungen und den im Gehäuse befe stigten Zu- und Abflussleitungen Schwingungskom- pensatoren angeordnet sind.
Dadurch wird erreicht, dass die Flüssigkeitszu- und -abfuhr zu und von den Ringleitungen und Lei terstäben von den die Wickelköpfe umschliessenden Gehäuseteilen der Maschine völlig unabhängig sind. Die Befestigung der kingleitungen an den Wickel köpfen oder der Wickelkopfabstützung, sowie die Befestigung der Flüssigkeitszu- und Abflussleitungen an dem Gehäuse der Maschine unter Zwischenschal tung von Schwingungskompensatoren# hat den Vor teil, dass kaum noch Relativschwingungen zwischen den einzelnen Flüssigkeitsanschlüssen auftreten kön nen, wodurch die Beanspruchung wesentlich verrin gert wird.
Trennt man die die Wickelköpfe umgeben den Gehäuseteile vom Gehäusemittelteil, so sind diese Gehäusestimteile zweckmässig ohne Lösung irgendeines Flüssigkeitsanschlusses abziehbar, wobei sie den gesamten Wickelkopf freigeben.
Da nicht in allen Störungsfällen gleich der gesam te Wickelkopfraum freigelegt werden muss, sieht die Erfindung z. B. vor, dass die Lagerschilde der Ma schine in an sich bekannter Weise horizontal geteilt sind, so dass die Lagerschildoberteile abhebbar sind. Zusätzliche etwa vorhandene Wickelkopfabdek- kungen können dann ebenfalls leicht entfernt werden. Damit wird z. B. der halbe Wickelkopfraum von den Stirnseiten der Maschine her zugänglich, wobei die Drehzahl der Maschine allenfalls nur bis auf Turn- Drehzahl abgesenkt werden muss.
Der untere Teil der Wickelkopfräume wird mit Vorteil ebenfalls von der Stirnseite her zugänglich, indem man nach<B>Ab-</B> fangen der Maschinenwelle die Lagerschildunterteile entweder in eine Fundamentaussparung absenkt oder nach oben schwenkt.
Erweist es sich als notwenig, den Wickelkopf- raum allseitig freizulegen, so wird zweckmässig das Lagerschildoberteil abgehoben und das Unterteil ab gesenkt, so dass das Gehäusestimteil in axialer Rich tung so weit verschiebbar ist, dass die Wickelkopf- räume allseitio, freiliegen. Ein Verschieben der Ma schinenwelle oder ein Abkuppeln vom Antriebs- oder Erregersatz ist nicht notwendig. Um kleinere Repara turen oder Inspektionen noch einfacher während des Turnens vornehmen zu können, wird z.
B. vorge schlagen, dass die seitlich im Gehäuse im Bereich der Wickelköpfe angeordneten Gasrückkühler in begeh baren Schächten eingebaut sind, die von den Wickel- kopfräumen durch eine ausbaubare Zwischenwand getrennt sind, so dass nach Ausbau der Kühler und Entfernung der Zwischenwände ein grosser Teil der Wickelkopfräume durch die Kühlerschächte zugäng lich wird. Ausserdem kann das Gehäuse im Bereich der Wickelköpfe mit verschliessbaren Montage- und Kontrollöffnungen (Mannlöcher) versehen sein, die während des Betriebes der Maschine gasdicht ver schlossen sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt einen Gesamtquerschnitt des Stators der Maschine gemäss der Erfindung, in zusammenge bautem Zustand.
Fig. 2,<B>3</B> und 4 zeigen die einzelnen Demontage- Schritte, die bei Reparaturen notwendig werden.
Auf Fig. <B>5</B> ist die Zugänglichkeit vom Kühler raum zur Wicklung dargestellt.
In Fig. <B>1</B> ist mit<B>1</B> das Gehäusemittelteil bezeich net, in dem das Ständerblechpaket <B>5</B> aufgehängt ist. An den Stirnseiten des Gehäusemittelteils<B>1</B> sind Ge- häusestirnteile 2 befestigt, die die Wickelkopfräume umschliessen. Die Lagerschildoberteile <B>3</B> und die nicht dargestellten Lagerschildunterteile verschlies- sen das Gehäuse in axialer Richtung. Die Welle der Maschine ist mit 14 bezeichnet.
Die Versorgung der Leiterstäbe<B>6</B> mit Kühlflüssigkeit erfolgt im Wickel- kopfraum über die Flüssigkeitszu- und -ableitungen <B>11,</B> die im Gehäusemittelteil<B>1</B> befestigt sind, über die Flüssigkeitsverteilerringe <B>8</B> und von dort aus über Isolierstoffschläuche <B>9</B> zu den einzelnen Leiterstäben <B>6.</B> In dem Ausführungsbeispiel sind die Ringleitungen <B>8</B> an der mit dem Ständerblechpaket <B>5</B> verbundenen Wickelkopfabstützung <B>7</B> befestigt.
Sie können aber auch mit den durch die Stabenden <B>6</B> gebildeten Wik- kelköpfen selbst verbunden werden. In beiden Fällen führen sie die gleichen Schwingungen wie das Blech paket aus. Auf diese Weise werden Schwingungsbe anspruchungen an den Flüssigkeitsanschlüssen zwi schen den Verteilerringleitungen <B>8</B> und den Staben- den <B>6</B> vermieden, da beide Teile zueinander keine Relativschwingungen ausführen.
Um auch Schwin gungsbelastungen in den Zu- bzw. Ableitungen<B>11</B> vom Gehäusemittelteil<B>1</B> zu den Ringleitungen<B>8</B> zu vermeiden, sind in den Leitungen<B>11</B> Schwingungs- kompensatoren <B>10</B> angeordnet. Sollten dennoch ein mal Störungen im Bereich des Wickelkopfes auftre ten, so kann der Wickelkopfraum für die Reparatur leicht zugänglich gemacht werden, wie es in den Fig. 2,<B>3,</B> 4 und<B>5</B> dargestellt ist. Die gleiche Anord nung kann aber auch bei ungeteilten Gehäusen, bei denen der Mittelteil<B>1</B> und die Stirnteile 2 aus einem Stück bestehen, mit Vorteil vorgesehen werden.
In Fig. 2 ist die obere Hälfte des Wickelkopfrau- mes von der Stirnseite her durch Abheben des Ober teiles<B>3</B> des geteilten Lagerschildes freigelegt. Repa raturen an der Flüssigkeitsverteilung im Wickelkopf- raum können nun von der Stirnseite her und durch das Mannloch 12 im Gehäusestirnteil 2 leicht beho ben werden, ohne dass es notwendig wird, die Ma schine stillzusetzen. Für kleinere Reparaturen und Inspektionen im unteren Bereich des Wickelkopfrau- mes dient beispielsweise das Mannloch<B>13.</B> Es ist auch möglich,
nach Abfangen der Welle des Rotors 14 das Lagerschildunterteil 4 in eine Fundamentaus- sparung abzusenken oder auf der Welle nach oben zu schwenken, so dass der untere Bereich des Wickel- kopfraumes auch von der Stirnseite her zugänglich wird.
Für grössere Reparaturen kann der gesamte Wik- kelkopfraum auf einfache Weise freigelegt werden, wie es in Fig. <B>3</B> dargestellt ist. Das Lagerschildober- teil <B>3</B> ist hierbei abgehoben und das Lagerschildun- terteil 4 in eine Fundamentaussparung abgesenkt. Anschliessend wird das Gehäusestirnteil 2 in axialer Richtung so weit verschoben, bis der gesamte Wik- kelkopfraum freiliegt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Da die gesamten Flüssigkeitsanschlüsse und die Flüs sigkeitsverteilung im Bereich des Wickelkopfraumes unabhängig von den Gehäusestirnteilen 2 befestigt sind, lässt sich die Freilegung des Wickelkopfraumes sehr schnell und mühelos bewältigen.
Die Fig. <B>5</B> zeigt die Anordnung der Gaskühler<B>15</B> seitlich an den Gehäusestirnteilen 2. Nach Entfer nung dieser Kühler<B>15</B> wird ein begehbarer Gang frei, durch den nach Lösen der Zwischenwände<B>17</B> die Wickelkopfräume von der Seite her zugänglich wer den. Von hier aus können ebenfalls Reparaturen im Wickelkopfraum bei turnender Maschine vorgenom men werden.
Die gezeigte Anordnung der Flüssigkeitsvertei lung im Wickelkopfraum zusammen mit der kon struktiven Gestaltung des Gehäuses und der Lager schilde bieten einerseits die Gewähr für höchste Be triebssicherheit flüssigkeitsgekühlter Generatoren und andererseits für schnellste und einfachste Repa raturen im Störungsfalle. Diese Vorzüge sind für der artig grosse Maschineneinheiten unbedingt erforder lich, da sie das ausserordentlich grosse Risiko für den Betrieb solcher Hochleistungseinheiten für die Ener gieversorgungsunternehmen überhaupt erst erträglich machen.
Liquid-cooled electrical machine The liquid cooling that has recently been introduced in electrical machines, especially in turbo generators, enables extremely large power units to be built. The advantages of such large units essentially consist of a reduction in construction costs / KW and a higher degree of efficiency. On the other hand, however, the construction of liquid-cooled turbo-generators is associated with considerable design effort. The consequence of this is that the number of potential sources of interference in the machine increases.
If a turbo generator of <B> 500 </B> or even <B> 1000 </B> MW, as it can be created with liquid cooling, fails due to some possibly minor malfunction, which costs <B> so </B> <B> every </B> hour of loss of such large capacities the energy supply company concerned a fortune. For this reason, with such large machine units it is even more important than before that the stresses on all parts of the machine are kept as low as possible and that, should a malfunction occur, all important machine parts are easily accessible so that Repairs and inspections can be carried out in the shortest possible time.
It is particularly important that a large part of any repairs can be carried out while the machine is in motion, in order to also save start-up and shutdown times for the turbine.
One of the most sensitive and complicated parts is the water-cooled end windings of the stator winding because of the large number of connecting hoses, liquid distribution chambers and contact connections required. Great emphasis must therefore be placed on easy accessibility of this area. Other requirements are also decisive for this.
The shock-short-circuit-proof fastening of the stator winding heads and their monitoring as well as the guarantee of sufficient laminated core pressing are important tasks in large electrical machine construction. Good and quick accessibility in the winding head areas is also essential for fulfilling these tasks.
In previously known constructions, access to the winding heads is only possible after cumbersome and time consuming dismantling measures, since the fluid connections for the supply and distribution are firmly connected to the housing parts of the machine that cover the winding head area. In order to gain access to the end winding from all sides, it is necessary to first remove the end shield, then loosen all the fluid connections to the conductor bars in order to finally be able to pull off the front part of the housing. It is obvious that a quick repair of the machine or even a repair during gymnastics of the machine is impossible with such a construction.
It is even necessary to decouple the generator from the drives and the exciter and to extend the rotor so that the winding heads can be exposed. In addition, the liquid connections in the area of the winding head are subject to high stresses due to the relative vibrations between the winding head and the fixed ring lines in the housing, which increases their susceptibility to interference.
These vibrations are essentially the well-known <B> 100 </B> Hz vibrations of the laminated core that are transmitted to the Widkel heads. In addition, there are additional vibrations under the action of electromagnetic forces in the end winding area. In large machines in which the laminated core is resiliently suspended in the housing, the relative vibrations between the active parts and the housing are particularly strong.
Vibrations are also transmitted from the bearing damage to the housing, which can intensify the relative vibrations at the coolant connections. The object of the invention is an electrical Ma machine in which, while avoiding these disadvantages, the susceptibility to failure is significantly reduced and inspections and possible repairs can be carried out quickly and in part while the machine is running.
The solution to this problem is that in the case of the electrical machine, the stator winding of which consists of liquid-cooled waveguides, in which the cooling liquid is fed in or out via distributor or collecting ring lines that are connected to the ends of the conductor bars via insulating tubes. is discharged, the ring lines are only attached to the winding heads of the stator winding or the winding head support,
and that the coolant is supplied and discharged to and from the ring lines from and to the housing of the machine in which the stator core is attached, with between the ring lines and the ones in the housing Inflow and outflow lines vibration compensators are arranged.
It is thereby achieved that the liquid supply and discharge to and from the ring lines and Lei terstäben of the housing parts of the machine surrounding the winding heads are completely independent. The attachment of the king lines to the winding heads or the winding head support, as well as the attachment of the liquid inlet and outlet lines to the housing of the machine with the interposition of vibration compensators # has the advantage that hardly any relative vibrations can occur between the individual liquid connections, which means that the Stress is significantly reduced.
If the end-windings surrounding the housing parts are separated from the middle housing part, these end-housing parts can expediently be removed without loosening any fluid connection, thereby exposing the entire end winding.
Since not the same total te winding head space must be exposed in all malfunctions, the invention provides z. B. before that the end shields of the Ma machine are divided horizontally in a manner known per se, so that the end shield upper parts can be lifted off. Any additional winding head covers that may be present can then also be easily removed. This z. B. half of the winding head space accessible from the front sides of the machine, the speed of the machine only has to be reduced to the turn speed.
The lower part of the winding head spaces is also advantageously accessible from the front side by either lowering the lower part of the bearing shield into a recess in the foundation or pivoting it upwards after catching the machine shaft.
If it proves to be necessary to expose the winding head space on all sides, the upper part of the bearing plate is expediently lifted off and the lower part is lowered so that the housing end part can be moved in the axial direction so far that the winding head spaces are exposed on all sides. It is not necessary to move the machine shaft or to uncouple it from the drive or exciter set. To make minor repairs or inspections even easier during gymnastics, z.
B. suggest that the laterally arranged in the housing in the area of the end windings are installed in walk-ble shafts that are separated from the winding head spaces by a removable partition, so that after removal of the cooler and removal of the partition walls a large part of the Winding head spaces will be accessible through the cooler shafts. In addition, the housing can be provided with closable assembly and control openings (manholes) in the area of the winding heads, which are gas-tight ver closed during operation of the machine.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Fig. 1 shows an overall cross section of the stator of the machine according to the invention, in the assembled state.
Fig. 2, <B> 3 </B> and 4 show the individual dismantling steps that are necessary for repairs.
On Fig. 5, the accessibility from the cooler space to the winding is shown.
In Fig. 1, <B> 1 </B> denotes the middle part of the housing in which the stator core <B> 5 </B> is suspended. Housing end parts 2, which enclose the winding head spaces, are attached to the end faces of the middle housing part <B> 1 </B>. The upper part of the bearing plate 3 and the lower part of the bearing plate (not shown) close the housing in the axial direction. The shaft of the machine is labeled 14.
The supply of the conductor bars <B> 6 </B> with cooling liquid takes place in the winding head space via the liquid supply and discharge lines <B> 11 </B> which are fastened in the housing middle part <B> 1 </B> the liquid distribution rings <B> 8 </B> and from there via insulating tubes <B> 9 </B> to the individual conductor bars <B> 6. </B> In the exemplary embodiment, the ring lines are <B> 8 </ B > attached to the winding head support <B> 7 </B> connected to the stator core <B> 5 </B>.
However, they can also be connected to the coil heads themselves formed by the rod ends <B> 6 </B>. In both cases, they perform the same vibrations as the sheet metal package. In this way, vibration stresses on the fluid connections between the distributor ring lines <B> 8 </B> and the rod ends <B> 6 </B> are avoided, since the two parts do not vibrate relative to one another.
In order to avoid vibration loads in the supply and discharge lines <B> 11 </B> from the housing middle part <B> 1 </B> to the ring lines <B> 8 </B>, the lines <B> 11 </B> Vibration compensators <B> 10 </B> arranged. However, should malfunctions occur in the area of the winding head, the winding head space can be made easily accessible for repair, as shown in FIGS. 2, 3, 4 and 5 > is shown. The same arrangement can, however, also be provided with advantage in the case of undivided housings in which the central part 1 and the end parts 2 consist of one piece.
In FIG. 2, the upper half of the winding head space is exposed from the front side by lifting the upper part <B> 3 </B> of the split end shield. Repairs to the liquid distribution in the winding head space can now be easily remedied from the front side and through the manhole 12 in the housing end part 2 without it being necessary to shut down the machine. The manhole <B> 13. </B>, for example, is used for minor repairs and inspections in the lower area of the winding head room.
after the shaft of the rotor 14 has been intercepted, lower the bearing plate lower part 4 into a recess in the foundation or pivot it upwards on the shaft so that the lower area of the winding head space is also accessible from the end face.
For larger repairs, the entire winding head space can be exposed in a simple manner, as is shown in FIG. 3. The upper part <B> 3 </B> of the end shield is lifted off and the lower part 4 of the endshield is lowered into a recess in the foundation. The housing end part 2 is then shifted in the axial direction until the entire coil head space is exposed, as shown in FIG.
Since all of the liquid connections and the liquid distribution in the area of the winding head space are attached independently of the housing end parts 2, the uncovering of the winding head space can be managed very quickly and easily.
FIG. 5 shows the arrangement of the gas coolers 15 on the side of the front housing parts 2. After removing this cooler 15, a walk-through passage becomes free which after loosening the partition walls <B> 17 </B> the winding head spaces are accessible from the side. From here repairs can also be carried out in the winding head area while the machine is in motion.
The arrangement of the liquid distribution shown in the winding head space together with the constructive design of the housing and the bearing shields guarantee the highest level of operational safety for liquid-cooled generators and the fastest and easiest repairs in the event of a fault. These advantages are absolutely necessary for such large machine units, since they make the extremely high risk for the operation of such high-performance units for the energy supply company bearable in the first place.