DD234545A5

DD234545A5 - Verfahren zur regulierung der belastbarkeit von schnellaufenden, luftgekuehlten turbogeneratoren und einrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DD234545A5
Application number: DD85276972A
Authority: DD
Inventors: Mihaly Wallenstein; Peter Asztalos
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1984-06-04
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1986-04-02
Also published as: IT8520999A0; SE8502727D0; HUT37847A; BR8502651A; HU203622B; DE3518805A1; PL253786A1; FR2565432B1; IT1185633B; GB2162377A; FR2565432A1; GB8514073D0; SE8502727L; IT8520999A1; JPS6169348A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Belastbarkeit von schnellaufenden, luftgekuehlten Turbogeneratoren mit intensiver direkter Leiterkuehlung der Rotorwicklung. Erfindungsgemaess wird bei einem Anstieg der Belastung der Druck der Kuehlluft auf einen absoluten Druckwert von maximal 2 bar erhoeht bzw. bei einem Absinken der Belastung zwischen dem atmosphaerischem Druck und dem angegebenen Maximalwert so eingestellt, dass die Temperatur der Rotorwicklung konstant bleibt. Bei der zur Durchfuehrung des erfindungsgemaessen Verfahrens dienenden Einrichtung hat der Turbogenerator einen dicht abgeschlossenen inneren Raum, einen sich an diesen anschliessendes Kreisluftkuehlsystem und eine ueber Kompressoren und einen Luftbehaelter verfuegende Luftdosiervorrichtung. Erfindungsgemaess enthaelt die Einrichtung im inneren Raum ein den Druck zwischen 1.01 und 2 bar stufenlos regulierendes Organ. Fig. 3

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regulierung der Belastbarkeit von schnellaufenden, luftgekühlten Turbogeneratoren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die Belastbarkeit von schnellaufenden, luftgekühlten Turbogeneratoren, d. h. von mit synchroner Drehzahl laufenden 2- oder 4poligen elektrische Generatoren weitestgehend von der Erwärmung der von Gleichstrom durchflossenen Wicklungen des Rotors abhängt. Bei der sog. indirekten Kühlung fließt die Verlustwärme aus den in Isoliermaterial eingebetteten Wicklungen über die Isolierungen und das umgebende Eisenmaterial durch die Wirkung von Temperatursprüngen in Richtung der wärmeabgebenden Oberfläche, in diesem Falle in Richtung des Rotormantels, wo sie um den Preiseines Temperatursprunges an der Kühlfläche an die im Luftspalt der Maschine strömende Kühlluft abgegeben wird. Die Temperatursprünge bestimmen zusammen mit der Erwärmung der das Kühlmittel bildenden Luft die Übertemperatur der Wicklung.

Ein bekanntes Mittel zur Erhöhung der Kühlungsintensität ist die direkte Leiterkühlung, bei der die in das Innere des Rotors geführte Kühlluft unmittelbar mit dem zu kühlenden Wicklungsmaterial in Berührung kommt. Die meisten der zum Übergeben der Verlustwärme an das Kühlmedium erforderlichen Temperatursprünge fallen dabei weg, die Übertemperatur des Leiters wird außer von der Erwärmung des Kühlmitteis nur noch vom Temperatursprung an der Oberfläche bestimmt. Auf diese Weise ist — die durch die Isoliermaterialien vorgegebene Grenztemperatur bleibt unverändert — eine größere Verlustenergie zulässig, d.h. die Maschine ist für eine größere Belastung geeignet.

Es sind zahlreiche Typen und Varianten der unmittelbaren Leiterkühlung der Rotorwicklung bekannt. Bei einer dieser Varianten ist die Wicklung des Rotors so aufgebaut, daß sie, was die Strömung der Kühlluft betrifft, als aus untereinander parallelgeschalteten, kurzen Rohrstücken mit stromdurchflossener Wand bestehend angesehen werden kann. Eine Möglichkeit zur Versorgung der Wicklung mit Kühlgas besteht in der Einspeisung vom Luftspalt aus (gap pick-up-System), und eine derartige Lösung ist in der Publikation „Direct Cooling Systems for Turboalternator Rotors in View of the Maximum Rating of Hydrogen Cooling" von Peter Asztalos auf Seite 1936 bei den Erläuterungen zu den Abbildungen 1-3 beschrieben. Das Referat ist in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-89, Nr. 8 (1935-1945) erschienen. Bei einer anderen Lösung der Versorgung mit Kühlgas wird die Kühlluft von unten durch die Boden nut eingeführt. Diese Einspeisung ist in dem genannten Referat auf S. 1937 an Hand der Abbildungen 4 und 5 erläutert.

Bekannt ist auch eine Kombination des gap pick-up-Systems mit der Lufteinführung durch die Bodennut; die gleichzeitige Anwendung der beiden Lufteinführungen ist zum Beispiel in der GB-PS 1 456068 beschrieben.

Für die Rotorwicklungen mii den hier aufgeführten Arten der Luftkühlung ist kennzeichnend, daß während des Betriebes in jedem elementaren Rohrstück die Temperatur im wesentlichen konstant ist, und diese Temperatur ist nur um einige Grade höher als die Temperatur der das Rohr verlassenden Kühlluft. Diese Art der Kühlung soll der Einfachkeit halber im folgenden als „intensive direkte Leiterkühlung" bezeichnet werden.

Hinsichtlich des Betriebes von Turbogeneratoren ist bekannt, daß in Abhängigkeit von den Schwankungen der Netzbelastung und je nach dem Typ der Antriebsmaschine und dem Brennstoff des Kraftwerkes die auf den Turbogenerator gelangende jeweilige Belastung schwankt. Die schnellaufenden Turbogeneratoren werden bei der Aufstellung für eine Nennbeiastbarkeit dimensioniert, die der auf dem Anwendungsgebiet vorkommenden größten Belastung entspricht. Diese Spitzenbelastung macht bei vielen Anwendungsgebieten nur einen Bruchteil, zum Beispiel 10 bis 15% der gesamten Betriebszeit aus. Darausfolgt, daß für einen großen Teil der Betriebszeit eine geringer belastbare, d.h. kleinere und weniger kostenaufwendige Maschine ausreichen würde. Wird ein für größere Belastungen dimensionierter luftgekühlter Turbogenerator mit einer geringeren Belastung betrieben, so ist wegen der konstanten Verluste sein Wirkungsgrad schlechter.

Jm die in Stromnetzen auftretenden Spitzenbelastungen abzufangen, muß die Belastbarkeit der arbeitenden Maschinen für die jpitzenbelastung dimensioniert werden, oder es ist erforderlich, Reservemaschinen vorzusehen, die für die Zeit der !pitzenbelastung zugeschaltet werden. In beiden Fällen ist demnach ein Maschinenpark erforderlich, dessen Nennbelastbarkeit ler in der Spitzenzeit auftretenden Belastung entspricht.

üiel der Erfindung

^iel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung, die es ermöglichen, die Belastbarkeit ichnellaufender luftgekühlter Turbogeneratoren zu regulieren und den Schwankungen der Belastung elastisch anzupassen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die die Belastbarkeit entscheidend begrenzende Temperatur der Rotorwicklung von jber einen intensiv direkt luftgekühlten Rotor verfügenden Turbogeneratoren mittels des Druckes der Kühlluft intensiv reguliert werden kann. Das ergibt sich daraus, daß die Erwärmung der Rotorwicklung in diesen Fällen mit der Erwärmung der Kühlluft praktisch identisch ist, und letztere ist eine Funktion der Wärmekapazität der strömenden Kühlluft. Die Wärmekapazität der Luft edoch ist dem Druck direkt proportional.

:s ist offensichtlich, daß mit einer Erhöhung des Druckes auch die Ventilations- und Luftreibungsverluste des Generators Droportional ansteigen. Die numerisch ausgedrückte wirtschaftliche Wirkung dieses Anstieges ist jedoch — vor allem im Falle /on über einen intensiv direkt leitergekühlten Rotor verfügenden Turbogeneratoren mit kombinierter Kühllufteinspeisung — wesentlich geringer als die sich aus der Regulierbarkeit und Erhöhbarkeit der Belastbarkeit ergebenden wirtschaftlichen /orteile.

jegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Regulierung der Belastbarkeit schnellaufender, luftgekühlter Turbogeneratoren mit intensiver direkter Leiterkühlung der Rotorwicklung. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist cennzeichnend, daß man den Druck der Kühlluft bei einem Anstieg der Belastung auf einen absoluten Druckwert von höchstens

1 bar erhöht. Bei einem Absinken der Belastung wird der Druck sinngemäß vermindert. Die jeweilige Wahl des Druckes der <ühlluft hängt deshalb von der Belastung ab.

3emäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur der Rotorwickiung gemessen und der Druck sei Einhaltung dieser Temperatur mit einer Genauigkeit von ±5°C eingestellt.

Die Temperatur der Rotorwicklung wird durch Messung des durch sie hindurchfließenden Stromes und des Spannungsabfalls Destrrfirnt.

Da die im Rotor auftretenden Verluste entscheidend vom Joule-Verlust gebildet werden und der Widerstand der Wicklung bei Betriebstemperatur bekannt ist, reicht zur Regulierung des Druckes auch die Kenntnis der Spannung oder der Stromstärke aus, das Grundsignal der Regelung ist das Quadrat einer der beiden Größen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf einem gegebenen Anwendungsgebiet einen Turbogenerator einzusetzen, dessen Nennbelastbarkeit (d. h. die Belastbarkeit bei atmosphärischem Druck) 70 bis 80% der auftretenden Spitzenbelastung sntspricht. Dieser Umstand bedeutet im Vergleich zu den Investitionskosten der bisher für die Spitzenbelastung dimensionierten Maschinen eine wesentliche Einsparung.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Einrichtung geschaffen, bei der der Turbogenerator einen dichten abgeschlossenen inneren Raum, ein sich an diesen anschließendes Kreisluftkühlungssystem und eine über einen Kompressor und einen Luftbehälter verfügende Luftdosiervorrichtung aufweist. Erfindungsgemäß enthält die Einrichtung im nneren Raum ein den Druck zwischen 1,01 und 2 bar stufenlos regulierendes Organ.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen ausführlicher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:. Fig. 1: skizzenhaft im Querschnitt die Nut der Rotorwicklung eines bekannten, intensiv direkt leitergekühlten Turbogenerators, Fig. 2: ein Elementarteil der in Fig. 1 dargestellten Wicklung in perspektivischer Ansicht gezeigt, zusammen mit einem

Temperaturverteilungsdiagramm, wie dies über der Länge des Kanals auftritt, Fig.3: das Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig.4: ein Diagramm, dessen Kurvenscharen die Änderung der Temperatur der Rotorwicklung als Funktion der in der Wicklung auftretenden Verlustleistung zeigen,

Fig. 5; ein sich an Fig.4 anschließendes Diagramm der Änderung des Wirkungsgrades als Funktion der Belastung. Zum Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zweckmäßig, zunächst die Verhältnisse der Wärmeübergabe zwischen dem die Rotorwicklung bildenden Teil und der dieses kühlenden Luft zu analysieren. Zu diesem Zweck ist in Fig. 1 der durch eine Nut geführte schematische Schnitt einer über kurze Kühlkanäle verfügenden, direkt gekühlten Rotorwicklung mit der aus der GB-PS 1 456068 bekannten kombinierten Lufteinspeisung dargestellt. Die einzelnen Gänge der aus Kupfer gefertigten Wicklung sind durch Isolierungen voneinander getrennt, und in jedem Gang befinden sich ein oder mehrere Kühlkanäle 1. Die Kühlkanäle 1 sind, was die Strömung der Luft betrifft, parallel geschaltet, ihre Einströmseite steht mit einem linksseitigen Kanal

2 der Nut in Verbindung. Die Einführung der Kühlluft in den Kanal 2 erfolgt\s©n oben, aus der Richtung.· !es Luftspaltes 3, und von unteft, aus der Bodennut 4. Die Ausströmseiten der Kühlkanäle 1 kommunizieren mit einem rechtsseitigen Kanal 5 der Nut, von wo aus die erwärmte Luft in Richtung des Luftspaltes austritt. Die Strömung der Kühlluft ist in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet. Im Fall des erwähnten pick-up-Systems der Kühlung fehlt die Einspeisung von unten, bei der Kühlung aus der Belüftungsnut fehlt die Einspeisung von oben.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Wicklung. Die gestrichelte Linie bezeichnet einen ausgewählten Kühlkanal 1, der mit durchgehender Linie gezeichnete Quader bedeutet das Teilvolumen, dessen Kühlung durch den ausgewählten Kühlkanal 1 gewährleistet wird. Unmittelbar über dem Kühlkanal 1 ist die Änderung Δ t_g beziehungsweise Δ t_r der Temperatur der Kühlluft und der Temperatur des Kupfers entlang des Kühlkanals 1 angegeben.

Da das Kupfer ein sehr guter Wärmeleiter ist, kann seine Temperatur entlang des kurzen Kanals infolge der konduktiven Wärmeströmung als konstant oder fast konstant angesehen werden. Die eintretende Kühlluft erwärmtsLch in dem Kühlkanal 1, und ihre Austrittstemperatur unterscheidet sich kaum von der des Kupfers. Die Temperatur der Luft ist am Ende des Kanals um den Betrag Δ t_gm angestiegen, und die Temperatur des Kupfers ist um den Betrag At_r = Δ t_rm höher als die Temperatur der einströmenden Kühlluft.

Obwohl die Kühlung des Kupfers auch auf andere Weise als hier beschrieben gelöst werden kann, setzt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Kühlsystem voraus, bei dem die Temperatur des Kupfers über die gesamte Länge der einzelnen Kühlkanäle im wesentlichen konstant ist, d.h. innerhalb der Grenzen von etwa ± 5'C konstant ist, wobei diese Temperatur im wesentlichen identisch mit der der austretenden Luft oder höchstens etwa 10°C höher als diese ist. Derartige Kühlungen werden als intensive direkte Leiterkühlungen bezeichnet. Der Rotor intensiv direkt leitergekühlter Turbogeneratoren weist im Interesse der Verringerung von Reibungsverlusten im allgemeinen eine größere Länge und einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf, das Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser liegt im allgemeinen zwischen 3 und 5. Fig. 3 zeigt schematisch die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Einrichtung. Der mit einem intensiv direkt leitergekühlten Rotor versehene, luftgekühlte Turbogenerator 10 verfügt über von Wasser durchströmte Wärmeaustauscher 11 und 12, deren Ein- und Ausflußstutzen über Anschlüsse 13 und 14 mit einem Kühlwasserzirkulationssystem in Verbindung stehen. Die aus dem Gehäuse herausragenden Wellenenden des Rotors des Turbogenerators 10 sind mit Dichtungen 15; 16 versehen, die zum Beispiel die für wasserstoffgekühlte Turbogeneratoren üblicherweise verwendeten ölgeschmierten Wellenverschlüsse oder mit engem Spalt arbeitende trockene, zum Beispiel Kohleringverschlüsse sein können.

An das Kühlsystem ist eine Leitung 17 angeschlossen, die über Druckregulierungsventile 18 und 19 mit einem Luftbehälter 20 in Verbindung steht. Aus dem freien Luftraum kann Luft durch ein Filter 21, zwei parallel betreibbare Kompressoren 22; 23 und einen Trockner 24 in den Luftbehälter 20 gelangen.

In dem Luftbehälter 20 herrscht ein Druck von etwa 10 bar, der durch einen Durchmesser 25 angezeigt wird. Der in der Leitung 17 und damit auch im Innern des Turbogenerators 10 herrschende Druck wird von einem Druckmesser 26 gemessen. Das Druckregulierungsventil 18 kann mittels eines Magnetventils 27 umgangen werden. Mit Hilfe der Druckregulierungsventile 18 und 19 kann der im Turbogenerator 10 herrschende Druck zwischen etwa 1,01 und 2 bar stufenlos geregelt werden. Die Regelung kann von Hand erfolgen, sie ist jedoch auch automatisierbar.

Die die Betriebsparameter des Turbogenerators 10 messenden und anzeigenden Geräte sind in Fig. 3 der Einfachkeit halber nicht dargestellt.

Das Neue der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung besteht darin, daß der Druck der Kühlluft im Innenraum des Turbogenerators 10 vom atmosphärischem Druck bis zu etwa 2 bar stufenlos erhöht werden und auf einem konstanten Wert gehalten werden kann.

Wie erwähnt, sind die Luftreibungsverluste des Turbogenerators 10 infolge des geringen Rotordurchmessers verhältnismäßig niedrig. Dieser Umstand sowie die infolge der intensiven direkten Leiterkühlung gleichmäßige und beherrschbare Kupfertemperatur machten es zweckmäßig, den Betriebsdruck im Interesse einer Erhöhung der Belastbarkeit zu erhöhen. Im folgenden wird auf Grund von Messungen der Verlauf der Hauptparameter des Turbogenerators 10 bei Anwendung unterschiedlicher Kühlluftdrücke erläutert.

Die Messungen wurden an einem luftgekühlten Turbogenerator 10 mit einer Nennleistung von 75MVA und zum Vergleich an drei weiteren, wasserstoffgekühlten Turbogeneratoren vorgenommen, deren Nennleistung 80 MW betrug und deren innerer Aufbau und Abmessungen denen des ersten Turbogenerators entsprachen. Als Kühlmittel wurde statt Wasserstoff Luft verwendet. Der Druck wurde im Bereich von 1 bis 2,2 bar in etwa 50 Meßpunkten gemessen. Die ausführliche Analyse der Meßergebnisse zeigte, daß zwischen den an den einzelnen Maschinen gemessenen Übertemperaturen eine gute Übereinstimmung bestand. Aus den Werten konnten auch Zusammenhänge allgemeiner Gültigkeit gewonnen werden.

Es wurde gefunden, daß im Fall von Luftkühlung die Belastbarkeit der Maschine entscheidend von der Übertemperatur der Rotorwicklung begrenzt wird.

Für die Übertemperatur des Rotors ergab sich folgender Zusammenhang:

. 6

ρ . P 0,92

ρ der absolute Luftdruck (bar),

P_Fe der Eisenverlust (kW),

P_z der Kurzschlußverlust (kW) und

P_r der Kupferverlust des Rotors (kW)

bedeuten.

Die Kurvenscharen des Diagramms in Fig.4 zeigen den Temperaturanstieg in der Rotorwicklung als Funktion der in ihr entstehenden Verlustleistung bei unterschiedlichen Maschinenbelastungen und Luftdrücken, konstantem Eisenverlust und unter Vernachlässigung der Änderung der sich mit der Belastung ändernden Kurzschlußverluste. In der Fig. sind die zu den einzelnen charakteristischen Punkten gehörenden Leistungen angegeben. Zum Vergleich ist auch die Übertemperatur der Rotorw.cklung einer wasserstoffgekühlten Maschine eingezeichnet (durch schräge Schraffur bezeichneter Bereich). Bei eher Belastung von 75 MVA und einem cos φ = 0,85±>etrug der Verlust des Rotors, in Abhängigkeit von der^Temperatur der kalten Kühlluft und deren Druck, 230 bis 250kW. Wurde der innere Luftdruck um 25% erhöht, stieg der Verlust des Rotors ebenfalls um etwa 25% (bej gleicher Rotortemperatur) an. Dem 25%igen Anstieg des Verlustes stehen jedoch ein etwa 12%iger Anstieg des Erregerstromes und ein etwa 20%iger Anstieg der abgegebenen Leistung gegenüber, d.h. die Maschine mit einer Nennleistung von 75 MVA kann mit einer Leistung von annähernd 90 MVA belastet werden (wobei der Temperaturanstieg im Rotor gleich bleibt). Wie aus Fig.4 ersichtlich, kann die Belastbarkeit der Maschine durch eine weitere Erhöhung des Druckes noch weiter gesteigert werden (bis zu einem Wert von 100 MVA bei einem Druck von 1,5 bar). Die Wicklung des Stators läßt diese Steigerung noch zu. Bei einem Betrieb im Bereich nahe einem Wert des cos φ von 1 wird jedoch die in den Enden des Eisenkörpers des Stators auftretende Erwärmung vom Anstieg des Luftdruckes nicht im gleichen Maße beeinflußt. Die proportional mit dem Luftdruck ansteigenden Luftreibungsverluste führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades, und dadurch sind einer weiteren Erhöhung des inneren Druckes praktisch Grenzen gesetzt-Diese Erscheinungen sind in Fig. 5 dargestellt. Die Kurve a zeigt den Wirkungsgrad der untersuchten Maschine bei einem Druck von 1 bar, die Kurve b den Wirkungsgrad bei 1,25 bar und die Kurve c den Wirkungsgrad bei 1,5 bar. Wegen der an den Enden des Eisenkernes auftretenden Effekte beträgt die durch den Rotor bestimmte Belastbarkeit 90 MVA bei einem Druck von 1,25 bar, beziehungsweise 100 MVA bei einem Druck von 1,5 bar — in Wirklichkeit jedoch nur 88 beziehungsweise 95 MVA.

Der Wirkungsgrad als Funktion der Belastung bei ständig ansteigenden Drucken im Turbogenerator wird-durch die strichpunktierte Kurve d für Belastungen von über 75MVA veranschaulicht.

Die Kurvene und fin Fig. 5 bezeichnen die Wirkungsgrad-Kennlinien von zwei unterschiedlichen, jedoch gleichermaßen für eine Nennbelastung von 95 MVA dimensionierten Turbogeneratoren bei atmosphärischem Druck. Der Rotor des die Kurve e iefernden Turbogenerators hatte den selben Durchmesserund größere Länge, im Fall der Kurve f war die Länge des Rotors deiner und sein Durchmesser größer.

3ei der Ermittlung des resultierenden Betriebswirkungsgrades aus den zu identischen Belastungen gehörenden Λ/irkungsgraden, d.h. durch Vergleich der Kurven a, d und e ist von entscheidender Bedeutung, mit welcher Belastung die Maschine über welche Zeitabschnitte hinweg betrieben wird. Beträgt innerhalb einer bestimmten Zeit (zum Beispiel innerhalb sines Jahres) die Belastung in der meisten Zeit (z. B. 90% der Gesamtzeit) 75 MVA, und tritt dieSpitzenbelastung von 95 MVA nur selten auf, so ist auch der resultierende Wirkungsgrad der unter erhöhtem Druck arbeitenden Maschine günstiger. Der Wirkungsgrad der Maschine mit kürzerem Rotor größeren Durchmessers (Kurve f) ist bis zu einer Belastung von 95 MVA ausgesprochen schlechter als der der Maschine mit75MVA Nennleistung.

In diesem Vergleich ist noch nicht berücksichtigt, daß die Investitionskosten der für eine Belastung von 95 MVA dimensionierten Maschine wesentlich höher sind als die der Maschine mit 75 MVA Leistung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist demnach die Belastbarkeit einer für eine bestimmte Nennleistung dimensionierten Maschine durch Steigerung des im Generator herrschenden Luftdruckes über diese Nennleistung hinaus erhöhbar, und auf diese Weise können die ze'itweise auftretenden Spitzenbelastungen ohne Einsatz weiterer Maschinen beziehungsweise ohne Aufstellung einer für die Spitzenbelastung dimensionierten kostenaufwendigeren Maschine aufgefangen werden.

Es ist zweckmäßig, bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Turbogeneratoren zu betreiben, deren Nennbelastung 70 bis 80% der auftretenden Spitzenbelastung beträgt.

Im Vergleich zu den herkömmlichen luftgekühlten Turbogeneratoren ergeben sich bedeutende weitere Vorteile daraus, daß die Temperatur des Rotors unabhängig von der Belastung konstant ist, wodurch die aus der sich ändernden Wärmeausdehnung des Eisens und des Kupfers resultierenden Probleme praktisch entfallen. Vorteilhaft ist auch das geschlossene Luftkühlungssystem, weil dadurch der Feuchtegehalt der Luft beherrschbar ist. Ein zu großer Fechtegehalt der Luft verringert ja bekanntlich die Lebensdauer und die Betriebssicherheit der Turbogeneratoren.

Der Druck der Kühlluft wird in der erfindungsgemäßen Einrichtung am zweckmäßigsten auf Grund der Messung des Widerstandes des Rotors oder an Hand der Rotorcharakteristik auf Grund der Messung des Rotorverlustes reguliert. Aus dem Widerstand des Rotors wird die Temperatur der Wicklung bestimmt, und bei einem Ansteigen beziehungsweise einem Absinken der Belastung wird der Druck unter Beibehaltung der Rotortemperatur geregelt. Der Rotorverlust kann aus der Spannung oder der Stromstärke des Rotors bestimmt werden.

Die Regelung kann von Hand erfolgen, ist jedoch auf Grund der hier beschriebenen Anforderungen auch leicht automatisierbar.

Claims

Patentanspruch:

1. Verfahren zur Regulierung der Belastbarkeit schneilaufender, luftgekühlter Turbogeneratoren mit intensiver direkter Leiterkühlung derr Rotorwicklung, gekennzeichnet dadurch, daß man den Druck der Kühlluft bei Anstieg der Belastung auf einen absoluten Druckwert von maximal 2 bar erhöht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man die Temperatur der Rotorwicklung mißt und unter Beibehaltung dieser Temperatur den Druck innerhalb eines Bereiches von + 5°C verändert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß man die Temperatur der Rotorwicklung durch Messung des durch sie hindurchfließenden Stromes und der an ihr abfallenden Spannung bestimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß man die auf der Messung der Rotortemperatur basierende Regelung auf Grund des Quadrates des gemessenen Spannungs- oder Stromwertes vornimmt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man einen mit 70 bis 80% des bei dem jeweiligen Anwendungsgebiet als Spitzenbelastung auftretenden Wertes belastbaren Turbogenerator verwendet.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Turbogenerator einen dicht abgeschlossenen inneren Raum, ein sich an diesen anschließendes Kreisluftkühlungssystem und eine über Kompressoren und einen Luftbehälter verfügende Luftdosiervorrichtung aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß sie im inneren Raum ein den Druck zwischen 1,02 und 2 bar stufenlos regulierendes Organ enthält.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß sie ein den im inneren Raum herrschenden Druck messendes Organ sowie ein auf Grund des Widerstandes der Rotorwicklung die Temperatur des Rotors wahrnehmendes Organ enthält.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß sie ein den Druck in Übereinstimmung mit der Änderung der Belastung bei Beibehaltung einer konstanten Rotorwicklungstemperatur veränderndes Organ aufweist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß sie einen den Feuchtegehalt der in den Luftbehälter (20) eingeführten Luft auf einen konstanten Wert einstellenden Trockner (24) aufweist.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen