DE3040799C2

DE3040799C2 - Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE3040799C2
Application number: DE3040799A
Authority: DE
Inventors: Vadim Borisovi&ccaron; Kaplunov; Viktor Vladimirovi&ccaron; Kuz'min; Boris Ivanovi&ccaron; Char'kov Ljutyj
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-11-01
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1986-06-05
Also published as: CH650621A5; FR2469033A1; SU915175A1; US4370800A; DE3040799A1; FR2469033B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Verfahren dieser Art finden Anwendung beim Auswuchten von Läufern leistungsfähiger Turbogeneratoren mit Flüssigkeitskühlung der Läuferwicklung.

Für das Flüssigkeitskühlsystem der Läuferwicklung solcher elektrischen Maschinen ist eine der Gewährleistung des Wärmegleichgewichtes des Läufers dienende symmetrische Anordnung einiger Dutzend hydraulischer Paralielzweige eines hydraulischen Kanals des Kühlsystems auf dem Läuferkörper geeignet.

Es ist jedoch sehr kompliziert, sämtliche hydraulische Parallelzweige streng symmetrisch auszuführen. Die Strömungs-Widerstände der jeweiligen Zweige sind außerdem infolge der Unterschiede der Innenabmessungen in den genannten Zweigen, Verbindungsbuchsen, Wasserzuführungsleitungen u. ä. sowie infolge eines unterschiedlichen Turbulenzgrades des Flüssigkeitsstromes in den Zweigen voneinander verschieden.

Diese Umstände führen zu einer unsymmetrischen Verteilung des Temperaturfeldes im Querschnitt der Läuferspaltzone sowie zu dadurch bedingter Durchbiegung und Unwucht des Läufers. Dies hat seinerseits eine Vergrößerung des zulässigen Vibrationspegels an den Läuferlagerungen zur Folge.

Die temperaturbedingte Unwucht kann außerdem durch eine Neuverteilung des Flüssigkeitsdurchsatzcs in den hydraulischen Zweigen des Kollisystems -während

des Läuferbetriebs bei einer Änderung der Betriebsart der elektrischen Maschine hervorgerufen werden. Man muß ständig den Vibrationspegel am Läufer überwachen und durch auf verschiedene Art und Weise vorgenommenes Auswuchten den Vibrationszustand des Läufers in den durch Normen festgelegten Grenzen aufrechterhalten.

Bekannte Verfahren zum Auswuchten von Läugern an elektrischen Maschinen durch Behebung der temperaturbedingten Unwucht sind arbeitsaufwendig, nicht technologiegerecht und gewährleisten nicht die Funktionösicherheit des Läufers bei sämtlichen Betriebsarten.

Ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch Anbringen von Auswuchlgcwichten ist aus isakowitsch M. M. Kleiman L I, Pcrtschano B. H.: »Behebung der Vibration an elektrischen Maschinen«, Energia-Verlag, Moskau, 1969, S. 182 bekannt. Dieses Verfahren beseitigt die Unwucht des Läufers und senkt seinen Vibrationspegel auf einen fcsigclegten Wert nur für eine bestimmte Betriebsart, beispielsweise für den Nennlastbetrieb.

Beim Umschalten der Maschine auf Unterlast- bzw. Leerlaufbetrieb sowie bei einer Änderung der Betriebsparameter des Kühlsystems kommt es zu einer unzuläs- sigen Vergrößerung der Vibration an den Läuferlagerungen.

Aus der gleichen Literaturquelle, S. 182 bis 183, ist ein Verfahren zur Kompensation der temperaturbedingten Unwucht durch eine Änderung de;- hydraulischen Widerstände in den Zweigen des hydraulischen Kanals des Kühlsystems der Läuferwicklung bekannt.

Dieses Verfahren besteht darin, daß zunächst der Vibrationspegel an den Läuferlagerungen gemessen sowie die Abschnitte des hydraulischen Kanals des Kühlsystems bestimmt werden, die die Temperaturbedingte Läuferdurchbiegung hervorrufen, und dann eine solche asymmetrische Temperaturverteilung im Läuferquerschnitt zustandegebracht wird, daß die genannte temperaturbedingte Läuferdurchbiegung und folglich die erhöhte Vibration behoben werden. Dies erfolgt durch eine Änderung der hydraulischen Widerstände (/.. B. durch teilweises Sperren von Kühlkanälen) in den Zweigen des hydraulischen Kanals des Kühlsystems der Läuferwicklung, welche den die Temperaturdurehbiegiing des Läufers hervorrufenden Zweigen entgegengesetzt liegen.

Die Genauigkeit der Feststellung der genannten Abschnitte sowie die Größe des Tsmperaturunterschicdcs kontrolliert man anhand der Vibrationsparameter an den Läuferlagerungen im stationären Betrieb beim Leerlauf und bei Belastung der Maschine.

Dieses Verfahren gestattet die Feststellung der Zweige des hydraulischen Kanals des Kühlsystems, deren hydraulischer Widerstand zu ändern ist, nur mittels der Versuch- und -Irrtum-Methode, was das mehrmalige Wiederholen arbeitsaufwendiger Operationen /um Aus- und Zusammenbau der elektrischen Maschine voraussetzt.

Nach der Behebung der temperaturbedingten Läuferdurchbiegung und Erzielung eines zulässigen Vibrationspegels bleibt jedoch bei diesem Verfahren das Temperaturfeld im Läuferquerschnitt ungleichmäßig, und die auf diese Weise ausgewuchtete Maschine kann nicht in sämtlichen möglichen Betriebsarten funktionssicher arbeiten, da das Temperaturfeld des Läufers sich bei einer Änderung der Betriebsart ändert und zur Unwucht des Läufers führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen zu schaffen, welches die temperaturbedingte Unwucht mit geringstem Arbeitsaufwand und hoher Genauigkeit an einem stillstehenden Läufer festzustellen und zu beheben ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, die lemperaturbedingte Unwucht an einem stillstehenden Läufer festzustellen und zu beheben. Dies wird dadurch erreicht, daß das Vorhandensein der tcmperatubedinglen Unwucht des Läufers nach dem gegenseitigen Verhält nis der Betriebsparameter der Kühlung der auf dem Läuferkörper angeordneten Parallelzweige des in Betrieb befindlichen Flüssigkeitskühlsystems, beispielsweise nach der Durchsatzmenge bzw. Geschwindigkeit der Flüssigkeit in diametral gegenüberliegenden hydraulischen Zweigen des genannten Kühlsystems, nachgewiesen wird.

Außerdem gewährleistet dieses Verfahren die Stabilität der zulässigen Vibrationsparameter bei verschiedenen Betriebsarten des Läufers. So wird z. B. bei einer Erhöung des Läufer-Erregerstromes im gleichen Maße auch die Erhitzung der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar der diametral gegenüberliegenden genannten Zweige erhöht werden, so daß die erzielte symmetrische Temperaturverteilung im Läufer nicht gestört wird.

Da die temperaturbedingte Unwucht des Läufers anhand der K>ntrolldaten der Betriebsparameter der Kühlung der genannten Zweige am ortsfesten Läufer behoben wird, entfallen im Gegensatz zu den früher bekannten Verfahren zum Auswuchten von Läufern die arbeitsaufwendigen Operationen des Aus- und Zusammenbaus der elektrischen Maschine und der Anlauf der letzteren zur Überprüfung der Vibratümsparameter.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untcransprüchen angegeben. Dabei wird vorzugsweise der Läufer gemäß dem vorliegenden Verfahren beim Nenndurchsatz der Kühlflüssigkeit in der Läuferwicklung ausgewuchtet.

Wenn ge'.näß Anspruch 2 der hydraulische Widerstand in den genannten Zweigen so geändert wird, daß das gegenseitige Verhältnis der Parameter gleiche Erhitzung der Flüssigkeit des Kühlsystems in dessen sämtlichen Zweigen gewährleistet, so wird nicht nur die Symmetrie, sondern auch die höchste Gleichmäßigkeit des Tempcraturfeldes im Läufer erreicht.

tin wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, gemäß Anspruch 3 die Parameter der genannten Zweige durch Zuführung von Marken in den Flüssigkeitsstrom am Kühlmittcleiniritt in den Läufer und Überwachung ihres Durchlaufes durch Isolationselemente der genannten Zweige zu erfassen.

Dadurch entfällt die Unierbringung von Gebern zur Destimmung der Betriebsparameter der Kühlung uniniticlbar an den genann'cn Zweigen, da man gegebenenfalls diese Parameter /. B. über die AmDlitude des Ableitstromes an den Isolationselementen der genannten Zweige bestimmen kann.

Dieses Varfahren ergmöglicht es außerdem, die Parameter der genannten Zweige sowohl am stehenden als auch am rotierenden Läufer zu bestimmen, da die Zuführung von Marken und Messung des Ableitstromes an den Isolationselementen außerhalb des Läuferkörpers und auch zu beliebigen Zeitpunkten des Betriebes der elektrischen Maschine vorgenommen werden kann, to Eine genauere Erfassung der Parameter kann gemäß Anspruch 4 bei der Registrierung der Marken durch am Austritt der genannten Zweige nach den Isolationselementen installierte Geber erfolgen.

Dadurch wird es möglich, gleichzeitig mit der Gewinnung eines allgemeinen Diagrammes der Betriebsparameter der Kühlung auch Diagramme für jeden Zweig zu gewinnen, eine Vergleichsanalyse zur Erkennung von Marken des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm vorzunehmen und somit die Beurteilung der Betriebsparameter der Kühlung während des Läuferbetriebs zu erleichtern.

Nachfolgend wird das Verfahren untei Bezugnahme auf die Diagramme und Schaltbilder weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematische Darstellung des Anschlusses hydrauliscLcrr Parallelzweige an die Ablaß- und Druckleitung;

F i g. 2 Vibrationsverlauf vor und nach dem Auswuchten des Läufers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig.3 Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus den hydraulischen Parallelzweigen bei temperaturbedingter Unwucht eines zweipoligen Läufers austritt;

Fig.4 prinzipielles Schaltbild zur Erfassung der Betriebsparameter der Kühlung am stillgestellten Läufer bei der Zuführung von Marken gemäß der Erfindung;

Fig.5 Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken durch die Isolationselemente für zehn Zweige vor der Änderung der hydraulischen Widerstände in den sämtlichen Zweigen;

Fj g. 6 Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken durch die Isolationselemente zweier Parallelzweige mit unterschiedlichen hydraulischen Widerständen;

F i g. 7 das gleiche wie in F i g. 5 nach der Änderung der hydraulischen Widerstände der Zweige gemäß der Erfindung;

F i g. 8 das gleiche wie in F i g. 6 mit gleichen hydraulischen Widerständen gemäß der Erfindung;

Fig.9 erfindungsgemäße Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus den sämtlichen genannten Zweigen bei gleicher Erhitzung austritt;

Fig. 10 erfindungsgemäße Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, die aus diametral gegenüberliegenden genannten Zweigen bei gleicher Erhitzung in diesen austritt;

F i g. 11 Zeitpunkte des Durchlaufen? der Marken durch die Isolationselemente zweier Parallelzweige und Zeitpunkte des Durchlaufens der Marken durch die Isolationselemente jed'".s dieser Zweige; Fig. 12 das gleiche wie in Fig.4 während des Betriebs der elektrischen Maschine.

Das Verfahren zum Auswuchten eines Läufers wird wie folgt durchgeführt.

Das Auswuchten eines Läufers 1 erfolgt an einem 500-MW-Turbogeneiü'or mit Wasserkühlsystem der Läuferwicklung 2 (siehe Fig. 1), welche aus mit inneren Kühlkanälen versehenen Quadratkupfer-Leitern ausgeführt ist.

Zunächst bestimmt man bei Nennstrombelastung mittels einer Vibrationsmeßeinrichtung den Vibrationspegel an den Lagerungen des Läufers 1, dabei betragen die vertikale und die horizontale Komponente des Vibrationsvektors entsprechend 52 bzw. 70 μίτι (siehe Fig. 2). Diese Vibrationsparameter liegen außerhalb der vorgeschriebenen Norm und sind infolge temperaturbedingter Unwucht des Läufers wegen einer ungleichmäßigen Erwärmung und Kühlung der Läuferspaltzone (siehe F i g. 3) zustande gekommen.

Das Kühlsystem der Wicklung 2 des Läufers 1 stellt zehn hydraulische Parallelzweige dar, welche mittels Isolationselementen 3 und 4 (siehe Fig. 1 und 4) zu Druck- und Ablaßleitungen zusammengeschaltet sind.

leder der zehn Zweige setzt sich aus zwei parallelgeschalteten Kiihlmittelleitungen zusammen. Die Strömungswiderstände der sämtlichen Zweige unterscheiden sich etwas voneinander.

Zur Behebung der temperaturbedingten Unwucht des Läufers werden die hydraulischen Widerstände in jedem Paar der diametral gegenüberliegenden Zweigleitungen gemessen und auf einen gleichen Wert durch eine Änderung der Wasserparameter in den Zweigen des Kühlsystems gebracht.

Dafür installiert man am Austritt jedes Parallelzweiges elektrolyiische Widerstandsgeber 5 (siehe Fig. 1), legt von einer Spannungsquelle ein Spannungspotential an die Wicklung 2 des Läufers 1 an und schließt einen Oszillographen mit Galvanometern 7 zur Registrierung des Ableitstromes an den isolationselementen 3, 4 und der Signale der elektrolytischen Widerstangsgeber 5 an. Der in der Schaltung (siehe F i g. 4) dargestellte Widerstand 8 dient der Begrenzung des durch das Galvanometer 7 fließenden Stromes.

Man setzt das Kühlsystem des Läufers 1 in Betrieb. Im stationären Betrieb des Kühlsystems wird in den Wasserstrom am Kühlmitteleintritt in den Läufer 1 (siehe Fig. 1) eine Dosis von Elektrolyt, d.h. eine Marke, zugeführt. Beim Durchlaufen der Marke durch die Zweige des Kühlsystems wächst an Eingangs-Isolationselementen 3 der Ableitstrom an und auf dem Oszillogramm wird ein Impulsstoß registriert, dessen Amplitude höher als die der Ausgangsimpulse ist. da die Marke zu gleicher Zeit die sämtlichen Eingangs-Isolationselememe passiert und der Ableitstrom somit stark ansteigt. Die Zeitpunkte des Duchlaufens der Marke durch die Isolationselemente 4 werden am Austritt von den elektrolytischen Widerstandsgebern 5 wahrgenommen, deren Signale ebenfalls auf dem Oszillogramm (siehe F i g. 5) festgehalten werden. Die Zeitabstände zwischen den Impulsen auf dem Oszillogramm entsprechen der Zeitspanne, innerhalb der die Marke den betreffenden Zweig durchläuft.

Der Unterschied in den Zeitabständen zwischen den impulsen (siehe Fig.6) geben Auskunft über unterschiedliche hydraulische Widerstände in den Zweigen. Ein größerer Zeitabstand zwischen den impulsen (siehe F i g. 6) entspricht einem höheren hydraulischen Widerstand, einem niedrigeren Durchsatz, einer höheren Überhitzung der Flüssigkeit bzw. einer höheren Erwärmung des Zweiges.

Die hydraulischen Widerstände in den Parallelzweigen werden durch entsprechende Wahl von Drosseln und deren Anbringung am Zweigaustritt geändert Diese Änderung erfolgt so lange, bis sämtliche Ausgangsimpulse auf dem Oszillogramm (s. F i g. 7) zusammenfallen. Bei der jeweiligen Wahl von Drosseln werden Oszillogramme (s. F i g. 6 und 8) aufgenommen.

Das Zusammenfallen er Impulse auf dem Os/.illogramm deutet darauf hin, daß das Kühlwasser in den sämtlichen Parallelzweigen sich gleich erhitzt (s. F i g. 9). die Temperatur in der Läuferspaltzone gleichmäßig verteilt und die temperaturbedingte Unwucht des Läufers damit behoben ist.

Die Vibrationsmessungen ergaben, daß die vertikale Komponente des Vibrationsvektor.s auf 8 und die horzontale auf Π μπι (s. F i g. 2) herabgesetzt sind.

Die temperaturbedingte Unwucht des Läufers kann weiterhin durch Ausgleich des hydraulischen Widerstandes zum mindesten in jedem Paar der diametral gegenüberliegende Zweigleitungen behoben werden. Dabei kommt ein symmetrisches, jedoch weniger gleichmäßiges Temperaturfeld zustande (s. Fig. 10).

Die Gewinnung des gemeinsamen Diagrammes der Betriebsparameter der Kühlung (s. F i g. 7, Diagramm 1) und der Diagramme für jeden Zweig (s. Fig. 7, Diagramme 2 bis 10) ermöglicht es, eine Vergleichsanaly.se zur Erkennung der Marke des jeweiligen Zweiges auf dem allgemeinen Diagramm (s. Fig. 11) vorzunehmen, wodurch die Beurteilung der Betriebsparametcr der Kühlung währenddes Betriebs des Läufers 1 erleichtert wird. Das Schaltbild der Meßanordnung zur Überwachung der Betriebsparameter der Kühlung des Läufers während seines Betriebs zeigt Fig. 12.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen mit einem in Form von hydraulischen Parallelzweigen auf dem Läuferkörper ausgeführten Flüssigkeitskühlsystem der Läuferwicklung, durch Änderung des hydraulischen Widerstandes in den Parallelzweigen bis zur Beseitigung der asymmetrischen Temperaturverteilung im Läufer, die seine Unwucht hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsparameter der Kühlung der genannten Zweige am in Betrieb befindlichen Flüssigkeitskühlsystem ermittelt werden und die hydraulischen Widerstände in den genannten Zweigen so geändert werden, daß das gegenseitige Verhältnis der erwähnten Parameter eine gleiche Übererwärmung der Flüssigkeit zum mindesten in jedem Paar von diametral gegenüberliegenden Zweigleitungen des Kühlsystems gewährleistet.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Widerstand in den genannten Zweigen so geändert wird, daß das gegenseitige Verhältnis der erwähnten Parameter gleiche Übererwärmung der Flüssigkeit in den sämtlichen genannten Zweigen des Kühlsystems gewährleistet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der genannten Zweige durch Zuführung von Marken in den Flüssigkeitsstrom am Kuhlmitteleintritt in den Läufer und Überwachung ihres Durchlaufes dt-rch Isolationselemente der genannten Zweige erfaßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken nach Anzeigen von am Austritt der genannten Zweige nach den !solationselementen installierten Gebern erkannt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken Elektrolytdosen sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Durchgangs einer Marke durch einen Zweig des Kühlsystems zur Beurteilung von dessen Strömungswiderstand dient.