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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine, die eine an der Rotorwelle befestigbar ausgeführte Buchse mit einem Kanal zum Fliessen der Flüssigkeit aufweist, wobei diese Buchse eine Druck-, Ableitungs- und Abflussringkammer enthält, welche Kammern durch miteinander verbundene und in bezug auf die Buchse mit einem Spalt angeordnete feststehende Ringtrennwände gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (1) mit vorspringenden Ringtrennwänden (5) ausgeführt ist, die zusammen mit den feststehenden Ringtrennwänden (7) die genannten Spalte bilden, die durch Dichtungsleisten (18) aus elastischem gummiartigen Werkstoff überdeckt werden, die in der Druck- (11) und der Abflusskammer (13) angeordnet sind,
wobei jede Leiste an der einen der einen Spalt bildenden Ringtrennwände (5, 7) befestigt ist und ihre Oberfläche mit der anderen Trennwand (7, 5) in Berührung steht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Ringtrennwände (7) h-förmig ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den kontaktierenden Flächen der Dichtungsleisten (18) Rillen (23, 24) für die Zuführung der Flüssigkeit aus den Kammern (11, 13) zu den kontaktierenden Flächen zwecks deren Benetzung eingearbeitet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (23, 24) radial ausgeführt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die erfindungsgemässe Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine kann mit Erfolg in solchen Fällen verwendet werden, wenn eine Intensivierung der Kühlung oder eine Erhöhung des Ausnutzungsfaktors der Maschine (Essonscher Faktor), der die Effektivität der Ausnutzung der aktiven Materialien kennzeichnet, erforderlich ist.
Es soll hervorgehoben werden, dass in der letzten Zeit eine Notwendigkeit der Entwicklung und des Baus von solchen Wasserkraftanlagen aufgetreten ist, die mit niedrigen Wasserdrücken betrieben werden. Besonders wirkungsvoll sind darunter Rohrturbinenanlagen, d.h. solche Aggregate, bei denen der Rotor, die Turbine und sämtliche Hilfsbaugruppen in einer gemeinsamen Umhüllung, dem gekapselten Gehäuse, untergebracht sind. Da in solchen Aggregaten die Abmessungen des Generators bedeutend geringer sind als in Anlagen mit klassischen Wasserturbinen, muss zum normalen Betrieb desselben die Intensität dessen Kühlung wesentlich erhöht werden.
Zurzeit gibt es auf diesem Gebiet der Technik eine grosse Anzahl von verschiedenen Einrichtungen zur Kühlung der Erregerwicklung und der Polkerne des Rotors.
So sind z.B. Einrichtungen zur Luftkühlung des Rotors bekannt, die einen im Innern des Kopfteils des Kapselgehäuses angeordneten leistungsfähigen Lüfter mit einem auf der gleichen Welle sitzenden Elektromotor aufweisen. Eine solche Anordnung dieser Bauteile gemeinsam mit anderen Hilfsausrüstungsteilen ist mit einer gewissen Kompliziertheit der Konzeption behaftet.
Manche Firmen verwenden eine Kühlung der Rohrturbinengeneratoren mit Druckluft.
Der Nachteil dieser Kühlung besteht in der Notwendigkeit einer Abdichtung am Eintritt in das Kapselgehäuse sowie in der Notwendigkeit einer solchen konstruktiven Gestaltung der Dichtungen der Turbine und der Lager, dass der Pressluftdruck die Luft durch die Dichtung der Turbine in den Strom der verbrauchten Luft und das Öl aus den Lagerwannen nicht verdrängen kann. Die Einhaltung dieser Forderung ist ebenfalls kompliziert.
Die Kühlung mit Druckluft hat jedoch eine sehr komplizierte Bedienung des Generators zur Folge. So muss beispielsweise zum Zutritt in das Kapselgehäuse zwecks Wartung oder Reparatur der in ihm untergebrachten Baugruppen der Turbine oder des Generators der Druck im Kapselgehäuse herabgesetzt und der Lüfter abgestellt werden, was während des Betriebs des Aggregats nur kurzzeitig zugelassen wird. Die Notwendigkeit eines längeren Aufenthaltes des Bedienungspersonals im Innern des Kapselgehäuses führt zu zwangsläufigen Stillsetzungen des Aggregats, was mit einer wesentlichen Verschlechterung dessen Betriebsbedingungen verbunden ist.
Es sind Generatoren für Rohrturbinenanlagen mit Wasserkühlung im Stator und Rotor bekannt.
Wasser besitzt eine höhere Wärmekapazität als Luft und sein Wärmeableitungsvermögen überschreitet vielfach das jenige der Luft. Deshalb gewährleistet das durch die Hohlleiter der Stator- und Rotorwicklungen umlaufende Wasser eine recht wirksame Wärmeabfuhr.
Es sind Einrichtungen für die Zuleitung von Wasser bei Wasserturbinenanlagen bekannt, die aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren und einem direkt an die Stirnfläche der Generatorwelle, an der die Verteilungsbuchse befestigt ist, anliegenden Wasserempfänger besteht. Durch die Verteilungsbuchse wird in die mit den Rotorwicklungen des Generators verbundenen Öffnungen in der Welle das Wasser zugeleitet. Der Wasserempfänger besteht aus den Druck-, Abflussund Ableitungskammern, die durch die miteinander verbundenen feststehenden Ringtrennwände gebildet sind. Zur Abtrennung der Druckkammer von den Abfluss- und Ableitungskammern werden im Gehäuse des Wasserempfängers Ring- und Stirndichtungen verwendet, die die stirnseitigen Spalte zwischen dem Gehäuse und der rotierenden Buchse überdecken.
Der Hauptnachteil dieser Einrichtungen besteht im Fehlen einer Selbstregelung des Andrucks der Dichtungen an die einen Spalt bildenden Bauteile und als Folge davon in der geringen Sicherheit der Einrichtung. Dies führt dazu, dass im Fall sogar eines nur kurzzeitigen Fehlens von Wasser in den Arbeitskammern des Wasserempfängers die Dichtungen schnell überhitzt und zerstört werden, so dass die Zerstörungsrückstände der Dichtung die Hohlleiter der Rotorwicklungen verstopfen, was zu einem Maschinenschaden führt.
Es ist auch eine Einrichtung für die Zuleitung von Kühlflüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine bekannt (US-PS 3335.303). Diese Einrichtung enthält zwei an der Rotorwelle koaxial angebrachte rohrartige Elemente, die einen umlaufenden Teil der Einrichtung bilden. Das äussere dieser rohrartigen Elemente ist als Buchse ausgebildet und wird von den Druck-, Abfluss- und Ableitungskammern umfasst, die durch die miteinander verbundenen radialen Ringtrennwände gebildet sind. Die radialen Trennwände sind feststehend und mit einem geringen Radialspalt in bezug auf das rohrartige Element angeordnet, der ein gegenseitiges Streifen der feststehenden und umlaufenden Teile ausschliesst. Das Gehäuse ist mit dem umlaufenden rohrartigen Element mittels Lager und Ringe mit guten Gleiteigenschaften verbunden.
Die Anordnung von zwei koaxialen rohrartigen Elementen ist erforderlich zur Gewährleistung einer Thermoisolation zwischen dem aus der Druckkammer in das innere rohrartige Element zugeleiteten kalten Flüssigkeitsstrom und dem in den Abfluss- und Ableitungskammern fliessenden heissen Strom.
Bei der Verwendung dieser Einrichtung für die Zuleitung
der Flüssigkeit in den Rotor der elektrischen Maschine finden jedoch sehr bedeutende Durchströmungen des Wassers aus einer Kammer in die andere durch die radialen Spalte zwischen den feststehenden Ringtrennwänden und dem umlaufenden rohrartigen Element statt. Diese Durchströmungen, die in Umgehung des Generatorrotors aus der Druckringkammer in die Abflussringkammer geraten, können mehr als 50010 des gesamten Durchsatzes der Kühlflüssigkeit betragen.
Die grösseren Durchströmungen des Wassers erfordern unter der Bedingung einer Gewährleistung des festgelegten Durchsatzes an Kühlflüssigkeit den Einsatz von Pumpen mit erhöhter Förderleistung.
Ausserdem vermengt sich das Wasser dieser Durchströmungen mit dem aus dem Rotor austretenden heissen Wasser, setzt die Gesamttemperatur des Wassers in der Abflussrohrleitung, an der die Geräte zur Durchführung der Thermokontrolle angeordnet sind, herab, und verzerrt dadurch die Messergebnisse des Wärmezustandes des Rotors.
Die Unmöglichkeit einer wesentlichen Verminderung der Grösse der Durchströmungen erklärt sich dadurch, dass die Spalte bei dieser Konstruktion nicht unendlich klein ausgeführt werden können, da man einen stabilen Spalt wegen den Temperaturverformungen des Werkstoffs der Dichtung der feststehenden Radialtrennwände nicht erreichen kann.
Ein anderer Nachteil dieser Einrichtung besteht in der
Kompliziertheit deren Montage, da bei der koaxialen Anordnung zweier rohrartiger Elemente Schwierigkeiten beim Einbau der Dichtungen an den schwer zugänglichen Stellen im
Innern der Welle entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine zu schaffen, um zu ermöglichen, dass die Trennwände zwischen den Druck-, Ableitungs- und Abflusskammern so ausgeführt sind, dass die Durchströmungen der Flüssigkeit aus einer Kammer in die andere herabgesetzt werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss die Buchse mit vorspringenden Ringtrennwänden ausgeführt ist, die zusammen mit den feststehenden Ringtrennwänden die genannten Spate bilden, die durch Dichtungsleisten aus elastischem gummiartigen Werkstoff überdeckt werden, die in der Druck- und der Abflusskammer angeordnet sind, wobei jede Leiste an der einen der einen Spalt bildenden Ringtrennwände befestigt ist und ihre Oberfläche mit der anderen Trennwand in Berührung steht.
Die Ausbildung der Buchse mit vorspringenden Ringtrennwänden, die einen Spalt mit den feststehenden Ringtrennwänden bilden, gestattet die Dichtungsleisten in einer solchen Weise anzuordnen, dass sie den angegebenen Spalt überdecken.
Die Befestigung der den Spalt überdeckenden Dichtungsleiste an einer der Ringtrennwände gewährleistet bei einer Drehung der Buchse das Gleiten der Oberfläche des nicht befestigten Teils der Leiste über die andere Ringtrennwand.
Bei der Befestigung der Dichtungsleisten an den feststehenden Ringtrennwänden können diese Dichtungsleisten bei einer Drehung der Buchse mit ihren freien Flächen über die Seitenflächen der Ringtrennwände an der Buchse gleiten.
Bei der Befestigung der Dichtungsleiste an den Ringtrennwänden der Buchse laufen diese Dichtungsleisten gemeinsam mit der Buchse um und gleiten mit ihren freien Flächen über die Seitenflächen der feststehenden Ringtrennwände.
Die Anordnung der Dichtungsleiste in der Druck- oder Abflusskammer gewährleistet ein dichtes Andrücken der Arbeitsfläche dieser Leiste an die Trennwand, vermindert dadurch die Durchströmung des Wassers durch den Spalt in die nebenliegenden Kammern und gewährleistet eine Selbstregelung der Andrückkraft in Abhängigkeit vom Wasserdruck in der Kammer.
Dabei wird der nicht befestigte Teil der Leiste unter Einwirkung des Drucks des sich in der Kammer befindenden Wassers mit seiner freien Fläche an die Trennwand dicht angedrückt, wodurch die Durchströmungen des Wassers durch den Spalt in die nebenliegenden Kammern vermindert werden.
Es ist zweckmässig, an den in Berührung stehenden Flächen der Dichtungsleisten Rillen für die Zuführung der Flüssigkeit aus den Kammern an die kontaktierenden Flächen zwecks deren Benetzung auszubilden.
Die Tiefe der Rillen für die Zuführung der Flüssigkeit muss ausreichend für eine sichere und vollständige Benetzung der freien Fläche der Dichtungsleiste und der Seitenfläche der Ringtrennwände sein, welche Flächen sich während der Drehung der Buchse reiben und in Berührung stehen. Die Benetzung der sich während der Drehung der Buchse reibenden freien Fläche der Dichtungsleiste bzw. Seitenfläche der Ringtrennwand ermöglicht die Vermeidung des Verschleisses der Dichtungsleisten infolge Trocken- oder Halbtrockenreibung, so dass die Lebensdauer verlängert wird.
Es ist zweckmässig, die für die Zuführung der Flüssigkeit aus den Kammern zu den kontaktierenden Flächen bestimmten Rillen radial auszuführen. Eine solche radiale Ausbildung der Rillen ist für deren Herstellung besonders fertigungsgerecht.
Zweckmässig werden auch die feststehenden Ringtrennwände mit h-förmigem Schnitt ausgeführt. Die h-förmige Ausbildung der feststehenden Ringtrennwände gestattet einerseits die Montage und Herstellung der gesamten Einrichtung infolge Erleichterung der gegenseitigen Befestigung der feststehenden Ringtrennwände zu vereinfachen, und anderseits die Dichtungsleisten in einer solchen Weise zu befestigen, dass sie die Spalte zwischen den feststehenden Ringtrennwänden und den Ringtrennwänden der Buchse überdecken.
Die Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine vermindert die Durchströmungen des Wassers, erhöht die Betriebssicherheit der Einrichtung und setzt den Metallaufwand zu ihrer Herstellung herab.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine gemäss der Erfindung, im Längsschnitt;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-ll in Fig. 1;
Fig. 3 die Befestigung einer Dichtungsleiste im Schnitt, in vergrössertem Massstab;
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Befestigung einer Dichtungsleiste im Schnitt;
Fig. 5 eine zur Befestigung an der feststehenden Ringtrennwand vorgesehene Dichtungsleiste mit geradlinigen Rillen für die Zuführung einer Flüssigkeit aus der Kammer zu den kontaktierenden Flächen;
Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel der Rille an der zur Befestigung an der feststehenden Ringtrennwand vorgesehenen Dichtungsleiste;
;
Fig. 7 eine zur Befestigung an der Ringtrennwand der Buchse vorgesehene Dichtungsleiste mit geradlinigen Rillen für die Zuführung einer Flüssigkeit aus der Kammer zu den kontaktierenden Flächen; und
Fig. 8 ein anderes Ausführungsbeispiel der Rillen an der zur Befestigung an Ringtrennwand der Buchse vorgesehenen Dichtungsleiste.
Die Einrichtung für die Zuleitung einer Flüssigkeit in den Rotor einer elektrischen Maschine enthält eine Buchse 1 (Fig. 1), die mit ihrem Flansch 2 an der Stirnfläche der Welle 3 des Rotors mit Hilfe von nicht dargestellten Schrauben befestigt wird. Die Buchse 1 stellt gleichzeitig die Aussenbuchse eines Ölaufnehmers 4 und ein Teil der Einrichtung für die Zuleitung der Flüssigkeit dar. Die Buchse list mit vorspringenden Ringtrennwänden 5 ausgeführt. Das Gehäuse 6 wird durch einen Satz feststehender Ringtrennwände 7 mit hförmigem Profil gebildet, die miteinander mit Hilfe von nicht dargestellten Schrauben verbunden sind. Das Gehäuse 6 ist an der Buchse 1 auf zwei an beiden Seiten des Gehäuses angebrachten Kugellagern 8 und 9 angeordnet und wird gegen Drehung durch einen nicht dargestellten Anschlag gesichert.
Die Ringtrennwände 7 mit h-förmigem Profil bilden gemeinsam mit der Buchse 1 eine Ableitungskammer 10, eine Druckkammer 11, eine Ableitungskammer 12, eine Abflusskammer 13 und eine Ableitungskammer 14 aus. In der Druckkammer 11 ist ein Stutzen 15 für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit, in der Abflusskammer 13 ein Stutzen 16 zum Abfluss der verbrauchten Flüssigkeit und in den Ableitungskammern ein Stutzen 17 zur Ableitung der in diese Kammern aus den nebenliegenden Kammern durchströmenden Wassers angeordnet.
Die feststehenden Ringtrennwände 7 mit h-förmigem Profil sind mit einem Spalt in bezug auf die vorspringenden Ringtrennwände 5 der Buchse 1 angeordnet. Die Grösse des Spalts überschreitet die Spalte in den die umlaufenden und feststehenden Teile der Einrichtung verbindenden Lagerbaugruppen mit Berücksichtigung der Wärmeverformungen in den verschiedenen Elementen der Einrichtung und beträgt etwa 1 mm.
Jeder Ringspalt wird durch eine Ringdichtungsleiste 18 mit einer Stärke von etwa 4 mm überdeckt, die an einer der Trennwände befestigt ist. Diese Leisten 18 sind im Innern der Druckkammer 11 und der Abflusskammer 13 an deren beiden Seiten angeordnet. Die Ringdichtungsleiste 18 besteht aus einem elastischen gummiartigen Werkstoff, d.h. aus einem elastischen Werkstoff, der eine grosse Nachgiebigkeit aufweist, z.B. aus Gummi. Es ist auch die Verwendung von Dichtungsleisten aus Kautschuk und Polymerstoffen möglich.
Eine der Befestigungsvarianten der Ringdichtungsleiste 18 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die Dichtungsleiste 18 ist am Ringvorsprung 19 der Trennwand 7 mit Hilfe einer Andrückscheibe 20 durch Schrauben 21 befestigt und wird an die vorspringende Ringtrennwand 5 der Buchse 1 angedrückt.
Eine andere Befestigungsvariante der Ringdichtungsleiste 18 ist in Fig. 4 dargestellt. Die Dichtungsleiste 18 ist an der vorspringenden Ringtrennwand 5 der Buchse 1 mit Hilfe der Andrückscheibe 20 durch Schrauben 22 befestigt und wird an den Ringvorsprung 19 der Trennwand 7 angedrückt.
Am Umfang der am Ringvorsprung 19 der Trennwand 7 befestigten Dichtungsleiste 18 sind schräglaufende geradlinige Rillen 23 (Fig. 5) für die Zuführung der Flüssigkeit aus der Druckkammer 11 und der Abflusskammer 13 an die kontaktierenden Flächen dieser Leiste und der vorspringenden Ringtrennwand 5 der Buchse 1 ausgeführt. Die Tiefe der Rillen beträgt etwa 1 mm, wodurch eine sichere Benetzung der kontaktierenden Flächen bei der Drehung der Buchse 1 mit der Flüssigkeit gewährleistet und somit die Lebensdauer der Dichtungsleiste verlängert wird.
Eine andere Ausführungsvariante der Rillen an der am Ringvorsprung 19 der Trennwand 7 befestigten Dichtungsleiste 18 ist in Fig. 6 dargestellt, wo die analogen Elemente mit denselben Ziffern bezeichnet sind.
Die Rillen 23 sind radial ausgeführt. Diese Ausführung der Rillen ist fertigungsgerechter.
Im Fall einer Befestigung der Dichtungsleisten 18 an den vorspringenden Ringtrennwänden 5 der Buchse 1 werden die geradlinigen, schräglaufenden Rillen am Umfang über den Aussenradius der Leiste 18 (Fig. 7) ausgeführt und dienen für die Zuführung der Flüssigkeit aus der Druckkammer 11 und der Abflusskammer 13 zu den kontaktierenden Flächen dieser Leiste und des Ringvorsprungs 19 der Trennwand 7.
Eine weitere Ausführungsvariante der Rillen an der Dichtungsleiste 18, die an den vorspringenden Ringtrennwänden 5 der Buchse 1 befestigt werden, ist in Fig. 8 dargestellt, wo, wie vorangehend, die analogen Elemente mit gleichen Ziffern bezeichnet sind. Bei dieser Variante sind die Rillen 24 radial ausgeführt.
Der Kanal für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit aus der Druckkammer 11 in den Rotor der elektrischen Maschine wird durch die Öffnungen 25 in den vorspringenden Ringtrennwänden 5 (Fig. 1) der Buchse 1 sowie durch die zwischen den Ringtrennwänden 5 liegenden n-förmigen Trennwände 26 und ein Rohr 27 gebildet.
Die Einrichtung wirkt folgenderweise: Beim umlaufenden Rotor der elektrischen Maschine mit der an ihm befestigten Buchse 1 wird das Kühlwasser von der Pumpe durch eine nicht dargestellte Rohrleitung und den Stutzen 15 in die Druckkammer 11 geleitet und gelangt über die Öffnungen 25 sowie die durch die n-förmigen Trennwände 26 gebildeten Kanäle 28 und das Rohr 27 in die Öffnung 29 im Rotor 2, die mit dem nicht dargestellten Kühlsystem des Rotors verbunden ist. Das den Rotor durchfliessende erwärmte Wasser tritt aus der Öffnung 30 im Rotor heraus, durchfliesst das Rohr 31 und die Öffnung 32 in der Ringtrennwand 5 und gelangt in die Abflusskammer 13, von wo es durch eine Rohrleitung zur Pumpe zurückfliesst.
Das über die Ringdichtungsleisten 18 durchströmende Wasser wird in den Ableitungskammern 10, 12, 14 gesammelt und über die Stutzen 17 in das Entwässerungssystem abgeleitet.
Die an den Ringvorsprüngen 19 der Trennwände 7 befestigten Ringdichtungsleisten 18 gleiten mit ihren Arbeitsflächen über die Stirnflächen der umlaufenden Ringtrennwände 5 der Buchse 1.
Das in die Rillen 23 eindringende Wasser benetzt die sich reibenden Flächen und setzt dadurch ihren schnellen Verschleiss herab.
Bei der Befestigung der Ringdichtungsleisten 18 an den umlaufenden Ringtrennwänden 5 gleiten diese Leisten beim Umlauf mit ihren Arbeitsflächen über die Seitenflächen der Ringvorsprünge 19 der Trennwände 7.
Das in die Rillen 24 eindringende Wasser benetzt die sich reibenden Flächen und setzt dadurch ihren schnellen Verschleiss herab.
Dabei werden unter Einwirkung des Wasserdrucks in der Druckkammer 11 und Abflusskammer 13 die Dichtungsleisten 18 mit ihren Arbeitsflächen an die Flächen der Trennwände, über die sie gleiten, angedrückt. Das dichte Anliegen der Dichtungsleisten an den Trennwänden wird durch Herstellung der Leisten aus einem elastischen gummiartigen Werkstoff, z.B. aus Gummi, gewährleistet.
Bei einer Unterbrechung der Zuleitung des Kühlwassers wird die Andruckkraft der Arbeitsflächen der Dichtungsleisten 18 an die Seitenflächen der Trennwände vermindert, wodurch ein schneller Verschleiss dieser Dichtungsleisten bei einem kurzzeitigen Umlauf des Rotors ohne Benetzung deren Arbeitsflächen vermieden wird.
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PATENT CLAIMS
1. Device for supplying a liquid into the rotor of an electrical machine, which has a bushing which can be fastened to the rotor shaft and has a channel for flowing the liquid, this bushing containing a pressure, drainage and discharge ring chamber, which chambers are connected by interconnected chambers and with respect to the bushing, fixed ring partition walls are formed, characterized in that the bushing (1) is designed with projecting ring partition walls (5) which, together with the fixed ring partition walls (7), form the said gaps, which are formed by sealing strips (18) of elastic rubber-like material are covered, which are arranged in the pressure (11) and the discharge chamber (13),
each strip being fastened to one of the ring partition walls (5, 7) forming a gap and its surface being in contact with the other partition wall (7, 5).
2. Device according to claim 1, characterized in that the fixed ring partition walls (7) are H-shaped.
3. Device according to claim 1, characterized in that on the contacting surfaces of the sealing strips (18) grooves (23, 24) for supplying the liquid from the chambers (11, 13) to the contacting surfaces are incorporated for the purpose of wetting them.
4. Device according to claim 2, characterized in that the grooves (23, 24) are designed radially.
The present invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.
The device according to the invention for supplying a liquid into the rotor of an electrical machine can be used successfully in such cases if an intensification of the cooling or an increase in the utilization factor of the machine (Esson's factor), which characterizes the effectiveness of the utilization of the active materials, is required.
It should be emphasized that there has recently been a need to develop and build hydroelectric power plants that operate at low water pressures. Tubular turbine systems are particularly effective, i.e. such units in which the rotor, the turbine and all auxiliary assemblies are housed in a common casing, the encapsulated housing. Since the dimensions of the generator in such units are significantly smaller than in systems with classic water turbines, the intensity of its cooling must be increased significantly for normal operation.
There is currently a large number of different devices for cooling the excitation winding and the pole cores of the rotor in this field of technology.
For example, Devices for air cooling the rotor are known which have a powerful fan arranged in the interior of the head part of the capsule housing and having an electric motor seated on the same shaft. Such an arrangement of these components together with other auxiliary equipment parts is associated with a certain complexity of the conception.
Some companies use cooling of the tubular turbine generators with compressed air.
The disadvantage of this cooling is the need for a seal at the entry into the capsule housing and the need for such a structural design of the seals of the turbine and the bearings that the compressed air pressure pushes the air through the seal of the turbine into the flow of the used air and the oil cannot displace from the storage trays. Compliance with this requirement is also complicated.
However, cooling with compressed air results in very complicated operation of the generator. For example, in order to access the capsule housing for maintenance or repair of the turbine or generator assemblies housed in it, the pressure in the capsule housing must be reduced and the fan switched off, which is only permitted for a short time during operation of the unit. The need for a longer stay of the operating personnel inside the capsule housing leads to inevitable shutdowns of the unit, which is associated with a significant deterioration in its operating conditions.
Generators for tubular turbine systems with water cooling in the stator and rotor are known.
Water has a higher heat capacity than air and its heat dissipation capacity often exceeds that of air. Therefore, the water circulating through the waveguide of the stator and rotor windings ensures a quite effective heat dissipation.
Devices for the supply of water to water turbine systems are known which consist of two concentrically arranged tubes and a water receiver which lies directly against the end face of the generator shaft, to which the distribution bush is fastened. The water is fed through the distribution bushing into the openings in the shaft connected to the rotor windings of the generator. The water receiver consists of the pressure, drainage and drainage chambers, which are formed by the fixed ring partition walls connected to each other. To separate the pressure chamber from the drain and drainage chambers, ring and end seals are used in the housing of the water receiver, which cover the end gaps between the housing and the rotating bushing.
The main disadvantage of these devices is the lack of self-regulation of the pressure of the seals on the components forming a gap and, as a result, the poor safety of the device. This means that in the event of even a brief lack of water in the working chambers of the water receiver, the seals are quickly overheated and destroyed, so that the destruction residues of the seal clog the waveguides of the rotor windings, which leads to machine damage.
A device for supplying coolant to the rotor of an electrical machine is also known (US Pat. No. 3,335,303). This device contains two tubular elements which are coaxially attached to the rotor shaft and form a circumferential part of the device. The exterior of these tubular elements is designed as a bushing and is encompassed by the pressure, drainage and discharge chambers, which are formed by the interconnected radial ring partition walls. The radial partitions are fixed and arranged with a small radial gap with respect to the tubular element, which rules out a mutual streak of the fixed and rotating parts. The housing is connected to the circumferential tubular element by means of bearings and rings with good sliding properties.
The arrangement of two coaxial tubular elements is necessary to ensure thermal insulation between the cold liquid flow fed from the pressure chamber into the inner tubular element and the hot current flowing in the drainage and discharge chambers.
When using this device for the supply line
of the liquid in the rotor of the electrical machine, however, very significant flows of water from one chamber into the other take place through the radial gaps between the fixed ring partition walls and the circumferential tubular element. These flows, which bypass the generator rotor from the pressure ring chamber into the discharge ring chamber, can amount to more than 50010 of the total throughput of the cooling liquid.
The larger flows of water require the use of pumps with increased delivery capacity, provided that the specified throughput of coolant is guaranteed.
In addition, the water of these flows mixes with the hot water emerging from the rotor, lowers the total temperature of the water in the drainage pipe, on which the devices for carrying out the thermal control are arranged, and thereby distorts the measurement results of the thermal state of the rotor.
The impossibility of a substantial reduction in the size of the flow rates is explained by the fact that the gaps cannot be made infinitely small in this construction, since a stable gap cannot be achieved due to the temperature deformations of the material of the seal of the fixed radial partition walls.
Another disadvantage of this facility is that
Complication of their assembly, since with the coaxial arrangement of two tubular elements, difficulties in installing the seals in the hard-to-reach places in the
Arise inside the shaft.
The present invention has for its object to provide an improved device for supplying a liquid into the rotor of an electrical machine to enable the partitions between the pressure, discharge and drainage chambers to be designed so that the flows of the liquid be lowered from one chamber to the other.
The object is achieved in that, according to the invention, the bushing is designed with projecting ring partition walls which, together with the fixed ring partition walls, form the spades mentioned, which are covered by sealing strips made of elastic, rubber-like material, which are arranged in the pressure and the discharge chamber, whereby each ledge is attached to one of the annular partition walls forming a gap and its surface is in contact with the other partition wall.
The formation of the bush with projecting ring partitions, which form a gap with the fixed ring partition walls, allows the sealing strips to be arranged in such a way that they cover the specified gap.
The fastening of the sealing strip covering the gap to one of the ring partition walls ensures that the surface of the non-fastened part of the strip slides over the other ring partition wall when the bushing is rotated.
When the sealing strips are attached to the fixed ring partition walls, these sealing strips can slide with their free surfaces over the side surfaces of the ring partition walls on the socket when the bushing is rotated.
When the sealing strip is fastened to the ring partition walls of the bushing, these sealing strips run around together with the bushing and slide with their free surfaces over the side surfaces of the fixed ring partition walls.
The arrangement of the sealing strip in the pressure or drainage chamber ensures that the working surface of this strip is pressed tightly against the partition, thereby reducing the flow of water through the gap into the adjacent chambers and ensuring self-regulation of the pressing force depending on the water pressure in the chamber.
The part of the bar that is not fastened is pressed tightly against the partition wall with its free surface under the influence of the pressure of the water in the chamber, as a result of which the flow of water through the gap into the adjacent chambers is reduced.
It is expedient to form grooves on the contacting surfaces of the sealing strips for the supply of the liquid from the chambers to the contacting surfaces for the purpose of wetting them.
The depth of the grooves for the supply of the liquid must be sufficient for a safe and complete wetting of the free surface of the sealing strip and the side surface of the ring partition walls, which surfaces rub and come into contact during the rotation of the bushing. The wetting of the free surface of the sealing strip or side surface of the ring partition that rubs during the rotation of the bushing makes it possible to avoid wear of the sealing strips due to dry or semi-dry friction, so that the service life is extended.
It is expedient to radially design the grooves intended for supplying the liquid from the chambers to the contacting surfaces. Such a radial formation of the grooves is particularly suitable for production for their manufacture.
The fixed ring partition walls are also designed with an H-shaped cut. The H-shaped design of the fixed ring partition walls allows on the one hand to simplify the assembly and manufacture of the entire device by facilitating the mutual fastening of the fixed ring partition walls, and on the other hand to fasten the sealing strips in such a way that they gaps between the fixed ring partition walls and the ring partition walls cover the socket.
The use of the device according to the invention for the supply of a liquid into the rotor of an electrical machine reduces the through-flows of the water, increases the operational safety of the device and reduces the metal expenditure for its production.
The present invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figure 1 shows the device for the supply of a liquid in the rotor of an electrical machine according to the invention, in longitudinal section.
2 shows a section along the line II-II in Fig. 1.
Figure 3 shows the attachment of a sealing strip in section, on an enlarged scale.
Figure 4 shows another embodiment of the attachment of a sealing strip in section.
5 shows a sealing strip provided for attachment to the fixed ring partition with straight grooves for the supply of a liquid from the chamber to the contacting surfaces;
6 shows another embodiment of the groove on the sealing strip provided for fastening to the fixed ring partition;
;
7 shows a sealing strip provided for attachment to the ring partition of the socket with straight grooves for supplying a liquid from the chamber to the contacting surfaces; and
Fig. 8 shows another embodiment of the grooves on the sealing strip provided for attachment to the ring partition of the socket.
The device for supplying a liquid into the rotor of an electrical machine contains a socket 1 (FIG. 1) which is fastened with its flange 2 to the end face of the shaft 3 of the rotor with the aid of screws, not shown. The socket 1 simultaneously represents the outer socket of an oil pick-up 4 and part of the device for the supply of the liquid. The socket list is designed with projecting ring partition walls 5. The housing 6 is formed by a set of fixed ring partitions 7 with an H-shaped profile, which are connected to one another by means of screws, not shown. The housing 6 is arranged on the bushing 1 on two ball bearings 8 and 9 attached on both sides of the housing and is secured against rotation by a stop (not shown).
The ring partitions 7 with an H-shaped profile form, together with the bushing 1, a discharge chamber 10, a pressure chamber 11, a discharge chamber 12, a discharge chamber 13 and a discharge chamber 14. In the pressure chamber 11 there is a nozzle 15 for the supply of the cooling liquid, in the discharge chamber 13 a nozzle 16 for discharging the used liquid and in the discharge chambers a nozzle 17 for discharging the water flowing into these chambers from the adjacent chambers.
The fixed ring partitions 7 with an H-shaped profile are arranged with a gap with respect to the projecting ring partitions 5 of the socket 1. The size of the gap exceeds the gap in the bearing assemblies connecting the rotating and fixed parts of the device, taking into account the thermal deformations in the various elements of the device, and is approximately 1 mm.
Each annular gap is covered by an annular sealing strip 18 with a thickness of approximately 4 mm, which is attached to one of the partitions. These strips 18 are arranged inside the pressure chamber 11 and the drain chamber 13 on both sides. The ring sealing strip 18 is made of an elastic rubber-like material, i.e. made of an elastic material with great flexibility, e.g. made of rubber. It is also possible to use rubber and polymer sealing strips.
One of the fastening variants of the ring sealing strip 18 is shown in FIG. 3.
The sealing strip 18 is attached to the ring projection 19 of the partition 7 by means of a pressure plate 20 by screws 21 and is pressed onto the projecting ring partition 5 of the socket 1.
Another fastening variant of the ring sealing strip 18 is shown in FIG. 4. The sealing strip 18 is fastened to the projecting ring partition 5 of the socket 1 by means of the pressure plate 20 by means of screws 22 and is pressed onto the ring projection 19 of the partition 7.
On the circumference of the sealing strip 18 fastened to the ring projection 19 of the partition 7, oblique linear grooves 23 (FIG. 5) for supplying the liquid from the pressure chamber 11 and the discharge chamber 13 to the contacting surfaces of this strip and the projecting ring partition 5 of the socket 1 are made . The depth of the grooves is approximately 1 mm, which ensures that the contacting surfaces are reliably wetted with the liquid when the bushing 1 is rotated, thus extending the life of the sealing strip.
Another embodiment variant of the grooves on the sealing strip 18 fastened to the annular projection 19 of the partition 7 is shown in FIG. 6, where the analog elements are designated by the same numbers.
The grooves 23 are designed radially. This design of the grooves is more suitable for production.
If the sealing strips 18 are fastened to the projecting ring dividing walls 5 of the bushing 1, the straight, oblique grooves are made on the circumference over the outer radius of the strip 18 (FIG. 7) and serve for supplying the liquid from the pressure chamber 11 and the discharge chamber 13 to the contacting surfaces of this bar and the annular projection 19 of the partition 7.
A further embodiment variant of the grooves on the sealing strip 18, which are fastened to the projecting ring partition walls 5 of the bushing 1, is shown in FIG. 8, where, as before, the analog elements are designated by the same numbers. In this variant, the grooves 24 are designed radially.
The channel for the supply of the cooling liquid from the pressure chamber 11 into the rotor of the electrical machine is through the openings 25 in the projecting ring partitions 5 (FIG. 1) of the bushing 1 and through the n-shaped partitions 26 and 1 between the ring partitions 5 Tube 27 formed.
The device works as follows: In the rotating rotor of the electrical machine with the bushing 1 attached to it, the cooling water is passed from the pump through a pipeline (not shown) and the connector 15 into the pressure chamber 11 and passes through the openings 25 and through the n shaped partitions 26 formed channels 28 and the tube 27 into the opening 29 in the rotor 2, which is connected to the cooling system of the rotor, not shown. The heated water flowing through the rotor emerges from the opening 30 in the rotor, flows through the tube 31 and the opening 32 in the ring partition 5 and reaches the drain chamber 13, from where it flows back through a pipe to the pump.
The water flowing through the ring sealing strips 18 is collected in the discharge chambers 10, 12, 14 and discharged into the drainage system via the connecting pieces 17.
The ring sealing strips 18 fastened to the ring projections 19 of the partition walls 7 slide with their working surfaces over the end faces of the circumferential ring partition walls 5 of the bushing 1.
The water penetrating into the grooves 23 wets the rubbing surfaces and thereby reduces their rapid wear.
When the ring sealing strips 18 are attached to the circumferential ring partition walls 5, these strips slide with their working surfaces during the circulation over the side surfaces of the ring projections 19 of the partition walls 7.
The water penetrating into the grooves 24 wets the rubbing surfaces and thereby reduces their rapid wear.
Under the action of the water pressure in the pressure chamber 11 and the discharge chamber 13, the sealing strips 18 are pressed with their working surfaces onto the surfaces of the partition walls over which they slide. The tightness of the sealing strips on the partition walls is achieved by producing the strips from an elastic, rubber-like material, e.g. made of rubber, guaranteed.
If the supply of the cooling water is interrupted, the pressure force of the working surfaces of the sealing strips 18 on the side surfaces of the partition walls is reduced, as a result of which these sealing strips are quickly worn out when the rotor rotates for a short time without wetting their working surfaces.