DE1038078B

DE1038078B - Verfahren zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren

Info

Publication number: DE1038078B
Application number: DED17980A
Authority: DE
Inventors: Max Dunger
Original assignee: MAX DUNGER
Current assignee: MAX DUNGER
Priority date: 1954-06-11
Filing date: 1954-06-11
Publication date: 1958-09-04

Description

Verfahren zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur elektrischer Maschinen, insbesondere von Turbogeneratoren, bei welchen durch einen besonderen Kühlkreislauf die Leistung und die Lebensdauer der Maschinen erhöht wird.
Die Leistung elektrischer Maschinen wird durch die thermische Beanspruchung verschiedener Maschinenteile begrenzt. Dies gilt insbesondere für die Wicklung.
Aus diesen Gründen und mit Rücksicht auf die Wärmebeständigkeit des Isolationsmaterials sind Grenztemperaturen festgelegt, deren Überschreitung eine Verkürzung der Lebensdauer der Maschine zur Folge hat. Für die Lebensdauer elektrischer Maschinen ist jedoch nicht nur die Einhaltung der Grenztemperatur wichtig, sondern sehr entscheidend auch die Vermeidung erheblicher, insbesondere sprunghaft auftretender Temperaturänderungen, wie sie beim Anfahren, plötzlichen Belastungsänderungen und beim Stillsetzer auftreten.
Es sind Verfahren bekannt, die eine Leistungserhöhung elektrischer Maschinen durch besondere Kühleinrichtungen ermöglichen sollen. Bei diesen Verfahren werden die elektrischen Maschinen durch flüssige Luft oder durch sonstige flüssige oder gasförmige Kühlmittel gekühlt. Es wird auch versucht, durch konstruktive Maßnahmen, z. B. durch Anordnung von Kühlkanälen unter den Wicklungen bzw. durch Direktleiterkühlung und durch Anwendung von Wasserstoff eine Verbesserung der Kühlung zu erreichen.
Durch Vorheizen des Induktors beim Anfahren bzw. Nachheizen beim Stillsetzer sowie durch Konstanthalten des Induktorstromes während des Betriebes, Verwendung von Spezialkupfer für die Induktorwicklung bzw. auch durch Anpassen der Kühlmitteltemperatur durch Veränderung der Kühlmittelmenge ist es möglich, plötzliche sprunghafte Temperaturänderungen weitgehendst zu vermeiden und somit die Lebensdauer zu erhöhen.
Mit den eingangs erwähnten Verfahren zur Kühlung elektrischer Maschinen durch flüssige Luft oder durch sonstige flüssige oder gasförmige Kühlmittel kann durch die erhöhte Wärmeabfuhr eine Erhöhung der Maschinenleistung bei Einhaltung der Grenztemperatur erreicht werden. Es besteht jedoch der Nachteil, daß hierbei nur gekühlt werden kann und eine Anpassung an die wirtschaftlichste Arbeitstemperatur kaum möglich ist, insbesondere beim Anfahren bzw. Stillsetzer erhebliche Temperaturänderungen auftreten. Die Praxis zeigt immer wieder, daß besonders bei Großmaschinen, z. B. Turbogeneratoren, durch Nichtanpassung der Kühlmitteltemperatur oder der Kühlmittelmenge an die jeweiligen Betriebsverhältnisse starke thermische Beanspruchungen auftreten, die sich nicht nur sehr nachteilig auf das Isolationsmaterial auswirken, sondern oft auch eine bleibende Verformung der Induktorwicklung hervorrufen, was zu Maschinenschäden bzw. Maschinenausfällen führt.
Beim Vor- bzw. Nachheizen des Induktors sind leicht örtliche Überhitzungen möglich, so daß Schäden an der beheizten Wicklung auftreten. Die vorstehend aufgezeigten Verfahren und Maßnahmen bringen keinen vollen Erfolg, erschweren den Betrieb und damit den wirtschaftlichen Einsatz der Maschinen und erfordern zum Teil erhebliche Aufwendungen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die aufgezeigten Nachteile weitgehendst beseitigt, entsprechend den Betriebsverhältnissen unabhängig von der Belastung, insbesondere beim Anfahren, Stillsetzer und Warmhalten der Maschine, die festgelegte wirtschaftliche Arbeitstemperatur selbsttätig einhält, durch intensive Kühlung eine maximale Ausnutzung und durch Vermeidung erheblicher und plötzlicher thermischer Beanspruchungen eine lange Lebensdauer der elektrischen Maschinen gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird dies mit Hilfe einer ein-oder mehrstufigen Wärmepumpe, die zweckmäßigerweise in zwei oder mehrere Maschinen verschiedener Leistung aufgegliedert werden kann, dadurch erreicht, daß die Wärmepumpe in selbsttätiger Anpassung an die jeweils herrschenden Betriebsverhältnisse der überwachten elektrischen Maschine beim Überschreiten der festgelegten Arbeitstemperatur zur Kühlung und beim Unterschreiten dieser Temperatur zur Heizung der elektrischen Maschine verwendet wird. Die Steuerung der Kühl- oder Heizleistung geschieht mittels temperatur- und lastabhängiger Regler, die entweder die Kühlmitteltemperatur oder die Kühlmittelmenge oder beides gleichzeitig steuern. Die Regler können so ausgelegt werden, daß beginnende Temperaturveränderungen bereits im Entstehen kompensiert bzw. überkompensiert werden können. Mittels dieser Regler ist es möglich, vorher festgelegte Temperaturregelprogramme z. B. für das Anfahren, Stillsetzen oder für den Schwachlastbetrieb vollautomatisch zu steuern und auch ein Warmhalten kurzzeitig stillgesetzter Maschinen selbsttätig zu regeln.
Die zur Durchführung des Verfahrens benötigten aschinen und Geräte stehen in langjährig erprobter 2 Ausführung zur Verfügung und gewährleisten dadurch größte Betriebssicherheit der Einrichtung. Die Anschaffungs- und Betriebskosten sind im Verhältnis zum Nutzen gering. Durch das neue Verfahren ist eine maximale Ausnutzung der elektrischen Maschine möglich, und das zeitraubende Vor- und Nachheizen mittels besonderer Einrichtungen entfällt. Die Lebensdauer der elektrischen Maschinen wird durch die Verringerung der thermischen Beanspruchung, und zwar durch Herabsetzen der Grenztemperatur und Vermeidung sprunghafter Temperaturänderungen verlängert. Das Verfahren beschränkt sich nicht nur auf neue Maschinen, sondern läßt sich auch an bereis in Betrieb befindlichen Maschinen anwenden.
An Hand der Zeichnung soll eine Ausführungsform des neuen Verfahrens zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur elektrischer Maschinen erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Arbeitsweise bei Kühlung eines Turbogenerators.
Die Wärmepumpe 1 wird von der Antriebsmaschine 2 angetrieben und entzieht dem Verdampfer 3 laufend Wärme. Diese Wärmemengen werden durch Zuführung mechanischer Energie von der Wärmepumpe l auf ein höheres Temperaturniveau gepumpt und dem Kondensator 4 zugeführt. Vom Kondensator 4 werden diese Wärmemengen zur beliebigen weiteren Verwendung über ein Wärmeübertragungsmittel 5 abgeführt. Durch den Wärmeentzug im Verdampfer 3 wird über den Solekreislauf 6 der Wärmeaustauscher 7 laufend gekühlt. Das vom Turbogenerator 8 aufgeheizte Kühlmittel fließt über den Kühlmittelkreislauf 9 zum Wärmeaustauscher 7, wird hier auf die gewünschte tiefe Arbeitstemperatur abgekühlt und fließt, eine Kühlung des Turbogenerators 8 hervorrufend, durch diesen zurück.
Bei stark absinkender Belastung kann es vorkommen, daß auch bei starker Drosselung oder völliger Abstellung der Kühlung die gewünschte Arbeitstemperatur unterschritten wird. In diesem Falle wird der Wärmeaustauscher 7 vom Verdampfer 3 getrennt und an den Kondensator 4 gelegt. Zwischen beiden zirkuliert jetzt das Wärmeübertragungsmittel 5. Der Verdampfer 3 wird an einem Wärmevorrat entsprechender Temperatur, zum Beispiel Flüssigkeit oder Luft, angeschlossen. Die Wärmepumpe 1 entzieht dem Verdampfer 3 laufend Wärme, pumpt sie auf ein höheres Temperaturniveau und führt sie an den Kondensator 4 ab. Diese aufgespeicherte Wärme gelangt dann über das Wärmeübertragungsmittel 5, den Wärmeaustauscher 7 und den Kühlmittelkreislauf 9 zum Turbogenerator 8 und bringt diesen durch Erwärmung wieder auf die festgelegte Arbeitstemperatur.
Die Konstanthaltung der Arbeitstemperatur der überwachten Maschinen bzw. die Steuerung bestimmter Temperaturregelprogramme erfolgt mittels entsprechender Regler in ihrem Ablauf vollautomatisch.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Konstanthaltung der Arbeitstemperatur elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit Hilfe einer ein oder mehrstufigen Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe in selbsttätiger Anpassung an die Betriebsverhältnisse der überwachten elektrischen Maschine sowohl zur Kühlung als auch zur Beheizung derselben verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Kühl- oder Heizleistung der Wärmepumpe an die zu kühlende bzw. zu heizende elektrische Maschine ein im Kreislauf durch die elektrische Maschine bewegtes Mittel (9) dient, das über einen Wärmeaustauscher (7) sowohl mit einem durch den Verdampfer (3) und den Wärmeaustauscher (7) zirkulierenden Solekreislauf (6) als auch mit einem zwischen dem Kondensator (4) und dem Wärmeaustauscher (7) zirkulierenden Wärmeübertragungsmittel (5) in Verbindung gebracht werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verdampfer (3) bzw. Kondensator (4) an den Wärineaustauscher (7) altgegefiene Kühl- bzw. Heizleistung durch Steuerung der Temperatur bzw. der Menge des zwischen diesen (3, 7 lyzw. 4. 7) zirkuliereliden Vbertragungsmittels (6, 5) geregelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften N r. 312 607, 819 286: schweizerische Patentschriften Nr. 95 902, 107 944; BBC-l\Zitteilungeii 1943. S. 75 und 77; Bulletin des Schweizer Elektrotechnischen Vereins 1945, S. 157 und 819 bis 821.