DE1246101B

DE1246101B - Arrangement for keeping the fluid pressure constant in a closed hydraulic cooling circuit

Info

Publication number: DE1246101B
Application number: DEA42865A
Authority: DE
Inventors: Michel David; Marcel Marechal
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1962-04-12
Filing date: 1963-04-11
Publication date: 1967-08-03

Description

Anordnung zur Konstanthaltung des Flüssigkeitsdruckes eines geschlossenen hydraulischen Kühlk#eislaufes - Bei großen, elektrischen Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren sehr großer Leistung für Wechselstrom, sind die Statorwicklungen üblicherweise mittels einer Flüssigkeit gekühlt. Diese Wicklungen bestehen daher mindestens teilweise aus hohlen Stableitern, währenddem der Rotor und die Statorbleche mittels eines inerten Gases, z. B. Wasserstoff oder Stickstoff gekühlt werden. Der Druck im Kühlungskreislauf muß einen über dem Atmosphärendruck liegenden Wert haben, um somit im Fall eines 'Verlustes ein Eindringen von Sauerstoff in den Kreislauf zu verhindern. Gleichzeitig soll jedoch dieser Druck kleiner als der Wasserstoff- oder Stickstoffdruck sein, damit keine Flüssigkeit außerhalb der Statorwicklung ge- langen kann.Arrangement for keeping the liquid pressure of a closed hydraulic cooling system constant - In large electrical machines, especially turbo generators with very high output for alternating current, the stator windings are usually cooled by means of a liquid. These windings therefore consist at least partially of hollow bar conductors, while the rotor and the stator laminations by means of an inert gas, e.g. B. hydrogen or nitrogen are cooled. The pressure in the cooling circuit must have a value above atmospheric pressure in order to prevent oxygen from entering the circuit in the event of a loss. At the same time, however, this pressure should be less than the hydrogen or nitrogen pressure to allow long no liquid outside the stator overall.

Gegenstand der Erfindung ist nunmehr eine Anordnung zur Konstanthaltung des Flüssigkeitsdrucks eines geschlossenen hydraulischen Kühlkreislaufs mit einer Zirkulationspumpe und kühlwasserrückgekühlten Wärmeaustauschem für eine elektrische Maschine mit direkt gekühlter Ständerwicklung unter Verwendung von zwei kommunizierend angeordneten und zum Teil mit Quecksilber gefüllten Behältern.The subject of the invention is now an arrangement for keeping constant the liquid pressure of a closed hydraulic cooling circuit with a Circulation pump and cooling water recooled heat exchangers for an electrical Machine with directly cooled stator winding using two communicating arranged and partly filled with mercury containers.

In Zusammenbang mit Turbogeneratoren mit flüssigkeitsgekühlten Wicklungen ist es bekannt, einen .,ewissen überdruck im K Ühlkreislauf aufrechtzuerhalten, um eine Dampfbildung in -den Kühlkanälen der Wicklungen zu verhindern. Die erforderliche Druckregelung wird mittels einer oder mehrerer Pumpen und der dazugehörigen Druck- und Durchflußregler, gegebenenfalls unter Verwendung eines kompressiblen Druckpolter im Vorratsbehälter, erreicht.In connection with turbo generators with liquid-cooled windings, it is known to maintain an overpressure in the cooling circuit in order to prevent vapor formation in the cooling channels of the windings. The required pressure regulation is achieved by means of one or more pumps and the associated pressure and flow regulators, if necessary using a compressible pressure pile in the storage container.

Ferner ist es bekannt, eine Temperaturregeleinrichtung für das Kühlmittel b ' ei direkt gekühlten Wicklungen elektrischer Maschinen vorzusehen, um den Einfluß der im Betrieb vorkonimenden beträchtlichen Temperaturänderungen zu kompensieren. Bei diesen bekannten Einrichtungen wird die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Eintritt in die Wicklung durch' Regelung der durch einen Wärmeausfauscher strömenden Flüssigkeitsmenge bestimmt, während die Austrittstemperatur der Kühlflüssigkeit durch eine Regelung des gesamten Kühlmitteldurchsatzes des Kühlkreises geregelt wird. Irgendwelche Maßnahmen für die Einhaltung eines bestimmten überdrucks der Kühlflüssigkeit im Kühlkreis sind bei diesen Maschinen nicht vorgesehen.Furthermore, it is known to provide a temperature control device for the coolant b ' ei directly cooled windings of electrical machines in order to compensate for the influence of the considerable temperature changes occurring during operation. In these known devices, the temperature of the cooling liquid at the entry into the winding is determined by regulating the amount of liquid flowing through a heat exchanger, while the outlet temperature of the cooling liquid is regulated by regulating the total coolant throughput of the cooling circuit. These machines do not provide any measures to maintain a certain excess pressure of the coolant in the cooling circuit.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter tiefer angeordnet ist als der zweite Behälter und der erste Behälter mit dem Kühlkreislauf und der zweite Behälter mit der Atmosphäre in Verbindung stehen und daß die Eintrittstemperatur der Kühlflüssigkeit in *die Ständerwicklung durch Regelung der Menge des den Wärmeaustauscher rückkühlenden Kühlwassers und die Austrittstemporatur der Kühlflüssigkeit aus der Ständerwicklung durch Regelung der Menge der im geschlossenen Kreislauf fließenden Kühlflüssigkeit je- weils konstant haltbar sind.The arrangement according to the invention is characterized in that the first container is arranged lower than the second container and the first container is in communication with the cooling circuit and the second container with the atmosphere and that the inlet temperature of the cooling liquid in the stator winding by regulating the amount of the heat exchanger of recooling cooling water and the outlet temperature of the cooling liquid from the stator winding can each be kept constant by regulating the amount of cooling liquid flowing in the closed circuit.

. Der große Vorteil dieser Anordnung ist die sehr einfache Konstanthaltung des erwünschten überdrucks der Kühlflüssigkeit, und zwar lediglich mittels einer temperaturabhängigen Regeleinrichtung. . The great advantage of this arrangement is that it is very easy to keep the desired overpressure of the cooling liquid constant, to be precise only by means of a temperature-dependent control device.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, an Hand von welchem die Erfindung beispielsweise näher erläutert wird.In the drawing, an embodiment is shown schematically, on the basis of which the invention is explained in more detail, for example.

.Die Zeichnung stellt den hydraulischen Kühlungskreislauf eines Turbogenerators schematisch dar. Die Wicklung des Stators 1 weist hohle Stableiter 2 auf, die mit zwei Sarnmelleitu en 3 und 4 verbunden sind. Eine Pumpe 5 pumpt z. B. aus der Kühlwasseraustrittsleitung 4 das für die Kühlung verwendete Wasser, das -über einen Kühler 6 und ein Filter 7 wieder in die Eingangsleitting 3 gelangt. Von dort fließt es wieder durch die Leiter 2.The drawing shows the hydraulic cooling circuit of a turbo generator schematically. The winding of the stator 1 has hollow rod conductors 2 which are connected to two Sarnmelleitu en 3 and 4. A pump 5 pumps z. B. from the cooling water outlet line 4, the water used for cooling, which reaches the inlet pipe 3 via a cooler 6 and a filter 7 again. From there it flows again through ladder 2.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Behälter 8, 9 auf, die auf ungleicher Höhe angeordnet und mittels eines U-förmigen Rohres 10 verbunden sind. Ein Anzeigerohr 11 dient zur Kontrolle des Spiegels des Wassers im oberen Teil des Behälters 8, der einerseits an dem Kreislauf Kühlwasseraustrittsleitung 4 - Pumpe 5 und andererseits unmittelbar an dem oberen Teil der Leitung 4 angeschlossen ist. über ein Rohr 9a ist der Behälter 9 mit der Atmosphäre verbunden.The device according to the invention has two containers 8, 9 which are arranged at different heights and connected by means of a U-shaped tube 10 . An indicator tube 11 is used to check the level of the water in the upper part of the container 8, which is connected on the one hand to the circuit cooling water outlet line 4 - pump 5 and on the other hand directly to the upper part of the line 4. The container 9 is connected to the atmosphere via a pipe 9a.

Es sind ferner zwei Temperaturregler vorgesehen. Der erste Temperaturregler 12 ist hinter der Leitung 4 angeordnet, er 'steuert ein Ventil 13, über welches ein Teil des aus dem Kühler 6 fließenden Wassers zur Eingangsseite der Pumpe 5 zurückfließen kann. Der zweite Temperaturregler 14 ist nach dem Wärmeaustauscher 6 angeordnet, er steuert ein Ventil 15, das die Kühlwasserzufuhr zum Wärmeaustauscher 6 kurzschließen kann. Two temperature regulators are also provided. The first temperature regulator 12 is arranged behind the line 4; it controls a valve 13 via which part of the water flowing out of the cooler 6 can flow back to the inlet side of the pump 5. The second temperature regulator 14 is arranged after the heat exchanger 6 ; it controls a valve 15 which can short-circuit the cooling water supply to the heat exchanger 6.

Die Wirkungsweise des ganzen Systems ist wie folgt: Eine nicht dargestellte Vakuumpumpe ist an dem Behälter 8 angeschlossen, der zunächst über eine Leitung , mit Ventil 17 mit Quecksilber aufgefüllt wird. In der den Behälter 8 mit der Saugseite der Pumpe 5 verbindenden Leitung ist das Ventil 18 angeordnet, dieses Ventil wird geschlossen, während das Ventil 19 geöffnet wird, das in der den Behälter mit der oberen Seite der Leitung 4 verbindenden Leitung angeordnet ist. Eine weitere Leitung verbindet die Kühlinittelzufuhrleitung des Wärmeaustauschers 6 mit der Saugseite der Pumpe 5. In dieser Leitung ist ein Ventil 20 angeordnet, das geöffnet wird. Der Kühlungskreislauf wird somit mit Wasser gefüllt, und zwar bis es den Behälter 8 erreicht. Das Quecksilber ist im Schenkel 10 um einen Betrag gestiegen, der der Höhe des Wassers zwischen der Leitung 4 und der Vorrichtung 8 bis 10 entspricht.The operation of the whole system is as follows: A vacuum pump not shown is connected to the container 8 is first filled via a line, with valve 17 with mercury. The valve 18 is arranged in the line connecting the container 8 to the suction side of the pump 5 ; this valve is closed while the valve 19 , which is arranged in the line connecting the container to the upper side of the line 4, is opened. Another line connects the coolant supply line of the heat exchanger 6 with the suction side of the pump 5. A valve 20 is arranged in this line and is opened. The cooling circuit is thus filled with water until it reaches the container 8 . The mercury has risen in the leg 10 by an amount which corresponds to the height of the water between the line 4 and the device 8 to 10.

Wenn das Rohr 11 anzeigt, daß das Wasser den Behälter 8 aufgefüllt hat, schließt man das Ventil 17. Eventuell kann man ferner das Ventil 21 öffnen, um allfällige Luft- oder Gasblasen herauszulassen. Das Ventil 21 wird dann geschlossen. Wenn das Quecksilber den Behälter 9 erreicht, so schließt man das Ventil 20, da der Wasserdruck den gewünschten Wert erreicht hat. Man schließt das Ventil 19 und man öffnet das Ventil 18, der Kreislauf ist betriebsbereit.When the pipe 11 indicates that the water has filled the container 8 , the valve 17 is closed. It is also possible to open the valve 21 in order to let out any air or gas bubbles. The valve 21 is then closed. When the mercury reaches the container 9 , the valve 20 is closed, since the water pressure has reached the desired value. The valve 19 is closed and the valve 18 is opened, the circuit is ready for operation.

Sobald der Generator belastet wird, wird die Pumpe 5 angelassen, so daß das Wasser in die Hohlleiter zirkulieren kann. Es fließt ferner über das Ventil 13, das normalerweise offen ist, vom Ausgang des Wärmeaustauschers 6 zum Eingang der Pumpe 5. Das warm werdende Wasser dehnt sich aus, so daß ein Teil des Quecksilbers im Behälter 8 in den Behälter 9 verdrängt wird, ohne daß sich jedoch der Druck im Kieislauf ändert.As soon as the generator is loaded, the pump 5 is started so that the water can circulate in the waveguide. It also flows through the valve 13, which is normally open, from the outlet of the heat exchanger 6 to the inlet of the pump 5. The warm water expands so that part of the mercury in the container 8 is displaced into the container 9 without however, the pressure in the Kieislauf changes.

Sobald die Wassertemperatur auf der Saugseite der Pumpe 5 ihren gewünschten Wert erreicht hat, schließt der Regler 12 das Ventil 13 mindestens teilweise. Diese Temperatur wird dadurch bis zur Vollbelastung der Maschine konstant gehalten. Die Regelung erfolgt somit durch die Durchflußmenge durch das Ventil 13, - d. h. mittels des. Unterschieds zwischen Durchflußmenge in der Pumpe- und in den Leitern 2.As soon as the water temperature on the suction side of the pump 5 has reached its desired value, the controller 12 closes the valve 13 at least partially. This temperature is kept constant until the machine is fully loaded. The regulation is thus carried out by the flow rate through the valve 13, - d. H. by means of the. Difference between the flow rate in the pump and in the conductors 2.

Der Regler 14 dient zur Kohstanthaltung der Temperatur am Ausgang des Wärmeaustauschers 6. Er steuert über das Ventil 15 die Kühlwasserzufahr zum Wärmeaustauscher 6. , Ein Sicherheitsthermostat 22 ist vorgesehen, der ein Alarmsignal abgibt, falls die Temperatur in der Eingangsseite, der Pumpe 5 infolge eines Defekts eines der Organe über eine bestimmte Temperatur steigen sollte.The controller 14 serves to Kohstanthaltung the temperature at the outlet of the heat exchanger 6. It controls via the valve 15, the Kühlwasserzufahr to the heat exchanger 6. A safety thermostat 22 is provided, which emits an alarm signal if the temperature in the input side of the pump 5 as a result of Defect of one of the organs should rise above a certain temperature.

Der durch die Vorrichtung ., 8 bis 10 im Kreislauf aufrechterhaltene Druck ist gleich der Summe des Atmosphärendrucks und des der Quecksilbersäule entsprechenden Drucks. Durch Aufrechterhaltung der Temperaturen im Kreislauf läßt sich auch der durch die Quecksilbersäule erzeugte Druck konstant halten.The pressure maintained in the circuit by the device., 8 to 10 is equal to the sum of the atmospheric pressure and the pressure corresponding to the mercury column. By maintaining the temperatures in the circuit, the pressure generated by the mercury column can also be kept constant.

Der Einfachheit halber hat man in der Zeichnung die üblichen Vorrichtungen zur Kontrolle des spezifischen Widerstands, die Geräte zum Messen der Durchflußmenge, die Entionisierung des Kühlmittels und des Drucks usw. weggelassen.For the sake of simplicity, the drawing shows the usual devices to control the specific resistance, the devices for measuring the flow rate, the deionization of the coolant and pressure, etc. are omitted.

Claims

Claims: 1. Arrangement for keeping constant the liquid pressure of a closed - hydraulic cooling circuit with a circulation pump and cooling water-recooled heat exchangers for an electrical machine with directly cooled stator winding using two communicating and partly filled with mercury containers, characterized in that the first container ( 8) is arranged lower than the second container (9) and the first container (8) with the cooling circuit and the second container (9) with the atmosphere and that the inlet temperature of the cooling liquid in the stator winding (2) by regulating the The amount of cooling water that cools the heat exchanger (6) and the outlet temperature of the cooling liquid from the stator winding (2) can be kept constant by regulating the amount of cooling liquid flowing in the closed circuit.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the lower arranged first container (8) with the cooling circuit on the one hand at the highest point of the coolant outlet line (4) of the machine (1) via a valve (19) which is open only when filling the coolant circuit and on the other hand is connected to the suction line of the pump (5) via a valve (18) that is only open during operation. Considered publications: German Auslegeschriften Nr. 1117 210, 1097547.