DE1268261B

DE1268261B - Coolant connection head for supplying and removing the coolant on liquid-cooled runners of electrical machines

Info

Publication number: DE1268261B
Application number: DE19641268261
Authority: DE
Inventors: Ludwig Fuchs
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-05-27
Filing date: 1964-05-27
Publication date: 1968-05-16

Description

Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten Läufern elektrischer Maschinen Die Weiterentwicklung großer elektrischer Generatoren zeigt die Tendenz zu einer ständigen Erhöhung der Leistung. Die praktische Verwirklichung verlangt aber ein sehr wirksames Kühlsystem sowohl für den Stator als auch für den Läufer. Es ist daher bei diesen Generatoren unumgänglich, anstatt der für kleinere Einheiten ausreichenden Gaskühlung die außerordentlich wirksame Flüssigkeitskühlung für den Stator und den Induktor vorzunehmen. Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, gewährleisten bei Anwendung der direkten Hohlleiterkühlung außerordentlich hohe Kühlleistungen.Coolant connection head for supplying and removing the coolant to liquid-cooled Rotors of electrical machines The further development of large electrical generators shows the tendency towards a constant increase in performance. The practical realization but requires a very effective cooling system for both the stator and the Runner. It is therefore essential for these generators instead of the smaller ones Units of sufficient gas cooling mean extremely effective liquid cooling for the stator and the inductor. Liquids, especially water, ensure exceptionally high levels when using direct waveguide cooling Cooling performance.

Die Verwirklichung der Flüssigkeitskühlung wirft dabei sehr große konstruktive und fertigungstechnische Probleme auf. Die Erfindung befaßt sich damit und betrifft ausschließlich das Problem der Zu-und Abführung der Kühlflüssigkeit am rotierenden Läufer.The realization of the liquid cooling throws it very big constructive and manufacturing problems. The invention is concerned with this and relates exclusively to the problem of the supply and discharge of the cooling liquid on the rotating rotor.

Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit erfolgt zweckmäßig am erregerseitigen Läuferwellenende, wobei dann dieses für einen sogenannten Kühlmittelanschluß zur Verfügung steht. Die Zuführung des Kühlmittels in den Läufer erfolgt durch eine Zentralbohrung und der Rücklauf durch einen um die Zentralbohrung angeordneten Ringkanal oder ein System derartiger Ringkanäle. An das freie Wellenende wird dabei ein Kühlmittelanschlußkopf angeflanscht, der als Bindeglied zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen der Kühlmittelführung dient.The cooling liquid is supplied and discharged appropriately on the exciter side Rotor shaft end, this then for a so-called coolant connection for Available. The coolant is fed into the rotor through a Central bore and the return through an annular channel arranged around the central bore or a system of such ring channels. A coolant connection head is attached to the free end of the shaft flanged to act as a link between the rotating and stationary parts serves to guide the coolant.

Ein schwerwiegendes Problem ist die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes nach außen, dem um so mehr Bedeutung zukommt, als das Kühlmittel, insbesondere Wasser, nicht leitend, d. h. also chemisch rein sein muß. Die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes ist besonders dort schwierig, wo feststehende und rotierende Teile sich berühren, also im Kühlmittelanschlußkopf. Die Abdichtung gegen die äußere Atmosphäre erfolgt dort über eine bekannte Wellendichtung. Um Verunreinigungen des Kühlmittels zu vermeiden, wird dieses mit einem Überdruck von beispielsweise 4 bis 5 Atmosphären beaufschlagt.The sealing of the coolant circuit is a serious problem to the outside world, which is all the more important as the coolant, especially water, not conductive, d. H. so it has to be chemically pure. The sealing of the coolant circuit is particularly difficult where fixed and rotating parts touch, so in the coolant connection head. The seal against the external atmosphere takes place there via a well-known shaft seal. To avoid contamination of the coolant, this is subjected to an overpressure of, for example, 4 to 5 atmospheres.

Auf der Kühlmittelaustrittsseite ist es notwendig, diese von dem sogenannten Leckraum ebenfalls abzudichten, zumal im letzteren in der Regel ein geringerer Druck herrscht als in ersterer. Die Dichtflächen müssen dabei entweder beispielsweise durch Öl geschmiert werden oder auch durch Wasser; ebenfalls ist es denkbar, eine sogenannte Schleifdichtung zu verwenden, welche dann ohne Schmierung arbeitet. Dieses ist aber nur dann möglich, wenn die Abmessungen und Umfangsgeschwindigkeiten der Dichtflächen dieses zulassen. In allen Fällen muß aber verhindert werden, daß das Schmiermittel oder bei einer Schleifdichtung der Antrieb mit dem Kühlmittel in Berührung kommt.On the coolant outlet side it is necessary to separate this from the so-called Also to seal the leakage space, especially since in the latter there is usually a lower pressure prevails than in the former. The sealing surfaces must either for example be lubricated by oil or by water; it is also conceivable to use a to use so-called sliding seal, which then works without lubrication. This but is only possible if the dimensions and peripheral speeds of the Sealing surfaces allow this. In all cases, however, this must be prevented Lubricant or, in the case of a sliding seal, the drive is in contact with the coolant comes.

Es ist bereits ein Kühlmittelanschlußkopf mit zwei Dichtungen vorgeschlagen worden, nämlich der eigentlichen Betriebsdichtung in der üblichen Form einer Spalt- oder Schleifdichtung und einer besonderen federbelasteten Stillstands- und Evakuierungsdichtung. Diese Konstruktion wurde insbesondere für Turbogeneratoren entwickelt. Sie bedingt indessen einen nicht unerheblichen Aufwand an Einzelteilen. Zudem muß die Welle wegen der axialen Wirkungsweise einen Bund, an den sich der Dichtungskörper anlegt, aufweisen.A coolant connection head with two seals has already been proposed has been, namely the actual operating seal in the usual form of a gap or sliding seal and a special spring-loaded standstill and evacuation seal. This construction was developed especially for turbo generators. You conditionally however, a not inconsiderable expense of individual parts. In addition, the wave must because of the axial mode of action, a collar against which the sealing body rests, exhibit.

Gegenstand der Erfindung ist ein Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten Läufern elektrischer Maschinen; bei dem außer der als Spalt- oder Labyrinth- oder Schleifdichtung ausgebildeten Betriebsdichtung eine Stillstandsdichtung zusätzlich im Anschlußkopf vorgesehen ist. Hierbei ist die Stillstandsdichtung ausschließlich mittels eines gasförmigen oder flüssigen Druckmediums an Dichtflächen radial andrückbar und nur im Stillstand beaufschlagbar. Sie dichtet also die Kühlmittelaustrittsseite und den Leckraum völlig voneinander ab, um ein Evakuieren der Hohlleiter des Läufers zur Vermeidung von Lufteinschlüssen beim Füllen mit dem Kühlmittel zu ermöglichen. Als Druckmedium kann beispielsweise Preßluft verwendet werden. Vorwiegend wird man dabei die Stillstandsdichtung mit einem U-förmigen Profil ausbilden, wobei in die offene Seite des Profils das Druckmittel einführbar ist und so die äußeren Profilflächen an die entsprechend geformten Dichtflächen andrückbar sind.The invention relates to a coolant connection head for supply and Removal of the coolant on liquid-cooled rotors of electrical machines; in the case of the one designed as a gap, labyrinth or sliding seal Operating seal a standstill seal is also provided in the connection head is. Here, the standstill seal is exclusively by means of a gaseous one or liquid pressure medium can be radially pressed against sealing surfaces and only when the machine is at a standstill can be charged. So it seals the coolant outlet side and the leakage space completely away from each other in order to avoid evacuation of the waveguide of the rotor To allow air pockets when filling with the coolant. As a print medium For example, compressed air can be used. Mainly one becomes the standstill seal with a U-shaped profile, with the open side of the profile Pressure medium can be introduced and so the outer profile surfaces to the corresponding molded sealing surfaces can be pressed.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Beispiel beschrieben, in welcher ein Schnitt durch einen Teil des Kühlmittelanschlußkopfes am freien Wellenende eines Synchrongenerators dargestellt ist. Das freie Wellenende ist hierbei als Hohlwelle l ausgebildet, in deren linken Teil an der Stelle 2 das Kühlwasser vom feststehenden Teil 3 in die Hohlwelle 1 übertritt. Die Dichtung erfolgt in an sich bekannter Weise an dieser Stelle durch Labyrinthdichtungen 4. Der Strom des Kühlwassers entspricht den eingezeichneten Pfeilen 5, 6 und führt zunächst zur Läuferwicklung, um von dort aus entsprechend den Pfeilen 7, 8 zurückzukehren und in die Kühlmittelaustrittsseite überzutreten. Das Teil 9 rotiert also, während das Teil 10 feststeht. Es entsteht hier nun die Notwendigkeit, das Teil 10 gegen das Teil 9 abzudichten, wobei noch zusätzlich als erschwerend hinzukommt, daß innerhalb des Teils 10 zwei Räume für das Kühlmittel angeordnet sind, nämlich die eigentliche Kühlmittelaustrittsseite 11 und der Leckraum 12. In ersterer herrscht beispielsweise noch ein Druck von etwa 4 bis 5 Atmosphären, während in letzterem nur noch ein ganz geringer überdruck über dem Normaldruck herrscht. Dadurch ist es möglich, daß Verunreinigungen, die durch die Dichtungen 13,14,15 hervorgerufen werden, in jedem Fall in den Leckraum 12 eintreten. Die erforderliche Betriebsdichtung erfolgt durch die Dichtungsgruppe, die aus den Dichtungen 13, 14 besteht, wobei diese als Schleifdichtungen ausgebildet sind. Sie könnten aber ebensogut eine Spaltdichtung sein, wobei in jedem Fall das Material entweder Kunststoff oder Metall ist. Die Stillstandsdichtung 15 hat folgende Aufgabe: Ist es beispielsweise notwendig, im Stillstand das Kühlmittel zu erneuern, so wird das vorhandene abgelassen, und zwar über den Kühlwasseraustritt 16 bzw. Leckwasseraustritt 17. Danach wird dieStillstandsdichtungbeispielsweisemit Preßluft über die Zuführung 18 beaufschlagt und so an die verschiedenen ihr zugeordneten Dichtflächen 19, 20, 21 angedrückt. Es erfolgt dadurch eine einwandfreie und völlige Abdichtung der beiden Räume 11, 12 gegeneinander. Danach kann das neue Kühlmittel eingefüllt werden und dringt dabei, verhindert durch die Stillstandsdichtung 15, nicht in den Leckraum 12 ein. Im Betrieb fällt dann die Beaufschlagung der Stillstandsdichtung 15 mittels Preßluft fort, und die Dichtung selber wird dann über die Betriebsdichtungen 13, , 14 erfolgen. Die notwendige Schmierung wird im vorliegenden Fall, sofern es sich um eine Kunststoffdichtung handelt, durch das Kühlmittel selber erfolgen, während die vorwiegend aus einem elastischen Stoff, wie Gummi, auszubildende Stillstandsdichtung nicht durch das Kühlmittel geschmiert werden kann und muß. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Betriebsdichtungen 13, 14 als Metalldichtungen auszubilden.The invention is described with reference to the drawing using an example in which a section through part of the coolant connection head at the free shaft end of a synchronous generator is shown. The free shaft end is designed as a hollow shaft 1, in the left part of which the cooling water passes from the stationary part 3 into the hollow shaft 1 at point 2. The seal takes place in a manner known per se at this point by labyrinth seals 4. The flow of cooling water corresponds to the arrows 5, 6 and first leads to the rotor winding, from there to return according to the arrows 7, 8 and pass over to the coolant outlet side. The part 9 thus rotates while the part 10 is stationary. There is now the need to seal the part 10 against the part 9, with an additional complication that two spaces for the coolant are arranged within the part 10, namely the actual coolant outlet side 11 and the leakage space 12. In the former, for example still a pressure of about 4 to 5 atmospheres, while in the latter there is only a very slight excess pressure above normal pressure. As a result, it is possible for contaminants that are caused by the seals 13, 14, 15 to enter the leakage space 12 in any case. The required operating seal is provided by the seal group, which consists of the seals 13, 14, these being designed as sliding seals. But you could just as well be a gap seal, in which case the material is either plastic or metal. The standstill seal 15 has the following task: If it is necessary, for example, to renew the coolant when the machine is at a standstill, the existing coolant is drained via the cooling water outlet 16 or leakage water outlet 17. Then the standstill seal is pressurized, for example, with compressed air via the feed 18 and thus to the various their associated sealing surfaces 19, 20, 21 pressed. This results in a perfect and complete sealing of the two spaces 11, 12 from one another. The new coolant can then be filled in and does not penetrate into the leakage space 12 , prevented by the standstill seal 15 . During operation, the standstill seal 15 is then no longer acted upon by compressed air, and the seal itself will then take place via the operating seals 13, 14 . The necessary lubrication in the present case, if it is a plastic seal, is done by the coolant itself, while the standstill seal, which is predominantly made of an elastic material such as rubber, cannot and does not have to be lubricated by the coolant. It is of course also possible to design the operating seals 13, 14 as metal seals.

Die konstruktive Ausbildung der Erfindung zeigt einen durch die radiale Wirkungsweise bedingten einfachen Aufbau. Weiterhin ist es möglich, das Leckwasser wieder aufzubereiten und dem Kühlmittelkreislauf erneut zuzuführen. Dadurch wird ein zusätzlicher Vorteil erreicht, nämlich die Verlustlosigkeit des Kühlkreislaufes. Die einmal vorgenommene Füllung mit aufbereitetem Wasser bedarf also keiner ständigen Ergänzung, wodurch erhebliche Aufbereitungskosten eingespart werden können.The structural design of the invention shows one through the radial Simple structure due to the mode of action. It is also possible to use the leakage water to be reprocessed and fed back into the coolant circuit. This will an additional advantage is achieved, namely the loss of the cooling circuit. Once it has been filled with treated water, it does not need to be constant Supplement, which saves considerable processing costs.

Claims

Claims: 1. Coolant connection head for supply and discharge of the Coolant on liquid-cooled rotors of electrical machines, in which except the operating seal designed as a gap, labyrinth or sliding seal a standstill seal is also provided in the connection head, characterized in that that the standstill seal (15) exclusively by means of a gaseous or liquid Pressure medium on sealing surfaces (19, 20, 21) can be pressed radially and only when stationary can be acted upon.

2. coolant connection head according to claim 1, characterized in that that the standstill seal (15) is formed with a U-shaped profile whose outer profile surfaces on the sealing surfaces (19, 20, 21) by the pressure medium, the can be inserted into the open side of the U-shaped profile, can be pressed.

3. Coolant connection head according to claim 1 or 2, characterized in that the standstill seal (15) made of rubber.

4. coolant connection head according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the gap or labyrinth or sliding seals (13,14) Made of plastic.

5. coolant connection head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gap or labyrinth or sliding seals (13, 14) are made of metal.