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Kühlmittelanschlußkopf zur Abfuhr der Kühlflüssigkeit aus dem Rotor
einer elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlmittelauschlußkopf
zur Abfuhr der Kühlflüssigkeit aus dem Rotor einer elektrischen Maschine, welcher
Rotor in seinem Inneren eine mitumlaufende Sammelkammer für die abzuführende Flüssigkeit
aufweist, aus der die Flüssigkeit über eine Vielzahl von radial verlaufenden Durchlaßöffnungen
im Rotorkörper in eine den Rotor umgebende, ortsfeste Aufnahmekammer abströmt, die
mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.
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Bei wassergekühlten Rotoren von Turbogeneratoren ist es üblich, das
Kühlwasser dem Rotor an einem Ende des Rotors axial zuzuführen. Das Kühlwasser strömt
dann durch Kanäle oder Rohre, die im Inneren oder auf der Oberfläche des Rotors
angeordnet sind, und wird aus dem Rotor über radiale oder im wesentlichen radiale
Öffnungen im Rotor in eine Ablaßkammer abgeführt. Eine Sammelkammer, die mit dem
Rotor umläuft, nimmt die abzuführende Flüssigkeit auf und eine Vielzahl von Öffnungen,
die sich von der Sammelkammer nach außen erstrecken, führt die Flüssigkeit von der
Sammelkammer in eine Aufnahmekammer, die den Rotor umgibt und gegenüber dem Rotor
ortsfest angeordnet ist.
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Infolge der Fliehkraftpumpwirkung des umlaufenden Rotors auf das in
den radialen Öffnungen im Rotor enthaltene Wasser werden jedoch leicht Unter-' druckzonen
in der Sammelkammer und in den Kanälen im Rotor erzeugt, und es kann eine Kavitation
auftreten und Anlaß zu einem Verschleiß geben.
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Um die Kavitation in den Unterdruckzonen einer Wasserturbine zu vermeiden
oder zu verringern, ist es bekannt, durch einen Schleber Druckluft in die Unterdruckzonen
einzuführen. Diese Einführung von Druckluft bedingt jedoch einen zusätzlichen baulichen
Aufwand und ist nicht ohne Schwierigkeiten durchführbar.
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Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Vorrichtung
zur Abfuhr der Kühlflüssigkeit aus dem Rotor einer elektrischen Maschine zu schaffen,
die eine Kavitation in den Unterdruckzonen im Rotor verringert oder ganz verhindert.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer
oder einigen der Durchlaßöffnungen eine oder je eine Venturidüse angeordnet ist,
die jeweils eine von der Welle sich radial nach außen verengende Einlaßbohrung und
eine daran anschließende, sich in radialer Richtung erweiternde Auslaßböhrung aufweist,
und daß innerhalb der Durchlaßöffnungen Kanäle vorgesehen sind, die einerseits mit
der zwischen der Einlaß- und der Auslaßbohrung b6findlichbn Eintrittsöffnung der
Venturidüse und andererseits mit der ortsfest angeordneten Aufnahmekammer in Verbindung
stehen.
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Wenn der Rotor stillsteht oder mit niedriger Drehzahl umläuft, kann
die Flüssigkeit durch die Venturidüse nach außen fließen und in die ortsfeste Aufüahmekammer
ablaufen. Wird jedoch die Drehzahl des Rotors erhöht, so strömt Luft durch die Kanäle
zur Eintrittsöffnung der Venturidüse und unterbricht die Flüssigkeitsströmung durch
die Venturidüse, so daß die Düse herauf als Lufteinlaßöffnung wirkt, die das Einströmen
von Luft zur Sammelkammer ermöglicht, wodurch das Ausmaß des Vakuums in der Sammelkammer
reduziert wird. Das Problem der Unterdruckzonen, die eine Kavitation, verursachen
können, wird somit auf einfache Weise überwunden, ohne daß zusätzliche Einrichtungen
etwa zur Einführung von Druckluft, erforderlich sind. Gleichzeitig wird der Vorteil
erreicht, daß die Vorrichtung selbsttätig in Funktion tritt, wenn der Rotor mit
Drehzahlen umläuft, bei denen diese Unterdruckzonen auftreten können.
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Es ist zwar eine Zentrifugalpumpe bekannt, in deren Laufrad Venturidüsen
als Förderkanäle angeordnet sind. Die Venturidüsen erfüllen hier jedoch eine andere
Aufgabe, nämlich die Pumpleistung der Zentrifugalpumpe zu erhöhen.
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, In weiterer Ausbildung der, Erfindung nimmt die Venturidüse
die ganze Länge der Durchlaßöffnung ein, und sie besteht aus einem länglichen Hauptkörper,
der die Auslaßbohrung , enthält, und einer die
Einlaßbohrung
enthaltenden Kappe, und die Kanäle sind aus wenigstens einer längs der Oberfläche
des Hauptkörpers verlaufenden ersten Nut gebildet, die in die Eintrittsöffnung der
Venturidüse mündet.
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Vorteilhaft ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Hauptkörper
auf der Außenseite mit einem Schraubengewinde ausgestattet, mit dem dieser in die
ebenfalls mit einem entsprechenden Schraubengewinde versehene Durchlaßöffnung einschraubbar
ist, und die Kappe weist einen Ansatz auf, der auf dem in radialer Richtung inneren
Teil des mit einem Schraubengewinde versehenen Hauptkörpers aufschraubbar ist, wobei
die Kappe in Einbaulage die axiale Begrenzung zu mindestens einer zweiten Nut bildet,
die die erste Nut mit der Eintrittsöffnung der Venturidüse verbindet.
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Die Erfindung wird anschließend an Hand eines Auführungsbeispiels
und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch ein Rotorwellenende eines Turbogenerators und durch ein Ende einer Anschlußwelle,
die koaxial mit der Rotorwelle verbunden ist, F i g. 2 einen Querschnitt
längs der Linie II-II von F ig. 1,
F i g. 3 einen Längsschnitt einer
in F i g. 1 dargestellten Venturidüse, jedoch fin größeren Maßstab als inFig.
1,
F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV von Fig.2.
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Die in F i g. 1 dargestellte Rotorwelle 1 eines Turbogenerators
ist koaxial mit einer Anschlußwelle 3 aus rostfreiem Stahl verbunden. Beide
Wellen besitzen koaxiale Bohrungen 5 bzw. 7, durch die Kühlwasser
in Richtung des Pfeiles 9 strömen kann. Zur Kühlung des Turbogeneratorrotors
durchfließt das Kühlwasser Kanäle und Rohre im Innern und auf der Oberfläche des
Rotors. Die Rotorwelle 1 und der benachbarte Teil der Anschlußwelle
3 besitzen ringförmige Kanäle 15 bzw. 17, durch die das Kühlwasser
in Richtung des Pfeiles 19 fließen kann.
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Die Anschlußwelle 3 besitzt eine ringförmige Sammelkammer 21,
in die der ringförmige Kanal 17 mündet. Von der Sammelkammer 21 erstrecken
sich sechs radiale Durchlaßöffnungen 23, die auf der Oberfläche der Anschlußwelle
3 enden. Dort schließen sich an die Durchlaßöffnungen 23 Bohrungen
25 eines ringförmigen Bauteils 27 an, das auf der Anschlußwelle
3
befestigt ist und sich mit ihr dreht, Das Bauteil 27
besitzt koaxial
zur Anschlußwelle 3 zylindrische Vorsprünge, die mit ähnlichen Vorsprüngen
verzahnt sind, die sich auf der Innenseite einer ringförinigen Aufnahmekammer
29 befinden, die die Anschlußwelle 3 umgibt, und so eine Labyrinthdichtung
bildet. Die tiefste Stelle der Aufnahmekammer 29 ist mit einem Abflußrohr
31 verbunden.
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Zwei diametral gegenüberliegende Durchlaßöffnungen 23 sind
mit je einer Venturidüse 33 und über ihre gesamte Länge mit einem
Schraubengewinde versehen. Die Venturidüse 33 besitzt einen Hauptkörper
33 a (s. F i g. 3), der außen mit einem Schraubengewinde
versehen ist, und eine Kappe 33 b, die einen ringförmigen Ansatz
35 aufweist, der auf seiner Innenfläche mit einem Schraubengewinde versehen
ist. Die Kappe 33 b ist auf das Teil des Hauptkörpers 33 a
geschraubt, das innerhalb der Sammelkammer 21 liegt. Der Hauptkörper 33 a
besitzt eine kreisförmige Bohrung 34, die sich von der Wellenachse weg nach außen
erweitert. Die Kappe 33 b besitzt eine Bohrung 36 mit kreisförinigem
Querschnitt, die sich nach innen in Richtung auf die Wellenachse erweitert. Die
Bohrung 36 der Kappe 33 b erweitert sich stärker als die Bohrung 34
des Hauptkörpers 33 a. Die beiden Bohrungen 34 und
36 bilden zusammen eine nach außen gerichtete Venturidüse. Auf der Oberfläche
des Hauptkörpers 33 a befinden sich in gleichen Abständen vier axiale Nuten
37. Am inneren Ende des Hauptkörpers 33 a befinden sich vier radiale
Nuten 39, die Verlängerungen für die Nuten 37 bilden. Wenn die Venturidüse
so eingebaut ist, wie es in F i g. 2 dargestellt ist, dann bilden die Nuten
37 und 39 Kanäle, durch die Luft von der Oberfläche der Anschlußwelle
3 in die Eintrittsöffnung 38 der Venturidüse gelangen kann.
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Wenn die Rotorwelle 1 und die Anschlußwelle 3
stillstehen
und Kühlwasser durch den Rotor gepumpt wird, dann fließt das Wasser durch die Bohrungen
7
und 5 nach innen und kommt über die ringfönnigen Kanäle
15 und 17 in die Saminelkammer 21 zurück, von der es über alle sechs
Durchlaßöffnungen 23
nach außen in die Aufnahmekammer 29 strömt, und
von dort über das Abflußrohr 31 abfließt. Wenn sich die Rotorwelle
1 und die Anschlußwelle 3 drehen, dann fließt das Kühlwasser wie oben
beschrieben, wobei aber die auf das Wasser wirkende Zentrifugalkraft in jeder Durchlaßöffnung
23 eine nach außen anwachsende Druckdifferenz längs der öffnungen erzeugt.
In den vier Durchlaßöffnungen, die keine Venturidüsen 33 besitzen, steigt
die Druckdifferenz proportional mit der Drehzahl der Rotorwelle an, wodurch sich
in der Sammelkammer 21 der Druck so weit vermindert, daß in ihr und in ihren Zuführkanälen
Kavitation auftreten kann.
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Bei den Durchlaßöffnungen 23, die mit einer Venturidüse
33 versehen sind, herrscht an der Eintrittsöfftlung der Venturidüse ein verminderter
Druck, da von der Aufnahmekammer 29 durch Bohrungen 25
entlang den
axialen Nuten 37 und durch die radialen Nuten 39 Luft in die Eintrittsöffnungen
38 der Venturidüse strömt. Die Luft wird von dem abfließenden Wasser abgesaugt.
Die Dichte der Strömung, die durch den sich erweiternden äußeren Teil der Düse fließt,
ist daher geringer als bei wassergefüllter Düse, und die durch die Strömung hervorgerufene
Druckdifferenz in der Düse ist kleiner. Wenn die Rotordrehzahl noch weiter steigt,
dann bewirkt die erhöhte Saugwirkung in der Sammelkammer 21- in Verbindung
mit der verminderten Druckdifferenz, die in der Düse infolge der Zentrifugalkraft
bei abnehmender Strömungsdichte entsteht, daß die Venturidüse 33 das abfließende
Wasser unterbricht und statt dessen als Lufteinlaßöffnung für die Sammelkammer 21
dient, wobei das Vakuum in dieser Sammelkammer vermindert wird.
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Auf diese Weise kann die Gefahr der Kavitation und der damit verbundene
Verschleiß der Rotorkanäle vermindert oder vermieden werden.