DE1513808B2

DE1513808B2 - Einrichtung zur verhinderung von dampfbildungen bei der fluessigkeitskuehlung des laeufers einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE1513808B2
Application number: DE19661513808
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Rappers wil Spiess (Schweiz)
Original assignee: Maschinenfabrik Oerhkon, Zurich (Schweiz)
Priority date: 1965-05-11
Filing date: 1966-03-23
Publication date: 1972-12-28
Also published as: CH436456A; AT251687B; AT259063B; DE1513808A1; NL6605775A; GB1142161A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verhinderung von Dampfbildungen bei der Flüssigkeitskühlung des Läufers einer elektrischen Maschine durch Aufrechterhaltung eines über dem Verdampfungsdruck der Kühlflüssigkeit liegenden Kühlmitteldruckes mittels eines an den geschlossenen, aus einem oder mehreren Kühlkreisen bestehenden Kühlsystem angeschlossenen, den Druck im Kühlsystem vergrößernden Expansionsgefäßes. Eine derartige Einrichtung ist bereits aus der deutschen Auslegeschrift 1117 210 bekannt.

Aus der deutschen Patentschrift 619 520 ist ein Kühlsystem für einen Läufer einer elektrischen Maschine bekannt, bei dem sich der Rückkühler mit dem Läufer dreht und die Förderung der Kühlflüssigkeit durch die Zentrifugalkraft bewirkt wird. Bei diesem Kühlsystem sind die einzelnen, in sich geschlossenen und den Läufer auf seiner ganzen Länge durchsetzenden Kühlkreise des Kühlsystems an einen zentralen Sammelraum angeschlossen. Dadurch werden, insbesondere bei langen Läufern, diese Kühlkreise lang und die Druckverluste in ihnen überschreiten das annehmbare Maß. Dies behindert nicht nur den Umlauf der Kühlflüssigkeit, sondern läßt in den achsennahen Teilen des Kühlkreises statische Drücke entstehen, welche die Gefahr der Blasenbildung und damit des Unterbruches der Förderung nach sich ziehen können, ganz abgesehen von Schlägen im Kühlsystem beim Zusammenbrechen solcher Blasen.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform gemäß der deutschen Patentschrift 621075 ist ein zentraler Sammelraum bzw. eine Rücklaufleitung angeordnet, welche jedoch nicht erkennbaren, anderen Zwecken dienen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 117 210 ist es bekannt, bei einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine durch Erhöhung des Druckes im Kühlkreislauf eine Verdampfung der Kühlflüssigkeit und somit die sich daraus ergebenden Folgen, wie ein Abreißen des Kühlmittelflusses, zu verhindern. Zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit ist jedoch eine Pumpe vorgesehen, wodurch die Einrichtung relativ aufwendig ist. Ferner sind Regulierventile zur Steuerung von Einlaß- und Auslaßdruck vorgesehen, welche eine weitere Steigerung des Aufwandes bedeuten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, welche eine Erhöhung des statischen Druckes zur Verhinderung von Dampfbildungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Verhinderung von Dampfbildungen der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem vollständig auf dem Läufer angeordneten Kühlsystem das Expansionsgefäß mindestens teilweise achsnäher als die übrigen Teile des Kühlsystems angeordnet ist und mit einer Stichleitung an das Kühlsystem angeschlossen ist.

Auf diese Weise ist es möglich, den statischen Druck im Kühlmittelkreislauf immer derart hochzuhalten, daß in keinem Falle die Kühlmitteltemperatur in den Bereich der Siedetemperatur gelangt. Eine derartige Kühlanordnung sichert den einwandfreien und regelmäßigen Betrieb des Rotors.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das Kühlsystem aus einzelnen Kühlkreisen, die für sich jeweils selbständig sind. In diesem Fall weist jeder Kühlkreis einen eigenen Kühler auf. Ferner sind die Kühlkreise über je eine Stichleitung mit dem Expansionsgefäß verbunden.

Eine derartige Aufteilung bringt den Vorteil mit sich, daß jeder dieser Kühlkreise, bedingt durch die Kürze des Systems, bei gleichen Leitungsquerschnitten bedeutend kleinere Reibungsverluste aufweist als das gesamte Kühlsystem und daß mit bedeutend geringeren Flüssigkeitsmengen gearbeitet werden kann, da die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Austritt in jedem einzelnen Kühlkreis die durch den minimal herrschenden statischen Druck bedingte maximale Temperatur erreichen kann. Bei gleichen Wärmeübertragungsverhältnissen muß somit bei η Einzelkreisläufen mit der ursprünglichen Temperaturdifferenz nur \\n derjenigen Flüssigkeitsmenge zirkulieren, welche bei einem einzigen Kreislauf gleicher Totalfläche verwendet werden muß.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß das Kühlsystem mit einem oder mehreren Zwischenkühlern ausgerüstet ist und daß das Expansionsgefäß über eine gemeinsame Stichleitung an das Kühlsystem angeschlossen ist.

Die durch diese und die zuvor erwähnte Maßnahme bedingten geringeren Kühlmittelmengen erlauben die Verwendung kleinerer Kühlkanalquerschnitte, so daß mehr Platz für die stromführenden Leiter zur Verfügung steht und die spezifische Strombelastung der Kühlmittel führenden Leiter erhöht werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und nachfolgenden Beschreibung, und zwar zeigt

F i g. 1 eine Darstellung eines Kühlsystems in einem flüssigkeitsgekühlten Läufer, mit Angabe der Läuferdrehachse,

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F i g. 2 ein Kühlsystem in einem Läufer, mit drei Kühlkreise 22, mit wärmeaufnehmenden Teilen 24.

längs der Drehachse angeordneten, parallelgeschalteten Jeder der Kreisläufe 22 besitzt seinen eigenen Kühler

Kühlkreisen und 26. Diese einzelnen Kühlmittelkreisläufe 22 weisen ge-

F i g. 3 ein Kühlsystem analog derjenigen gemäß trennte Leitungssysteme 28 auf. Zusammen bilden die

F i g. 1 mit Zwischenkühlung. 5 Kühlmittelkreisläufe das Kühlsystem.

In einem flüssigkeitsgekühlten Läufer, beispiels- Eine derartige Aufteilung in einzelne Kühlkreise weise dem Rotor einer elektrischen Maschine, befindet bringt den Vorteil mit sich, daß jeder dieser Kühlkreise, sich das mit dem Läufer umlaufende, stromführende bedingt durch die Systemkürze, bei gleichen Leitungsgeschlossene Kühlsystem 3 symmetrisch außerhalb der querschnitten bedeutend kleinere Reibungsverluste Drehachsel des Läufers. Im Kühlsystem3 befindet io aufweist als das gesamte Kühlsystem und daß mit besieh ein Kühler 5. Er umfaßt ferner die zu kühlenden, deutend geringeren Flüssigkeitsmengen gearbeitet stromführenden Läuferteile in Form von Wicklungen 7, werden kann, da die Temperaturdifferenz zwischen welche den heizenden Teil darstellen, sowie Kanäle Ein- und Austritt in jedem einzelnen Kühlkreis die oder Verbindungsleitungen 9, durch welche das Kühl- durch den minimal herrschenden statischen Druck mittel einerseits in erhitztem Zustande dem Kühler 5 15 bedingte maximale Temperatur erreichen kann. Bei zufließt und andererseits aus diesem nach Abkühlung gleichen Wärmeübertragungsverhältnissen muß somit wiederum den heizenden Wicklungen 7 zugeführt wird. bei drei einzelnen Kreisläufen mit der ursprünglichen

In der Verbindungsleitung 9 zwischen dem Kühler 5 Temperaturdifferenz nur ^x/₃ derjenigen Flüssigkeitsund der Wicklung 7 ist über eine Stichleitung 13 ein menge zirkulieren, welche bei einem einzigen Kühlkreis Expansionsgefäß 11 zugeschaltet. Der Abstand des 20 gleicher Totalfläche verwendet werden muß.
Expansionsgefäßes 11 von der Drehachse 1 des Läufers Auch bei diesem Kühlsystem 25 ist es notwendig, zur ist mit T₁, der Abstand vom drehachsennächsten Teil Sicherstellung des statischen Druckes und um die in des Kühlsystems 3 von der Drehachse 1 dagegen mit r₂ den Kühlkreisen zirkulierende Flüssigkeitsmenge durch bezeichnet. Erhöhung der zulässigen Endtemperatur zu reduzieren,

Im Betrieb dreht sich der Läufer um seine Achse 1, 25 über Stichleitungen 33 den drei Kühlkreisen 22 ein

wobei auf Grund der Dichteunterschiede die rotations- Expansionsgefäß 31 zuzuschalten und damit den stati-

bedingten Zentrifugalkräfte auf die Flüssigkeit diese in sehen Druck in der beschriebenen Art und Weise zu

Pfeilrichtung im Kühlsystem 3 zum Zirkulieren brin- erhöhen.

gen. Um eine Gasblasenbildung im Kühlsystem 3 bei Im gleichen Sinne arbeitet auch die in F i g. 3 darge-Temperaturen des Kühlmediums im Siedebereich zu 30 stellte Anordnung, in welcher ein Kühlsystem 36 mit verhindern, ist vorgesehen, dem Kühlsystem 3 einen drei in Serie geschalteten, wärmeaufnehmenden und statischen Druck zu überlagern, was durch Anbringen stromführenden Teilen 38 mit einem Kühler 40 und des Expansionsgefäßes 11 und der Stichleitung 13 im zwei Zwischenkühlern 41 und über eine Rücklaufachsennahen Bereich der Drehachse 1 ermöglicht wird. leitung 42 betrieben wird, wobei es ebenfalls nötig ist, Wenn nun der Läufer mit der Winkelgeschwindigkeit ω 35 über eine Stichleitung 46 ein Expansionsgefäß 44 mit rotiert und das spezifische Gewicht der Kühlflüssigkeit dem Kühlsystem zu verbinden, um den statischen in dieser Stichleitung 13 und im Expansionsgefäß 11 Druck auf die erläuterte Art zu erhöhen. Der Läufer mit γ bezeichnet wird, so entsteht auf das Kühlsystem rotiert um seine Drehachse 48.

ein zusätzlicher statischer Druck von der Größe Die durch die in den F i g. 2 und 3 dargestellte Aus-

40 führung bedingten geringeren Kühlflüssigkeitsmengen

/\ „ — y _ω 2 \r ² — r ²I erlauben die Verwendung kleinerer Kühlkanalquer-

2g ² * ' schnitte, so daß mehr Platz für die stromführenden

Leiter zur Verfügung steht und die spezifische Strom-Auf diese Weise ist es möglich, den statischen Druck belastung der die Kühlflüssigkeit führenden Leiter erim Kühlsystem immer derart hochzusetzen, daß in 45 höht werden kann. In den drei erläuterten Ausführungskeinem Falle die Kühlmitteltemperatur in den Bereich beispielen erfolgt die Bewegung der Kühlflüssigkeit in der Siedetemperatur gelangt. Ein derartiges Kühlsystem bekannter Weise durch die auf sie wirkende Fliehkraft, sichert den einwandfreien und regelmäßigen Betrieb wobei infolge des Dichteunterschiedes der gekühlten des Rotors. und der erhitzten Kühlflüssigkeit die Druckkräfte in

In F i g. 2 ist die Drehachse 20 des Läufers dargestellt 50 den radialen Teilen des Kühlsystems verschieden sind,

sowie drei einzelne, in sich geschlossene stromführend eworaus sich eine Zirkulation der Kühlflüssigkeit ergibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Verhinderung von Dampfbildungen bei der Flüssigkeitskühlung des Läufers einer elektrischen Maschine durch Aufrechterhaltung eines über dem Verdampfungsdruck der Kühlflüssigkeit liegenden Kühlmitteldruckes mittels eines an den geschlossenen, aus einem oder mehreren Kühlkreisen bestehenden Kühlsystem angeschlossenen, den Druck im Kühlsystem vergrößernden Expansionsgefäßes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vollständig auf dem Läufer angeordneten Kühlsystem (3, 25, 36) das Expansionsgefäß (11, 31, 44) mindestens teilweise achsnäher als die übrigen Teile des Kühlsystems angeordnet ist und mit einer Stichleitung (13, 33, 46) an das Kühlsystem angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit mehreren Kühlkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (25) aus einzelnen Kühlkreisen (22) besteht, die für sich jeweils selbständig sind, daß jeder Kühlkreis (22) einen eigenen Kühler (26) aufweist und daß die Kühlkreise (22) über je eine Stichleitung (33) mit dem Expansionsgefäß (31) verbunden sind (F i g. 2).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (36) mit einem oder mehreren Zwischenkühlern (41) ausgerüstet ist und daß das Expansionsgefäß (44) über eine gemeinsame Stichleitung (46) an das Kühlsystem angeschlossen ist (F i g. 3).