DE1538928B2 - Elektrische isolierende kupplung zweier elektrisch leiten der rohrleitungen zur fuehrung von einem fluessigen kuehl mittel bei einer fluessigkeitsgekuehlten elektrischen ma schine - Google Patents

Description

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Bei flüssigkeitsgekühlten Turboläufern dienen Isolierschläuche sind z. B. durch die britische Patent-Hochdruck-Rohrverbindungen dazu, zwei zu ver- schrift 978 025 bekanntgeworden,
bindende Rohrleitungsenden gegeneinander zu iso- In der französischen Patentschrift 1400 853 ist lieren. Bei solchen zu verbindenden Rohrleitungs- eine Verteilerbatterie zum elektrisch isolierten Kühlenden kann es sich z. B. um eine Verbindung von 5 Wasseranschluß der Hohlleiter einer Rotorwicklung einem an Masse liegenden Wasseranschlußrohr zu beschrieben, wobei die Kühlwasserzuführung zu den der unter Spannung stehenden Wicklung oder um direkt an die Leiter angeschlossenen einzelnen eine Verbindung von zwei an verschiedenen Poten- Leitungen von einem Zentralrohr aus über rohrtialen liegenden Windungen handeln. '. förmige, durch Isolierzwischenringe gegeneinander

Bei Drehung des Läufers entstehen durch die io isolierte Anschlußsegmente erfolgt, die mittels einer Eigenfliehkraft der Flüssigkeit in den Kühlkanälen am abgeschlossenen Ende des Zentralrohres besehr hohe hydraulische Drücke, die mit dem findlichen Verschraubung zu einer das Zentralrohr Quadrat des radialen Abstandes von der Läufermitte umschließenden rohrförmigen Hülse zusammenansteigen. Je nach Einbaulagen der isolierenden gespannt werden.

Rohrverbindungen im Läufer werden diese bei Rota- i₅ Diese Verteilerbatterie ist dann aber nicht getion mit Flüssigkeitsdrücken von 100 bis 200 atü be- eignet, wenn zwei Rohrleitungsenden elektrisch isoansprucht. Daraus geht hervor, daß sehr hohe An- liert zu einer Rohrleitung mit durchgehender, etwa forderungen an die mechanische Festigkeit und konstanter lichter Weite verbunden werden sollen, Dichtheit der Rohrverbindungen bei Anwendung in da sie speziell zum Anschluß mehrerer Wicklungseinem flüssigkeitsgekühlten Läufer gestellt werden. ₂o leitungen kleineren Querschnitts an ein Haupt-Aus Gründen der Betriebssicherheit müssen diese zuführungsrohr für Kühlwasser eingerichtet ist.
Rohrverbindungen mit mindestens dem doppelten Weiter ist eine Rohrleitungsverbindung bekannt-Prüfdruck getestet werden. Der hohe Prüfdruck muß geworden (deutsche Patentschrift 1223 939), die r\ von der Isolation ohne Schaden aufgenommen wer- mittels Spannhülse und Spannmutter zwei Enden >-·'' den. Bei Drehung des Läufers sind die Rohrverbindun- 25 einer Rohrleitung für die Flüssigkeitskühlung von £ gen hochfrequenten mechanischen Schwingungen Polwicklungen eines Schenkelpolläufers gegeneinausgesetzt, die auch nach langer Betriebszeit die ander verspannt. Dabei ist aber die Spannhülse auf Dichtheit nicht beeinflussen dürfen. das eine Rohrleitungsende aufgeschraubt und steht

Je nach Größe der an einer Rohrleitung liegen- außerdem über die Spannmutter mit dem anderen den elektrischen Spannung und je nach Länge der ₃₀ Rohrleitungsende in leitender Verbindung, so daß Isolierstrecke treten mehr oder weniger starke die beiden Rohrleitungsenden nicht gegeneinander elektrolytische Effekte auf, die bei falscher Aus- elektrisch isoliert sind. Zudem erfolgt die Ablegung der Verbindung sehr leicht zur Beschädigung dichtung der Verbindung nach außen mittels über der Isolation und der Verbindungsteile führen kön- die Rohrleitungsenden geschobener Dichtungsringe nen. Die isolierende Rohrverbindung muß ferner in _{35 un}d einer auf die Spannhülse aufgeschraubten überder Lage sein, elektrische Prüfspannungen aufzu- wurfmutter, so daß diese Verbindung einen relativ nehmen. Bei flüssigkeitsgekühlten Turboläufern wird großen Außendurchmesser aufweist,
die Wicklungsisolation gegen Masse mit etwa 3,5 Die Erfindung bezieht sich nun auf eine elektrisch bis 4 kV geprüft; während der Prüfung wird die isolierende Kupplung zweier elektrisch leitender Rohrverbindung von der Kühlflüssigkeit durchströmt. ₄₀ Rohrleitungen zur Führung von einem flüssigen

Das bedeutet, daß auch an die elektrischen Eigen- Kühlmittel bei einer flüssigkeitsgekühlten elekschaften der Isolation sehr hohe Anforderungen irischen Maschine, insbesondere bei einem Turbogestellt werden, um die Forderung der höchst- generatorläufer, durch die die Rohrleitungen mittels möglichen Betriebssicherheit zu gewährleisten. Da _an ihren Enden befindlicher Flansche über die Stirndie Rohrverbindung an spannungsführende Teile an- ₄₅ flächen eines zwischen ihnen angeordneten Isoliergeschlossen wird, ist absolut zuverlässige Dichtheit körpers mit kreisringförmigem Querschnitt flüssigbei Raum- wie auch bei den zu erwartenden maxi- keitsdicht gegeneinandergepreßt sind, bestehend aus malen Betriebstemperaturen von etwa 90° C er- einer auf dem einen Rohrleitungsende angeordneten forderlich. - metallischen Spannhülse mit einem Spannbund, der

Es ist bekannt, für solche bei flüssigkeitsgekühl- _5o gegenüber dem Flansch desselben Rohrleitungsendes ten Turboläufem notwendigen Hochdruck-Rohr- durch eine ringförmige elektrische Isolierung isoliert verbindungen Isolierschläuclie z. B. aus Teflon zu j_st_; und einer auf dem anderen Rohrleitungsende anverwenden, die an ihren Enden mit Metallhülsen- geordneten und mit einer Spannhülse über ein Gefassungen versehen sind. winde in Verbindung stehenden Spannmutter, welche

Derartige Schläuche haben jedoch den Nachteil, ₅₅ Spannhülse im Bereich des Spannbundes und beiderdaß bei gleichzeitiger Einwirkung des hohen Flüssig- seits desselben durch eine kriechstromsichere Isokeitsdruckes und der Betriebstemperatur der Preß- lierung gegenüber der zugehörigen Rohrleitung isodruck des in den Metallhülsen eingequetschten liert ist.

Teflonschlauches infolge zu geringer Warmform- Eine solche Rohrleitungsverbindung ist in der

beständigkeit verlorengeht. Das hat Undichtigkeiten 60 USA.-Patentschrift 1 499 411 beschrieben,

an den Metallhülsenfassungen zur Folge. Ein weiterer Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Kupp-

Nachteil ist, daß auch infolge der gegen Schwingun- i_ung zum Anschluß an eine direkt flüssigkeits-

gen sehr empfindlichen Metallhülsenfassungen nach gekühlte Wicklung für hohe Spannungen von etwa

längerer Betriebszeit Undichtheiten auftreten. Ferner 5 kV und hohe Flüssigkeitsdrücke unter Einhaltung

sind derartige Schläuche außerdem gegen axiale 65 der erforderlichen großen Wege zur kriechstrom-

Zug- und Druckkräfte, die bei Anwendung von sicheren Isolierung mit geringer Raumbeanspruchung

Rohrverbindungen in einem flüssigkeitsgekühlten auszubilden.

Läufer unvermeidbar sind, sehr empfindlich. Solche Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

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löst, daß bei Verwendung der Kupplung zur Ver- Verbindung an allen Berührungsflächen der Isobindung zweier Hochdruckleitungen und zum An- lations- und Stahlteile. Die Isolationsteile sind abschluß an eine direkt flüssigkeitsgekühlte Wicklung solut formbeständig, so daß ein Lockern der Verhoher Spannung von etwa 5 kV die Spannhülse bindung durch Setzerscheinungen auch nach langer innen mit einer Isolation ausgekleidet ist und ferner 5 Betriebszeit nicht möglich ist.
der zwischen den Rohrleitungsenden angeordnete Oxyd-Keramik, die bevorzugt für die Abstandisolierkörper als hohlzylindrische Abständhülse aus hülse und den Druckring zur Anwendung kommen einem druckfesten eigenverformungsb^tändigen Iso- kann, hat auch im nassen Zustand ausgezeichnete lierstoff ausgeführt ist, welche Abstandhülse sich Isoliereigenschaften und behält auch bei hohen über Dichtungen an den Flanschen der Rohrleitun- io Temperaturen ihre Formbeständigkeit bei. Mit gen abstützt, und daß die ringförmige elektrische Sonderqualitäten können sehr hohe mechanische Isolierung zwischen dem Spannbund und dem Festigkeiten erreicht werden.

Flansch des spannbundseitigen Rohrleitungsendes An Hand der Zeichnung, in deren F i g. 1, 2 und 3

als Druckhülse aus druckfestem eigenverformungs- drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen

beständigem Isolierstoff solcher Länge ausgeführt 15 Verbindung jeweils in einem Längsschnitt, die Ver-

ist, daß sie den sich innerhalb der Spannhülse be- bindung gemäß der F i g. 3 dabei nur teilweise, dar-

findlichen Teil der Isolierung auf die zur kriech- gestellt sind, wird nachfolgend die Erfindung näher

stromsicheren Isolierung nötige Länge umschließt, beschrieben.

und daß die äußeren Durchmesser der Druckhülse Gemäß F i g. 1 weisen zwei Rohrleitungen 10 und

und der Abstandhülse denen der Flansche der beiden 20 11 an ihren Enden 14 und 15 als Flansche 12 und

zu verbindenden Rohrleitungen entsprechen. 13 zwei Rohrnippel auf, die mit den Rohrleitungs-

Dabei ist es günstig, wenn die Abstandhülse und enden hart verlötet sind. Die Flansche können mit

die Druckhülse aus einem keramischen Werkstoff den Rohrleitungsenden auch aus einem Stück be-

bestehen. stehen. Die Rohrleitungsenden 14,15 sind mit Ab-

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung 25 stand voneinander angeordnet. Zwischen diesen

besteht dabei darin, daß die Flansche jeweils mit Enden bzw. zwischen den Flanschen 12 und 13 ist

einer Ausnehmung versehen sind, in die Dichtringe eine Abstandhülse 16 aus Keramik vorgesehen. Die

eingelegt sind. Flansche 12 und 13 sind mit Ausnehmungen 17 und

Zweckmäßig wird als kriechstromsichere Iso- 18 versehen, in die zur Dichtung O-Ringe 19 und

lierung auf die bundseitige Rohrleitung ein Isolier- 30 20 eingelegt sind. Auf die Rohrleitung 10 ist eine

schlauch aufgeschrumpft, der vornehmlich aus Isolierung 21 in Form eines Isolierschlauches aus

Teflon bestehen kann. Teflon aufgeschrumpft; über diese isolierte Rohr-

Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich be- leitung 10 sind eine Druckhülse 22 aus Keramik und sonders durch geringe Raumbeanspruchung wegen eine zylindrische Spannhülse 23 aus Metall gedes kleinen Außendurchmessers sowie größte Be- 35 schoben, die an einem Ende einen Spannbund 24 triebssicherheit aus, da die verschiedenen Aufgaben und am anderen Ende eine Spannmutter 25 aufweist, der Dichtung und Isolierung getrennt eigens dafür Die von dem Isolierschlauch aus Teflon gebildete ausgeprägten Bauteilen zugeordnet sind, die ent- Isolierung reicht innerhalb der Spannhülse 23 bis sprechend der Beanspruchung durch Druck und zum Rohrnippel 12 und erstreckt sich auch außerelektrische Spannung jeweils optimal ausgelegt wer- ₄₀ halb der Spannhülse über eine kriechstromsichere den können, so daß in keiner Weise eine Ein- Länge der Rohrleitung 10. Die Spannhülse 23 ist schränkung der Verwendungsmöglichkeit der Kupp- innen mit einer aus einem Teflonschlauch bestehen-Iung für das vorgesehene Anwendungsgebiet besteht. den Isolierung 26 isoliert. Im Betrieb liegen die Damit ist eine höchstmögliche elektrische Isolierung Rohrleitung 11, die Spannmutter 25 und die Spann- und Formbeständigkeit erreicht. 45 hülse 23 auf gleichem Potential. Die vorgesehenen

Bei etwa 8 bis 10 mm nutzbarer Nennweite be- schlauchartigen Isolierungen 21 und 26 und die

trägt der Außendurchmesser nur etwa 24 mm. Damit Keramik-Bauelemente gewährleisten eine zuverlässige

sind vorteilhafterweise die Außenabmessungen bei kriechstromsichere Isolierung der beiden Rohrleitun-

großem Durchflußquerschnitt sehr -klein gehalten. gen 10 und 11. Mittels der Spannhülse 23 und der

Die Wandstärke der Abstandhülse ist so bemessen, 50 Spannmutter 25 sind die beiden an den Rohrleitungs-

daß der hohe Flüssigkeitsdruck und die mechanische enden befestigten Flansche 12 und 13 fest auf die

axiale Verspannkraft mit Sicherheit aufgenommen Stirnflächen der Abstandhülse 16 gepreßt,

werden können. Die Länge der Druck- und der Die beiden O-Ringe 19 und 20 bestehen vorzugs-

Abstandhülse richtet sich nach der Höhe der an- weise aus alterungsbeständigem Kunststoff, sie werstehenden Spannung. Gleichspannungen erfordern ₅₅ den im Betrieb durch den Flüssigkeitsdruck an die

eine bestimmte Mindeslisolationsstrecke, damit geschliffenen Stirnseiten 27 der Abstandhülse 16 und

elektrolytische Effekte im Inneren der flüssigkeits- an die glatt bearbeiteten Dichtflächen 28 der

durchströmten Rohrverbindung vermieden werden. Flansche 12 und 13 gepreßt.

Die Druckhülse wird nur durch die axiale Ver- Gemäß F i g. 2 sind keine O-Ringe wie in F i g. 1, Spannkraft und die im Einbauzustand auftretenden 60 sondern Metall-Dichtringe 29 und 30, die z. B. aus

axialen Betriebskräfte beansprucht. Weichkupfer bestehen können, in Verbindung mit

Vorteilhaft ist als Isolierung auf die bundseitige einer Spannfeder 31, die als Tellerfeder ausgeführt

Rohrleitung ein Isolierschlauch aufgeschrumpft. sein kann, vorgesehen; dabei ist die Spannfeder

Diese Isolierschläuche sorgen für ausreichend lange zwischen dem Spannbund 24 und der Druckhülse 22 elektrische Kriechstrecken im Bereich der spannungs- 65 angeordnet. Zwischen der Spannfeder 31 und der

führenden Teile; sie bestehen vorzugsweise aus Druckhülse 22 liegt eine Stahlscheibe 32, die den

Teflon. Druck der Spannfeder gleichmäßig auf der Druck-

Dabei erfolgt eine mechanische kraftschlüssige hülse verteilt. Die Metall-Dichtringe 29 und 30

liegen über etwa ihre halbe Stärke in den Ausnehmungen 17 und 18 der Flansche 12 und 13.

Sie können aber auch die gesamte Stirnfläche der Abstandhülse und des Flansches bedecken. In diesem Fall entfallen die Ausnehmungen im Flansch.

In der Fig. 3 ist eine Bauart gezeigt, bei der die Abstandhülse 16 an ihren beiden Stirnseiten 27 (nur eine ist dargestellt) je einen axial gerichteten, auf Passung bearbeiteten Absatz aufweist. Dieser Absatz bildet mit den Ausnehmungen 17 und 18 einen spielfreien Zentriersitz 34.

Durch eine derartige Zentrierung wird ein Herausquetschen der O-Ringe wirksam vermieden, und zwar auch dann noch, wenn aus irgendeinem Grunde die axiale Verspannkraft nachläßt und sich zwischen den axialen Anlageflächen ein kleiner Spalt einstellen sollte. Der Passungssitz verhindert mit absoluter Sicherheit, daß der O-Ring infolge des hohen Flüssigkeitsdruckes in den Spalt hineingepreßt wird.

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrisch isolierende Kupplung zweier elektrisch leitender Rohrleitungen zur Führung von einem flüssigen Kühlmittel bei einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine, insbesondere bei einem Turbogeneratorläufer, durch die die Rohrleitungen mittels an ihren Enden befindlicher Flansche über die Stirnflächen eines zwischen ihnen angeordneten Isolierkörpers mit kreisförmigem Querschnitt flüssigkeitsdicht gegeneinandergepreßt sind, bestehend aus einer auf dem einen Rohrleitungsende angeordneten metallischen Spannhülse mit einem Spannbund, der gegenüber dem Flansch desselben Rohrleitungsendes durch eine ringförmige elektrische Isolierung isoliert ist, und einer auf dem anderen Rohrleitungsende angeordneten und mit der Spannhülse über ein Gewinde in Verbindung stehenden Spannmutter, welche Spannhülse im Bereich des Spannbundes und beiderseits desselben durch eine kriechstromsichere Isolierung gegenüber der zugehörigen Rohrleitung isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung der Kupplung zur Verbindung zweier Hochdruckleitungen (10,11) und zum Anschluß an eine direkt flüssigkeitsgekühlte Wicklung hoher Spannung von etwa 5 kV die Spannhülse (23) innen mit einer Isolation (26) ausgekleidet ist und ferner der zwischen den Rohrleitungsenden angeordnete Isolierkörper als hohlzylindrische Abstandhülse (16) aus einem druckfesten eigenverformungsbeständigen Isolierstoff ausgeführt ist, welche Abstandhülse (16) sich über Dichtungen (19, 20, 29, 30) an den Flanschen (12,13) der Rohrleitungen (10,11) abstützt, und daß die ringförmige elektrische Isolierung zwischen dem Spannbund (24) und dem Flansch (12) des spannbundseitigen Rohrleitungsendes als Druckhülse (22) aus druckfestem eigenverformungsbeständigem Isolierstoff solcher Länge ausgeführt ist, daß sie den sich innerhalb der Spannhülse (23) befindlichen Teil der Isolierung (21) auf die zur kriechstromsicheren Isolierung nötige Länge umschließt, und daß die äußeren Durchmesser der Druckhülse (22) und der Abstandhülse (16) denen der Flansche (12, 13) der beiden zu verbindenden Rohrleitungen (10,11) entsprechen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhülse (16) und die Druckhülse (22) aus einem keramischen Werk- s stofi bestehen. ■ V

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch \^ gekennzeichnet, daß die Flansche (12,13) jeweils mit einer Ausnehmung (17,18) versehen sind, in die Dichtringe (19, 20) eingelegt sind.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhülse (16) an beiden Stirnseiten (27) je einen axial gerichteten Absatz (33) aufweist, der mit den Ausnehmungen (17, 18) einen spielfreien Zentriersitz (34) bildet.

5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe (19, 20) O-Ringe aus alterungsbeständigem Kunststoff sind.

6. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtringe Metall-Dichtringe sind und daß zwischen dem Spannbund (24) und der Druckhülse (22) eine Spannfeder (31) angeordnet ist.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als kriech- ( stromsichere Isolierung (21) auf die spannbundseitige Rohrleitung (10) ein Isolierschlauch aufgeschrumpft ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschlauch aus Teflon besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen