DE1613344A1

DE1613344A1 - Fluessigkeitsgekuehlter Rotor fuer dynamoelektrische Maschinen

Info

Publication number: DE1613344A1
Application number: DE19671613344
Authority: DE
Inventors: Philip Richardson
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1966-11-09
Filing date: 1967-11-09
Publication date: 1971-05-19
Also published as: US3487242A; CH473500A; GB1206274A

Description

Dipl-lng.C-H.Hüis μ 484-Ή..

ta!* - ΓortenlcWien ßarmisoh-Ps.rtenkirchen, 8. November

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CA· Parson· & Company Limited, Heat on Works, Newcastle-upon-Tyne 6, England

Flüssigkeitsgekühlter Rotor für dynamoelektrische Maschinen

Sie Erfindung betrifft dynamoelektrische Maschinen mit flüssigkeitsgektthlten Rotoren·

Es ist allgemein bekannt, dass die Hotoren dynamoelektrischer Maschinen und insbesondere die Rotoren grosser turbinengetriebener Wechselstromgeneratoren dadurch gekühlt werden können, dass ein flüssiges Kühlmittel durch Kanäle im Rotorkörper und in den Rotorwindungen zirkuliert, das über Kanäle, die im allgemeinen in der Nähe der Drehachse

des Rotors vorgesehen sind, dem Rotor zu und aus ihm abgeführt wird.

Im allgemeinen ist es erstrebenswert, das Sieden des Kühlmittels zu verhindern und für den Fall, dass als

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Kühlmittel Wasser verwendet wird, ist der Druck des Wassers am Austritt aus dem Rotor, also dort, wo die Kühlmitteltemperatur ein Maximum hat, meist gleich oder annähernd gleich dem atmosphärischen, und in diesen Fällen ist ts erforderlich, die Austrittetemperatur unter 100° C zu halten· Wenn nun die Sintrittstemperatur 4-0° C beträgt, ergibt dies eine zulässige Tempera tür zunähme um 60° C, während in konventionellen gasgekühlten Rotoren eine Temperaturzunahme in der GrossenOrdnung von 90° C zulässig ist, bei einer Eintrittstemperatur von 40° O, so dass die gesamte mittlere Temperatur der Rotorwicklungeji 130° C beträgt, wobei an besonders heissen Stellen Temperaturen in der QrSssenOrdnung von 140° C auftreten können. Die Notwendigkeit, das Sieden eines flüssigen Kühlmittels zu verhindern, kann daher die obere Temperaturgrenze, bis zu der die Rotorwicklungen betrieben werden können, im Vergleich zu gasgekühlten Rotoren verringern, und dies erzwingt eine Beschränkung der StroBfUhrungskapazität des Rotors.

Die Auswirkung der Zentrifugalkraft auf das flüssige Kühlmittel besteht in einer Druckerhöhung im -Botorkem und der Wicklung ein·· turbinengetriebenen Wechselstromgenerator·, wobei der Kühlmitteldruck mehrere 100 Atmosphären betragen kann« Bei derartigen Drücken ist der Siedepunkt des Kühlmittels wesentlich höher als bei atmosphärischem Druck, aber auf dem Weg dee Kühlmittels zu seinem Auslass in der Nähe der Rotationsachse des Rotors lässt die Wirkung der Zentrifugalkraft nach und, wie bereits vorher erwähnt, nähert sich der Kühlmitteldruck am Auslass im allgemeinen dem atmosphärischen Druck. BADORiGINAL

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Ea wurde zwar schon vorgeschlagen, den Druck des dem Hotor zugeführten Kühlmittels zu erhöhen, so dass der Austrittsdruck wesentlich über dem atmosphärischen liegt, aber hier ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich einer wirksamen Abdichtung bei höheren Drücken, die insbesondere bei den Einlass- und Au-sl a ssverb in düngen auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine dynamoelektrische Maschine mit flüssigkeitsgekühltem Rotor dahingehend zu verbessern, dass ein Sieden des Kühlmittels verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss grundsätzlich dadurch gelöst, dass bei einer dynamoelektrischen Maschine mit flüssigkeitsgekühltem Rotor Einrichtungen vorgesehen sind, mittels welcher ein zusätzliches Fluidum in den Kühlmittelkreislauf an einer vorbestimmten Stelle dieses Kreislaufes eingespeist werden kann, um sich unter Temperaturverringerung mit dem Kühlmittel zu vermischen, so dass das Sieden des Kühlmittels verhindert wird.

Gremäss einem weiteren Erfindungsmerkmal wird bei einer Maschine entsprechend dem vorhergegangenen Absatz das zusätzliche Pluidum dem Kühlmittel an einer Stelle des Kühlmittelkreislaufes zwischen der Rotorwicklung und dem Kühlmittelauslass aus dem Rotor eingespeist.

Weiter besteht die Erfindung in ,einer Maschine entsprechend dem vorhergegangenen Absatz, bei welcher zui' Führung des flüssigen Kühlmittels durch die Rotorwicklungen dienende Kanäle in wenigstens ein Kopfstück in

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der Nähe der Wicklungsenden münden und weitere Kanäle im Rotorkörper vorgesehen eind, um das flüeβig· Kühlmittel von dem genannten Kopfstück zu einem Kühlmittelauslass im Schaft des Rotors zu leiten, wobei das zusätzliche Pluidum d«m flüssigen Kühlmittel in dem genannten Kopfstück zugeführt wird.

Die Erfindung besteht auch in einer Maschine entsprechend einem der zwei vorhergegangenen Absätze, wobei das zusätzliche Huidum dem Rotor über einen den Einlasskanal für das flüssige Kühlmittel umgebenden Kanal zugeführt wird, wobei diese Kanäle entlang der Rotatidnsachse des Rotors verlaufen·

In Weiterbildung des in den vorhergegangenen vier Absätzen definierten Erfindungsgedankens besteht die Erfindung auoh in einer Maschine» bei welcher die Zufuhr des zusätzlichen Pluidums durch eine auf Temperaturkontrolleinrichtungen im Kühlmittelkreislauf ansprechende Ventilanordnung gesteuert wird*

Weiterhin besteht die Erfindung in einer Maschine entsprechend dem vorhergegangenen Absatz, bei welcher im Kreislauf des flüssigen Kühlmittels Ventileinrichtungen vorgesehen sind, die von der genannten Temperaturkontrolleinrichtung gesteuert werden, um den Fluss des flüssigen Kühlmittels zu regeln.

Genäse einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das zusätzliche Pluidum bei einer Maschine entsprechend einem der vorhergegangenen sechs Absätze eine Flüssigkeit.

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Schliesslich kann erfindungsgemäss bei einer Maschine in übereinstInnung mit dem vorhergegangenen Absatz sowohl das flüssige Kühlmittel als auch das zusätzliche Fluidum Wasser sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert· Es stellen dar:

Pig. 1 einen Schnitt durch einen Teil des Rotors

eines turbinengetriebenen Wechselstromgenerators mit einer schematischen Sarstellung eines Teiles des Kreislaufes des flüssigen Kühlmittels und der Einrichtungen zum Einspritzen eines zusätzlichen Fluidums entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, '

Fig. 2 einen der Pig· 1 entsprechenden Schnitt zur Ver-• deutlichung einer alternativen Anordnung zur Einführung des zusätzlichen Fluidums,

Fig. 3 das Schema einer Kontrolleinrichtung für das

flüssige Kühlmittel und das zusätzliche Pluidum.

Bei der Verwirklichung der Erfindung in der beispielsweise dargestellten Form und zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Ende des Rotorkörpers eines turbinengetriebenen Wechselstromgenerators in seinen Umrissen mit 1 bezeichnet· Die Wicklungen sind (der Übersichtlichkeit halber) nicht dargestellt, können aber herkömmlicher Art sein. Wie bekannt, können die die Hotorwiofclungen bildenden Leiter oder die Kanäle zur Zirkulation des Kühlmittels in der Wicklung in ein oder in mehrere Kopfstücke an einem

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oder beiden luden dee Rotors Bünden, und ein solches Kopfstück ist bei 2 dargestellt,eusammen mit einem Leiter oder einem Kühlmittel führenden Kanal 3·

Das flüssige Kühlmittel für die Rotorwicklung kann der Wicklung über Kopfstücke der mit 2 bezeichneten Art zu oder auch aus ihr abgeführt werden, aber bei der dargestellten Ausführung handelt es sich bei dem Kopfstück 2 um ein Auslass-Kopfstück.

Das flüssige Kühlmittel wird dem Rotor durch einen koaxial sur Botationsacb.se des Rotors verlaufenden Kanal 4 augeführt. Bei dem dargestelltes Botortyp flieset das flüssige Kühlmittel im Kanal 4 sni dem nicht dargestellten

Jbaä* des Rotors oder zu einer Stelle zwischen den Rotorenden, wo es den Rotorwicklungen zugeführt wird. Das in das*Kopfetüok 2 eintretende flüssige Kühlmittel verlässt den Rotor über einen Kanal 5.

Wenn, was bei derartigen Rotoren möglich ist, Wasser als flüssiges Kühlmittel Verwendung findet, würde das Wasser sum Sieden kommen, sobald es sich dem Rotorsauslass nähert, sofern sein Druck dem der Atmosphäre entspricht und seihe Temperatur höher als 100° C ist. Um ein derartiges Sieden zu verhindern, wird ein zusätzliches Fluidum vorzugsweise Wasser, dem Kühlmittel im Kopfstück 2 zugeführt, so dass seine Temperatur verringert und sichergestellt wird, dass sie unterhalb des Siedepunktes bleibt, ganz gleich, welcher Druck in dem Kühlmittel zwischen dem Kopfstück 2 und dem Auslass aus dem Kanal 5 vorherrscht. Allgemein gesagt,

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wird die Temperatur auf einen Wert unterhalb τοπ 100° C herabgesetzt, obwohl es manchmal nicht nötig sein wird» die Temperatur auf diesen Wert zu erniedrigen, wenn der Kühlmitteldruck im Kanal 5 über dem atmosphärischen bleibt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird das als zusätzliches Fluidum dienende Wasser dem Rotor über einen Kanal 6 zugeführt, der den Kanal 4 umgibt, und wird dann vom Kanal 6 in das Kopfstück 2 über einen Kanal 7 geleitet·

Bei der in Jig. 2 dargestellten Anordnung wird das BU sät Bliche fluidum den Rotor zwar ebenfalls über einen Kanal 6 augeführt, aber dem Kühlmittel beigefügt, während es durch den Kanal 5 strömt.

Ss ist nicht trfindungswesentlich, dass der Kanal 6 den Kanal 4 wie dargestellt umgibt. Der Kanal 6 kann auch entlang des Kanals 4 verlaufen oder von diesem einen Abstand haben.

Die Zufuhr -des zusätzlichen Fluidums kann durch Ventil«inriehtungen 8 (Pig. 3) gesteuert werden, die auf eine Temperaturkontrolleinrichtung 9 ansprechen, welche an einer ausgewählten Stelle im Kreislauf des flüssigen Kühlmittels, vorzugsweise zwischen den schematisch bei angedeuteten Rotorwicklungen und dem Auslass 11 für das flüssige Kühlmittel aus dem Rotor, angeordnet ist. Die Temperaturkontrolleinrichtung 9 oder eine ähnliche Einrichtung kann auch verwendet werden, um den Fluss innerhalb

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de· Kreislaufes des flüssigen Kühlmittels über Ventileihrichtungen 12 zu regeln·

Die beschriebene Zufuhr einer zusätzlichen Flüssigkeit kann auch bei Rotoren angewandt werden, bei welchen das flüssige Kühlmittel unter Druck zugeführt wird, um einen Auelassdruck zu erzielen, der höher ist als der der Atmosphäre, wobei dann die Verwendung der zusätzlichen Flüssigkeit in der beschriebenen Weise dazu dient, die Gruise des erforderliches Anfangsdruckes zur Verhinderung des Siedenβ zu reduzieren.

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Claims

fstintaniprüebei .

Ifynamoelektriache Maschine mit flüssigkeitsgekühltem Rotor, dadurch g e k e η η zeich 'n et, dass Einrichtungen fur die Zufuhr eines zusätzlichen Pluidums in den Kühlmittelkreislauf an einer ausgewählten Stelle dieses Kreislaufes vorgesehen sind, um sich unter Temperaturverringerung mit dem Kühlmittel zu vermisohea, so dass das Siedea dea Kühlmittels verhindert wird.

2* Dynaaoilektrieche Maschine nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dass daa zusätzliche Fluidum dem Kühlmittel au einer Stelle des Kühlmittelkreislaufes

zwischen der Rotorwicklung und dem Ktthlmittelauslase aus dem Hotor eingespeist wird·

3· Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch t oder

2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung des flüssigen Kühlmittels durch die Rotorwicklungen dienende Kanäle in wenigstens ein Kopfstück in der Nähe der Wicklungsenden münden und weitere Kanals.im Rotorkörper vorgesehen sind, um das flüssige Kühlmittel von dem genannten Kopfstück zu einem Auslass in der Rotorwelle zu leiten, wobei das zusätzliche iluidum dem flüssigen Kühlmittel in dem genannten Kopfstück zugeführt wird.

4· Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2 oder

3, dadurch gekennzeichne t, dass das zusätzliche Tluidum dem Rotor über einen den Einlasskanal für das flüssige Kühlmittel umgebenden Kanal zugeführt wird, wobei diese Kanäle entlang der Rotationsachse des Rotors verlaufen·

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5· ByasJioelektrieche Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des zusätzlichen Fluidums durch eine auf Temperaturkon tr oll einrichtungen im Kühlmittelkreislauf ansprechende Ventilanordnung gesteuert wird,

6· Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 5» dadurch gekennseiohnet, dass in dem Kreislauf des flüssiges Kühlmittels Ventileinrichtungen vorgesehen sind, die durch die genannten Temperaturkontrolleinrichtungen gesteuert werden, um den Fluss des flüssigen Kühlmittels au regeln«

7· Byaamoelektrisohe maschine saoh einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η -aeiohnets dass ü&& zu^&talicfc« Fluidu& eine Flüssigkeit ist.

So %ii@mo9l€<ktrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch fekenn zeichnet, dass das flüssige Kühlmittel und das üiisätzliche Pluldum Wasser sind.

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