DE1801090B2 - Kuehlfluessigkeitszu und abfuehrvorrichtung zu dem laeufer einer elektrischen grossmaschine - Google Patents

Description

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Zur Verbesserung der Abfuhr der Verlustwärme elektrischer Maschinen ist man inzwischen insbesondere bei Großmaschinen dazu übergegangen, den Läufer der Maschine und eventuell auch den Ständer mit Wasser zu kühlen. Die Zuführung des Kühlwassers zu den rotierenden Teilen der Großmaschine ergibt keine Schwierigkeit, wenn sie, wie z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 233 05d bekannt, über eine von einem freien Wellenende ausgehende axiale Bohrung in der Welle erfolgt, die über radiale Bohrungen mit Kammern verbunden ist, welche zusammen mit der Welle rotieren.

Ls ist weiterhin aus der britischen Patentschrift ')| I 170 bekannt, auf dem Läufer einer elektrischen Maschine an jeder Stirnseite eine Zentrifugalpumpe anzuordnen, die zur Zu- bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit dient. Derartige Zentrifugalpumpen sind dichtungsfrei ausgebildet, so daß das Eindringen von Luft in den ki/hlllüssigkeitskreislauf nicht vermieden ist. wodurch eine Oxidation der Leitungen innerhalb des Maschinenläufers auftreten kann.

Dieser Nachteil liegt auch bei der aus der schweizerischen Patentschrift 403 052 bekannten Wasserziiführung zu den Wicklungen des Läufers eines Turbogenerators vor. Diese Wasserzuführung ist vollkommen dichtungsfrei ausgeführt. Das Kühlwasser tritt aus stehenden, in der Nähe der Wcllenoberfläche angeordneten Kühlrohren aus. und soll in Öffnungen eines einteilige., Zylinderkörpers eintreten, die mit ilen Öffnungen der Kühlkani·¹·: in den Wicklungen verbunden sind. Damit dieser Übertritt gewährleistet ist, muß der Zylinderkörpef cir η möglichst großen Durchmesser aufweisen, damit das Wasser infolge einer möglichst großen Fliehkraft auch in diese Öffnungen des Zylinderkörpers eintritt. Dabei werden aber von der Kühlflüssigkeit in unerwünschter Weise Luftblasen mitgerissen. IFm dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die zur Kühlwasserzu- bzw. abführung dienenden Kammern als geschlossene Kammern 'uiszubilden. deren Teile gegeneinander abgedichtet sind, 4" auch wenn zwischen ihnen Relativbewegungen auftreten, sie also teilweise aus rotierenden und teilweise aus stehenden Teilen gebildet sind.

Line derartige Anordnung ist in der Fig. ·) der britischen Patentschrift 1042 343 dargestellt. Die über radialen Bohrungen, die zu einer axialen Bohrung in tier Welle führen, angeordnete Kammer liegt bei dicer beLannleu Anordnung iiuf tier Mantelfläche der Welle und enthält Dichtungen /wischen ihren rotierenden und stehenden Teilen. Die Kammer be- 5" findet sich aber unmittelbar an dem freien Wclleni.-ndr. so claß tier Durchmesser des Wellenendes allein hinsichtlich der Kühlmittelzuführung bemessen /ti werden braucht und man somit auch völlig frei hin- \ich;lich tier Wahl ties Durchmessers für die Dich- r>:> tungiMi ist.

Ferner ist es bekannt (Electrical Review, 1%8. Seite 00). bei einem fliissigkeitsgckiihltcn Rotor eines Turbogenerators das Kühlwasser auf der einen Seite von einem freien Wcllcnendc aus über eine nxialc So Miiielliohnmg in der Welle zuzuführen. Auf tier antlcen Seite der Maschine ist zur Kühlwasscrabfiihrung neben einer Kupplung mit getrenntem kiipplungsflansch eine aus einteiligen Ringkörpern gebildete, die Welle umschließende Kammer angeord- 6_a ni't. die radial nach innen offen ist und über radialen Bohrungen liegt, die zu der axialen Mittclbohrung tier Welle führen. Das Kühlwasser spritzt also infolge der Zentrifugalkraft aus diesen Bohrungen heraus und wird von einer stehenden, offenen Ringkammer aufgefangen und einem Sammelbehälter zugeführt. Diese Kammer zum Auffangen des herausspritzenden Kühlwassers steht in keinem physikalischen Kontakt mit der Wellenoberfläche, es handelt sich also nicht um eine geschlossene Ringkammer. Als Abdichtung ist vielmehr zwischen der rotierenden Vi'elle und der stehenden Kammer eine Labyrinthdichtung vorgesehen, die von außen her mit Preßluft beaufschlagt ist. Eine derartige Labyrinthdichtung verhindert das Austreten von Leckwasscr an dieser Stelle, dabei ist aber zu beachten, daß infolge des Herausspritzens des Wassers sowieso der größte Teil von dem Wasser gegen die radial außenliegende Stirnfläche der Ringkammer gedruckt wird und nicht an die Dichtungsspalte. Außerdem hat diese bekannte Anordnung den bereits erwähnten Nachteil, daß Luft mit dem Kühlwasser vermengt wird, wodurch sich der Sauerstoffgehalt des Kühlwassers anreichert und außerdem Gasblasen vom Kühlwasser eingeschlossen werden.

Eine derartige Anordnung könnte man auf keinen Fall bei einer Kühlwasserzuführung verwenden, da im Kühlwasser vorhandene Luftblasen die Kühlwirkung wesentlich verschlechtern. Außerdem lösen sich auch Teile des Stauerstoffes der Luft in dem Kühlwasser, wodurch die Korrosion der Kupfcrleiter vergrößert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, sowohl die Kiiblflüssigkeitszuführung als auch die -abführung zu dem Läufer einer elektrischen Großmaschine nur über die Mantelfläche der Welle vorzunehmen, ohne daß diese Bohrungen enthält. Dies ist z. B. crfoidcrlich, wenn die elektrische Maschine an beiden Wcllencndcn über lösbare Kupplungen wahlweise mit einer Pumpe bzw. einer Turbine verbunden ist. wie dies bei Pumpspeicherwerken der Fall sein kann. Das Kühlwasser muß also aus einem stehenden Sammelbehälter einem mit verhältnismäßig croßcr Geschwindigkeit rotierenden Körper zugeführt worden, wobei geschlossene Kammern verwendet werden sollen, damit das Eindringen von Luft in das Kühlwasser verhindert wird. Durch die besondere konstruktive Ausbildung einer derartigen Kühlflüssigkeits/u- und -abführvorrichtung soll eine gute Abdichtung der Kammer erreicht werden.

Zur Lösunp. dieser Aufgabe gehl die Erfindung aus von einer Kühillüssigkeits/ii- und -abführvorrichtung /11 dem Läufer einer elektrischen Großmaschine niittels von einteiligen Ringkörpcrn gebildeter, die Liiuferwellc umschließender, radial nach innen offener Kammern, die über Dichtungen nach außen abgeschlossen sind und die benachbart zu einer mit einem getrennten Flansch versehenen Kupplung liegen, welcher Flansch einen größeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Ringkörpcrs. Gemäß der Erfindung ist bei einer elektrischen Großmaschine, bei der die Kühlwasserzu- und -abführung außerhalb der Welle erfolgen muß, die Läufcrwcllc von einem der Kühlwasserzu- und -abführung dienenden feststehenden Teil mit Spiel umgeben und die die Kammern bildenden Ringkörper umgeben einen mit dem feststehenden Teil verbundenen Zylinder, wobei die Dichtungen als in Umfangsrichtung unterteilte Glcitringdichtungcn auf der außcnliegcndcn Oberfläche des feststehenden Zylinders angeordnet sind und außerdem die Ringkörper für die Kühbvasscrzn- und -abführung miteinander lösbar verbunden und

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auf dem Zylinder verschiebbar angeordnet sind. Durch den getrennten Flansch der Kupplung auf der Seile der Kühlwasser/u- bzw. -abführvorrichtung, können deren rotierende 'Peile aus einteiligen Ringkörpern aufgebaut sein, deren Innendurchmesser kleiner als der Aulkndurchmesser des Kupplungsllansehes ist, wobei die Gleitringdiehtungen möglichst achsnah liegen. Dies hat den Vorteil, daß diese in den geschlossenen Kammern vorhandenen Gleilringdichtungen zwischen den rotierenden und feststehenden in ι eilen auf einem allein von dem Wellenabmessungen abhängigen kleinen Durchmesser angeordnet sein können, wodurch die auf die Dichtungen wirksamen Beanspruchungen herabgesetzt und ihre Lebensdauer verlängert wird. Außerdem sind die einteiligen Ringkörper der Kammer einfach herzustellen und werden von den auftretenden Zentrifugalkräften vollkommen gleichmäßig beansprucht. Eine unerwünschte bzw. ungleiche Verformung der Dichtungsflächen tritt auch nicht ein, wodurch die Laufgüte de Dichtungen verbessert wird. Durch die einteilige Ausbildung der Dichtungsflächen, die auf tausendstel Millimeter genau bearbeitet werden müßten, wird deren sehr schwierige Herstellung so wesentlich vereinfacht, daß die das Aufbringen der einteiligen Ringkörper crmöglichcndc Verwendung einer Kupplung mit getrenntem Flansch, der mehr Aufwand erfordert als ein angeschmiedeter Wellenflansch, nicht ins Gewicht fällt.

Man erreicht also insgesamt eine Vereinfachung der Herstellung der Dichtungsflächen, eine Herahset/ung ihrer Beanspruchungen und somit eine Erhöhung der Lebensdauer der Dichtungen. Außerdem sind die Gleitringdichtungen dadurch, daß die kammern aus in axialer Richtung nebcncinancierlieeenden, lösbar miteinander verbundenen Ringkörpern gebildet werden, die auf dem Zylinder des feststehenden Teiles verschiebbar sind, leicht zum Auswechseln zugänglich. Dieses wird noch weiterhin dadurch erleichtert, daß sie in ümfangsrichtung unterteilt sind. Dies ist aber gerade bei elektrischen Großmaschinen wichtig, da Wartungsarbeiten, wie sie das Auswechseln der Verschleißteile darstellenden Dichtungen sind, so selten und so kurz wie möglich sein sollen, um den Betrieb der Großmaschine nicht zu häufig und zu lange zu unterbrechen.

F,in Ausführungsbeispiel der Erfindung i'·! schematisch in der Figur dargestellt.

Die Läuferwclh 1 der elektrischen Großmaschine 2 eines Pumpspeicherwerkes ist über die Kupplung 3 mit getrenntem Flansch über eine weitere nicht dai ~,o gestellte lösbare Kupplung mit der Pumpe verbunden. Das zweite Wcllenende der Maschine ist ebenfalls über eine lösbare Kupplung mit einer weiteren Maschine. /.. B. einer Turbine, verbunden. Die Wicklung 4 des Läufers 5 der clektiischen Großmaschine 2 wird mit Wasser gekühlt. Da die Wcllcncndcn somit nicht zugänglich sind, muß die Kühlwasserführung zu der Wicklung 4 des Läufers S über die Mantelfläche der Läufcrwellc 1 erfolgen. Die Kühlflüssigkcitszu- bzw. -abführvorrichtung 6 besteht aus dem feststehenden Teil 7, welcher die Läufcrwellc 1 mit Spiel umeibt und aus dem rotierenden THl 8, der über den Nabenkörper 9 mit der Läufcrwellc 1 verbunden ist. Um die Zuführung des Wassers zu erleichtern, liegt der feststehende Teil 7 auf einem kleineren Radius als der rotierende Teil 8.

Der rotierende Teil 8 ist aus mehreren, in axialer Richtung hintereinander angeordneten und lösbar miteinander verbundenen einteiligen Ringkörper!) zusammengesetzt, Diese Ringkörper bilden eine ringförmige, radial nach innen olTene Kammer 10 für das zugeführte kalte Wasser und eine Kammer 11 für das abzuführende erwärmte Wasser. Die Verbindung mil der Wicklung 4 des Läufers erfolgt über Rohre 12 bzw. 13. Die radial nach innen olTenen Kammern 10, 11 sind jeweils von einem mit dem feststehenden Teil 7 verbundenen Zylinder abgeschlossen und durch Gleitringdichlungen abgedichtet.

Da die einzelnen Teile des rotierenden Teiles 8 aus einteiligen Ringkörpern bestehen, werden diese somit durch die auftretenden Zentrifugalkräfte gleichmäßig beansprucht bzw. verformi, so daß die mit äußerster Genauigkeit in der Größenordnung von Tausendstel Millimeter bearbeiteten Dichtungsflächen in ihrer vorgesehenen Gestalt erhalten bleiben. Hierdurch kann eine einwandfreie Funktion der jeweiligen Gleitringdichtung sichergeste'·', werden, und es treten nur geringe Leckwasserverluste ruf.

Die Verschleißteile, d.h. die Gleitringdichtungcn. werden dagegen an dem mit dem stehenden Teil 7 verbundenen Zylinder angeordnet, da dieser keinen Fliehkraftbeanspruchungen ausgesetzt und mithin wesentlich geringeren Beanspruchungen unterworfen ist. Sie sind in Ümfangsrichtung unterteilt, so daß ein Auswechseln erleichtert ist. Dazu werden die einteiligen Ringkörper des rotierenden Teiles 8 in axialer Richtung voneinander gelöst und auf dem Zvlinder verschoben, bis die Gleitringdichtungen auf dem stehenden Teil freiliegen, so daß sie entfernt bzw. ausgewechselt werden können.

Die Montage der Kühlflüssigkeitszu- bzw. -abführvorrichtung auf die Läuferwelle 1 bereitet keinerlei Schwierigkeiten, da die Kupplung 3 einen von der Läuferwellc getrennt ausgebildeter Flansch hat und auf die Läuferwelle erst nach dem Aufbringen der einteiligen Ringkörper der Kühlflüssigkeitszu- bzw. -abführvorrichtung 6 aufgezogen wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kühlflüssigkeitszu- und -abführvorrichtung zu dem Läufer einer elektrischen Großmaschine mittels von einteiligen Ringkörpern gebildeter, die Läuferwelle umschließender, radial nach innen offener Kammern, die über Dichtungen nach außen abgeschlossen sind und die benachbart zu einer mit einem getrennten Flansch versehenen Kupplung liegen, welcher Flansch einen größeren Außendurchmesscr aufweist als der Innendurchmesser des Ringkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer elektrischen Großmaschine, bei der die Kühlwasscrzu- und -abführung außerhalb der Welle erfolgen muß. die Läuferwelle (1) von einem der Kühlwasserzu- und -abführung dienenden feststehenden Teil (7) mit Spiel umgeben ist, daß die die Kammern (10, 11) bildenden Ringkörper einen mit dem feststehenden Teil (7) verbundenen Zylinder umgeben, daß die Dichtungen als in Ümfangsrichtung unterteilte Gleitringdichtungen auf der außenlicgenden Oberfläche des feststehenden Zylinders angeordnet sind und daß die Ringkörper für die Kühlwasserzu- und -abführung miteinander lösbar verbunden und auf dem Zylinder verschiebbar angeordnet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen