DE2055923A1 - Kühlung fur Kollektorrmge dynamo elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

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6072 DREIEICHENHAIN 2055923 BERLINER RING 170

RUF (06103) 81813

1635-17-GE-1757

GEUEML EIiEGTRXC COMPAIiY

1 River Road Schenectady N.Yo/ TJ S A

Kühlung für Kollektorringe dynamoelektrischer Maschinen.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kühlung von Kollektorringen dynamoelektrischer Maschinen, wie beispielsweise große Turbinengeneratoren und insbesondere auf eine Verdunstungskühlung derartiger Ringe,

Der Erregerstrom für Drehfeldwicklungen großer Turbinengeneratoren wird normalerweise über-Kohlebürsten zugeführt, die mit den sich drehenden Kollektorringen auf der Turbinenwelle im gleitenden Kontakt stehen. Ein Begrenzungsfaktor, der die Lebensdauer der Bürsten bestimmt, ist die Stromdichte durch

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die Gleitkontaktflächen und es ist bekannt, ami die Stromdichte bei einer besseren Ringkühlung erhöht werden kann.

Aus der US-Patentschrift 3 32o 447 (von Banchieri) ist es bereits bekannt, daß die Kollektorringe mit Hilfe einer Flüssigkeit gekühlt werden können, die durch Kanäle in den Kollektorringen strömt, die ein Teil eines vollkommen geschlossenen Flüssigkeitskühlkreises darstellen. Jedoch sind geschlossene Flüssigkeitssysteme in rotierenden Einrichtungen besonders der Gefahr der Leckage unterworfen.

J·]=) ist auch bereits aus dem US-Patent 3 444 4o8 (von Krulls) bekannt, daß ein Kollektor, der an Stelle von herkömmlichen Bürsten flüssiges Metall verwendet, durch eine V7asserabschirmung und eine Verdampfung des flüssigen Metalls in einem sich drehenden Gefäß gekühlt werden kann. Nach diesem Patent sind ' zwei sich drehende Flüssigkeitsdichtungen erforcerlich, um eine Dampfkammer abzudichten, und der Dampf wird von einer relativ langen freitragenden Manschette entfernt gehalten, die eich in das Kollektorgefäß erstreckt.

Die Kühlung von Kollektorringen stellt ein schwieriges Problem dar, weil der Durehmesser des Kollektorringes nicht vergrößert werden kann, ohne ebenfalls die tangentialen I3i-rstenabriobgeschwindigkeiten zu vergrößern. Eine kompakte und wirkungsvolle Vorrichtung zur Kühlung des Kollektors auf eine entsprechend konstante Temperatur ist daher sehr erwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aui'gnbe ^u;;runde einen verbesserten Aufbau für eine Verdampfungskühlung eines Kollektorringea einer dynamoelektrischen Maschine vorzuschlagen.

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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Zuführung von Flüssigkeit und zur Aufnahme des Dampfes aus einem verdampfungsgekühlten Kollektor mit einer verbesserten Zuführ- und Abdichtungsvorrichtung vorzuschlagen.

Die Losung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß üei einem Kollektorring ein überhängendes zylindrisches Teil vorgeschlagen wird', das für einen gleitenden Bürstenkont-nkt auf der äußeren Fläche geeignet ist, und aus einer sich drehenden Flüssigkeitskammer au"f der inneren Fläche begrenzt. Line houlfürmige ϊ/ianscbette umfasst die Welle und ist mit einem Hing versehen, der sieh in die Flüssigkeitskammer erstreckt, um eine Dampfkammer abzudichten. Die Flüssigkeit wird sodann von dem Inneren der hohlförmigen Manschette der Innenseite der Flüssigkeitsdichtung zugeführt und der Dampf aus der Lampfkaifcmer zwischen der hohlförmigen Manschette und der Welle in ein 7)nnpfsap-imelrobr geleitet.

.Die L-.rfi-Kiung wird anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fi.:ur 1 einen horizontalen Schnitt, der teilweise aufgeschnitten ist, eines Teiles einer dynamoelektrischen LIaschi~ nenwelle mit einer Flüssigkeitsversorgungsleitung, einem i)anpfsammelrohr und einem Kollektorring, wobei nur ein derartiger Ring zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt ist und

Figur 2 eine acgewnndelte Form der Erfinduns.

i*Uxur 1 zei_;2t einen Teil einer Generntorwelle 1 mit einem Kollektorrinfi 2, der durch Verdampfung gekühlt wird, indem eine Fl'.issi-'k-eit zum Sieden gebracht wird. Sin anderer Kollektor-'

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ring, der aus Platzgründen nicht dargestellt ist, ist auf der anderen Seite der Ringleitung 3 angeordnet, und ist mit dem Kollektorring 2 identisch, mit der Ausnahme, daß er in die entgegengesetzte Richtung weist.

Das Wellenteil 1 besitzt eine zentrale isolierte Bohrung, welche die zwei isolierten Verbindungsstangen 4 und 5 aufnimmt, wobei jede von ihnen mit einem der Kollektorringe mit Hilfe eines oder zwei sich radial erstreckender Anschlußstutzen, wie beispielsweise 6, elektrisch verbunden ist. Die Verbindungsstangen 4 und 5 selbst können getrennt durch ein Strömungsmittel gekühlt werden, und zwar mittels einer Konstruktion, wie aus dem US-Patent 3 393 333 (von Kudlacik) ersichtlich ist.

Der Kollektorring 2 umfasst ein Lagerbüchsenteil 2a,·das auf der V/elle befestigt ist, und von dieser mit Hilfe einer isolierenden LIanschette 7 isoliert ist. Die LagerDüchse 2a trägt ein langgestrecktes zylindrisches überhängendes Teil 2b, das in herkömmlicher Weise auf seiner Außenfläche mit spiralförmigen Einkerbungen 2c versehen ist, welche die Bürstenabriebflächen trennen. Die Bürstenumrisse sind durch die Bezugsziffern 8 angedeutet. Die Bürstenhaltekonstruktion ist nicht W dargestellt, jedoch geht eine geiegnete Anordnung aus dem US-Patent 3 387 155 (von Krulls) hervor. Uit Ausnahme, daß das überhängende Kollektorringteil 2b viel langer und dünner 1st, als die bisher bekannten Kollektoren, ist die zuvor beschriebene Konstruktion von herkömmlicher Art.

rcaß der Erfindung ist ein nev/ölbtes Ringelement 9 an dns eine Ende des üL< mannenden ilollektorteils 2b befestigt, und erstreckt sich j\':i:inl nach innen in Tilchtunp der Welle 1 und bildet eine P] Ur.,- i .-ke j Irs bdämmun.cr, wodurch r. ine sich drehende J¹IiJsGj ?k<--i⁴;sk-;-■·"' r '²o cegrenzt wird. Der Ring 9 ist abnehmbar

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um die Teile während des Aufbaus zusammenbauen zu können.

Die Manschette 1o besteht aus einer äußeren Wand 1ob und einer inneren koaxial verlaufenden Wand 1oc, die mit Hilfe radialer Rippen zusammen befestigt sind. Zwischen den Rippen befindet sich eine Anzahl über den Umfang verteilter Flüssigkeitszuführröhren 11, die aus einer Rohranordnung mit Flüssigkeit versorgt werden, die allgemein mit 12 bezeichnet ist.

Die äußere Wand 1 ob und die iniere Wand Toc besitzen entsprechende Öffnungen 13 und 14, die den Durchtritt des Dampfes durch die Wände in eine ringförmige Dampfsammeikammer 15*erlauben, sodaß dieser durch ein Dampfsammeirohr 16 entweichen kann. Von hier aus gelangt der Dampf zu einem Kondensator und einem nicht näher dargestellten Kühlsystem und wird der Rohrleitung 12 für die Flüssigkeitsversorgung zurückgeführt.

Bei der Dichtungs- und Zuführanordnung des Kollektorgefäßes ist ein feststehender Ring 17 in der Nahe des Endes der Manschette Io befestigt und erstreckt sich radial nach außen in die Flüssigkeit, um so eine Flüssigkeitsdichtung zu bilden. Ein zweiter schmalerer Ring 18 ist an dem äußeren Ende der Manschette 1o und von dem Ring 17 entfernt angeordnet, um eine ringförmige Flüssigkeitszuführkammer 19 zu bilden. Die Kammer 19 wird mit einer Flüssigkeit aus den Röhren 11 über Ausschnitte in der Basis 17 und durch die äußere Wand 1ob der Manschette wie angedeutet, versorgt, ·

TJm eine noch wirkungsvollere Flüssigkeitsdichtung zu erzielen, ist ein sich drehender Ring 2o in'einer Auskerbung des überstehenden Teils 2b' des Kollektors eingepasst, und erstreckt eich radial nach innen.. Ein Durchläse 21 erlaubt, daß die

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Flüssigkeitspegel auf beiden Seiten des Ringes ausgeglichen werden können.

Für die Rotoren dynamoelektrischer Maschinen ist es kennzeichnend, daß dieser und die mit ihnen verbundenen Kollektorringe wegen der thermischen Ausdehnung eine beträchtliche axiale Bewegung aufweisen, wohingegen die Rohrleitung 3 und die Manschette 1o feststehen. Aus diesen Gründen wird zwischen den rotierenden Ringen 9 und 2o ein genügender Raum frei gelassen, um die Bewegung dieser Ringe in Bezug auf die stationären Ringe 17 und 18 anzupassen.

Der Aufbau des mit umgekehrter Polarität versehenen Kollektörringes auf der gegenüberliegenden Seite der Rohrleitung 3 ist mit dem Kollektorring 2 identisch und ist aus Platzgründen nicht dargestellt. Somit erstreckt sich eine vollkommen abgedichtete Dampfkammer von der lagerbuchse 2a des einen Kollektorringes bis zu einer ähnlichen Lagerbüchse auf dem anderen Kollektorring, die entlang der V/eile innerhalb des Manschettenansatzes 1o verläuft. Mit Hilfe von zwei einander entfernten Ringen 22, von denen jeder einen kegelförmigen Abdichtungsring 23 an seinem inneren Enden aufweist, sowie Einstellvorrichtungen um die Abdichtungsringe gegen die Manschette zu drücken, ist eine Dampfdichtung mit der äußeren Wand der Manschette 1o vorgesehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung gestaltet sich wie folgt. Eine geeignete Flüssigkeit, und zwar vorzugsweise Wasser mit einem entsprechenden Reinheitsgrad um die Bildung von Rückständen zu verhindern, wird von einer Rohrleitung 12 über die axial verlaufenden Röhren 11 zugeführt, und in den Ringraum 19 zwischen den Ringen 17 und 18 geleitet. Die Flüssigkeit verteilt sich über die innere Fläche des überhän-

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genden Kollektoransatzes 2b wobei dieser Vorgang durch Öffnungen 21 in dem rotierenden Ring erleichtert wird. Die Verdampfung oder das Sieden der .Flüssigkeit erfolgt aufgrund der Wärme, die von dem Kollektorring 2 ausgeht und wenn bei einer konstanten Temperatur sich ein Gleichgewicht eingestellt hat, steigt der Flüssigkeitspegel in Hichtung der Rotorachse aufgrund des abnehmenden Druckes. Wenn die Flüssigkeit auf dem Zuführringraum 19 trifft, so wird dadurch eine automatische Pegelsteuerung vorgenommen, indem die Flüssigkeitsfront gegen den Druck der einkommenden Flüssigkeit ausgeglichen wird, was in einfacher Weise durch die Schwere erfolgen kann, falls dies gewünscht wird.

Der Dampf tritt durch die ringförmige Kammer zwischen der Manschette 1o und der Welle durch die öffnungen H und 13 und durch das Dampfsammeirohr 16 zum Kondensator nach außen. Dort wird es gekühlt und der Rohrleitung 12 zurückgeführt.

Wie ersichtlich, spielt sich der Verdampfungsprozeü bei nahezu konstanter Temperatur ab, sodaß daher der Kollektorring auf einer ^eeigneten Temperatur gehalten wird, die dadurch eingestellt wercicn kann, drns der Dampfdruck auf einen Wert gehalten wird, utr der besten Temperatur entspricht, um für die Bürste bei einer erhöhten Stromdichte eine gute Lebensdauer zu erzielen.

Die Fi,'ur 2 ze int eine abgewandelte Form der Erfindung bei der nur der Ko31ekto-rrin/r dargestellt ist. Die zentrale Rohrleitung 3 ist file gleiche, die in Verbindung mit Firur 1 beschrieben wurde.

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Der Kollektorring 3 ist, im Gegensatz zu einem einzigen überhängenden Teil, doppelendig ausgebildet und weist zwei überhängende Teile 31a und 31b auf, die sich von einer zentralen tragenden Lagerbüchse 31c aus in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Auf der linken Seite liegt ein Ring 32 dicht zwischen dem Ansatz 31a und einem inneren Ansatz der Lagerbuchse 31c an, sodali eine dichte ringförmige Kammer 33 gebildet wird. Auf dem gegenüberliegenden Ende erstreckt sich ein radialer
Ring 34 nach innen in Richtung zur Welle um wie zuvor eine
Flüssigkeitsabdämmung vorzusehen. Eine hohlförmige Manschette 35 auf der Welle erstreckt sich zwischen der Abdämmung 34 und der Welle. Wie schematisch angedeutet ist, ist ein Ring 36
mit einem inneren ringförmigen Zuführkanal 37 an das Lnde der Manschette befestigt und reicht radial nach außen. Lin sich
drehender Ring 38 mit Kanälen 39 ist an der Innenseite des
überhängenden Ringansatzes befestigt, der dazu beiträgt, eine Flüssigkeitsdichtung in einer sich drehenden Flüssigkeit und der Dampfkammer 4 ο aufrechtzuerhalten.

Um die Flüssigkeit zur Kammer 33 und den Dampf zurück zur
Kammer 4o zu leiten, sind eine Reihe innerer und äu.-erer
axialer Kanäle 41 und 4 2 durch die Lagerbüchse wie dargestellt vorgesehen.

Die Betriebsweise der abgewandelten Ausführungsform nach j-'ifur 2 ist im wesentlichen die gleiche wie die zuvor beschriebene. Die Flüssigkeit wird durch die Kanäle in der Manschette *'> geführt und gelangt zur Kammer 4o zwischen den rotierenden ;\im^ren 34 und 36 und bildet eine Flüssigkeitsdichtung. Die Flüssigkeit verteilt sich fiber die innere Fläche der Ansätze des
Kollektorrinj/. π durch den axialen Kanal 41. Sodnnn findet die Verdampfung oder das Sieden statt, und der Ό·:π\γ>ί wird aus der Kammer 33 durch die Kanäle 42 und von der i—nior Ίο in (Un
ringförmigen Kanal zwischen der iuan sehet te Y) und Her ,/eile

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geleitet, und wird von der zentralen Rohrleitung wie zuvor aufgenommen.

Die Ausführungsform nach Mgur 2 kann dort vorgezogen werden wo es erwünscht ist, eine längere Kollektorringabriebfläche für die Bürsten 8 zu erhalten ohne daß eine außerordentliche Umbiegung der Ringansätze wegen der Zentrifugalkraft auftritt, da die Ringansätze kürzer als diejenigen nach Figur 1 sind. Die zuvor beschriebene Erfindung stellt daher eine äußerst kompakte und einfache Vorrichtung zur Kühlung eines Bürstenkollektorringes dar.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   j 1 .J Dynamoelektrische Maschine mit Kollektorringen, die nuf einer V/elle angeordnet sind und die innerhalb der (/eile mit Anschlüssen elektrisch verbunden sind, wobei ein Lagerbüchsenteil von der V/elle isoliert ist und ein sich axial erstreckendes überhängendes 'Teil eine äui-Jcre Fläche aufweist, die für einen elektri riehen Reibungskontr,<■:.t mit Bürsten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein rotierender erster Ring (9) an dem überhängenden Teil (2b) befestigt ist und ;:ich von dort

   m± aus radial nach innen erstreckt, um eine ilUsGigkeitsabdämmung vorzusehen, daß ein Manschettenelement (1o) den Wellenteil (1 ) umgibt und sich zwischen dem ersten Ring (19) und der Welle befindet und ein feststehendes zweites Ringelement (17) trägt, das sich radial nach au..:.en erstreckt und das derartig ausgebildet ist, daß mit einer flüssigkeit eine Drehdichtung ausgebildet wird, die durch d^n ersten Ring begrenzt wird, daß l?lüssigkeitszuführe inrieh tun gen vorgesehen sind, die innerhalb der Manschette (io) Kanäle (11) aufweisen, die zum überhängenden Kollektorringteil führen und daß Dampfabführleitungen vorgesehen ε in ei, die einen ringförmigen Kanal aufweisen, der sicm .'wischen der Manschette (1o) und der V/elle (2) befindet, der den j'impf

   m aus dem Kollektor führt.

   Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 , et a d u r c h gekennzeichnet, daß der zweite -iing (17) einen ringförmigen Zufihrkanal begrenzt, οer mit einem kreisförmigen Auslaß versehen ist, welcher sich innen von der radial äußersten Peripherie des zweiten Ringes (17) befindet, und der ebenfalls auf der Seite desselben in Richtung der Lagerbüchse angeordnet lot.

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   Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich drehendes drittes Ringelement (2o) einen axialen Kanal (21) aufweist, der sich radial innen von dem überhängenden Teil aus befindet und der von dem ersten Ring (17) entfernt angeordnet ist, um dazwischen eine Abdichtungskammer zu bilden und daß der zweite Ring (17) sich in die Abdichtungskammer erstreckt.

   Dynamo-elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3» d a durch gekennzeichnet, daß der Kollektorring (2) eine flüssigkeitsdichte Hingkammer (19) auf der gegenüberliegenden Seite des Lagerbüchsenteils (26) von dem überhängenden Teil aus begrenzt und daß das Lagerbüchsenteil (2b) erste axiale Kanäle zum Durchlaß der Flüssigkeit in die iiingkncmer. und zweite axiale Kanäle zur Leitung des Dampfes aus der ringförmigen Kammer und zurück durch das La .-er buchsenteil begrenzt.

   HEINZ LINSER

   PATENTANWALT 6Q72 DREIEICHENHAIN

   BERLINER RINQ 170 TELEFON COei 083 61813

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