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Aus Schleifring und Bürsten bestehende StromUbertragungsvorrichtung
an Generatoren Die Erfindung betrifft eine aus Schleifring und Bürsten bestehende
Stromübertragungsvorrichtung an Generatoren.
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Bei Generatoren üblicher Bauart werden von den Schleifringvorrichtungen
derzeit maximal etwa 8000 A übertragen.
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wenn der Spannungsabfall je Pol etwa 2,5 V beträgt, sind infolge des
Stromüberganges je Pol ca. 20 kW Wärme abzuführen. Hinzu kommt die durch die Reibungsleistung
der Bürsten mit etwa 15 kW je Pol entstehende Wärme, womit also bei einem Schleifring
der erwähnten Leistungsklasse ca. 35 kW je Pol in Form von Wärme abzuführen sind.
Bezogen auf die Schleifringoberflache bedeutet diss eine Heizflächenbelastung in
der Grössenordnung von 50 kW/m2.
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Zur Abführung der anfallenden Wärme ist es bekannt, das Prinzip der
Luftkühlung anzuwenden und die Schleifringe mit axialen Kühlakanälen zu versehen.
Zusätzlich erfolgt eine Kühlwirkung über die Schleifringeberfläche nach aussen sowie
über die von der Kühlluft umströmten Bürsten.
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Zur Forderung der Kühlluft ist ein Ventilator vorgesehen, der wegen
der relativ klcinen wärmeübertragenden Flächen der axiale Kühlkanäkle für eine hohe
Strömunysgeschwindigkeit in den Kühlkanälen von etwa 80 - 100 m/s sorgen muss.
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Die zu diesem Zweck erforderliche Ventilatorleistung beträgt ca. 20C
kW. Rechnet man die zur Ueberwindung der Bürstenreibung an der SchleifringoberfZäcne
erforderliche Antriebsleistung hinzu, so ergibt sich für das obige Beispiel ein
gesamter Leistungsbedarf von ca. 270 kW.
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Trotzdem nimmt bei einer solchen Anordnung die Schleifringoberfläche
eine Temperatur von ca. 120°C an, während die Bürstentemperatur ca, 150°C beträgt.
Im Hinblick auf eine möglichst ringe Bürstenabnützung ist jedoch eine maximale Bürstentemperatur
von etwa 1200C erstrebenswert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aus Schleifring und
Bürsten bestehende Stromübertragungsvorrichtung an Generatoren anzugeben, durch
welche die Schleifring- und damit auch die Bürstentemperatur selbst bei noch höheren
als im Beispiel genannten Generatorleistungen auf einem für die betreffenden Bauteile
ertraglichen ert gehalten werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, den
Leistungsbedarg
der Kühlvorrichtung auf einem möglichst niedrigen Weit zu halten. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen einem im wesentlichen axial
verlaufenden, dut den Kühlgaseintrittsseiten über dem Umfang i.n wesentlichçn ofen
Hohlraum und der Oberfläche des auf der Generatorwelle angeordneten Schleifringes
eine Vielzahl von kühlkanälen vorgesehen ist, welche den zwischen dem Hohlraum und
der Oberfläche befindlichen Teil des Schleifringes m wesentlichen radial durchsetzen.
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Die Zufuhr der Kühlluft zum Hohlraum kann dabei einflutig oder aach
zweiflutig erfolgen.
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Der Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass eine wesentliche
Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Generators möglich wird, da die Belastbarkeit
der aus dem Schleifring und den Bürsten bestehenden Stromübertragungsvorrichtung
erhöht wird.
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Schliesslich kann für herkömmliche Letstungswerte des Generators ene
wesentliche Verbilligung durch Wegfall der teuren Ventilatoren erreicht werden.
Durch die radialen Kühlkanäle wird die wärmeübertragende Oberfläche des Schleif
rings gegenüber der herkömmlichen Konstruktion mit rein axialer Durchströmung etwa
um eine Zehnerpotenz vergrössert. Es ist sogar möglich, auf hohe Strömungsgeschwindigkeiten
zu verzichten und dennoch eine bessere Kühl leistung zu erreichen.
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Von Vorteil ist es ferner, dass die K*ühlkanäln wir ein Radialventilator
wirken und damit selbst zur Förderung des ICühlvolumenstroms beitragen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeis?iel der Erfindung anhand beiliegender
Zeichnung nuher erläutert.
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Die Figur zeigt den teilweisen Schnitt durch einen auf die Generatorwelle
aufgesetzten, einflutiger Schleifring sowie die mit dem Schleifring in Kontakt stehenden
Bürsten.
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Der auf einer Generatorwelle 1 itzende und von dieser durch eine Isolierschicht
getrennte Schleifring 2 ist im Beispiel mit einem axialen Hohlraum 4 versehen, welche
an eine in der Figur nicht dargestellte Vorrichtung zur Luftzuführung angeschlossen
ist. Von dem Hohlraum 4 sind radiale Kühlkanäle 5 an die Oberfläche des Schleifrings
geführt.
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Selbstverständlich ist es möglich, anstelle eines einzigen Hohlraumes
4 mehrere solcher Hohlräume innerhalb des Schleifringes anzuordnen, von denen die
Kühlkanäle 5 abgehen.
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Der Einlauf 7 in den Hohlraum 4 ist hier als Axialventilator ausgebildet.
Bei einer zweiflutigen Ausführung des Schlcifringes würden zwei Axialventilatoren
am jeweiligen Eintritt
in den Hohlraum angeordnet werden, welche
neben ihrer Förderwirkuna für die dann nötige Abstützung des Schleifrirges gegerüber
der Welle sowie für die Strozzu- bzw.
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Abfuhr verwendet werden könnten.
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In der Nähe der Schleifringoberfläche mündan die radialen Kühlkanäle
5 in eine Erweiterung 6, welche beispielsweise in Form einer sich längs der Oberfläche
des Schleifringes erstreckenden wendelförmigen Nut ausgebildet ist. Diese Nut sorgt
dafür, dass die Bürsten bei rotierender Welle von sich bildender Patina befreit
werden und dass der mechanische Abrieb gleichmässig längs der Oberfläche der Bürsten
erfolgt.
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SelbstverstJndlich sind auch besondere Formgebungen oder Ausrichtungen
der Kühlkanäle 5 möglich, welche die selbsttätige Förderwirkung derselben verbessern,
so dass ein beträchtlicher Teil der bisher notwendig gewesenen Leistung für die
separaten Ventilatoren eingespart werden kann.
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Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, relativ kleine und
billige Axialventilatoren zu verwenden, welche vorteilhafterweise dem Schleifring
vorgeschaltet werden.
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Der gesamte Leistungsbedarf des Ventilators, welcher sich aus der
Leistung eines separaten Ventilators und aus der Förderleistung der Schleifringkonstruktion
zusammensetzt, beträgt nur noch etwa 10% des Leistungsbedarfs von bekannten Konstruktionen
dieser Art.
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Ferner wird durch die beschriebene Anordnung die Kühlung der Bürsten
3 verbessert, da die aus den radialen Kühlkanälen 5 des Schleifrings austratende
Kühlluft angenähert mit Umfangsgeschwindigkeit des Schleifringes die Bürsten anströmt,
welche Goschwindigkeit bei herkömmlichen Bauarteen nicht erreicht wird. hinzu kommt,
dass die für das Anblasen der Bürsten nötige Energie bei der zorgeschlagenen Anordnung
aus der knetischen Austrittsenergie bezogen wird, die an sich als Verlustenergic
zu bezeichnen wäre.
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Bei geringen Strombelastungen kann auf den Einbau von separaten Ventilatoren
überhaupt verzichtet werden, da dann bereits die Förderwirkung der radialen Kühlkanäle
5 ausreicht.
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Die Oberfläche des Schleifringes kann beliebig gestaltet sein. Als
besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, die Erweiterungen 6 der Kühlkanäle
5 als eine die Schleifringoberfläche überzierlende wendelförmige Nut auszuführen,
in welche die Kühlkanäle 5 einmünden.