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ROTOR SEINER ELEKTRISCHEN MASCHINE MIT DIREæTSR
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FLÜSSIGKEITSKÜHLUNG Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische
Maschinen, und zwar Rotoren elektrischer Maschinen mit direkter Flüssigkeitskühlung.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung in Turbogeneratoren mit
Walzenpolen verwendet werden.
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Es ist ein Rotor einer elektrischen Maschine mit direkter Flüssigkeitskühlung
bekannt (siehe GB-PS 1416765), der einen Rotorkorper mit Walzenpolen und eine aus
in entsprechenden Nuten des Rotorkörpers angeordneten und elektrisch in Reihe geschalteten
Spulen bestehende Wicklung enthält. Die Spulen sind aus Hohileitern ausgeführt,
die von der Kühlflüssigkeit durchflossen werden, wobei jede Spule einen hydraulischen
Kreis bildet. In jedem hydraulischen Kreis stellt die untere, dsh. radial innere
Ausleitung der Spule den Leiter für die Zuführung der Kühlflüssigkeit
in
den hydraulischen Kreis und die obere, d.h.
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radial äußere Ausleitung der Spule den Leiter zum Abfluß der Kühlflüssigkeit
aus diesem Kreis dar, so daß der Leiter zum Abfluß der Kühlflüssigkeit in einem
größeren Abstand von der Rotorachse als der Leiter für die Zuführung der Kühlflüssigkeit
liegt. Die Leiter für die Zuführung und den Abfluß der Kühlflüssigkeit sind mit
Hilfe von mit diesen Leitern gleichachsigen Metallrohren mit dem Zuleitungssystem
der Kühlflüssigkeit verbunden, so daß sämtliche hydraulische Kreise hydraulisch
parallel geschaltet sind.
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Wie bekannt, wird der Grad der Rotorkühlung durch den Durchsatz der
die hydraulischen Kreise durchfließenden Eühlflüssigkeit bestimmt. Der Durchsatz
der Kühlflüssigkeit im hydraulischen Kreis ist eine Funktion der Druckhöhe der Flüssigkeit
Amd des Strömungswiderstades des hydraulischen Kreises; dabei hangt die Druckhöhe
der Sühlflüssigkeit von der Differenz des Niveaus des Abflusses und der Zuführung
der Kühlflüssigkeit in diesem Kreis inbezug auf die Rotorachse ab, während der StrUmungs--widerstand
hauptsächlich durch den Querschnitt der Eühlkanäle des hydraulischen Kreises und
durch dessen Gesamtlänge bestimmt wird. Da in dem oben beschriebenen bekannten Rotor
die Kühlflüssigkeit in die hydraulische Kreise in einem gleichen Abstand von der
Rotorachse zugeführt wird, und der Abfluß derselben aus dem hydraulischen Kreisen
desgleichen in einem gleichen Abstand von der Rotorachse erfolgt, * d. Ii. der Druckdifferenz
zwischen Bin- und Austritt
so wird zum Umlauf der Kühlflüssigkeit
in sämtlichen hydraulischen Kreisen eine und dieselbe Druckhöhe benutzt.
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Der Durchsatz der Flüssigkeit durch die symmetrisch angeordneten Kreise
kann jedoch wegen der Streuung der Durchmessergrößen der Kühlkanäle in den Leitern
der hydraulischen Kreise, dem ungleichen Abstand von den Spulen bis zur Rotoroberfläche
und der verschiedenen Stärke der Spulenleiterisolation unterschiedlich sein. Das
führt zu einer unsymmetrischen Rotorkuhlung und zum Auftreten einer von der Belastung
der elektrischen Maschine abhängigen Wärmeunwucht, wobei eine Verschiebung der Drehachse
der Rotorwelle aus aer Nennstellung infolge zusätzlicher WarmeverSormungen geschieht
und Schwingungen der Rotorwelle in den Lagerungen entstehen, wodurch die Betriessiaherheit
der elektrischen Maschine herabgesetzt wird. Eine Beseitigung der Wärmeunwucht durch
das Aufsetzen von Ausgleichgewichten auf den Rotor ist wegen der sich wechselnden
Belastuagen der elektrischen Maschine unmöglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor für elektrische
gaschinenmit direkter Flüssigkeitskühlung zu entwickeln, in dem die Möglichkeit
zur Beseitigung der Wärmeunwucht gewährleistet ist, wodurch die Betriebssicherheit
der elektrischen Maschine erhöht wird, Es soll eine änderung des Kühlflüssigkeitsdurchsatzes
in den hydraulischen Kreisen möglich sein.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Rotor einer elektrischen
Maschine mit direkter Flüssigkeitskühlung, der Pole und eine aus Hohlleitern, die
hydraulische Kreise bilden, die hydraulisch parallel am Zuleitungssystem der Kühlflüssigkeit
liegen, ausgeführte Wicklung enthält, wobei in jedem hydraulischen Kreis der Leiter
zum Abfluß der Kühlflüssigkeit in einem größeren Abstand von der Rotorachse als
der Leiter für die Zuführung der Kühlflüssigkeft angeordnet ist, erfindungsgemöß
der Leiter zum Abfluß der Kühlflüssigkeit in jedem hydraulischen Kreis mit einem
gebogenen Endstück versehen ist, das mit einer Drehmöglichkeit inbezug auf die Achse
dieses Leiters montiert wird.
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Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch eine
Verdrehung des gebogenen Endstücks des Leiters zum Abfluß der Kühlflüssigkeit aus
dem hydraulischen Kreis, in dessen Bereich die Wärmeunwucht festgestellt ist, der
Abstand von der Abflußöffnung dieses Endstücks bis zur Rotorachse geändert werden
kann, wodurch entsprechend der Durchsatz der Kühlflüssigkeit in diesem Kreis # gewandert
wird, was zur Beseitigung der Wärmeunwucht führt.
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Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
mit Bezugnahmen auf
die beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 den Rotor einer elektrischen Maschine mit direkter Flüssigkeitskühlung
gemäß der Erfindung, Ansicht von der Stirnseite mit entferntem Gehäuse des Zuleitungssystems
der Kühlflüssigkeit und mit teilweisen Ausrissen; Big. 2 den Längsschnitt durch
den Stirnteil des in der Fig. 1 dargestellten Rotors in der Zone der Ausleitungen
eines hydraulischen Kreises; Fig. 3 die in einem vergrößerten Maßstab wiedergegebene
Ansicht nach Pfeil A in der Fig. 2.
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Der Rotor einer elektrischen Maschine mit direkter Flüssigkeitskdhlung
gemäß der Erfindung enthält einen Rotorkörper mit Wa£-zenpolen 1 (Fig. 1) und eine
Wicklung, die aus elektrisch in Reihe geschalteten Spulen 2 besteht, welche in die
Nuten des Rotorkörpers eingelegt sind und gegen radiale Verschiebungen durch Nutkeile
3 gesichert werden. Die Spulen 2 werden aus Hohlleitern 4, 5, 6 ausgeführt, deren
Kanäle zum Durchfluß der Xühlflüssigkeit bestimmt sind. Die Leiter 4, 5, 6 bilden
hydraulische Kreise, in deren jedem der Leiter 5 für die Zuführung der Eühlflüssigkeit
in den hydraulischen Kreis und der Leiter 6 zum Abfluß der Kühlflüssigkeit aus diesem
Kreis dienen. Wie aus Figz 1 ersichtlich, sind die Leiter 6 zum abfluß der Flüssigkeit
in einem größeren Abstand von der Rotorachse als die Leiter 5 zur Zuführung der
Flüssigkeit angeordnet.
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In der beschriebenen Ausführungsvariante der Erfindung wird jeder
hydraulische Kreis durch die Leiter 4 5, 6 einer Spule 2 gebildet, jedoch kann jeder
hydraulische Kreis durch Leiter von mehreren Spulen bzw. durch einen Teil der Leiter
einer Spule gebildet sein; dabei ist nur erforderlich, daß die Konfiguration der
symmetrisch inbezug auf die Querachse q der Pole 1 angeordneten hydraulischen Kreise
zwischeneinander gleich ist.
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In der Fig. 2 ist der Längsschnitt durch den Stirnteil des Rotors
gemäß der Erfindung dargestellt. Der Leiter 5 für die Zuführung der Flüssigkeit
und der Leiter 6 zum Abfluß der Flüssigkeit sind axial aus dem Bereich der Wickelköpfe
der durch Isolierzwischenlagen 7 voneinander abgetrennten Spulen 2 verlegt. Die
Wickelköpfe der Spulen 2 und die Leiter 5, 6 werden gegen Radialverschiebungen durch
den Bandagenring 8 gesichert.
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An die Leiter 5 für die Zuführung der Kühlflüssigkeit sind Metallrohre
9 angeschlossen, die in in die zylindrischen Bohrungen eines Stützrings 11 eingesetzten
Isolierrohren 10 befestigt werden.
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An die Leiter 6 zum Abfluß der Kühlflüssigkeit werden Xetallrohre
12 angeschlossen, die in in die zylindrischen Bohrungen des Stützrings 11 eingesetzten
Isolierrohren 13 befestigt sind. Am Stützring 11 ist der Abflußring 14 mittels der
Schraubenverbindung 15 (Fig. 1) befestigt.
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Zylindrische Bohrungen 16 (Fig. 2) des Abflußrings 14 sind koaxial
mit den Rohren 12, 13 und den Leitern 6 zum Abfluß der Flüssigkeit ausgeführt. Gebogene
Endstück 17 sind in die zylindrischen Bohrungen 16 des Abflußrings 14 mit einer
Drehmöglichkeit inbezug auf die Achse des entsprechenden Leiters 6 zum Abfluß der
Flüssigkeit, wie mit dem Pfeil in Fig. 3 angedeutet, eingesetzt und mit Muttern
18 befestigt.
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Die hydraulischen Kreise sind über die Endstücke 17 (Fig. 2) und
die Isolierrohre 10 hydraulisch parallel an das Zuleitungssystem der Kühlflüssigkeit
angeschlossen, das das Gehäuse 19 des Zuleitungssystems der Kühlflüssigkeit mit
einem in ihm hermetisch befestigtem Ring 20, den durch den Stützring 11 uuu einen
Formling 22 gebildeten, zur Rotorwelle 21 hin offenen Sammler und den Abflußring
14 einbezieht.
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Kanäle 23 im Ring 20 sind für die Zuleitung der Evihlflüssigkeit
in den Formring 22 bestimmt.
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Ein Ringvorsprung 24 dichtet das Gehäuse 19 des Zuleitungssystems
der Kühlflüssigkeit von der umgebenden Luft seitens der Rotorwelle 21 ab.
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Beim Betrieb der elektrischen Maschine tritt die Sühlflüssigkeit
durch die Kanäle 23 des Rings 20 in den Formring 22 des Sammlers ein und fließt
infolge der Drehung des Rotors durch die Rohre 9, 10 in den Leiter 5 für die Zuführung
der Kühlflüssigkeit, wobei die Zentrifugalkraft die Flüssigkeit über die Hohlleiter
4 (Fig. 1) durch die
hydraulischen Kreise durchsetzt. Die Flüssigkeit
fließt durch die Leiter 6 (Fig. 2), die Rohre 13, 12 und die Endstücke 17 auf die
Innenfläche des Abflußrings 14 ab und fließt dann über diese Innenfläche in das
Gehäuse 19 des Zuleitungssystems der Kühlflüssigke it.
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Die Druckhöhe der Flüssigkeit in den hydraulischen Kreisen wird durch
die Differenz zwischen dem Abstand von den Austrittsöffnungen der Endstücke 17 bis
zur Rotorachse und dem Abstand von den Eintrittsöffnungen der Rohre 10 bis zur Rotorachse
gewährleistet. Der Durchsatz der Blüssigkeit durch die hydraulischen Kreise hängt
von der Druckhöhe der Flüssigkeit und vom Strömungswiderstand dieser Kreise ab.
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Im Idealfall, d.h. bei einer vollständigen Identität jedes Paars
der hydraulischen Kreise, die symmetrisch inbezug auf die Querachse q (Fig. 1) des
Rotors angeordnet sind, wird der Durchsatz der Flüssigkeit in jedem Paar der symmetrischen
Kreise gleich sein, und der Rotor wird symmetrisch godihlt.
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Vor dem Anfahren der elektrischen Maschine werden sämtliche Endstücke
17 in Tangentialrichtung, so wie das durch die gestrichelt. Linie in Fig. 3 angedeutet
ist, ein gestellt. nn im Laufe des Betriebs der elektrischen Maschine eine Wärmeunwucht
des Rotors festgestellt wird, z0B. infolge einer Ubertemperatur des Rotors im Anordnungsbereich
des
hydraulischen Kreises, der durch die kleinste, dem Pol 1 (Fig. 1) nächstgelegene
Spule 2 gebildet wird, muß das Endstück 17 des Leiters zum Abfluß der Flüssigkeit
im symmetrischen hydraulischen Kreis, der durch die kleinste, dem (nicht dargestellten)
gegenüberliegenden Pol nächstgelegene . Spule 2 gebildet ist, so nach unten verdreht
werden, daß der Abstand von dessen Austrittsöffnung bis zur Rotorachse sich bis
auf einen solchen Wert ändert, bei dem die Änderung des Flüssigkeitsdurchsat zes
in diesem hydraulischen Kreis die Wåmeunwacht beseitigen wird. Danach soil das Endstück
17 in dieser Stellung durch die Mutter 18 (Fig. 3) gesichert werden.
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Die Erfindung gewährleistet ein einfaches und bequemes Verfahren
zur Regelung des Kühlflüssigkeitsdurchsatzes bei Prüfungen und unter Betriebsbedingungen
der elektrischen Maschine, dabei ist der Regelbereich des Flüssigkeitsdurchsatzes
ausreichend zur Beseitigung von Wärmeunwucht bei typischen Betriebabedingungen der
elektrischen Maschine.
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Die oben beschriebene Ausführungsvariante der Erfindung ist ausschließlich
zum Zweck einer Illustrierung der Erfindung angeführt und begrenzt ihren Umfang
nicht. Es sind andere Ausführungsvarianten der Erfindung möglich, insbesondere kann
der Rotor konstruktionsmäßig von dem oben beschriebenen abweichen, er kann z.B.
Schenkelpole aufweisen. Die hydraulischen Kreise können statt durch die Erregerwicklung
auch durch die Dämpferwicklung des Rotors
gebildet werden. Der
erfindungsgemäße Rotor kann im Zusamanhang mit verschiedenartigen, von dem oben
beschriebenem abweichenden Zuleitungssystemen der Kühlflüssigkeit verwendet werden,
er kann z.B. ein Zuleitungssystem der Kühlflüssigkeit aufweisen, in dem die Kühlflüssigkeit
durch entsprechende Kanäle in der Rotorwelle zugeleitet wird.