DE3011684C2

DE3011684C2 - Protective device to prevent the formation of moisture in electrical machines

Info

Publication number: DE3011684C2
Application number: DE19803011684
Authority: DE
Inventors: Seok-Bong 4220 Dinslaken Choi
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-26
Filing date: 1980-03-26
Publication date: 1984-04-26
Also published as: JPS56150944A; DE3011684A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung zur Verhinderung von Feuchtigkeitsniederschlägen in dem mit einem Kühlgas gefüllten Maschinengehäuse einer elektrischen Maschine, mit einem parallel zum Kühlgaskreislauf in einem Bypass angeordneten externen Gastrockner.The invention relates to a protective device for preventing moisture precipitation in the machine housing of an electrical machine filled with a cooling gas, with a parallel to the Cooling gas circuit in an external gas dryer arranged in a bypass.

Eine derartige Schutzeinrichtung ist aus der DE-AS 26 35 829 bereits bekannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen elektrischen Maschine wird das Kühlgas innerhalb des geschlossenen Maschinengehäuses über von der Rotorwelle angetriebene Lüfter umgewälzt und in mehreren innerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Rückkühlern rückgekühlt. Damit die in dem Kühlgas enthaltene Feuchtigkeit bei einer Taupunktunterschreitung nicht zu Feuchtigkoitsniederschlägen an gefährdeten Bauteilen der elektrischen Maschine führen kann, wird der Feuchtigkeitsgehalt des Kühlgases mit Hilfe eines außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Gastrockners herabgesetzt. Die Zufuhr des Kühlgases zum Gastrockner erfolgt hierbei über einen Bypass zum Kühlgaskreislauf, d. h. sie wird während des Abstellens der elektrischen Maschine unterbrochen. Bei Stillstand der elektrischen Maschine kann es somit unter ungünstigen Bedingungen zu Feuchtigkeitsniederschlägen an gefährdeten Bauteilen der elektrischen Maschine kommen.Such a protective device is already known from DE-AS 26 35 829. In the case of this publication The electric machine described above, the cooling gas within the closed machine housing fan driven by the rotor shaft circulated and arranged in several inside the machine housing Recoolers recooled. So that the moisture contained in the cooling gas when the temperature drops below the dew point do not lead to moisture deposits on endangered components of the electrical machine can, the moisture content of the cooling gas is arranged with the help of an outside of the machine housing Gas dryer reduced. The cooling gas is supplied to the gas dryer via a Bypass to the cooling gas circuit, d. H. it is interrupted when the electrical machine is switched off. at If the electrical machine is at a standstill, moisture can precipitate under unfavorable conditions come to endangered components of the electrical machine.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung zur Verhinderung von Feuchtigkeitsniederschlägen in elektrischen Maschinen der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Funktion auch bei Stillstand der elektrischen Maschine gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Bypass ein Gebläse mit einem elektrischen Antrieb angeordnet ist und daß das Gebläse und der elektrische Antrieb in einem mit dem Kühlgas gefüllten und hermetisch verschlossenen, gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Durch das zusätzlich in dem Bypass angeordnete Gebläce kann somit auch bei Stillstand der elektrischen Maschine aus dem Maschinengehäuse entnommenes Kühlgas dem Gastrockner zugeführt werden. Die zur Verhinderung von Feuchtigkeitsniederschlägen erforderliche Trocknung des Kühlgases kann also auch während des Abstellens der elektrischen Maschine fortgesetzt werden. Insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff als Kühlgas muß wegen der bestehenden Explosionsgefahr eine absolut zuverlässige Abdichtung des Gebläses nach außen gewährleistet sein. Diese Abdichtung wird bei der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung durch die gemeinsame Unterbringung von Gebläse und elektrischem Antrieb in einem hermetisch verschlossenen und mit dem Kühlgas gefüllten Gehäuse ermöglicht. Eine gesonderte Abdichtung der Antriebswelle des Gebläses am Gehäusedurchtritt kann hierbei entfallen.The invention is therefore based on the object of providing a protective device for preventing precipitation of moisture to create in electrical machines of the type mentioned, their function also with Standstill of the electrical machine is guaranteed. This task is performed by the initially mentioned type according to the invention achieved in that in the bypass a fan with a electric drive is arranged and that the fan and the electric drive in one with the Cooling gas filled and hermetically sealed, common housing are housed. By the Fan additionally arranged in the bypass can thus also be switched off when the electrical machine is at a standstill Cooling gas taken from the machine housing can be fed to the gas dryer. The prevention Drying of the cooling gas required by moisture deposits can therefore also be carried out during the Turning off the electrical machine can be continued. Especially when using Because of the risk of explosion, hydrogen as a cooling gas must have an absolutely reliable seal the blower to the outside can be guaranteed. This seal is used in the protective device according to the invention due to the fact that the fan and electric drive are housed in one hermetically sealed unit sealed and filled with the cooling gas housing allows. A separate seal for the drive shaft the fan at the housing passage can be omitted here.

Durch die DE-PS 4 47 624 geht zwar die Aufgabenstellung hervor, die Wicklungsisolation elektrischer Maschinen und Apparate bei Aufstellung in feuchtem, zum Beispiel tropischem Klima und auch im Stillstand bzw. Ruhezustand der Maschinen und Apparate trocken zu halten, wozu die Betriebstemperatur auch während des Ruhezustandes, unabhängig von der Temperatur der Außenluft, aufrechterhalten wird. Dies soll durch eine innerhalb des Maschinen- oder Apparategehäuses angeordnete und nur bei Stillstand einschaltbare Heizwicklung erreicht werden. Durch diesen Stand der Technik könnte der Fachmann allenfalls dazu angeregt werden, beim Gegenstand der eingangs genannten DE-AS 26 35 829 die Trocknung während des Betriebes durch einen Gastrockner und bei Stillstand durch eine im Maschinengehäuse untergebrachte Heizwicklung zu bewirken. Da beim vorbekannten Verfahren und der zugehörigen Einrichtung nach der DE-PS 4 47 624 die Ventilationskanäle bei Stillstand der im Ausführungsbeispiel dargestellten elektrischen Maschine geschlossen werden sollen, so ist aus dieser Patentschrift kein Hinweis zu entnehmen, bei Stillstand der Maschine den Kühlgasstrom aufrecht zu erhalten.From DE-PS 4 47 624 the task emerges, the electrical winding insulation Machines and apparatus when installed in humid, for example tropical climates and also when they are at a standstill or to keep the machines and apparatus in the idle state dry, including the operating temperature during the idle state is maintained regardless of the temperature of the outside air. This is supposed to go through one arranged within the machine or apparatus housing and can only be switched on when the machine is at a standstill Heating winding can be achieved. This prior art could at most stimulate the person skilled in the art to do so are, in the case of DE-AS 26 35 829 mentioned above, the drying during operation by a gas dryer and, in the case of a standstill, by a heating coil housed in the machine housing cause. Since in the known method and the associated device according to DE-PS 4 47 624 the Ventilation channels closed when the electrical machine shown in the exemplary embodiment is at a standstill are to be taken from this patent specification no reference to when the machine is at a standstill To maintain cooling gas flow.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung besitzt das Gehäuse einen frei in das Gehäuseinnere einmündenden Saugstutzen und einen druckseitig mit dem Gebläse verbundenen Druckstutzen. Das über den Saugstutzen in das Gehäuse eintretende Kühlgas dient hierbei auch zur Kühlung des elektrischen Antriebes. Ist der elektrische Antrieb in dem Strömungsweg des Kühlgases zwischen dem Saugstutzen und der Ansaugöffnung des Gebläses angeordnet, so wird die Kühlung des elektrischen Antriebes weiter verbessert.In a preferred embodiment of the protective device according to the invention, the housing has a suction nozzle opening freely into the interior of the housing and a pressure side with the fan connected pressure port. The cooling gas entering the housing via the suction nozzle is also used here for cooling the electric drive. Is the electric drive in the flow path of the cooling gas arranged between the suction port and the suction opening of the fan, the cooling of the electric drive further improved.

Der elektrische Antrieb ist vorzugsweise in einer offenen Bauweise ausgeführt, so daß das Kühlgas unmittelbar durch das Innere des Antriebs geführt werden kann. Außerdem wird durch die offene Bauweise das Spülen mit einem Inertgas und das Auffüllen mit Kühlgas erleichtert.The electric drive is preferably designed in an open design, so that the cooling gas can be passed directly through the interior of the drive. In addition, the open Design facilitates purging with an inert gas and filling with cooling gas.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung ist parallel zu dem Gebläse ein weiterer Bypass mit einer Rückschlagklappe angeordnet. Durch diesen weiteren Bypass wirdIn a further embodiment of the protective device according to the invention, it is parallel to the fan another bypass with a non-return valve is arranged. This further bypass is

verhindert, daß beim Betrieb der elektrischen Maschine, bei weichem das Gebläse stillsteht, in dem Gebläse Drosselverluste auftreten. Andererseits verhindert die Rückschlagklappe, daß beim Betrieb des Gebläses das Kühlgas über den weiteren Bypass umgew älzt wird.prevents that when the electrical machine is in operation, during which the fan is at a standstill, in the fan Throttle losses occur. On the other hand, the non-return valve prevents the Cooling gas is circulated through the further bypass.

Anhand der Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nr.ch der Erfindung näher erläutert Dabei zeigtThe drawing shows the structure and mode of operation of an exemplary embodiment of the invention explained in more detail thereby shows

F i g. 1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine Schutzeinrichtung zur Verhinderung von Feuchtigktiisniederschlägen in einem Turbogenerator undF i g. 1 in a greatly simplified schematic representation a protective device to prevent Moisture precipitation in a turbo generator and

Fig.2 ein für die Aufnahme des Gebläses und des zugehörigen elektrischen Antriebs bestimmtes Gehäuse der Schutzeinrichtung.Fig.2 a for the inclusion of the fan and the associated electrical drive specific housing of the protective device.

F i g. 1 zeigt einen mit Wasserstoffgas gefüllten Turbogenerator 1 mit einem durch Pfeile 2 angedeuteten Kühlgaskreislauf. In einer Bypassleitung 3 wird parallel zum Kühlgaskreislauf 2 Wasserstoff gas aus dem Maschinengehäuse des Turbogenerators 1 entnommen und über einen Gastrockner 4 wieder in das Maschinengehäuse zurückgeführt. Hierbei wird in dem Gastrockner 4, der als Adsorptionstrockner oder als Kältetrockner ausgebildet sein kann, dem Wasserstoffgas Feuchtigkeit entzogen.F i g. 1 shows a turbo-generator 1 filled with hydrogen gas with one indicated by arrows 2 Cooling gas circuit. In a bypass line 3 is parallel to the cooling gas circuit 2 hydrogen gas from the The machine housing of the turbo generator 1 is removed and returned to the Machine housing returned. Here is in the gas dryer 4, as an adsorption dryer or as Refrigeration dryer can be designed to remove moisture from the hydrogen gas.

Bei Stillstand des Turbogenerators 1 kommt auch der Kühlgaskreislauf 2 im Maschinengehäuse zum Erliegen. Um dem Gastrockner 4 auch während des Stillstandes des Turbogenerators 1 Wasserstoffgas zur Trocknung zuführen zu können, wird ein von einem Elektromotor 5 angetriebenes Gebläse 6 in Betrieb genommen. Dieses Gebläse 6 ist in Strömungsrichtung des Wasserstoffgases gesehen nach dem Gastrockner 4 in der Bypassleitung 3 angeordnet und zusammen mit dem Elektromotor 5 in einem druck- und gasdicht verschlossenen Gehäuse 7 untergebracht. Damit sich in dem Gehäuse 7 kein explosives Gasgemisch bilden kann, ist es in gleicher Weise wie das Maschinengehäuse des Turbogenerators 1 mit Wasserstoffgas gefüllt, wobei eine Reinheit des Wasserstoffgases von mindestens 85 Vol.-% gewährleistet sein sollte. Zur Überwachung dieses Reinheitsgrades ist ein in der Zeichnung nicht dargestellter Konzentrationsmeßgeber vorgesehen, der auch bei Stillstand des Turbogenerators 1 arbeitet.When the turbo generator 1 comes to a standstill, the cooling gas circuit 2 in the machine housing also comes to a standstill. To the gas dryer 4 also during the standstill of the turbo generator 1 hydrogen gas for drying To be able to supply, a blower 6 driven by an electric motor 5 is put into operation. This The fan 6 is seen in the flow direction of the hydrogen gas after the gas dryer 4 in the bypass line 3 arranged and together with the electric motor 5 in a pressure- and gas-tight sealed Housing 7 housed. So that no explosive gas mixture can form in the housing 7, it is in the same way as the machine housing of the turbo generator 1 is filled with hydrogen gas, with a The purity of the hydrogen gas should be at least 85% by volume. For monitoring this degree of purity a concentration measuring device, not shown in the drawing, is provided works even when the turbo generator 1 is at a standstill.

Der saugseitige Anschluß der Bypassleitung 3 mündet frei in das Gehäuse 7 ein, während der druckseitige Anschluß der Bypassleitung 3 direkt an das Gebläse 6 angeschlossen ist. Somit kann das Gehäuse 7 über den saugseitigen Anschluß mit einem Inertgas durchgespült und anschließend mit dem Wasserstoffgas gefüllt ,0 werden.The suction-side connection of the bypass line 3 opens freely into the housing 7, while the pressure-side Connection of the bypass line 3 is connected directly to the fan 6. Thus, the housing 7 on the The suction-side connection is flushed through with an inert gas and then filled with the hydrogen gas, 0 will.

Mit Hilfe des Gebläses 6 wird bei Stillstand des Turbogenerators 1 die weitere Trocknung des Wasserstoffgases ermöglicht. Beim Betrieb des Turbogenerators 1 wird das Gebläse 6 in der Regel abgeschaltet. Es ist jedoch auch möglich, beim Betrieb des Turbogenerators 1 und insbesondere in der Zeit nach Inbetriebnahme mit Hilfe des Gebläses 6 den Wasserstoffdurchsatz durch den Gastrockner 4 zu erhöhen und damit die Trocknung zu beschleunigen. Damit bei abgeschaltetem Gebläse 6 keine zu hohen Drosselverluste auftreten können, ist parallel zum Gehäuse 7 eine weitere Bypassleitung 8 zur Umgehung des Gebläses 6 vorgesehen. In dieser weiteren Bypassleitung 8 ist eine Rückschlagklappe 9 angeordnet, weiche beim Betrieb des Gebläses 6 ein Rückströmen des Wasserstoffgases verhindert.With the aid of the fan 6, the further drying of the hydrogen gas is carried out when the turbo generator 1 is at a standstill enables. When the turbo generator 1 is in operation, the fan 6 is generally switched off. It however, it is also possible during the operation of the turbo generator 1 and in particular during the period after commissioning with the help of the fan 6 to increase the hydrogen throughput through the gas dryer 4 and thus the Accelerate drying. So that when the fan 6 is switched off, no excessive throttle losses occur can, a further bypass line 8 for bypassing the fan 6 is parallel to the housing 7 intended. In this further bypass line 8, a non-return valve 9 is arranged, which is soft during operation of the fan 6 prevents the hydrogen gas from flowing back.

F i g. 2 zeigt in einer teilweise aufgebrochenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel für das in F i g. 1 schematisch dargestellte Gehäuse 7. Das insgesamt mit 70 bezeichnete Gehäuse besitzt einen kreiszylindrischen Gehäusemantel 700, welcher von einem zweiteiligen Grundrahmen 701 getragen ist Der Gehäusemantel 700 ist auf einer Seite durch eine fest eingeschweißte Stirnplatte 702 verschlossen, während auf der gegenüberliegenden Seite ein Ringflansch 703 angeschweißt ist und einen lösbaren Stirndeckel 704 trägt, wobei zwischen dem Ringflansch 703 und dem Stirndeckel 704 ein Dichtring 705 angeordnet ist. Auf der Innenseite des Stirndeckels 704 ist eine Konsole 706 angebracht, welche einen in der Zeichnung strichpunktiert dargestellten Verdichter 60 trägt, wobei dieser handelsüblich ausgeführte Verdichter 60 zusammen mit einem nicht dargestellten angeflanschten Elektromotor eine bauliche Einheit bildet. An den druckseitigen Ausgang 600 des Verdichters 60 ist ein durch den Stirndeckel 704 hindurchgeführter Druckstutzen 707 angeschlossen, während die nach unten gerichtete und in der Zeichnung nicht erkennbare Saugöffnung des Verdichters 60 Wasserstotfgas direkt aus dem Gehäuseinnenraum ansaugt. Die Zufuhr des Wasserstoffgases erfolgt hierbei über einen durch die Stirnplatte 702 in den Gehäuseinnenraum einmündenden Saugstutzen 708 derart, daß der Elektromotor des Verdichters 60 angeströmt wird.F i g. FIG. 2 shows, in a partially broken away side view, an exemplary embodiment for the one shown in FIG. 1 housing 7 shown schematically. The housing, designated as a whole by 70, has a circular cylindrical shape Housing jacket 700 which is carried by a two-part base frame 701 The housing jacket 700 is closed on one side by a permanently welded end plate 702, while on the opposite side Side an annular flange 703 is welded and carries a detachable end cover 704, wherein A sealing ring 705 is arranged between the annular flange 703 and the end cover 704. On the inside of the Front cover 704 a bracket 706 is attached, which is shown in dash-dotted lines in the drawing Compressor 60 carries, this commercially available compressor 60 together with a non Flanged electric motor shown forms a structural unit. To output 600 on the pressure side of the compressor 60, a pressure port 707 passed through the end cover 704 is connected, while the suction opening of the compressor 60, which is directed downwards and cannot be seen in the drawing Hydrogen gas is drawn in directly from the interior of the housing. The hydrogen gas is supplied in this case via a suction nozzle 708 which opens into the housing interior through the end plate 702 such that the electric motor of the compressor 60 is flown against.

Für den elektrischen Anschluß des Elektromotors ist in dem Stirndeckel 704 eine öffnung 709 vorgesehen, welche durch eine Stromdurchführungsplatte 710 druck- und gasdicht verschlossen ist. In dieser Stromdurchführungsplatte 710 sind in der Zeichnung nicht näher dargestellte und in einer isolierenden Gießmasse druck- und gasdicht eingebettete Stromdurchführungsstifte angeordnet.An opening 709 is provided in the end cover 704 for the electrical connection of the electric motor, which is closed pressure-tight and gas-tight by a current feed-through plate 710. In this Current feed-through plate 710 are not shown in detail in the drawing and are in an insulating manner Casting compound pressure- and gas-tight embedded power feedthrough pins are arranged.

Die äußeren Anschlüsse dieser Stromdurchführungsstifte sind durch einen an dem Stirndeckel 704 angebrachten Anschlußkasten 711 geschützt.The external connections of these current feed-through pins are through one on the end cover 704 attached junction box 711 protected.

Mit der Anbringung des Dnickstutzens 707 und der Stromdurchführungen am Stirndeckel 704 kann nach einem Lösen des Stirndeckels 704 der Verdichter 60 leicht aus dem Gehäuse 700 herausgenommen werden. Das insgesamt druck- und gasdicht ausgeführte Gehäuse 70 ist in der beschriebenen Ausführungsform für einen maximalen Betriebsüberdruck von 10 bar, einen Prüfüberdruck von 15 bar und eine max. zulässige Eintrittstemperatur des Kühlgases von 55°C bei Nennbetrieb ausgelegt. Der Elektromotor des Verdichters 60 wurde vom Hersteller in gekapselter Bauform geliefert. Damit sich die im Elektromotor enthaltene Luft nicht mit dem Wasserstoffgas vermischen kann, wurden in das Gehäuse des Elektromotors Durchtrittsöffnungen eingebracht. Hierdurch wurde das Spülen mit einem Inertgas und das Auffüllen mi; Wasserstoffgas ermöglicht.With the attachment of the thin connector 707 and the current feedthroughs on the end cover 704, after a loosening of the end cover 704, the compressor 60 can easily be removed from the housing 700. The overall pressure-tight and gas-tight housing 70 is in the embodiment described for a maximum operating pressure of 10 bar, a test pressure of 15 bar and a maximum permissible Inlet temperature of the cooling gas of 55 ° C at nominal operation. The compressor's electric motor 60 was supplied by the manufacturer in an encapsulated design. So that the contained in the electric motor Air cannot mix with the hydrogen gas, openings were made in the housing of the electric motor brought in. This made purging with an inert gas and filling up with an inert gas; Hydrogen gas enables.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Protective device to prevent moisture deposits in the with a Cooling gas-filled machine housing of an electrical machine, with a parallel to the cooling gas circuit External gas dryer arranged in a bypass, characterized in that in the bypass (3) a fan (6, 60) with a electric drive (5) is arranged, and that the fan (6, 60) and the electric drive (5) in a common housing (7, 70) filled with the cooling gas and hermetically sealed are housed.

2. Protection device according to claim 1, characterized in that the housing (70) has a free in the inside of the housing opening into the suction nozzle (708) and a pressure side with the fan (60) connected pressure port (707) has.

3. Protection device according to claim 2, characterized in that the electric drive in the Flow path of the cooling gas between the suction nozzle (708) and the suction opening of the fan (60) is arranged.

4. Protection device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric drive is designed in an open design.

5. Protection device according to one of the preceding claims, characterized in that a further bypass (8) with a non-return valve (9) is arranged parallel to the fan (6).