DE3020472C2

DE3020472C2 - Kühleinrichtung für den Schleifring einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE3020472C2
Application number: DE3020472A
Authority: DE
Inventors: Shouji Motegi; Norihiro Katsuta Ibaraki Ohki; Masatoshi Hitachi Ibaraki Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1983-08-11
Also published as: CA1133974A; DE3020472A1; JPS6137858B2; US4334159A; JPS55157956A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für den Schleifring einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einer derartigen aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 49-74 308 bekannten Kühleinrichtung sind die axial verlaufenden ·<5 Kammern als voneinander unabhängige, jeweils einzeln an ihren beiden Enden geschlossene Wärmeabführrohre ausgebildet, deren beide Enden aus dem Schleifring herausragende und mit Kühlrippen versehene Kondensationsräume bilden. w

Als Material für den Schleifring werden üblicherweise Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt verwendet, die große mechanische und Verschleiß-Festigkeit aufweisen, jedoch korrosiv sind. Bei elektrischen Rotationsmaschinen, wie z. B. Turbinengeneratoren, die eine hohe « Lebensdauer besitzen sollen, ist es besonders wichtig, die Korrosion an solchen Stellen zu vermeiden, die hohen Temperaturen und hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Daher wird der Kühlflüssigkeit ein Korrosion verhinderndes Mittel zugesetzt. Bei der^hl) periodischen Überprüfung der Maschine wird auch diese Flüssigkeit überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht.

Bei der bekannten Kühleinrichtung mit einzelnen, voneinander getrennten Kammern ist es schwierig, den ^h^ einzelnen Kammern genau gleiche Mengen an Kühlflüssigkeit zuzumessen. Geschieht dies jedoch nicht, so treten beim Betrieb Vibrationen auf. die zur Beschadigung der Maschine führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung für Schleifringe von elektrischen Rotationsmaschinen der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei der einerseits die Kühlflüssigkeit austauschbar, andererseits die Gefahr von Vibrationen aufgrund ungleichmäßiger Befüllung der Kühlflüssigkeitskammern vermieden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufjribe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Der danach vorgesehene, die Kühlflüssigkeitskammern verbindende und einen radial weiter innen liegenden Kondensationsraum aufweisende Ringraum sorgt nicht nur durch die beim Betrieb auftretenden Zentrifugalkräfte für eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit auf die einzelnen Kammern, sondern bewirkt auch, daß ein genügend großer und von den radial äußeren, heißen Teilen des Schleifrings genügend weit entfernter Raum für eine wirksame Kondensation des bei der Kühlung des Schleifrings verdampfenden Kühlmittels zur Verfügung steht Da ferner dieser Ringraum am Ende der Kammern vorgesehen ist und eine axialseitig zugängliche öffnung aufweist, bietet er eine seiner radialen Ausdehnung entsprechend große Außenfläche zur wirksamen weiteren Wärmeabfuhr nach außen.

Aus der DE-AS 17 63 302 ist zwar eine Kühleinrichtung für den Scfclsifring einer elektrischen Maschine bekannt, bei der ein die Flüssigkeit gleichmäßig auf die einzelnen vorgesehenen Kammern verteilender Ringraum vorgesehen ist Diese Einrichtung arbeitet jedoch mit einer kontinuierlich durch den Schleifring hindurchgeführten Kühlmittelströmung, was nicht nur erheblichen Konstruktionsaufwand bedingt, sondern insbesondere Dichtungen zwischen rotierenden und stationären Teilen erfordert, die bei schnell laufenden Maschinen problematisch sind. Ferner ist die Tatsache, daß dort die Kammern und Durchführungen im Schleifring nach außen offen und einer ständig von außen zugeführten Kühlflüssigkeit ausgesetzt sind, unter dem Gesichtspunkt der Korrosion von Nachteil.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Kühleinrichtung für den Schleifring eines Turbinengenerators und

F i g. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-II in F i g. 1 zeigt.

In F i g. 1 ist ein Schleifring 1 fest auf einer Rotorwelle 3 montiert, die mit einem elektrischen Isolator 5 versehen ist. Auf dem Schleifring 1 ist eine Vielzahl von Bürsten 7a bis Tg angeordnet, die von einem Bürstenhalter 9 gehalten sind. Kontaktteile zwischen dem Schleifring 1 und den Bürsten 7a bis Tg sind mit einer erzwungenen Kühleinrichtungs-Strömung gekühlt. Die Kühleinrichtung weist einen nicht dargestellten Kühlungsventilator auf, der mechanisch an die Rotorwelle 3 und eine Führung 11 angeschlossen ist und dafür sorgt, daß ein Kühlgas von einer Seite zur anderen des Schleifringes 1 strömt, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Das Kühlgas tritt nach der Kühlung des Schleifringes 1, der Bürsten 7a bis Tg usw. aus dem Generator durch die Führung 11 aus.

Im Umfangsteil des Schleifringes 1 ist eine Vielzahl von Löchern 13 ausgebildet, die mit gleichen Abständen am Umfang zwischen einander angeordnet sind. Jedes der Löcher 13 erstreckt sich axial von der Höhe der

Bürste Ig bis zur Höhe der Bürste la und endet auf der Höhe der Bürste 7a, wobei links ein Seitenteil 15 vorgesehen ist, das ein geschlossenes Ende 16 bildet Am anderen Ende 18 der Löcher 13 ist eine ringförmige Aussparung 17 ausgebildet Die Außenseite 19 der Aussparung 17 fluchtet mit der Außenseite 21 des Loches 13, und die Innenseite 23 erstreckt sich über die Innenseite 25 des Loches 13, so daß das Innenteil 26 der Aussparung 17 einen Behälter für Flüssigkeit büden kann. Die ringförmige Aussparung 17 ist mit einem Deckel 27 verschlossen, so daß die Vielzahl von Löchern 13 jeweils Kammern 20 bilden, während die ringförmige Aussparung 17 einen Ringraum 22 bildet der mit jeder der geschlossenen Kammern 20 in Verbindung steht Der Deckel 27 ist in eine ringförmige Nut 29 eingesetzt die im Endteil des Schleifringes 1 ausgebildet ist und ist mit einem Stopfen 31 versehen. Der Stopfen 31 ist in eine im Deckel 27 vorgesehene Öffnung 30 eingesetzt und mittels einer Dichtung 33 dicht darin befestigt Es ist vorzuziehen, den Ringraum 22 im Hinblick auf die Wärmeabführung möglichst breit zu machen. Ein oder zwei Paare von Öffnungen 30 und Stopfen 31 r.'nd im Deckel 27 vorgesehen, um den Ringraum 22 mit kondensierter Flüssigkeit zu versorgen.

Bei diesem Aufbau der Kühleinrichtung für den Schleifring wird die durch die öffnung 30 in den Ringraum 22 eingefüllte kondensierte Flüssigkeit im unteren oder inneren Teil 26 des Ringraums aufgenommen, und zwar aufgrund des Gewichtes der Flüssigkeit selbst, wenn der Generator steht. Wenn sich der Schleifring 1 beim Betrieb des Generators dreht, wird eine Zentrifugalkraft auf die kondensierte Flüssigkeit ausgeübt und die Flüssigkeit nach außen bewegt. Die Flüssigkeit fließt dabei in Richtung des Umfangsteiles des Schleifringes 1 und wird gleichmäßig auf die einzelnen Kammern 20 verteilt. Die kondensierte Flüssigkeit wird dabei in allen Kammern 20 auf demselben Pegel gehalten. In diesem Zustand wird die kondensierte Flüssigkeit durch die Wärme verdampft, die von den Bunten 7a bis Ig und dem Schleifring 1 erzeugt wird. Der Dampf strömt in der mit strichliert gezeichneten Pfeilen dargestellten Weise und wird an der Innenseite 34 der Kammer 20 und in einem einen Kondensationsraum bildenden Innenteil 26 kondensiert.

Die kondensierte Flüssigkeit fließt wiederum zur Außenseite 35 und wird durch die Zentrifugalkraft auf die jeweiligen Kammern 20 verteilt

Der Kondensationsraum 26 dient als Ausdehnungsraum zur Aufnahme von Flüssigkeit und erzeugtem Dampf sowie als Flächenerweiterung des Teiles, wo die Flüssigkeit verdampft Damit wird eine Unterstützung der Wärmeübertragung vorgenommen, die von den Bürsten 7a bis Tg und dem Schleifring 1 erzeugt wird.

in Die Vergrößerung des Raumes macht die Verdampfung leichter, verglichen mit einem kleineren Raum mit der gleichen Menge an kondensierter Flüssigkeit da der Druckanstieg aufgrund der Verdampfung kleiner ist Die Wärme, die bei den herkömmlichen Anordnungen

ι "j an den axialen Endteilen der Wärmeübertragungsrohre abgegeben wird, wird bei der hier beschriebenen Anordnung in radialer Richtung abgegeben. Durch die Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche am Ringraum 22 kann die Wärmeabführung in wirksamer

:ii Weise vorgenommen werden, so daß e'wa die gleiche Wirkung erzielt werden kann wie bei Herkömmlichen Kühleinrichtungen mit Kühlrippen an beiden Enden.

Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Kühleinrichtung für einen Schleifring wird die durch

2") eine oder zwei Öffnungen 30 eingefüllte kondensierte Flüssigkeil In gleichmäßiger Weise auf die geschlossenen Kammern 20 verteilt. Damit kann das Einfüllen in sehr einfacher Weise durchgeführt werden. Der Raum zur Aufnahme der Flüssigkeit und ihres Dampfes und

in die mit dem Dampf in Berührung stehende Oberfläche sind vergrößert, so daß die Wirkung der Wärmeabfühaing vergrößert wird. Vorstehende Teile an den Seitenwänden des Schleifringes 1 sind auf einem Minimum gehalten, so daß nur ein oder zwei Stopfen 31

i") vorstehen, so daß die Gefahren zum Zeitpunkt der Wartung der Bürsten la bis Ig vermieden werden können.

Der Ringraum 22 kann an der einen oder anderen Seite des Schleifringes 1 oder an beiden Seiten

»ι vorgesehen sein, jedoch ist es vorzuziehen, den Ringrai'm 22 auf der stromabwärtigen Seite bezüglich der Kühlmittelströmung vorzusehen, die sich durch die Zwangskühlung ergibt, so daß die Wirkung der Wärmeabführung gleichmäßiger erreicht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für den Schleifring einer elektrischen Maschine, mit einer Vielzahl von gleichwinklig verteilt im Schleifring (1) ausgebilde- ί ten, axial verlaufenden und an ihrem einen Ende (16) geschlossenen Kammern (20) zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit und deren Dampf, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kammern (20) an ihrem anderen Ende (18) '< > mit einem gemeinsamen, die Kühlflüssigkeit gleichmäßig auf alle Kammern (20) verteilenden Ringraum (22) in Verbindung stehen,

daß der Ringraum (22) einen gegenüber den Kammern (20) radial weiter innen gelegenen ü Kondensationsraum (26) aufweist, und
daß der Ringraum (22) axialseitig eine Öffnung (30) zum Einfüllen der Kühlflüssigkeit in den aus dem Ringraum (22) und den Kammern (20) bestehenden geschlossenen Raum aufweist. -"

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußere Wand (19) des im Axialschnitt rechteckigen Ringraums (22) mit den radial äußeren Wänden (21) der Kammern (20) fluchtet -5

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daö die Öffnung (30) zum Einfüllen der Kühlflüssigkeit in einem den Ringraum (22) in Axialrichtung abschließenden Deckel (27) vorgesehen ist. Jo

4. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (22) an derjenigen Stirnse;.e des Schleifrings (1) angeordnet ist, die bezüglich einer den Schleifring (1) außen bestreichenden Kühig, jströmung stromab- a wärts liegt.