DE3031423C2 - Kühlanordnung für einen auf einem gemeinsamen Wellenstrang befindlichen Satz von Antriebs- und Arbeitsmaschinen - Google Patents

Description

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdampfer (10, 11) über einen Verdichter (14) mit einem getrennten Kondensator (24/25) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in getrennten Teilkreisen (20, 21) unterschiedliche Kühlmedien vorhanden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilkreis (20, 21) über einen getrennten Kompressionsraum (22,23) eines für alle Teilkreise gemeinsam angetriebenen Verdichters (14) geführt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Teilkreise zwei- oder mehrstufig ausgeführt sind.

eines geschlossenen Wärmepumpenkreises, bestehend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel, wobei der Kondensator in einem Wärmeaustausch mit dem Medium eines Außenkreises liegt Der Verdichter des geschlossenen Wärmepumpenkreises wird entweder durch einen elektrischen Hilfsmotor angetrieben oder während des Funktionieren des Wärmepumpenkreises durch eine Turbine, durch die das Medium des Wärmepumpenkreises geleitet wird. Es besteht hier also weder eine direkte noch indirekte Kupplung mit der elektrischen Maschine, so daß auf diese Weise nicht sichergestellt ist, daß der Wärmepumpenkreis während des Betriebes der elektrischen Maschine ständig betriebsbereit ist; denn es fehlen sämtliche Hinweise darauf, daß der elektrische Hilfsmotor mit dem Betrieb der elektrischen Maschine gekuppelt ist Die Turbine ist aber nur wirksam, wenn bereits der Wärmepumpenkreis in Tätigkeit ist

Es ist vielfach üblich, auf einem gemeinsamen Wellenstrang zwei oder mehrere, als Antriebs- und Arbeitsmaschinen dienende Maschinen einzusetzen. In diesen ist meist eine elektrische Maschine vorhanden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung aller Maschinen des Wellenstranges zu intensivieren, wofür bei möglichst geringer Änderung des ursprünglichen Aufbaus der Maschine auch für alle Maschinen gemeinsame Teile der Kühlanordnung vorgesehen werden sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Kühlanordnung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für einen auf einem gemeinsamen Wellenstrang befindlichen Satz von Antriebs- und Arbeitsmaschinen, von denen mindestens eine eine elektrische Maschine ist, in deren Innenkühlkreisen das Kühlmedium jeweils einen eigenen Wärmetauscher durchströmt. Ein derartiger Wellenstrang mit einem Maschinenumformer, bestehend aus zwei elektrischen Maschinen, ist in dem DE-GM 17 63 478 beschrieben. Die eine elektrische Maschine, der Motor, ist die Antriebsmaschine, die andere, ein Generator, die Arbeitsmaschine. Beide Maschinen haben einen eigenen, geschlossenen Innenkühlkreis, dessen Kühlmedium jeweils zur Rückkühlung einen Wärmetauscher durchströmt.

Außerdem ist durch die GB-PS 8 97 375 bekannt, bei ein und derselben elektrischen Maschine die Kühlung über mehrere parallele getrennte Kühlkreise vorzusehen, wobei der eine die Leiter direkt durchströmt, der bo andere dagegen das Maschineninnere.

Es ist ferner bereits bekannt, siehe DE-OS 16 13 201, daß man die Kühlung einer elektrischen Maschine durch Verwendung eines geschlossenen Wärmepumpenkreises intensivieren kann. Bei der bekannten gas- oder hi flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine steht das Kühlmedium des Innenkühlkreises in unmittelbarem oder mittelbarem Wärmetausch mit dem Verdampfer

a) Die Wärmetauscher der Innenkühlkreise sind als parallelgeschaltete Verdampfer eines geschlossenen Wärmepumpenkreises ausgebildet, der aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Drossel besteht

b) Der Kondensator des Wärmepumpenkreises liegt einem weiteren gemeinsamen Wärmetauscher, dessen zweites Rohrsystem zum Außenkreis gehört.

c) Der Verdichter im Wärmepumpenkreis wird durch den Maschinensatz angetrieben.

Für alle Maschinen des gemeinsamen Wellenstranges ist also die übliche Bauweise hinsichtlich des über einen eigenen Wärmetauscher geführten !nnenkühlkreises beibehalten, dann ist aber vor dem gemeinsamen Außenkreis jeweils ein Wärmepumpenkreis vorgesehen. Die Verdampfer dieser Wärmepumpenkreise sind parallelgeschaltet, wobei sogar eine thermodynamisch^ Parallelschaltung vorgesehen sein kann. Erfordern die Maschinen des Wellenstranges aufgrund ihres speziellen Aufbaues jedoch zu unterschiedliche Temperaturniveaus, so können auch verschiedene parallelgeschaltete Wärmepumpenkreise vorgesehen sein, deren Kondensator dann jeweils in dem gemeinsamen Wärmetauscher liegen, über den der gemeinsame Außenkreis geführt ist, um eine speziellere und genauere Anpassung des Kühlverhaltens bei gleichzeitiger Intensivierung der Kühlung zu erhalten. Da das Temperaturniveau des Kühlmediums im Außenkreis von der Umgebung abhängt und somit kaum beeinflußt werden kann, erzielt man durch die jeweilige Zwischenschaltung des Wärmepumpenkreises eine Absenkung des Temperaturniveaus des Kühlmediums im jeweiligen Innenkreis der Maschine, wodurch sowohl die elektrische Maschine als auch die mit ihr auf gleichem Wellenstrang liegenden

anderen Antriebs- bzw. Arbeitsmaschinen besser ausgenutzt werden können, weil eine höhere Verlustwärmemenge abgeführt werden kann. Da die in der Anordnung vorhandenen Verdichter direkt oder indirekt vom Wellenstrang angetrieben werden, wird auch ein gleichzeitiger Betrieb des Welleritranges und der Wärmepumpenkreise sichergestellt

Die Ausbildung des Wärmepumpenkreises kann in geeigneter Weise den speziellen Forderungen hinsichtlich der Innenkühlkreise der einzelnen Maschinen angepaßt stin, indem Teilkreise vorgesehen sind, die über gemeinsame oder getrennte Verdichter mit einem gemeinsamen oder in Teilkreise aufgeteilten Kondensator verbunden sir-d, eier in dem mit dem Außenkreis verbundenen Wärmetauscher liegt. In getrennten Teilkreisen können unterschiedliche Kühlmedien vorhanden sein.

Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den F i g. 1 bis 3 der Zeichnung jeweils schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher ei Muten.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf dem gemeinsamen Wellenstrang 1 eine als Motor oder Generator arbeitende elektrische Maschine 2 und eine Antriebs- bzw. Arbeitsmaschine 3 angeordnet sind. Die elektrische Maschine 2 hat den durch Pfeile angedeuteten Innenkühlkreis 4, dessen Kühlmedium aus Luft besteht, die in geeigneter Weise im Innern der elektrischen Maschine 2 umläuft und dann zur Rückkühlung dem Wärmetauscher 5 zugeführt ist, wo sie das erste Rohrsystem 6 durchläuft. Die Antriebs- bzw. Arbeitsmaschine 3 hat ihrerseits den InnenkOblkreis 7. Dessen Kühlmedium kann Luft, Wasser oder gegebenenfalls öl sein. Dieses Kühlmedium wird zur Rückkühlung dem Wärmetauscher 8 zugeführt, dessen Rohrsystem 9 es durchfließt. Jeweils als zweites Rohrsystem ist im Wärmetauscher 5 der Verdampfer 10 und im Wärmetauscher 8 der Verdampfer 11 angeordnet, die mit den ihnen zugeordneten Drosseln 12 bzw. 13 untereinander parallel geschaltet sind und zusammen mit dem Verdichter 14 und dem Kondensator 15 einen Wärmepumpenkreis bilden. Der Kondensator 15 liegt im Wärmetauscher 16, dessen zweites Rohrsystem 17 von dem Kühlmedium des Außenk^reises 18 durchflossen wird. Der Verdichter 14 wird von dem Getriebe 34 angetrieben, welches ebenfalls auf dem Wellenstrang 1 ->5 liegt.

Die Abführung der Verlustwärme der Maschinen 2 und 3 des Wellenstranges 1 wird also unter Zwischenschaltung eines einstufigen Wärmepumpenkreises 19 über den gemeinsamen Kondensator 15 an den ~>" Außenkreis 18 übergeben. Der Wärmepumpenkreis 19 verzweigt hinter dem Kondensator 15 zu zwei Teilkreisen jeweils mit Drosseln 12, 13 und Verdampfern 10,11 und die Teilkreise sind vor dem Veroichter 14 wieder zusammengeführt. Durch diesen Wärmepumpenkreis 19 wird das Temperaturniveau des Kühlmediums der Innenkühlkreise-4 bzw. 7 tiefer herabgesetzt, als dies allein durch Rückkühlung durch den Außenkreis 18 möglich wäre, so daß die Kühlung intensiviert ist

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind die Teilkreise 20,21 des Wärmepumpenkreises 19 getrennt ausgebildet Zu diesem Zweck enthält der Verdichter 14 getrennte Kammern bzw. Kompressionsräume 22, 23 und im Wärmetauscher 16 sind zwei Kondensatoren 24 und 25 angeordnet. Der Teilkreis 20 dient zur Rückkühlung des Innenkühlkreises 7 der Antriebs- bzw. Arbeitsmaschine 3 und besteht aus dem Verdampfer 11, dem Kompressionsraum 23 des Verdichters 14, dem Kondensator 25 und der Drossel 13. Entsprechend ist der Teilkreis 21 dem Innenkühlkreis 4 der elektrischen Maschine 2 zugeordnet. Er besteht aus dem Verdampfer 10, dem Kompressionsraum 22 des Verdichters 14, dem Kondensator 24 und der Drossel 12. Die Teilkreise 20 bzw. 21 können unterschiedliche Kühlmedien enthalten. Dadurch kann eine bessere Anpassung der jeweiligen Temperaturniveaus an die zur Kühlung der Maschinen des Wellenstranges 1 gegebenen speziellen Bedingungen erzielbar sein. Der Verdichter 14 wird über den nur symbolisch angedeuteten Flansch 26 an den Flansch 27 des Wellenstranges 1 angeflanscht und somit von dem Wellenstrang 1 direkt angetrieben.

Eine weitere Möglichkeit zur besseren Anpassung der Wärmepumpenkreise an unterschiedliche Kühlbedingungen für die Maschinen 2 bzw. 3 des Wellenstranges 1 ist in F i g. 3 dargestellt. Hier ist im Wärmetauscher 5 zur Rückkühlung des Kühlmediums des Innenkühlkreises 4 der elektrischen Maschine 2 der Verdampfer 28 eines Wärmepumpenkreises 29 angeordnet. Dieser Wärmepumpenkreis 29 besteht aus dem Verdampfer 28, dem Verdichter 30, dem Kondensator 31 und der Drossel 32. Der Kondensator 31 liegt in einem zusätzlichen Wärmetauscher 33, in dem der Verdampfer 10 des Wärmepumpenkreises 19 angeordnet ist. Der Wärmepumpenkreis 29 bildet daher eine erste Stufe für einen Teilkreis des Wärmepumpenkreises 19, der die Kühlung der elektrischen Maschine 2 beeinflußt. Die beiden Verdichter 30 bzw. 14 werden in nicht dargestellter Weise gemeinsam direkt oder indirekt von der elektrischen Maschine 2 angetric 'ien.

Ein derartiger Aufbau des Wärmepumpenkreises mit zwei- oder mehrstufiger Ausführung eines oder mehrerer Teilkreise ist besonders gut geeignet, unterschiedliche Temperaturniveaus in den einzelnen Innenkühlkreisen der Maschinen des Maschinenstranges zu verwirklichen, was z. B. notwendig wird, wenn die Kühlung der Lager eingeschlossen wird, die nicht so tief liegen darf wie die Kühlung der elektrischen Maschinen bzw. der Antriebs- oder Arbeitsmaschinen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kühlanordnung für einen auf einem gemeinsamen Wellenstrang befindlichen Satz von Antriebsund Arbeitsmaschinen, von denen mindestens eine eine elektrische Maschine ist, in deren Innenkühlkreisen das Kühlmedium jeweils einen eigenen Wärmetauscher durchströmt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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a) Die Wärmetauscher (5, 8) der Innenkühlkreise (4, 7) sind als parallelgeschaltete Verdampfer (10,11,28) eines geschlossenen Wärmepumpenkreises (19) ausgebildet, der aus Verdampfer (10,11,28),Verdichter (14,30), Kondensator (15, , 25) und Drossel (12,13) besteht

b) Der Kondensator (15) des Wärmepumpenkreises (19) liegt in einem weiteren gemeinsamen Wärmetauscher (16), dessen zweites Rohrsystem (17) zum Außenkreis (!8) gehört

c) Der Verdichter(14) im Wärmepumpenkreis(19) wird durch den Maschinensatz (1) angetrieben.

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