DE3043884C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- und Ausleiten von Kühlflüssigkeit an einer elektrischen Maschine mit Flüssigkeits-Rotorkühlung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Im einzelnen betrifft die Erfindung elektrische Maschi­ nen mit flüssigkeitsgekühltem Rotor, bei welchem die Kühlflüssigkeit durch den Rotor hindurch zirkuliert.

Eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an­ gegebenen Art ist beispielsweise aus der DE-AS 19 58 940 bekannt.

Eine weitere, jedoch nicht vorveröffentlichte Vorrich­ tung ist in Fig. 1 vorliegender Anmeldung gezeigt. Diese Vorrichtung weist zwei Auslaßkammern auf, die mit Kühl­ flüssigkeit gefüllt gehalten werden. Eine Auslaßleitung 712 führt aus einer Auslaßkammer 612 heraus, die nicht vollständig mit Kühlflüssigkeit angefüllt ist, sondern statt dessen ein Schutzgas, wie Stickstoff oder Wasser­ stoff enthält, das durch eine Gaszuführleitung 9, die in die Auslaßkammer 612 mündet, zugeführt wird, damit die Kühlflüssigkeit in der Auslaßkammer 612 nicht mit atmos­ phärischer Luft in Berührung kommt. Der Druck in der Auslaßkammer 612 wird höher als der Atmosphärendruck gehalten, damit keine Luft eindringen kann. Damit kann die in der Auslaßkammer 612 enthaltene Kühlflüssigkeit über das Auslaßrohr 712 in den Kühlkreislauf zurückge­ führt werden.

Bei der gattungsgemäßen Vorrichtung, wie auch der Vor­ richtung der Fig. 1, ist zwar eine relativ kurze axiale Baulänge und damit eine relativ schwingungsarme Kon­ struktion erreicht, jedoch besteht der schwerwiegende Nachteil der Gefahr von Kavitation. Da der Druck in der Auslaßkammer 612 geringer als der Druck in einer Kammer ist, die vollständig mit Kühlflüssigkeit angefüllt ist, verteilt sich die aus der Öffnung 3 a des Ausgaberohr­ körpers ausströmende Kühlflüssigkeit in der Auslaßkammer 612, so daß in den Ausströmwegen 3 b und 5 c und in den Kühlkanälen der Rotorwicklung (nicht gezeigt) Korrosion auftreten kann. Um dieses Problem zu bewältigen, ist bei sonstigen bekannten Vorrichtungen (vgl. z. B. DE-AS 20 16 169 bzw. DE-AS 22 07 342) ähnlicher Bauart die Auslaßkammer vollständig mit Kühlflüssigkeit angefüllt, da bisher angenommen wurde, daß dies unerläßlich ist, um die genannten technischen Probleme auszuräumen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege­ benen Art zu schaffen, die bei Aufrechterhaltung des Vorteils einer kurzen axialen Baulänge die Vermeidung des Auftretens von Kavitation und daraus resultierender Korrosion ermöglicht, ohne daß dazu die erste Auslaß­ kammer vollständig mit Kühlflüssigkeit angefüllt sein muß.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Dadurch wird zunächst erreicht daß die erste Auslaß­ kammer nicht vollständig mit Kühlflüssigkeit angefüllt ist, wobei vorteilhafterweise lediglich zwei Auslaß­ kammern vorgesehen sind. Die Länge des Zu- und Ablei­ tungsrohrkörpers kann dadurch soweit herabgesetzt werden, daß keine Vibrationsschwingungen auftreten, so daß die Vorteile des gattungsgemäßen Standes der Tech­ nik voll beibehalten werden.

Da die Auslaßkammer nicht vollständig mit Kühlflüssig­ keit angefüllt ist, ist es ferner ebenfalls nicht erfor­ derlich, das Auslaßkammergehäuse vollständig dicht abzu­ schließen. Daher tritt kein Leistungsverlust aufgrund der Reibung zwischen Kühlflüssigkeit und Rohrkörper auf bzw. ist erheblich reduziert.

Durch das Vorsehen eines Abgaberinges mit kleinen Löchern wird schließlich vorteilhafterweise erreicht, daß die Kühlflüssigkeit aus dem Ableitrohr in die Auslaßkammer über diese Löcher abgegeben wird, wodurch sich der Widerstand gegen die Kühlflüssigkeitsabgabe erhöht und dabei das Problem der Kavitation gelöst ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine nicht vorveröffentlichte Kühlflüssigkeits­ leitvorrichtung und

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Kühl­ flüssigkeitsleitvorrichtung gemäß vor­ liegender Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ein- und Ausleiten von Kühlflüssigkeit, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung dadurch unterscheidet, daß ein Abgabering 10 mit kleinen Löchern 10 a vorgesehen ist.

Im einzelnen weist die Vorrichtung ein Zulaufrohr 1 auf, über das Kühlflüssigkeit, wie destilliertes Wasser, mit Hilfe einer nicht gezeigten Förderpumpe zugeführt und über Öffnungen 2 a in den Hohlraum 2 b eines zylindrischen Einlaufrohres abgegeben wird, durch das der Zuströmweg für die Kühlflüssigkeit gebildet wird. Mit allseitigem Abstandsspalt 3 b umgibt ein Flüssigkeitsablaufrohr 3 ein Zuströmrohr 2. Als Kühlmittel wird destilliertes Wasser bevorzugt, da die Rohre durch keinerlei Verunreinigung korrodieren. Der Abstandsspalt 3 b wird als Ablaufweg für die Kühlflüssigkeit verwendet. Das Ablaufrohr 3 besitzt eine Öffnung 3 a, über die die Kühlflüssigkeit abgegeben wird. Das Ablaufrohr 3 und das Zulaufrohr 2 sind mit­ einander so verbunden, daß sie eine gemeinsame Kühl­ flüssigkeitszu- und -abführung 4 bilden. Dabei kann das Zulaufrohr 2 mehrere auf der Außenwand vorstehende Rippen tragen, die in Fig. 2 nicht dargestellt sind, jedoch als Abstandshalter und Verbindung des Zulauf­ rohres 2 mit dem Ablaufrohr 3 und damit gleichzeitig als Versteifung dienen. Das Zulaufrohr 2 mit den vorstehen­ den Rippen ist mit dem Ablaufrohr 3 z. B. durch Schrumpfsitz zu einem Stück vereinigt. An dieser Rohr­ konstruktion befindet sich ein Flansch 4 a an einem Ende, der mit einem Flansch 5 a der Rotorwelle mittels Bolzen oder dgl. verbunden ist. Auf der Welle 5 des Rotors be­ findet sich die Rotorwicklung, die nicht dargestellt ist. Es ergibt sich aus Fig. 2, daß ein Zulaufpfad 5 b und ein Ablaufpfad 5 c in der Rotorwelle 5 ausgebildet und mit dem Zulaufpfad 2 b und dem Ablaufpfad 3 b im Zu- und Abführrohr 4 so verbunden sind, daß das Kühlmittel über den Zulaufpfad 5 b nach dem Hindurchtreten durch die Rotorwicklung in den Ablaufpfad 5 c abgegeben wird. In Fig. 2 ist der Kühlwasserstrom durch Pfeile angedeutet. Die Abgabe der erhitzten Kühlflüssigkeit erfolgt über die Öffnung 3 a.

Die gesamte Vorrichtung weist eine erste Auslaßkammer 612 auf, die die aus der Öffnung 3 a abgegebene Flüssig­ keit aufnimmt.

Mit dem Bezugszeichen 81 ist in Fig. 2 eine erste Labyrinthdichtung bezeichnet, die verhindert, daß Kühl­ wasser vom Zulaufrohr 1 in die erste Auslaßkammer 612 eindringt. Ferner ist eine Labyrinthdichtung 83 vorge­ sehen, die zwischen dem umlaufenden Rohrkörper 4 und der zweiten Auslaufkammer 63 angeordnet ist.

Schließlich ist eine dritte Dichtung 84 vorgesehen, die den Durchtritt von Kühlflüssigkeit zwischen der der Rotorwelle benachbarten Seite der Auslaßkammer 63 und der Auslaßrohrleitung 3 verhindert.

Der Abgabering 10 ist fest auf das Zulaufrohr 2 aufge­ setzt, so daß die engen Löcher 10 a mit der Öffnung 3 a der Abgaberohrleitung 3 in Verbindung stehen. Dadurch wird die aus der Abgabe­ rohrleitung 3 ausströmende Kühlflüssigkeit über die engen Löcher 10 a in die Auslaßkammer 612 geleitet. Der Abgabering 10 hat also die Wirkung einer Düsenverengung bei der Abgabe der Kühlflüssig­ keit, was das Auftreten von Kavitation, die bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ein schwerwiegendes Problem darstellt, wirksam verhindert. Da das Problem der Kavitation damit gelöst ist, ist es nicht mehr erforderlich, die Auslaßkammer 612 mit Kühlflüssig­ keit ausgefüllt zu halten. Folglich kann die Zahl der Auslaßkam­ mern auf zwei verringert werden, so daß der Kühlflüssigkeitszu- und -ableitrohrkörper 4 kurz gebaut werden kann. Die gefährlichen radialen Vibrationsschwingungen des Rohrkörpers 4 sind damit entscheidend verringert. Da es nicht mehr nötig ist, die Auslaßkammer 612 mit Kühlflüssigkeit voll­ ständig angefüllt zu halten, ist es ein leichtes, die Auslaßkam­ mer abzudichten, und es sind auch die mit der Reibung zwischen dem Rohrkörper 4 und der Kühlflüssigkeit zusammenhängenden Ver­ luste beseitigt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Reihen enger Löcher 10 a im Ring 10 in Umfangsanordnung vorgesehen. Es können aber auch drei oder mehr Reihen sein. Beim gezeigten Aus­ führungsbeispiel haben die engen Löcher 10 a eine gegeneinander gerichtete Neigung, so daß die aus den Löchern austretenden Strah­ len aufeinandertreffen und dadurch versprüht werden. Dadurch wird verhindert, daß das Gehäuse der Auslaßkammer 612 durch die auftreffenden scharfen Strahlen von Kühlflüssigkeit abgenützt und zerstört wird. Wenn bei den verschiedenen Anwendungen der Erfindung eine derartige Abnutzung nicht zu befürchten ist, ist es auch nicht erforderlich, die engen Löcher schrägzustellen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Flüssigkeitsabgabe­ ring durch Aufschrumpfen fest mit dem Zulaufrohr 2 verbunden. Die Befestigung kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen. Es ist auch nicht erforderlich, daß das Abgaberohr 3 getrennte Tei­ le sind. Sie können auch als Einheit hergestellt sein.

Bei der Beschreibung ist von destilliertem Wasser als Kühlflüs­ sigkeit die Rede. Das destillierte Wasser kann jedoch durch je­ de Kühlflüssigkeit ersetzt werden, bei der die Rohrleitungen und die Rotorwicklung nicht korrodieren. Auch kann die Erfindung außer bei Turbogeneratoren bei anderen elektrischen Generatoren wie Wasserkraftgeneratoren oder bei elektrischen Motoren ange­ wendet werden. Schließlich ist es nicht zwingend, zur Verhin­ derung des Leckflusses der Kühlflüssigkeit Labyrinth-Dichtungen zu verwenden. Andere, diesselbe Aufgabe erfüllende mechanische Dichtungen sind ebenfalls einsetzbar.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Ein- und Ausleiten von Kühlflüssig­ keit an einer elektrischen Maschine mit Flüssigkeits- Rotorkühlung
mit einem Einlaufrohr für das Einleiten der Kühlflüs­ sigkeit,
mit einem zylindrischen Einlaßrohr, dessen eines Ende mit einer Rotorwelle der Maschine verbunden ist und dessen anderes Ende zum Einleiten der Kühlflüssigkeit offen ist,
mit einem zylindrischen Abgaberohr, das mit einem Abstandsspalt vorgegebener Länge das Einlaßrohr koaxial umgibt, wobei ein Ende des Abgaberohres mit der Rotorwelle verbunden ist, das andere Ende des Abgaberohres offen ist, und wobei der Abstandspalt die Abgaberohrleitung für die Kühlflüssigkeit bildet,
mit einer ersten Auslaßkammer, die das offene Ende des Abgaberohres zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit umgibt,
mit einem ersten Auslaßrohr zum Ablassen von Kühl­ flüssigkeit aus der ersten Auslaßkammer,
mit einer ersten Dichtung, die den Durchtritt von Kühlflüssigkeit zwischen einer Seite der ersten Auslaßkammer und dem Einlaßrohr verhindert,
mit einer zweiten Dichtung, die den Durchtritt von Kühlflüssigkeit zwischen der gegenüberliegenden Seite der ersten Auslaßkammer und dem Abgaberohr verhin­ dert,
mit einer zweiten Auslaßkammer, deren eines Ende fest mit der ersten Auslaßkammer zur Aufnahme von durch die zweite Dichtung hindurchtretender Kühlflüssigkeit verbunden ist und
mit einem zweiten Auslaßrohr zum Ableiten von Kühl­ flüssigkeit aus der zweiten Auslaßkammer, gekenn­ zeichnet durch
eine dritte Dichtung (84) zum Verhindern eines Durch­ trittes von Kühlflüssigkeit zwischen dem gegenüber­ liegenden Ende der zweiten Auslaßkammer (63) und dem Abgaberohr (3),
eine Gaszuführleitung (9) zum Zuführen eines Schutz­ gases in die erste Auslaßkammer (612), durch das der Druck in der ersten Auslaßkammer (612) über dem Atmosphärendruck gehalten wird, wobei die erste Aus­ laßkammer (612) nur teilweise mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist, und
einen von engen Löchern (10 a) durchsetzten Abgabering (10), der über das offene Ende (3 a) der Abgaberohr­ leitung (3 b) gesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas Stickstoff ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabering (10) fest auf der Zulaufrohrlei­ tung (2) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgabering (18) fest am Abgaberohr (3) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die engen Durchtrittslöcher (10 a) in Umfangs­ richtung in zwei Reihen angebracht sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die engen Löcher (10 a) der beiden Reihen so gegeneinander schräg angestellt sind, daß die aus ihnen austretenden Kühlmittelstrahlen aufeinander­ treffen.