DE7118373U - Kuehlanordnung zur kuehlung eines schleifringapparates - Google Patents

Description

5Ί/71

we. ς

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie,_:. Baden (Schweiz)

Kühlanordnung zur Kühlung eines Schleifringapparates

Die vorliegende >!euerung "betrifft eine Kühlanordnung zur Kühlung des Schleifringapparates einer elektrischen Maschine,, insbesondere zur Kühlung des Schleifringapparates eines Turbogenerators hoher Leistung·

Wachsende Einheitsleistungen, vor allem wassergekühlte Rotoren mit kleiner Windungszahl, verlangen Erregerströme, die weit über den bisher üblichen liegen. Während bisher

t · · ♦

54/71 . *

(ο

-z-

die Erregerströme für Turbogeneratoren um 3000 bis 3500 A betrugen, werden für die zukünftigen Einheitsleistunsen Erregerströme von 8000 A und mehr notwendig,

.des Schleifringes, wobei eine trosse Dichte der Burstenbesetzung^Terforderlieh wird. Das führt zu starken Erwärmungen der Bürstenfüsse und der Schleifringoberfläche.

Massgebend für den Bürstenverschleiss ist neben einer Anzahl von weiteren Parametern die Temperatur an der Kontaktfläche zwischen Bürste und Schleifring. Daher ist bei der Uebertragung von hohen Leistungen eine möglichst gute Kühlung von Schleifring und Bürsten anzustreben.

Bei einer bekannten Kühlungsart werden die Bürsten in paralleler Richtung zur Rotorwelle mit Kühlluft angeströmt. Dabei nehmen die einzelnen Bürsten, vor allem in achsialer Richtung gesehen, unterschiedliche Temperaturen an, wodurch sie unterschiedliche Ströme führen, sodass eine optimale Ausnutzung des Schleifringapparates unmöglich ist. Ein grosser Teil der Kühlluft kommt dabei prarnicht in Berührung mit den zu kühlenden Flächen, sodass die für die Kühlung aufzuwendende Leistung sehr schlecht ausgenutzt wird.

Wird der Schleifringapparat gemäss einem anderen Vorschlag radial von innen nach aussen mit Kühlluft durchströmt,

54/71

so lagert sich an Stellen kleiner Luftgeschv/indigkeit der Graphitstaub ab, wodurch unter anderem die Handgriffe.· der Bürstenwechselhalter verschmutzt und die Kriechwege überbrückt werden. Dies kann bei Erregerspannungen von ca. 500 Volt zu Ueberschlägen und zu einer Gefährdung des Personals führen.

Zweck der Neuerung ^ ist die Schaffung einer Kühlanordnung, welche die vorangehend erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Die neuerunfcsptemässe Kühlanordnung ist dadurch <;akennzeichnet, dass sie zwischen den einzelnen Bürstenreihen verlaufende, mindestem annähernd radial gerichtete Absaugkanäle aufweist, deren Absaugöffnungen sich im Bereich der Bürstenfüsse befinden,und die ande^ n-seits in Sammelkanäle münden,die mit mindestens einer Unterdruckquelle verbunden sind.

Dabei ist es zweckmässig, weut die Unterdruckquelle durch einen Ventilator gebildet wird und dieser mit der Rotorwelle der elektr· Maschine verbunden ist.

Um die von dem Schleifring und den Bürsten erwärmte Kühlluft und den von den Bürsten herrührenden Graphitstaub besser absaugen zu können, kann es vorteilhaft sein,wenn in Drehrichtung des Schleifringes gesehen die vordere Kante der Absaugöffnung sich weiter weg von der Schleifringoberfläche befindet als die hintere Kante.

Um eine intensivere Kühlung des Schleifringes zu erzielen, kann es auch zweckmässig sein, wenn die Kühlanordnung derart ausgebildet ist, dass in Drehrichtunf?; des Schleifringes gesehen die hintere Kante der Absaugöffnung sich weiter weg von der Schleifringoberfläche befindet als die vordere Kante. Dadurch wird eine Strömung der Kühlluft in entgegengesetzter Richtung zum Drehsinn des Schleifringes und damit eine grössere Relativgeschwindigkeit der Kühlluft gegenüber dem Schleifring erzielt, was eine bessere Kühlung des letzteren zur Folge hat. Es ist dazu selbstverständlich eine entsprechende Anpassung der Kühlluftquerschnitte der neben den Bürsten in radialer Richtung verlaufenden Strömungskanäle erforderlich.

Nachstehend wird die Neuerung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Ss zeigen :

Figur 1 einen Radialschnitt durch einen mit einer beispielsweisen Ausführungsform einer neuerungsgemäss ausgebildeten Kühlanordnung versehenen Schleifringapparates;

Figur 2 einen Achsialschnitt durch den in Fifur 1 dargestellten Sehleifringaryparat, und

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines mit einer zweiten beis-oielsweisen Ausführ

■- 5 -

einer neuerungsgemäss ausgebildeten Kühlanordnung versehenen Schleifringapparates.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Schleifringapparat eines Turbogenerators hoher Leistung dargestellt.

Die Kühlanordnung zur Kühlung des Schleifringapparates weist wie aus der Zeichnung ersichtlich, einen auf der Rotorwelle 1 befestigten Ventilator 2 und mit diesem verbundene, in achsialer Richtung des Maschinenrotors 1 zwischen den einzelnen Bürstenreihen 3 und 4 verlaufende Sammelkanäle 5 auf, an die sich radial gerichtete Absaugkanäle anschliessen deren Absaugöffnungen sich im Bereich der Bürstenfüsse befinden. Die Strömungsquerschnitte der Sammelkanäle 5 sind dabei derart gewählt, dass über die gesamte Länge der Absaugkanäle 14 gleichviel Luft angesogen wird.

Auf diese Weise wirken die Absaugkanäle in der Art einer Absaugvorrichtung,die die von dem Schleifring und den Bürsten erwärmte Kühlluft und den von den Bürsten 6 herrührenden Graphitstaub direkt asu Entstehungsort absaugt.Die gesamte Kühlluft muss dabei längs der Bürsten 6 bis an die Schleifringoberfläche und eine Strecke längs der letzteren strömen.Sämtliche Bürsten 6 des Schleifringapparates und alle Teile der Schleifringoberfläche werden dadurch gleich gut gekühlt,d.h. alle Bürsten können optimal für die Stromübertragung ausgenutzt werden.

■3

Die in die Absaugkanäle 14 einströmende Kühlluft gelangt, wie aus Figur 2 ersichtlich, von diesen über Sammelkanäle 5 in ein über dem Mittelaustritt angeordneten Sammelgehäuse 7 und von dort über einen Strömungskanal 8 in den am Ende des Rotors 1 angeordneten Ventilator 2.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, befindet sich in Drehrichtung des Schleifringes 9 gesehen die vordere Kante IO der Absaugöffnung der Absaugkanäle 14 weiter weg von der Schleifringoberfläche als die hintere Kante 11, was zu einer Druckdifferenz vor und hinter den Bürsten 6 uud somit zu einem verstärkten Kühlluftstrom durch die Bchraubenlinxenförmig verlaufenden Schleifringrillen 12 unterhalb der Bürsten 6 führt. Der dadurch entstehende Kühlluftstrom kühlt die Bürsten 6 an der Kontaktstelle des Bürstenfusses jeweils unmittelbar nach der Kontakt-* phase z.B. 60 mal pro Sekunde bei einer eingängigen Schleifringrille 12 und einer Drehzahl von 3600 Umdrehungen pro Minute des Schleifringes 9·

In Figur 3 ist ein Längsschnitt durch einen Teil einee mit einer zweiten beispielsweisen Ausführungsform einer neuerungsgemäss ausgebildeten Kühlanordnung versehenen Schleifringapparates dargestellt,bei dem die Sammelkanäle 13 in Umfangrichtung der Schleifringoberfläche verlaufen.

Die Kühlanordnung kann auch in Kombination mit einem in achsialer Richtung mit Kühlluft durchströmten Schleifring 9 ausgeführt werden. Auch e.'.ne Kombination mit oinem Schleifring, bei dem Kühlluft in radialer Richtung aus über den Ringumf?.ng verteilt angeordneten Oeffnungen austritt, ist zweckmässig. Dabei strömt ein Teil der gesamten Kühlluft entlang der Bürsten in radialer Richtuni :h innen zur Schleifringoberfläche und ein anderer Teil der Kühlluft durch den mit Austrittsöffnungen versehenen Schleifring in radialer Richtung nach aussen, wobei dann beide Kühlluftströme in den Absaugkanälen vereinigt werden.

Selbstverständlich kann die neuerunKsstemässe Kühlanordnung auch zur Kühlung eines Kollektors einer elektrischen Maschine verwendet werden.

Claims (9)

_ 3 - 51/71 SehutzanaprCche

1. Kühlanordnung zur Kühlung des Schleifringapparates einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Kühlung des Schleifringapparates eines Turbogenerators hoher Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen den einzelnen Bürstenreihen verlaufende, mindestens annähernd radial gerichtete Absaugkanäle (? ^ aufweist, deren Absaugöffnungen sich im Bereich der Bürstenfüsse befinden, und die andererseits in Sammelkanäle (5) münden, die mit mindestens einer Unterdruckquelle (2) verbunden sind.

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanäle (5) in achsialer Richtung des Maschinenrotors verlaufen.

3. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkanäle (13) in Itafangrichtung der Schleif ringoberfläche verlaufen.

4. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckquelle durch einen Ventilator (2) gebildet wird, und dieser mit der Rotorwelle (1) der elektrischen Maschine verbunden ist.

5. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

54/71

das3 mindestens die eine der in achsialer Richtung verlaufenden Wandungen des Ab saug]: anal es sich in einem Abstand von 1 bis IO mm von der Schleifrinpoberfläche befindet.

6. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugkanäle (14) zwischen je einer Bürstenreihe (3) und den Bürstenträgern (13) der benachbarten Bürstenreihe verlaufen.

7. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Schleifringes (9) gesehen die vordere Kante (10) der Absaugöffnung sich weiter weg von der Schleifringoberfläche befindet als die hintere Kante (11).

8. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Schleifringes gesehen die hintere Kante der Absaugöffnung sich weiter weg von der Schleifringoberfläche befindet als die vordere Kante.

9. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifringraum in achsialer Richtung gesehen an seinen Stirnflächen zwischen den einzelnen Absaug-

kanälen durch Dichtleisten oder Labyrinthe abgeschlossen ist.

Akt ienre s c· Ilse ha ft Brown, Boveri & Cie.

71113731%. in