DE1032841B - Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskuehlung fuer Rotor und Stator in geschlossenem Kreislauf - Google Patents

Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskuehlung fuer Rotor und Stator in geschlossenem Kreislauf

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DE1032841B
DE1032841B DEB37255A DEB0037255A DE1032841B DE 1032841 B DE1032841 B DE 1032841B DE B37255 A DEB37255 A DE B37255A DE B0037255 A DEB0037255 A DE B0037255A DE 1032841 B DE1032841 B DE 1032841B
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DE
Germany
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gas
stator
rotor
turbo generator
cooling
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Application number
DEB37255A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Eugen Wiedemann
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BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
BBC Brown Boveri France SA
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/10Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

  • Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskühlung für Rotor und Stator in geschlossenem Kreislauf Bei Turbogeneratoren mit Gaskühlung in geschlossenem Kreislauf ist es bekannt, für die Kühlung des Rotors und des Stators Gasströme vorzusehen, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch die Maschine getrieben werden, um für die Kühlung des Rotors eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases anwenden zu können, als dies im Stator notwendig ist. Es sind sowohl Anordnungen bekannt, bei denen die beiden Gasströme durch einen gemeinsamen, auf der Rotorwelle angebrachten Ventilator oder Kompressor erzeugt werden, als auch solche, bei denen zur Erzeugung der beiden Gasströmungen je ein oder mehrere besondere Ventilatoren auf der Maschinenwelle vorgesehen sind.
  • Bei allen diesen Anordnungen ist es im allgemeinen notwendig, zur Erzeugung hoher Strömungsgeschwindigkeiten im Rotor mehrstufige Ventilatoren oder Kompressoren anzuwenden. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie die Baulänge der Maschine vergrößern, besonders wenn Wasserstoff als Kühlgas benutzt wird, bei dem wegen seines geringen spezifischen Gewichtes eine verhältnismäßig große Zahl von Kompressorstufen zur Erzielung eines genügenden Druckes nötig ist.
  • Ferner ist es auch bekannt, Turbogeneratoren mit je einem getrennten gasdicht abgeschlossenen Raum für den Stator und den Rotor zu bauen. Die Kühlung des Stators und des Statorraumes erfolgt in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer außerhalb der Maschine angeordneten Gasfördereinrichtung. Der Rotorraum wird mittels einer Vakuumpumpe außerhalb der Maschine unter Unterdruck gehalten, und der Rotor selbst ist noch mit einer getrennten Innenkühlung versehen. Eine solche Kühlanordnung besitzt aber den Nachteil, daß der Aufwand für die verschiedenen außerhalb der Maschine erforderlichen Fördereinrichtungen sehr groß ist und außerdem die ganze Anlage sehr viel Platz beansprucht.
  • Für die Kühlung elektrischer Maschinen mittels eines gasförmigen Kühlmittels ist es ferner auch bekannt, das Kühlgas durch einen außerhalb der Maschine angeordneten Verdichter im geschlossenen Kreislauf umzuwälzen, wobei innerhalb der Maschine das Kühlgas durch im Statorblechpaket untergebrachte Röhren strömt. Diese Röhren sind ferner mit düsenartigen Öffnungen versehen, die gegen die Wicklungsstäbe des Stators gerichtet sind. Parallel zu diesem Luftkreislauf ist noch ein zweiter Kühlluftkreis geschaltet, in dem die Luft durch Ventilatoren innerhalb der Maschine umgewälzt wird, wobei der gleiche Kühler wie für den ersten Luftkreis für die Abfuhr der Wärme benutzt wird. Die durch den Verdichter geförderte unterkühlte Luft wird zweckmäßig an die Stellen geführt, wo die Wärme erzeugt wird, z. B. in die Wicklungsnuten und bei Kollektormaschinen an den Kollektor. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich aber um eine solche, die nicht für eine wirksame Kühlung des Rotors und des Stators eines Turbogenerators mittels zweier Teilgasströme geeignet wäre.
  • Gegenstand der Erfindung ist nunmehr ein Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskühlung für den Rotor und Stator mittels eines außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Gasförderers und auf der Maschinenwelle befestigten Ventilatoren für die Umwälzung des Kühlgases, wobei die Nachteile der bisher bekannten Kühlanordnungen dieser Art vermieden werden. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Gas für die Rotorkühlung aus mindestens einer Öffnung im mittleren Abschnitt des Maschinengehäuses über eine Rohrleitung angesaugt und nach einer die jeweils erforderliche Strömungsgeschwindigkeit bewirkenden Druckerhöhung durch den Gasförderer an beiden Enden des Rotors in die Rotorwelle umgebende Ringräume geführt wird, von wo aus es durch axiale Kanäle im Rotor zu in den Luftspalt einmündende Öffnungen dieser Kanäle strömt, um durch radiale Kühlschlitze im Stator wieder zu den Ansaugöffnungen zu gelangen, und daß das Gas für die Statorkühlung durch an der Rotorwelle befestigte Ventilatoren dem Statorraum entnommen und dem. Luftspalt zugeführt wird, von wo aus es über radiale Schlitze im Stator wieder in den Statorraum gelangt.
  • Bei der letztgenannten Anordnung können die in bekannter Weise im Innern der Maschine vorzusehenden Kühler verhältnismäßig klein bemessen werden, da sie im wesentlichen nur die Wärmeverluste des Stators abzuführen haben.
  • Bekanntlich ist es erwünscht, Turborotoren, besonders solche großer Abmessungen, unabhängig von der Belastung auf konstanter Temperatur zu halten, um Relativverschiebungen zwischen Kupferleiter und Eisen durch die verschiedenen Wärmedehnungen beider Stoffe nach Möglichkeit zu vermeiden. Hierzu ist es notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases im Rotor der jeweiligen Strombelastung des Rotors anzupassen. Diese Möglichkeit ist bei den erwähnten bekannten Anordnungen nicht gegeben, sie läßt sich aber bei der erfindungsgemäßen Anordnung eines besonderen Gasförderers außerhalb des Generators in einfacher Weise erreichen, indem der von diesem bewegte Gasstrom regelbar gestaltet wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Figur bedeutet 1 den Stator, 2 den Rotor einer erfindungsgemäß gekühlten Maschine. Für die Kühlung des Stators sind an beiden Enden der Rotorwelle Ventilatoren 3 vorgesehen, welche in an sich bekannter Weise einen Gasstrom durch den Luftspalt 4 der Maschine und durch radiale Schlitze im Stator und schließlich durch den Raum zwischen Stator und Gehäuse 5 erzeugen, der in Kühlern 6 gekühlt wird. Für die Bewegung des hauptsächlich den Rotor kühlenden Gasstromes ist ein Gasförderer 7 vorgesehen, der insbesondere ein Kompressor beliebiger Bauart sein kann und durch einen Motor 8, gegebenenfalls aber auch durch direkte oder indirekte Kupplung mit der Generatorwelle angetrieben wird. Durch eine Rohrleitung 9 wird durch eine oder mehrere Öffnungen 10 im Mantel der Maschine, vorzugsweise etwa in der Mitte desselben, Gas aus der Maschine angesaugt und nach einer die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit bewirkenden Druckerhöhung im Gasförderer durch den Kühler 11 getrieben. Aus dem Gasförderer gelangt das Gas durch die Rohrleitungen 12, 13 in an beiden Enden der Rotorwelle angeordnete und die Welle umgebende Ringräume 14, von wo aus es durch axiale Kanäle im Rotor zu in den Luftspalt mündenden Öffnungen dieser Kanäle strömt, um durch radiale Kühlschlitze im Stator wieder zu den Ansaugöffnungen 10 zu gelangen.
  • Die Ringräume 14 sind gegen den übrigen Innenraum der Maschine durch labyrinthartige Dichtungen 15 abgedichtet, so daß der zur Kühlung des Rotors vorgesehene Gasstrom sich erst nach dem Durchströmen des Rotors mit dem übrigen im Innenraum vorhandenen Gas mischen kann. Um die Geschwindigkeit, mit der dieser Gasstrom den Rotor durchströmt, unabhängig von der Gasumwälzgeschwindigkeit im Stator verändern zu können, ist in der Rohrleitung 12 eine Drosselvorrichtung 16 vorgesehen. Statt der Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit dieses Gasstromes durch eine Drosselvorrichtung kann diese auch durch eine Veränderung der Drehzahl des Gaförderers bzw. der diesen antreibenden Kraftmaschine erfolgen; es können auch beide Mittel gleichzeitig angewendet werden.
  • Steht das Gas - vorzugsweise Wasserstoff - in der Maschine unter einem verhältnismäßig hohen Druck, beispielsweise 3 ata, so braucht der Gasförderer doch nur eine verhältnismäßig kleine Druckerhöhung zu erzeugen, beispielsweise eine Druckerhöhung von 3 auf 3,1 ata, um die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit im Rotor zu bewirken. Damit auch die Wellendichtungen des Gasförderers nur für diese Druckdifferenz ausgelegt werden müssen, kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Gasförderer zusammen mit seiner Antriebsmaschine in ein gasdichtes Gehäuse 17 eingebaut werden, in dem vorzugsweise angenähert der gleiche Druck herrscht, wie im Generatorgehäuse, so daß Leckverluste an dem Kompressor oder seinen Wellendichtungen praktisch vollständig vermieden werden: Um auch Leckverluste im Kühler zu vermeiden, kann zweckmäßigerweise auch dieser mit in das gasdichte Gehäuse eingebaut werden.
  • Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung können die Saugseite und die Druckseite des Gasförderers durch eine Umgehungsleitung 18 mit einer Verschlußklappe 19 verbunden sein, die im normalen Betrieb geschlossen ist und beim Aufhören des Förderdruckes, z. B. beim Aussetzen des Gasförderers, sich selbsttätig öffnet. Auf diese Weise wird in einem solchen Falle beim Aussetzen des Gasförderers immer noch eine gewisse Gasströmung mittels der für die Statorkühlung vorgesehenen Ventilatoren durch die geöffnete Klappe 19 und die Rotorkanäle aufrechterhalten.
  • Unabhängig hiervon kann in bekannter Weise eine weitere Verbindung zwischen der Saugseite und der Druckseite des Gasförderers mit einem Überdruckventil vorgesehen werden, um zu verhindern, daß bei starker Drosselung des Gasstromes durch die Drosselvorrichtung 16 der Druck auf der Druckseite des Gasförderers unerwünscht hohe Werte annimmt.
  • Die Betätigung der Drosseleinrichtung 16 und/oder der Verstellvorrichtung für die Drehzahl des Gasförderers kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch geeignete Regeleinrichtungen bekannter Art selbsttätig in Abhängigkeit von einer durch die Belastung des Generators beeinflußten Größe geregelt werden. Als solche Größe kann beispielsweise der Belastungsstrom oder der Erregerstrom des Generators oder die Temperatur des Rotors dienen.
  • Die Erfindung ist nicht an das beschriebene Ausführungsbeispiel gebunden. Zum Beispiel sind Änderungen in der Reihenfolge von Gasförderer 7, Kühler 11 und Drosseleinrichtung 16 möglich. Unter Umständen kann es auch zweckmäßig sein, den Kühler für die Rotorverluste an oder in der Maschine anzuordnen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskühlung für den Rotor und Stator mittels eines außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Gasförderers und auf der Maschinenwelle befestigten Ventilatoren für die Umwälzung des Kühlgases, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas für die Rotorkühlung aus mindestens einer Öffnung im mittleren Abschnitt des Maschinengehäuses über eine Rohrleitung angesaugt und nach einer die jeweils erforderliche Strömungsgeschwindigkeit bewirkenden Druckerhöhung durch den Gasförderer an beiden Enden des Rotors in die Rotorwelle umgebende Ringräume geführt wird, von wo aus es durch axiale Kanäle im Rotor zu in den Luftspalt einmündende Öffnungen dieser Kanäle strömt, um durch radiale Kühlschlitze im Stator wieder zu den Ansaugöffnungen zu gelangen; und daß das Gas für die Statorkühlung durch an der Rotorwelle befestigte Ventilatoren dem StatoT-rauen entnommen und dem Luftspalt zugeführt wird, von wo aus es über radiale Schlitze im Stator wieder in den Statorraum gelangt.
  2. 2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühler für den durch den Gasförderer bewegten Gasstrom im Generator angeordnet ist.
  3. 3. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasförderer mit seiner Antriebsmaschine in ein gasdichtes Gehäuse eingebaut ist.
  4. 4. Turbogenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler für den durch den Gasförderer bewegten Gasstrom mit in das gasdichte Gehäuse eingebaut ist.
  5. 5. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rohrleitungen zwischen Generator und Kompressor und Kühler eine einstellbare Drosselvorrichtung vorgesehen ist.
  6. 6. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Gasförderers bzw. seiner Antriebsmaschine veränderbar ist.
  7. 7. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Drosselvorrichtung und/oder Veränderung der Drehzahl des Gasförderers in Abhängigkeit von einer durch die Belastung der Maschine beeinflußten Größe selbsttätig regelbar ist. B. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saug- und Druckseite des Gasförderers durch eine Umgehungsleitung mit einer Verschlußklappe verbunden sind, die im normalen Betrieb geschlossen ist und bei einem Aufhörendes Förderdruckes sich selbsttätig öffnet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 448 803, 896 086.
DEB37255A 1955-09-21 1955-09-21 Turbogenerator mit einer gemeinsamen Gaskuehlung fuer Rotor und Stator in geschlossenem Kreislauf Pending DE1032841B (de)

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DE1126984B (de) * 1960-08-03 1962-04-05 Siemens Ag Einrichtung zur weiteren Erhoehung der Belastbarkeit elektrischer Maschinen hoher Leistung in Turbobauart

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DE448803C (de) * 1924-08-07 1927-08-24 Bbc Brown Boveri & Cie Einrichtung zur Kuehlung elektrischer Maschinen und Apparate mittels eines im Innern der Maschine oder des Apparats nahe den zu kuehlenden Stellen expandierenden, gasfoermigen Kuehlmittels
DE896086C (de) * 1952-04-04 1953-11-09 Brown Elektrische Maschine, insbesondere Generator hoher Drehzahl mit je einem getrennten, gasdicht abgeschlossenen Raum fuer den Staender und den Laeufer

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