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Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten
Läufern elektrischer Maschinen Die Weiterentwicklung großer elektrischer Generatoren
zeigt die Tendenz zu einer ständigen Erhöhung der Leistung. Die praktische Verwirklichung
verlangt aber ein sehr wirksames Kühlsystem sowohl für den Stator als auch für den
Läufer. Es ist daher bei diesen Generatoren unumgänglich, anstatt der für kleinere
Einheiten ausreichenden Gaskühlung die außerordentlich wirksame Flüssigkeitskühlung
für den Stator und den Induktor vorzunehmen. Flüssigkeiten, insbesondere Wasser,
gewährleisten bei Anwendung der direkten Hohlleiterkühlung außerordentlich hohe
Kühlleistungen.
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Die Verwirklichung der Flüssigkeitskühlung wirft dabei sehr große
konstruktive und fertigungstechnische Probleme auf. Die Erfindung befaßt sich damit
und betrifft ausschließlich das Problem der Zu-und Abführung der Kühlflüssigkeit
am rotierenden Läufer.
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Zu- und Abführung der Kühlflüssigkeit erfolgt zweckmäßig am erregerseitigen
Läuferwellenende, wobei dann dieses für einen sogenannten Kühlmittelanschluß zur
Verfügung steht. Die Zuführung des Kühlmittels in den Läufer erfolgt durch eine
Zentralbohrung und der Rücklauf durch einen um die Zentralbohrung angeordneten Ringkanal
oder ein System derartiger Ringkanäle. An das freie Wellenende wird dabei ein Kühlmittelanschlußkopf
angeflanscht, der als Bindeglied zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen
der Kühlmittelführung dient.
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Ein schwerwiegendes Problem ist die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes
nach außen, dem um so mehr Bedeutung zukommt, als das Kühlmittel, insbesondere Wasser,
nicht leitend, d. h. also chemisch rein sein muß. Die Abdichtung des Kühlmittelkreislaufes
ist besonders dort schwierig, wo feststehende und rotierende Teile sich berühren,
also im Kühlmittelanschlußkopf. Die Abdichtung gegen die äußere Atmosphäre erfolgt
dort über eine bekannte Wellendichtung. Um Verunreinigungen des Kühlmittels zu vermeiden,
wird dieses mit einem Überdruck von beispielsweise 4 bis 5 Atmosphären beaufschlagt.
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Auf der Kühlmittelaustrittsseite ist es notwendig, diese von dem sogenannten
Leckraum ebenfalls abzudichten, zumal im letzteren in der Regel ein geringerer Druck
herrscht als in ersterer. Die Dichtflächen müssen dabei entweder beispielsweise
durch Öl geschmiert werden oder auch durch Wasser; ebenfalls ist es denkbar, eine
sogenannte Schleifdichtung zu verwenden, welche dann ohne Schmierung arbeitet. Dieses
ist aber nur dann möglich, wenn die Abmessungen und Umfangsgeschwindigkeiten der
Dichtflächen dieses zulassen. In allen Fällen muß aber verhindert werden, daß das
Schmiermittel oder bei einer Schleifdichtung der Antrieb mit dem Kühlmittel in Berührung
kommt.
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Es ist bereits ein Kühlmittelanschlußkopf mit zwei Dichtungen vorgeschlagen
worden, nämlich der eigentlichen Betriebsdichtung in der üblichen Form einer Spalt-
oder Schleifdichtung und einer besonderen federbelasteten Stillstands- und Evakuierungsdichtung.
Diese Konstruktion wurde insbesondere für Turbogeneratoren entwickelt. Sie bedingt
indessen einen nicht unerheblichen Aufwand an Einzelteilen. Zudem muß die Welle
wegen der axialen Wirkungsweise einen Bund, an den sich der Dichtungskörper anlegt,
aufweisen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Kühlmittelanschlußkopf zur Zu- und
Abfuhr des Kühlmittels an flüssigkeitsgekühlten Läufern elektrischer Maschinen;
bei dem außer der als Spalt- oder Labyrinth- oder Schleifdichtung ausgebildeten
Betriebsdichtung eine Stillstandsdichtung zusätzlich im Anschlußkopf vorgesehen
ist. Hierbei ist die Stillstandsdichtung ausschließlich mittels eines gasförmigen
oder flüssigen Druckmediums an Dichtflächen radial andrückbar und nur im Stillstand
beaufschlagbar. Sie dichtet also die Kühlmittelaustrittsseite und den Leckraum völlig
voneinander ab, um ein Evakuieren der Hohlleiter des Läufers zur Vermeidung von
Lufteinschlüssen beim Füllen mit dem Kühlmittel zu ermöglichen. Als Druckmedium
kann beispielsweise Preßluft verwendet werden. Vorwiegend wird man dabei die Stillstandsdichtung
mit einem U-förmigen Profil ausbilden, wobei in die offene Seite des Profils das
Druckmittel einführbar ist und so die äußeren Profilflächen an die entsprechend
geformten Dichtflächen andrückbar sind.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Beispiel beschrieben,
in welcher ein Schnitt durch einen Teil des Kühlmittelanschlußkopfes am
freien
Wellenende eines Synchrongenerators dargestellt ist. Das freie Wellenende ist hierbei
als Hohlwelle l ausgebildet, in deren linken Teil an der Stelle 2 das Kühlwasser
vom feststehenden Teil 3 in die Hohlwelle 1 übertritt. Die Dichtung erfolgt in an
sich bekannter Weise an dieser Stelle durch Labyrinthdichtungen 4. Der Strom des
Kühlwassers entspricht den eingezeichneten Pfeilen 5, 6 und führt zunächst zur Läuferwicklung,
um von dort aus entsprechend den Pfeilen 7, 8 zurückzukehren und in die Kühlmittelaustrittsseite
überzutreten. Das Teil 9 rotiert also, während das Teil 10 feststeht. Es
entsteht hier nun die Notwendigkeit, das Teil 10 gegen das Teil 9 abzudichten,
wobei noch zusätzlich als erschwerend hinzukommt, daß innerhalb des Teils 10 zwei
Räume für das Kühlmittel angeordnet sind, nämlich die eigentliche Kühlmittelaustrittsseite
11 und der Leckraum 12. In ersterer herrscht beispielsweise noch ein Druck von etwa
4 bis 5 Atmosphären, während in letzterem nur noch ein ganz geringer überdruck über
dem Normaldruck herrscht. Dadurch ist es möglich, daß Verunreinigungen, die durch
die Dichtungen 13,14,15 hervorgerufen werden, in jedem Fall in den Leckraum 12 eintreten.
Die erforderliche Betriebsdichtung erfolgt durch die Dichtungsgruppe, die aus den
Dichtungen 13, 14 besteht, wobei diese als Schleifdichtungen ausgebildet sind. Sie
könnten aber ebensogut eine Spaltdichtung sein, wobei in jedem Fall das Material
entweder Kunststoff oder Metall ist. Die Stillstandsdichtung 15 hat folgende Aufgabe:
Ist es beispielsweise notwendig, im Stillstand das Kühlmittel zu erneuern, so wird
das vorhandene abgelassen, und zwar über den Kühlwasseraustritt 16 bzw. Leckwasseraustritt
17. Danach wird dieStillstandsdichtungbeispielsweisemit Preßluft über die Zuführung
18 beaufschlagt und so an die verschiedenen ihr zugeordneten Dichtflächen 19, 20,
21 angedrückt. Es erfolgt dadurch eine einwandfreie und völlige Abdichtung der beiden
Räume 11, 12 gegeneinander. Danach kann das neue Kühlmittel eingefüllt werden und
dringt dabei, verhindert durch die Stillstandsdichtung 15, nicht in den Leckraum
12 ein. Im Betrieb fällt dann die Beaufschlagung der Stillstandsdichtung
15 mittels Preßluft fort, und die Dichtung selber wird dann über die Betriebsdichtungen
13, , 14 erfolgen. Die notwendige Schmierung wird im vorliegenden Fall, sofern
es sich um eine Kunststoffdichtung handelt, durch das Kühlmittel selber erfolgen,
während die vorwiegend aus einem elastischen Stoff, wie Gummi, auszubildende Stillstandsdichtung
nicht durch das Kühlmittel geschmiert werden kann und muß. Selbstverständlich ist
es auch möglich, die Betriebsdichtungen 13, 14 als Metalldichtungen auszubilden.
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Die konstruktive Ausbildung der Erfindung zeigt einen durch die radiale
Wirkungsweise bedingten einfachen Aufbau. Weiterhin ist es möglich, das Leckwasser
wieder aufzubereiten und dem Kühlmittelkreislauf erneut zuzuführen. Dadurch wird
ein zusätzlicher Vorteil erreicht, nämlich die Verlustlosigkeit des Kühlkreislaufes.
Die einmal vorgenommene Füllung mit aufbereitetem Wasser bedarf also keiner ständigen
Ergänzung, wodurch erhebliche Aufbereitungskosten eingespart werden können.