DE2010403B2

DE2010403B2 - Einrichtung zur Zu- und Abführung einer Kühlflüssigkeit für mindestens einen in dem Rotor einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkanal

Info

Publication number: DE2010403B2
Application number: DE2010403A
Authority: DE
Inventors: Mihailo Dipl.-Ing. Baden Starcevic (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1969-12-04
Filing date: 1970-03-05
Publication date: 1979-09-27
Also published as: CH512851A; FR2072766A5; DE2010403C3; DE2010403A1; NO130613C; US3652880A; NO130613B

Description

in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausfühningsform einer erfindungsgemäßen FlüssigkeitSTjführung mit zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Ringteilen,

Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitszuführung mit zwei in radialer Richtung übereinander angeordneten Ringteilen,

Fig. 3 eine dritte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßan Flüssigkeitszuführung mit Ringteilen, die gleiche Durchmesser aufweisen,

Fig. 4 eine vierte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitszuführung mit einstückig ausgebildeten Ringteilen, und

Fig. 5 eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsiuführung mit einer Labyrinthdichtung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die dort dargestellte Kühlfiüssigkeitszuführung einen mit Zuführ- und Abführkanälen 1 bzw. 2 versehenen stillstehenden Zuführungsteil 3 auf, welcher bezüglich dem mit Kühlkanälen 4 versehenen Rotor 5 derart angeordnet und so ausgebildet ist, daß die durch die Kühlkanäle 4 strömende Kühlflüssigkeit an einer radial ge* -'hen weiter außen liegenden Stelle des Rotors 5 durch den Abführkanal 2 abgeführt als durch den Zuführkanal 1 zugeführt wird.

Der Zuführungsteil 3 ist mit zwei verschieden weit radial sich erstreckenden, in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Ringteilen 6 und 7 versehen, wobei der weiter nach außen sich erstreckende Ringteil 6 zur Abführung der aus den Kühlkanälen 4 austretenden Kühlflüssigkeit und der andere Ringteil 7 zur Zuführung der in die Kühikanäle 4 eintretenden Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Durch diese Anordnung wird die aus dem Ringteil 7 austretende Kühlflüssigkeit bei rotierendem Rotor 5 im radial verlaufenden, mit letzterem rotierenden Führungskanalieii S, infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft nach außen und somit in den Kühlkanal 4 gedruckt. Die Kühlkanäle 4 setzen sich in den Hohlleitern einer zu kühlenden Rotorwicklung einer elektrischen Maschine fort.

Auf diese Weise können die Dichtungsstel'en zwischen den feststehenden Ringteilen 6 und 7 und dem Rotor 5 für einen Druck ausgelegt werden, welcher nur wenig über dem Atmosphärendruck liegt, und zwar entsprechend dem hydrostatischen Druck, welcher der Höhe des Wassertanks über der Dichtungsstelle entspricht. Da der Druck der an den Diciitungsstellen sich befindenden Kühlflüssigkeit infolge des Fehlens einer Zirkulationspumpe bedeutend geringer als bei den bekannten Systemen ist, kann auf berührende Dichtungen verzichtet werden, ohne daß zu große Flüssigkeitsverluste auftreten würden.

Die radial verlaufenden Dichtungsspalten 9,10,11 uns 12 ergeben den weiteren Vorteil, daß infolge der in den Dichtungsspalten auf die darin sich befindende Kühlflüssigkeit wirkenden Zentrifugalkraft ein Ausströmen der Kühlflüssigkeit ms Freie verhindert wird. Da im Stillstand des Rotors keine Zentrifugalkraft wirkt, kann man eine Einrichtung vorsehen, welche die Dichtungsspalten unter solchen Bedingungen mechanisch verschließt.

Um Längenveränderungen des Rotors 5 aufnehmen zu können, sind die beiden Ringteile 6 und 7 axial verschiebbar auf einem Halteteil 13 angeordnet, welcher mit den Zu- und Abführkanälen 1 bzw. 2 versehen ist. Zwischen den Ringteilen 6 und 7 und dem Halteteil 13 sind zur Abdichtung gegeneinander je zwei O-Ringe 14, 15 und 16, 17 angeordnet. Die Ringteile 6 und 7 werden in axialer Richtung in Ringnuten 18 bzw. 19 des Rotors 5 geführt.

In axialer Richtung ist die Lage der Ringteile 6 und 7 gegenüber dem Rotor 5 nicht genau bestimmt. Damit die Lage eindeutig bestimmt ist, und zwar auch unter der Einwirkung von Reibkräften der O-Ringe 14,15 bzw. 16,17, sowie zur Verringerung eines einseitigen Anhaftens, können bekannte Mittel vorgesehen sein, durch welche die axiale Lage der Ringteile bestimmt wird, so daß Flüssigkeits- oder wenigstens Mischreibung gewährleistet wird. Solche Mittel sind bei hydrostatischen und hydrodynamischen Lagern und Dichtungen bereits bekannt. Die Ringteile 6 und 7 sind in axialer Richtung druckausgeglichen, da gleiche Dichtungshöhen und Druckausgleichsverbindungen zwischen beiden Seiten vorhanden sind. Auf beiden Seiten der Ringteile 6 und 7 vorgesehene Taschen 20 bewirken die Zentrierung derselben. An den Stellen 21 sind Druckkolben angeordnet, welche im Stillstand des Rotors 5 die gegen die Atmosphäre gerichteter Dichtungsflächen gegeneinanderdrücken und eine vollkommene Abdichtung der Dichtungsspalte 9 und 12 bewirken.

In Fig. 2 ist eine zweite beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitszuführung mit zwei in radialer Richtung übereinander angeordneten Ringteilen 6 und 7 dargestellt, wobei zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ist im Prinzip ebenfalls gleich wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, nur mit dem Unterschied, daß durch die symmetrische und in radialer Richtung übereinanderliegende Anordnung der Ringteile 6 und 7 die mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Dichtungsspalten 11 und 12 nur beim Wassereintritt vorhanden sind.

Zur Abdichtung der Dichtungsspalten 11 und 12 während dem Stillstand des Rotors 5 sind zwischen den Ringhälften 7 β und 7 b ein paar Druckkolben 21 vorgesehen, um die beiden Ringhälften auseinander zu drücken, bis sie dicht an den Seitenwandungen der Ringnut: 19 anliegen.

In Fig. 3 ist eine dritte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsmgemäßen Flüssigkeitszuführung mit zwei Ringteilen 22 und 23 mit gleichen Durchmessern dargestellt, wobei zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform ist im Prinzip gleich wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, nur mit dem Unterschied, daß der Wasserein- und -austritt durch den gleichen Ringteil erfolgt, wobei beide Ringteile 22 und 23 im Stillstand des Rotors 5 zur Abdichtung der Dichtungsspalte durch Druckkolben 21 auseinandergedrückt und während der Rotation des Rotors durch die Federn 24 wieder zusammengepreßt werden. Zur Beschleunigung der eintretenden Flüssigkeit in Rotationsrichtung dienen zwei Ringspalte 36, zur Verzögerung der

am äußeren Umfang der Ringteile 22 und 23 in den Abführkanal 2 eintretenden Flüssigkeit ein Ringspalt 37.

In Fig. 4 ist eine vierte beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitszuführung mit einstückig als ein Ringteil 25 ausgeführten Ringteilen gezeigt. Der Ringteil 25 ist nach außen abgesetzt, wobei zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Der weiter nach außen sich erstreckende Ringabsatz 25a des Ringteils 25 ist zur Abführung der aus den Flüssigkeitsführungskanälen 4 austretenden Kühlflüssigkeit und der andere Ringabsatz 25 b zur Zuführung der in die Flüssigkeitsführungskanäle 4 eintretenden Kühlflüssigkeit ausgebildet.

Da der Ringteil 25 in axialer Richtung nicht druckausgeglichen ist, muß die Fläche 26 als Lagerfläche ausgebildet werden. An den Stellen 36 sind Dichtungsmittel vorgesehen, welche im Stillstand des Rotors eine Abdichtung der Dichtungsspalte 27 und 28 bewirken.

In Fig. 5 ist eine weitere beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitszuführung mit einer Labyrinthdichtung 33 dargestellt.

Diese Flüssigkeitszuführung weist einen mit einem Zuführ- und einem Abführkanal 1 bzw. 2 versehenen stillstehenden Zuführungsteil 3 auf, welcher bezüglich dem mit Kühlkanälen 4 versehenen Rotor 5 derart angeordnet und so ausgebildet ist, daß eine durch die Kühlkanäle 4 strömende Kühlflüssigkeit an einer radial gesehen weiter außen liegenden Stelle des Rotors 5 durch den Abführkanal 2 und die Sammelkammer 29 abgeführt als durch die Sammelkammer 30 und den Zuführkanal 1 zugeführt wird.

Die Ein- und Auslaßstellen 31 bzw. 32 der Flüssigkeitsführungskanäle 4 sind durch die Labyrinthdichtung 33 voneinander getrennt, da eine geringe Lekkage zwischen diesen beiden Stellen ohne Bedeutung ist. Zur Abdichtung der beiden axial verlaufenden Spalten zwischen dem sillstehenden Zuführungsteil 3 und dem Rotor 5 sind zwei Kohleringdichtungen 34 und 35 vorgesehen, welche durch je eine Ringfeder ■ in radialer Richtung an eine zylindrische Dichtfläche des Rotors 5 angedrückt werden.

Bei dieser Ausführungsform wird die über die Sammelkammer 30, den Zuführkanal 1 und die Einlaßstelle 31 der Rotorwicklung zugeführte Kühlflüssig-

-" keit bei rotierendem Rotor 5 im radial verlaufenden, mit letzterem rotierenden Führungskanalteil 8, infolge der auf sie einwirkenden Zentrifugalkraft nach außen und somit in den axial verlaufenden Kühlkanal 4 gedrückt.

-' Auch bei dieser Flüssigkeitszuführung sind die an den Dichtungsstellen herrschenden Flüssigkeitsdrücke gering, da der Förderdruck für die Kühlflüssigkeit erst im Rotor 5 aufgebaut und bis zur Auslaßstelle 32 des Kühlkanals 4 durch Strömungsverluste wieder

>" zum Teil abgebaut wird.

Hierzu 5 Blatt Z-cichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Zu- und Abführung einer Kühlflüssigkeit für mindestens einen in dem Rotor einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkanal, dessen Austrittsöffnung auf einem größeren Durchmesser in einen feststehenden Abfuhrkanal mündet als dessen mit einem feststehenden Zufuhrkanal in Verbindung stehende Eintrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung des mindestens einen Kühlkanal (4) in der Wicklung des Rotors der Kühlkanal (4) mit mindestens einer radial nach innen offenen Ringnut (18, 19) verbunden ist, in der radial außen jeweils die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnung des Kühlkanals (4) angeordnet sind, und daß übe-: im wesentlichen radial verlaufende Dichtungsspalte (9 bis 12) getrennt in der mindestens einen Ringnut (18, 19) jeweils ein feststehendes Ringteil (6, 7; 22, 23; 25) angeordnet ist, das jeweils mit dem mindestens einen Zuführkanal (1) und/oder Abführkanal (2) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringteile (6, 7; 22, 23) nebeneinander angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringteile (6, 7) übereinander angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Ringteile einstückig als ein Ringteil (25) ausgeführt sind, der nach außen abgesetzt ist, wobei der weiter nach außen sich erstreckende Ringabsatz (25a) zur Abführung der aus dem Kühlkanal (4) austretenden Flüssigkeit und der andere Ringabsatz (256) zur Zuführung der in den Kühlkanal (4) eintretenden Flüssigkeit ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkänai (1) derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, daß einer in den Rotor (5) übertretenden Flüssigkeit eine Rotation im Drehsinn des Rotors (5) erteilt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der im Rotor (5) vorgesehene Kühlkanal (4) derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, daß einer aus diesem austretende Flüssigkeit eine entgegengesetzt zum Drehsinn des Rotors (S) gerichtete Relativrotation zur Verringerung ihrer absoluten Rotationsgeschwindigkeit erteilt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den voneinander in radialer Richtung distanzierten Zuführkanälen (1) und Abführkanälen (2) eine ringförmige Labyrinthdichtung (33) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Kühlkanals (4) zur Beschleunigung der eintretenden Flüssigkeit in Rotationsrichtung mit einem Ringspalt (36) versehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Abführkanals (2) zur Verzögerung der Rotationsgeschwindigkeit der eintretenden Flüssigkeit mit einem Ringspalt (37) versehen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Zu- und Abführung einer Kühlflüssigkeit für mindestens einen in dem Rotor einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 238971 bekannt. Diese Patentschrift betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von Rotoren elektrischer Maschinen, bei denen durch die hohle Nabe Flüssigkeit geführt wird. Dort wird die Flüssigkeit nach Art einer Kreiselpumpe in einen feststehenden Fangkanal, der gegen den Hohlraum der Nabe abgedichtet ist, geschleudert. Aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten fließt die Flüssigkeit von einer Stirnseite des Rotors durch einen hohlkegelstumpfartigen Raum zur anderen Stirnseite. Bei dieser Ausbildung ist es nicht möglich, die Flüssigkeit durch eine aus achsparallel verlaufenden Hohlleitern bestehende Rotorwicklung einer elektrischen Maschine zu leiten, wenn gleichzeitig eine Förderwirkung zustande kommen soll.

In der DE-PS 936939 ist ebenfalls eine Einrichtung der eingangs genannten Art beschrieben und dargestellt. Es handelt sich um eine Konstruktion, bei der die Eintrittsöifnungen der umlaufenden, bis zum Zuflußraum des Rotors reichenden Zuflußkanäle von einem feststehenden, ebenfalls mit Zuflußkanälen versehenen Zuführungsteil unter Belassung eires Laufschlitzes umgeben sind und bei der die Austrittsöffnungen der umlaufenden, bis zum Abflußraum des Rotors reichenden Abflußkanäle in eine feststehende Abflußkammer münden, wobei auf dem rotierenden Teil die Eintrittsöffnungen auf einem kleineren Durchmesser liegen als die daneben befindlichen Austrittsöffnungen. Auf diese Weise wird durch Einwirkung der Fliehkraft auf die Flüssigkeit eine Saugwirkung in Richtung zu den Abflußkanälen erzielt. Ohne äußere, d. h. im feststehenden Teil der Maschine angeordnete druckerzeugende Fördermittel für die Flüssigkeit besteht infolge der Saugwirkung und des damit verbundenen Unterdrucks im Rotor die Gefahr von Dampfblasenbildung, die bei flüssigkeitsgekühlten Rotoren elektrischer Maschinen unter allen Umständen vermieden werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Zu- und Abführung einer Kühlflüssigkeit für mindestens einen in dem Rotor einer elektrischen Maschine angeordneten Kühlkanal der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß:

a) die Druckerzeugung direkt an der Übergangsstelle vom stillstehenden zum rotierenden Teil der Maschine erfolgt, wobei der Ort höchsten Druckes bereits innerhalb des Rotors und außerhalb der Dichtstellen liegen soll,

b) das Leitungssystem im Rotor stets unter einem Überdruck steht, wodurch die Gefahr der Dampfblasenbildung weitgehend ausgeschaltet sein soll und

c) keine Bohrungen in der Rotorwelle zur Flüssigkeitszu- und -abfuhr benötigt werden.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Dichtungsstellen nur wenig druckbeansprucht sind, womit die Sicherheit des Betriebs wesentlich erhöht wird Der überdruck im Kühlsystem des Rotors ist gesichert, wobei die Einrichtung mit einfachen konstruktiven Mitteln realisierbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind