DE3242019A1

DE3242019A1 - Elektrische rotationsmaschine mit fluessigkeitsgekuehltem laeufer

Info

Publication number: DE3242019A1
Application number: DE19823242019
Authority: DE
Inventors: Norio Kobe Hyogo Oishi; Kouichi Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1982-11-12
Publication date: 1983-09-08
Also published as: US4471249A; GB2116778A; DE3242019C2; GB2116778B

Description

Elektrische Rotationsmaschine mit flüssigkeitsKekühltem Läufer

Die Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine mit einem flüssigkeitsgekühlten Rotor bzw. Läufer, etwa einen Oharbinengenerator, und insbesondere eine derartige elektrische Rotationsmaschine, bei welcher die Konstruktion eines Verbindungsteils zwischen Generatorwelle und . Erregermaschinenwelle verbessert ist.

Bei einer elektrischen Rotationsmaschine dieser Art wird eine gemeinsame Welle für die Erregermaschine und den Generator verwendet, wobei eine gleichgerichtete Gleichspannung von der Erregermaschine an die Feldwicklung des Generators angelegt wird. Aus diesem Grund ist eine Vorrichtung zum mechanischen und elektrischen Verbinden von Erregermaschine und Generator erforderlich.

Der bisherige Verbindungsabschnitt zwischen der Generatorwelle und der Erregermaschinenwelle bei einer elektrischen Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer besteht aus einem Anschlußteil zwischen Generatorwelle und Erregermaschinenwelle, einem Anschlußteil zwischen einer Kühlmittelbahn oder -strecke der Generatorwelle und einer Kühlmittelbahn bzw. -strecke der Erregermaschinenwelle sowie einem Verbindungsteil für die elektrischen Stromkreise, wobei die Anschlußteile und der Verbindungsteil an einer gemeinsamen Stelle angeordnet sind. Infolge dieser Anordnung ist der Aufbau ziemlich kompliziert, während der Einbauraum für die Anschlußteile und den Verbindungsteil ziemlich eingeschränkt ist. Infolgedessen tritt häufig ein Kühlflüssigkeitsaustritt auf, und ein mangelhafter elektrischer Anschluß führt zu erhöhtem Kontaktwiderstand, der wiederum eine Wärmeentwicklung bedingt, die zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Rotationsmaschine führen kann und demzufolge die Betriebs-

-δι zuverlässigkeit verringert.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer elektrischen Rotationsmaschine, mit flüssigkeitsgekühltem Läufer, die eine erhöhte Betriebszuverlässigkeit gewährleisten soll und bei welcher der Anschlußteil zwischen Generatorwelle und Erregermaschinenwelle, der Anschlußteil zwischen den Kühlmittelstrecken von Generatorwelle und Erregermaschinenwelle sowie der Verbindungsteil für die elektrischen Stromkreise an getrennten Stellen angeordnet sind und damit der in den Anschlußteilen und im Verbindungsteil verfügbare Raum vergrößert ist und die Möglichkeit für einen Kühlflüssigkeitsaustritt herabgesetzt ist. Außerdem soll hierdurch die Zuverlässigkeit der Anschlüsse der elektrischen Stromkreise verbessert sein.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Schaffung einer elektrischen Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer, bei welcher ein Kühlflüssigkeitsaustritt dadurch vollständig verhindert werden soll, daß eine abgedichtete bzw. Abdichtungsvorrichtung mit einem Aufbau vorgesehen ist, bei welcher ein trapezförmiger Gummiring mittels einer Überwurfmutter gegen ein Metall-Haltestück im Anschlußteil zwischen der Kühlmittelstrecke in der Generatorwelle und der Kühlmittelstrecke in der Erregermaschinenwelle verpreßt ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

i"ig. 1 eine Teilschnittansicht einer elektrischen Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine Teilsclinittdarstellung der wesentlichen Abschnitte oder Teile einer elektrischen Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Gemäß Fig. 1 ist eine Generatorwelle 1 mit einer durchgehenden Axialbohrung 101 versehen. Eine Erregermaschinenwelle 2 steht mit einer Stirnfläche 201 mit der Stirnfläche 102 der Generatorwelle 1 in Berührung und weist eine erste durchgehende Bohrung 202, die mit der durchgehenden Axialbohrung 101 in Verbindung steht, sowie eine zweite, radial verlaufende durchgehende Bohrung 203 auf, die in die erste durchgehende Bohrung 202 übergeht. In der ersten durchgehenden Bohrung 202 sind Stufenabschnitte 204, 205 ausgebildet. Eine erste Kühlmittelstrecke 3 ist durch.die Bäume festgelegt, die durch drei zylindrische Rohre301 bis 303 gebildet werden, die ihrerseits in die durchgehende Axialbohrung 101 und in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung 202 eingesetzt sind. Das Ende 304 des ersten zylindrischen Rohrs 301 ist in Anlage gegen den Stufenabschnitt 204 bringbar. Eine zweite Kühlmittelstrecke 4 wird durch die Zwischenräume gebildet, die durch zwei in die erste durchgehende Bohrung 202 .eingesetzte zylindrische Rohre 401, 402 sowie durch einen durch eine Scheibe 403 getrennten Hohlraumteil des zweiten Rohrs 402 festgelegt werden. Die zweite Kühlmittelstrecke 4 kommuniziert mit der ersten Kühlmittelstrecke zur Ermöglichung einer Kühlflüssigkeitsströmung in Richtung der Pfeile gemäß Fig. 1. Das Ende 404 des ersten zylindrischen Rohrs 401 liegt am Stufenabschnitt 205 sm. Axiale Leiter 5» 6 durchsetzen das dritte zylindrische Rohr 303 und sind mit der nicht dargestellten Feldwicklung des Generators verbunden. Ein Isolator 7 isoliert die axialen Leiter 5» 6 gegenüber dem dritten zylindri-

-δι sehen Rohr 303, während ein Isolator 8 die axialen Leiter 5» 6 gegeneinander isoliert und ein weiterer Isolator 9 die End- bzw. Stirnflächen der axialen Leiter 5»6 isoliert. Ein radial verlaufender, die Form eines. Anschluß-Pols besitzender Leiter 10 ist in die zweite durchgehende Bohrung 203 der Erregermaschinenwelle 2 eingesetzt. Das Innenende 10a des Leiters 10 ist mit dem axialen Leiter 5 verschraubt, während an seinem anderen Ende 10b ein Außengewinde vorgesehen ist. Ein Verbindungsleiter 11 ist in eine in der Außenumfangsfläche der Erregermaschinenwelle 2 ausgebildete Nut 206 eingesetzt. Das eine Ende 111 des Verbindungsleiters 11 ist ringförmig ausgebildet, auf das Außenende 10b des radialen Leiters 10 aufgesetzt und auf letzterem mittels Muttern 12 und 13 festgelegt. Das andere Ende 112 des Verbindungsleiters 11 ist beispielsweise über einen Schleifring mit einem externen Stromkreis verbunden. Ein O-Ring 14 ist am Anschluß- bzw. Übergangsteil zwischen den ersten zylindrischen Rohren 301 und 401 angeordnet. Ein weiterer O-Ring 15 ist in den Übergangsabschnitt zwischen den zweiten zylindrischen Rohren 302,und 402 eingesetzt, während noch ein weiterer O-Ring 16 am Übergangsabschnitt zwischen dem dritten zylindrischen Rohr 303 und der Scheibe 403 angeordnet ist. Diese O-Ringe dienen zur Verhinderung eines Kühlmittelaustritts aus erster und zweiter Kühlmittelstrecke 3 bzw. 4.

Im folgenden ist der Zusammenbau der beschriebenen Anordnung erläutert. Die erste Kühlmittelstrecke 3 wird durch die drei zylindrischen Rohre 301 bis 303 gebildet, und die axialen Leiter 5, 6 mit den Isolatoren 7 bis 9 werden in den Hohlraumabschnitt des dritten zylindrischen Rohrs 303 eingesetzt. Sodann wird die aus der ersten Kühlmittelstrecke 3 und den axialen Leitern 5 und 6 bestehende Anordnung in der Weise in die durchgehende Axialbohrung 101 der Generatorwelle 1 eingesetzt, daß ihr gemäß Fig. 1 linkes Ende über "die Generatorwelle 1 hinaus-

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ragt. Eine getrennte, zweite Kühlmittelstrecke 4 aus dem ersten zylindrischen Rohr 401, dem zweiten zylindrischen Rohr 402 sowie der Scheite 405 wird in der Weise in die erste durchgehende Bohrung 202 der Erregermaschinenwelle 2 eingesetzt, daß ihr rechtes Ende über die Erregermaschinenwelle 2 hinausragt. Hierauf werden die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 mittels der an den Übergangsabschnitten eingesetzten O-Ringe 14 bis 16 miteinander verbunden, und die Stirnfläche 102 der Generatorwelle 1 wird in Anlage an die Stirnfläche 201 der Erregermaschinenwelle 2 gebracht, um die beiden Wellen 1 und 2 miteinander zu kuppeln. Die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 werden sodann (gemäß Fig. 1) nach links verschoben, so daß sich der Endabschnitt 304 an den Stufenabschnitt und der Endabschnitt 404 an den Stufenabschnitt 205 anlegen. Schließlich wird zur Vervollständigung der Anordnung der radiale Leiter 10 in die axialen Leiter 5 und eingeschraubt.

Die vorstehend beschriebene Anordnung begünstigt die Vereinfachung des Aufbaus, während sie gleichzeitig einen Kühlflüssigkeitsaustritt verhindert und eine gute (elektrische) Verbindung der elektrischen Stromkreise gewährleistet. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird die Betriebszuverlässigkeit der Rotationsmaschine verbessert.

Fig. 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die in Fig. 1 dargestellte elektrische Rotationsmaschine bezüglich eines Austritts von Kühlflüssigkeit weiter verbessert ist.

Die beiden Kühlmittelstrecken 3 und 4 sind aufgrund einer Temperaturänderung der sie durchströmenden Kühlflüssigkeit im allgemeinen einer thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung in Axialrichtung unterworfen. Die axiale Längenänderung liegt dabei im Bereich von einigen Millimetern. Diese Längenänderung ist auf die sich ändernde

-ιοί Temperatur der Kühlflüssigkeit an der Auslaßseite als Folge von Belastungsänderungen des Generators zurückzuführen. Die in der ersten durchgehenden Bohrung 202 der Erregermaschinenwelle 2 angeordnete zweite Kühlmittelstrecke 4 wird gemäß Fig. 1 bzw. 2 unter dem Druck der Kühlflüssigkeit nach links verlagert, wobei sich der Endabschnitt M-OQ- an den Stuf en ab schnitt 205 anlegt. Infolgedessen tritt eine Verschiebung der ersten Kühlmittelstrecke 3 in Axialrichtung infolge der thermisehen Ausdehnung und Zusammenziehung an den Dichtflächen zwischen den O-Ringen 14 bis 16 und den drei zylindrischen Rohren 301 bis 303 auf. Der Kühlflüssigkeitsdruck kann aufgrund der bei der Drehung der Generatorwelle 1 und der Erregermaschinenwelle 2 erzeugten Zentrifugal-

kraft auf etwa 10 bis 20 bar (kg/cm ) ansteigen. Bei der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer sind Jeweils einstufig ausgelegte bzw. nur einmal vorgesehene O-Ringe 14 bis an den Dichtflächen von erstem bis drittem zylindrischem Rohr 301 bis 303 vorgesehen. Die Verschiebung tritt also auch in Axialrichtung an den Dichtflächen auf, so daß möglicherweise Kühlflüssigkeit austreten kann. Wenn die Kühlflüssigkeit in den Generator eintritt, wird dessen elektrische Isolierung gestört, was zu einem schweren Unfall führen kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein trapezförmiger bzw. einen trapezförmigen Querschnitt besitzender Gummiring 17 aus z.B. einem fluorhaltigen Gummi an der Dichtfläche zwischen den beiden ersten zylindrischen Rohren 301 und 401 angeordnet. Ein Metall-Haltestück drückt den einen trapezförmigen Querschnitt aufweisenden Gummiring 17 zusammen. Links und rechts vom Gummiring 17 sind an der Dichtfläche weiterhin O-Ringe 19» 20 und 21 angeordnet. Eine überwurfmutter 22 ist auf ein nicht dargestelltes, an der Außenfläche des Endes 304 des ersten zylindrischen Rohrs 301 ausgebildetes

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Gewinde aufgeschraubt und beaufschlagt das Haltestück 18 zum Zusammendrücken des Gummirings 17-

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Anschluß- oder Übergangsstelle zwischen der Stirnfläche 101 der Generatorwelle 1 und der Stirnfläche 201 der Erregermaschinenwelle 2, die Anschlußbzw· Übergangsstelle zwischen der ersten Kühlmittelstrecke 3 und der zweiten Kühlmittelstrecke 4 sowie die Verbindungsstelle zwischen dem radialen Leiter 10 und den axialen Leitern 5 und 6 ,jeweils voneinander getrennt bzw. beabstandet und, von der Seite des nicht dargestellten Generators aus gesehen, in der Reihenfolge der Übergangsstelle zwischen Stirnfläche 102 von Generatorwelle 1 und Stirnfläche 201 von Erregermaschinenwelle 2, Verbindungsstelle zwischen radialem Leiter 10 und axialen Leitern 5 und 6 sowie Übergangsstelle zwischen erster Kühlmittelstrecke 3 und zweiter Kühlmittelstrecke 4 angeordnet. Infolgedessen ist ein vergrößerter Einbauraum für die übergangsstellen und die Verbindungsstelle vorgesehen, so daß die Anordnung insgesamt vereinfacht ist, ein Kühlmittelaustritt sicher verhindert wird, die elektrischen Stromkreise auf zweckmäßige Weise miteinander verbunden werden können und die Betriebszuverlässigkeit verbessert wird. Da hierbei der einen trapezförmigen Querschnitt besitzende Gummiring 17 durch die überwurfmutter 22 über das Metall-Haltestück 18 zusammengedrückt wird, kann ein Kühlflüssigkeitsaustritt sicher verhindert werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf den Fall, in welchem axiale Leiter 5 und 6 in die Kühlmittelstrecke 3 eingebaut sind. Die axialen Leiter 5 und 6 können jedoch auch durch die erste Kühlmittelstrecke 3» die durchgehende Axialbohrung 101 und die erste durchgehende Bohrung 202 verlaufen. Anstelle der O-Ringe 14 bis 16 kön~ nen auch Dichtungspackungen, V-Ringe, Trapezringe und Metalldichtungspackungen verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1J Elektrische Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Läufer, gekennzeichnet durch eine Generatorwelle (1) mit einer axial verlaufenden durchgehenden Bohrung (101), durch eine Erregermaschinenwelle (2), deren Stirnfläche (201) mit einer Stirnfläche (102) der Generatorwelle (1) in Berührung bringbar ist und die eine erste, mit der durchgehenden Axialbohrung (101) kommunizierende durchgehende Bohrung (202) sowie eine zweite, radial verlaufende durchgehende Bohrung (203) aufweist, durch eine erste Kühlmittelstrecke (3), die in die durchgehende .Axialbohrung (101) der Generatorwelle (1) und in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung (202) der Erreger-

maschinenwelle (2) eingesetzt ist, durch eine zweite Kühlmittelstrecke (4), die mit der ersten Kühlmittelstrecke (3) kommuniziert und in die erste durchgehende Bohrung (202) der Erregermaschinenwelle (2) eingesetzt ist, durch in die durchgehende Axialbohrung (101) der . Generatorwelle (1) und in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung (202) der Erregermaschinenwelle (2) eingesetzte axiale Leiter (5»6) und durch radiale Leiter (10), die in die zweite durchgehende Bohrung (203) der Erregermaschinenwelle (2) eingesetzt und mit den axialen Leitern (5* 6) verbunden sind, sowie dadurch, daß eine Anschluß- bzw. Übergangsstelle zwischen einer Stirnfläche (102) der Generatorwelle (1) und der Stirnfläche (201) der Erregermaschinenwelle (2), eine Anschluß- bzw. Übergangsstelle zwischen der ersten Kühlmittelstrecke (3) und der zweiten Kühlmittelstrecke (4) sowie eine Verbindungsstelle zwischen den axialen Leitern (5,6) und den radialen Leitern (10) an verschiedenen bzw. voneinander beabstandeten Stellen angeordnet sind.

2. Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle zwischen der Stirnfläche der Generatorwelle und der Stirnfläche der Erreger-.

maschinenwelle, die Übergangsstelle zwischen der ersten Kühlmittelstrecke und der zweiten Kühlmittelstrecke sowie die Verbindungsstelle zwischen den axialen Leitern und den radialen Leitern, von der Seite des Generators aus gesehen, in der Reihenfolge: Übergangsstelle zwischen Stirnfläche von Generatorwelle und Stirnfläche von Erregermaschinenwelle, Verbindungsstelle zwischen axialen Leitern und radialen Leitern sowie Übergangsstelle zwischen erster Kühlmittelstrecke und zweiter Kühlmittelstrecke angeordnet sind.

l3· Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kühlmittelstrecke (3) durch die von mehreren konzentrisch zueinander angeordneten, zylindrischen Rohren festgelegten Zwischenräume gebildet ist und daß die axialen Leiter (5,6) in einen Hohlraumabschnitt am innersten Teil der genannten zylindrischen .Rohre eingebaut sind.

4, Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste durchgehende Bohrung (202) der Erregermaschinenwelle (2) einen abgestuften Abschnitt aufweist und daß mindestens ein Ende der ersten oder der zweiten Kühlmittelstrecke (3,4) in Anlage gegen den abgestuften Abschnitt bringbar ist.

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5. Elektrische Rotationsmaschine mit flüssigkeitsgekuhltem Läufer, gekennzeichnet durch eine Generatorwelle mit einer axial verlaufenden, durchgehenden Bohrung, durch eine Erregermaschirienwelle, deren Stirnfläche mit einer Stirnfläche der Generatorwelle in Berührung steht und die eine erste, mit der durchgehenden Axialbohrung kommunizierende durchgehende Bohrung sowie eine zweite, radial verlaufende durchgehende Bohrung aufweist, durch eine erste Kühlmittelstrecke, die in die durchgehende Bohrung der Generatorwelle sowie in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung der Erregermaschinenwelle eingesetzt ist, durch eine zweite Kühlmittelstrecke, die mit der ersten Kühlmittelstrecke kommuniziert und in die erste durchgehende Bohrung der Erregermaschinenwelle eingesetzt ist, durch axiale Leiter, die in die durchgehende Axialbohrung der Generatorwelle sowie in einen Teil der ersten durchgehenden Bohrung der Erregermaschinenwelle eingesetzt sind, durch radiale Leiter, die in die zweite durchgehende Bohrung der Erregermaschinenwelle eingesetzt und mi⁴:; den axialen Leitern verbunden sind, durch einen in einem Bereich, in welchem erste und zweite Kühlmittelstrecke miteinander verbunden sind, an-

geordneten, einen trapezförmigen Querschnitt besitzenden Gummiring, durch ein Metall-Haltestück zum Zusammendrücken des einen trapezförmigen Querschnitt besitzenden Gummirings und durch eine auf die Außenfläche von erster und zweiter Kühlmittelstrecke aufgeschraubte und das Metall-Haltestück gegen den einen trapezförmigen Querschnitt besitzenden Gummiring andrückende Überwurfmutter, sowie dadurch, daß eine Anschluß- bzw. Übergangsstelle zwischen einer Stirnfläche der Generatorwelle und einer Stirnfläche der Erregermaschinenwelle, eine Anschluß- bzw. Übergangsstelle zwischen erster und zweiter Kühlmittelstrecke sowie eine Verbindungsstelle zwischen den axialen Leitern und den radialen Leitern an voneinander getrennten bzw. beabstandeten Stellen angeordnet sind.

6. Rotationsmaschine nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß an rechter und linker Seite des einen trapezförmigen Querschnitt besitzenden Gummirings O-Ringe angeordnet sind.

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