DE3709728C1 - Device for the emergency cooling of a machine - Google Patents

Abstract

A device for the emergency cooling of a machine, in particular an electrical machine, has a container for the coolant and an electrically driven pump for feeding the coolant from the container to the electrical machine. Connected in parallel with the first, electrically driven pump is a second, mechanically driven pump, which is mechanically coupled to a water turbine; the water turbine is connected to the water supply system via a valve which can be operated by the coolant pressure, so that when the coolant pressure drops below a predetermined safety value this valve opens and, as a result, water from the water supply system is fed to the water turbine in order to drive the second pump.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Notkühlung einer Maschine, insbesondere einer elektrischen Maschine, der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a device for emergency cooling Machine, especially an electrical machine, in the upper part handle of claim 1 specified genus.

Eine solche Vorrichtung geht aus der CH-PS 4 04 795 hervor und weist einen Behälter für das Kühlmittel, eine elektrisch angetriebene Pumpe für die Förderung des Kühlmittels von dem Behälter zu der Maschine und eine parallel zu der ersten, elektrisch angetriebenen Pumpe ge­ schaltete, beim Ausfall des Kühlmittels betätigbare zweite Pumpe auf. Dabei ist die zweite Pumpe mit einem Motor gekuppelt, dessen Speisung über ein vom Ausfall der Kühlwasserzirkulation abhängig schaltendes Schütz aus einer Batterie erfolgt. Dies bedingt jedoch, daß immer eine ausreichend geladene Batterie in Bereitschaft gehalten wird, was insbesondere über längere Zeiträume nicht gewährleistet werden kann. Außerdem können unbemerkte Störungen in den Schaltungen und der Stromzuführung für die Batterie auftreten, die ebenfalls die zuver­ lässige Einschaltung der zweiten Pumpe beeinträchtigen.Such a device emerges from CH-PS 4 04 795 and has a container for the coolant, an electrically driven pump for the delivery of the coolant from the tank to the machine and a parallel to the first electrically driven pump switched on the second pump that can be activated in the event of a coolant failure. The second pump is coupled to a motor, the supply of which via a switch that depends on the failure of the cooling water circulation Contactor from a battery. However, this means that always a sufficiently charged battery is kept on standby, which cannot be guaranteed, especially over longer periods. In addition, unnoticed interference in the circuits and the Power supply for the battery occur, which also verver impair the casual switching on of the second pump.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Notkühlung einer Maschine, insbesondere einer elektrischen Ma­ schine, der angegebenen Gattung, zu schaffen, die bei einem Ausfall der elektrisch angetriebenen Pumpe für den Kühlmitteltransport zuver­ lässig die Kühlung der Maschine gewährleistet, ohne daß ständig eine geladene Batterie in Bereitschaft gehalten werden muß.The invention is therefore based on the object of a device for emergency cooling of a machine, especially an electrical Ma machine, of the specified genus, to create in the event of a failure verver the electrically driven pump for the coolant transport casually ensures the cooling of the machine without constantly a charged battery must be kept ready.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the in the characterizing part of the specified features solved.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteran­ sprüche definiert.Appropriate embodiments are characterized by the features of the sub sayings defined.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf dem Antrieb der zweiten Pumpe durch eine mit Leitungswasser betriebene Wasserturbine, so daß selbst bei einem Ausfall der gesamten Stromversorgung ein­ schließlich des Notstromaggregates das Stadtwasser aus dem Leitungs­ netz für den Antrieb der zweiten Pumpe eingesetzt werden kann; Pro­ bleme mit der Wasserzuführung treten nur äußerst selten auf, so daß sich eine sehr zuverlässige Notkühlung ergibt.The advantages achieved with the invention are based on the drive of the second pump by a water turbine operated with tap water, so that even if the entire power supply fails finally the emergency power generator the city water from the tap can be used to drive the second pump; Per problems with the water supply occur extremely rarely, so that there is a very reliable emergency cooling.

Die Wasserturbine wird an das Wassernetz über eine Ventilanordnung angeschlossen, die durch den Kühlmitteldruck betätigt wird; sinkt dieser Kühlmitteldruck unter einen vorgegebenen Wert, bspw. unter 4 bar, so öffnet sich diese Ventilanordnung, wodurch der Wasserturbine das Leitungswasser zugeführt wird.The water turbine is connected to the water network via a valve arrangement connected, which is operated by the coolant pressure; sinks this coolant pressure is below a predetermined value, for example below 4 bar, this valve assembly opens, causing the water turbine the tap water is supplied.

Für diesen Zweck kommen verschiedene Ventil-Ausführungen in Frage; nach einer bevorzugten Ausführungsform werden direkt durch den Kühl­ mitteldruck beaufschlagte Membranventile verwendet, die einerseits eine extrem große Zuverlässigkeit haben, also auch nach langer Zeit sehr empfindlich auf ein Absinken des Kühlmitteldrucks ansprechen, und andererseits eine exakte Einstellung auf einen bestimmten Auslö­ sedruck ermöglichen.Various valve designs are possible for this purpose; according to a preferred embodiment, directly through the cooling medium pressure diaphragm valves used, on the one hand are extremely reliable, even after a long time very sensitive to a drop in coolant pressure, and on the other hand an exact setting for a certain trigger enable pressure.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei über den Kühlmittel­ bzw. Wasserdruck betätigbare Ventile vorgesehen, die in Reihe ge­ schaltet sind; das erste Ventil wird beim Absinken des Kühlmittel­ drucks auf weniger als 4 bar geöffnet und beaufschlagt dann das zweite Ventil mit Wasserdruck, wodurch der Wasserturbine das Lei­ tungswasser zugeführt wird. In a preferred embodiment, two are above the coolant or water pressure actuable valves provided, the ge in series  are switched; the first valve is when the coolant drops opened to less than 4 bar and then applied to it second valve with water pressure, causing the water turbine to lei supply water is supplied.  

Auf diese Weise läßt sich auch räumlich das Kühlmittelnetz von der Leitungs­ wassereinspeisung in die Wasserturbine trennen.In this way, the coolant network can also be spatially separated from the line separate water feed into the water turbine.

Als Wasserturbinen kommen insbesondere Gleichdruckturbinen in Frage; gute Ergebnisse wurden mit einer sogenannten Pelton-Turbine erreicht, bei der das zuströmende Wasser durch zwei Düsen mit großer Geschwindigkeit austritt und als freier Strahl tangential auf ein Pelton-Rad trifft, also ein Rad, das am Umfang becherförmige Schaufeln mit einer Schneide in der Mitte trägt.In particular, constant pressure turbines come into question as water turbines; quality Results were achieved with a so-called Pelton turbine, in which the inflowing water emerges through two nozzles at high speed and as a free beam tangentially strikes a Pelton wheel, i.e. a wheel that The circumference carries cup-shaped blades with a cutting edge in the middle.

Dadurch wird der Wasserstrahl in zwei Halbstrahlen zerteilt, die die Schau­ felmulden durchfließen und ihre Energie an das Pelton-Rad abgeben. Nach dem Austritt aus den Schaufeln fällt das Wasser frei in einen Untergraben und wird von dort dem Abwassernetz zugeführt.This divides the jet of water into two semi-rays that form the show flow through the troughs and transfer their energy to the Pelton wheel. To As it emerges from the shovels, the water falls freely into a trench and is fed from there to the sewage network.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende, schematische Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Not­ kühlung einer Turbine zeigt.The invention is described below using an exemplary embodiment With reference to the accompanying schematic drawing, whose only figure is a schematic diagram of an emergency device cooling of a turbine shows.

Die allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Vorrichtung weist einen Behälter 12 für ein Kühlmittel auf; der Flüssigkeitspiegel dieses Kühl­ mittels, im allgemeinen Öl, ist in dem Behälter 12 angedeutet.The device, generally indicated by reference number 10, has a container 12 for a coolant; the liquid level of this cooling means, generally oil, is indicated in the container 12 .

Der Behälter 12 steht über eine Leitung 14 mit einer Kühlmittelpumpe 16 in Verbindung, die mit einem Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor 18 wird entweder vom Stromnetz oder über ein Notstromaggregat (nicht darge­ stellt) gespeist. Die Pumpe 16 ist über eine Leitung 20 mit einem Rück­ schlagventil 22 mit der Turbine verbunden.The container 12 is connected via a line 14 to a coolant pump 16 which is driven by an electric motor. The electric motor 18 is fed either from the mains or via an emergency generator (not shown). The pump 16 is connected via a line 20 with a check valve 22 to the turbine.

Bei Abschalten der Turbine wird der Elektromotor 18 in Betrieb gesetzt und normalerweise durch das Stromnetz gespeist, so daß die Hilfskühlmittelpumpe 16 Kühlmittel aus dem Behälter 12 der Turbine zuführt. Bei einem Stromaus­ fall wird automatisch das Notstromaggregat in Betrieb gesetzt, um die Kühl­ mittelförderung zu gewährleisten.When the turbine is switched off, the electric motor 18 is started up and normally fed by the mains, so that the auxiliary coolant pump 16 supplies coolant from the container 12 to the turbine. In the event of a power failure, the emergency generator is automatically put into operation to ensure the coolant delivery.

Probleme treten dann auf, wenn aus verschiedenen Gründen, bspw. Problemen mit dem Notstromaggregat in Verbindung mit einem Stromausfall, Defekten in der Zuleitung oder Ansprechen der Sicherung, die Pumpe 16 nicht anspringt und deshalb die Turbine nicht gekühlt wird.Problems arise if, for various reasons, for example problems with the emergency power generator in connection with a power failure, defects in the supply line or the fuse responding, the pump 16 does not start and the turbine is therefore not cooled.

Für diesen Fall zweigt von der Leitung 14 zwischen dem Kühlmittelbehälter 12 und der Pumpe 16 eine weitere Leitung 24 ab, die über eine zweite, mecha­ nisch angetriebene Förderpumpe 26, eine Leitung 28, ein weiteres Rückschlag­ ventil 30 und eine Leitung 32 mit der Turbine verbunden ist. Dieser Förder­ kreislauf verläuft also parallel zur Kühlmittelpumpe 16.In this case, a line 24 branches off from the line 14 between the coolant tank 12 and the pump 16 , which is connected via a second, mechanically driven feed pump 26 , a line 28 , a further check valve 30 and a line 32 to the turbine is. This conveyor circuit therefore runs parallel to the coolant pump 16 .

Die zweite Förderpumpe 26 wird mechanisch von einer Pelton-Turbine ange­ trieben; die Antriebsverbindung ist durch die gestrichelte Linie 33 ange­ deutet; diese Pelton-Turbine weist ein Pelton-Rad 34 auf, das sich in einem Gehäuse 35 befindet. Das frei um eine horizontale Achse drehbare Pelton-Rad 34 wird durch Wasser aus zwei Düsen 62 und 64 beaufschlagt; die beiden Dü­ sen 62, 64 sind so angeordnet, daß das mit großer Geschwindigkeit austre­ tende Wasser als freier Strahl tangential auf das Pelton-Rad 34 auftrifft.The second feed pump 26 is mechanically driven by a Pelton turbine; the drive connection is indicated by the dashed line 33; this Pelton turbine has a Pelton wheel 34 which is located in a housing 35 . The Pelton wheel 34 , which is freely rotatable about a horizontal axis, is acted upon by water from two nozzles 62 and 64 ; the two nozzles 62 , 64 are arranged so that the water escaping at high speed hits the Pelton wheel 34 tangentially as a free jet.

Die beiden Düsen 62, 64 werden über eine gemeinsame Leitung 54 gespeist, die sich in zwei Leitungen 54, 56 aufteilt. Jede Leitung ist mit einem Absperr­ ventil 58, 60 versehen.The two nozzles 62 , 64 are fed via a common line 54 , which is divided into two lines 54 , 56 . Each line is provided with a shut-off valve 58 , 60 .

Die Leitung 54 ist über ein durch Federdruck geschlossenes Membranventil 52 und ein Absperrventil 46 mit einer Leitung 44 verbunden, die an das Stadt­ wassernetz angeschlossen ist.The line 54 is connected via a diaphragm valve 52 closed by spring pressure and a shut-off valve 46 to a line 44 which is connected to the city water network.

In Strömungsrichtung gesehen hinter dem Absperrventil 46 verzweigt sich die Leitung 44; ein Zweig verläuft zum Membranventil 52, während eine Abzweigung 48 zu einem zweiten Membranventil 42 verläuft, das durch den Kühlmittel­ druck geschlossen wird und geschlossen bleibt, solange der Kühlmitteldruck über 5 bar liegt. Zu diesem Zweck ist das Membranventil 42 über eine wei­ tere Leitung 38 und ein Absperrventil 36 mit der Leitung 32 verbunden. An die Leitung 38 ist ein Druckmesser 40 für den Kühlmitteldruck angeschlossen.When viewed in the direction of flow, the line 44 branches behind the shut-off valve 46 ; a branch runs to the diaphragm valve 52 , while a branch 48 runs to a second diaphragm valve 42 which is closed by the coolant pressure and remains closed as long as the coolant pressure is above 5 bar. For this purpose, the diaphragm valve 42 is connected via a white direct line 38 and a shut-off valve 36 to the line 32 . A pressure gauge 40 for the coolant pressure is connected to line 38 .

Liegt der Kühlmitteldruck über 5 bar, arbeitet also die Pumpe 16 einwand­ frei, so bleibt das Membranventil 42 geschlossen. Das Membranventil 52 ist geschlossen, da es nicht durch den Wasserdruck auf der Leitung 50 zwischen den beiden Ventilen 42, 52 beaufschlagt wird.If the coolant pressure is above 5 bar, ie if the pump 16 is working properly, the diaphragm valve 42 remains closed. The diaphragm valve 52 is closed because it is not acted upon by the water pressure on the line 50 between the two valves 42 , 52 .

Sinkt der Kühlmitteldruck auf der Leitung 32 und damit auf der Leitung 38, so stellt dies ein Indiz dafür dar, daß die Pumpe 16 nicht einwandfrei arbeitet. Wird der Kühlmitteldruck kleiner als etwa 4 bar, so wird das Mem­ branventil 42 durch Federkraft geöffnet, und das Wasser fließt nun von der Leitung 48 durch das Membranventil 42 und die Leitung 50 zum Membranven­ til 52; erreicht der Wasserdruck an dem Membranventil 52 einen Wert von mehr als 5 bar, so wird das Membranventil 52 gegen den Federdruck geöffnet, d.h. das Stadtwasser fließt nun über die Leitungen 44, 54 und so zu den beiden Düsen 62, 64, so daß sich das Pelton-Rad 34 dreht und damit die Hilfspumpe 26 mechanisch angetrieben wird. Diese Pumpe 26 fördert nun das Kühlmittel aus dem Behälter 12 über die Leitung 24, 28 und 32 zur Turbine, so daß selbst bei einem Ausfall der Pumpe 16 die einwandfreie Kühlung der Turbine gewährleistet ist.If the coolant pressure drops on line 32 and thus on line 38 , this is an indication that the pump 16 is not working properly. If the coolant pressure is less than about 4 bar, the membrane valve 42 is opened by spring force, and the water now flows from line 48 through the membrane valve 42 and line 50 to the membrane valve 52 ; If the water pressure at the membrane valve 52 reaches a value of more than 5 bar, the membrane valve 52 is opened against the spring pressure, ie the city water now flows via the lines 44 , 54 and so to the two nozzles 62 , 64 , so that the Pelton wheel 34 rotates and thus the auxiliary pump 26 is mechanically driven. This pump 26 now conveys the coolant from the container 12 via the lines 24 , 28 and 32 to the turbine, so that even if the pump 16 fails, proper cooling of the turbine is ensured.

Steigt der Kühlmitteldruck wieder auf 5 bar, arbeitet also die Pumpe 16 wieder einwandfrei, schließt sich das Membranventil 42. Über die Leitungen 50, 49 wird die Membran des Ventils 52 entlastet und das Ventil 52 schließt, so daß die Wasserzufuhr gesperrt ist.If the coolant pressure rises again to 5 bar, that is to say the pump 16 is working properly again, the diaphragm valve 42 closes. The diaphragm of the valve 52 is relieved via the lines 50 , 49 and the valve 52 closes, so that the water supply is blocked.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Notkühlung einer Maschine, inbesondere einer elektri­ schen Maschine,

• a) mit einem Behälter für das Kühlmittel,
• b) mit einer elektrisch angetriebenen Pumpe für die Förderung des Kühl­ mittels von dem Behälter zu der Maschine, und
• c) mit einer parallel zu der ersten, elektrisch angetriebenen Pumpe ge­ schalteten, beim Ausfall des Kühlmittels betätigbaren zweiten Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) die zweite Pumpe (26) mechanisch über eine Wasserturbine (34, 35) an­ treibbar ist, und daß
• e) die Wasserturbine (34, 35) über eine durch den Kühlmitteldruck betätig­ bare Ventilanordnung (42, 52) an das Wassernetz angeschlossen ist.

1. Device for emergency cooling of a machine, in particular an electrical machine,

• a) with a container for the coolant,
• b) with an electrically driven pump for conveying the cooling medium from the container to the machine, and
• c) switched with a parallel to the first, electrically driven pump GE, operable when the coolant fails, second pump, characterized in that
• d) the second pump ( 26 ) can be driven mechanically via a water turbine ( 34 , 35 ), and that
• e) the water turbine ( 34 , 35 ) is connected to the water network via a valve arrangement ( 42 , 52 ) which can be actuated by the coolant pressure.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wassertur­ bine eine Pelton-Turbine (34, 35) mit einem Pelton-Rad (34) vorgesehen ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a Pelton turbine ( 34 , 35 ) with a Pelton wheel ( 34 ) is provided as the water turbine. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pelton-Rad (34) durch zwei freie, tangential auftreffende Wasserstrahlen aus zwei Dü­ sen (62, 64) beaufschlagt ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the Pelton wheel ( 34 ) is acted upon by two free, tangentially incident water jets from two nozzles ( 62 , 64 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein direkt durch den Kühlmitteldruck beaufschlagtes Membranventil (42) vorgesehen ist, das mit dem Wassernetz verbunden ist und beim Absinken des Kühlmitteldruckes unter einen vorgegebenen Wert öffnet.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a diaphragm valve ( 42 ) acted upon directly by the coolant pressure is provided, which is connected to the water network and opens when the coolant pressure drops below a predetermined value. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Membranventil (42) über eine Leitung (50) mit einem zweiten, durch Wasser­ druck betätigbaren Membranventil (52) verbunden ist, das sich zwischen dem Wassernetz und der Wasserturbine (34, 35) befindet und beim Ansteigen des Wasserdruckes auf der Leitung (50) über einen vorgegebenen Wert öffnet.5. The device according to claim 4, characterized in that the first membrane valve ( 42 ) via a line ( 50 ) with a second, by water pressure actuable membrane valve ( 52 ) is connected, which is located between the water network and the water turbine ( 34 , 35th ) and opens when the water pressure on line ( 50 ) rises above a predetermined value. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Membranventil (52) durch Federn in der geschlossenen Lage gehalten und das erste Membranventil (42) durch Federn in der geöffneten Lage gehalten sind.6. The device according to claim 5, characterized in that the second diaphragm valve ( 52 ) is held in the closed position by springs and the first diaphragm valve ( 42 ) are held in the open position by springs. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Membranventil (52) und dem Wassernetz ein Absperrventil (46) vorgesehen ist.7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that a shut-off valve ( 46 ) is provided between the second membrane valve ( 52 ) and the water network. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen Druckmesser (40), der an die Kühlmittelleitung (38) für das erste Membran­ ventil (42) angeschlossen ist.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized by a pressure gauge ( 40 ) which is connected to the coolant line ( 38 ) for the first membrane valve ( 42 ).