Устройство подвода и отвода охлаж-дающей жидкости

Устройство подвода и отвода охлаж-дающей жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски к

Социалистическик республин

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1ц 813596 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05Я6.79 (2! ) 2776086/24-07 (51)M. Кл.

Н 02 К 9/193

Н 02 К 3/22 с присоединением заявки ¹â€”

Гаоударстввннмй комитет

СССР (23) Приоритет— РЦ УДЦ 621,313., .713 (088.8) Опубликовано 15.03.81. Бюллетень № 10 по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 18,03.81 (72) Авторы изобретения

Я. Б. Даннлевич, Н. Ф. Кузьмин, Л. А. Суханов B. П. Лошкарев

Г. К. Сапунов и N, Е. Школьник (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПОДВОДА И ОТВОДА

ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к электромаши» построению и может быть использовано преимущественно в крупных вертикальных электрических машинах с жидкостным, в частности водяным охлаждением обмотки ротора.

Известно устройство для подвода и отвода охлаждающей жидкости для использования в электрических машинах с жидкостным охлаждением,- состояо1ее из о наружной крышки, вала для подвода и отвода охлаждающей жидкости, вала ротора, трубы, по которой подается охладитель, н водоотводной трубы, Вал ротора спарен с ротором вертикального генератора и имеет входное отверстие для входа охлаждающей жидкости и выходное отверстие для отвода охлаждающей жидкости, внутренний цилиндр, который закрепляется с помощью опорного элемента и разделяет каналы для отвода и подвода охлаждающей жидкости 1).

Однако, такое конструктивное исполнение устройства для подвода и отвода

2 охлаждающей жидкости не обеспечивает герметизации системы охлаждения ротора от внешней среды.

Уплотнительное устройство предртвращает утечку жидкости из данного устройства, но не обеспечивают герметизации находящейся внутри устройства охлаждающей жидкости от наружного воздуха. B резупьтате их взаимодействия, содержащиеся в воздухе кислород и углекислый газ растворяются в охлаждающей жидкости.

В современных крупных электрических машинах для охлаждения обмоток ротора и статора применяется дистиллированная т5 вода (дистиллят), к частоте которого предъявляются высокие требования Очень . вредно сказывается на работе машины также и наличие растворенного в дистилляте ки лорода и углекислого газа.

Во-первых, неличие растворенных в дистилляте кислорода и углекислого газа снижает удельное электрическое сопротивпение дистиллята; что отрицательно сказывается на работе электрической мащины, понижается ее надежность. При работе его удельное сопротивление измеряется и под. держивается в пределах 200-75кОм см.

Йля удаления растворенных и дистилляте кислорода и углекислого газа он периодически пцдвергается химической обработке.

Во-вторых, растворенные в дистилляте кислород и углекислый газ способствуют вымыванию меди проводников обможи.

Предположительно в результате взаимодействия меди с водой на поверхности меди образуется тонкая -пленка окиси меди (Си О), которая является достаточно прочной, не разрушается водой и препятствует дальнейшему окислению меди. При взаимодействии же меди с растворенными в дистилляте кислородом и углекислым . газом образуешься пленка закиси меди (СчО), которая обладает невысокой про-.. чностью и вымывается водой, вместо вымытой пленки образуется новая и т.д.

Это явление вредно сказывается как на долговечности машины, так и на ее надежност и.

В ля непосредственного водяного охлаждения обмотки статора в современных крупных электрических машинах применяется замкнутая система водяного охлаждения, в которой дистиллят нигде не соприкасается с наружным воздухом. Ввиду того, что при охлаждении обмотки ротора охлаждающ»й листиллят подается из неподвижной системы водяного охлаждения во щ.ащающийся ротор, затруднительно создзть замкнутую систему водяного охлаждсл»я обмотки poropa, в которой дистиллят»е соприкасался бы с наружным воздухом. Как в линном устройстве, так и в других, использующихся в электрических машинаХ, устройствах для подвода и отвода охлаждающей жидкости в ротор, охлаждающий дистиллят соприкасается с наружным воздухом. Это является основным недостатком таких устройств.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности. и достигаемому при использовании результату является устройство для подвода и отвода включающей жидкости, которое имеет сборную камеру, образованную одним вращающимся и одним неподвижным цилиндрическим элементом. Во внутренней полости сборной камеры концентрично валу установлен неподвижный цилиндр,. наружная поверхность которого имеет кольцевой выступ, который совместно с одним из вращающихся кольцевых элементов при вращении ротора образует гидравлический затвор 2 .

5 то

I5 го г5 зо

З5

Однако и это техническое решение не обеспечивает герметизации системы водяного охлаждения ротора от наружного воздуха, поскольку сливающийся из обмотки возбуждения дистиллят в конечном счете попадает в камеру, внутренняя полость которой сообщается с наружным воздухом ввиду негерметичности уплотнений. Кольцевой затвор, образованный кольцевым выступом и вращающимся цилиндрическим элементом, предохраняет только от выбрасывания из камеры через уп: лотнение воздуха и капель жидкости, вследствие действия на них центробежных сил.

В последнее время, при использовании такой конструкции, корпус машины заполняют азотом под небольшим избыточным давлением (порядка 0,1 ати).

Вэтом случае,,находящийся внутрй корпуса машины азот во время ее работы не может пройти через упомянутый кольцевой затвор в камеру и далее через уплотнение выйти наружу.

Но при остановке машины, ввиду отсутстия центробежных сил, вода иэ, камеры сливается и кольцевой затвор перестает действовать.

Таким образом, в данном устройстве при заполнении . корпуса машины азотом можно частично предохранить охлаждающий дистиллят от контакта с воздухом (в камере они все равно контактируют), но только во время работы машины. После каждой остановки машины корпус ее необходимо заполнять азотом снова.

Работа рассматриваемого узла .не изменяется также, если ротор выполнен вертикал ьным.

Цель изобретения - повышение надежности и долговечности.

Поставленная цель достигается тем, что вращающийся цилиндрический элемент .имеет втулку, соединяющую его с валом, и, по меньшей мере, два кольцевых углубления, расположенных на разном расстоянии от оси вращения, в одном из которых, расположенном на большем расстоянии от оси вращения, размещен выше упомянутый выступ неподвижного элемента, а между втулкой и валом образована закрытия с одной стороны кольцевая полость, и неподвижный цилиндрический элемент снабжен втулкой, расположенной в кольцевой полости и образующей дополнительный гидравлический затвор, действующий при останове ротора.

На чертеже изображено устройство для подвода и отвода охлаждающей жид813596

Во время работы машины (в динами,:. ческом состоянии ротора) действует другой гидравлический затвор. Вместе с ротором вращаются также и выступающие кости для ротора электрической машины, общий вид в разрезе.

Устройство для подвода и отвода охлаждающей жидкости содержит коаксиально смонтированные подводящую трубу 1 и сливную трубу 2, которые выступают из вала 3 ротора.

В подводящую трубу 1 введен патрубок 4, герметично соединенный со стенкой камеры 5 утечки. Соединение патруб- 1р ка 4 и подводяшей трубы 1 уплотняется уплотнением, 6. На конце сливной трубы

2 монтируется съемный фланец 7. Камера 5 утечки имеет сливной патрубок 8 и трубку 9 для подвода азота. Под камерой 1»

5 утечки размещается сливная камера

10, имеюшая сливной патрубок 11. Внутрь сливной камеры 10 вмонтирован сваренный с ней неподвижный цилиндрический элемент 12, имеюший неподвижно соеди- 2э ненные с ним кольцевой выступ 13 и трубчатую втулку 14.

На сливной трубе 2 герметично крепится втулка 15„ другой конец которой герметично соединяется с врашающимся ци- у» линдрическим элементом 16, имеющим кольцевые углубления 17 и 18 и съемную крышку 19. Между внутренней поверхностью втулки 15 и наружной п верхностью сливной трубы 2 образуется кольцевая полость 20, в которой располагается трубчатая втулка 14.

К кольцевому углублению 17 подведена трубка 21, по которой подается запираюшая жидкость. Врашаюшийся цилинд- 3» рический элемент 16 размещен внутри камеры 22 слива запирающейся жидкости, имеющей сливной патрубок 23, неподвчжно закрепленной на основании 24.

Для наблюдения,за работой устройства и удобства монтажа устроены окна 25.

Устройство работает следующим образом.

Из патрубка 4 охлаждающая жидкость подается в под одяшую трубу 1 и далее в i» обмотку возбуждения (на чертеже не показана).Утечки охлаждающей жидкости, образуюшиеся вследствие недостаточной герметизации уплотнения 6, собираются в ка» мере 5 утечки и через сливной натрубок

8 поступают снова в систему охлаждения ротора.

Прошедшая через обмотку возбуждения и охладившая ее охлаждающая жидкость поступает в пространство между подающей трубой 1 и сливной трубой 2 и через фланец 7 сливается в сливную камеру 10, откуда через сливной патрубок 11 посту-. пает снова в систему охлаждения ротора.

Камера 5 утечки и сливная камера 10 посредством трубки 9 заполнены азотом при небольшом избыточном давлении (порядка 0,1 ати), что предохраняет находя1 шийся внутри этих камер дистиллят от контакта с кислородом и углекислым га зом воздуха. Находящийся в этих камерах азот не может выйти наружу через неподвижные соединения ввиду того, что они выполнены герметичными.

Остается единственный возможный путь для выхода азота из этих камер.

Это зазор между вращающимися вместе со сливной трубой 2 фцанцем 7 и юнцом неподвижного цилиндрического элемента

12. Через этот зазор азот мог бы пройти в пространство между неподвижным цилинд- рическим элементом 12 и сливной трубой

2 и, обойдя трубчатую втулку 14, поступить в зазор между ее наружной поверх-. хностью и внутренней поверхностью втулки 15 и через вращающийся цилиндрический элемент. 16 в камеру 22, которая сообщается с наружным воздухом.

Но этот путь для азота преграждается гидравлическими затворами, создающиеся с помощью занирающей жидкости, которая подается по трубе 21;

В качестве запирающей жидкости может быть использована обычная вода.

В статическом состоянии ротора поступающая из трубки 21 запирающая жидкость заполняет кольцевую камеру-20 и цилиндрический элемент 16, ее поверхность устанавливается на уровне верхнег о края крышки 19, так что трубчатая втулка 14 погружена в ней.

Азот, пройдя через зазор между фланцем 7 и концом неподвижного цилиндрического элемента 12 доходит. только до поверхности стоящей в зазоре запираюшей жидкости. Чтобы пройти дальше, он. должен преодолеть сопротивление столба воды, равного длине трубчатой втулки 14.

Из гидравлики известно, что столб воды, высота которого равна 10 м, создает давление 1 ати. Отсюда следует, что если рабочее давление азота внутри камер 5 и 10 поддерживается равным

0;1 ати, то стопб запирающей воды должен быть не менее 1 м, т,е. при длине кольцевой камеры, равной 1,5 м,надежность гидравлического затвора обеспечена с запасом.

1О

ЗО

7 813 из вала ротора подводящая труба 1 .и сливная труба 2 а также закрепленные на ней втулка 15 и вращающийся цилиндрический элемент 16.

С начала вращения запирающая жид кость выбрасывается центробежной силой из кольцевой полости 20 и вращающегося цилиндрического элемента 16, она остается только в кольцевых углублениях 17 . и 18.Зля облегчения удаления запирающей жидкости из кольцевой полости 20 центробежной силой внутреннюю поверхность втулки 15 можно выполнить с конусностью, расширяющейся кверху, ипи на .внутренней цилиндрической поверхности втулки 15 и наружной цилиндрической поверхности трубчатой втулки 14 выполнить специальную нарезку (импеллер), Такой импеллер при номинальной частоте вращения создает ччпор, не позволяющий запирающей жидкости стекать в кольцевую полость 20, с падением частоты врашения этот напор резко снижается и не препятствует заполнению кольцевой полости

20 запирающей жидкостью.

Непрерывно поступая из трубки 21 в кольцевое углубление 17, запирающая жидкость переливается в кольцевое углуб. ление 18, затем через края крышки 19 сливается в камеру 22 слива запирающей жидкости и через сливной патрубок

23 в систему запирающей жидкости. Такая циркуляция необходима для избежания нагрева воды под действием трения внутри кольцевых углублений.

В кольцевом углублении 18 размещается неподвижный кольцевой выступ 13, внешняя часть которого во время вращения ротора постоянно погружена в слой жидкости, сжатой под действием центробежной силы, образуя гидравлический затвор, препятствующий выходу азота.

Этот затвор действует во время вращения ротора.

При остановке ротора с падением его частоты вращения действие центробежных сил на воду, находящуюся в кольцевых углублениях 17 и 18, ослабевает.

При некоторой частоте вращения, находящейся в кольцевом углублении 17, вода не удерживается,. в нем действующей .на нее центробежной силой, тогда она сливается в кольцевую полость 20.

При этой частоте вращения гидравлический затвор в кольцевом углублении 18 еще действует, поскольку находящаяся в нем вода вращается на большем расстоянии от центра и, следовательно, центробежная сила, действующая на нее, больше, чем в кольцевом углублении 17 Пока уменьшается частота вращения до величины, при которой вода не удерживается центробежной силой в кольцевом углублении 18,- в кольцевую полость 20 поступает некоторое количество воды иэ трубки 21, при дальнейшем уменьшении частоты вращения в кольцевую полость сливается вода из кольцевого углубления 18.

Гидравлический затвор в кольцевом углублении 18 перестает. действовать, но к этому моменту времени уже действует статический гидравлический затвор в кольцевой полости 20. Разгерметизации устройства не происходит.

С применением предлагаемого устройства представляется возможность иметь в дистилляте системы охлаждения ротора количество растворенного кислорода и углекислого газа близким к нулю, что уже достигнуто в системе охлаждения статора.

Отсутствие этих примесей обеспечиваег постоянство удельного электрического сопротивления дистиллята, а также практически ликвидирует явление вымывания меди охлаждаемых проводников. Этим и обеспечивается повышение надежности и долговечности машины.

На электростанциях для связывания растворенного кислорода и углекислого охлаждающий дистиллят вводятся химические реагенты (гидразин, аммиак и др.). Но излишняя концентрация их в дистилляте становится вредной. Поэтому, при достижении определенной концентрации химических реагентов в дистилляте, приходится делать его замену.

В виду того, что в предлагаемом устройстве охлаждающий дистиллят не имеет контакта с воздухом, содержание растворенного в нем кислорода и углекислого газа после первой химической обработки практически не меняется, поэтому необходимость замены дистиллята отпадает.

Это значительно облегчает условия эксплуатации. за счет снижения трудоемкости.

Улучшение качества дистиллята в системе охлаждения ротора дает возможность обьединить системы охлаждения статора и ротора в одну и выполнить ее более компактной. Уменьшается количество насосов, расширительных баков., вентилей, труб и др. Наряду с экономией материалов, упрощается также и обслуживание системы охлаждения.

Формула изобретения

Устройство подвода и отвода охлаждающей жидкости для ротора электрической машины, содержащее установленные концентрично.валу, по меньшей мере, один вращающийся и один неподвижный цилиндрический элементы, образующие сборную камеру, причем неподвижный цилиндрический элемент имеет на наружной поверхности кольцевой выступ, образующий гидравлический затвор при вращении ротора для запирающей жидкости, î r л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышениянадежности и долговечности, вращающийся цилиндрический элемент имеет втулку, соединяющую его с валом, и, по меньшей мере, два кольцевых углубления, распо10 ложенных на разном расстоянии от оси вращения, в одном из которых, расположенном на большем расстоянии от оси вращения, размещен вышеупомянутый выступ неподвижного элемента, s между втулкой и валом образована закрытая с одной стороны кольцевая полость, и неподвижный цилиндрический элемент снабжен втулкой, расположенной в кольцевой полости и образующей дополнительный гидравлический затвор, действующий при останове ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1s 1. Патент США № 3571634, кл. Н 02 К 9/00, 1971.

2. Авторское свидетельство «СССР

¹ 253219, кл. Н 02 К 1/32, 1969, ВНИИПИ Заказ 788/70 Тираж 730 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4