Устройство подвода и отвода охлаж-дАющЕй жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК H02K9/193 H02K3/22 

Изобретение относится к электромаши- нестроению и можег быть использовано гфеимущественно в крупных вертнкальньвс электрических машинах с жидкостным, в частности водяным охлаждением обмотки pofopa. Известно устройство для подвода и отвода охлаждающей жидкости для использования в электрических машинах с жидкостным охлаждением .состоящее из наружной крьпики, вала для подвода и отвода охлаждающей жидкости, вала ротора, трубы, по которой подается охладитель, и 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 закрекяяётся с помощью опорного элемента и разделяет каналы для отвода и подвода охлаждающей жидкости tl. Однако, такое конструктивное исиолнение устройства для подвода и отвода охлаждающей жидкости не обеспечивает герметизации системы охлаждения ротора от внешней среды. Уппотнительное устройство предртвращает утечку жидкости из данного устройства, но не обеспечивают герметизации находящейся внутри устрсйсгва охлаждающей жидкости от наружного воздуха. В результате их взаимодействия, содержащиеся в воздухе кислсрод и углекислый газ растворяются в .охлаждающей жидкости. В современных крупных электрических машинах для охлаждения обмоток ротора и статора применяется дистиллированная вода (дистилляг), к частоте которого гфёдъявляюуся высокие требования Очейь вредно сказывается на работе машины также и наличие растворенного в дистил ляте ки лорода и углекислого газа. Во-первых, неличие растворенных в дистилляте кислорода и углекислого газа снижает удельное электрическое сопрогивпение дистиллята что отрицательно сказы;вается на работе электрической мащины. понижается ее надежность. При работе его удепьное сопротивление измеряется и под держивается в пределах 20О-75кОмСМ. Для удаления растворенных в дистилляте кислорода и углекислого газа он периодически п9двергается химической обработке Во-вторых, растворенные в дистилляте кислород и углекислый газ способствуют вымыванию меди проводников обмоПЕси. Предположительно в результате взаимодействия меди с водой на поверхности меди образуется тонкая пленка окиси меди (Сидр), которая является достаточно прочной, не разрушается водой и препятст вует дальнейшему окислению меди. При взаимодействии же меди с растворенными в дистилляте кислородом и углекислым газом образуется пленка закиси меди (С«О), которал обладает невысокой про-т чностью и вымывается водой, вместо вымытой пгпенки образуется новая и т.д. Это явление вредно сказывается как на долговечности машины, так и на ее надежности. Дпя 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 охлаждающий дистиллят подается из неподвижной системы водяного охлаждения во (дающийся ротор, затруднительно создать замкнутую систему водяного охлаж доиия обмогкн ротора, в которой дистиллят ИЦ ссшрикасался бы с наружным воздухом. Как в данном 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 исполЕ зовании результату явля ется устройство для подвода и отвода включающей жидкости, которое имеет сбо рную камеру, образованную одним вращаю щимся и одним неподвижным цилиндрическим элементом. Во внут ренней полости камеры концентрично валу установлен неподвижный цилиндр, наружная поверхность которого имеет кольцевой выступ, который совместно с одним из вращающихся кольцевых элементов при щэащении ротфа образует гидравлический затвор f2j. б 4 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 полЬсть котфой сообщается с наружным воздухом ввиду негерметичности уплотнений. Кольцевой затвор, образованный кольцевым выступом и вращающимся цилиндрическим элементом, предохраняет только от выбрасьшания 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). В этом случае, находящийся внутри 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 из 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 вертикальным. 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 уг- лублення, расположенных на разном расстоянии от оси вращения, в одном из которых, расположенном на большем расстоянии от оси вращения, размешен выше ; упомянутьй выступ, неподвижного элемента, а между втулкой а валом образована закрытая с одной стороны кольцевая полость, и неподвижный цилиндрический элемент снабжен втулкой, расположенной в кольцевой полости и образующей дополнительный гидравлический 3aTBqp, действующий при останове ротора. На чертеже изображено устройство для подвода и отвода охлаждающей жидкости для рогсра электрической машины, общий вид в разрезе. Устройство для подвода и отвода охлаждающей жидкости содержит коаксиально смонтированные подводящую трубу i и сливную трубу 2, которые выступают из вала 3 ротсра. В подводящую трубу 1 введен патрубок 4, герметично соединенный со стенкой камеры 5 утечки. Соединение патрубка 4 и подводящей трубы 1 .уплотняется уплотнением 6. На ксжце сливной трубы 2 монт{фуется съемный фланец 7. Камера 5 утечки имеет сливной патрубок 8 и трубку 9 для подвода азота. Под камерой 5 утечки размещается сливная камера Ю, имеющая сливной патрубок 11. Внутр сливной камеры 10 вмонтирован сваренный с ней неподвижный цилиндрический элемент 12, имеющий неподвижно соеди: - ненные с ним кольцевой выступ 13 и трубчатую втулку 14. На сливной трубе 2 герметично крепит ся втулка 15, другой конец которой герметично соединяется с вращающимся цилиндрическим элементом 16, имеющим кольцевые углубления 17 и 18 и съемную крышку 19. Между внутренней поверхностькз втулки 15 и наружной поверхностью сливной трубы 2 образуется кольцевая полость 20, в которой распола гается трубчатая втулка 14. К кольцевому углублению 17 подведена трубка 21, по которой подается запирающая жидкость. Вращающийся цилиндрический элемент 16 размещэн внутри камеры 22 слива запирающейся жидкости имеющей сливной патрубок 23, неподвижно 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 подводящую трубу 1 и далее обмотку возбуждения (на чертеже не пок aania).Утечки охлаждающей жидкости, образующиеся вследствие недостаточной гер метизации уплотнения 6, собираются в ка мере 5 утечки и через сливной патрубок 8 поступают снова в систему охлаждения ротора. Прошедшая через обмотку возбуждения и охладившаяее охлаждающая жидкость поступает в пространство между подающе 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 1О посредством трубки 9 заполнены азотом при небольшом избыточном давлении (по рядка О,1 ати), что предохраняет находящийся внутри этих камер дистиллят от контакта с кислородом и углекислым воздуха. Находящийся в этих камерах азот не может выйти наружу через неподвижные соединения ввиду того, что они выполнены герметичными. Ос.тается единственный возможный путь для выхода азота из этих камер, Это зазор между вращающимися вместе со сливной трубой 2 фланцем 7 и концом неподвижного цилиндрическсйРО элемеита 12. Через этот зазор азот мог бы пройти в пространство между неподвижным цилиндрическим элементом 12 и сливной трубой 2 и, обойдя трубчатую втулку 14, поо- тупить 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 запирающей жидкости, которая подается по трубе 21; В качестве запирающей жидкости мо- жет быть использована обьгчная вода. В статическом состоянии ротора поступающая из трубки 21 запирающая жидкость заполняет кольцевую камеру 2U и цилиндрический элемент 16, ее поверхность устанавливается на уровне верхне- го 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 запирающей жидкости. Чтобы пройти дальше, он. должен преодолеть сопротивление столба воды, равного длине трубчатой втулки 14. Из гидравлики известно, что столб воды, высота котсрси о равна 1О м, создает давление 1 ати. Отсюда следует, что если рабочее давление азота внутри камер 5 и 1О поддерживается равным 0,1 ати, то столб запирающей вбды дояжен быть не менее 1 м, т.е, при длине кольцевой камеры, равной 1,8 м,надежность i лдравлического затвора обеспечена с запасом. Во время работы машины ( в динами ческом СОСТОЯНИИ ротора) действует другой гидравлический затвор. Вместе с ротфом вращаются также и выступающие

из вала ротсра подводящая труба 1и сливная труба 2j а также закрепленные на ней втулка 15 и вращающийся цилиндрический элемент 16,

С начала вращения запирающая жид-п кость ыбрасьшается центробежной силой из КольцеТвой полости 2О и вращающегося цилиндрического элемента 16, она остается только в кольцевых углублениях 17 и 18. Для облегчения удаления запирающей жидкости из кольцевой полости 2О центробежной силой внутреннюю поверхность втулки 15 можно выполнить с конусностью, расширяющейся кверху, или на внутренней цилиндрической поверхности втулки 15 и наружной цилиндрической . поверхности трубчатой втулки 14 выполнить специальную нарезку (импеллер ), Такой импеллер при номинальной частоте вращения создает ч-5Пор, не позволяющий зааирающей жидкости стекать в кольцевую полость 2О, с падением частоты вращения этот напор резко снижается и не препятствует заполнению кольцевой полости 2О 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 жишсости. Такая циркуляция необходима для избежания нагрева воды пой действием трения внутри кольцевых углублений, j

В кольцевом углублении 18 размещается неподвижный кольцевой выступ 13, внешняя часть которого во время вращения ротора постоянно погружена в слой жидкости, сжатой под действием цштробежной 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 иа воду, находящуюся в кольцевых углублениях 17 и 18, ослабевает.

При некоторой частоте вращения, находящейся в кольцевом углублении 17, вода не удерживается,) в нем действующе на нее центробежной силой, тогда она сливается в кольцевую полость 2О.

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 котфсй вода не удерживается центробежной силой в кольцевом углублеНИИ 18, в кольцевую полость 20 поступает некоторое количество воды из трубки 21, при дальнейщем 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 затвср в кольцевой полости 2О. Разгерметизации устройства не происходит.

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

Отсутствие этих примесей обеспечивает 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 связьтания раствсренного кислорода и углекислого газа в 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 си стеме охлаждения ротора дает возможность объединить системы охлаждения статора и ротора в одну-) и выполнить ее более компактной. Уменьшается количество насосов, расширительных баков., вентилей, труб и Щ). Наряду с экономией материалов, упрощается также и обслуживание системы охлаждения.