WO1990005403A1 - Getriebe-generator-schachtkühlung - Google Patents

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Franz Sinhuber
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Andritz Hydro GmbH Austria
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F03B13/105—Bulb groups
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/14—Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a cooling system for a generator with a turbine which is arranged in a shaft surrounded by running water, a transmission preferably being provided between the generator and the turbine.
  • the generator's cooling air which can also be under overpressure, has been used directly as a heat carrier to dissipate the heat lost.
  • the previous statements see u. a. single or multi-stage blower ver. With this, the heat transfer coefficient can be increased so that it is sufficient for the heat exchange.
  • a tubular turbine generator is known from FR-PS No. 1267170, the housing dome of which is designed as a heat exchanger.
  • Such tubular turbine units are, however, only from a certain output size, for example
  • the object of the invention is to provide a cooling system of the type mentioned, which on the one hand avoids the above disadvantages and on the other hand can be used in systems with serially manufactured drum rotors according to the series of middle machines.
  • the cooling system according to the invention is characterized in that the medium cooling the generator of a primary cooling circuit in corresponding heat exchangers of a secondary cooling circuit and the medium of the secondary cooling circuit in cooling radiators which are formed with the, preferably metallic shaft wall, can be re-cooled. It is possible for the first time with the invention. Manufacture underwater units that are economically viable even in smaller performance ranges. This is mainly due to the fact that generators are used practically from series production. In all one-off productions, the technical and thus financial outlay is so high that profitability no longer exists.
  • the cooling system according to the invention serves to be able to use such series products for the systems described above.
  • the cooling system according to the invention can be seen above all in the fact that the sum of the pump outputs and the higher output of the self-ventilations result in lower overall losses than in the high-pressure fans previously used.
  • the heat exchangers are air-water coolers for the one hand Generator cooling air and on the other hand oil-water cooler for bearing oil cooling or gear cooling.
  • the shaft wall consisting of a sheet metal jacket and directly surrounded by the running water has vertical or horizontal channel-like cooling pockets on the generator side. This ensures that the heat loss is safely dissipated. Furthermore, the coolant is in a closed circuit
  • Cooling bags connected on both sides via collecting channels. Since such constructions have to be made extremely stable and robust, this simple construction according to the manufacture offers its advantages. According to a further embodiment of the invention, the cooling pockets are made of welded onto the shaft wall
  • Bridges that are closed by a top wall are formed. This construction enables production with good welding forces, which however do not have to be highly qualified specialists. The manufacturing costs are therefore reasonable.
  • the top wall has recesses, preferably bores, which are filled with welding material by means of a welding process.
  • This simple manufacturing process is, as already mentioned, also to be seen in terms of manufacturing costs.
  • Fig. 1 shows a schematic top view of the shaft
  • Fig. 2 shows the detail A of Fig. 1
  • Fig. 3 shows a section A-A of Fig. 1
  • Fig. 4 shows the cooling scheme.
  • a generator 2 to which a transmission 3 is connected, is arranged.
  • the gear 3 is not one
  • the shaft wall 4 is formed from a sheet metal jacket.
  • the shaft wall 4 is against the direction of the running water
  • Cooling radiator 5 is formed.
  • the top wall 7 has holes on the fastening parts, so that the top wall 7 can be welded to the webs 6.
  • the secondary cooling medium For the supply or discharge of the secondary cooling medium are the
  • Cooling bags 8 connected via collecting ports 9, which are provided with inlets and outlets 10.
  • Transmission oil cooling is the oil-water cooler 11, 12 and the air-water cooler 13 is provided for the generator air cooling.
  • the secondary cooling circuit is in turn in the double jacket cooler of the cooling radiators 14 chilled.
  • Three-way valves 20 are arranged, each of which is followed by a measuring point 15 for the temperature.
  • a measuring point 15 for the temperature In the line from the oil-water coolers 11, 12 to the
  • Cooling radiators 14 are also a diaphragm slide 21, a temperature regulator 16 and a flow monitor 17
  • Temperature regulators 16 can be bridged via a by-pass line 18. Furthermore, this cooling circuit can also be overlaid by a control cooling circuit 19.
  • the air-water cooler 13 is connected with its secondary circuit, in which a valve is arranged, on the one hand directly to the cooling radiators 14. On the other hand, this secondary circuit via a measuring section 22, which is followed by a measuring point 23 for the pressure and the
  • Cooling water pump circuit 24 which may have the same parallel circuit, another Druckmeßsteiie 23 with pressure switch, a pressure switch 25 and one
  • the coolant pump 26 is preceded or followed by a compensator 27. Furthermore, there is a
  • the cooling system is completed via the filling valve 36.

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Abstract

Es wurde eine Kühlung der Machine mit dem Fließwasser direkt versucht. Dieser Vorgang ist aber durch die rigorose Verschmutzung des Wassers technisch nicht mehr möglich. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das andererseits in Anlagen mit seriell gefertigten Trommelläufern gemäß der Mittelmaschinenreihe eingesetzt werden kann. In einem vom Fließwasser umgebenen Schacht (1) wird ein Generator (2), dem ein Getriebe (3) vorgeschaltet ist, angeordnet. Das Getriebe (3) wird von einer nicht dargestellten langsam laufenden Turbine angetrieben. Die Schachtwand (4) ist aus einem Blechmantel gebildet. Gegen die Fließwasserrichtung ist die Schachtwand (4) als Kühlradiator (5) ausgebildet. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, Unterwasseraggregate herzustellen, die auch in kleineren Leistungsbereichen wirtschaftlich vertretbar sind. Dies ergibt sich vor allem daraus, daß Generatoren praktisch aus der Serienproduktion Verwendung finden.

Description

Getriebe-Generator-Schachtkühlung
Die Erfindung betrifft ein Kühisystem für einen in einem mit Fließwasser umgebenen Schacht angeordneten Generator mit einer Turbine, wobei vorzugsweise zwischen Generator und Turbine ein Getriebe vorgesehen ist.
Bisher wurde die Kühlluft des Generatsrs, die auch unter Überdruck stehen kann, direkt als wärmeträger zur Abgabe der veriustwärme herangezogen. Die bisherigen Ausführungen sehen u. a. ein- oder mehrstufige Gebläse ver. Damit kann die Wärmeübergangszahl dergestalt vergrößert werden, daß sie für den Wärmeaustausch ausreicht.
Der Nachteil dieser Anordnung ist dadurch gegeben, daß die Eigeniüftung mit Lüftern am Generatormotor nicht mehr ausreicht, um den Widerstand in diesen Luftwegen zu überwinden. Es sind somit Zusatzlüfter, die bereits einen erheblichen Leistungsbedarf und hohen Geräuschpegel haben, erforderlich. In Fällen, wo dieser Lüfter im
Schacht eingebaut ist, wird beim Lüfterausfall eine
Betriebsunterbrechung eintreten.
Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß die
Anpassung der Kühlluftmenge an die jeweilige Verlustleistung des Generators bei Teillast und an die Umgebungstemperatur zwischen Sommer und Winter mit drehzahlumschaitbaren Lüftermotoren und Klappensystemen zur Luftführung nur sehr grobstufig und unvollkommen erreicht wird. Für die betriebsmäßige Wartung ist es auch nachteilig, daß in den Fällen, wo der Lüfter im Schacht angeordnet ist, das Personal in den Druckluftstrom treten muß.
Aus der FR-PS Nr. 1267170 ist ein Rohrturbinengenerator bekannt, dessen Gehäusekuppel als Wärmetauscher ausgebildet ist. Derartige Rohrturbinenaggregate sind jedoch erst ab einer gewissen Leistungsgröße, die etwa bei
10 MVA liegt, überiegenswert. Es wurde auch eine Kühlung der Maschine mit dem Fließwasser direkt versucht. Dieser Vorgang ist aber durch die rigorose Verschmutzung des Wassers technisch nicht mehr möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das anderseits in Anlagen mit seriell gefertigten Trommellaufern gemäß der Mittelmaschinenreihe eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Kühisystem ist dadurch gekennzeichnet, daß das den Generator kühlende Medium eines primären Kühlkreislaufs in entsprechenden Wärmetauschern eines sekundären Kühlkreislaufs und das Medium des sekundären Kühlkreislaufs in Kühlradiatoren die mit der, vorzugsweise metallischen Schachtwand gebildet sind, rückkühlbar ist. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich. Unterwasseraggregate herzustellen, die auch m kleineren Leistungsbereichen wirtschaftlich vertretbar sind. Dies ergibt sich vor allem daraus, daß Generatoren praktisch aus der Serienproduktion Verwendung finden. 3ei allen Einzelfertigungen ist der technische und damit finanzielle Aufwand derart hoch, daß die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist. Um nun derartige Serienprodukte für die oben beschriebenen Anlagen einsetzen zu können, dient das erfindungsgemäße Kühisystem. Der Verteil des
erfindungsgemäßen Kühisystems ist vor allem darin zu sehen, daß die Summe der Pumpenieistungen und die höhere Leistung der Eigenbelüftungen geringere Gesamtverluste ergibt, als bei den bisher verwendeten Hochdruckventilatoren.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung sind die Wärmetauscher einerseits Luft-Wasser-Kühier für die Generatorkühlluft und anderseits Öl-Wasser-Kühier für die Lagerölkühlung bzw. Getriebeclkühiung.
Bisher war es notwendig, die Clkühiung und die Luftkühlung zu trennen. Es mußte also Versorge für die Rückkühlung des Öles und getrennt davor, für die Rückkühlung der Luft Sorge getragen werden. Mit der Erfindung ist es möglich die entsprechenden Wärmetauscher auf den gemeinsamen sekundären Kühlkreisiauf wirken zu lassen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die außen direkt vom Fließwasser umspülte aus einem Blechmantel bestehende Schachtwand an der Generatorseite vertikale oder horizontale kanaiartige Kühltaschen auf. Dadurch wird die anfallende Verlustwärme sicher abgeführt. Ferner ist das Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf durch
Pumpen mit geringem Leistungsbedarf umwälzbar.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die
Kühltaschen beidseitig über Sammelkanäle verbunden. Da derartige Konstruktionen überaus stabil und robust ausgeführt werden müssen, bietet diese herstellungsgemäße einfache Ausführung ihre Vorteile. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühltaschen aus auf die Schachtwand aufgeschweißten
Stegen die über eine Deckwand abgeschlossen sind, gebildet. Diese Konstruktion ermöglicht die Herstellung mit guten Schweißkräften, die jedoch kein hochqualifiziertes Fachpersonal sein müssen. Die Herstellungskosten halten sich somit in einem vertretbaren Rahmen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist zur Befestigung der Deckwand an den Stegen, die Deckwand Ausnehmungen, vorzugsweise Bohrungen auf, die mittels eines Schweißvorganges mit Schweißmaterial gefüllt sind. Dieser einfache Herstellungsvorgang ist, wie bereits erwähnt, auch in Hinblick auf die Herstellungskosten zu sehen.
Die Erfindung wird an Hand eines m der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Schacht, Fig. 2 das Detail A der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt A-A der Fig. 1 und Fig. 4 das Kühlschema.
In einem vom Fließwasser umgebenen Schacht 1 wird ein Generator 2, dem ein Getriebe 3 vorgeschaltet ist, angeordnet. Das Getriebe 3 wird von einer nicht
dargestellten langsam laufenden Turbine angetrieben. Die Schachtwand 4 ist aus einem Biechmantel gebildet. Gegen die Fließwasserrichtung ist die Schachtwand 4 als
Kühlradiator 5 ausgebildet.
Gemäß der Fig. 2 weist die Schachtwand 4 auf der
Generatorseite aufgeschweißte Stege 6 auf, die mit einer Deckwand abgeschlossen sind. Dadurch werden kanalartige Kühltaschen 3 gebildet, durch die das Medium des
sekundären Kühlkreisiaufes fließt. Zur Befestigung der Deckwand 7 an den Stegen 6 weist die Deckwand an den Befestigungssteiien Bohrungen auf, so daß die Deckwand 7 mit den Stegen 6 verschweißt werden kann. Zur Zuführung bzw. Abführung des sekundären Kühlmediums sind die
Kühltaschen 8 über Sammeikanäie 9, die mit Ein- und Auslässen 10 versehen sind, verbunden.
Gemäß der Fig. 4 wird mit diesem Kühisystem einerseits die Generatorkühlluft und anderseits das Lager- bzw.
Getriebeöl rückgekühlt. Für die Lager- bzw.
Getriebeölkühlung sind die Öl-Wasser-Kühier 11, 12 und für die Generatorluftkühlung ist der Luft-Wasser- Kühler 13 vorgesehen. Der sekundäre Kühlkreislauf wird seinerseits im Doppelmantelkühler der Kühlradiatoren 14 gekühlt.
Vor und nach den Öl-Wasser-Kühiern 11, 12 sind
Dreiweghähne 20 angeordnet, denen jeweils eine Meßstelle 15 für die Temperatur nachgeschaltet wird. In die Leitung von den Öl-Wasser-Kühiern 11, 12 zu den
Kühlradiatcren 14 sind ferner ein Membranschieber 21, ein Temperaturregier 16 und ein Strömungswächter 17
eingebaut. Der Membranschieber 15 und der
Temperaturregler 16 können über eine By-Pass-Leitung 18 überbrückt werden. Ferner kann auch dieser Kühikreis von einem Regierkühikreis 19 überlagert werden.
Der Luft-Wasser-Kühier 13 ist mit seinem Sekundärkreis, in den ein Ventil angeordnet ist, einerseits direkt mit den Kühlradiatoren 14 verbunden. Anderseits wird dieser Sekundärkreis über eine Meßstrecke 22, der eine Meßstelie 23 für den Druck nachgeschaltet ist und dem
Kühlwasserpumpenkreis 24, der einen gleichen parallelen Kreis aufweisen kann, einer weiteren Druckmeßsteiie 23 mit Druckschalter, einem Druckschalter 25 und einem
Ventil geschlossen.
Der Kühiwasserpumpe 26 ist jeweils ein Kompensator 27 vor- bzw. nachgeschaitet. Darüberhinaus ist ein
Rückschlagventil 28 und ein Membranschieber 29
vorgesehen. Ferner ist auch ein Expansionsgefäß 30 mit einen automatischen Entiüfungsventil 31 sowie einem
Absperr- 32 und Rückschlagventil 33 vorgesehen, überwacht wird dieser Kreis von einem Kontaktmanometer 34 und einem Überdruckventil 35.
Kompletiert wird das Kühisystem über das Füllventil 36.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kühlsystem für einen in einem mit Fließwasser
umgebenen Schacht angeordneten Generator mit einer Turbine, wobei vorzugsweise zwischen Generator und Turbine ein Getriebe vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das den Generator (8) kühlende
Medium eines primären Kühikreislauf in entsprechenden Wärmetauschern (11, 12, 13) eines sekundären
Kühikreislaufs und das Medium des sekundären
Kühikreisiaufes in Kühlradiatcren (14) die mit der, vorzugsweise metallischen Schachtwand (4) gebildet sind rückkühlbar ist.
2. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (11, 12, 13) einerseits
Luft-Wasser-Kühler (13) für die Generatorkühlluft und anderseits Öl-Wasser-Kühler (11, 12) für die
Lagerölkühiung bzw. Getriebeölkühlung sind.
3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die außen direkt vom Fließwasser umspülte aus einem Biechmantel bestehende Schachtwand (4) an der Generatorseite vertikale oder
horizontale kanalartige Kühltaschen (3) aufweist.
4. Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühltaschen (8) beidseitig über Sammeikanäle (9) verbunden sind.
5. Kühisystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühltaschen (3) aus auf die Schachtwand (4) aufgeschweißten Stegen (6) die über eine Deckwand (7) abgeschlossen sind, gebildet sind.
6. Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Deckwand (7) an den Ste gen (6), die Deckwand (7) Ausnehmungen, vorzugsweise Bohrungen aufweist, die mittels eines Schweißvorganges mit Schweißmaterial gefüllt sind.
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