DE1156495B

DE1156495B - Cooling system for directly or indirectly liquid-cooled turbo generators and other large electrical machines

Info

Publication number: DE1156495B
Application number: DES70627A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Skocdopole
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-09-29
Filing date: 1960-09-29
Publication date: 1963-10-31

Description

Kühlsystem für direkt oder indirekt flüssigkeitsgekühlte Turbogeneratoren und andere große elektrische Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem für direkt oder indirekt flüssigkeitsgekühlte Turbogeneratoren und andere große elektrische Maschinen, bei denen mit wechselnder Belastung die an den Kühlstrom abzugebende Wärme Schwankungen unterworfen ist.Cooling system for directly or indirectly liquid-cooled turbo generators and other large electrical machines. The invention relates to a cooling system for directly or indirectly liquid-cooled turbo generators and other large ones electrical machines in which the load on the cooling flow changes heat to be given off is subject to fluctuations.

Die Abführung der Verlustwärme von Generatoren und Motoren großer Leistung erfolgt in der Regel durch Kühlwasser, wobei gegebenenfalls noch ein Zwischenmedium, z. B. Wasserstoff oder ein anderes Gas, vorgesehen sein kann. Zwischen Vollast und Teilbetrieb müssen unterschiedliche Wärmemengen abgeführt werden, so daß man entsprechend der Leistung der Maschine den Durchsatz des Kühlwassers entsprechend zu verändern hat.The dissipation of heat loss from generators and large motors Performance is usually provided by cooling water, with an intermediate medium if necessary, z. B. hydrogen or another gas may be provided. Between full load and Partial operation must be dissipated different amounts of heat, so that one accordingly to change the throughput of the cooling water according to the performance of the machine Has.

Bei kleinen Belastungen wird aber durch die verringerte Kühlwassermenge die Geschwindigkeit im Kühlsystem kleiner, so daß mit der Gefahr von Schmutzablagerungen zu rechnen ist. Legt man andererseits das Kühlsystem so aus, daß auch bei Teillasten genügend hohe Geschwindigkeiten des Kühlmediums vorhanden sind, dann reichen möglicherweise bei Vollast oder Überlast die zugeführten Kühlwassermengen nicht mehr aus oder es müssen durch erhöhte Pumpenarbeit größere Mengen durch das Kühlsystem getrieben werden, so daß die Geschwindigkeit des strömenden Kühlmediums so hoch wird, daß Schutzschichten im Kühlsystem abgetragen werden und das Kühlsystem korrosionsanfällig wird. Darüber hinaus wäre ein derartiger Betrieb auch insofern unwirtschaftlich, als zur frberwindung hoher Druckverluste im Kühlsystem die Pumpenleistung stark erhöht werden muß.In the case of small loads, however, the reduced amount of cooling water the speed in the cooling system is smaller, so that with the risk of dirt deposits is to be expected. If, on the other hand, the cooling system is designed so that even with partial loads If there are sufficiently high speeds of the cooling medium, then this may be sufficient at full load or overload the supplied cooling water quantities no longer off or it must be driven through the cooling system by increased pumping work so that the speed of the flowing cooling medium is so high that Protective layers in the cooling system are removed and the cooling system is susceptible to corrosion will. In addition, such an operation would also be uneconomical if than to overcome high pressure losses in the cooling system, the pump output is strong must be increased.

Es ist an sich bereits ein Verfahren zur Leistungserhöhung elektrischer Maschinen durch Verbesserung der Kühlung bekanntgeworden, das ebenfalls für Turbogeneratoren geeignet ist, bei dem jedoch die Kühlung durch Wärmepumpen vorgenommen wird. Bei diesem bekannten Verfahren besteht die Möglichkeit, wahlweise den Durchsatz des Kühlmittels oder die Kühltemperatur oder beide Größen zu verändern. Die Erfindung macht von diesem, in Zusammenhang mit Wärmepumpen bekannten Prinzip Gebrauch, unabhängig von der Leistung, d. h. der Wärmeentwicklung der zu kühlenden Maschine einen weitgehend gleichbleibenden Kühlstrom anzustreben, um damit die oben geschilderten Nachteile zu beseitigen. Dabei wird die Austrittstemperatur aus der Maschine und damit die Maschinentemperatur auf einen vorgegebenen, insbesondere festen Wert innerhalb eines größeren Temperaturbereiches eingeregelt, ohne daß dabei die Durchsatzmenge zu verändern ist. Die Abführung der unterschiedlichen Verhistwärmemengen wird bei nahezu gleichbleibender Kühlwassermenge, aber veränderbarer Kühlwassertemperatur bewerkstelligt. Wenn dabei an Stelle einer früher üblichen Mengenregelung eine Temperaturregelung des Kühlwassers erfolgt, wie dies bei dem bekannten Verfahren ermöglicht wird, so läßt sich auf diese Weise bei im wesentlichen gleichbleibender Austrittstemperatur der Kühlflüssigkeit ein konstantes Wärmespiel im Läufer und im Ständer bei allen Belastungsverhältnissen der Maschine herbeiführen.It is in itself already a method of increasing electrical power Machines became known through the improvement of cooling, also for turbo-generators is suitable, but in which the cooling is carried out by heat pumps. at This known method has the option of increasing the throughput of the To change the coolant or the cooling temperature or both variables. The invention makes use of this principle, known in connection with heat pumps, independently on the performance, d. H. the heat development of the machine to be cooled largely To strive for a constant cooling flow in order to avoid the disadvantages outlined above to eliminate. The exit temperature from the machine and thus the Machine temperature to a predetermined, in particular fixed value within a adjusted to a larger temperature range without changing the throughput is. The dissipation of the different amounts of heat is almost the same Cooling water quantity, but adjustable cooling water temperature accomplished. If there Instead of the previously usual volume control, a temperature control of the cooling water takes place, as is made possible in the known method, then can be this way with an essentially constant outlet temperature of the cooling liquid a constant heat play in the runner and in the stand under all load conditions the machine.

Unter Ausnutzung dieses vorstehend geschilderten Prinzips besteht die Erfindung darin, daß der Kühlflüssigkeitskreislauf, in dessen zum Maschinenkühler führenden Strang (Vorlauf) eine oder mehrere Pumpen eine im wesentlichen gleichbleibende Durchlaufmenge fördern, in seinem Rücklauf ein Sammelbecken enthält, das der Aufspaltung des Kühlflüssigkeitsstromes in zwei Teilströme dient und vorzugsweise niedriger, insbesondere wesentlich niedriger als der Kühler angeordnet und mit einem Überlauf versehen ist. Von diesem Sammelbecken aus fließt der eine Teilstrom ohne zusätzliche Kühlung einer mit kalter Kühlflüssigkeit dosierbar beaufschlagten Mischvorrichtung ebenfalls dosierbar zu. Die Mischvorrichtung ist so steuerbar, daß durch ein wählbares Verhältnis der Anteile von warmer Kühlflüssigkeit und kalter Kühlflüssigkeit die Eintrittstemperatur in den Kühler nach Maßgabe der in ihm aufzunehmenden Wärmemenge veränderbar ist.By taking advantage of this principle described above, there is the invention is that the coolant circuit, in which to the machine cooler leading line (flow) one or more pumps an essentially constant Promote flow, in its return contains a collecting basin, which the splitting of the cooling liquid flow is used in two partial flows and preferably lower, in particular arranged much lower than the cooler and with an overflow is provided. One of the partial streams flows from this collecting basin without any additional ones Cooling of a mixing device charged with cold cooling liquid in a metered manner also dosable too. The mixing device can be controlled so that by a selectable Ratio of the proportions of warm coolant and cold coolant the Entry temperature into the cooler according to the amount of heat to be absorbed in it is changeable.

Auf diese Weise kann bei Vorhandensein eines offenen oder abgeschlossenen Kühlflüssigkeitskreislaufes je nach den Erfordernissen ein mehr oder weniger großer Teil vom erwärmten abfließenden Kühlflüssigkeitsstrom abzweigt und dem zuzuführenden kalten Kühlflüssigkeitsstrom zugesetzt werden. Die "Steuerung der abzuzweigenden Teilmenge läßt sich in Abhängigkeit der Belastung und damit der Erwärmung der Maschine so vornehmen, daß bei allen Belastungszuständen die Maschine die gleiche Temperatur aufweist. Kühhnitteldurehsatz und Austrittstemperatur sind also während des ganzen Betriebes, naturgemäß vom Anfahrvorgang abgesehen, im wesentlichen konstant.This way, if there is an open or closed Coolant circuit depending on the requirements, one more or a less large part branches off from the heated outflowing coolant flow and added to the cold flow of cooling liquid to be supplied. The control the subset to be diverted can be determined depending on the load and thus the Warm up the machine in such a way that the machine can be operated under all load conditions has the same temperature. Coolant flow rate and outlet temperature are thus during the entire operation, naturally apart from the start-up process, essentially constant.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Während Fig.1 ein Prinzipschema für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, zeigt Fig. 2 ein ausführlicheres Rohrleitungsschaltbild für das Kühlsystem eines Turbogenerators als beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. While 1 illustrates a basic diagram for an embodiment of the invention, Fig. 2 shows a more detailed piping diagram for the cooling system of a Turbo generator as an exemplary embodiment of the invention. Same or each other Corresponding parts are provided with the same reference symbols in both figures.

Wie die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt, dient eine Pumpe 1 zur Versorgung des Generatorkühlers 2. Das abfließende Kühlmedium, im vorliegenden Fall Kühlwasser, gelangt über die Absperr- und Regelarmatur3 in das überlaufbecken4. Das überschüssige Wasser strömt durch den Überlauf 7 in Richtung des Pfeiles 8 ab. Das zur Mischung benötigte aufgewärmte Kühlwasser wird dem überlaufbecken 4 durch die Leitung 9 entnommen und einem Wechselventil 5 zugeführt, in dem jede gewünschte Mischung aus aufgewärmtem Kühlwasser und kaltem Kühlwasser aus der Leitung 6 möglich ist. Man kann die Steuerung auch im Sinne einer Regelung selbsttätig von der Kaltgas- und Warmgastemperatur des Generators aus ; vornehmen.As the illustration according to FIG. 1 shows, a pump 1 is used for supply of the generator cooler 2. The outflowing cooling medium, in this case cooling water, reaches the overflow basin4 via the shut-off and control valve3. The excess Water flows off through the overflow 7 in the direction of arrow 8. That about the mix The required heated cooling water is taken from the overflow basin 4 through the line 9 and a shuttle valve 5, in which any desired mixture of heated Cooling water and cold cooling water from line 6 is possible. You can control it also in the sense of an automatic regulation of the cold gas and hot gas temperature the generator off; make.

Das überlaufbecken 4 ist räumlich tiefer als der Generatorkühler 2 angeordnet, so daß entsprechend dem Höhenunterschied die Förderhöhe und somit der Leistungsbedarf der Pumpe 1 verringert werden kann. , Es gelingt auf diese Weise, im Kühler 2 einen geringen Druck, gegebenenfalls sogar einen gegenüber dem Atmosphärendruck niedrigeren Druck, zu erzielen, so daß möglicherweise auftretende Undichtigkeiten im Kühlsystem nicht zu einem Wassereinbruch in das primäre Kühlsystem der Maschine oder in die Maschine selbst führen kann.The overflow basin 4 is spatially deeper than the generator cooler 2 arranged so that according to the height difference, the head and thus the Power requirement of the pump 1 can be reduced. In this way it is possible a low pressure in the cooler 2, possibly even a pressure compared to atmospheric pressure lower pressure, so that leaks may occur in the cooling system does not result in water ingress into the primary cooling system of the machine or into the machine itself.

Die Armatur 3 kommt vorwiegend während des Anfahrens und Stillsetzens der Maschine zur Wirkung. Man kann dann mit der Absperr- und Regelarmatur 3 vorübergehend einen Drosselbetrieb aufrechterhalten. Mit der Armatur 3 kann man naturgemäß auch die Einstellung der vorgegebenen konstanten Durchsatzmenge bewerkstelligen. Davon abgesehen kann die Armatur S ebenfalls so ausgestaltet sein, daß sie nicht nur das Verhältnis der zuzuführenden warmen und kalten Kühlflüssigkeitsströme gegeneinander verändert, sondern auch die gesamte, von der Pumpe 1 angesaugte Durchsatzmenge auf einem wählbaren Wert hält, der dann konstant gehalten werden soll. Auch die Einstellung des Ablaufes vom Becken 4 in. der Leitung 9 kann der Einhaltung gewünschter Werte für Durchsatzmenge und Temperatur dienen.The valve 3 comes mainly during start-up and shutdown of the machine to the effect. You can then use the shut-off and control valve 3 temporarily maintain a throttling operation. With the fitting 3 you can of course manage the setting of the predetermined constant flow rate. Of that apart from that, the fitting S can also be designed so that it does not only do that Ratio of the hot and cold coolant flows to be supplied to each other changed, but also the total throughput amount sucked in by the pump 1 a selectable value, which should then be kept constant. Also the attitude the drain from the basin 4 in. The line 9 can maintain the desired values serve for flow rate and temperature.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Kühlung eines mit Wasserstoff-Zwischenkühlung arbeitenden Turbogenerators. Hier ist ebenfalls das überlaufbecken 4 niedriger angeordnet als der Wasserstoffkühler 2. Die Regelarmatur 3 enthält hier mehrere Ventile 10, 11 und 12. Mit 13 ist ein Kühlwasserablaufkanal, mit 14 der Hauptkühlwasserzulauf bezeichnet.The embodiment shown in FIG. 2 is to cool a turbo generator working with hydrogen intercooling. Here, too, the overflow basin 4 is arranged lower than the hydrogen cooler 2. The control valve 3 here contains several valves 10, 11 and 12. With 13 is a Cooling water drainage channel, denoted by 14 the main cooling water inlet.

Claims

PATENT CLAIM: Cooling system for directly or indirectly liquid-cooled Turbo-generators and other large electrical machines, in which with alternating Load the heat to be given off to the cooling flow is subject to fluctuations and the outlet temperature from the machine and thus the machine temperature to one predetermined, in particular fixed value within a larger temperature range can be regulated independently using a method known in connection with heat pumps the performance (heat generation) of the machine to be cooled is largely constant Cooling flow, characterized in that the cooling liquid circuit in which line (flow) leading to the machine cooler (2) one or more pumps (1) promote a substantially constant flow rate in its return one serving to split the cooling liquid flow into two partial flows (8, 9), preferably lower, in particular significantly lower than the cooler (2) arranged, with an overflow (7) provided collecting basin (4), from which the a partial flow (9) without additional cooling one with cold cooling liquid (6) meterably applied mixing device (5) also flows in a metered manner, and the mixing device (5) is controllable so that by a selectable ratio of Proportions of warm cooling liquid (9) and cold cooling liquid (6) the inlet temperature in the cooler (2) can be changed in accordance with the amount of heat to be absorbed in it is. Considered publications: German Auslegeschriften Nr.1038078,1039077, 1045 527, 1097 547; Patent No. 16,970 of the Office for Invention and Patents in the Soviet occupation zone of Germany.