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Dynamoelektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor und einem durch einen
Spalt von diesem getrennten Stator, bei der in den Spalt flüssiges Kühlmittel eingebracht wird.
Bisher wurden dynamoelektrische Maschinen, wie Motoren und Generatoren, für grosse Leistungen auf verschiedene Weise sowohl mittels Luft als auch mittels Wasser gekühlt. Diese bekannten Einrichtungen waren notwendigerweise sperrig, kompliziert und gaben zu Schwierigkeiten, wie Verstopfung der Luft- durchlässe bei Luftkühlungssystemen und Bildung von Kesselstein bei wassergekühlten Systemen usw.,
Anlass.
Dementsprechend wurde ein wesentlicher technischer Fortschritt durch Verfahren und Vorrichtungen erreicht, die eine wirksamere Kühlung solcher Maschinen ermöglichen, indem die räumlichen Abmessun- gen der Maschinen vermindert werden und diese in bezug auf die Leistungskapazität in Pferdestärken äusserst kompakt gestaltet werden konnten. Gleichzeitig wurde ein kontinuierlicher Betrieb solcher Maschinen unter schweren Betriebsbedingungen ermöglicht, indem die Gefahr des Durchbrennen vermindert wurde, welche sonst bei nicht voll wirksamer Kühlung zu befürchten ist.
Es ist zwar bekannt, eine Düse zum Einbringen der Kühlflüssigkeit vorzusehen, wie die deutsche Patentschrift Nr. 256446 zeigt. Durch diese Düse ist keine gleichmässige ausreichende Kühlung der Flächen des Stators und des Rotors gegeben, die den Spalt bilden. Eine Kühlung wird bei diesem Patent nur an der Stelle erreicht, die in der Düsenrichtung liegt. Andere heisse Stellen werden von dem aus der Düse kommenden Kühlmittel nicht erreicht. Ferner ist durch die brit. Patentschrift Nr. 745, 976 bekannt, die Wicklungsköpfe des Stators zu kühlen, wobei aber der Spalt zwischen Stator und Rotor selbst nicht gekühlt wird.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass ein Ringrohr mit einer Vielzahl von Öffnungen für den Austritt von flüssigem Kühlmittel in axialer Richtung zum Spalt koaxial zum Rotor an dessen einem Ende angeordnet ist, wobei das Ringrohr mit einer Kühlmittelleitung verbunden ist. Dadurch ist ein gleichmässiges Einbringen des flüssigen Kühlmittels über den ganzen Umfang des Rotors und damit eine gleichmässige und besonders wirksame Kühlung möglich.
In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung an Hand beispielsweiser Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch das rechte Ende einer elektrischen Maschine, der eine Ausführungsform eines Verteilerringes für das flüssige Kühlmittel zum Kühlen einer elektrischen Maschine gemäss der Erfindung zeigt. Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Kühleinrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 3 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, bei welcher das verbrauchte Kühlmittel dem Verdampfer eines Kühlsystems oberhalb seines Flüssigkeitsspiegels zugeführt wird.
Die in Fig. l dargestellte gekapselte dynamoelektrische Maschine kann sowohl ein Motor als auch ein Generator sein, dessen Gehäuse aus einer zylindrischen Wandung 36 besteht, die durch eine Stirnwand 37 geschlossen ist. Das Gehäuse 36 umschliesst den üblichen Stator 38 und ein sternförmiges Tragorgan 40. Innerhalb des Stators 38 ist der Rotor 41 drehbar gelagert, der Wellen-
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mit einer Maschine gekuppelt sein, um diese anzutreiben, oder, falls es sich um einen Generator han- delt, angetrieben werden, um Strom zu erzeugen.
Ein ringförmiger Verteiler 150, der demjenigen, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ähnelt, bläst flüssiges Kühlmittel bei einem Ende des Rotor-Statorspaltes 152 der Maschine ein, das mindestens zum Teil verdampft und dem Rotor und Stator Wärme entzieht. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wandert sowohl verdampftes als auch unverdampftes Kühlmittel nach links in Richtung des Pfeiles 153 in axialer Richtung über die ganze Länge des Rotor-Statorspaltes und schliesslich durch eine Auslassöff- nung 154 in der Gehäusewand 136 im unteren Teil des Gehäuses bei seinem linken Ende. Natürlich kann der oben geschilderte Vorgang auch in Richtung von links nach rechts stattfinden.
Die Auslassöffnung 154 ist mit Hilfe einer Leitung mit grösserem Durchmesser 156 mit dem
Verdampfer 158 einer (nicht dargestellten) Kühlanlage verbunden. Der Verdampfer besteht aus einem
Gehäuse 163, in welchem Wärmeaustauscherrohre 161 und ein üblicher Flüssigkeitsabscheider 160 untergebracht sind. Eine Rohrleitung 162 ist mit dem unteren Teil des Verdampfers 158 verbunden und führt flüssiges Kühlmittel aus einer Quelle, wie z. B. dem Kondensator, der einen Teil der Anlage darstellt, mit der er verbunden ist, zu. Das flüssige Kühlmittel fliesst in den Verdampfer 158, wo es ein vorbestimmtes Niveau 164 erreicht und wo das Kühlmittel verkocht und die inneren Teile des Ver- dampfers einschliesslich der darin angeordneten Wärmeaustauschrohre 161 kühlt.
Eine Auslasslei- tung 166 im oberen Teil des Verdampfers führt das verdampfte Kühlmittel zu der Kühlanlage zurück bzw. zu dem Kompressor für die Rückführung in den Kreislauf dieser Anlage.
Die Ablaufleitung 156, welche vom Gehäuse 136 der dynamoelektrischen Maschine zu dem
Verdampfer 158 führt, ist mit dem Verdampfer oberhalb des Niveaus 164 des flüssigen Kühlmittels verbunden. Auf diese Weise wird eine freie Strömung sowohl von Gas als auch von Flüssigkeit aus dem
Gehäuse 136 in den Verdampfer 158 bewirkt. Bei dieser Anordnung begegnet das abfliessende Me- dium, das sowohl Gas als auch Flüssigkeit sein kann, keinem Flüssigkeitsdruck, wie dies der Fall sein würde, wenn die Rücklaufleitung 156 in den Verdampfer beim Boden münden würde, so dass das ab- laufende Medium in Form von Blasen durch die Flüssigkeit im Verdampfer aufsteigen müsste.
Die Ablauf- leitung 156 mündet in den Verdampfer an einer Stelle unterhalb der Platten 163 des Flüssigkeits- abscheiders, so dass alle Flüssigkeit im Verdampfer zurückgehalten wird und gezwungen ist, ihre latente
Verdampfungswärme abzugeben.
Auf diese Weise wird bei der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung ein freier Zufluss von flüssigem Kühl- mittel bei einem Ende des Motors erzielt, das hierauf in den Rotor-Statorspalt eindringt, durch ihn hin- durchfliesst und hiebei durch mindestens teilweise Verdampfung diesen wirksam kühlt und dann aus dem
Motorgehäuse im unverminderten Strom zu einer Zone niedrigeren Druckes strömt.
Im vorstehenden ist der Ausdruck"dynamoelektrische Maschine"so zu verstehen, dass er Maschinen umfasst, welche durch Induktion elektrische Energie in mechanische Energie umformen bzw. mechanische
Energie in elektrische.
Der Ausdruck"dynamoelektrische Maschine"kann für einen Motor oder einen Generator auch des- halb verwendet werden, weil beide Vorrichtungen gleich sind, mit Ausnahme der Richtung des durch- fliessenden Stromes.
In den Rahmen der Erfindung fällt auch die Kühlung von dynamoelektrischen Maschinen mit einem offenen Gestell, sofern eine Haube vorgesehen ist, welche die Maschine umgibt und die Rückgewinnung des verbrauchten Kühlmittels ermöglicht.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht auf der Tatsache, dass dynamoelektrische Maschinen infolge der so erzielten wirksameren Kühlung ohne Verlust an Leistung verkleinert werden können. Auf diese Weise kann eine kompaktere oder kleinere Ausführungsform zur wirksameren Ausnutzung des in
Gebäuden od. dgl. vorhandenen Raumes geschaffen werden. Ähnliche Systeme haben bisher Motoren oder
Generatoren mit grossen räumlichen Abmessungen erfordert, um die notwendige Oberfläche zur Abgabe der Wärme zur Verfügung zu haben. Wenn dagegen ein Motor oder Generator in seinen Abmessungen verkleinert wird, ist bekanntlich eine geringere Oberfläche zur Wärmeabgabe vorhanden. Infolgedessen brennt ein so verkleinerter Motor schon nach einer kurzen Betriebsdauer bei voller Belastung und bei nicht äusserst wirksamer Kühlung infolge der Betriebswärme durch.
Um Motoren oder Generatoren gegen solche ihre Zerstörung bewirkende Abbrände zu schützen, wurde gemäss der Erfindung gefunden, dass flüssiges Kühlmittel mit hoher Kühlwirkung durch Verdampfung exakt in den Rotor-Statorspalt geleitet werden kann, um eine ausreichende Kühlung zu erzielen.