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Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen.
Elektrische Maschinen werden in der Regel für eine bestimmte normale Leistung gebaut und mit einer unveränderlichen Lüftung zur Kühlung versehen. Die Maschinen müssen dann so bemessen sein, dass sie für die maximale im jeweiligen Betriebe vorkommende Dauerleistung ausreichen. Diese Höchstleistung kommt nun in vielen Fällen, beispielsweise in elektrischen Zentralen, nur während weniger Stunden des Tages oder nur während einiger Wintermonate vor. Infolgedessen sind zu allen andern Zeiten die Maschinen schlecht ausgenutzt.
Um dieser schlechten Ausnutzung der Maschinen vorzubeugen, hat man nun für Maschinen, die eine Eigenbelüftung, d. h. einen eingebauten Ventilator oder am Rotor vorgesehene Fächer haben, noch eine Fremdbelüftung mittels äusserer Ventilatoren vorgesehen, die bei Spitzenleistungen zu der normalen Eigenbelüftung hinzugeschaltet wird. Es ergeben sich dann für die Ausnutzung der Maschinen im Betriebe analoge Verhältnisse, wie sie beispielsweise bei Dampfturbinen vorliegen, die man zur günstigen Ausnutzung im normalen Betriebe bereits voll belastet und denen man für Spitzenleistungen Frischdampf in späteren Stufen zuführt, womit man eine höhere Leistung, wenn auch bei schlechterem Wirkungsgrad, erzielt.
Wirklich befriedigende, namentlich wirtschaftlich günstig arbeitende Kühleinrichtungen aber hat man auf diese Weise noch nicht schaffen können, da man die richtigen Bedingungen für die Nebenoder Hintereinanderschaltung von Eigen- und Fremdbelüftung nicht erkannt und beachtet hat.
Man kam deshalb zu der Überzeugung, dass es für mässig grosse Maschinen zu bevorzugen ist, zur Belüftung entweder nur Ventilatoren zu benutzen, die gesondert von der Maschine aufgestellt sind und eigene Antriebsmotoren haben, oder Fächer, die am umlaufenden Teil der Maschine sitzen, während man es für grosse Anlagen mit mehreren Sätzen langsamlaufender Maschinen für vorteilhaft hielt, die einzelnen Maschinen durch mittels Drosselklappen, Schieber od. dgl. absperrbare Zweigleitungen mit gemeinsamen Ein-und Auslassluftschächten zu verbinden, denen die Luft durch besondere, motorisch angetriebene Ventilatoren zugeführt werden kann.
Bei kleineren Maschinen verzichtet man also auf eine wirtschaftliche Regelung der Kühlung, bei grossen Anlagen mit mehreren Maschinensätzen bediente man sich der Zentralisierung mit ihrer verwickelten Regelung durch Drosselklappen, Schieber u. dgl., und besonders für grosse Einzelmaschinen fehlte eine befriedigende Lösung, und man konnte sich hier bestenfalls nur dadurch helfen, dass man für Spitzenleistungen durch einen besonderen Ventilator mit Eigenantrieb die Maschine von aussen anblies.
Hier greift nun die Erfindung ein und schafft eine Kühleinrichtung mit Eigen-und Fremdbelüftung, die für Maschinen der verschiedensten Grössen eine wirksame und dabei höchst wirtschaftliche Kühlung gewährleistet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich für die Belüftung der elektrischen Maschinen besonders günstige Verhältnisse ergeben, wenn man für den Eigenventilator im Belastungsbereich "Durchschnittsbelastung-Spitzenleistung" die von ihm geförderte Luftmenge oder den von ihm erzeugten Druck wenigstens nahezu unveränderlich hält.
Will man beispielsweise den Ventilator, der die Zusatzbelüftung für die Zeit der höchsten Belastung erzeugt, in Reihe mit der Eigenbelüftung schalten, also gemäss der Anordnung wie sie Fig. 1 zeigt, so
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besteht die Gefahr, dass bei der grösseren, für die Spitzenleistung erforderlichen Luftmenge der Eigenventilator abfällt und somit wirkungslos wird. Diese Gefahr kann der Erfindung gemäss dadurch vermieden werden, dass man den Eigenventilator so bemisst, dass es auch tatsächlich möglich ist, die vergrösserte Luftmenge durch die Maschine hindurch zu führen. Es wird dies dann ermöglicht, wenn seine Charakteristik, d. h. die Abhängigkeit der Luftpressung von der Luftmenge, in dem Gebiete, das für den oben angegebenen Belastungsbereich in Frage kommt, flach verläuft.
Zur Erläuterung der Verhältnisse dient Fig. 2. Die Kurve G zeigt in Abhängigkeit von der den
Generator durchfliessenden Kühlluftmenge Q die hiefür aufzuwendende Luftpressung p, die mit den Luftmengen annähernd quadratisch wächst. Die Kurve V zeigt die Charakteristik für den Eigenventilator.
Der Punkt a, in dem sich die beiden Kurven schneiden, entspricht dem normalen Betriebspunkte, bei dem der Eigenventilatorgegen den Widerstand der Luftwegeim Generatormitdem Druck Pa die erforderliche Luftmenge Qa durch den Generator treibt, d. i. die Luftmenge, die gerade zu der Kühlung des Generators bei jener Belastung ausreicht.
Um nun die Maschine auch bei Spitzenleistung unter der Temperaturgrenze zu halten, sei eine Kühlluftmenge Qb erforderlich. Um sie durch die Maschine zu treiben, muss die Pressung po aufgewendet werden. Damit nun die Anordnung vorteilhaft arbeitet, muss unter den neuen Betriebsverhältnissen der Eigenventilator die vergrösserte Luftmenge ungefähr beim gleichen Druck liefern, während die Zusatzbelüftung die Differenz zwischen Pb und der vom Eigenventilator gelieferten Pressung aufbringen muss. Es wird dies dann erreicht, wenn bei Hintereinanderschaltung von Eigenbelüftung und Fremdbelüftung die Charakteristik des Eigenventilators im Gebiet der für den Belastungsbereich zur Durchschnittsleistung zur Spritzenleistung erforderlichen Luftmenge flach verläuft.
Anders liegen die Verhältnisse, wenn für den Spitzenbereich die Fremdbelüftung neben die Eigenbelüftung geschaltet werden soll, wenn also eine Anordnung gemäss Fig. 3 getroffen wird. Hier liegt die Gefahr Vor, dass der Eigenventilator bei der erhöhten Pressung, die entsprechend der grösseren Kühlluftmenge im Generator zu überwinden ist, in seiner Liefermenge abfällt. Es kann dies der Erfindung gemäss dadurch vermieden werden, dass der Eigenventilator so bemessen wird, dass er im Gebiet der für den Spitzenbelastlmgsbereich zum Durchtritt der Kühlluft durch die Maschine erforderlichen Luftpresslmgen annähernd die gleiche Luftmenge liefert, dass also seine Charakteristik in diesem Gebiet steil abfällt, wie dies Fig. 4 zeigt.
Hierin bedeutet wiederum Kurve ss die Abhängigkeit des zum Durchtritt der Luft durch den Generator erforderlichen Luftdruckes von der Kühlluftmenge, während V wiederum die Charakteristik des Eigenventilators ist und die Abhängigkeit der Luftpressung von der Kühlluftmenge darstellt. a, der Schnittpunkt zwischen Ventilatorcharakteristik und der Widerstandskurve der Maschine entspricht wiederum dem normalen Betriebspunkte, während für die Spitzenleistung zur ausreichenden Kühlung der Maschine der Punkt b der Ventilatorwiderstandskurve massgebend ist. Es muss eine Pressung Pb
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durch den Generator zu treiben.
Fällt nun die Generatoreharakteristik V im Bereich der für den Durchtritt der Kühlluft durch den Generator erforderlichen Pressungen steil ab, so liefert der Eigenventilator auch unter den veränderten Druckverhältnissen annähernd die gleiche Luftmenge, wird also voll ausgenutzt.
Wesentlich ist für die Zusatzfremdbelüftung gemäss der Erfindung, dass der Eigenventilator von vornherein so bemessen wird, dass er entweder bei Reihenschaltung die grössere Luftmenge bei nicht zu starkem Abfall des Druckes oder bei Nebenschaltung den grösseren Druck bei nicht zu starkem Abfall der Luftmenge liefern kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen mit Eigenbelüftung und einer für die Spitzenleistung zuzuschaltenden Fremdbelüftung, dadurch gekennzeichnet, dass für den Eigenventilator im Belastungsbereich Durchschnittsbelastung-Spitzenleistung die von ihm geförderte Luftmenge oder der von ihm erzeugte Druck nahezu unveränderlich ist.