Verfahren und Einrichtung zum Kühlen von elektrischen Leitern einer ganz gekapselten, dynamoelektrischen Maschine Die höchste Leistung einer dyna.moelek- t.risehen Maschine, z. B. eines mit Wasser stoff gekühlten Turbogenerators, wird durch die Kühlung der Maschine, insbesondere durch die Kühlung des Läufers, begrenzt.
Die Erfin dung verwendet neuartige und verbesserte Lüftungseinrichtungen, um die Kühlung der :1lasehine zu erhöhen, so dass entweder die Leistung der Maschine erhöht oder bei be stimmter vorgeschriebener Leistung die Grösse der Maschine wesentlich vermindert werden kann. t Die mit Wasserstoff gekühlten. bekannten Turbogeneratoren besitzen meistens Schaufel- rider, die mit Wasserstoff üblicher Reinheit ein höchstes Druckgefälle von etwa 65 mm.
Wassersäule entwickeln und bei einem mitt leren Druck von 1 Atmosphäre mindestens etwa 2250 Liter je Minute je kMT abzuführen der Wärme durch besondere, relativ weite Ka näle im Kern der Maschine hindurchdrücken, um die Temperaturerhöhung der Stromleiter unterhalb einer bestimmten Höchstgrenze zu halten. Der höchste Temperaturanstieg für das aus den Kanälen ausströmende Gas beträgt nach den Richtlinien des American Institute of Eleetrical Engineers etwa 95 C, vermindert um die kleinste Temperaturdifferenz zwischen dem Kupfer und dem kühlenden Gas.
Der höchste zulässige Temperaturanstieg des Gases würde also 75 C betragen, wenn das kleinste Temperaturgefälle vom Kupfer zum Gas 20 C beträgt. Der Gasbedarf würde dann bei einem mittleren Druck von einer Atmosphäre in einer Maschine 700 Liter je Minute je kW von dem Gas aufgenommener Wärme sein. Beträgt der mittlere absolute Druck eine Atmosphäre, so gibt diese Menge an Wasser stoff oder Luft eine Temperaturerhöhung des Gases von 75 C.
Sobald der Gasstrom etwa 700 Liter je Minute je kW der. in den Läuferkanälen ab zuführenden Wärme in einer Maschine, die mit direkter Kühlung und bei einem mittleren innern Druck von etwa 1 Atmosphäre arbei tet, erreicht, wird ein Schwellenwert über schritten und die zulässige, in den Läufer kanälen abzuführende Wärme kann etwa pro portional zur Erhöhung der Durchflussmenge des Gases erhöht werden. Für einen unterhalb dieses Schwellenwertes liegenden Gasstrom würde die Gastemperaturerhöhung an einer. Stelle, an der das Gas aus dem Läufer ab strömt, so hoch sein, dass die-zulässige Tem peratur überschritten würde.
Um eine Durchflussmenge von 700 Liter pro Minute Lüftungsgas je kW erzeugter Wärme bei einem mittleren Druck von einer Atmosphäre zu erreichen, sind bei den sehr engen zur Verfügung stehenden Kanälen sehr hohe Gasdruckgefälle erforderlich. Wird Luft.
als Kühlgas verwendet, so ist der erforder liche Druckunterschied wenigstens achtmal so gross wie der bisher normalerweise verwendete Druekunterschied. Wird Wasserstoff als Kühl gas verwendet, so muss der erforderliche Druekunterschied von dem früher für ge wöhnlich entwickelten höchsten Druckunter schied von etwa 65 mm Wassersäule auf einen Druckunterschied von wenigstens 200 mm Wassersäule zwischen Eintritts- und Austritts punkt der Kühlkanäle erhöht werden.
Die Leistungsfähigkeit einer Maschine, die bei dem mittleren innern Druck von einer Atmosphäre arbeitet, kann also, wenn eine entsprechende Druckdifferenz für das Kühlgas erzeugt wird, dadurch erhöht werden, dass statt in bisher üblicher Weise mit einer Mindestmenge von 2250 Liter je Minute Kühlgas, das durch Ka näle im Eisenkern geführt war und die Lei ter indirekt kühlte, nun mit einer durch die Maschine strömenden Kühlgasmenge, die gleich oder. höher als der Schwellenwert von 700 Liter je Minute je kW abzuführender Wärme ist, gearbeitet wird, wobei das Gas durch in axialer Richtung verlaufende Kanäle strömt und eventuell in unmittelbaren Kon takt mit den Leitern gebracht werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren das Kühlen von elektrischen Leitern, die in Nuten eines Kernes von min destens einem Teil einer ganz gekapselten dynamoelektrischen Maschine liegen und sich in axialer Richtung erstrecken, mittels Gas, wobei ein Gasdurchfluss durch Kanäle in die sen Kernnuten bewirkt wird, um die in den Nuten liegenden elektrischen Leiter zu kühlen, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ga:; so durch die Kanäle geliefert wird, dass es zwischen Ein- und Austrittspunkt der Kanäle in einer Menge von mindestens 0,7 Kubik metern pro Minute und Kilowatt absorbier ter Wärme hindurchströmt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Durchführung des Ver fahrens. Die Einrichtung nach -dieser Erfin dung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten und elektrischen Leiter so angeord net sind, dass Kanäle für den Durchfluss von Küblgas in wärmeleitendem Kontakt mit deti elektrischen Leitern bilden, und dass ein Hoch druckgebläse vorhanden ist, um das Gas auf einen Druck zu bringen, der bewirkt, dass das Gas durch die Kanäle in einer Menge von mindestens 0,7 Kubikmetern pro Minute und Kilowatt absorbierter Wärme hindurchströmt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind in der beigefügten Zeich nung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 teilweise in Ansicht einen Längs schnitt einer dynamoelektrischen Maschine nach vorliegender Erfindung, Fig. 2 einen um 90 gedrehten Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1, wobei eine Gruppe von Statorblechen teilweise weggebro chen ist, um die angrenzenden radialen Lüf.'- tungskanäle des Stators zu zeigen, Fig. 3, 4 und 5 Querschnitte nach den Linien III-111,
IV-IV und V -V der Fig.1 von Leitern, die durch Nutenkeile in den: Nuten des Läuferkernes der Maschine gesi-. chert sind, Fig. 6 eine Draufsicht eines für den Läu fer bestimmten Nutenkeils, der im Mittelteil des Läufers verwendet wird, Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils der schematisch dargestellten Lüftungs anlage der in Fig. 1 dargestellten Maschine,
Fig. 8 einen Schnitt durch einen Teil des in Fig. 2 gezeigten Statorkernes mit einer Luftspaltabdeckung, Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Teil der in den Fig. 2 und 8 dargestellten Luftspalt- abdeekung, Fig. 7.0 einen Querschnitt eines Teils einer abgeänderten Wicklung, die in einer Läufer nut liegt und ans Leitern besteht, von denen jeder Leiter mehrere in Längsrichtung ver laufende Lüftungskanäle aufweist, Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Stirn verbindung (Wickelkopf)
der in Fig. 10 dar gestellten Wicklung, Fig. 12 eine Stirnansicht der Stirnverbin dung nach Fig. 11, Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Teil eines gelochten Nutenkeils, der bei den in Fig. 10 dargestellten Leitern benutzt wird, Fig. 14, 15 und 16 Querschnitte anderer Ausführungsformen von Nutenwieklungen, Fig. 17 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer gasgekühlten dynamo elektrischen Maschine,
Fig. 18 einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 17 gezeigten Maschine, Fig. 19 einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 17 gezeigten Maschine mit einer abge., änderten Gebläseanordnung, Fig. 20 einen Querschnitt nach Linie X2-XX der Fig. 18 durch eine Nut der Statorwieklung, und Fig. 21 eine Ansicht einer Stirnverbin- dung,
wie sie in der Statorwieklung der in %g. 1.8 dargestellten Maschine verwendet wird.
Die vollkommen eingekapselte dynamo elektrische Maschine nach Fig. 1 (Turbf,- generator) besteht aus einem umlaufenden. Läufer, der auf einer umlaufenden Welle 25 befestigt ist oder mit dieser Welle aus einem Stüek besteht. Die Welle 25 ist in zweck- e.#itsprechenden Lagern (nicht dargestellt) ge lagert. Der Läufer besitzt einen genuteten magnetisehen Kern mit einer Feldwicklung. Zwischen Ständer und Läufer ist ein Luft spalt vorhanden.
Der Ständer ist von üblicher Form und besitzt eine Wicklung 29, die von einem ge nuteten, aus Lamellen bestehenden magneti- >chen Eiern 30 getragen wird, der in einem feststehenden Aufbau sitzt.
Der feststehende Aufbau enthält ein Zylindergehäuse 31, das den Statorkern 30 mittels eines zylindrischen Rahmens 32 trägt, der von dem. Gehäuse 31 im Abstand steht. Ringförmige Stirnplatten 33 sichern die Stirn seiten des Rahmens und des Gehäuses. An den Stirnplatten 33 sind abnehmbare Stirnwände 34 befestigt, deren Mittelteile mit Wellendieh- tungen versehen sind. Die Stirnwände 34, die Ringplatten 33 und das Gehäuse 31 bilden zusammengesetzt eine geschlossene Ummante lung für die Maschine. Das Gehäuse wird für gewöhnlich mit einem zur Kühlung dienendes: Clas, z. B.
Wasserstoff oder andern leichten Ctasen, gefüllt, jedoch kann hilfsweise aueli Luft als Lüftungsgas verwendet werden. Das Gas kann einen mittleren Druck haben, der gleich dem Aussenluftdruck ist, kann aber auch irgendeinen andern Druckwert besitzen, z. B. 5 atü. Der Rahmen 32 besteht aus radial stehenden geschlitzten Tragplatten 36, die an der nach innen zu liegenden Fläche des Rah mens befestigt sind und Längsschienen 37 tra gen, auf denen die Statorbleche sitzen. Die Bleche werden durch Klammern 38 in ihrer Stellung gehalten..
An den Endteilen des Rahmens sind zwi- sehen den Stirnplatten und dem Statorkern Prallwände 39 von tellerförmigem Querschnitt vorgesehen, die sich nach einwärts zur Läufer welle hin erstrecken, während ihre Mittelteile axial einwärts gebogen sind, um Gehäuse für die auf der Läuferwelle sitzenden Schaufel räder 40, 41 zu bilden.
Der Rahmen besitzt Längskanäle 43, die in in den 'Pragplatten 36 vorgesehenen Öff nungen eingesetzt sind und von diesen Plat ten getragen werden. Die Innenkanten der Kanäle sind an den Längsschienen 37 be festigt. Die Kanäle 43 sind an ihren Stirn seiten offen, so dass sie mit den zwischen den Prall.w änden 39 und dem Statorkern befind lichen Räumen durch Ausschnitte der Klam mern 38 in Verbindung stehen. Die Kanäle 43 sind auch an ihrer radial einwärts gelege nen Seite offen, um die Verbindung mit den in Fig. 1 dargestellten radialen Lüftungs schlitzen 44, 45 herzustellen, wie aus Fig. 2 ersichtlich.
Die Statorlamellen sind in Gruppen ange ordnet, wobei zwischen den Gruppen radiale Liiftungsschlitze 44, 45 vorgesehen sind. Jeder Schlitz erstreckt sich von dem Aussenumfang des Kernes 30 zum Luftspalt hin und ist in Einlassschlitze 46 und Auslassschlitze 47 durch Abstandsstücke 48 unterteilt. Die Einlass- whlitze 46 verbinden die Kanäle 43 mit dem , Luftspalt, während die Auslassschlitze 47 den Luftspalt mit dem Raum verbinden; der zwi schen den angrenzenden Kanälen und dem. Rahmen 32 vorhanden ist.
Die Abstandsstücke 48 aller zweiten Lüftungsschlitze 44 sind mit i Bezug auf eine radiale Linie in der einer Richtung geneigt, während die Abstands stücke aller andern Lüftungsschlitze 45 in entgegengesetzter Richtung geneigt sind, so dass eine gleichmässige Kühlung um den Um fang des Statorkernes herum erfolgt.
Das aus den Auslassschlitzen 47 abströ mende Lüftungsgas strömt in Umfangsrich tung des Statorkernes zwischen dem Stator- kern 30, den Kanälen 43 und dem Rahmen 32 hindurch und strömt durch Längsreihen von Öffnungen 51 (Fig. 2) in den Rahmen 32 zu dem. zwischen dem Rahmen 32 und dem Ge häuse 31 liegenden Raum.
Die in dem umlaufenden Lüftungsgas vor handene Wärme wird durch übliche Kühler 53, 54 (Fig. 7) aufgenommen, die in Längs richtung in dem zwischen dem Gehäuse 31 und dem Rahmen 32 liegenden Raum in der Bahn des umlaufenden Lüftungsgases liegen. Es können vier Kühler mit zwei Kühleinheiten 53, 54 verwendet werden, 'die an gegenüber liegenden Seiten der Maschine aufgestellt sind, wobei eine Reihe von Öffnungen 51 in dem Zylinderrahmen vorgesehen ist, die in den Raum führen, der zwischen den Kühlern 53, 54 jedes Paares sich befindet. Jede Kühler einheit besteht aus mehreren längsgerichteten Rohren, deren Enden in einem Kopfstück be festigt sind, das an den Stirnringen sitzt, ur:i ein Durchsickern von Gas aus der Maschine zu verhüten.
Das Kühlen des Statorkernes beim Um lauf der Maschine erfolgt durch die Schaufel räder 40, 47., die an gegenüberliegenden Enden des Läuferkernes auf der Läuferwelle sitzen.. Jedes Schaufelrad 40, 41 drückt das Lüftungs gas über die Stirnverbindungen oder Wickel köpfe der Statorwicklung 29 und die Längs- Kanäle 43 zum äussern Umfang des Stator- kernes, dann radial einwärts durch die Ein lassschlitze 46 zum Luftspalt, dann entweder in Umfangsrichtung oder axial zu den Aus lasssehlitzen 47,
dann durch diese Auslass schlitze 47 nach auswärts und durch die Rah menöffnungen 51 hindurch in den Raum, der zwischen dem Gehäuse 31 und dein Rahmen 32 und zwischen zwei Kühlern 53, 54 sich be findet. Das zwischen den Kühlern beìndliehe Lüftungsgas teilt sich und strömt in entgegen gesetzten Richtungen durch die Kühler 53. 54 hindurch. Das Lüftungsgas teilt sich dann: wieder, um in Axialriehtung den beiden Enden des Gehäuses zu und dann radial einwärts durch die in dem Rahmen 32 befindlichen Öffnungen 57,<B>58</B> hindurch in die Räume zu strömen, die zwischen den Stirnplatten 34 und den Prallplatten 39 liegen.
Von hier -trömt das Gas den Schaufelrädern 40, 41 ztr, durch die es wieder durch die Maschine hin durchgeführt wird.
Um die Leistung der Läuferlüftung zu erhöhen, sind die in den Nuten. des Läufer kernes 26 befindlichen Läuferwicklungen 27 so ausgebildet und angeordnet, dass sie axiale Lüftungskanäle bilden, so dass das durch die Kanäle hindurebströmende Lüftungsgas in unmittelbare Berührung mit dem Metall der Wicklungsleiter gebracht wird. Die Stirnver bindungen oder Wickelköpfe 61 der Leiter 60 der axialen Läuferwicklungen 27 werden an jedem Stirnende durch einen Haltering<B>62</B> und eine Stirnplatte 63 festgehalten, die ge meinsam mit der -Welle 25 und der Stirnseite des Kernes umschlossene Räume 64, 65 be grenzen, in denen die Wickelköpfe 61 liegen.
Wie später erläutert wird, wird unter hohem Druek stehendes Lüftungsgas diesen umschlos senen Räumen 64, 65 zugeführt.
Die Anordnung der Leiter 60 innerhalb der Läufernuten ist aus den Fig. 3 bis ersichtlich. Die Leiter liegen isoliert über einander innerhalb der gradwandigen Nuten. Jeder Leiter hat einen ungefähr trapezförmi- gen Querschnitt. Die in jeder Nut liegenden benachbarten Leiter liegen spiegelbildlich zu- , einander, so dass die benachbarten Leiter eines Paares mit den isolierten Wänden der Nut in Längsrichtung des Läuferkernes erstreckende glattflächige axiale Lüftungskanäle 66 an gegenüberliegenden Seiten der Nut begrer_- < .
zen. Diese Kanäle münden an den Enden der Nuten in die umschlossenen Räume 64, 65.
Radiale Lüftungsschlitze 67 verbinden die axialen Lüftungskanäle 66 mit dem Luftspalt der Maschine. Die radialen Schlitze können s über die ganze Länge des Kernes im Abstand voneinander stehen oder, wie Fig. 1 zeigt, nur im Mittelabschnitt des Kernes vorgesehen sein. Die radialen Schlitze 67 erstrecken sich durch die einen Seitenteile der Leiter und der Nuten keile 68 hindurch. Ausserdem sind diese Sehlitze 67 auf gegenüberliegenden Seiten der Nuten gestaffelt angeordnet (s. Fig. 6).
Das unter Druck stehende Lüftungsgas kann dem Läufer durch eine Hochdruckv or- riehtung zugeführt werden, beispielsweise durch das einen grossen Durchmesser aufwei sende zweistufige Schleudergebläse 70, das an dem einen Ende der Maschine zwischen der Stirnplatte 34 und dem Schaufelrad 40 auf der Welle 25 sitzt. Das Gebläse 70 besteht aus dem Flügelrad 71 der ersten Druckstufe und dem Flügelrad 72 der zweiten Druckstufe und ausserdem aus damit zusammenarbeiten den feststehenden ringförmigen Verteilern 73, 74, wobei eine Rückleitung 75 von dem ersten Verteiler zum Einlass des zweiten Flügelrades 72 führt. Der Einlass des ersten Flügelrades 71 liegt in der Mitte längs der Welle 25 und neben dem Schaufelrad 40.
Das aus dem Ge bläse abströmende Lüftungsgas verlässt den zweiten Verteiler 74 und wird durch eine geeignete Leitungseinrichtung den an gegen überliegenden Stirnenden der Maschine be- findliehen Druckkammern 77, 78 zugeführt.
Wie Fig. 7 zeigt, kann diese Leitungs einrichtung ans einem spiralförmigen Gehäuse 79 mit allmählich zunehmendem Querschnitt bestehen, das an der einen Seite offen ist, um das Lüftungsgas aufzunehmen, das von dem zweiten Verteiler 74 her durch den Ring raum 80 strömt. Der schmalste Abschnitt und der breiteste Abschnitt des Gehäuses 79 sind durch Platten abgeschlossen, die durch einen Spalt 82 voneinander getrennt sind. Eine radial liegende Platte reicht über den Spalt 82 an der radial liegenden Aussenwand. des C,ehäuses 79 weg, um denjenigen Abschnitt des Ringraumes 80 zu schliessen, der den Spalt überbrückt.
Das Gehäuse 79 ist an seinem breitesten Abschnitt mit einem radialen An satzrohr 81 versehen, das in einen zwischen dem Rahmen 32 und dem Gehäuse 31 liegen den Stirnrahm mündet. Dieser Raum wird umschlossen durch das Gehäuse 31, den Rah men 32, die Ringplatte 33, die Längsplatten. 83, ,g4, 85 und durch ringförmige Platten segmente 86, 87. Die Plattensegmente 86 haben Öffnungen, durch die die Kühler 53, 54 hin durchgreifen.
Jeder Kühler besitzt eine Siche rungsplatte 88, die sich gegen das Platten- segMent 86 legt, um ein axiales Durchströmen des Lüftungsgases zwischen den eingeschlos- senen Endabschnitten und den Hauptab schnitten der Kühler zu verhindern. Dieser Endraum ist mit einem Kanal 90 verbunden, der in Längsrichtung zwischen dem Gehäuse 31 und dem Rahmen 32 liegt und sieh über die ganze Länge der Maschine zwischen den Stirnwänden 33 erstreckt. An dem Gebläse ende des Gehäuses ist ein Abzugskanal 91 mit dem Kanal 90 verbunden und führt radial nach einwärts durch das Gehäuse 79 hindurch zur Druckkammer 77, die von der Stirnplatte 34 und dem Gebläse 70 eingeschlossen ist.
In gleicher Weise liegt eine Druckkammer 68 am andern Ende der Maschine und wird zwischen einer Prallwand 94 und der Stirnplatte 34 ge bildet. Ein Abzugskanal 92 verbindet das an grenzende Ende des Kanals 90 mit der Druck kammer 78.
Die Verbindungseinrichtung zur Verbin dung der. in dem Läufer vorhandenen Lüf tungskanäle 66 mit den Druckkammern 77, 78 besteht aus in der Welle 25 vorgesehenen axialen Kanälen, die durch Nuten 93 gebildet werden, die an beiden Enden der Maschine in der Welle vorgesehen sind. An einem Ende der Welle werden die Nuten 93 von dem Lager für das Gebläse 70 und von dem Schaufelrad 40 umschlossen, so dass die durch diese Nuten 93 gebildeten. Kanäle nur in die Druckkam mer 77 und in den die Wickelköpfe enthal tenden Raum 64 münden. Am andern Ende der Welle werden die Nuten 93 von dem Lager für das Schaufelrad 51 umschlossen, so dass die durch diese Nuten 93 gebildeten Ka näle nur in die Druckkammer 78 und in den die Wickelköpfe enthaltenden Raum 65 mün den.
Beim Betrieb des Turbogenerators saug t das Gebläse 70 das Lüftungsgas aus den Kühlern 53, 54 durch die Öffnungen 57, durch die das Lüftungsgas ebenfalls von dem Schau felrad 40 abgesaugt wird. Eine ringförmige Prallplatte 95 kann in der Nähe der Prall wand 39 befestigt und in dem zwischen dem Gebläse 70 und der Prallwand 39 befind- lieben Raum radial angeordnet sein, um zu verhüten, dass ein durch das Gebläse 70 er zeugter Saugzug den Fluss des Lüftungsgases zum Schaufelrad. 40 hin stört. und. um ferner zu ermöglichen, dass das Lüftungsgas in ent gegengesetzten Richtungen durch das Schau felrad 40 und das Gebläse 70 strömt.
Das Lüftungsgas tritt in den Einlass des ersten Flügelrades 71 ein und wird dadurch in den Verteiler 73 gedrückt. Vom Verteiler<B>73)</B> strömt das Lüftungsgas durch die Rückleitung 75 zum Ein.lass des zweiten Flügelrades 72, das das Gas in den Verteiler 74 drückt. Vora Verteiler 74 strömt das Lüftungsgas durch de-ii Ringraum 80 in das Spiralgehäuse 79, das zum Raum 80 hin offen ist, dann durch das Gehäuse 79 und das radiale Ansatzrohr 81 in.
den Stirnraum, der die Endabschnitte zweier Kühler 53, 54 enthält, dann in Um- fangsriehtung längs der ringförmigen Platten segmente 86, 87 an diesen beiden Kühlerab schnitten vorbei, die einen wesentlichen Teil der in. dem Lüftungsgas enthaltenden Wärme aufnehmen. Von den Endabschnitten der Kühler strömt dann das Lüftungsgas nach den Kanälen 90 und 91, wo sich das Lüftungs gas in zwei Teilströme unterteilt.
Der eine Teilstrom des Lüftungsgases strömt radial ein wärts durch. den Abzugskanal 91 zu der an dem einen Ende der Maschine gelegenen Druckkammer<B>77.</B> Der andere Teilstrom des Lüftungsgases strömt in Längsrichtung der Maschine durch den Kanal 90 und dann durch den Abzugskanal 92 radial einwärts zu der am andern Ende der Maschine gelegenen Druckkammer 78. Das in den Druckkammern 77, 78 befindliche Lüftungsgas hat einen ver hältnismässig hohen Druck gegenüber deni Druck des Lüftungsgases, das dem Stator durch die Schaufelräder 40, 41 zugeführt wird.
Das zum Kühlen der Läuferleiter 60 dienende Gebläse 70 entwickelt das Fünf- fache des normalen Druckes, der durch die zum Kühlen des Statorkernes dienenden Schaufelräder 40, 41 erzeugt wird. Wird Wasserstoff als Lüftungsgas verwendet, so muss das Gebläse 70 zum Beispiel ein Druck gefälle von ungefähr 380 mm Wassersäule ent wickeln. Wird Luft als Lüftungsgas verwen det, so muss das Gebläse 70 zum. Beispiel ein Druckgefälle von über 113 Atmosphäre erzeu gen.
Unter. einem solchen verhältnismässig hohen Druck strömt das Lüftungsgas aus der.. Druckkammern 77, 78 axial durch die Wellen nuten 93 in die umschlossenen Räume 64, 65. wo die Stirnverbindungen der Läuferwicklun gen liegen, dann in die Einlässe der axialer: Kanäle 66, die neben den Läuferleitern liegen, wobei das Gas mit sehr hohen Geschwindig keiten längs der Leiter und in unmittelbarer Berührung damit fliesst und dann radial durch die radialen Läuferschlitze 67 in den Luftspalt der Maschine hinein.
Das aus dem Läufer abströmende Lüftungsgas strömt ra dial durch die Lüftungsschlitze 44, 45, die sieh radial durch den Statorkern.erstrecken. Die Schaufelräder 40, 41 können mit dem Ge bläse 70 zusammenarbeiten, um das den Läu fer kühlende Lüftungsgas zusammen mit deriz den Stator kühlenden Lüftungsgas durch die in den Statorkern vorhandenen Lüftungs schlitze 44, 45 zu drücken.
Die Menge des durch den Läufer strömenden Lüftungsgases beträgt wenigstens 700 Liter je Minute je kW zu entfernender Wärme bei einem mittleren Druck von 1 Atm.; dadurch kann erreicht werden, dass die Temperaturerhöhung des Lüftungsgases nicht mehr als 75 C beträgt. Wird Wasserstoff als Lüftungsgas verwendet, so muss der Wasserstoff zwischen dem Ein tritts- und Austrittspunkt der Läuferkanäle ein Druckgefälle von wenigstens 200 mm Was sersäule aufweisen.
Das aus dem Rotor abströmende heisse Lüfftngsgas kann eine Erwärmung der Stator- spulen verursachen und kann dem Fluss des Lüftungsgases durch die Statoreinlassschlitze 46 zum Luftspalt entgegenwirken.
Damit dieses aus dein Läufer stammende Lüftungs- gas keine merkbare Erwärmung der Stator- spulen verursacht und dem. radial nach ein wärts fliessenden, aus dem Stator austreten den Lüftungsgas nicht entgegenwirkt, beson ders wenn das den Läufer verlassende Lüf tungsgas nur auf einem kleinen Abschnitt des Läufers austritt, kann eine koaxiale Ab deck ung 96 im Abstand zu der innern Uni- fanjsfläehe des Statorkernes 30 vorgesehen sein, wie die Fig. 2, 8 und 9 zeigen.
Diese Abdeckung erstreckt sich über die Ausström.- fläche des Läufers hinaus, wie Fig. 1 zeigt. Die koaxiale Abdeckung 96 besteht aus Brük- ken <B>97,</B> die aus beliebigem geeignetem 1Vlate- rial hergestellt werden können, z. B. aus ge- schiehtetem Kunststoff.
Die Brücken 97 wer den durch die angrenzenden Nutenkeile 98 des Stators getragen, die zu diesem Zwecke ent- spreeliend geformt sind. Jede Brücke 97 be sitzt, eine in. ihrer Mitte gelegene Längsrippe 99, die an einen der Statorzähne anstösst.
Längs der Abdeckung des Statorkernes strömt, das aus dem Stator kommende Lüftungsgas in die Einlassschlitze 46 zum Luftspalt, ström:: dann nur axial in den zwischen den Brücken 97 und den Statorzähnen liegenden Räumen zu einem in der Nähe liegenden Auslassschlitz 47. Die Brücken sind mit Bohrung 100 ver sehen (Fig. 9), die nur mit den Auslass- schlitzen 47 in Ausrichtung liegen.
Die Boh- riing-en 100 liegen neben der Rippe 99 und in Drehrichtung des Läufers gesehen längs der Vorderseite dieser Rippen, so dass die von dein Läufer ausströmenden heissen Lüftungs gase nicht auf die Spulenseiten, sondern auf die Rippe 99 auftreffen und durch die Aus lassleitungen 47 geleitet werden, die zwischen zwei Abstandselementen 48, 49 von den Spu- lenseiten abgewendet liegen. Die heissen Läu- f.'ergase vermischen sich also sehr wenig mit den in dem Statorkern befindlichen Kühlgasen für den Stator.
Nach dem Austritt aus dem Statorkern vermischen sich die von den. Schaufelrädern 40, 41 und von dem Gebläse 70 stammenden LiitFtungsgase, die in Umfangsrichtung des Statorkernes, dann weiter radial durch die Rahmenöffnung 57 zwischen zwei Kühlern 53, "04, dann in Umfangsrichtung in entgegen gesetzten Richtungen an den Hauptabschnit ten dieser Kühler vorbei und dann durch die Öffnungen 57, 58 zurück zum Gebläse 70 und zu den Schaufelrädern 40, 41 strömen, um wieder durch die Maschine hindurchzulaufen.
Gemäss der Ausführungsform nach. Fig. 10 ; bis 13 besteht jeder Leiter 103 aus zwei über einanderliegenden Kupferstreifen 104, deren Oberflächen sich berühren. Jeder Streifen hat in der Berührungsfläche des Streifens meh rere Längsnuten, die beispielsweise durch Frä sen hergestellt sind und die zusammen meh rere axiale Kanäle 105 bilden. Jeder Streifen hat also eine in Berührung mit dem Lüftungs gas stehende, sehr wesentlich erhöhte Ober fläche im Vergleich zu einem einzelnen Kanal gleicher Querschnittsflä:che. Die Stirnverbin dungen oder Wickelköpfe der Leiter 103 haben in den sich gegenseitig berührenden Flächen.
querliegende Nuten, durch die Querkanäle 106, 107 gebildet werden, die die Längskanäle mit den Aussenflächen jedes Stapels verbin den, der in den unter den Halteringen 62 lie genden umschlossenen Räumen 64, 65 sich befindet. Diese Querkanäle dienen zum Ein führen von Belüftungsgas. Das Belüftungs gas strömt in die Leiter durch die in den Wicklungsenden befindlichen Querkanäle 107 ein. Weiteres Belüftungsgas strömt durch die Querkanäle 106 ein, die an der Stelle vorge sehen sind, an der die Leiter in den Rotorkern eintreten. Entsprechende radiale Lüftungs öffnungen sind in dem Stapel von Läufer leitern. zwischen den Enden des Läuferkernes vorgesehen.
Diese radialen Lüftungsöffnungen 109 treten durch einen die Nut schliessenden Keil 108 hindurch, stehen in Längsrichtung auf Abstand voneinander und sind mit den in den Leitern befindlichen axialen Belüf tungskanälen verbunden. Die Fig. 14 bis 16 zeigen andere Ausfüh rungsformen der in den Nuten liegenden Lei ter, die verwendet werden können, um eine Wicklung mit axialen Lüftungskanälen her zustellen, bei der das Lüftungsgas in unmittel barer Berührung mit den Leitern liegt. Diese Leiter 111., 112 und<B>1.12</B> bilden axiale Kanäle, die zwischen den Leitern und den gradwan- digen Kernnuten sich befinden und in deren Wicklungsköpfe das Lüftungsgas eintreten kann.
Das Verfahren, den Läufer einer dvnam.o- elektrischen. Maschine mittels eines Druck gebläses für das Läuferkühlgas zu kühlen, kann ausser für den Läufer auch für den Stator angewendet werden. Bei dem vollkom men eingeschlossenen gasgekühlten Turbogene rator nach den Fig. 1.7 und 18 wird Druckgas dem Läufer 115 und auch dem Stator 116 zugeführt. Der Läufer besteht aus einem Stück mit einer umlaufenden Welle 117 oder ist auf dieser Welle befestigt und enthält: axiale Wicklungen 11.8 in einem genuteten Kern.
Die '%Vicklungen 11.8 enthalten Leiter, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass ein Lüftungsgas in axialer Richtung durch den Läuferkern und in direkter Berührung mit dem Kupfer der Leiter strömt. Eine der artige Wicklung kann die in den Fig. 3, 10 oder 14--16 dargestellten Leiter enthalten, besitzt vorzugsweise jedoch die in Fig. 3 dar gestellten Leiter. Die Läuferwicklungen bil den Wicklungsköpfe, die durch einen Halte ring und eine Stirnplatte 119 gehalten wer den. Die Stirnplatte besitzt Eintrittsöffnun gen 120 für das Lüftungsgas, das in offene axiale Lüftungskanäle der Wicklungsköpfe eintritt.
Vorzugsweise sind in den Wicklungs stäben und in den Läufernutenkeilen keine radialen Lüftungskanäle vorgesehen. Das Lüftungsgas strömt längs der Leiter von dem einen Ende des Kernes zum andern Ende des Kernes.
Der Stator 11.6 besitzt einen genuteten Kern aus Lamellen mit einer axialen Wick lung 114, die aus Leitern, wie oben beschrie ben, vorzugsweise aber aus bandförmigen Lei tern. besteht, wie sie in den Fig. 20 und 21 dargestellt sind. Die Bänder 121 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Nut gestapelt und sind durch mehrere in Längsrichtung der Leiter sich erstreckende Metallrohre 122 mit. hohem Ohmschem Widerstand auf Ab stand voneinander gestellt. Diese Rohre 122 mit hohem Ohmschem Widerstand bestehen vorzugsweise aus einem Metall (z.
B. aus den z Markenprodukt Monel -Metall ), dessen Ohmscher Widerstand 38mal so gross ist. wie der des Kupfers, so dass die Stärke der Rohre grösser als die Dicke mehrerer Bänder zusam tuen sein kann, ohne dass in den Rohren un zulässige Wirbelstromverluste auftreten. Die Stirnverbindungen enthalten einen Halter 1.23, der die auf Abstand stehenden Endteile der beiden Leiter aufnimmt und längs seiner. Seiten mit den Bändern der Leiter verlötet ist.
Die Enden der Rohre 122 reichen in einen Fensterausschnitt des Halters 123 hinein, so dass das Lüftungsgas in die Rohröffnungen eintreten und durch die Rohre von einem Ende der :Maschine zum andern Ende der Maschine hindurchströmen kann, so dass eine gute Wärmeübertragung von den Bändern der Leiter stattfindet.
Der Statorkern kann ebenfalls mit dureli den geschichteten Kern hindurchgehenden axialen Lüftungskanälen versehen sein, die aus übereinanderliegenden, in den Blechen vorgesehenen Bohrungen bestehen, durch die Kanäle 1\L4 gebildet werden, die zwischen den Klemmen an den Stirnseiten des Kernes mün den und in, der Nähe der Kernnuten liegen, die die Statorwieklungen enthalten. Diese Kanäle leiten zwischen den Stirnseiten der Maschine eine begrenzte Menge des zum Küh len des Stators dienenden Lüftungsgases.
Um den Fluss des Lüftungsgases durch deit Luftspalt hindurch zu begrenzen, ist ein Ring teil 134 aus beliebigem Material, beispielsweise aus Kunstharz, auf dem Statorkern befestigt.
Der. Druckerzeuger besteht aus einem ein stufigen Gebläse 125, das auf der Welle an dem einen Ende der Maschine vorgesehen ist. Das Gebläse saugt Lüftungsgas durch die in dem Maschinengehäuse befindlichen Kanäle 127, die mit den in Längsrichtung der Ala- sehine an gegenüberliegenden Seiten sich be findenden Kühlern 128 verbunden sind. Das Gebläse besitzt einen Verteiler 126, der ver dichtetes Lüftungsgas in eine Druckkammer 132 leitet, die den an die Stirnseiten des Stators und des Läufers angrenzenden Raum einnimmt.
Von diesem Raum strömt das Lüftungsgas in die in der Statorwicklung und der Läuferwicklung befindlichen axialen Ka näle sowie in den Luftspalt und die in dem Statorkern befindlichen Kanäle und strömst dann mit hoher Geschwindigkeit durch dies Kanäle hindurch zum. andern Ende der Ma schine, wo die Kanäle 129 das Lüftungsgas durch die Kühler zurück zum Gebläse leiten.
Die Grösse der Kanäle 124 im Statoreisen und die Grösse der durch die Rohre 122 in den Eisenkanälen für das Lüftungsgas sind so bemessen, dass das durch diese Rohre durchströmende Gas eine Abweiebunder Dehmung der in den Eisenkanälen liegenden Leiter und des Statoreisens und damit relative Verschiebungen zwischen den Leitern und dem Eisen des Stators ausschaltet, wenn die Maschine nahe der üblichen Belastung arbeitet.
Infolge des hohen Druckgefälles, das durch das Gebläse<B>1.25</B> erzeugt wird, wird dass Kern eisen des Stators durch die durch die Kern lamellen hindurchgehenden axialen Kanäle wirkungsvoll gekühlt, ohne dass selbst bei den längsten Maschinen radiale Schlitze verwendet werden müssen. Auf einer gegebenen Kern län ge lässt sich also eine wesentlich grössere Menge Kerneisen verwenden.
Fig. 19 zeigt einen der Fig. 18 ähnlichen Turbogenerator mit einem Gebläse 130, dass das Lüftungsgas aus den axialen Lüftungs kanälen des Stators und des Läufers saugt. Das Gebläse 130 drückt das Lüftungsgas durch den Verteilerkanal 131 über die Kanäle 127 unmittelbar in die Kühler 128. Bei dieser An ordnung wird das Lüftungsgas durch die Kühler 128 gedrückt, die die durch die Wir kung des Gebläses erzeugte Wärme aus dem Gas aufnehmen. Von den Kühlern strömt das Gas in eine Druckkammer 133. die an dem dem Gehäuse 130 gegenüberliegenden Ende der Maschine liegt und wird dann durch den Statorkern und den Läuferkern zurück zum Gebläse 130 gesaugt.
Das Druckgebläse 130 kann auch zum Kühlen des Stators und des Läufers eines Tutrbogenerators verwendet werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Bei Ersatz des in Fig. 19 dargestellten Stators durch den in Fig. 1. dargestellten Stator drückt das Druck gebläse 130 das Lüftungsgas durch die axialen Statorkanäle von dem Geblüseende der Ma schine zum andern Ende.
Das Druckgebläse drückt auch das Lüftungsgas in beide Enden des Läufers durch die axialen Läuferkanäle und die radialen Schlitze zum Luftspalt und dann axial durch den Luftspalt zum andern, E nde der Maschine. Die Grösse des Luft- spaltes an dem Gebläseende der Maschine ist durch einen Ring 134 begrenzt, der den axialen Fluss des Lüftungsgases nach diesem Ende des Luftspaltes zu im wesentlichen ver-- hiitet.