Gasgekühlte Dynamomaschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasgekühlte Dynamomaschine mit einem Ven- tilationsschil.d im Luftspalt zwischen Rotor und Stator.
Die grösste Leistung einer Dynamoma- sehine ist von der Möglichkeit abhängig, die in der Maschine entwickelte Wärme abzufüh ren:, d. h. die Maschine entsprechend zu küh len. Bei gasgekühlten Dynamomaschinen, bei denen das Kühlgas aus dem Rotor in den Luftspalt tritt-, um durch die radialen Ventila- t.ionskanäle des Stators abzufliessen, nimmt die Wirksamkeit der Statorkühlung jedoch ab,
wenn das aus dem Rotor austretende Ven tilationsgas auf den einwärts gerichteten Fluss des Statorventilationsgases oder auf die Spu- lenseite der Stat.orwickäungen auftrifft.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasgekühlte Dynamomaschine mit einem Sta tur, der durch einen Gasstrom gekühlt wird, der radial nach innen durch im Statur radial verlaufende Einla.sskanäle zum Luftspalt und wieder radial nach aussen durch im Stato-r radial angeordnete Auslasskanäle fliesst, mit einem Rotor, der durch einen Classtrom ge kühlt.
wird, der durch längsverlaufende und durch radial verlaufende Ventilationskanäle im Rotor fliesst., wobei das den Rotor venti lierende Gas vom Luftspalt radial auswärts durch Aus@lasskanälie im Stat:or fliesst, und mit einem Schild, der koaxial im Abstand vom Statür im Luftspa.It befestigt ist. Die Dynamo- masehine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schild im Luftspalt;
einerseits Durchgangswege zwischen den Sta- toreinlass- und den Statorauslasskanälen schafft und anderseits den Gasübertritt aus den Rotor- in die Stator@einlasskanäle, die sich gegenüberliegen, sperrt, jedoch den heissen, aus dem Rotor austretenden Ventilationsgasen ermöglicht, in die Stat@orausilasskanäle zu strö- m en.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsge- genstandes sind in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht-. Es zeigen: Fig. 1 eine teils im Längsschnitt und- teils in Ansicht dargesteIlte Dynamomaschine,
Fig. 2 einen radialen Querschnitt eines Teils des Statorkernes und des Rotorkernes der in Fig. 1 dargestellten Maschine mit einem Luftspaltschild, und einer belüfteten R.oto:r- wicklung, Fig. 3 eine Tei:
lansieht eines Abschnitts der Innenumfangsfläche des Statorkerns mit dem in Fig. 2 dargestellten Luftsp@adtschüd, Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils des Statorkernes und des Rotorkernes einer zwei ten Aiusführungsform nach dieser Erfindung mit einem LuftspaltschIld und mit Längs- ventilationskanälen im Rotorkern,
Fig. 5 eine Draufsncht auf einen Teil des in Fig. 4 dargestellten Rotorkernes, Fi-. 6 einen Schnitt durch einen Teil dein Statorkerne;s und -gehäuses und bringt den Durehfl.uss des Kühlgases vom Kern durch die Kühler der Maschine nach Fig. 1 zur Darstellung.
Die in Fig. 1 dargestellte Dynamoma- schine ist ein völlig eingekapselter wasser.. stoffgekühlter Turbogenerator. Die Ventila- tionsanordnun- für die Maschine ist im Pa tent Nr.<B>323433</B> beschrieben und auch auf Dynamomaschinen anwendbar, die luftge kühlt sind und ein zur Aussenluft. offenes Gehäuse haben. Der dargestellte Turbogene rator hat einen Rotor, der auf einer Welle 11 sitzt.
Der Rotor enthält. einen genuteten Ma- ,,metkern 12 mit einer Feldwicklung.
Der Stator ist von üblicher Form und enthält eine Ankerwicklung 14, die in einem gerutet.en, aus Lamellen bestehenden Magnet- kern 7.:5 getragen werden, der in einem orts- feasten Träger sitzt.
Der ortsfeste Träger besteht aus einem z1-lindrisehen Gehäuse 16, dass den Stator- kern 15 an einem Zwischenzylinder 17 trägt, der von dem Gehäuse 16 in Abstand steht.
Radiale kräftige Ringplatten 18 verbinden die Stirnseiten des Zwischenzylinders und des Gehäuses. An den Ringplatten 18 befestigte ahnehmbare Stirnschilde 19 tragen in ihrem Mittelabschnitt Wellendichtungen. Die Stirn schilde, die Ringplatten und das Gehäuse bilden gemeinsam eine völlig geschlossene Um- mantelun- für die Maschine. Das Gehäuse wird in üblicher Weise mit.
Ventilationsgas, z. B. Wasseistoff, gefüllt. Der Zwisehenzylin- der 17 weist gelochte radiale Tragplatten 21 auf, die an der radial einwärts, liegenden Innenfläche des Zwischenzylinders befestigt sind und Längsschienen \?2'. tragen, auf denen die Statorlamelleil sitzen. Klemmkörper 23 halten die Lamellen in ihrer Stellung.
An den Strnahsehnitten sitzen zwischen den Stirnschilden und dem Statorkern die Schilde 24, die sich quer zur Rotorwelle er strecken und deren Teile bei der Rot-orwelle in Längsrichtung zu dieser gegen den Stator- kern umgebogen sind, um Gehäuse für die auf .der Rot.orwelle sitzenden Ventilatoren<B>26</B> 27 zu bilden.
Der ZB-linder 17 enthält in Längsrichtung liegende Zuführleitungen 29, die in Öff- nungen der radialen Platten 21 eingesetzt sind- und von, diesen. Platten geha-iten, sind.
Die Innenkanten der Leitungen 29 rsind an den Längsschienen 22 befestigt. Die Zu- führl;eitungen 29 sind an ihren Enden offen, so d@ass sie die: zwischen den Schilden 24 und dem Statorkern liegenden Kammern um die Klemmkörper 23 herum verbinden.
Die Zu führleit.uncen sind auch an ihrer radial innen gelegenen @Seite offen, so dass sie mit d-en radialen Ventilationskanälen 30, 31 des Sta- torkernes in Verbindung stehen.
Die Statorkernlamellen sind in Gruppen angeordnet, die zwischen. sieh radiale Venti lationskanäle 30,<B>31.</B> lassen. Jeder Kanal reicht. von dem Aussenumfang des Kernes 15 bis zum Luftspalt und ist mittels Abstandsstücken 34, die je an den benachbarten äussern Lamel len zweier benachbarter Gruppen befestigt sind, in Einzelnkanäle unterteilt, wobei, in Umfangsrichtung gesehen, jeweils die Ka näle zwischen aufeinanderfolgenden,
mit Wicklungen versehenen Nuten abwechselnd als Einlasskanäle 32 bzw. Auelasskanäle 33 ausgebildet sind (Fig. 4).
Die Einlasskanäle 32 verbinden die Zufülirleitunwen 29 mit dem Liiftapalt -und die AusPasska.näle 33 verbinden den Luftspalt mit der zwischen dein Stator- kern und dem Zylinder 17 sowie der Aussen seite der Ztiführl@eitun_eii 29 vorhandenen Kammern.
Die am nicht genuteten Teil der Lamellen befindlichen Abstandsstücke 73, 74 (Fig. 4) liegen entgegengesetzt schräg zu den Radiallinien. Hierdurch wird eine bekannte Spiralanordnung geschaffen, in der die Spiralen neben:
einanderliegender ra dialer Ventilationskanäle 30, 31 in entgegen- gesetzter Richtung verlaufen, so dass eine gleichmässige Kühlung um den Umfang des Statorkerns erhalten wird.
Das aus dien Au(slasshanäleii 33 austre- tend,e Ventilationsgas, ,strömt gemäss Fig. 6 in Umfangsriehtun; zwischen dem Statorkern 15, den Zuführleituin gen 29 und dem ZyIin- der 17 und durch die in dem Zylinder 17 be findlichen Länb reihen von Öffnungen 80 in die zwischen dem Zylinder 17 und .dem Gehäuse 16 und, zwei Kühlern 36, 37 liegende Kammer 81.
Die in dem Ventilationsgas vorhandene Wärme wird von den Kühlern 36, 37 auf genommen, die in Längsrichtung in der zwi- sehen dem Gehäuse 16 und dem Rahmen 17 vorhandenen Kammer 81 in der Bahn des Gases liegen. Es werden vier Kühler ver wendet, von denen je zwei Kühler an gegen- iiberliegend@en Seiten der Maschine aufgestellt ,sind.
Die Kühlung des Statorkernes erfolgt während des Betrie=bs der Maschine mittels Ventilatoren 26, 27, die au=f der Rotoi,-welle an gegenüberstehenden Enden des Rotorker- nes vorgesehen sind. Jeder Ventilator 26, 27 bläst Gas über die Wi=ckelköpfe der Stator- wieklung 14, von do=rt in die ZuführIeitungen 29 zu der Umfan,-,
sfläche des Statorkernes, dann radial einwärts durch die Einlasskanäle 32 zum Luftspalt, dann entweder in Um fangsrichtung oder in Längsrichtung züi d=en Aiuslasskanälen 33, dann radial nach aussen durch diese Aiusl:asskanäl@e 33 hindurch und schliesslich radial du=rch die Zylinderöffnun gen 80 in die zwischen dem Gehäuse 16 und dein Zylinder 17 liegende Kammer 81 sowie zwischen die beiden Kühler 36, 37.
Dann ver. teilt sich dass Gas und strömt in Umfang9- richtung in entgegengesetzten Richtungen über die benachbarten Kühler (siehe Fig. 6).
Dann teilt sich das bereits geteilte Gas wie der und strömt in Längsrichtung zu beiden Stirnenden des Gehäuses -und von dort ra dial einwärts über die in dem Zylinder 17 befindlichen Öffnungen 38 in die Kammern, die zwischen den Stirnschilden 19 und den Schilden 24 liegen, zurück zu d=en Ventilatoren 26, 27, um wieder dureh die Maschine hin durchgeleitet zu werden.
Der Statorkern ist mit einer Einricbtung <B>t</B> ausoerüstet die aus einem Schild 40 besteht, n<B>5</B> der in dem Luftspa=lt zwischen dem Rotor und dem Stator in der Zone liegt, in der der Aus la13 der Rotorgase in dien Luftspalt erfolgt. Dieser Schild ist an :der innern Umfangs- fläehe des Statorkern,es koaxial zum Kern an geordnet.
Der Schild 40 besteht ans Brücken 41, die aus einem beliebigen Stoff bestehen, z. B. aus einem geschichteten Kunstharz. Die Brücken 41 werden von benachbarten Keilen 42 getragen. Die Keile, 42i sind zu diesem Zwecke entsprechend geformt und haben in ihren Seitenwänden Nuten, in die die Brücken eingeklemmt werden.
Jede Brücke 41 hat wenigstens eine Längrsrippe 43, die an einem der Statorzähnd anliegt.
Längs .des Schildabschnittes des Stator- kernes strömt das in den Einla.sskanälen 32 befindliche Statorgais zu dem zwischen dem Schild 40 und d)em Umfang der :Stato:
rzähne liegenden Luftspaltraum und strömt dann nur in Längsrichtung zu einer benachbarten Aiuslassöffnung 33 des Statorkernes. Die Briicken 41 haben Öffnungen, z. B.
Bohrun gen 44, die nur mit den Statorauslasskanälen 33 fluchten. Die Bohrungen liegen in der Nähe der Rippen 43, und zwar längs der mit Bezug auf die Umlaufrichtung des Rotors führenden Seite der Rippen, so @dass das au, dem Rotor austretende warme Ventilations gas nicht .auf die Seitenwand der ,Statorwick- lung,
sondern. auf die Rippen 43 und d!ie Abstandsstücke 34 auftrifft, die von den Wicklungsseiten auf Abstand liegen.
Um den Wirkungsgrad der Roto:rventila- tion zu erhöhen, sind die Rotorwicklüngen in dien Nuten des Rotorkernes so angeordnet, dass längsgerichtete Ventilationsleitungen ent stehen, die das durchströmende Ventilations gas in unmittelbare Berührung mit dem Me tall der Wicklungsleiter bringen.
Die Wik- kelköpfe 47 der Rotorwick Jung werden an jedem Ende von einem Haltering 48 und einer Stirnscheibe 45 in ihrer Stellung gehalten, die gemeinsam mit der Welle und der Stirn wand :de=s Kernes die die Wicke=lköpfe 47 aufnehmenden Kammern 49, 50 umschliessen. Ventilationsgas wird den umschlossenen Kam mern 49, 50, wie nachstehend beschrieben, zugeführt.
Eine vorteilhafte Ausbildung und Anord nung :der Leiter 46 innerhalb der Rotor- nuten ist in Fig. 2 dargestellt. Die Leiter liegen innerhalb der geradwandigen Nuten isoliert übereinander. Jeder Leiter hat einen etwa trapezförmigen Querschnitt.
Benach barte Leiter eines Paares. wirken mit den isolierten Wänden der Nut zusammen, um zwischen diesen Teilen auf gegenüberliegen- den Seiten der Nut eine in Längsrichtung ver laufende Ventilationsleitung 51 zu bilden, die über die gesamte Länge des Rotörkernes reicht.. Die Leitungen sind an den Enden & @r Nuten offen und münden in die umschlos- senen Kammern 49, 50.
Radiale Venti:lationskanäle 52 verbinden die Längsleitungen 51 mit dem Luftspalt der Maschine. Die radialen Kanäle 52 liegen zwi schen den Enden der Nuten der Rotorleiter und können über die gesamte Länge des Ker nes gleichmässig verteilt. oder auf dem Mittel abschnitt des Kernes, wie in Fig. 1 dar gestellt, konzentriert sein.
Die radialen Ka näle 52 reichen durch die Seitenabschnitte der Leiter sowie dlie Seitenabschnitte der Rotornutendeckel 53 hin@dureh. Die Kanäle 52 stehen an gegenüberliegenden Seiten der Nu ten versetzt zueinander.
Das Ventilationsgas wird dem Roto@r mit tels eines Hoehdruekgebläses zugeführt, das aus einem zweistufigen Schleudergebläse 55 besteht, das auf einem Ende der We=lle zwi schen einem Stirnschild 19 und dem Ventila tor 26 sitzt. Das Gebläse 55 hat. eine erste Stufe 56 und eine zweite Stufe 57. Der Ein lass zur ersten Stufe 56 lieg . in der Mitte derselben längs der Welle und in der Nähe des Ventilators 26.
Das aus dem Gebläse kom mende Ventilationsgas wird! durch eine zweck entsprechende Einrichtung ,den an ge\;,enüber- liegend'en Stirnseiten der Maschine vorgese henen Druckkammern 58 und 59 zugeführt.
Eine derartige Einrichtung ist in der oben erwähnten Patentanmeldung dargestellt und beschrieben. Die Einrichtung, die das Gebläse 55 mit den Druckkammern 58, 59 verbindet, besteht aus einem Spiralgehäuse 60, das an einer Seite offen ist und das aus,dem Gebläse 55 das über die Öffnung 61 zuge führte Ventilationsgas aufnimmt.
Das azuy dem Spiralgehäuse 60 austretende Ventila tionsgas strömt über eine Stirnkammer 81, die von dem Gehäuse 16, dem Zylinder 17, der Stirnplatte 18 und von einem Rin:gseheiben- segment 62 umschlossen wird.
An diese Stirnkammer 81 schliesst sich ein Kanal 63 an, .der in Längsrieht.ung zwi schen dem Gehäuse 16 und dem Zylinder 17 liegt und sich über die gesamte Länge der Maschine zwischen den Endringen 18 er streckt.
Am Gebläseende des Gehäuses ist ein Zugkanal 64 mit. dem Kanal. 63 verbunden und führt. radial einwärts zu einer Druck- kamxner 58, die von dem. Stirnschild 19 und dem Gebläse; gebildet wird. Eine ähnliche Drueklzammer 59 befindet. sieh am andern Ende der Maschine zwischen der Ringwand 65 und dem benachbarten Stirnschild 19.
Ein Zugkaxial 66 verbindet, das abliegende Ende des Kanals 63 mit .der Druckkammer 59.
Zur Verbindung der Längsleitungen 5l. des Rotors mit den Druckkammern 58, 59 dienen in der Welle 11 befindliche Axial;lei- tungen, die aus Nuten 67 gebildet werden, die in der Welle an beiden Stirnenden der Ma schine vorgesehen sind.
An einem Ende der Welle umschliesst das Lager für das Ge bläse 55 und & n Ventilator 26 die Nuten 67, so dass die hierdurch geformten Leitungen nur in die Druckkammer 58 und in die Endkam- mer 49 münden. Am andern Ende der Welle umschliesst das Lager für den Ventilator 27 in ähnlicher Weise die Nuten 67, so dass die hierdurch geformten Leitungen nur in die Druckkammer 58 und in die Endkammer 50 münden.
Im Betrieb dies Turbogenerators saugt. das Gebläse 55 Ventilationsgas aus den Kühlern über die in dem Zylinder 17 befindlichen Öff nungen 38, durch die das 'Ventilationsgas ebenfalls von den Ventilatoren 26, 27 gebogen wird. Eine ringförmige Pralilplatte 54 kann an dem angrenzenden Schild 24 befestigt sein und radial in dem zwischen dem Gebläse und dem Schild vorhandenen Raum liegen, wo durch verhütet wird, dass der durch das Ge bläse 55 erzeugte Zug den Fluss des Ven tilationsgases zum. Ventilator 26 stört.
Das Ventilationsgas strömt in das Gebläse 55 und wird über die Öffnung 61 in das S.piral- ehäuse 60 und dlann in die Stirnkammer<B>81,</B> geürüeht, die mit dem Zugkanal 64 und dem Kanal 63 verbunden ist. Der eine Teil des Ventilationsgases strömt radial: einwä.rt3 durch den Zugkanal 61 zu der an einem Ende der 131asehine befindlliehen Druckkammer 58.
Der andere Teil: des Ventilationsgases strömt in L änglsriehtung der Maschine durch den Kanal 63 und dann über den Zugkanal 66 radial einwärts zu der am andern Ende der Maschine gelegenen Druckkammer 59.
Das in den Kammern 58 und 59 befindliche Venti- at.ionssgas hat gegenüber dem Ventilationsgas, das dem Stator mittels der Ventilatoren 26, 27 zugeführt wird, einen verhältnismässig Ho hen Druck.
Unter diesem verb,ältnismä.ssig hohen. Druck strömt das Ventilationsgas von den Druckkammern in Längsrichtung durch die Welilennuten 67 .in die unnschlossenen Kam mern 49, 50, in denen die Wickelköpfe des Rotors frei liegen, d''nn in die Endzuführ- stellen der Längsleitungen 51 in der Nähe der Rotorleiter, wobei das Gas reit sehr hoher < ice:
chwindigkeit in Längsrichtung der Leiter und in unmittelbarer Berührung mit diesen Leitern strömt, dann in Radialrielitung durch die Rotorventilationskanäle 52 und zu den Auslassstellen derselben in den Luftspalt, der Maschine.
Das aus dem Rotor austretende Ventila tionsgas strömt in Radialriehtung durch die in den Brücl.:en 41 vorgesehenen Öffnungen 44, so dass das Gas in die Auslasskanä 1e 33 eintritt., die radial im Statorkern liegen.
In folge der mittels der Brücken 41 bewirkten Abseliirmung- trifft das aus dein Rotor kom mende Ventilationsgas nicht auf den ein wärts gerichteten Fluss des Statorvent.ilations.- gases. Das von dem Rotor abströmende Gas wird durch die Rippen 43 und die Abstands- stiicke 34 geführt, so dass es im wesentlichen nur den Mit.telähsehnitt dies Ausilasskanals be streicht.
Das warme Rotorgas trifft. also zur Ha.uptsaelre nicht auf die Seitenwände der Statorwicklung. Nach dem Vorbeigang an dem Zahn abschnitt des Statorkernes vermischen sich die aus den Ventilatoren 26, 27 und dem Ge bläse 55 stammenden, Ventilationsgase. Nach dem Durchgang durch den Statorkern mi schen sich die Gase weiter,
sobald sie in Um fangsrichtung des Kernes zu den in dem Zy linder 1.7 befindilichen Öffnungen 80 und zwischen die beiden Kühler 36 und 37 strö men, fliessen dann in Umfangsrichtung in ent- gegengesetzten Richtungen durch die Kühler 36 und 37 und durch die im Zylinder 17 be- findiliehen Öffnungen 38 zurück zum Gebläse 55 und zu den Ventilatoren 26,<B>27,</B> um wieder durch die Maschine zu strömen.
Fig. 4 und 5 zeigen die Anwendung der Ventilationsführung auf eine Maschine, ähn lich derjenigen, die in Fig. 1 dargestellt ist, deren Rotor jedoch durch Kühlluft gekühlt wird, die durch Längsnutendes Rotors strömt. Diese Längsnuten 68 sind in bekannter Weise durch Sehlitzen des Kernes und Verschliessen der Schlitze mittels Deckeln 69 gebildet, die in Längsrichtung in einem Abstand vonein ander stehen,
um radiale Auslassöffnungen 75 zwischen sich zu lassen, die die Längsnuten 68 zwischen den Enden des Kernes mit dem Luftspalt verbinden.
Die Statorkernventilation kann ebenfalls geändert werd?en. Der koa-dale Schild besteht nach Fig. 4 aus Brücken 70 mit, parallelen Längsrippen 71, die sich gegen die Stato:r- zä.hne legen.
Die Brücken 70 haben zvisehen den Längsrippen 71. Öffnungen 72 zur Auf nahme des aus dem Rotor austretenden Venti- lationsgases. Diese Öffnungen fluchten nur mit gewissen Statorauslassöffnungen. Ab- stan:
dsstücke 34 sind in den Zahnabschnitten einer neben jedem radialen Ventilationskanal 30, 31 liegenden Lamelle so befestigt, d@ass das aus dem Rotor austretende Ventilations gas lediglich durch den Mittelabschnitt der Kanäle geführt. wird. Jenseits der Zahn abschnitte des Statorkanals befindliche Ab standsstücke 73 liegen zu den Radiallinien schräg,' während in den Kanälen 31 befind liche Abstandsstücke 74 in entgemengesetzter Richtung schräg gestellt sind..
Die Trennung der Statorventilation von der Rotorv entilation unter Verwendung der koaxialen Schilde kann auch auf andere Dy- namomaschinen als die dargestellte angewen det. werden. Bei den in dien Fig. 1 und 4 dar gestellten Maschinen können z. B. das Ge bläse 55, das Spiralgehäuse und die Rotoren scheiben 45 weggelassen werden.
Die Ventilatoren 26, 27 fördern dann das Ventilationsgas in parallelen Bahnen. Eine dieser Bahnen verläuft über die. Sta.torwik- kelköpfe, wie zuvor, zu den Zuführleit.ungen 29, :dann über den Statorkern zum Luftspalt, dann über :den Statorkern znrfiek zu dem Kühler und zurüek zu den Ventilatoren.
Die andere Bahn verläuft. axial im Rotor, dann radial aus dem Rotor über den Luftspalt und über dien Stator zu den Kühlern und zurück zrr den Ventilatoren.