CH620317A5

CH620317A5 -

Info

Publication number: CH620317A5
Application number: CH721777A
Authority: CH
Inventors: Casmer Peter Stanwick; Lawrence Edmund Jordan
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1976-06-17
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1980-11-14
Also published as: JPS538707A; FR2355394A1; JPS5622216B2; DE2726947A1; US4051399A; IN147618B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine mit Dichtungen für eine Kühlgasumwälzung.

In dynamoelektrischen Maschinen, die mit umgewälztem Kühlgas gekühlt werden, muss insbesondere bei grossen Generatoren eine erhebliche Wärmemenge abgeführt werden, während gleichzeitig keine Schwingungen von dem Statorkern auf den Maschinenrahmen übertragen werden dürfen. Bei einer bekannten Konstruktion werden Keilstäbe und Federstäbe verwendet, um den Statorkern im Abstand vom Rahmen zu hal-tern und die Übertragung von Schwingungen des Kerns auf den Rahmen zu vermindern. Diese Konstruktion bildet einen Raum zwischen dem Statorkern und dem -rahmen und einen Raum zwischen den Keilstäben und den Federstäben, der eine Relativbewegung gestattet und die Übertragung von Schwingungen vermindert. Diese Räume bilden jedoch auch einen unbehinderten Strömungspfad, durch den das Kühlgas unter

Umgehung der Kühlkanäle im Statorkern von den Einlass- zu den Auslasskanälen strömen kann. Dabei versteht sich, dass das durch diese Räume strömende Kühlgas keine Wärme von dem Kern abführt. Dennoch muss der Lüfter der dynamoelektrischen Maschine dieses Gas pumpen, und die infolgedessen verlorengegangene Leistung vermindert den Wirkungsgrad der Maschine.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine verbesserte dynamoelektrische Maschine mit Kühlgasumwälzung zu schaffen, bei der eine unerwünschte Gasleckage zwischen den Einlass- und Auslasskanälen verhindert ist und bei der gleichzeitig die Übertragung von Kernschwingungen auf den Rahmen der dynamoelektrischen Maschine auf einem Minimum gehalten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer dynamoelektrischen Maschine gelöst, deren Rahmen zahlreiche, in Umfangsrichtung beabstandete Federstäbe aufweist, die in Längsrichtung neben dem Rahmen verlaufen und an beabstandeten Punkten an diesem befestigt sind, zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete Keilstäbe, die neben, aber im Abstand zum Rahmen und in Längsrichtung zu diesem verlaufen, wobei jeder Keilstab von einem entsprechenden Federstab gehaltert, aber auf einem wesentlichen Stück seiner Länge im Abstand zu diesem Federstab angeordnet ist, und mit einem Statorkern, der auf den Keilstäben angebracht ist, aber im Abstand zu den Keilstäben gehalten ist, wobei der Kern zahlreiche Kernabschnitte, die jeweils auf zwei Keilstäben montiert sind, und abwechselnde erste Kanäle für einströmendes Kühlgas und zweite Kanäle für ausströmendes Kühlgas aufweist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass auf jedem der Federstäbe in jedem Bereich zwischen den ersten und zweiten Kanälen eine Dichtung angeordnet ist, die einen zwischen dem Federstab und dem Kern angeordneten Abschnitt aufweist und federnd an dem Kern angreift, derart, dass eine Kühlgasströmung zwischen dem Kern und dem Federstab gesperrt und gleichzeitig die Übertragung von Schwingungen vom Kern auf den Rahmen verhindert ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht und zeigt den allgemeinen Aufbau einer dynamoelektrischen Maschine gemäss der Erfindung.

Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte perspektivische Ansicht, wobei einige Teile der Klarheit halber weggeschnitten sind, von einem Teil des Kernes einer dynamoelektrischen Maschine und zeigt die Kernbefestigungsanordnung und ferner die neue Dichtung, die eine effektive Kühlgasströmung sicherstellt.

Fig. 3 ist eine vergrösserte Schnittansicht von einem Teil des in Fig. 2 dargestellten Aufbaues und zeigt die Dichtung im Detail.

Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 und zeigt eine zusätzliche Dichtung.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt Einzelheiten der neuen Dichtung.

Fig. 6 ist eine Stirnansicht der in Fig. 5 gezeigten Dichtung.

Fig. 7 ist eine Vorderansicht dieser Dichtung.

Fig. 8 ist eine Ansicht von unten auf die neue Dichtung.

In Fig. 1 ist allgemein eine dynamoelektrische Maschine, speziell ein Generator, mit der neuen Dichtung gezeigt. Der Generator weist eine Aussenwand oder ein Gehäuse 10 auf, in dem ein Stator 12 und ein Rotor 14 angebracht sind. Der Stator 12 enthält einen Kern 16, der in üblicher Weise aus zahlreichen Blechen beziehungsweise Lamellen gebildet ist. Der Kern 16 enthält ferner zwischen den Blechen Kanäle, die allgemein mit 18 bezeichnet sind, für eine Kühlgasströmung nach innen zur Kernmitte und allgemein mit 20 bezeichnete Kanäle

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für eine Kühlgasströmung von der Statorkernmitte nach aussen. Das Kühlgas wird durch einen Lüfter 22 umgewälzt, der auf dem Rotor montiert und so angeordnet ist, dass er Kühlgas durch einen Kanal 24 in der durch den Pfeil 26 angegebenen Richtung umwälzt.

Die verwendete Kühlgasumwälzung wird auch als Rück-wärtsströmungskühlung bezeichnet, wobei das Kühlgas durch das Gebläse in der in Fig. 1 gezeigten Richtung umgewälzt wird. Da das Kühlsystem selbst nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind Einzelheiten der verwendeten Kühler und das Leitungssystem für die Kühlgasumwälzung durch die oben erläuterten Statorkernkanäle der Klarheit halber weggelassen und der räumliche Aufbau der Kanäle selbst ist nicht im einzelnen gezeigt. Bezüglich der Details eines geeigneten Kühlsystems einschliesslich Einzelheiten der strukturellen Anordnung der Kanäle selbst wird auf die US-PS 3 739 208 verwiesen. Zwar ist in dem in Fig. 1 gezeigten Abschnitt des Generators nur eine einzige Gruppe von Kanälen für die Kühlgasströmung nach innen und nur eine einzig Kanalgruppe für die Kühlgasströmung nach aussen angegeben, aber aus der oben genannten US-PS 3 739 208 wird deutlich, dass zahlreiche derartige Kanäle abwechselnd auf der Statorlänge verwendet werden. Die zusätzlichen Kanäle sind in Fig. 1 nicht gezeigt, da eine einzelne Kanalgruppe für die Strömung nach innen und eine einzelne Kanalgruppe für die Kühlgasströmung nach aussen für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ausreichend ist.

Der Statorkern wird in dem Gehäuse 10 durch einen Rahmen gehalten, der zahlreiche Sektionsplatten 28 umfasst, die jeweils an ihrem äusseren Ende am Gehäuse befestigt sind und an deren inneren Enden einen Rahmenteil 30 aufweisen, der ein Bogenabschnitt oder ein vollständiges Kreisteil sein kann.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der Statorkern 16 aus zahlreichen Kernabschnitten 32 aufgebaut ist, die jeweils zahlreiche Lamellen beziehungsweise Bleche umfassen. Um den Kern und seine Kernabschnitte an dem Rahmen in der Weise zu befestigen, dass die Übertragung von Schwingungen von dem Statorkern auf den Rahmen und das Gehäuse 10 auf ein Minimum reduziert ist, werden zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete Keilstäbe 34 und Federstäbe 36 verwendet. Die Keilstäbe 34, von denen zwei in Fig. 2 gezeigt sind, sind in Umfangsrichtung um die Rahmenteile 30 herum beabstandet. Jeder Keilstab ist seinerseits auf Federstäben gehaltert, die auf jeder Seite von einem entsprechenden Keilstab 34 angeordnet sind. Die Federstäbe sind durch Bolzen 38 auf abwechselnden Rahmenteilen 30 angebracht. Die Federstäbe sind, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, mit einen verkleinerten Querschnitt aufweisenden Abschnitten 39 zwischen benachbarten Rahmenteilen 30 versehen, um diesen Federstäben eine geeignete Flexibilität zu geben. Die Federstäbe 36 sind mit dem benachbarten Keilstab durch Bolzen 40 an einer Stelle zwischen denjenigen Stellen verbunden, wo der Federstab mit den Rahmenteilen 30 verbunden ist, wobei diese Stelle auf einer Linie mit einem Rahmenteil zwischen denjenigen Rahmenteilen liegt, mit denen die Bolzen 38 verbunden sind. Die Federstäbe haltern den benachbarten Keilstab durch die Bolzen 40 im Abstand zu den Rahmenteilen 30, so dass kein direkter Übertragungsweg für Schwingungen von dem Statorkern über die Keilstäbe zum Rahmen besteht.

Jeder der Keilstäbe 34 weist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, auf seiner radial inneren Oberfläche einen Keil 42 auf und die einen Kernabschnitt bildenden Bleche beziehungsweise Lamellen sind entsprechend geformt, um mit dem Keil 42 eine Schwalbenschwanzverbindung zu bilden zur Halterung des Kernabschnittes in seiner montierten Position auf dem Keilstab.

Der Stator wird durch Endflansche vervollständigt, von denen einer bei 44 gezeigt ist und die auf den Keilstäben durch Muttern montiert sind, von denen eine bei 46 gezeigt ist und die auf den Gewindeabschnitt 48 von jedem Keilstab geschraubt sind.

Der insoweit beschriebene Aufbau sorgt für eine wirksame Trennung des Statorkerns vom Rahmen, um die Übertragung 5 von Schwingungen von dem Kern auf den Rahmen möglichst klein zu halten. Diese Trennung der Schwingungen wird jedoch teilweise erreicht, weil die insoweit beschriebene Konstruktion bewirkt, dass dië Federstäbe im Abstand zu dem radial äusseren Abschnitt des Statorkerns angeordnet sind. Infolgedessen io kann Kühlgas, das durch die ersten Kanäle 18 nach innen durch den Statorkern und durch die zweiten Kanäle 20 nach aussen durch den Statorkern strömen soll, teilweise lecken, in dem Bereich zwischen den ersten und zweiten Kanälen über den Raum zwischen dem Statorkern und den Federstäben. Wie aus i5 Fig. 1 zu ersehen ist, würde dieser Bereich zwischen den ersten und zweiten Kanälen, wo eine derartige Leckage auftreten könnte, in dem allgemeinen Bereich eines Rahmenteiles 30 liegen. Somit strömt ein Teil des Kühlgases in einem Bypass direkt von der Gaseinströmung zur Gasausströmung, ohne 20 durch den Statorkern hindurchzuströmen und somit ohne zur Kühlung dieses Kernes beizutragen. Ein derartiger Verlust der Wirksamkeit der Kühlung bewirkt selbstverständlich eine Erhöhung der Temperatur des Statorkerns und begrenzt das Leistungsvermögen und den Wirkungsgrad der Maschine. 25 Diese Leckage erlangt besondere Bedeutsamkeit bei dynamoelektrischen Maschinen, die mit umgewälztem Kühlgas gekühlt werden, da bei einer derartigen Kühlgasumwälzung wesentlich höhere Drucke verwendet werden. Somit bewirkt eine grössere Druckdifferenz zwischen dem einströmenden in Gas einen grösseren Druckabfall über dem möglichen Leckageweg, wodurch die Leckage vergrössert und die nachteilige Beeinflussung des Kühlvermögens vergrössert werden.

Bei der neuen dynamoelektrischen Maschine wird eine derartige Leckage in dem Raum zwischen dem Kern und den Feder-3; stäben und weiterhin entlang eines Raumes zwischen jedem Federstab und seinem benachbarten Keilstab eliminiert durch Verwendung zahlreicher Dichtungen, deren Anbringung in den Figuren 3 und 4 und deren besonderer konstruktiver Aufbau in den Figuren 5,6,7 und 8 gezeigt ist. In Figur 3 sind zahlreiche 40 Keilstäbe 34 gezeigt, die jeweils an mehreren Punkten auf ihrer Länge an einem Rahmenteil 30 befestigt sind, wie es vorstehend bereits in Verbindung mit Figur 2 beschrieben wurde. Die Keilstäbe 34, von denen jeder im Abstand gehalten ist in bezug auf die Rahmenteile 30 durch benachbarte Federstäbe 36, sind 45 ebenfalls in Figur 3 gezeigt. Um eine Leckage des Kühlgases von dem einströmenden Gas zum ausströmenden Gas abzusperren, sind Dichtungen 50 auf den Federstäben 36 angebracht. Jede Dichtung 50 ist, wie es besser in den Figuren 5-8 gezeigt ist, U-förmig und weist zwei nach unten verlaufende m Schenkel 52 und 54 und einen Zwischenschenkel 56 auf, der die Schenkel 52 und 54 an ihren oberen Enden verbindet. Die Schenkel 52 und 54 greifen auf ihren gegenüberliegenden Seiten an dem entsprechenden Federstab 36 an. Ferner erstreckt sich der Schenkel 52 zwischen einem Federstab 36 und seinen V) entsprechenden Keilstab 34 in der Weise, dass eine Leckage von Kühlgas entlang dem Raum zwischen dem Keilstab und dem Federstab blockiert ist. Der Zwischenschenkel 56 erstreckt sich über die Oberseite des Federstabes 36, wie es aus einer Betrachtung von Figur 3 deutlich wird, und füllt den p> Raum zwischen dem Federstab und dem benachbarten beabstandeten Teil des Statorkerns, wodurch eine Leckage von Kühlgas über den Raum zwischen dem Statorkern und dem Federstab 36 abgesperrt wird. Verständlicherweise sind zwar nur drei Dichtungen in dem in Figur 3 dargestellten Teil der 65 Konstruktion gezeigt, aber diese Dichtungen sind auf dem ganzen Umfang zwischen dem Kern und jedem Federstab angeordnet und sind in ähnlicher Weise an Punkten auf der Statorlänge an allen Stellen angeordnet, wo ano Unfalls eine Lek-

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kage zwischen einströmendem Gas und ausströmendem Gas auftreten würde.

Ein Bogenabschnitt 58 ist neben dem Rahmenteil 30 zwischen benachbarten beabstandeten Federstäben 36 angeordnet, und eine Dichtung 60 mit einem U-förmigen Querschnitt ist 5 an diesem Bogenteil in der Weise angebracht, dass ein Eingriff mit dem dazu benachbarten Abschnitt des Kerns besteht. Dieser Aufbau ist in Figur 4 dargestellt.

Gemäss den Figuren 5-8 ist die Dichtung 50 aus einem Material gebildet, das eine geeignete Elastizität besitzt, um mit i o dem benachbarten Abschnitt des Statorkerns in Eingriff gehalten zu werden und dadurch eine Gasleckage in diesem Bereich abzusperren und gleichzeitig jede Starrheit der Verbindung zu verhindern, die die Übertragung von Schwingungen vom Kern zum Rahmen vergrössern könnte. Die Dichtung kann aus 15 irgendeinem Material gebildet sein, das eine geeignete Festigkeit und Elastizität besitzt, vorzugsweise wird sie jedoch aus einem ausgeformten Polyacrylmaterial gebildet. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der Dichtung war das verwendete Material Polyacrylgummi, das von der Firma B. F. 20 Goodrich Chemicals Co. gefertigt und unter dem Handelsnah-men «Hycar» mit der Bezeichnung 4021 vertrieben wird.

Jeder Schenkel 52 und 54 ist im Querschnitt so geformt,

dass er einen ebenen Mittelabschnitt 62 und Flansche 64 aufweist, die entlang den Kanten des Mittelabschnittes 62 25 angeordnet sind und von diesem nach aussen verlaufen. Diese Flansche sind selbstverständlich ebenfalls elastisch beziehungsweise federnd. Im montierten Zustand, wie er in Figur 3 gezeigt ist, drücken diese Flansche fest gegen die Seite des benachbarten Keilstabes 34 und blockieren dadurch vollständig jede Gasleckage über den Raum zwischen dem Federstab 36 und dem Keilstab 34.

Der Zwischenschenkel 56 ist mit einer Oberfläche versehen, der eine bogenförmige oder konvexe Form hat Die Elastizität des Materials, aus dem die Dichtung gebildet ist, hält den Zwischenschenkel 56 in einem kontinuierlichen Kontakt mit dem benachbarten Abschnitt des Kernes, wenn der Kern während des Betriebes der dynamoelektrischen Maschine vibriert, wodurch eine effektive Abdichtung aufrechterhalten wird. Die Form des Abschnittes und die elastische Charakteristik des Materials stellt ferner sicher, dass sich der Zwischenschenkel im erforderlichen Ausmass biegt, wenn sich der Kern in Richtung auf den Federstab zu bewegen versucht, was insbesondere an der Unterseite des Rahmens der Fall ist

Um für eine weitere Elastizität zu sorgen und jede erforderliche Biegung beziehungsweise Auslenkung des Zwischenschenkels 56 sicherzustellen, ist ein sich durch den Schenkel 56 hindurch erstreckender Kanal 66 vorgesehen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass eine wirksame Dichtung in einem kritischen Bereich einer mit Rückwärtsströmung gekühlten dynamoelektrischen Maschine geschaffen worden ist, die eine Gasleckage verhindert die anderenfalls die effektive Kühlung des Statorkernes vermindern würde, und gleichzeitig wird eine wirksame Trennung des Stators vom Rahmen beibehalten, um so die Übertragung von Schwingungen vom Statorkern auf den Rahmen auf einem Minimum zu halten.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Dynamoelektrische Maschine mit einem Rahmen (28), zahlreichen in Umfangsrichtung beabstandeten Federstäben (36), die in Längsrichtung neben dem Rahmen verlaufen und an beabstandeten Punkten an diesem befestigt sind, zahlreichen in Umfangsrichtung beabstandeten Keilstäben (34), die neben, aber im Abstand zum Rahmen und in Längsrichtung zu diesem verlaufen, wobei jeder Keilstab von einem entsprechenden Federstab gehaltert, aber auf einem wesentlichen Stück seiner Länge im Abstand zu diesem Federstab angeordnet ist, und mit einem Statorkern (16), der auf den Keilstäben angebracht ist, aber im Abstand zu den Keilstäben gehalten ist, wobei der Kern zahlreiche Kernabschnitte (32), die jeweils auf zwei Keilstäben montiert sind, und abwechselnde erste Kanäle (18) für einströmendes Kühlgas und zweite Kanäle (20) für ausströmendes Kühlgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem der Federstäbe (36) in jedem Bereich zwischen den ersten und zweiten Kanälen (18,20) eine Dichtung (50) angeordnet ist, die einen zwischen dem Federstab (36) und dem Kern angeordneten Abschnitt (56) aufweist und federnd an dem Kern angreift, derart, dass eine Kühlgasströmung zwischen dem Kern und dem Federstab gesperrt und gleichzeitig die Übertragung von Schwingungen vom Kern auf den Rahmen verhindert ist.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtung (50) U-förmig ist und zwei Schenkel (52,54), die auf gegenüberliegenden Seiten des Federstabes angreifen, und einen Zwischenschenkel (56) aufweist, der zwischen dem Kern und dem Federstab angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dass einer der zwei Schenkel (52,54) zwischen dem Federstab (36) und dem entsprechenden Keilstab (34) angeordnet ist und den dazwischen befindlichem Raum verschliesst.

4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fläche des Zwischenschenkels (56) eine Bogenform besitzt.

5. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenschenkel (56) einen durch ihn hindurchführenden Kanal (66) aufweist.

6. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (50) aus einem Polyacrylma-terial gebildet ist.

7. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zwei Schenkel (52,54) im Querschnitt einen ebenen mittleren Abschnitt (62) und einen Flansch (64) an jedem Rand des mittleren Abschnittes aufweist, wobei die Flansche an jedem der zwei Schenkel federnd an dem benachbarten Keilstab (34) angreifen.