CH92265A

CH92265A - Arrangement for cooling electrical machines.

Info

Publication number: CH92265A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Seidner
Original assignee: Michael Dr Seidner
Priority date: 1917-12-29
Filing date: 1919-09-04
Publication date: 1921-12-16
Also published as: AT97598B; FR543794A; US1448700A; DE337561C; GB172015A

Description

  

      Anordnung    zur Kühlung     von        elektriselien        51faseliiuen.       Der Gedanke; elektrische Maschinen an  statt durch Luft mittelst     Flüssigkeit        zei        kiili-          len,    ist nicht mehr neu.

   Die praktische Ans  führung der     Flüssigkeitskühlung    scheiterte je  doch an der störenden     Wirkung    des um  laufenden Teils, die einerseits durch die Flieh  kraft, anderseits durch die relative     Bewegung     zwischen den beiden Teilen     herbeigeführt     wird.

       Selbst    Vorschläge sind nur so weit ge  diehen, die     Flüssigkeitskühlung    des Ankers  allein durch     Einkapselung    desselben zu er  möglichen, wobei aber für den nach     aussen     ebenfalls abgeschlossenen Magnetring     wegen     der störenden     Einwirkung    des umlaufenden  Ankers die Luftkühlung beibehalten werden  musste.  



  Gemäss der     Erfindung    wird die Flüssig  keitskühlung durch die     vollst"'indige    Beseiti  gung der erwähnten     Störungen    für beide  Teile der elektrischen Maschinen     ermöglicht.     Dies wird durch eine Anordnung erreicht,  die dadurch ausgezeichnet ist, dass der     ru-          hende    und der umlaufende Teil der Maschine  durch eigene Gehäuseteile     gegeneinander    ab  geschlossen sind,

   so dass die Kühlflüssigkeit des         einen        "Teils    den andern Teil oder dessen     Ge-          hiinse        nicht    bestreicht. Das die     Kühlflüssig-          keit        einschliessende        Gehäuse    kann am     ein-          fachstcn    den     iunhinfenden    oder ruhenden  Teil der Maschine     völlig    in sich schliessen:

    es     kann    aber     auch    zum Beispiel nur die eine  stärkere     Kühlinig    beanspruchenden Teile um  fassen.  



  Die Gehäuse können in verschiedenster  Weise gebaut werden. Einige Ausführungs  beispiele     sind    in der Zeichnung veranschau  licht.  



       Gein@iss        Fig.    1 werden die Gehäuse bei  einem Turbogenerator mit Hilfe     zweier    den  Luftspalt     durchsetzender    und über die     Stirn-          verbindungen        hinausragender        Verschalungen          leergestellt.    Die eine Verschalung, ein an den       Seitenschilden    1 und ? des ruhenden Teils  dicht schliessend befestigtes Rohr 3, schliesst  das     Gehäuse    des ruhenden Teils nach innen  ab.

   Die     zweito    Verschalung besteht aus  einem     über    den     unilaufenden    Teil     gezogenen     Rohr 4, das     an    den beiden Enden durch über  die     Wc)lciiteile    7 und F, gestülpte     Scheiben    7  und 8 dicht     abgeschlossen    ist. Sowohl der      ruhende, wie auch der umlaufende Teil sind  somit zu je einem dicht geschlossenen Ge  häuse ausgebildet, das mit dem flüssigen  Kühlmittel gefüllt wird.  



  Die     Spulenköpfe    18, 19 des ruhenden, so  wie 20, 21 des umlaufenden Teils befinden  sich in den mit Kühlflüssigkeit gefüllten Räu  men 22, 23     bezw.    24, 25 der Gehäuse, so  dass ihnen eine wirksame Kühlung zuteil wird.  Zur Kühlung der Eisenkerne 13, 26 sind in  diesen - wie bei der Luftkühlung - in  der Wellenrichtung verlaufende Nuten 27, 28,  29, Bohrungen 30, Langlöcher 31 usw.     (Fig.    8)  oder zwischen den Blechpaketen 32 senk  recht zur Welle verlaufende Spalte 33     (Fig,     1) ausgebildet, durch welche das Kühlmittel  von einem Flüssigkeitsraum in den andern  geleitet wird.  



  Um die Wicklungen 34 und 35 durch die  Kühlflüssigkeit     ummittelbar    bestreichen zu  lassen, sind dieselben in den Nuten 36 und 37  der Eisenkerne unter     Belassung    eines freien       Durchtrittsquerschnittes    für die Kühlflüssig  keit angeordnet.

   Als solche freie     Durchtritts-          querschnitte    können entsprechende Aus  schnitte 27, 28 der Nuten 38     (Fig.    8), Aus  sparungen 39. 40 im Leitermaterial selbst       (Fig.    3 und 4), innerhalb der Isolation zwi  schen die Leiter eingesetzte Rohre 41     (Fig.     6), die Zwischenräume 42,     -1,3    und 44 zwi  schen mehreren innerhalb der Isolation un  tergebrachten Leitern     (Fig.    5, 7 und 12)  dienen.  



  Bei Maschinen, deren Luftspalt zur Auf  nahme der beiden Verschalungen 3, 4 nicht  breit genug ist, oder bei denen die Verscha  lung des umlaufenden Teils wegen der sehr  grossen     Umfangsgeschwindigkeit        ztt    stark  ausfallen würde, werden für ein Gehäuse an  Stelle einer einzigen durchgehenden Ver  schalung deren zwei verwendet, die sich nur  auf die die Stirnverbindungen enthaltenden  Endteile der Maschine, erstrecken. Eine sol  che Anordnung ist in     Fig.    2 dargestellt, wo  die innern Enden der an Stelle der Verscha  lung 3     (Fig.    1) verwendeten Rohre 9 und 10  an den Endscheiben 11 und 12 des Ständer  blechkörpers 13 angedichtet sind.

   Ebenso    können die Läuferenden durch einerseits an  die Scheiben 7 und 8     (Fig.    1), anderseits an  die Endscheiben 14, 15 des Läufers ange  schlossene     Rohre    -oder, wie in     Fig.    2 dar  gestellt, durch in gleicher Weise     abgedichtete          kappenartige    Verschalungen 16 und 17 abge  schlossen werden. Natürlich könnten die  Rohre 9 und 10 mit den Seitenschilden 1       bezw.    2 aus einem     Stücke    bestehen. Auch  können die verschiedenen Ausführungen für  den stehenden und drehenden Teil nach Be  lieben kombiniert werden.  



  Damit die Kühlflüssigkeit bei nur seitlichen  Verschalungen von dem einen Flüssigkeits  raum 24 in den andern 25 geleitet werden  kann, ohne zwischen den Blechlamellen oder  durch die offenen Nuten entweichen zu kön  nen, werden Rohre 46, 48 in die in der Wel  lenrichtung verlaufenden Nuten     bezw.    Öff  nungen des Eisenkernes gelegt, welche die  seitlichen     Flüssigkeitsre        ume    miteinander ver  binden und in den Endscheiben 14, 15 ab  gedichtet münden. Die letzteren werden     züa     diesem Zwecke auch dann mit geschlosse  nen Nuten ausgeführt, wenn die Eisenkerne  offene Nuten besitzen.

   In     Fig.        1i    und 12 ist  diese     Anordnung-'        für    den ruhenden Teil in  grösserem     Massstabe    dargestellt. Die     Dich-          tungsrolire    46, 48     "-erden    aus Metall oder,  wenn notwendig, aus entsprechendem Isolier  material hergestellt. Hierbei können alle Aus  führungen nach     Fig.    3 bis 7 Verwendung  finden.  



  Der Weg des Kühlmittels durch die Ma  schine ist folgender: Beim ruhenden Teil:  Eintrittsöffnung 49, Raum 22,     achsiale    Öffnun  gen des Blechkörpers, Raum 23, Durchgang       ::'ü,    Raum 51; bei der Ausführung nach     Fig.    1  Spalte 33, Austrittsöffnung 52. Beim umlau  fenden Teil: Wellenbohrungen 53 und 54,  Raum 24,     achsiale    Nuten und Öffnungen des       Eisenkörpers,    Raum 25, Wellenbohrungen 55  und 56. Die austretende Flüssigkeit wird vor  der Wiederverwendung in einen Kühler ge  leitet.  



  Bei der Ausführungsform nach     Fig.    9 und  10, welche einen massiv ausgeführten, um  laufenden Teil eines Turbogenerators dar-      stellen. werden die seitlichen Flüssigkeit.;  räume statt der Verschalungen durch die  Wellenflanschen 57, 58 gebildet. Ausserdem  sind die Nuten 60 für die Wicklungen 59 als  geschlossene Bohrungen des Eisenkörpers  ausgeführt, welche, falls Hohlräume zwischen  einzelnen Leitern oder zwischen diesen und  den     Nutenwänden    vorgesehen sind, ohne wei  teres als Leitungen für das flüssige Kühl  mittel verwendet werden können, so dass das  Einziehen besonderer Rohre, wie nach     Fig.     11 und 12, überflüssig wird.  



  Selbstverständlich kann man statt eines  zusammenhängenden Gehäuses für die Kühl  flüssigkeit auch zwei oder mehrere Gehäuse  verwenden, ohne dem Erfindungsgedanken  Abbruch zu tun.



      Arrangement for cooling electrical cables 51 fibers. The thought; Electric machines instead of chilling through air by means of liquid are no longer new.

   The practical approach to liquid cooling failed, however, because of the disruptive effect of the running part, which is brought about on the one hand by the centrifugal force and on the other hand by the relative movement between the two parts.

       Even proposals are only as far as the liquid cooling of the armature is possible by encapsulating the same, but the air cooling had to be maintained for the magnet ring, which is also closed from the outside, because of the disruptive effect of the rotating armature.



  According to the invention, the liquid cooling is made possible by the complete elimination of the malfunctions mentioned for both parts of the electrical machines. This is achieved by an arrangement which is characterized by the fact that the stationary and the rotating part of the machine pass through own housing parts are closed against each other,

   so that the coolant of one part does not brush the other part or its casing. The housing enclosing the coolant can simply completely enclose the moving or resting part of the machine:

    but it can also, for example, only include those parts that require a stronger cooling element.



  The housings can be built in a wide variety of ways. Some execution examples are illustrated in the drawing.



       According to FIG. 1, the housings of a turbo generator are emptied with the aid of two casings which penetrate the air gap and protrude beyond the end connections. The one casing, one on the side shields 1 and? of the stationary part tightly fastened pipe 3, closes the housing of the stationary part from the inside.

   The second cladding consists of a tube 4 drawn over the non-running part, which is tightly closed at both ends by disks 7 and 8 that are slipped over the toilet parts 7 and F. Both the stationary and the rotating part are thus each formed into a tightly closed Ge housing that is filled with the liquid coolant.



  The coil heads 18, 19 of the resting, such as 20, 21 of the rotating part are located in the coolant-filled Räu men 22, 23 respectively. 24, 25 of the housing, so that they are given effective cooling. To cool the iron cores 13, 26 are in these - as with air cooling - in the shaft direction extending grooves 27, 28, 29, bores 30, slots 31, etc. (Fig. 8) or between the laminated cores 32 perpendicular to the shaft extending column 33 (Fig, 1), through which the coolant is passed from one liquid space into the other.



  In order to allow the windings 34 and 35 to be coated directly by the cooling liquid, the same are arranged in the grooves 36 and 37 of the iron cores, leaving a free passage cross section for the cooling liquid.

   As such free passage cross-sections, corresponding cutouts 27, 28 of the grooves 38 (Fig. 8), recesses 39, 40 in the conductor material itself (Figs. 3 and 4), pipes 41 inserted within the insulation between the conductors (Fig . 6), the spaces 42, -1,3 and 44 between tween several conductors housed within the insulation (Fig. 5, 7 and 12) are used.



  In machines whose air gap is not wide enough to accommodate the two casings 3, 4, or in which the casing of the rotating part would be strong because of the very high circumferential speed, they are used for a housing instead of a single continuous casing two which only extend to the end parts of the machine containing the end connections. Such an arrangement is shown in Fig. 2, where the inner ends of the tubes 9 and 10 used in place of the casing 3 (Fig. 1) on the end plates 11 and 12 of the stator sheet metal body 13 are sealed.

   Likewise, the rotor ends can be connected by on the one hand to the disks 7 and 8 (Fig. 1), on the other hand to the end disks 14, 15 of the rotor attached pipes -or, as shown in Fig. 2, by in the same way sealed cap-like cladding 16 and 17 to be completed. Of course, the tubes 9 and 10 could bezw with the side shields 1. 2 consist of one piece. The different versions for the stationary and rotating part can also be combined as desired.



  So that the cooling liquid can be passed from the one liquid space 24 into the other 25 without being able to escape between the sheet metal lamellas or through the open grooves, pipes 46, 48 are in the grooves running in the Wel lenrichtung respectively. Publ openings of the iron core, which bind the lateral liquid spaces with each other ver and open into the end plates 14, 15 from sealed. The latter are also designed with closed grooves for this purpose if the iron cores have open grooves.

   In Fig. 1i and 12, this arrangement is shown for the resting part on a larger scale. The sealing roller 46, 48 ″ earths made of metal or, if necessary, made of an appropriate insulating material. All of the designs according to FIGS. 3 to 7 can be used here.



  The path of the coolant through the machine is as follows: When the part is at rest: inlet opening 49, space 22, axial openings of the sheet metal body, space 23, passage :: 'ü, space 51; in the embodiment according to Fig. 1 column 33, outlet opening 52. When umlau fenden part: shaft bores 53 and 54, space 24, axial grooves and openings of the iron body, space 25, shaft bores 55 and 56. The emerging liquid is before reuse in a Cooler.



  In the embodiment according to FIGS. 9 and 10, which represent a solid part of a turbo generator running around. become the lateral liquid .; instead of the casings formed by the shaft flanges 57, 58. In addition, the grooves 60 for the windings 59 are designed as closed bores in the iron body, which, if cavities are provided between individual conductors or between these and the groove walls, can be used as lines for the liquid coolant so that it can be drawn in special pipes, as shown in FIGS. 11 and 12, become superfluous.



  Of course, instead of a coherent housing for the cooling liquid, two or more housings can also be used without detracting from the concept of the invention.

Claims

PATENT CLAIM: Arrangement for cooling electrical machines by means of liquid, characterized in that the stationary part and the circumferential part thereof are closed off from one another by their own housing parts, so that the cooling liquid of one part does not brush the other part or its housing. SUBSTANTIAL CLAIMS: 1. Arrangement according to patent claim, characterized in that the closed housing serving to hold the cooling liquid is made with the help of the usual air gap penetrating, over the end disks of the iron cores and attached to the side shields formwork. 2.

Arrangement according to patent claim, characterized in that on both sides of the iron cores with the help of casings connected to the end faces of the same empty liquid spaces are connected to one of the pipelines penetrating lengthways through the iron cores and sealed against the end plates of the latter. 3. Arrangement according to patent claim and Un teran claim 2, characterized in that the pipelines connecting the fluid spaces on both sides serve to take on the windings while maintaining cavities for the passage of the coolant. 4. Arrangement according to claim, characterized in that the circumferential part of the lateral liquid spaces are formed by Flan's rule of the hollow shaft journals. 5.

Arrangement according to patent claim and sub-claim 2, characterized in that in the case of solid iron cores, the connection between the lateral fluid spaces is established by closed bores in the iron core. which, with appropriate maintenance of cavities for the passage of the coolant, also serve to accommodate the windings.