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Kühlung der Stirnverbindungen von Läufern dynamoelektrischer Maschinen
Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und wird insbesondere
bei großen Wechselstromerzeugern mit Turbinenantrieb angewendet.
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Bekanntlich gehört zu den hauptsächlichen Faktoren, welche die Leistung
einer großen dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise eines Wechselstromgenerators
mit Turbinenantrieb, begrenzen, auch der Temperaturanstieg; dieser hängt wiederum
von der Wärmeabführung ab, und der einen Grenzwert darstellende Temperaturanstieg
ist naturgemäß als Temperaturanstieg eines bestimmten einzelnen Bauteils des betreffenden
Stromerzeugers gegeben.
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Es ist bekannt, Maschinen der oben näher bezeichneten Art dadurch
zu kühlen, daß man ein Strömungsmittel, z. B. Luft oder Wasserstoff, über die Oberflächen
des Rotorkerns und der Leiter hinwegstreichen läßt.
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Es ist auch bekannt, in den Rotorwicklungen großer Turbogeneratoren
radiale Kühlkanäle vorzusehen, die zur Umfangsfläche des Rotors hin offen sind.
Um auch die Stirnverbindungen der Rotorwicklung zusätzlich zu kühlen, hat man auch
in diesen schon radiale Kühlkanäle vorgesehen, die radial gerichtete Austrittsöffnungen
aufweisen. Hierzu mußten entsprechende Öffnungen in den Wicklungskappen bzw. Halterungen
angebracht werden, wodurch diese merklich geschwächt wurden.
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Es treten dabei hohe örtliche Spannungsspitzen in den aus unmagnetischem
Werkstoff bestehenden Kappen auf, die sich besonders bei Schnelläufern nachteilig
auswirken. Solche radialen Öffnungen in den Kappen sind daher unerwünscht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlanordnung der Stirnverbindungen
zu ermöglichen, ohne die Wicklungskappen zu schwächen.
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Die Kühlung der Stirnverbindung von Läufern dynamoelektrischer Maschinen
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kühlkanäle in seitliche
Öffnungen in den Seitenflächen der Spulen münden. Solche Öffnungen vermeiden eine
Schwächung der Wicklungskappen durch Anbohren oder dergleichen. Es wurde zwar bisher
angenommen, daß ohne radiale Austrittsöffnungen eine ausreichende Kühlwirkung nicht
erzielbar sei. Diese Ansicht konnte in eingehenden Versuchen jedoch widerlegt werden,
und es hat sich herausgestellt, daß mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine gute
Kühlwirkung erzielt wird.
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Diese neue Kühlung der Stirnverbindung der Rotorwicklung läßt sich
besonders dort anwenden, wo auch die in den Nuten liegenden Wicklungsteile durch
einen radialen Kühlmittelfluß gekühlt werden, da hierdurch trotz der seitlichen
Öffnungen in den Stirnverbindungen ein radialer Druckgradient und damit eine Strömung
in radialer Richtung in den Stirnverbindungen sichergestellt wird. Eine besonders
vorteilhafte Kombination ergibt sich, wenn, man die erfindungsgemäße Kühlung der
Stirnverbindungen mit einer solchen Kühlung der in den Nuten eingebetteten Leiter
verbindet, bei der das Kühlmittel den radialen Kanälen durch axiale Hilfsnuten am
Boden der Wicklungsnuten zugeführt wird, wie dies in der deutschen Auslegeschrift
1011 974 beschrieben und dargestellt ist.
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Bei einer derartigen Kombination wird ein Teil des aus den seitlichen
Öffnungen in den Stirnverbindungen austretenden Gases durch die Hilfsnuten in den
allgemeinen Kühlmittelstrom abgeführt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich radiale Kanäle in geeigneten
gegenseitigen Abständen jeweils durch, die ganze Wicklunig, und jeder dieser Kanäle
steht mit in sämtlichen Leitern vorgesehenen seitlichen Öffnungen in Verbindung.
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Alternativ kann jeder radiale Kanal eine seitliche Öffnung in einem
einzigen Leiter speisen, wobei die aufeinanderfolgenden radialen Kanäle jeweils
seitliche Öffnungen in getrennten bzw. verschiedenen Leitern speisen, so daß eine
gleichmäßige Kühlung gewährleistet ist. Bei abgeänderter Anordnung kann naturgemäß
auch jeder radiale Kanal seitliche Öffnungen in zwei oder mehr Leitern versorgen.
Als Kühlmittel kann man Luft. Wasserstoff oder ein anderes geeignetes
Gas
verwenden, wobei der Begriff »Gas« auch eine leicht verdampfende Flüssigkeit umfaßt.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Teils des Endes
der Wicklung des Rotors eines durch eine Turbine angetriebenen Wechselstromgenerators,
wobei die Wicklungskappe fortgelassen ist, um die Leiter deutlicher erkennen zu
lassen; Fig. 2 und 3 zeigen radiale Schnitte durch einen Teil der Stirnverbindung,
wobei die Kanäle bzw. Öffnungen in verschiedener Weise angeordnet sind.
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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Zähne des Rotorkerns zwischen
den einzelnen Nuten, in welchen isolierende Abdeckungen 2 und in, Längsrichtung
verlaufende Keile 3 vorgesehen sind, welch letztere in bekannter Weise die durch
die Wicklung ausgeübten Radialkräfte aufnehmen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
umfaßt jede Wicklung vier Leiter, und jeder .dieser Leiter besteht jeweils aus zwei
Streifen. Hierbei sind die den ersten Leiter bildenden Streifen durch die Bezugszeichen
4u bzw. 4 b bezeichnet, während die Streifen bzw. Bänder, aus denen sich die weiteren
Leiter zusammensetzen, jeweils mit 5 a und 5b, 6 a. und 6 b bzw. 7 a und 7 b bezeichnet
sind. In diesen Leitern sind radiale Kanäle 8 vorgesehen, die sich durch sämtliche
Windungen jeder Wicklung erstrecken, und jeder Leiter besitzt seitliche Austrittsöffnungen
9.
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Man erkennt somit, daß das zum Kühlen dienende Gas bei dieser Anordnung
durch die Kanäle 8 radial nach außen, in Fig. 1 also nach oben strömt, und daß das
Gas durch die seitlichen Öffnungen 9 in den umgebenden Raum ausströmt. Die Kanäle
8 und die Öffnungen 9 sind in geeigneten gegenseitigen Abständen über die Länge
der Stirnverbindungen verteilt, so daß man zwischen den Leitern Beilegstücke derart
anordnen kann, daß die Kanäle bzw. die Öffnungen nicht abgedeckt werden.
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Fig. 2 zeigt ein abgeändertes Ausführungsbeispiel, bei welchem jeder
der radialen Kanäle jeweils einen getrennten Leiter versorgt. Der linke Kanal in
Fig. 2 versorgt somit eine Öffnung 9' in dem Leiter 4, der nächste radiale Kanal
mündet in einer Öffnung 9' in dem Leiter 5 usw., so daß die radialen Kanäle jeweils
in sich wiederholender Folge in den Öffnungen der einzelnen Leiter münden. Bei der
dargestellten Anordnung werden die vier Leiter durch je ein Kupferband gebildet;
es liegt jedoch nahe, daß sie gemäß der Anordnung nach Fig. 1 durch je zwei Kupferhänder
oder sogar durch eine noch größere Anzahl von aufeinandergelegten Bändern gebildet
sein können.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Anordnung, bei welcher der linke Kanal
8 mit Öffnungen 9 in den beiden Leitern 4 und 5 in Verbindung steht, während der
nächste Kanal 8 in Öffnungen mündet. die in den leiden Leitern 6 und 7 vorgesehen
sind. Die Kanäle 8 stehen somit abwechselnd mit den Öffnungen 9 in den beiden äußeren
Leitern (in Fig. 3 oben) bzw. mit den Öffnungen in den beiden inneren Leitern in
Verbindung. Es ist ersichtlich, daß man auch mehr als zwei Leiter mittels eines
einzigen radialen Kanals versorgen kann.
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In allen Fällen ist der oberste Streifen 4a (Fig. i) massiv ausgeführt,
so daß die äußeren Enden der Kanäle 8 abgedeckt werden und das Kühlmittel nur durch
die seitlichen Öffnungen austreten kann.