Elektrische Maschine mit Ständer und Läufer im evakuierten Maschinen-Innenraum
Schon vor langer Zeit ist durch die deutsche Patentschrift 64505 der Gedanke bekanntgeworden,
bei schnell laufenden elektrischen Maschinen das Maschineninnere zu evakuieren,
um insbesondere die Reibungswiderstände im Innern der Maschine herabzusetzen sowie
ferner etwaige Luftgeräusche zu vermeiden. Trotz der unbestreitbaren Vorteile, die
die Evakuierung des Maschineninnern hervorruft, hat doch dieser Gedanke bisher in
die Technik keinen Eingang gefunden, was insbesondere darauf zurückzuführen sein
dürfte, daß durch die Evakuierung des Maschineninnern eine Verringerung der Durchschlagspannun.g
der in der Maschinenisolation vorhandenen Lufteinschlüsse auf einen Bruchteil ihres
Wertes gegenüber Atmosphärendruck eintritt. Es ist zwar, um diesen Nachteil zu vermeiden,
für schnell laufende Maschinen, insbesondere Generatoren hoher Tourenzahl, vorgeschlagen
worden, den Läuferraum gegenüber dem Ständerraum und dem äußeren Luftraum gasdicht
abzuschließen. Hierbei werden - wie bekannt - zwischen dem Läuferraum und dem Ständerraum
ein durchgehender Isolierzylinder bzw. zu den Seiten des Ständerblechpakets zwei
Isolierzylinder vorgesehen, da es unmöglich ist, im Hinblick auf die auftretenden
Magnetfelder bzw. Streufelder metallische Trennwände zwischen Läufer- und Ständerraum
anzuwenden. Eine derartige Bauart wird sich im allgemeinen nur für kleinere Maschinen
ohne größere Schwierigkeiten ausführen lassen. Bei größeren Generatoren (Turbogeneratoren)
bereitet jedoch die druckfeste Ausbildung und Abstützung der den Ständer und Läuferraum
trennenden Isolierzylinder im Hinblick auf die großen Maschinenabmessungen außerordentliche
Schwierigkeiten. Dies wird ohne weiteres verständlich, wenn man sich vergegenwärtigt,
daß die Ständerlänge etwa 6 bis 8 m betragen kann. Werden nur an den beiden Stirnseiten
des Ständerpakets bis zu dem Außengehäuse reichende Isolierzylinder angewendet,
so ergeben sich auch noch beträchtlich erhöhte Schwierigkeiten bei der Befestigung
und Abdichtung dieser Zylinderteile. Daneben ist jedoch nicht ohne weiteres beim
Verzicht auf einen Isolierzylinder im Bereiche des Eisenpakets die Gewähr gegeben,
daß nicht aus dem Ständerraum durch die Eisenpaketlamellen hindurch Gas bzw. Luft
in Gien evakuierten Läuferraum übertritt und das Vakuum des Läuferraumes beseitigt.Electric machine with stand and rotor in the evacuated machine interior
A long time ago, the German patent specification 64505 made the idea known
evacuate the inside of the machine in the case of high-speed electrical machines,
in particular to reduce the frictional resistance inside the machine and
also to avoid any air noises. Despite the undeniable advantages that
evacuates the inside of the machine, this thought has so far been in
the technology found no entry, which can be attributed in particular to it
It is likely that the evacuation of the inside of the machine will reduce the breakdown voltage
the air inclusions in the machine insulation to a fraction of theirs
Value compared to atmospheric pressure. Although it is in order to avoid this disadvantage,
for high-speed machines, especially high-speed generators, proposed
been, the rotor space against the stator space and the outer air space gas-tight
complete. Here - as is known - between the rotor area and the stand area
one continuous insulating cylinder or two on the sides of the stator core
Isolation cylinder provided as it is impossible in view of the occurring
Magnetic fields or stray fields metallic partition walls between the rotor and stator space
apply. Such a design will generally only work for smaller machines
can be carried out without major difficulties. For larger generators (turbo generators)
However, it prepares the pressure-resistant training and support of the stator and rotor space
separating insulating cylinder is extraordinary in view of the large machine dimensions
Trouble. This becomes readily understandable when one realizes
that the stand length can be about 6 to 8 m. Will only be on the two front sides
of the stator package up to the outer housing are used insulating cylinders,
this also results in considerably increased difficulties in fastening
and sealing these cylinder parts. In addition, however, is not without further ado
Dispensing with an insulating cylinder in the area of the iron package guarantees that
that no gas or air from the stator space through the iron stack lamellae
in Gien evacuated runner area and removed the vacuum of the runner area.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erbesserte Maschinenausführung
mit für sich abgeschlossenen Kühlkreisläufen des Läufers und Ständers sowie einem
evakuierten Maschineninnern zur Herabsetzung der Läuferreibungsverluste zu schaffen,
bei dem die Nachteile der vorerwähnten Anordnungen vermieden sind. Erfindungsgemäß
wird diesdadurch erreicht, daß auch die Hochspannungs-Ständerwicklung unmittelbar
innerhalb des evakuierten Maschineninnern angeordnet ist und die Ständerwicklung
mit einer vakuumsicheren, das von einem Kühlmittel durchströmte Innere der Wicklung
dicht gegenüber dem evakuierten Maschinenraum abschließenden Isolierhülle versehen
ist.The invention is based on the object of an improved machine design
with self-contained cooling circuits of the rotor and stator as well as one
to create evacuated machine interiors to reduce rotor friction losses,
in which the disadvantages of the aforementioned arrangements are avoided. According to the invention
this is achieved by the fact that the high-voltage stator winding is also directly
is arranged inside the evacuated machine interior and the stator winding
with a vacuum-safe interior of the winding through which a coolant flows
Provided tightly against the evacuated engine room closing insulating sleeve
is.
Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich mit Vorteil in der Weise verwirklichen,
daß sämtliche Stäbe sowie Wickelköpfe der Maschine in eine elastische abgeschlossene
Isoliermasse eingebettet bw. eingeschlossen sind.. Insbesondere kann hierbei die
Isolierung aus einer zusammenhängenden Silikongummischicht gebildet werden, die
außer den Wickelköpfen als Ganzes auch die einzelnen, in den Nuten der Maschine
liegende Leiterstäbe einschließt. Die vakuumsichere Isolierhülse wird zweckinäßigerweise
so ausgebildet, daß das der Wicklung zur direkten Leiterkühlung in besonderen isolierten
Kanälen oder Hohlräumen der Leiter oder zwischen letzterem und Isolierhülle zugeführte
Kühlmittel unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck gehalten werden kann,
wodurch sich bei Anwendung eines gasförmigen Kühlmittels, wie z. B. von Wasserstoff,
eine wesentlich verbesserte Kühlung ergibt. Bei Anwendung eines erhöhten- Druckes
innerhalb der vakuumsichere-nLeiterisolie-rung wird zugleich eineErhöhung der Isolationsfestigkeit
des Gases erzielt. Um jedoch mit Sicherheit die Möglichkeit des Auftretens von Glimmentladungen
unter allen Umständen auszuschließen, empfiehlt sich die Anwendung von leitenden
oder halbleitenden Belägen auf der Innen-bzw.
Außenseite der Isolierhülle,
womit etwaige Lufteinschlüsse in jedem Falle unschädlich gemacht werden.The solution according to the invention can be implemented with advantage in the manner
that all rods and winding heads of the machine are closed in an elastic
Insulating compound embedded bw. are included .. In particular, the
Insulation can be formed from a continuous silicone rubber layer that
apart from the winding heads as a whole, also the individual ones in the grooves of the machine
includes lying conductor bars. The vacuum-proof insulating sleeve is expediently
designed so that the winding for direct conductor cooling in particular isolated
Channels or cavities in the conductors or between the latter and the insulating sheath
Coolant can be kept at a pressure higher than atmospheric pressure,
whereby when using a gaseous coolant, such as. B. of hydrogen,
results in a significantly improved cooling. When using increased pressure
within the vacuum-safe n-conductor insulation there is also an increase in the insulation strength
of the gas achieved. However, with certainty the possibility of glow discharges occurring
to exclude under all circumstances, the use of conductive is recommended
or semiconducting coverings on the inside or
Outside of the insulating sleeve,
with which any air inclusions are rendered harmless in any case.
Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ansführungsbeispieles
erläutert werden.In the following, the invention will be described in greater detail using an exemplary embodiment
explained.
1 bedeutet den Läufer, 2 den Ständer eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Turbogenerators. Der Läufer kann mit einer Gas- oder Flüssigkeitskühlung versehen
sein, wobei das Kühlmittel durch die Leitung 3 dem Innenkanal 4 der hohlen Läuferwelle
zugeführt wird. Das Kühlmittel verläuft in der durch Pfeile 5 angedeuteten Weise
durch die Leiterstäbe der Läuferwicklung und wird durch die gegenüber dem Rohrkanal
4 erweiterte Bohrung 6 in dem Läuferwellenstumpf 7 über das die Abdichtung ermöglichende
Gehäuse 8 sowie die Leitung 9 abgeleitet. Findet ein verdichtetes Kühlgas, z. B.
Luft oder Wasserstoff, Anwendung, so kann ohne weiteres mit einem höheren Druck
von 2 und mehr Atmosphären gearbeitet werden, wodurch sich eine wirksamere Wärmeabfuhr
aus dem Läufer der Maschine ergibt. Man erkennt, daß der Läufer vollständig gegenüber
dem Maschineninnern 10 abgeschlossen ist, welches innerhalb des geschlossenen Gehäuses
11 liegt. 12 bedeutet das Ständereisenpaket, das in geeigneter Weise mit dem Maschinengehäuse
11 verbunden ist. 14 ist die Ständerwicklung. Der Ständerwicklung wird über geschlossene
Ringkanäle 15 sowie Anschlußrohrleitungen 16 an den Stirnköpfen 17 ein gasförmiges
oder flüssiges Kühlmittel zugeleitet, das in die abgebogenen Stirnkopfteile der
einzelnen Wicklungsstäbe eintritt und im Innern der Wicklungsstäbe so verläuft,
daß durch direkte oder indirekte Leiterkühlung unmittelbar aus der Wicklung die
Verlustwärme abgeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist nun die gesamte Wicklung
in eine vakuumfeste Isolierhülle 18 eingeschlossen, so daß das durch die Wicklung
hindurchgeleitete Kühlmittel unter höherem Druck gehalten werden kann und ein Austritt
des Kühlmittels aus der Isolierhülle der Wicklung unmöglich ist. Infolgedessen kann
ohne Anwendung einer Abdichtung oder Trennung zwischen Ständer- und Läuferraum das
Maschineninnere evakuiert werden, wozu die in der Zeichnung angedeutete, zu einer
Vakuumpumpe ausgeführte Leitung 19 vorhanden ist. Selbstverständlich müssen an den
Wellendurchführungen 20 Dichtungen. vorgesehen werden, an deren Abdichtungsfähigkeit
jedoch keine übermäßig großen Ansprüche zu stellen sind, einerseits, weil zur wirksamen.
Herabsetzung der Reibungsverluste eine Verminderung des Luftdruckes in dem Maschineninnern
auf etwa 20 bis 200 Torr (a 0,10 at. abs.) im allgemeinen ausreicht, andererseits,
weil durch das Eindringen einer geringen Luftmenge an den Abdichtungsstellen 20
keinerlei Schäden hervorgerufen werden können, durch die eintretende Luft sofort
von der Vakuumpumpe abgesaugt wird Zweckmäßigerweise kann die Einbettung der Wicklung
in, eine vakuumsichere Isolierhülle in der Weise erfolgen, daß der Wickelkopf als
Ganzes in eine elastische Isoliermasse, z. B. Silikongummimasse, eingebettet wird
und damit elektrisch beanspruchte Gasstrecken ausgeschaltet werden. Sowohl im Innern
der Isolierhülle wie auf der Außenfläche kann mit Vorteil ein leitender Belag hohen
elektrischen Widerstandes oder ein Halbleiterbelag vorgesehen werden, der als Glimmschütz
wirkt und verhindert, daß beim Vorhandensein etwaiger restlicher Lufteinschlüsse
Glimm-oder Gleitentladungen bei dem herabgesetzten Luftdruck eintreten können.1 means the runner, 2 the stator of one designed according to the invention
Turbo generator. The rotor can be provided with gas or liquid cooling
be, the coolant through the line 3 to the inner channel 4 of the hollow rotor shaft
is fed. The coolant runs in the manner indicated by arrows 5
through the conductor bars of the rotor winding and is through the opposite of the pipe duct
4 enlarged bore 6 in the rotor shaft stub 7 via the sealing enabling
Housing 8 and the line 9 derived. Finds a compressed cooling gas, e.g. B.
Air or hydrogen, application, so can easily with a higher pressure
of 2 and more atmospheres can be worked, resulting in more effective heat dissipation
results from the rotor of the machine. You can see that the runner is completely opposite
the machine interior 10 is completed, which is inside the closed housing
11 lies. 12 means the stator core that is suitably connected to the machine housing
11 is connected. 14 is the stator winding. The stator winding is closed over
Annular channels 15 and connecting pipes 16 on the end heads 17 are gaseous
or liquid coolant fed into the bent forehead head parts of the
individual winding bars and runs inside the winding bars in such a way that
that by direct or indirect conductor cooling directly from the winding
Heat loss can be dissipated. According to the invention, the entire winding is now
enclosed in a vacuum-tight insulating sleeve 18, so that the winding
coolant passed through can be kept under higher pressure and an outlet
the coolant from the insulation of the winding is impossible. As a result, can
without the use of a seal or separation between the stator and rotor space
Inside the machine are evacuated, including the one indicated in the drawing
Vacuum pump running line 19 is present. Of course you have to
Shaft bushings 20 seals. are provided in their sealing ability
However, there are no excessive demands to be made, on the one hand, because they are effective.
Reduction of the friction losses, a reduction in the air pressure inside the machine
to about 20 to 200 Torr (a 0.10 at. abs.) is generally sufficient, on the other hand,
because the penetration of a small amount of air at the sealing points 20
no damage whatsoever can be caused by the incoming air immediately
is sucked off by the vacuum pump. The embedding of the winding
in, a vacuum-proof insulating sleeve in such a way that the winding head as
Whole in an elastic insulating compound, z. B. silicone rubber compound, is embedded
and thus electrically stressed gas lines are switched off. Both inside
the insulating cover as on the outer surface can advantageously have a high conductive coating
electrical resistance or a semiconductor coating can be provided as a glow contactor
acts and prevents the presence of any remaining air pockets
Smoldering or sliding discharges can occur with the reduced air pressure.
Zur Kühlung des Ständereisenpaketes werden zweckmäßig in diesem noch
Kühlkanäle 22 vorgesehen, durch welche ein unter Druck stehendes Kühlmittel, das
durch eine Pumpe od. dgl. gefördert wird; hindurchgedrückt wird. 15, 21a bedeuten
Ringkanäle für die Zuführung des Kühlmittels zu der Ständerwicklung und zu den Kühlkanälen
des Ständereisen-Paketes. Mit diesen Ringkanälen sind die äußeren Zuleitungen 16,
23 für die Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels auf den beiden Seiten der Maschine
verbunden.In order to cool the stator core, it is also useful in this
Cooling channels 22 are provided through which a pressurized coolant, the
is conveyed by a pump or the like; is pushed through. 15, 21a mean
Ring channels for supplying the coolant to the stator winding and to the cooling channels
of the stator bracket package. With these ring channels, the outer feed lines 16,
23 for the supply and discharge of the coolant on both sides of the machine
tied together.
In Einzelheiten kann selbstverständlich die beschriebene Anordnung
abgeändert werden. Insbesondere bei Anwendung größerer Drücke für das Kühlmittel
der Ständerwicklung kann es noch Vorteile bieten, Kappen, Klammern oder Bandagen
sowie sonstige Stützkörper zur Aufnahme der insbesondere an den Ständerwickelköpfen
auftretenden mechanischen Kräfte, die gleichzeitig die Kurzschlußfestigkeit erhöhen,
vorzusehen.The described arrangement can of course be used in details
be modified. Especially when using higher pressures for the coolant
The stator winding can still offer advantages, caps, clamps or bandages
as well as other support bodies for receiving the, in particular, on the stator winding heads
occurring mechanical forces, which at the same time increase the short-circuit strength,
to be provided.