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Gaskühlsystem für dynamoelektrische Maschinen Bekannt sind dynamoelektrische
Maschinen mit einer Hochspannungs-Statorwicklung, einer Niederspannungs-Rotorwicklung
in Wicklungsnuten eines zylindrischen Rotorkernes, einem gasdichten Gehäuse, in
welchem Kühlgas zirkuliert und das axial von einem zum anderen Maschinenende durchgehende
Kanäle aufweist, wobei die Rotorwicklungen über Kühlkanäle, welche in gutem Wärmeleitkontakt
mit den Rotorleitern stehen, innen gekühlt sind und diese Kühlkanäle an den Enden
Einlaßöffnungen für das Kühlgas sowie an Zwischenstellen mit dem Luftspalt zwischen
Stator und Rotor in Verbindung stehende Auslaßöffnungen besitzen, der Luftspalt
als Heißgassammelkammer für das Stator- und Rotorkühlgas sowie als axialer Leitkanal
für das gesammelte Kühlgas ausgebildet ist und die Statorwicklung durch Kühlkanäle
innengekühlt ist, welche in gutem Wärmeleitkontakt mit den Statorleitern stehen
und an einem Maschinenende Einlaßöffnungen, an dem anderen Maschinenende Auslaßöffnungen
aufweisen, ferner mit einem Gebläse an mindestens einem Ende des Rotors.
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Diesem Bekannten gegenüber besteht die Erfindung in der Verwendung
eines Sauggebläses, welches das gesammelte Heißgas von diesem Ende des Luftspaltes
absaugt und dessen Träger einen darunter nächst der Rotorwelle liegenden Gebläsekanal
bildet, dessen inneres Ende mit den Eintrittsöffnungen der Rotorwicklungen an diesem
Ende der Maschine in Verbindung steht. ferner in der Anordnung eines Zirkulationskühlsystems,
das eine Vielzahl von die Stator-und Rotorwicklung kühlenden Kühlgasströmen in axialer
Richtung sämtlichen Einlaßöffnungen der Stator- und Rotorwicklung an beiden Enden
der Maschine zuführt und welches in Kombination folgende Einrichtungen umfaßt:
Der Gedanke der Verwendung des Sauggebläses mit einem darunterliegenden Gebläsekanal,
der den Anschluß an die Einlaßöffnungen der Rotorwicklungen an diesem Maschinenende
herstellt, ist bei modernen Maschinen, die mit Wasserstoff unter hohem Druck gekühlt
werden von erheblicher Bedeutung. Die Umkehrung der Gebläseanordnung in dem Sinne;
daß sich der axiale Kanal über dem Gebläse befindet und letzteres nicht ein Sauggebläse,
sondern ein unterhalb dem erwähnten Kanal liegendes Druckgebläse ist; wäre nicht
verwendbar. Das Gebläse muß sich nicht bloß an der Außenseite des Kanals befinden,
um den größtmöglichen Radius und damit ein Maximum an Gebläsewirkung zu erzielen,
sondern es muß auch die Druckseite des Gebläses direkt an dem Kühler arbeiten, so
daß die Ausgangsseite des Kühlers angezapft werden kann, um einen Teil des unter
Druck stehenden Kühlgases radial nach innen zu dem unter dem Gebläse liegenden Kanal
an diesem Maschinende zu fördern und einen anderen Teil des gekühlten Gases durch
die im Stator vorgesehenen axial durchgehenden Kanäle zu dem anderen Ende der Maschine
zu bringen und von hier radial nach innen zu den Rotoreinlaßöffnungen am anderen
Maschinende.
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In der Verwendung eines Sauggebläses liegt noch ein weiterer Vorteil.
Ein Hochdruckgebläse dieser Art entwickelt einen sehr hohen Druck zum Zwecke der
Erzeugung einer hohen Geschwindigkeit des Kühlgases in den Kanälen, die in gutem,
wärmeleitenden Kontakt mit den Rotorwicklungsleitern
stehen. Dies
bezieht sich im besonderen auf die Verwendung von Wasserstoffgas als Kühlmedium.
Ein Hochdruckgebläse komprimiert das Gas als Folge des Differenzgasdruckes, der
in dem Gebläse entsteht. Diese Kompression hat eine Erhitzung des Gases zur Folge.
Wenn das Gas Wasserstoff ist, dann begrenzt die geringe Dichte des Gases die Kompressionshitze
auf ein Maß, das an sich nicht schädlich oder gefährlich ist. Indessen müssen alle
mit Wasserstoffgas gekühlten Maschinen einen -Testlauf in Luft durchmachen, bevor
der Wasserstoff eingeführt wird; fördert nun ein derartiges Hochdruckgebläse Luft,
so wird diese durch Kompression in dem Gebläse so hoch erhitzt, daß die Wicklungen-
und- Wicklungsisolationen der Einwirkung der erhitzten Luft nicht mit Sicherheit
standhalten. wenn, wie bisher, ein nach innen förderndes Gebläse Verwendung findet
an Stelle des erfindungsgemäß vorgesehenen Sauggebläses.
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Bei einer bekannten Maschine dient ein nicht erweiterter Luftspalt
bezüglich der Belüftung des Statorkernes lediglich als Mittel zur Übertragung des
Kühlmediums von einer Gruppe radialer Einlaßkanäle zur nächstbenachbarten Gruppe
radialer Auslaßkanäle des Statorkernes. Bei einer derartigen Anordnung wird das
Heißgas, das von dem Rotor in den Luftspalt abgegeben wird, vermischt mit dem Kühlgas
des Statorkernes, was eine beträchtliche Erhöhung der Temperatur. des Statorkernes
zur Folge hat.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wirkt der Luftspalt, der als
Heißgassammelkammer und als Axialkanal für einen erheblichen Teil des Kühlgases
der Maschine dient, zusammen mit der Innenkühlung der Statorwicklung und mit den
übrigen, erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen. Daraus ergeben sich eine besonders
einfache und wirksame Ausnutzung des Maschinenraumes und ein wirksameres Gebläsesystem,
das höhere Kompressionsverhältnisse und die Beschickung der Wicklungen mit Gas niedrigerer
Temperatur ermöglicht. Auch führt die erfindungsgemäße Ausbildung zu einer Rahmenkonstruktion,
die für den Betrieb mit höheren Gasdrücken, wie sie heute bei innengekühlten Turbogeneratoren
Verwendung finden, geeigneter ist.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt
dar: Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Maschine, in der oberen Hälfte
im Achsschnitt, Fig. 2, 3, 4 und 5 Schnitte nach den Linien II-II, III-III, IV-IV
und V-V zu Fig. 1, Fig. 6 einen Teilschnitt nach Linie VI-VI zu Fig. 1, Fig. 7 und
8 einen Vertikal- bzw. Horizontalschnitt einer anderen Ausführungsform, bei - welcher
vertikale Kühler an beiden Enden der Maschine verwendet sind, Fig. 9 und 10 einen
Vertikal- bzw. Horizontalschnitt eines Generators mit Gebläse in Reihenanordnung,
im Gegensatz zur Parallelanordnung der Fig. 7 und 8, Fig. 12 und 14 einen Vertikal-
bzw. Horizontalschnitt einer Maschine, bei welcher der Statorkern durch axial angeordnete
Kühlöffnungen gekühlt wird, an Stelle von radial angeordneten Mitteldurchgängen,
und bei welcher die Anordnung der Kühler verschieden ist, Fig. 11 und 13 Schnitte
nach den Linien XI-XI bzw. XIII-XIII zu Fig. 12.
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Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einer dynamoelektrischen Maschine
einen Turbogenerator mit einem Stator 15, einem Rotor 16 und einem Luftspalt 17
zwischen Stator und Rotor.
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Der Stator 15 umfaßt ein im wesentlichen gasdichtes Maschinengehäuse,
das aus einem den Kern umgebenden Außenmantel 18 und zwei Schildern 19 und 20 besteht.
Das Gehäuse ist mit Gas, vorzugsweise Wasserstoff, bei einem Druck gefüllt, der
2,1 kg/cm2 über atmosphärischem Drück liegt. Dies ist die untere Grenze; es können
auch höhere Drücke in Betracht kommen. Wenn auch Wasserstoff bevorzugt wird. so
können doch auch andere Gase Verwendung finden, die ein Molekulargewicht besitzen;
das niedriger ist als jenes von Stickstoff; dieses niedrige Molekulargewicht ist
erwünscht, um Windverluste, welche durch Drehung des Rotors 16 in dem Gas entstehen,
niedrig zu halten.
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Der Stator 15 umfaßt außerdem einen zylindrischen Statorkern 21, der
mit einer Vielzahl von Nuten 22 zur Aufnahme der Statorwicklungen versehen ist (Fig.
5). Die Statorwicklungen 23 liegen mit ihren Längsseiten innerhalb der Nuten 22;
die Wicklungsenden befinden sich an beiden Enden des Statorkernes außerhalb desselben.
Die Wicklungen 23 sind zur Kühlung von innen her mit Kühlkanälen 24 versehen, die
in einem guten, wärmeleitenden Verhältnis zu den Statorwicklungen stehen, vorzugsweise
im Verhältnis der direkten Kühlung. Die Kühlkanäle 24 besitzen Einlaßöffnungen 24a
am einen Wicklungsende und Auslaßöffnungen 24b an dem anderen Ende.
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Zur Kühlung der Statorwicklung ist ein rezirkulierendes Kühlsystem
vorgesehen, durch welches ein die Statorwicklung kühlendes Medium in den Innenkühlkanälen
24 der Statorwicklung zirkuliert; dieses Kühlsystem umfaßt Mittel zur Rückkühlung
des die Statorwicklung kühlenden Mediums. Wenn es auch nicht notwendig ist, als
Kühlmedium zum Kühlen der Statorwicklung das das Maschinengehäuse füllende Gas-
zu verwenden, so ist dies doch zweckmäßig; in diesem Falle befinden sich die Einlässe
24a der Kühlkanäle in einem Raum 24' im Inneren der Maschine, während die Auslässe
24 b am anderen Maschinenende in einem zweiten Raum 24" im Inneren der Maschine
liegen, so daß die Statorwicklung 23 mit dem Gas gekühlt wird, das in dem Maschinengehäuse
eingeschlossen ist und dieses Gas seinerseits durch im folgenden beschriebene Kühler
gekühlt wird:. Die Statorwicklung 23 ist gewöhnlich eine Mehrphasenwicklung; bei
den großen Maschinentypen, an welchen die vorliegende Erfindung im besonderen zur
Anwendung kommen soll, ist die Statorwicklung mit einer Grundisolation 25 für 10
000 Volt oder mehr versehen.
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Der Statorkern 21 ist mit einer Vielzahl von Kernbelüftungskanälen
versehen, die entweder in Form an radial verlaufenden Zwischenräumen 26 (gemäß den
Fig. 1 bis 10), oder in Form von axial verlaufenden Kanälen angeordnet sind (Fig.
11 bis 14). Der Rotor 16 besitzt einen zylindrischen Rotorkern 28, der eine Vielzahl
von axial verlaufenden Wicklungen aufnehmenden Nuten 29 und eine innengekühlte Wicklung
30 mit Kühlkanälen 31 in gut wärmeübertragendem Verhältnis zu den Rotorwicklungsleitern,
vorzugsweise in direktem Kühlkontakt mit diesen, aufweist. Zweckmäßig und praktisch
in jedem Fall, in welchem die Erfindung zur Anwendung kommt, besitzen die Rotorwicklungskanäle
31 Einlaßöffnungen 32 an den beiden Enden der Rotor-Wicklung und Auslaßöffnungen
33 an mehreren dazwischenliegenden Stellen innerhalb der die Wicklungselemente aufnehmenden
Rotornuten; diese Auslaßöffnungen
sind gewöhnlich in der Nähe der
Mitte des Rotorkernes angeordnet und stehen mit dem Luftspalt 17 durch eine Vielzahl
von radialen Rotorkanälen 34 in Verbindung, die das Rotorkühlgas auf den Rotorumfang
ausströmen lassen. Die Rotorwicklungen 30 sind für eine Spannung isoliert, die wesentlich
niedriger ist als für die Statorwicklungen; aus diesem Grunde ist eine wesentlich
dünnere Rotorisolation erforderlich.
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Der Rotorkern 28 wird durch eine Rotorwelle 35 getragen, die in einem
Paar von Lagergehäusen 36 nächst den Gehäuseschildern 19 und 20 gelagert ist. Mit
dem Lagergehäuse 36 sind Stopfbuchsenelemente 37 vereinigt, zum Zweck der Abdichtung
der Wellenenden. Eines der beiden Wellenenden dient zum Anschluß an eine Kupplung
38 zur Verbindung mit einer Turbine oder einem anderen Antriebsaggregat; das andere
Wellenende trägt zwei Schleifringe 39 zur Erregung der Rotorwicklung 30, die als
Feldwicklung der Maschine dient.
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Der Luftspalt 17 hat eine lichte Weite in der Größenordnung von 89
bis 127 mm oder auch mehr oder weniger; wesentlich ist, daß der Luftspalt weit genug
gewählt wird, um als Heißgassammelkammer sowie als Axialkanal für einen erheblichen
Teil der zur Belüftung der Maschine erforderlichen Gasmenge zu dienen.
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Um in dem Maschinengehäuse 18-19-20 die Zirkulation des Kühlgases
aufrechtzuerhalten, sind geeignete Maßnahmen getroffen. Bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 1 bis 6 bestehen diese aus einem einzigen, evakuierenden Gebläse 41, das
an einem Ende des Rotorkernes befestigt ist und welches an diesem Ende das erhitzte
Gas aus dem Luftspalt 17 und aus dem Raum 24", in welchem sich die Auslaßöffnungen
24b der Kanäle der Statorwicklung befinden, absaugt. Das Gebläse 41 sitzt auf einem
Träger, der so ausgebildet ist, daß unter dem eigentlichen Gebläse ein oder mehrere
axial verlaufende Durchgänge 42 angeordnet werden können. Das Gebläse ist vorzugsweise
mehrstufig, so daß es einen erheblichen Gebläsedruck zur Entfernung der Heißgase
in axialer Richtung entwickelt.
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Der Wärmeaustausch in dem Maschinengehäuse 18-19-20 zur Kühlung des
zirkulierenden Gases kann auf beliebige Weise erfolgen. Bevorzugt werden Kühler:
wie in den Fig. 1 bis 10 dargestellt.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 6 erfolgt der Wärmeaustausch
durch ein Paar von vertikalen Kühlern 44 und 45. Diese Kühler liegen axial zwischen
den Auslässen 24b der Statorwicklungskanäle und dem Gehäuseschild 20 an diesem Ende
der Maschine, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Gebläse 41 ist unter- oder innerhalb der
axialen Begrenzung der Stirnenden der Statorwicklung, welche die Auslaßöffnungen
24 b der Kühlkanäle tragen, angeordnet, so daß es die heißen Gase axial gegen den
Teil des Gehäuses fördert, der durch die beiden Kühler 44 und 45 eingenommen wird.
Letztere liegen radial zwischen dem Lagergehäuse 36 und der Außenwandung 18 (Fig.
6), so daß die von dem Gebläse axial geförderten Heißgase in zwei Ströme geteilt
werden, einer dieser Ströme fließt nach der einen Seite durch den vertikalen Kühler
44, der andere nach der anderen Seite durch den vertikalen Kühler 45, wie im Horizontalschnitt
in Fig. 6 zur Darstellung gebracht.
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Jeder der Kühler 44 und 45 umfaßt eine Vielzahl von im wesentlichen
gestreckten, vertikalen, flüssigkeitsgekühlten, lamellierten Röhren; das Ende eines
jeden Kühlers mündet in einen Kühlerkopf 47. Die äußere Gehäusewand 18 ist zur Einpassung
der Kühler mit Durchbrechungen 48 versehen, die druckfeste Verstärkungen 51 aufweisen.
Letztere sind an dem Rahmengestell rings um jede Durchbrechung 48 befestigt. Jeder
der beiden Kühler 44 und 45 ist dicht, aber lösbar an seinen Versteifungsmitteln
51 befestigt, so daß jeder Kühlervertikal aus der Maschine genommen werden kann,
nach Entfernung der beiden Kühlerköpfe 47. Die Wasseranschlüsse für das Zirkulationswasser
oder ein anderes Kühlmittel in den Kühlerröhren sind vorzugsweise an den unteren
Kühlerköpfen 47 vorgesehen (Fig. 2 und 3).
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Zur Leitung der Heißgase zu dem Gebläse 41 und durch dasselbe sowie
durch die Kühler 44 und 45 sind Führungen angeordnet. Der Raum 24", in welchen die
Auslässe 24 b der Statorwicklungs-Kühlkanäle münden, wird durch eine äußere zylindrische
oder bogenförmige Wandung 53, eine flache Querplatte oder Scheibe 54, welche sich
vertikal zwischen den beiden Kühlern 44 und 45 an den nächst den Statorwicklungsenden
liegenden Seiten erstrecken, und das Gesäuse 55 des Gebläses 41 begrenzt. Die Platte
oder Scheibe 54 hat eine zentrale Öffnung 54a, die mehr oder weniger dicht mit dem
Außenumfang des Gebläsegehäuses 55 verbunden ist.
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In dem Raum zwischen den beiden vertikal angeordneten Kühlern 44,
45 befindet sich, rund um das Lager verlaufend, ein stationärer, trichterförmiger
Teil 56, dessen inneres Ende nächst dem Gebläse 41 derart liegt, daß nur wenig Gas
an diesem Punkt entweichen kann. Dieser Trichter nimmt die von dem Gebläse aus dem
inneren Ende des Lagers geförderten Gase auf an dem Punkt, an dem die Gase sich
in zwei Ströme teilen, in einen zu dem Kühler 44 und in einen zu dem Kühler 45 ziehenden
Strom.
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Zwischen den beiden Kühlern 44 und 45, nächst den dicht an dem Maschinenschild
20 liegenden Enden, befindet sich eine vertikal verlaufende, gebogene Querplatte
oder Scheibe 57, die nach innen gegen die Scheibe 54 zu gekrümmt ist. Diese Querplatte
oder Scheibe 57 hat eine zentrale Öffnung 57a, an welche der Trichter 56 dicht anschließt,
so daß sich eine Trennung ergibt zwischen dem Heißgas, das in zwei Strömen zwischen
den Kühlern 44 und 45 streicht, und dem kalten Gas, welches radial nach innen in
den flachen Raum 57 b zwischen der Platte 57 und dem Schild 20 und dann axial nach
innen durch den Trichter 56 in den unter dem Gebläse liegenden Durchgangskanal 42
strömt, um dieses Ende der Rotorwicklungen zu belüften, wie später beschrieben wird.
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Das kalte Gas, welches die Kühler 44 und 45 abgeben, wird benutzt
zur Innenkühlung der Rotorwicklung 30, ferner zur Innenkühlung der Statorwicklung
23 und zur Kühlung des Statorkernes 21. Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1
bis 6 wird dies durch eine Konstruktion erreicht, gemäß welcher ein Teil des kalten
Gases in die oberen Enden der Rotorwicklung 30, ein Teil in die Eintrittsöffnungen
24a der Statorwicklung 23 und ein Teil an den Außenumfang der radialen Kühlkanäle
26 des Statorkernes geleitet wird. Ein wesentliches llerlcmal dieser Konstruktion
ist die Anordnung von axial durchgehenden Kanälen auf dein Umfang, beispielsweise
des Kanals 58 der Fig. 1 zur Schaffung einer axialen Verbindung von einem Maschinenende
zum anderen in dem Raum zwischen dem äußeren Umfang des Statorkernes 21 und dem
Gehäusemantel 18.
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Gemäß Fig. 1 ist der Stator mit einer Vielzahl von in axialem Abstand
gegeneinander angeordneten
Ringen 61 bis 64 ausgerüstet, die sich
von dem Außenmantel 18 nach innen erstrecken, und zwar auf die axiale Länge des
Statorkernes 21 verteilt. Der Ring 61 ist an dem einen Ende der zylindrischen oder
bogenförmigen Zwischenwand 53 befestigt, die den Heißgasausströmraum 24" der Statorwicklungsbelüftung
einschließt. Der Raum 53a an der Außenseite der zylindrischen oder bogenförmigen
Wandung 53 ist mit gekühltem Gas gefüllt, das die beiden Kühler 44 und 45 abgeben.
Der Kanal 58 (Fig. 1) erstreckt sich von dem Kühlgasraum 53a aus über die ganze
Statorlänge und mündet jenseits des Ringes 64 in dem Raum 24', von welchem das Kühlgas
in die Einlaßöffnungen 24a der Statorwicklungs-Kühlkanäle sowie in die Einlaßöffnungen
32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende strömt.
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Wie aus dem Horizontalschnitt der Fig. 6 ersichtlich, ist der Kühlgasraum
53a, der sich außerhalb der zylindrischen oder bogenförmigen Zwischenwand 53 befindet,
auch in Verbindung mit dem radial sich erstreckenden Raum 57b zwischen der Querplatte
57 und dem Schild 20; von hier aus gelangt ein Teil des gekühlten Gases zu den Einlaßöffnungen
32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende.
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Am gegenüberliegenden Maschinenende ist der Raum 24' ganz oder im
wesentlichen gegen den Luftspalt 17 abgeschlossen, z. B. durch einen stationären,
zylindrischen Bauteil 69 (Fig. 1), der in engem Abstand gegenüber dem Rotor 16 an
diesem Maschinenende angeordnet ist, so däß das Entweichen von Kühlgas direkt aus
dem Raum 24' in dieses Ende des Luftspaltes 17 beschränkt oder im wesentlichen unterbunden
wird.
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Der durchgehende Kanal 58 ist mit seitlichen Öffnungen 70 versehen
zu dem Zweck, das Entweichen von gekühltem Gas in die Ringräume 70' zwischen den
aufeinanderfolgenden Ringen 61 bis 64 zu ermöglichen. Diese Ringräume 70' befinden
sich zwischen dem Außenumfang des Statorkernes 21 und dem zylindrischen Gehäuse
18. Da die radial liegenden Statorkernkühlräume 26 mit den erwähnten Ringräumen
70' in Verbindung stehen, strömt das gekühlte Gas radial nach innen durch alle radialen
Kühlkanäle 26 des Statorkernes; das erhitzte Gas entweicht nach Kühlung des Statorkernes
in den Luftspalt 17. Durch Verengung der Öffnungen 70 in dem Kanal 58 wird ein geeigneter
Strömungswiderstand erzeugt, wodurch die Aufteilung des Gasstromes so gesteuert
wird, daß jeder Teil die zur Kühlung erforderliche Gasmenge erhält.
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Der Kühlgasraum 53 a kann einen fünften Rahmenring 71 erhalten, der
mit einer Vielzahl von Öffnungen 72 versehen ist (Fig. 4), dergestalt, daß der gesamte
Raum an den Außenseiten der zylindrischen oder bogenförmigen Trennwand 53 ein einziger
Raum 53a. ist, dessen sämtliche Teile miteinander in Verbindung stehen.
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Gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 bis 6 wird ein weiter Luftspalt
17 vorgesehen, um die Kühlgasmenge aus den Kühlkanälen 26 des Statorkernes und aus
den radialen Rotorkühlkanälen 34 aufnehmen und in ein mehrstufiges Hochdruckgebläse
41 an dem einen Rotorende abgeben zu können. Das Hochdruckgas wird durch geeignete
Kühler geblasen; das gekühlte Gas wird auf die verschiedenen Einlaßöffnungen zum
Kühlen der Rotorwicklungen 30, der Statorwicklungen 23 und des Statorkernes 21 verteilt.
Diese Anordnung vereinfacht die Kühlgasverteilung außerordentlich. Sie führt zur
einfachsten und wirkungsvollsten Ausnutzung des Maschinenraumes; sie gestattet die
Anordnung eines besonders wirksamen Gebläsesystems, das die Zirkulation des Kühlmittels
bei hohen Drücken und hohen Geschwindigkeiten zuläßt als Folge der Verwendung eines
einzigen mehrstufigen Gebläses an Stelle je eines kleineren Gebläses an beiden Maschinenenden.
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Die Verwendung eines einzigen, mehrstufigen, axialen Gebläses oder
Kompressors 41 ist durch Verwendung einer kleineren Gasmenge möglich; die Verringerung
des Gasvolumens wird durch Verwendung eines dichteren oder höhergespannten Gases
und durch die Anwendung höherer Gasgeschwindigkeiten erreicht.
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Die Verwendung eines Sauggebläses 41 zum Abführen der heißen Gase
aus den belüfteten Teilen der Maschine und der Durchgang dieser heißen Gase direkt
durch einen oder mehrere Kühler vor Wiederbeginn der Zirkulation des gekühlten Gases
in den Kühlkanälen der Maschine hat einen zusätzlichen Vorteil insofern, als ein
Hochdruckgebläse einen erheblichen Temperaturanstieg erzeugt (infolge der Kompression),
wenn das Gas eine Dichte besitzt annähernd jener von Luft. Bei den Versuchen mit
der Maschine in der Fabrik ist es erwünscht, die Maschine für die üblichen elektrischen
und dielektrischen Versuche und zum Einspielen in Luft zu fahren. Durch die Verwendung
eines Sauggebläses im Gegensatz zu einem Gebläse, welches das Gas aus dem Kühler
in die Kühlkanäle bläst, wird vermieden, daß während dieser Vorversuche in der Fabrik
Luft in die Maschine geblasen wird, die infolge der Kompressionswirkung des mehrstufigen
Gebläses auf eine Temperatur erhitzt worden war, die für die Maschinenwicklungen
zu hoch ist. Infolgedessen vermeidet, wenn die Luft aus der Maschine entfernt und
durch Wasserstoff ersetzt wird, das absaugende Hochdruckgebläse die Einführung selbst
des kleinen Temperaturanstieges, der durch die Kompression des Wasserstoffes in
dem Gebläse erzeugt wird, weil das komprimierte Wasserstoffgas zuerst durch den
oder die Kühler strömt, bevor es in die Kühlkanäle der Maschine gelangt.
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Durch Vermeidung der Vermengung von erhitztem Gas mit anderen, nicht
erhitzten Gasteilen, wie sie bei den bekannten Belüftungssystemen auftritt, die
nicht. den Luftspalt als Sammelraum für die Heißgase benutzen, ergibt sich die Möglichkeit,
mit den Heißgasen auf höhere Temperaturen zu gehen, wodurch die Temperaturdifferenz
zwischen dem Gas und dem Kühlerwasser erhöht wird, was eine Erhöhung des Wirkungsgrades
des Kühlers bedeutet.
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Hervorzuheben ist auch, daß die Verwendung vertikal angeordneter Kühler
wie in den Fig. 1 bis 6 zur Folge hat, daß die Heißgase gekühlt werden; bevor sie
in Berührung mit dem Gehäuse 18 gelangen, zum Unterschied von bekannten Systemen,
bei welchen die Heißgase mit dem Gehäuse in Kontakt treten und erst dann durch den
Kühler abgezogen werden vor ihrer Einführung in die Kühlkanäle der Maschine. Erfindungsgemäß
wird somit ein konstruktiver Aufbau erzielt, bei welchem die Expansions- und Kontraktionsbeanspruchungen
des Maschinengehäuses und anderer Rahmenteile vollkommen vermieden sind. Dies ist
von besonderer Wichtigkeit für Maschin @ntypen der außerordentlichen Größe, für
welche die 1?rfindung in erster Linie gedacht ist. Die Anordnung vertikaler Kühler
in einem Raum, in welchem sie nicht besondere Seitenausbauchungen des Maschinenrahmens
erfordern, ergibt eine Rahmenkonstruktion, die sich ohne weiteres hohen Gasdrücken
gegenüber als widerstandsfähig erweist, abgesehen von einer
wesentlichen
Vereinfachung der inneren Anordnung, die notwendig ist, die Gase durch die Kühler
strömen zu lassen, und einer Verringerung der Gesamtabmessungen, was wesentlich
ist beispielsweise für die Verschiffung von Maschinen der Größe, für welche die
Erfindung bestimmt ist.
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Weitere Vorteile der Verwendung vertikaler Kühler im Gegensatz zu
horizontal liegenden Kühlern sind besseres Aussehen, leichtere Möglichkeit der Reinigung,
leichte Demontage und Montage der Kühler, bessere Zugänglichkeit zu den Ventilatoren
und Wicklungen durch die Kühleröffnungen und geringere Dimensionen der Rahmenringe,
diese bedingt durch Entfernung der früher verwendeten horizontalen Kühler aus den
Rahmenringräumen 70' zwischen dem äußeren Umfang des Statorkernes und dem äußeren
Maschinengehäuse.
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Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Kühleranordnung mit einem Parallel-Gebläsesystem,
das zweckmäßig ist an Maschinen, bei denen Kühler an beiden Maschinenenden verwendet
werden müssen, entweder, um die geforderte Leistung zu erfüllen, oder wegen Belüftungscharakteristiken,
oder um zwei verschiedene Gebläsedrücke verfügbar zu haben, einen für die innengekühlten
Wicklungen 23 und 30 und den anderen für den Statorkern 21.
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Bei der Maschine der Fig. 7 und 8 ist ein vertikales Kühlerpaar 44,
das sich an dem Maschinenende bei dem Schild 20 befindet, verdoppelt durch ein zweites
Paar vertikaler Kühler 74 an dem Maschinenende nächst dem Schild 19. Dieses zweite
Kühlerpaar 74 kann ebenso ausgeführt sein wie das erste Paar 44, nur kann es etwas
kleiner gehalten sein. Dem zweiten Kühlerpaar ist die gleiche Art von Verteilungselementen
54', 55', 56' und 57' zugeordnet wie dem Kühlerpaar 44 am gegenüberliegenden Maschinenende.
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In diesen Fig. 7 und 8 ist das Abschlußelement 69 der Fig. 1 bis 6
weggelassen und ersetzt durch einen zweiten Saugventilator 76, der einen Teil der
Heißgase an diesem Ende des Luftspaltes 17 absaugt. Das Gebläse 76 entwickelt einen
wesentlich kleineren Druck als das mehrstufige Gebläse 41. Nach dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 7 und 8 ist das zweite Gebläse 76 einstufig. Im übrigen ist es von gleicher
Ausführung wie das Gebläse 41; auch ist unter ihm ein Durchgangskanal 42 vorgesehen.
Um die Saugseite des zweiten Gebläses 76 von dem Hochdruckkühlgasraum 24', der die
innengekühlten Wicklungen 23 und 30 versorgt, zu trennen, ist eine zylindrische
Wand 77 vorgesehen, die an dem Umfang des Statorkernes -in diesem Maschinenende
befestigt ist und sich bis zu dem Umfassungsgehäuse 55' des Gebläses 76 erstreckt.
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Gemäß Fig. 8 sind die Kühlgasaustrittsseiten des zweiten vertikalen
Kühlerpaares 74 von dem Hochdruclclkühlgasraum 24' durch eine vertikale Absperrquerwand
78 getrennt. Diese Wand macht es notwendig, eine Verbindung zwischen der Hochdruckkühlgaskammer
24' und dem Durchgangskanal 42 an diesem Maschinenende vorzusehen. Dies geschieht
gemäß Fig. 7 durch eine Vielzahl von Kanälen 79 zwischen den Platten 54' und 57',
so daß ein Teil des hochgespannten Kühlgases von dem die Einlaßöffnungen 24a der
Statorwicklungs-Kühlkanäle versorgenden Raum 24' abgelenkt und durch die Kanäle
79 dem flachen Raum 57b' zwischen der gebogenen Scheibe 57' und dem Schild 19 zugeleitet
wird, um hierauf in die weite Mündung des Trichters 56' und von hier durch den Kanal
42 unter dem Gebläse 76 zu strömen und dieses Ende der innengekühlten Rotorwicklungen
30 zu versorgen.
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Bei der großen Maschine, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist,
besitzt der Statorrahmen sechs Rahmenringe 81 bis 86 an Stelle der vier Rahmenringe
61 bis 64 der Fig. 1 bis 6. Diese sechs Rahmenringe sind axial zueinander im Abstand
angeordnet und auf die axiale Länge des Statorkernes 21 verteilt; dabei sind die
Ringe 81 und 86 mehr oder weniger dicht an die Stirnseiten des Statorkernes angeschlossen.
Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 6, sind die sechs Ringe 81 bis 86 von
einem Kanal 88 durchsetzt (Fig. 7). Dieser Kanal führt das Hochdruckkühlgas aus
dem Raum 53 a an die Außenseite der zylindrischen oder gekrümmten Zwischenwand 53
zu der Kammer 24', welche die Einlaßöffnungen 24 a der Statorwicklung umgibt.
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Unterschiedlich gegenüber dem Kanal 58 der Fig. 1 ist der durchgehende
Kanal 88 der Fig. 7 längs seiner Seitenwandungen unperforiert, so daß er kein Gas
an die Ringräume 70" zwischen aufeinanderfolgenden Ringen 81 bis 86 abgibt. Diese
Ringräume 70" kommunizieren gemäß Fig. 8 miteinander über Öffnungen 82' bis 85'
in den Ringen 82 bis 85; die ganze Gruppe dieser Ringräume 70" steht mit den Ausgangsseiten
des Niederdruckkühlers 74 mittels Kanälen 89 (Fig. 8) in Verbindung, die sich von
der Trennwand 78 bis zu dem Ring 86 erstrecken.
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Die Wirkungsweise der Maschine der Fig. 7 und 8 ist ohne weiteres
erkennbar. Das Heißgas aus dem Raum 24" der Statorwicklungen 23 und aus dem entsprechenden
Ende des Luftspaltes 17 wird durch das mehrstufige Gebläse 41 auf Hochdruck gebracht
und durch das Kühlerpaar 44 in den Hochdruckkühlgasraum 53a gefördert. Dieser steht
mit den Eintrittsöffnungen 32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende über den
nach innen gekrümmten Teil der Querplatte oder Scheibe 57 in Verbindung, wie Fig.
7 und 8 zeigen. Dieses Gas tritt radial nach innen zwischen die Platte 57 und den
Gehäuseschild 20 in den Trichter 56.
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Der Hochdruckkühlgasraum 53a; der von den Austrittsseiten der Kühler
44 her beschickt wird, kommuniziert mit dem Hochdruckkühlgasraum 24' am anderen
Ende der Maschine durch den Kanal 88 (Fig. 7). Der Raum 24' umschließt die Einlaßöffnungen
24a der Statorwicklungs-Kühlkanäle, so daß diese mit Kühlgas versorgt werden. Er
steht ferner mit den Einlaßöffnungen 32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende
über die Kanäle 79 und den flachen Endraum 57 b' zwischen der gebogenen Platte 57'
und dem Gehäuseschild 19 in Verbindung. Hervorzuheben ist, daß das Hochdruckkühlgas
für Innenkühlung sowohl der Statorwicklung 23 als auch der Rotorwicklungen 30 von
dem den Statorkern 21 beaufschlagenden Kühlgasstrom getrennt ist.
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Die Belüftung des Statorkernes bewerkstelligt das einstufige Sauggebläse
76, welches die erforderliche Menge an Heißgas aus diesem Ende des Luftspaltes 17
abzieht und auf einen wesentlichen geringeren Druck komprimiert, als er durch das
mehrstufige Gebläse 41 erhalten wird. Das von dem einstufigen Gebläse 76 komprimierte
Gas wird durch das zweite Kühlerpaar 74 geleitet, dessen Austrittsseiten durch die
Kanäle 89 (Fig. 8) mit den Ringräumen 70" zwischen den aufeinanderfolgenden Ringen
81 bis 86 kommunizieren; die erwähnten Ringräume stehen ihrerseits in Verbindung
mit dem Umfang sämtlicher radialer Statorkern-Kühlkanäle 26, die das Heißgas nach
Kühlung des Statorkernes 21 in den Luftspalt
abgeben. Auf diese
Art wird die notwendige Niederdruckdifferenz, die zur Gewinnung der verhältnismäßig
kleinen erforderlichen Menge von Kühlmedium für den Statorkern gebraucht wird, durch
das Niederdruckgebläse 76 gewonnen; und es wird vermieden, daß diese Gasmenge zunächst
auf den gleichen Druck, der zur Innenkühlung der Wicklungen erforderlich ist, gebracht
werden muß, um dann auf den Druck, den die Kühlkanäle 26 des Statorkernes benötigen,
gedrosselt zu werden.
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Im übrigen weist die Ausführungsform der Fig. 7 und 8 die gleichen
Vorteile der Verwendung vertikaler Kühler auf, die an Hand der Fig. 1 bis 6 beschrieben
wurden. Dabei können vier vertikale Kühler statt zweier Verwendung finden, um eine
größere Kühlkapazität zu erhalten- und den Erfordernissen sehr großer Maschinen
zu genügen oder um eine Verkleinerung der Abmessungen eines jeden Kühlers zu ermöglichen.
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Ein Kühlersystem in Reihenschaltung, wie es die Fig. 9 und 10 zeigen,
eignet sich für solche Turbogeneratoren, bei denen die Entnahme des Gases aus dem
Luftspalt nur an einem Ende zweckmäßig ist, und dort, wo die Einsparung an Gebläseenergie
die geringe, zusätzliche Komplizierung rechtfertigt, die sich bei Verwendung von
zwei Gebläsen in Hintereinanderschaltung ergibt.
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In den Fig. 9 und 10 befindet sich je ein Gebläse 91 und 91' an den
beiden Enden des Rotorkernes. Beide Gebläse sind im Beispielsfalle einstufig und
hintereinandergeschaltet zur Erzeugung der Druckdifferenz. die notwendig ist für
die Innenkühlung der Stator-und Rotorwicklungen 23 bzw. 30, während die Kühlung
des Statorkernes aus einer Druckdifferenz gewonnen wird, die das Gebläse 91 allein
erzeugt.
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Von den Gebläsen 91 und 91' der Fig. 9 und 10 ist das Gebläse 91 ein
Sauggebläse zum Absaugen von Gas einerseits aus dem Luftspalt an diesem Ende, andererseits
aus der Kammer 24", welche das Gas aus den Auslaßöffnungen 24 b der Statorwicklungs-Kühlkanäle
aufnimmt, wie an Hand der Fig. 1 bis 8 für das mehrstufige Gebläse 41 erläutert.
Das Gebläse 91 ist, wie ebenfalls früher beschrieben, mit Durchgängen 42 versehen
und fördert das Heißgas zu einem einzigen Paar vertikaler Kühler 44 und 45 mit der
gleichen Verteileranordnung, die für das Maschinenende an dem Rahmenschild 20 an
Hand der Fig. 1 bis 8 beschrieben wurde.
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Der Stator gemäß den Fig.9 und 10 besitzt vier Rahmenringe 92 bis
95, entsprechend den sechs Rahmenringen 81 bis 86 der Fig. 7 und B. Jeder der Rahmenringe
ist, wie bei 92' bis 95' angedeutet. durchbrochen, so daß die Kühlgaszone 53a. mit
einer entsprechenden Zone 96 kommuniziert, welche die zylindrische oder gekrümmte
Zwischenwand 97 an dem anderen Maschinenende umgibt. Die Durchbrechungen 92', 93'
und 94' stellen außerdem eine Verbindung der ersten Kühlgaszone 53a mit den Ringräumen
70" her, die ihrerseits mit den Umfangsenden sämtlicher Belüftungskanäle 26 des
Statorkernes 21 kommunizieren.
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Gemäß den Fig. 9 und 10 bläst das zweite Gebläse 91' das Kühlgas axial
nach innen gegen den Statorkern 21 und den Rotorkern 28. Das Gebläse 91' bezieht
das Kühlgas eingangsseitig über einen Kanal 98, der mit der Kühlgaszone 96 kommuniziert.
Der Gebläsedruck 91' addiert sich zu dem Druck des ersterwähnten Gebläses 91: die
vereinigten Gasdrücke blasen das Kühlgas in eine innere Hochdruckkühlgaszone 99,
die mit den Einlaßöffnungen 24a. der Statorwicklung und mit den Einlaßöffnungen
32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende in Verbindung steht. Der Luftspalt
17 ist an diesem Maschinenende ganz oder nahezu ganz abgeschlossen durch ein geeignetes
ringförmiges oder zylindrisches Dichtungselement 100.
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Wie in Fig. 9 gezeigt, ist die zylindrische oder gekrümmte Trennwand
97, welche die Umfangsbegrenzung der Hochdruckkühlgaszone 99 bildet, mit einer Auslaßöffnung
101 versehen, die über einen auf der ganzen Länge durchgehenden Kanal 102 mit der
Querplatte oder Scheibe 57 in Verbindung steht, derart, daß Hochdruckkühlgas in
den flachen Endraum 57 zwischen dieser Platte oder Scheibe 57 und dem Maschinenschild
20 an demselben Ende der Maschine gelangen kann, an welchem sich die Kühler 44,
45 befinden; auf diese Weise wird das Gas durch das trichterförmige Element
56 und den Durchgang 42 an die Rotorwicklungs-Einlaßöffnungen 32 an diesem Maschinenende
abgegeben. Der Kanal 102 liegt in dem Ringraum zwischen dem Außenumfang des Statorkernes
21 und dem Gehäusemantel 18; er durchsetzt die Ringe 92 bis 95 in für diesen Zweck
angebrachten Löchern, wie Fig. 9 zeigt.
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Die Ausführungsform der Fig. 9 und 10 arbeitet in der Weise, daß das
erste Gebläse 91 das gesamte Heißgas aufnimmt und es durch die vertikalen Kühler
44 und 45 in die erste Kühlgaszone 53 a treibt bei einem Druck, der ausreicht, die
erforderliche Kühlgasmenge durch die radialen Kühlkanäle 26 des Statorkernes 21,
die in den Luftspalt 17 münden, zu treiben. Der nicht durch die Kühlkanäle 26 gehende
Kühlgasanteil strömt durch die Öffnung 95' des Rahmenringes 95 in die Zone 96, von
wo es dem zweiten Gebläse 91' zugeführt wird, das seinen Gebläsedruck zu jenem des
Gebläses 91 addiert und hierdurch ein Hockdruckkühlgas erzeugt, das zur Beschickung
der inneren Kühlkanäle 24 der Statorwicklung an diesem Maschinenende und zur Beschickung
der Einlaßöffnungen 32 der Rotorwicklung an beiden Maschinenenden dient. Die Kühlkanäle
24 der Statorwicklung geben das Heißgas in die Heißgaszone 24" ,il), die mit der
Eintrittsseite des ersten Gebläses 91 in Verbindung steht. Das von der Rotorwicklung
abgegebene erhitzte Gas gelangt durch Öffnungen 34 des Rotorkernes in den Luftspalt
17, von welchem es gegen die Eintrittsseite des Gebläses 91 abgezogen wird. -Bei
allen Ausführungsformen der Erfindung sind entweder horizontal angeordnete Kühler
in dem Ringraum zwischen dem Außenumfang des Statorkernes 21 und dem Außenmantel
18 des Gehäuses oder vertikal angeordnete Kühler, wie in den Fig. 1 bis 10
gezeigt, verwendet. Darüber hinaus kann eine Art der Statorkühlung vorgesehen sein.
bei welcher axial verlaufende Kernkühlkanäle, die nicht in den Luftspalt 17 münden,
Verwendung finden. Diese Ausführungsform ist in den Fig. 11 bis 14 wiedergegeben.
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Hierbei werden das gleiche Gebläse 41, wie in den Fig. 1 bis 6 und
die gleiche Rotorbelüftung benutzt. Die Kühleranordnung ist verschieden, desgleichen
die Kühlung des Statorkeriies und die Art der Verteilung des Kühlgases durch Zwischenwand
und Leitkanäle.
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Die Maschine der Fig. 11 bis 1-1 zeigt einen Inneninantel 103 im Inneren
des Gehäusemantels 18 und im Abstand von diesem. Die Austrittsseite des Gebläses
41 fördert in einen Kanal 104, der in den zvlindrischeu Innenmantel 103 an
einer Stelle dicht bei dem Maschinenschild 20, jedoch im Abstand von diesem, mündet.
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Dieser Teil des Innenmantels 103 ist an geeigneten Stellen, beispielsweise
oben und unten, mit einer Vielzahl
von Öffnungen 105 (Fig.12 und
13) versehen, durch welche das Heißgas in diesem Teil des Ringraumes zwischen den
beiden zylindrischen Mänteln 103 und 18 austritt.
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An unter 45° diagonalen Punkten des Umfanges dieses Ringraumes zwischen
den Mänteln 103 und 18 sind vier in Längsrichtung liegend angeordnete Kühler 107
vorgesehen, welche die ganze Maschinenlänge einnehmen, d. h. von dem Schilde 19
sich zu dem Schild 20 erstrecken. Quer zu dem Ringraum zwischen den Mänteln 103
und 18 befindet sich eine beliebige Anzahl von Rahmenringen, beispielsweise deren
sieben, 111 bis 117, von denen die Ringe 112 bis 117 innerinnerhalb der Längenausdehnung
des Statorkernes liegen, während der Ring 111 an einer Stelle zwischen den Öffnungen
105 und dem Ende des Statorkernes 21 oder des Ringes 112 an dieser Maschinenseite
angeordnet ist.
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Das durch die Öffnungen 105 austretende Heißgas strömt über die ganze
Länge der Räume 106 und 106', die radial durch die Innen- und Außenmäntel 103 bzw.
18 und seitlich durch zwei obere Kühler 107 (für den Raum 106) und zwei untere Kühler
107 (für den Raum 106') begrenzt sind. Um die Längsverteilung des Heißgases in den
Räumen 106 und 106' zu ermöglichen. sind zwischen den Rahmenringen 111 bis 117 im
oberen und unteren Bereich derselben Durchgangsöffnungen 106" vorgesehen (Fig. 11,
12 und 13).
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Die Heißgase verlassen die Heißgasräume 106 und 106' am oberen und
unteren Teil der Maschine und strömen auf dem Umfang durch die Kühler 107 und verlassen
die Kühler als kaltes oder gekühltes Gas, das in den Kühlgaskammern 118 und 118'
gesammelt wird. Letztere befinden sich mit dem Rotor 16 auf gleicher horizontaler
Ebene und sind radial durch den Innen- und Außenmantel 103 bzw. 118 und am Umfang
durch das rechts liegende Kühlerpaar 107 (für den Raum 118 bzw. durch das links
liegende Kühlerpaar 107 (nicht gezeichnet für den Raum 118') begrenzt.
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Das Kühlgas in den Räumen 118 und 118' strömt axial über die ganze
Länge der Maschine innerhalb dieser Räume durch die Öffnungen 118" der sieben Rahmenringe
111 bis 117; diese Öffnungen 118" befinden sich gerade über und unter der Horizontalachse,
wie in den Fig. 11 und 13 gezeigt. Von den Kühlgasräumen 118 und 118' aus wird das
unter Druck strömende Kühlgas radial nach innen an mehreren Stellen längs dieser
Räume verteilt, wie nachstehend beschrieben wird. Zunächst sei das Kühlsystem des
Statorkernes der Ausführungsform der Fig. 12 und 14 erläutert. Der Statorkern 21
wird mittels einer Vielzahl längs verlaufender Kühlkanäle 120 gekühlt, die sich
über die ganze Länge des Statorkernes 21 von dessen einem Ende bis zum anderen erstrecken.
Das Kühlgas kann ununterbrochen über die ganze Länge jedes dieser Kanäle 120 fließen;
wenn jedoch die Maschine sehr lang ist, kann es, wie in Fig. 12 und 14 gezeigt,
erwünscht sein, die Kanäle 120 an zwei oder mehreren Stellen zu unterteilen; dies
ist durch radiale Kühlerkanäle 121 und 122 bewerkstelligt, die sich an Zwischenpunkten
in geeigneten Abständen voneinander in dem Statorkern 21 befinden. Die radialen
Kanäle sind entweder an ihren inneren Enden geschlossen, oder sie münden, wie bei
123 ersichtlich, in den Luftspalt; oben am Statorumfang sind sie offen. Der Radialkanal
121 kommuniziert mit einem peripheren Ringraum 121', der gerade unterhalb des Raumes
zwischen den beiden Rahmenringen 113 und 1-14 liegt; der Kanal 122 kommuniziert
mit einem peripheren Ringraum 122', der gerade unterhalb des Raumes zwischen den
Rahmenringen 115 und 116 liegt.
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Unter Bezugnahme auf die Kühlgasräume 118 und 118' der Fig. 11 bis
14 ist hervorzuheben, daß der Innenmantel 103 mit Öffnungen versehen ist, die sich
ungefähr in der gleichen horizontalen Ebene wie der Rotor 16 befinden. An dem Ende
des Mantels 103 nächst dem Gehäuseschilde 20 und zwischen diesem und dem Austrittskanal
104 des Gebläses 41 ist der Innenmantel 103 mit Öffnungen 124 versehen, die Kühlgas
radial nach innen in den flachen Endraum 124' dicht neben dem Schild 20 treten lassen,
so daß dieses Gas axial nach innen über den Durchgang 42 unter dem Gebläse 41 zu
den Eintrittsöffnungen 32 der Rotorwicklung an diesem Maschinenende gelangen kann.
An dem anderen Maschinenende ist der Mantel 103 mit einer oder mehreren Öffnungen
125 (Fig. 14) versehen, durch welche Kühlgas in die Kühlgaskammer 126 an diesem
Maschinenende gelangen kann. Diese Kammer kommuniziert frei mit den Eintrittsöffnungen
24a der Statorwicklungs-Kühlkanäle, den Eintrittsöffnungen 32 der Rotorwicklungs-Kühlkanäle
und den axialen Kühlkanälen 120 des Statorkernes. Wie in Fig. 1 ist der Luftspalt
17 an diesem Ende ganz oder nahezu ganz geschlossen, so daß wenig oder kein Kühlgas
aus der Kühlgaskammer 126 an diesem Maschinenende in den Luftspalt 17 eintreten
kann.
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Zusätzlich zu den obengenannten Öffnungen 124 und 125, welche Kühlgas
aus den Räumen 118 und 118' austreten lassen, ist der Innenmantel 103 mit drei weiteren
Öffnungen 127, 128 und 129 versehen, die ungefähr in der gleichen Horizontalebene
liegen wie der Rotor 16 (Fig. 14). Die Öffnung 127 des Mantels 103 kommuniziert
mit dem oben schon erwähnten Ringraum 121', der Kühlgas radial nach innen in den
radialen Kühlkanal 121 des Statorkernes eintreten läßt, von wo aus das Kühlgas nach
entgegengesetzten Richtungen des axialen Kühlkanals 120 strömt. Die Öffnung 128
des Mantels 103 steht in Verbindung mit dem anderen, schon erwähnten Ringraum 122';
sie ist aber gegen den Ringraum zwischen den beiden Ringen 115 und 116 abgesperrt
durch einen kurzen, radial verlaufenden Kanal 128', der von der Öffnung 128 aus
in Verbindung mit einem geschlossenen Ende eines axial angeordneten Kanals 130 steht,
der durch die Ringe 115, 114, 113 und 112 hindurchgeht und kurz vor dem Ring 111
endet. Dieses Ende des Kanals 130 ist ebenfalls geschlossen und steht mit einem
kurzen, radialen Kanal 129' in Verbindung, der mit der Öffnung 129 des Innenmantel
103 kommuniziert, so daß durch diese Öffnung 129 Gas in die Heißgaskammer 24" gelangen
kann, die auf der Eintrittsseite des Gebläses 41 liegt.
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Die Arbeitsweise der Ausführungsform der Fig. 11 bis 14 ist derart,
daß Kühlgas in die Kühlgaskammern 118 bis 118' auf drei verschiedenen Wegen durch
die horizontal angeordneten Öffnungen 124, 125 und 127 gelangt. Die Öffnung 124
liefert Kühlgas an das linke Ende der Rotorwicklungen 30: Die Öffnung 127 liefert
Kühlgas an einen dazwischenliegenden Punkt 121 des Kühlkanals 120 des Statorkernes.
Die Öffnung 125 liefert Kühlgas in die Kühlgaskammer 126 am rechten Maschinenende.
Von dieser Kammer aus verteilt sich das Kühlgas in drei Strömen auf die Einlaßöffnungen
24a der Statorwicklungs-Kühlkanäle, die Einlässe 32 der Rotorwicklungs-Kühlkanäle
an diesem Maschinenende und die axialen Kühlkanäle 120 des Statorkernes an diesem
Maschinenende. Die inneren Kühlkanäle 24 der Statorwicklung entleeren sich in die
Heißgaskammer
24" an dem linken Maschinenende. Die inneren Kühlkanäle
der Rotorwicklung entleeren sich durch zentral angeordnete Öffnungen 34 in den Luftspalt,
der seinerseits ebenfalls mit der Heißgaskammer 24" an dem linken Maschinenende
kommuniziert. Die axialen Statorkühlkanäle 120 erhalten, wie beschrieben, Kühlluft
an zwei Stellen und entleeren das Heißgas in die Heißgaskammer 24" am linken Maschinenende.
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Die Kühlkanäle 120 des Statorkernes (Fig. 11 bis 14) können in den
Abmessungen sehr klein sein, auch in ihrer Zahl, und zwar aus einer Reihe von Gründen;
nämlich wegen der geringen zurückbleibenden Wärmemenge, die aus dem Statorkern nach
Entfernung der Wärme aus der Statorwicklung durch Innenkühlung abgezogen werden
muß, ferner wegen der Vermeidung der Einführung von heißen Luftspaltgasen in die
Statorkernkanäle und wegen des hohen Wasserstoffdruckes sowie des hohen Gebläsedruckes,
die für die Innenkühlung der Stator- und Rotorwicklung erforderlich sind. In der
Tat kann bei besonderer Kombination eines innengekühlten Turbogenerators mit einem
Luftspalt, der ausschließlich der Sammlung und Führung von Heißgas dient, das Volumen
des Statorkernes wesentlich dadurch verringert werden, daß an Stelle der üblichen
radialen Kühlkanäle axiale Kühlkanäle verwendet werden.
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Hervorzuheben ist, daß bei sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung
keine Vermischung von Heißgas und Kaltgas in dem Luftspalt 17 eintritt; der Luftspalt
vielmehr bei allen Ausführungsbeispielen als Heißgassammelkammer dient.