DE1087258B

DE1087258B - Anordnung zur Kuehlung der Laeuferwicklung elektrischer Maschinen mit ausgepraegten Polen

Info

Publication number: DE1087258B
Application number: DEL32936A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Goetze
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-04-10
Filing date: 1959-04-10
Publication date: 1960-08-18
Also published as: BE589537A

Description

Anordnung zur Kühlung der Läuferwicklung elektrischer Maschinen mit ausgeprägten Polen Es ist bereits bekanntgeworden, zur - verbesserten Wärmeabfuhr aus den Polspulen des Läufers einer elektrischen Maschine den Raum zwischen jeder Polspule und dem Polkern zu belüften. Zu diesem Zweck hat man einen Eintritt für das gasförmige Kühlmittel in dem Raum zwischen dem jochringseitigen Stahlrahmen der Polspule und dem Jochring sowie einen entsprechenden Austritt für das gasförmige Kühlmittel in dem Raum zwischen dem polschuhseitigen, die Polspule schützenden Stahlrahmen und dem Polschuh vorgesehen. Diese Bauform bedingte jedoch eine beachtliche Verlängerung des Polkerns und damit ein größeres Polgewicht und eine hohe Fliehkraftbeanspruchung des Jochrings. Außerdem mußte zur Erzielung des gleichen Magnetflusses der Erregerstrom vergrößert werden.
Es ist darüber hinaus im Transformatorenbau bereits bekanntgeworden, an den Stirnseiten der im übrigen durch feste Isolierstoffe vollständig abgedeckten Transformatorspulen einzelne Spulenleiter für den Durchtritt des Kühlmittels mit Ausschnitten zu versehen. Durch diese Maßnahme. wird die für die Unterbringung der Wicklung erforderliche Schenkellänge zwar verkürzt, eine Übertragung dieser bekannten Maßnahme auf die Kühlung der Polwicklung elektrischer Maschinen ist jedoch bis jetzt unterblieben, da die im Vergleich zu den Verhältnissen bei einem ruhenden Transformator wesentlich komplizierteren und ungünstigeren Strömungsverhältnisse im Polrad einer elektrischen Maschine diese einfache Übertragung nicht zuließen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Kühlung der Läuferwicklung elektrischer Maschinen mit ausgeprägten Polen. Erfindungsgemäß besitzt ein Teil der Spulenwindungen an dem jochringseitigen Ende jeder Polspule Nuten für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Raum zwischen der Innenwand der Polspule- und dem Polkern, und ein Teil der Spulenwindungen an dem polschuhseitigen Ende jeder Polspule, Nuten für den Austritt des gasförmigen Kühlmittels aus diesem Raum, wobei die Nuten für den Austritt des gasförmigen Kühlmittels der Strömung desselben ,gleichgerichtet und die Nuten für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Raum zwischen der Polspule und dem Polkern der Strömung des gasförmigen Kühlmittels entgegengerichtet sind. Zur Vergrößerung der Durchschnittsquerschnitte für das gasförmige Kühlmittel kann es darüber hinaus zweckmäßig sein, auch in dem die Enden der Polspule abdeckenden Isolations- und Stahlrahmen Aussparungen entsprechend den erwähnten Nuten vorzusehen. Durch die geschilderte Ausrichtung der Durchtrittsnuten im Hinblick auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels wird im Bereich des Kühlmitteleintritts in die Polschuhe eine wirksame Druckerhöhung und im Bereich des Austritts des gasförmigen Kühlmittels eine Saugwirkung erzielt. Diese wesentliche Unterstützung der Kühlmittelströmung wird darüber hinaus noch. durch die Fliehkraftwirkung, der das in dem Kanal zwischen, dem Polkern und der Spuleninnenseite befindliche Kühlmittel unterworfen ist, in vorteilhafter Weise ergänzt.
Die geschilderten Verhältnisse erzwingen mithin einen ständigen Kühlluftstrom durch den freien Raum zwischen Polspule und Polkern, so daß die Polspule besonders gründlich gekühlt wird. Da häufig bei Synchronmaschinen die Erwärmung der Polspulen eine höhere Ausnutzung der Maschine verhindert, bietet die erfindungsgemäße Anordnung zur Kühlung ,der Polspulen die Möglichkeit, die Leistung der Maschine bei gleichen -Abmessungen wesentlich zu steigern.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur - Kühlung kann sowohl bei Synchroneinzelpolmaschinen als auch bei Schlupfkupplungen angewendet werden. Auch auf zweilagige Polspulen iäßt sich die erfindungsgemäße Anordnung der Nuten anwenden, indem die äußere Polspule doppelt soviel Nuten für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Zwischenraum zwischen beiden Lagen der Polspule wie die innere Spule für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Raum zwischen dem Polkern und der inneren Spule besitzt. Entsprechendes gilt für die Nuten, die den Austritt des gasförmigen Kühlmittels aus dem Raum zwischen Polkern und innerer Polspulenlage bzw. aus dem Raum zwischen beiden Polspulenlagen ermöglichen.
Die Führung des gasförmigen Kühlmittels durch die erwähnten Räume innerhalb der Polspulen bzw. Polspubenlagen ergibt eine besonders wirksame Kühlung der Polspulen auch aus dem Grunde, weil für diesen Teil des Kühlmittelstroms die die Strömung beeinträchtigende Wirkung der auf die Außenwand der Polspulen drückenden Polspulenabstützungen ausgeschaltet ist.
In der Zeichnung wird eine erfindungsgemäße Ahordnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 gibt die Draufsicht einer Polspulenwindung am jochringseitigen Ende einer Polspule (bei geschnittenem Polkern), Fig. 2 die Draufsicht .einer Polspulenwindung am polschuhseitigen Ende der Polspule (Polkern ebenfalls geschnitten) und Fig. 3 den Querschnitt eines Pols mit erfindungsgemäß belüfteten Polspulen wieder.
In Fig. 1 geben die Pfeile 1 und 2 die Strömungsrichtung des Kühlmittels an, das von den beiden Stirnseiten der Maschine her axial gegen den Pol 3 gerichtet ist. Die in Fig. 1 dargestellte Windung 4 der Polspule 5 (s. Fig. 3) befindet sich auf dem jochringseitigen Ende dieser Polspule 5 und ist, wie die gesamte Polspüle, durch Isolationsstäbe 6 auf dem Polkern 7 so zentriert, daß insgesamt acht radiale Kanäle B bis 15 in dem Raum zwischen der Polspule 5 und dem Polkern gebildet werden, durch die das gasförmige Kühlmittel geführt wird. Die erfindungsgemäß in die Windung 4 eingearbeiteten Kanäle 16 sind, wie aus der Fig. 1 weiterhin hervorgeht, im einzelnen so gerichtet, daß der in Richtung der Pfeile 1 geführte Kühlmittelstrom in dem einen Teil dieser Nuten 16, die zu den Kanälen 11, 12,13 und 14 führen, eine Druckerhöhung erzeugt, während der in Richtung der Pfeile 2 geführte Kühlmittelstrom in dem anderen Teil der Nuten 16, die zu den Kanälen 8, 9, 10 und 15 führen, eine Druckerhöhung erzeugt. Das auf diese Weise in die Kanäle 8 bis 15 gedrückte gasförmige Kühlmittel wird anschließend einmal infolge der Fliehkraftwirkung, die sich aus der Drehung des Polrads ergibt, und zum anderen infolge der bestehenden Druckdifferenz, die zwischen den Zonen im Bereich der Nuten 16 innerhalb der Windung 1 und den Zonen im Bereich der Nuten 17 in der Windung 18 am polschuhseitigen Ende der Polspule 5 (s, Fig. 2) besteht, in Richtung auf den Polschuh gefördert.
Die bereits erwähnte Druckdifferenz zwischen dem jochringseitigen und dem polschuhseitigen Ende einer Polspule 5 ergibt sich einmal aus der bereits erläuterten Druckerhöhung im Bereich der Nuten 16 und zum anderen aus dem Unterdruck im Bereich der Nuten 17 der Windung 18. Um diesen Unterdruck zu erzeugen, wurden die Nuten 17 nach Fig. 2, die die Kanäle 11, 12, 13 und 14 mit dem Raum außerhalb eines Pols 3 verbinden, in der dargestellten Weise geneigt.
Damit ergeben sich unter anderem die in Fig. 3 in den Querschnitt eines Pols 3 eingezeichneten Kühlrnittelteilströrne 19 und 20, die in sämtlichen Kanälen 8 bis 15 die gleiche Richtung haben. In die Fig. 1 und 2 wurde zum besseren Verständnis der Strömungsverhältnisse an einem Pol 3 .die Drehrichtung des Polrads durch die Pfeile 21 dargestellt.
Es ist selbstverständlich bedarfsweise möglich, nicht nur jeweils eine Windung auf der Jochringseite bzw. Polschuhseite in erfindungsgemäßer Weise mit Nuten für die Kühlluftführung zu versehen, sondern bedarfsweise mehrere Windungen der Polspule in dieser Weise zu gestalten, um die Durchschnittsquerschnitte entsprechend zu vergrößern und damit die Kühlung zu verbessern. Im Vergleich zu der Kühlfläche, die sich bei Anwendung der bisher üblichen Kühlluftführung zwischen Stahlrahmen und Jochring bzw. zwischen Stahlrähmen und Polschuh ergab, mit der Kühlfläche, wie sie sich bei Anwendung der Erfindung ergibt; zeigt,- daß durch die Erfindung die wirksame Kühlfläche um etwa 50 °lo vergrößert werden-kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Kühlung der Läuferwicklung elektrischer Maschinen mit ausgeprägten Polen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Spulenwindungen an denn jochringseitigen Ende jeder Polspule Nuten für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Raum zwischen der Innenwand der Polspule und dem Polkern und ein Teil der Spulenwindungen an dem polschuhseitigen Ende jeder Polspule Nuten für den Austritt des gasförmigen Kühlmittels aus diesem Raum besitzt, wobei die Nuten für den Austritt des gasförmigen Kühlmittels der Strömung desselben gleichgerichtet und die Nuten für den Eintritt des gasförmigen Kühlmittels in den Räum zwischen der Polspule und dein Polkern der Strömung des gasförmigen Kühlmittels entgegengerichtet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Enden der Polspule abdeckende Isolations- bzw: Stahlrahmen ebenfalls mit Aussparungen für den Austritt des gasförmigen Kühlmittels versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 743 903, 889649; österreichische Patentschrift Nr. 54 776; britische Patentsohrift Nr. 626 823.