DE1108797B - Kuehleinrichtung fuer elektrische Leiter in Hohlwellen elektrischer Maschinen - Google Patents

Kuehleinrichtung fuer elektrische Leiter in Hohlwellen elektrischer Maschinen

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DE1108797B
DE1108797B DEL34751A DEL0034751A DE1108797B DE 1108797 B DE1108797 B DE 1108797B DE L34751 A DEL34751 A DE L34751A DE L0034751 A DEL0034751 A DE L0034751A DE 1108797 B DE1108797 B DE 1108797B
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DE
Germany
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coolant
cooling channels
conductor
cooling
conductors
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Pending
Application number
DEL34751A
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English (en)
Inventor
Harry Gerwing
Alex Longree
Wolfgang Wollschina
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/28Cooling of commutators, slip-rings or brushes e.g. by ventilating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Description

  • Kühleinrichtung für elektrische Leiter in Hohlwellen elektrischer Maschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die direkte Kühlung elektrischer Leiter in hohlen Wellenteilen elektrischer Maschinen, wie beispielsweise der Schleifringzuleitungen in den hohlen Wellenschenkeln von Turbogeneratoren.
  • Die wirksame direkte Kühlung der Wicklungen elektrischer Maschinen, beispielsweise mit Wasserstoffgas, erlaubt eine höhere Ausnutzung der Maschine. Für Grenzleistungsturbogeneratoren bedeutet das eine Steigerung des Erregerstromes, womit aber bei gleichem Leiterquerschnitt für die von der intensivierten direkten Wicklungskühlung nicht erfaßte Schleifringzuleitung im Wellentunnel eine wesentlich stärkere Erwärmung durch ohmsche Verluste verbunden ist. Dieser Erwärmung begegnet man zunächst mit einer Vergrößerung der Leiterquerschnitte, doch ist dem bald eine Grenze gesetzt durch den verfügbaren Tunnelquerschnitt und die Mindeststärke der Isolation zwischen den Leitern und zwischen Leiter und Hohlwelle.
  • Eine weitere Steigerung -des Erregerstromes setzt die Kühlung der in der Hohlwelle liegenden Leiter voraus, denn der Isoliermantel zwischen den Leitern und der Hohlwelle leitet die Verlustwärme nur schlecht ab.
  • Bisher sind Einrichtungen bekannt, bei denen zur Vermeidung von Kondenswasserbildung ein Luftstrom durch Kanäle geführt wird, deren Begrenzung auf der einen Seite die Tunnelwandung und auf der anderen Seite die Isolierstofprofilstreifen bilden, die den Leiter verhältnismäßig geringen Querschnitts in seiner Lage halten und gegen die Welle isolieren. Zur Vermeidung von Kondenswasserbildung mag diese Einrichtung ausreichen, an eine Kühlung der Leiter. ist nicht gedacht, weil dafür bei den geringen Leiterquerschnitten und Strombelastungen kein Bedarf besteht.
  • Eine andere Einrichtung sieht bei größeren Leiterquerschnitten schon mehrere Kühlkanäle vor, die durch die Leiter und die Isolierung zwischen den Leitern oder zwischen Leiter und Hohlwelle begrenzt werden. Für die Kühlgasströmung sind die Kühlkanäle der beiden Leiter hintereinandergeschaltet. Das frische Kühlgas tritt an einem Leiterende in die, zu einem Leiter gehörenden Kühlkanäle ein. Am Ende dieses Leiters verteilen sich die aus den Kühlkanälen dieses einen Leiters austretenden erwärmten Kühlgasströme auf andere Kühlkanäle dieses Leiters und auf die genau wie bei dem einen Leiter angeordneten Kühlkanäle des anderen Leiters und fließen in diesen zum eintrittsseitigen Leiterende zurück. Die vom Kühlgas in den Kanälen dieses anderen Leiters zurückzulegenden Wege sind verschieden lang, wodurch die Kühlgasströme in den Kanälen unterschiedliche Reibungswiderstände zu überwinden haben. Durch die längeren Kühlgaskanäle, die dadurch entstehen, daß das Kühlgas, am eintrittsseitigen Ende angelangt, noch einmal in anderen Kanälen zu den in axialer Richtung weiter zur Leitermitte hin gelegenen Austrittsöffnungen zurückströmt, wird außerdem weniger Kühlgas fließen als durch die kürzeren Kühlkanäle.
  • Die Kühlkanäle der einzelnen Leiter kommen also mit Kühlgas unterschiedlicher Temperatur in Berührung. Das Gas erwärmt sich zunächst in den Kanälen eines Leiters und kühlt diesen gut und strömt dann durch die Kanäle des anderen Leiters, wobei es wegen des geringen Temperaturunterschiedes zwischen Gas und Leiter von diesem weniger Wärme abführt.
  • In den einander entsprechenden Kühlkanälen der beiden Leiter fließen infolge andersartiger Druckverhältnisse in der Zeiteinheit unterschiedliche Kühlgasmengen.
  • Der Nachteil dieser Anordnung ist also eine verschieden starke Kühlung der Leiter. Bei hoher Strombelastung der den Wellentunnel fast vollständig ausfüllenden Leiter führt eine solche thermische Unbalance zu Störungen der Laufruhe der Maschine und damit zu einer Beeinträchtigung der Betriebssicherheit. Die Erfindung beseitigt- alle diese Nachteile, indem sie vorsieht, daß das Kühlmittel längs seines ganzen axialen Weges durch mindestens zum Teil von den Leitern gebildete Kühlkanäle strömt, die infolge einmaliger Umlenkung mehr als die einfache Länge eines Leiters ausmachen, wobei einander entsprechende Teile der Leiter von Kühlmittel gleicher Temperatur beaufschlagt werden. Die einander entsprechenden Kühlkanäle der durch Isoliermaterial getrennten Leiter sind parallel geschaltet. Da alle einander entsprechenden Kühlkanäle gleich lang sind, weist das Kühlmittel längs der einander entsprechenden Teile der Leiter innerhalb der Kühlkanäle das gleiche Druckgefälle auf. Nach einem Merkmal der Erfindung tritt das Kühlmittel zu einem Ende in die Kühlkanäle ein und verläßt diese nach Durchlaufen nahezu am gleichen Ende. Jedes Kühlmittelteilchen legt in den Kühlkanälen einen Weg zurück, der etwa zweimal so groß ist wie eine Leiterlänge. Nachdem die Kühlmittelteilehen in zu den einzelnen Leitern gehörigen parallel geschalteten und nach einem erfindungsgemäßen Merkmal in unmittelbarer Achsnähe gelegenen Kühlkanälen für die Kühlmittelzuführung einmal mindestens eine Leiterlänge zurückgelegt haben, werden sie, am Ende des Leiters angekommen, umgelenkt und strömen in den achsfernen Kühlkanälen für die Kühlmittelabführung wieder zum eintrittsseitigen Leiterende zurück, wo sie die Kühlkanäle verlassen.
  • Diese Auslaßöffnungen sind vorzugsweise über Ringkammern und Kanäle mit Austrittsöffnungen verbunden, an denen das Kühlmittel die Kühleinrichtung verläßt und die einen möglichst großen radialen Abstand von der Wellenachse haben.
  • Die Eintrittsöffnungen, von denen aus das Kühlmittel den Kühlkanälen für die Kühlmittelzuführung zufließt, werden so nahe zur Wellenachse gelegt, wie dieses konstruktiv möglich ist. Der so erzielte große radiale Abstand zwischen Eintritts- und Austrittsöffnungen sichert einen hohen Förderdruck für das Kühlmittel und trägt so zu einer intensiven Kühlung bei.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen die Figuren.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht zweier durch ein Isoliermaterial getrennter Leiter. Das die Leiter von der Welle isolierende Isoliermaterial und die Hohlwelle selbst sind der Deutlichkeit halber nicht dargestellt; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Hohlwelle am eintrittsseitigen Leiterende bei A; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Hohlwelle am eintrittsseitigen Leiterende bei B; Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Hohlwelle etwa bei C.
  • In Fig. 1 deuten Pfeile die Kühlmittelströme an. Das Kühlmittel tritt an einem Leiterende in die parallel geschalteten, einander entsprechenden achsnahen Kühlkanäle 10 ein, die durch die Leiter 11 selbst sowie durch das zwischen diesen liegende Isoliermateria112 gebildet werden. Nachdem das Kühlmittel die Kühlkanäle 10 bis zum anderen Leiterende durchströmt und beide Leiter gleichmäßig gekühlt hat, tritt es aus diesen aus und verteilt sich in gleichen Mengen auf die einander entsprechenden achsferneren Kühlkanäle 13, die von den Leitern 11 und dem Isoliermaterial 14 (Fig. 2 bis 4) begrenzt werden. In diesen wiederum parallel geschalteten Kühlkanälen 13 für die Kühlmittelabführung strömt das Kühlmittel zum eintrittsseitigen Ende der Leiter 11 zurück und kühlt dabei alle Leiter ebenfalls gleichmäßig ab.
  • In der Fig. 1 werden die achsnahen Kühlkanäle für die Kühlmittelzuführung durch Aussparungen im Isoliermaterial 12 gebildet; die Fig. 2 bis 4 deuten an, daß die Kühlkanäle auch durch Aussparungen im Isoliermaterial und im Leiter entstehen können.
  • Nach einem Merkmal der Erfindung erfordert die Lenkung der Kühlmittelströme einen äußerst geringen Aufwand an Füll- oder Trennstücken. So verschließen am eintrittsseitigen Ende der Leiter 11 Füllstücke 15 die Kühlkanäle 13 gegen den Außenraum. Durch öffnungen 16 im Isoliermaterial 14 zwischen den Leitern 11 und der Hohlwelle 17 treten die Kühlmittelströme aus den Kühlkanälen 13 aus und vereinigen sich in dem in die Hohlwelle 17 eingearbeiteten Ringraum 18. Die radialen Kanäle 19, von denen eine beliebige Anzahl vorhanden sein kann, liegen in einer Lüfterscheibe und verbinden den Ringraum 18 mit den an deren äußerstem Umfang gelegenen Austrittsöffnungen 20.
  • Der radiale Abstand der Austrittsöffnungen von der Wellenachse ist etwa doppelt oder mehrfach so groß wie der der Eintrittsöffnungen. Auf diese Weise haben Eintritts- und Austrittsöffnungen einen großen radialen Abstand voneinander, ein Maß für den auf das Kühlmittel wirkenden Förderdruck. Je größer also dieser Abstand, um so größer ist die pro Zeiteinheit durch die Kühlkanäle fließende Kühlmittelmenge und um so besser ist somit auch die Kühlung der Leiter.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung für die Kühlung der durch Isoliermaterial voneinander getrennten Leiter in Hohlwellen elektrischer Maschinen, insbesondere der Schleifringzuleitungen in den hohlen Wellen von Turbo-Generatoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel längs seines ganzen axialen Weges durch mindestens zum Teil von den Leitern gebildete Kühlkanäle strömt, die infolge einmaliger Umlenkung mehr als die einfache Länge eines Leiters ausmachen, wobei einander entsprechende Teile der Leiter von Kühlmittel gleicher Temperatur beaufschlagt werden.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß längs der einander entsprechenden Teile der Leiter das Kühlmittel innerhalb der Kühlkanäle das gleiche Druckgefälle aufweist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel an einem Ende der Leiter in die Eintrittsöffnungen der Kühlkanäle eintritt und nahezu am gleichen Ende der Leiter nach Durchlaufen der Kühlkanäle diese wieder verläßt.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle für die Kühlmittelzuführung in Achsnähe und nach der Umlenkung die Kühlkanäle für die Kühlmittelabführung an der Peripherie des Wellenhohlraumes liegen.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen für das Kühlmittel in nächster Nähe der Wellenachse angebracht sind. .
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Austrittsöffnungen für das Kühlinittel von der Wellenachse etwa das Doppelte oder Mehrfache desjenigen der Eintrittsöffnungen ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle durch Aussparungen im Leiter und/oder im Isoliermaterial gebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1069 276; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1769 049.
DEL34751A 1959-11-20 1959-11-20 Kuehleinrichtung fuer elektrische Leiter in Hohlwellen elektrischer Maschinen Pending DE1108797B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020200715A1 (de) * 2019-04-05 2020-10-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Rotorwelle eines elektromotors

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1769049U (de) * 1957-03-12 1958-06-26 Licentia Gmbh Schleifringzuleitung im induktorwellenende einer elektrischen maschine, insbesondere eines wasserstoffgasgekuehlten grenzleistungs-turbogenerators.
DE1069276B (de) * 1956-09-04 1959-11-19

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