DE1121200B

DE1121200B - Eigenventilierter Rotor

Info

Publication number: DE1121200B
Application number: DEA36060A
Authority: DE
Inventors: Eugen Wiedemann
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1960-11-03
Filing date: 1960-11-18
Publication date: 1962-01-04

Description

Eigenventilierter Rotor Die Erfindung betrifft einen nach dem Ventilatorprinzip mindestens zum Teil eigenventilierten Rotor einer elektrischen Maschine mit großem Luftspalt zwischen Stator und Rotor, welcher mit vorwiegend axial verlaufenden Kühlkanälen versehen ist, deren Eintrittsöffnungen an den Stirnseiten des Rotors liegen.
Es sind Rotoren bekannt, die zur Innenkühlung durch Eigenventilation mit Kühlkanälen versehen sind, deren Eintrittsöffnungen der Rotorachse näher liegen als die Austrittsöffnungen. Auf diese Weise wird nach dem Ventilatorprinzip Kühlgas gefördert. Je weiter Ein- und Austritt der Kanäle radial voneinander entfernt sind, um so größer wird der entstehende Förderdruck. Zur Erzielung hoher Drücke; wie sie bei großen Turborotoren von Synchronmaschinen - besonders bei Verwendung von Hohlleitern notwendig sind, werden die Eintrittsöffnungen det-Kühlkanäle so nahe der Rotorachse vorgesehen als es konstruktiv möglich ist. Die Austrittsöffnungen sind dann im Zylindermantel des Rotors angeordnet. Der so erzielte Förderdruck reicht oft für eine genügende Kühlung nicht aus, und man ist genötigt, Ventilatoren oder Verdichter in Serie zuzuschalten.
Zur Verbesserung der Eigenventilation sind die Kühlkanäle des erfindungsgemäßen Rotors auf der Austrittsseite mit radialen Fortsätzen versehen, welche in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor hineinragen, so daß die Austrittsöffnungen wesentlich außerhalb des Zylindermantels des Rotors liegen.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Rotor mit dem Prinzip der Kühlgasführung, Fig. 2 eine Seitenansicht dazu; Fig. 3 ist ein Schnitt nach 111-11I in Fig. 7, Fig. 4 ein Schnitt nach IV-IV, Fig. 5 ein Schnitt nach V-V; aus den Fig. 6 und 7 sind die Kühlgasführungen füi zwei verschiedene Wicklungsschichten zu ersehen; Fig. 8 zeigt mehrere unterschiedliche Ausführungsformen der radialen Fortsätze, und in Fig. 9 ist eine abweichende Querschnittsform der radialen Fortsätze gezeigt.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, tritt das Kühlgas an beiden Stirnseiten des Rotors 1 ein und durchströmt diesen in axialer Richtung, um ungefähr in der Mitte des Rotors wieder auszutreten. Die Eintrittsöffnungen sind bei 2 schematisch angedeutet. Die Kühlkanäle enden in radialen Fortsätzen 3, die wesentlich über den Zylindermantel des Rotors hinaus in den Luftspalt 4 zwischen Rotor 1 und Stator 5 hineinragen. Wenn das Kühlgas aus dem Rotor austritt, kann es in an sich bekannter Weise entweder durch Kühlkanäle 6 im Stator oder, bei einer anderen Konstruktion, durch den Luftspalt 4 abströmen.
Die Wicklungen des Rotors bestehen aus Hohlleitern 7, die in bekannter Weise geschichtet sind und über die Zwischenlage 8 mit dem Rotorkeil 9 zusammengepreßt und in den Nuten des Rotors gehalten werden (Fig. 4). Die Kanäle 10 für das durchströmende Kühlgas sind die Hohlräume der Hohlleiter 7. Aus Fig. 7 ist die Kühlgasführung für die oberste Wicklungsschicht, aus Fig. 6 die der nächsten Schicht zu ersehen. Kurz vor dem Austritt aus dem Rotor teilt sich der Kanal 10 hosenrohrartig, und nun gehen zwei getrennte Kanäle 11 und 12 bis unter den radialen Fortsatz 3. Hier lenken sie radial um, so daß zwei Kanäle 13 und 14 entstehen, die außen an dem hier vollen Teil 15 der Hohlleiter vorbeiführen (Fig. 5 und 8). Oberhalb der Hohlleiter vereinigen sich die Kanäle 13 und 14 und führen das Kühlgas durch die radialen Fortsätze ab.
Eine andere Möglichkeit der Kühlgasführung besteht darin, die Hohlleiter 7 (Fig. 4) mit gleichbleibendem Querschnitt durch den ganzen Rotor auszuführen und das Kühlgas durch radiale Bohrungen, die in den radialen Fortsätzen 3 enden, nach außen zu leiten.
Zur Vermeidung von magnetischen Streuflüssen wird für die radialen Fortsätze antimagnetisches Material verwendet. Sie können auf verschiedene Art hergestellt sein. Wie in den beiden seitlichen Ausführungen (Fig. 8) gezeigt, bestehen sie beispielsweise aus einem Rohr 16, das im Rotorkeil 9 eingebördelt ist. Sie können aber auch eingelötet oder in Anbetracht der hohen Fliehkräfte mit einem Teilstück 17 des Rotorkeils aus einem Stück gearbeitet sein, wie es in den Fig. 3, 5 und in Fig. 8, Mitte, dargestellt ist. Es. kann von Vorteil sein, den radialen Fortsätzen eine aerodynamisch günstige Form 18 zu geben, um den Strömungswiderstand zu verkleinern (Fig. 9).
Auch für die Lage der Austrittsöffnungen 19 bis 21 gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Austrittsöffnungen 19 können nach außen gerichtet sein, wie es in den Fig. 3, 5 und in Fig. 8, rechts, gezeigt ist, um den größtmöglichen Förderdruck zu erhalten. In Fig. 8, Mitte, ist die Austrittsöffnung 20 in axialer Richtung angeordnet, was dann von Vorteil ist, wenn das Kühlgas durch den Luftspalt 4 abgeführt wird. Legt man Wert auf möglichst kleinen Austrittswiderstand für den Kühlstrom, dann wird man gemäß Fig. 8, links, die Austrittsöffnung 21 entgegen der Drehrichtung vorsehen.
Durch die beschriebene Einrichtung, die einfacher ist als bekannte Einrichtungen mit gleicher Zielsetzung, kann der erreichbare Förderdruck bis zu 25 % erhöht werden. Dadurch können Ventilatoren oder Verdichter, die sonst zur besseren Ventilation in Serie zugeschaltet werden müssen, entweder ganz wegfallen oder zumindest kleinere Abmessungen erhalten. - In jenen Fällen, in denen bisher die Eigenventilation genügte, wird nun eine bessere Wärmeabfuhr erreicht, wodurch sich geringere Wärmedehnungen ergeben oder eine bessere Rotorausnutzung möglich wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Nach dem Ventilatorprinzip mindestens zum Teil eigenventilierter Rotor einer elektrischen Maschine mit großem Luftspalt zwischen Stator und Rotor, welcher mit vorwiegend axial verlaufenden Kühlkanälen versehen ist, deren Eintrittsöffnungen an den Stirnseiten des Rotors liegen, gekennzeichnet durch radiale Fortsätze (3) beim Austritt der Kühlkanäle (10, 11 bis 14) aus dem Rotor (1), welche in den Luftspalt (4) hineinragen, so daß die Austrittsöffnungen (19) wesentlich außerhalb des Zylindermantels des Rotors (1) liegen.
2. Eigenventilierter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Fortsätze (3) zusammen mit einem Teilstück (17) des Rotorkeils (9) aus einem Stück hergestellt sind.
3. Eigenventilierter Rotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (21) der radialen Fortsätze (3) der Drehrichtung entgegengerichtet sind.
4. Eigenventilierter Rotor nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Fortsätze (3) eine aerodynamisch günstige Form haben. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschriften Nr. 84 346, 180 501; französische Patentschrift Nr. 844 786; britische Patentschrift Nr. 798 939; USA.-Patentschrift Nr. 959 651.