DE1488042C

DE1488042C - Closed cooling circuit with dry cooler for a gas-cooled vertical electrical machine with concrete housing

Info

Publication number: DE1488042C
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Rimkus (verstorben); Barby, Günter, Dipl.-Ing. (verstorben); 1000 Berlin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1972-09-07

Description

Bei vertikalen elektrischen Maschinen, wie z. B. Was.serkraftgeneratoren, stützen sich im allgmeinen das Gehäuse und der unterhalb der Maschine angeordnete Tragstern für den Läufer direkt auf das Fundament ab. Außerdem kann oberhalb der Maschine noch eine zweite Tragbrücke angeordnet sein, die entweder eine zweite elektrische Maschine wie einen ' Wellengenerator oder ein Führungslager trägt, wobei es bekannt ist, diese Tragbrücke zusammen mit Verschalungen so auszubilden, daß sie den Raum oberhalb der Maschine abdeckt.In vertical electrical machines, such as. B. Hydroelectric generators, generally support each other the housing and the support star for the rotor, which is arranged below the machine, directly on the foundation away. In addition, a second support bridge can be arranged above the machine, which either a second electrical machine such as a 'shaft generator or a guide bearing carries, wherein it is known to design this support bridge together with formwork so that it covers the space above the machine.

Das Gehäuse einer derartigen z. B. aus der »Elin-Zeitschrift«, 1957, S. 182, oder der USA.-Patentschrift 2 502 669 bekannten vertikalen Maschine ist aus Metall in einer Guß- oder Schwcißkonslruktion ausgeführt und enthält Kanäle zur Führung der Kühlluft. Die in der Maschine erwärmte und das Ständerblechpaket radial durchfließende Kühlluft durchströmt diese Kanäle des Gehäuses und tritt in den Raum außerhalb der Maschine über, der z. B. durch eine gemauerte oder betonierte Schachtwand oder durch Abdeckwände begrenzt ist. In diesem Außenraum befinden sich die Rückkühler. Die nun wieder abgekühlte Kühlluft wird dann durch Öffnungen in den Verschalungen der oberen Tragbrücke von der oberen Stirnseite der Maschine her ins . Maschineninnere zurückgeleitet.The housing of such z. B. from the "Elin-Zeitschrift", 1957, p. 182, or the USA patent specification 2 502 669 known vertical machine is made of metal in a cast or welded construction executed and contains channels for guiding the cooling air. The one heated in the machine and that Laminated stator core, cooling air flowing through radially flows through these channels of the housing and enters the space outside the machine, the z. B. through a brick or concrete shaft wall or is limited by cover walls. The dry coolers are located in this outer space. The now Cooled air is then cooled again through openings in the cladding of the upper supporting bridge from the top of the machine into. Inside of the machine returned.

Bei einer anderen Ausführung eines derartigen senkrechten Wasserkraftgenerators mit einem geschweißten, metallischen Ständergehäuse (Schweizerische Bauzeitung, 1954, S. 388 und 424) wird die in auf der Außenfläche des Ständergehäuses angeordneten Rückkühlern rückgekühlte und in den Raum außerhalb des Ständers austretende Kühlluft wieder von oben und unten ins Maschineninnere angesaugt. Dazu sind unten öffnungen im Tragring vorgesehen, und oben tritt die Kühlluft seitlich durch hohl ausgebildete Arme des Tragsternes ein. Dieser obere Tragstern wird somit zwar für die Führung der Kühlluft ausgenutzt, aber nur in dem Sinne, daß die OfE-nungen im Tragstern den Übertritt der rückgekühlten Kühlluft von dem Raum außerhalb der Maschine ins Maschineninnere ermöglichen.In another design of such a vertical hydropower generator with a welded, metallic stand housing (Schweizerische Bauzeitung, 1954, pp. 388 and 424), the in recoolers arranged on the outer surface of the stator housing and recooled into the room Cooling air exiting outside the stand is sucked back into the machine from above and below. For this purpose, openings are provided in the support ring at the bottom, and at the top the cooling air emerges laterally through hollow ones Arms of the carrying star. This upper support star is thus for the guidance of the cooling air exploited, but only in the sense that the ovens in the support star, the passage of the recooled cooling air from the room outside the machine into the Enable machine interior.

Weiterhin ist es aus der deutschen Patentschrift 729 504 bekannt, den geschlossenen Kühlluftkreislauf bei einer vertikalen elektrischen Maschine nur innerhalb der Maschine verlaufen zu lassen. Dazu sind die Stirnseiten der Maschine, an denen sich der obere bzw. untere Tragstern befinden, jeweils abgedeckt. Die Kühlluft wird nun nach dem Durchfließen der radialen Kühlkanäle in den Blechpaketen innerhalb des Ständergehäuses umgelenkt und Rückkuhlcrn zugeleitet, die jeweils in den Räumen zwischen den Armen der Tragsterne auf besonderen Tragelementen liegen. Hinter diesen Rückkühlern tritt die Kühlluft wieder zu den aktiven Teilen der vertikalen elektrischen Maschine über.It is also known from German patent specification 729 504, the closed cooling air circuit in the case of a vertical electrical machine, to run only within the machine. In addition the front sides of the machine, on which the upper and lower support star are located, are each covered. The cooling air is now after flowing through the radial cooling channels in the laminated core inside of the stator housing deflected and fed back cooling, each in the spaces between the arms of the supporting stars lie on special supporting elements. Behind these dry coolers comes the Cooling air back to the active parts of the vertical electrical machine.

Zur Vereinfachung der Herstellung und des Transportes vertikaler elektrischer Maschinen großer Leistung ist es ferner bereits bekannt, das aus einer Schweiß- oder Gußkonstruktion bestehende Metallgehäuse des Ständers durch einen Ring aus Beton zu ersetzen. Derartige Anordnungen sind in der ETZ-A, 1955, S. K69, sowie in der Zeitschrift Elektrotcchn. Obzor, I960, S. 180 bis 186, beschrieben. Bei diesen bekannten Anordnungen ging man aber mehr von dem Ersatz des einen Werkstoffes durch einen anderen Werkstoff aus, so daß die bisher bekannten Formen des Ständergehäuses, welche die zur Führung des Kühlmittels erforderlichen Öffnungen und Kanäle aufweisen, beibehalten wurden. Das Ständerblechpaket wurde entweder über direkt im Beton verankerte Teile unmittelbar am Betongehäuse befestigt, oder es wurden vor verhältnismäßig großen Öffnungen der Kühlkanäle Hilfskonstruktionen aus Stahl angeordnet, an denen das Ständerblechpaket befestigt war.To simplify the manufacture and transportation of high-power vertical electrical machines it is also already known, the metal housing consisting of a welded or cast construction to replace the stand with a ring made of concrete. Such arrangements are in the ETZ-A, 1955, p. K69, as well as in the journal Elektrotcchn. Obzor, 1960, pp. 180 to 186. With these known arrangements, however, the focus was more on replacing one material with another Material from, so that the previously known shapes of the stator housing, which are used to guide of the coolant required openings and channels have been retained. The stator core was either attached directly to the concrete housing via parts anchored directly in the concrete, or there were auxiliary structures made of steel in front of relatively large openings in the cooling ducts arranged to which the stator core was attached.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gasgekühllc vertikale elektrische Maschine, deren Ständergehäuse aus einem Ring aus Beton besteht, den geschlossenen Kühlkreislauf mit Rückkühler möglichst zweckmäßig auszubilden, ohne daß dadurch die Vorteile der einfachen Herstellung des Ständergehäuses aus Beton-verlorengehen. Der geschlossene Kühlkreislauf mit Rückkühlern für eine gasgekühlte, elektrische Maschine mit vertikal angeordneter Welle, deren Ständergehäuse aus einem Ring aus Beton besteht, an dem das Sländerblechpakct befestigt ist, mit einem oberhalb des Ständerblechpaketes auf dem Betonring gelagerten, mehrere Arme aufweisenden, einzigen Trägstem ist gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die Arme des Tragsternes hohl ausgeführt sind und Führungskanäle für das gasförmige Kühlmittel bilden, welches an Gaseintrittsöffnungen am äußeren Ende des Tragsterne; in die Führungskanäle eintritt und diese durch radia: innenliegende, mit dem Maschineninneren in Verbindung stehende Gasaustrittsöffnungen wieder verläßt. Die Zwischenräume zwischen den Armen des Tragsternes sind zumindestens im Bereich der Gäsein trittsöffnungen durch Abdeckungen abgedeckt. Fer ner sind an den Armen befestigte, vertikal verlau fende Luftführungsschildc zwischen Ständerblech paket und den Abdeckungen so angeordnet, daß zwi sehen dem Betonring und dem Ständerblechpaket eii abgeschlossener, mit Gaseintrittsöffnungen in de: Armen in Verbindung stehender Raum entsteht Außerdem sind an den Armen des Tragsterne die Rückkühler für das gasförmige Kühlmittel be festigt.The present invention is based on the object for a gas-cooled vertical electrical machine, whose stator housing consists of a ring made of concrete, with the closed cooling circuit To train dry coolers as expediently as possible, without thereby the advantages of simple manufacture the stator housing made of concrete-get lost. The closed cooling circuit with dry coolers for one Gas-cooled, electrical machine with a vertically arranged shaft, the stator housing of which consists of a Ring made of concrete, on which the Sländerblechpakct is attached, with a stacked above the stator core on the concrete ring, several Arms having, single support star is designed according to the invention so that the arms of the support star are hollow and form guide channels for the gaseous coolant, which at gas inlet openings at the outer end of the supporting stars; enters the guide channels and these through radia: internal gas outlet openings connected to the interior of the machine leaves again. The spaces between the arms of the star are at least in the area of the Gäsein access openings covered by covers. Furthermore, they are attached to the arms and run vertically Fende Luftführungschildc between stator package and the covers arranged so that between see the concrete ring and the stator core eii more complete, with gas inlet openings in de: Poor communicating space is also created on the arms of the supporting stars the dry coolers for the gaseous coolant be strengthened.

Dadurch erreicht man, daß die gesamte Kühlkr innerhalb des Ständergehäuses, also innerhalb de Maschine verläuft, so daß das Betongehäuse als gi schlossener Ring ohne Luftführungskanäle ausgefüh: werden kann, wodurch erst die Vorteile des einfache Ausgießens einer leicht zu erstellenden Verschalur mit Beton ausgenutzt werden können und dieHcrste lung des Gehäuses wenig aufwendig ist. Außerde: ist nur ein einziger Tragstern aus Platzersparnisgrü; den vorgesehen, der oberhalb der Maschine angeon net ist und sich auf dem das Gehäuse bildenden B tonring abstützt. Die Arme dieses Tragsternes sir hohl ausgebildet und werden unmittelbar zur Kül luftführung ausgenutzt, wobei sie außerdem die Rüc: kühler tragen. Dadurch liegen die zur Abdeckung d Räume zwischen den Armen des Tragsternes vorha denen Luftführungsschilde frei über dem Stände blechpaket und haben keinerlei mechanische Fun tion. Sie trennen nur den Bereich des Kühllufteintri. in die Arme des Tragsternes von dem Läuferraum d Maschine ab.This achieves that the entire Kühlkr within the stator housing, so within de Machine runs so that the concrete housing is designed as a closed ring without air ducts: can be, whereby only the advantages of the simple pouring of an easy-to-create cladding can be used with concrete and the treatment of the housing is not very complex. Also: is only a single star to save space; the one provided above the machine net and is supported on the B tonring forming the housing. The arms of this carrying star are sir hollow and are used directly to guide the cooling air, whereby they also have the back: cooler wear. As a result, the spaces between the arms of the support star are provided for covering d which air duct shields are freely above the stand sheet metal package and have no mechanical fun whatsoever tion. They only separate the area of the cooling air inlet. into the arms of the star of the runner room d Machine off.

im folgenden sei die Erfindung an Hand der in d Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispi näher erläutert.in the following the invention is based on the embodiments shown in FIGS. 1 and 2 explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnilt eines elektrisch Wasserkraftgencralors vertikaler Bauart, währendFig. 1 shows an axial section of an electrical Hydropower generators of vertical type, while

F i g. 2 einen Grundriß eines Generators zeigt.F i g. Figure 2 shows a plan view of a generator.

Der Ständer des elektrischen Wasserkraftgenerators besteht aus dem Betonring 1, an dem über Streben 2 das Ständerblechpaket 3 der Maschine befestigt ist. Der Betonring 1 besteht mit dem Fundament 4 aus einem Stück. Die Bleche des Ständerblechpaketes 3 sind in bekannter Weise so geschichtet, daß jeweils zwischen ihnen nicht dargestellte, radial verlaufende Lüftungsschlitze angeordnet sind. Sie werden zwischen den Druckplatten 5 und 6 gehalten, die _t0 durch Spannbolzen miteinander verbunden sind. Damit die bei Erwärmungen auftretenden radial gerichteten Kräfte nicht zu einer Verspannung und Deformation des Ständerblechpaketes 3 führen, sind an der unteren Druckplatte 6 an mehreren über den Umfang verteilten Stellen Wälzkörper 7 angebracht, die von einem im Fundament 4 gelagerten Käfig gehalten werden. Der Läufer der elektrischen Maschine besteht aus dem auf der Läuferwelle 8 aufgesetzten Armstern 9, der in bekannter Weise die Blechkette 10 trägt, auf der die ausgeprägten Pole 11, die die Erregerwicklung tragen, befestigt sind.The stator of the electric hydropower generator consists of the concrete ring 1, to which the stator core 3 of the machine is attached via struts 2. The concrete ring 1 consists of one piece with the foundation 4. The metal sheets of the stator core 3 are layered in a known manner so that radially extending ventilation slots, not shown, are arranged between them. They are held between the pressure plates 5 and 6, which are _t0 connected to one another by clamping bolts. So that the radially directed forces that occur during heating do not lead to tension and deformation of the stator core 3, rolling elements 7 are attached to the lower pressure plate 6 at several points distributed over the circumference and are held by a cage mounted in the foundation 4. The rotor of the electrical machine consists of the arm star 9 which is placed on the rotor shaft 8 and which, in a known manner, carries the sheet metal chain 10 on which the salient poles 11, which carry the field winding, are attached.

Auf dem oberen Rand des Betonringes 1 sind die äußeren Enden der Arme 13 des Tragsterncs 12 gelagert, der die Maschine überspannt und zum Tragen des Läufers und von nicht dargestellten Hilfserregermaschinen dient. Jeder Arm 13 des Tragsternes 12 ist hohl ausgebildet. Die Hohlräume 14 in dem Tragstern 12 dienen zur Führung des in der Maschine umlaufenden gasförmigen Kühlmittels, z. B. Luft. Die Zwischenräume zwischen den Armen 13 sind durch Abdeckungen 15 verschlossen.On the upper edge of the concrete ring 1, the outer ends of the arms 13 of the Tragsterncs 12 are mounted, which spans the machine and to carry the rotor and not shown Serves auxiliary excitation machines. Each arm 13 of the star support 12 is hollow. The cavities 14 in the star support 12 are used to guide the gaseous circulating in the machine Coolant, e.g. B. Air. The spaces between the arms 13 are covered by covers 15 locked.

Das gasförmige Kühlmittel wird von dem Inneren der Maschine radial nach außen geführt und tritt durch die radialen Lüftungsschlitze des Ständerblechpaketes 3 hindurch. Ein Teil der Kühlluft wird über die Wickelköpfe 16 der Ständerwicklung geleitet. Zur Einstellung der über die Wickelköpfe 16 geleiteten Kühlluftmenge ist am Armstern 9 das Luftführungsschild 17 angeordnet, das den Raum oberhalb des Ständerblechpaketes fast völlig abdeckt. In dem Zwischenraum 18 zwischen der inneren Mantelfläche des Betonringes 1 und dem Rücken des Ständerblechpaketes 3 wird das gasförmige Kühlmittel nach oben geleitet und tritt durch die Öffnungen 19 in die Hohlräume 14 der Arme 13 des Tragsternes 12 ein. In diesen Armen strömt das Kühlmitte! radial nach innen und verläßt die Hohlräume 14 durch die in der Nähe der Nabe des Armsternes liegenden Austrittsöffnungen 20. Unmittelbar vor diesen Austrittsöffnungen 20 sind jeweils Rückkühler 21 angeordnet, die mit dem Fremdlüfter 22 zu einer baulichen Einheit vereinigt sein können.The gaseous coolant is led radially outward from the interior of the machine and exits through the radial ventilation slots of the stator core 3. Part of the cooling air is over passed the winding heads 16 of the stator winding. For setting the routed over the winding heads 16 The amount of cooling air is arranged on the arm star 9, the air guide plate 17, which the space above the Almost completely covers the stator core. In the space 18 between the inner jacket surface the concrete ring 1 and the back of the stator core 3 is the gaseous coolant upwards and passes through the openings 19 into the cavities 14 of the arms 13 of the support star 12. In the coolant flows through these poor people! radially inward and exits the cavities 14 through the Exit openings 20 located near the hub of the arm star. Immediately in front of these exit openings 20 each recooler 21 is arranged, which with the external fan 22 to form a structural unit can be united.

Damit die Rückkühler und die Fremdlüfter 22 leicht für die Wartung zugänglich sind, sind die Rückkühler 21 auf an den Armen 13 befestigten Schienen 23 angeordnet. Diese Schienen reichen in den Zwischenraum zwischen den einzelnen Armen des Tragsternes 12 hinein, wo sie an der Abdeckung 15 befestigt sind. In diesen Abdeckungen 15 sind Klappen 24 angeordnet, die so groß sind, daß die entlang der Schienen 23 bewegten Rückkühler 21 mit dem Fremdlüfter 22 durch die geöffneten Klappen 24 leicht zugänglich sind.So that the dry cooler and the external fan 22 are easily accessible for maintenance, the Dry cooler 21 is arranged on rails 23 attached to arms 13. These rails range in the space between the individual arms of the star support 12, where they are attached to the cover 15. In these covers 15 flaps 24 are arranged which are so large that the dry coolers 21 moved along the rails 23 are easily accessible with the external fan 22 through the opened flaps 24.

Claims

Patent claims:

1. Closed cooling circuit with dry cooler for a gas-cooled, electrical machine with vertically arranged shaft, the stator housing consists of a ring made of concrete which the stator core is attached, with one above the stator core on the Concrete ring mounted, multiple arms, single support star, characterized in, that the arms (13) of the star support (12) are made hollow and guide channel form for the gaseous coolant, which is connected to gas inlet openings (19) at the outer end of the Support star (12) enters the guide channels and these through radially inner, with the Inside the machine communicating gas outlet openings (20) leaves again, and that the spaces between the annees (13) of the star support (12) at least in the area of the gas inlet openings (19) are covered by covers (15) that also attached to the arms (13), vertically running air guiding shields (17) between the stator core and the covers (15) are arranged so that between the concrete ring (1) and the stator core (3) a closed space connected to the gas inlet openings in the arms (13) is created, and that on the arms (13) of the support star (12), the dry cooler (21) for the gaseous coolant are attached.

2. Closed cooling circuit according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (21) arranged in front of the gas outlet opening (20) in the vicinity of the hub of the support star (12) are.

3. Closed cooling circuit according to claim 2, characterized in that the heat exchanger (21) are arranged on rails (23) which lead to one in the cover (15) between the Guide arms (13) of the support star (12) attached flap (24).

4. Closed cooling circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the arms (13) of the star support (12) in front of the gas inlet (19) or outlet openings (20) External fan (22) are arranged.

5. Closed cooling circuit according to claim 4, characterized in that the External fan (22), each with a dry cooler (21), are combined to form a structural unit.

1 sheet of drawings