DE2414950A1

DE2414950A1 - Gasgekuehlte elektrische maschine

Info

Publication number: DE2414950A1
Application number: DE2414950A
Authority: DE
Inventors: Joerg Sapper
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1975-09-11
Also published as: GB1489700A; JPS5952622B2; AT336131B; DD117146A5; CA1019379A; DE2414950C2; US3969643A; CS62475A2; SE7502304L; DE7410845U; ATA162475A; HU169172B; JPS50121706A; FI61776C; FI750602A; FI61776B; FR2263630A1; CS261201B2; FR2263630B1; BR7501252A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Gasgekühlte elektrische Maschine.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasgekühlte elektrische Maschine mit einem Blechpaketraum, der einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator einschliesst, einem am Umfang des Stators angeordneten Ausströmraum, je einem an beiden Enden der Maschine angeordneten Einströmraum und einer Trennvorrichtung, die den Bleckpaketraum vom Einströmraum trennt.

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Gäsgekühlte elektrische Maschinen der genannten Art gehören seit längerer Zeit zum Stand der Technik. Bei einer bekannten Asynchronmaschine, die in einem im Allis-Chalmers-Engineering Review (Nr. 1, Volume 38,1973) von R.H.Barber und T.A.Rohling veröffentlichten Artikel betreffend "Large Vertical Induction Motors Redesigned" dargestellt ist, ist der innere Blechpaketraum, d.h. der Raum, in welchem sich der Stator und der Rotor befinden, von einem für das Kühlgas bestimmten äusseren Einströmraum mittels einer Trennvorrichtung derart getrennt, dass der Statorwickelkopf sich ganz im inneren Raum befindet. Kühlgas strömt in den Einströmraum radial von aussen nach innen. Ein erster Teil dieses Kühlgases strömt infolge der Radialventilatorwirkung der Rotorkühlschlitze durch diese und die Statorkühlschlitze in den Ausströmraum. Ein zweiter Teil des Kühlgases wird durch die als Radialventilator wirkenden verlängerten Rotorstäbe umgelenkt und radial von innen nach aussen über den Statorwickelkopf und durch Oeffnungen in der Pressplatte in den Ausströmraum geblasen. Dabei kühlt dieses Gas den Statorwickelkopf und die Stirnseite des Blechpaketes. Die Querschnittsabmessungen des Einströmraumes und des den Statorwickelkopf einschliessenden Wickelkopfraumes sind relativ gross und die Kühlgasgeschwindigkeit in diesen entsprechend niedrig. Aus dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator kann bereits erwärmtes

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Kühlgas in den Wickelkopf raum als Leckgas strömen, sich mit dem frischen Kühlgas vermischen und dieses erwärmen, bevor es die Wärme des Statorwickelkopfes und der Stirnseite des Blechpaketes aufgenommen hat. Der Wickelkopf wird also bei niedriger Kühlgasgeschwindigkeit durch Kühlgas gekühlt, das mit warmem Gas vermischt worden ist. Die Stirnseite des Blechpaketes wird ebenfalls durch das gleiche erwärmte Kühlgas bei niedriger Kühlgeschwindigkeit gekühlt. Diese Kühlung ist ungezielt und hat nur beschränkte Wirkung, da zum Abführen grosser Wärmemengen durch Konvektion hohe Geschwindigkeiten notwendig sind. Die Notwendigkeit einer speziellen Ausbildung einer Anzahl der Rotorstäbe, die in der erwähnten Darstellung verlängert ausgeführt sind, damit sie als zusätzliche Druckerzeuger wirken, weist eben auf eine Kühlgasströming hin, die sonst unzulänglich wäre. Es leuchtet ein, dass die unwirksame Kühlung auch die elektrische Leistung der Maschine unnötigerweise einschränken kann.

Bei einer in der schweizerischen Patentschrift 463 612 beschriebenen Synchronmaschine ist der innere Blechpaketraum von einem für das Kühlgas bestimmten äusseren Einströmraum ebenfalls mittels einer Trennvorrichtung getrennt. Diese weist eine Trennwand aus einem Isoliermaterial und einen am Rotor angeordneten

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Axialventilator auf. Der äussere Abschnitt des Statorwickelkopfes erstreckt sich in den Einströmraum hinein, wogegen sein innerer Abschnitt im inneren Blechpaketraum angeordnet ist. Der Axialventilator saugt das im Einströmraum axial von aussen nach innen über den äusseren Abschnitt des Statorwickelkopfes strömende Kühlgas und fördert es in den Blechpaketraum. Ein erster Teil dieses Kühlgases strömt axial zwischen den Polen entlang den Pollücken und radial von innen nach aussen durch die Statorkühlschlitze in den Ausströmraum. Ein zweiter Teil des Kühlgases wird durch den Axialventilator umgelenkt und über den inneren Abschnitt des Statorwickelkopfes radial von innen nach aussen in den Ausströmraum geblasen. Dabei kühlt dieses Kühlgas den inneren Abschnitt des Statorwickelkopfes und die Stirnseite des Blechpaketes ebenfalls bei niedriger Kühlgasgeschwindigkeit. Auch alle andern früher erwähnten Nachteile treten hier auf. Ferner weist die Notwendigkeit der Verwendung eines Axialventilators als zusätzlichen Druckerzeuger auch in diesem Fall auf eine Kühlgas strömung hin, die sonst unzulänglich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Vorbekannten zu vermeiden und eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Trennung zwischen dem Einströmraum und dem Blechpaketraum in unmittelbarer Nähe des

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Blechpaketes gewährleistet wird, derart, dass der Statorwickelkopf mit frischem, unvermischtem Gas und die Stirnseite des

vgezißli/ Blechpaketes bei hoher Geschwindigkeit und gutem Wirkungsgrad* gekühlt wird, ohne dass ein Ventilator als zusätzlicher Druckerzeuger notwendig wäre.

Diese Aufgabe wird erfindungsgsmäss dadurch gelöst, dass zwischen dem Blechpaket des Stators und der Trennvorrichtung ein mit dem Ausströmramm w. Yertiyuamig stehender, zur gezielten Kühlung der Stirnseite des Stators ausgebildeter- lianal vorgesehen ist, dass di@ Trennvorrichtung ctei K&n&! vom ^inströmraum annähernd gasdicht trennt und dass der StE-tcrwickelkopf im wesentlichen ausserhalb der Trennvcrrieliräng angeordnet ist.

Nachstehend werden AugfüJbirangsc-siiFpicsie des Srur-duugsgegenstandes anhand der Zeieliiiung erlimieri. Es zeigt ι

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Atusfülirungsform einer erfindungsgemässea AsynchisOiimaschine j

Fig. 2 ein in vergrössertem Masstab dargestelltes Detail der Fig. 1, welches den Kanal und die Trennvorrichtung deutlich zeigt j

Fig. 3 " einen Schnitt durch eins Ansfübrungsform eixer erfin-

Synchronmaschine j und

Fig. "4" "ein in vergrössertem Masstab dargestelltes Detail der Fig. 8, welches den Kanal und die Trennvorrichtung deutlich- zeigt.

Die Asynchronmaschine der Fig. 1 und 2 weist den Blechpaketrauin 12, dsr den Rotor I und den diesen umgebenden Stator 2 einsenliessl, den Ausströmrauiii S, den Einströmraum 4 und die Statorpressplatte 6, dm an der Stirnseite 5 des Stators 2 angebracht ist_s auf. Die Trsamforrieiiüiög 8 besteht aus der Statorpressplatte 6 5 einem! seaeibsMföiimiger iUbselmitt 9 und einem rohrförmigen Abserniiit iO_c Die T?mi^mri?b2MM&g 8 trennt den

i If praktiscfe gasöeät ¥O2H Siiiiströmraum 4_e DagiEtsE die Pressplsxte S mc! iiöE¹ Abschnitt 9 die vertikal© TranEMEg d©r goüsimteE Räniaa ii aed 4 ¥oa®iaaiider, v/ogegeii der roLsföffinEgiS itosGiiiüK IO c^k. EiirzseliMssriag 14 umgibt unä mit diesem eise EiRgsp^IMicIitisag 18 bildet, mm eiae praktiseih gasdiciita -TreäiEüEig der Eänine 12 and 4 vGasinaüder EE gsv7äiiriSLStisa₌ G-Isieiia@itig '7ir-d ci3r euf Kühluag der Stirnseite 5 ol©3 Stators 2 ansgeMMets Kanal 7 gebildet, des³ mit dem Ausströmraum 3 in Verbindung stsM uad als Strömtingsweg für den Teii'/olumsastroni 25 diente Ber gesamte Kühlgasvolumenstrom 20 strömt durch den Einströmraum 4 radial von aussen nach innen. Em erster Teilvolumenstrom 21 strömt infolge der

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Radialventilatorwirkung der Rotorkühlschlitze 15 durch diese und die Statorkühlschlitze 13 in den Ausströmraum 3 als zweite Teilvolumenströme 22. Infolge der Radialventilatorwirkung des rotierenden Rotorwickelkopfes 16 strömt der dritte Teilvolumenstrom 23 im Kanal 7 radial nach aussen. Dabei vermischt er sich mit dem schon erwärmten Leckvolumenstrom 24, der aus dem Luftspalt 17 zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 strömt, und wird zusammen mit diesem entlang dem Kanal 7 als fünfter Teilvolumenstrom 25 in den Ausströmraum 3 gefördert. Die axiale Breite des Kanals 7 ist in Relation zu den übrigen Abmessungen des Einströmraumes 4 sehr klein, sodass im Kanal 7 hohe Kühlgasgeschwindigkeiten erreicht werden und die Stirnseite 5 des Stators 2 durch Konvektion gut gekühlt wird, obwohl der schon erwärmte Leckvolumenstrom 24 im Kanal 7 mitgefördert wird. Der Kühlgasstrom 20 hingegen kühlt den Statorwickelkopf 11, der im wesentlichen ausserhalb der Trennvorrichtung 8 angeordnet ist, in unvermischtem, kühlem Zustand;

Die zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 und dem Kurzschlussring 14 gebildete Ringspaltdichtung 18 verhindert das Ausströmen des Leckvolumenstromes 24indaiRaum 4, sodass keine Wirbelströmung 26 auftreten kann und keine Vermischung des Leckgases 24 mit dem zur Kühlung des Wickelkopfes

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bestimmten Kühlgas stattfindet. Als einzige Druckerzeuger sind die Rotorkühlschlitze 15, die als Radialventilator wirken, und die rotierenden Rotorstäbe 19, die ebenfalls als Radialventilator wirken, vorgesehen. Es ist also kein zusätzlicher Druckerzeuger notwendig. Die Maschine belüftet sich autark. Dabei ist die Kühlung in jeder Hinsicht zufriedenstellend.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Asynchronmaschine ist mit einem Käfigrotor ausgestattet. Sie könnte jedoch ebenso einen Doppelkäfigrotor oder einen Schleifringrotor aufweisen. Die Ringspaltdichtung 18 kann zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 und einem eventuell am Rotorwickelkopf 16 angeordneten Schrumpf ring oder einer am Rotorwickelkopf 16 angeordneten Bandage gebildet werden. Wenn keine Statorpressplatte zum Zusammenhalten des Blechpaketes des Stators 2 notwendig ist, kann anstelle der Pressplatte eine Deckplatte 6 vorgesehen sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Synchronmaschine, deren Kühlungsanordnung derjenigen der Asynchronmaschine nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen gleich ist, wobei gleiche Bestandteile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind. Hier besteht der Rotor 1 aus einem Polrad, das eine von der erwünschten Drehzahl abhängige

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Anzahl von Polen aufweist. An der Stirnseite des Polrades 1 ist eine Deckscheibe 30 angeordnet, die einen zylindrischen Flansch 31 aufweist. Der rohrförmige Abschnitt 10 der Trennvorrichtung ¹B umgibt den zylindrischen Flansch 31 und bildet mit diesem die Ringspaltdichtung 18. Bei dieser Ausführungsform der Synchronmaschine ist natürlich der mit punktierter Linie gezeigte Teilvolumenstrom 23 gleich Null, wie dies aus der Zeichnung hervorgeht.

Anstelle der Deckscheibe 30 kann ein in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellter Radialventilator 32 an der Stirnseite des Polrades 1 angeordnet sein, der einen zylindrischen Flansch 31 aufweist. Der rohrförmige Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 würde auch in diesem Fall den zylindrischen Flansch 31 umgeben und mit diesem die Ringspaltdichtung 18 bilden. Der Radialventilator 32 ist grundsätzlich nicht notwendig, jedoch wurde er dargestellt, um zu seigen, dass er zum Zweck der Volumenstromvergrösserung ohne wesentliche Aenderungen angebracht werden könnte.

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Claims

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Ansprüche

/ 1. jGasgekühlte elektrische Maschine mit einem Blechpaketraum (12), der einen Rotor (1) und einen diesen umgebenden Stator (2) einschliesst, einem am Umfang des Stators (2) angeordneten Ausströmraum (3), je einem an beiden Enden der Maschine angeordneten Einströmraum (4) und einer Trennvorrichtung (8), die den Blechpaketraum (12) vom Einströmraum (4) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Blechpaket des Stators (2) und der Trennvorrichtung (8) ein mit dem Ausströmraum (3) in Verbindung stehender, zur gezielten Kühlung der Stirnseite (5) des Stators (2) ausgebildeter Kanal (7) vorgesehen ist, dass die Trennvorrichtung (8) den Kanal (7) vom Einströmraum (4) annähernd gasdicht trennt und dass der Statorwickelkopf (11) im wesentlichen ausserhalb der Trennvorrichtung (8) angeordnet ist.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite des Kanals (7) in der Grössenordnung der axialen Breite der Statorkühlschlitze (13) ist.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (8) einen ersten Abschnitt (6, 9)

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-aufweist, der den Kanal (7) vom Einströmraum (4) trennt, und einen zweiten Abschnitt (10), der eine zylindrische Bohrung aufweist, die einen zylindrischen Bestandteil (14) des Rotors (1) umgibt und mit diesem eine Ringspaltdichtung (18) bildet.
4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Asynchronmaschine ist, die einen Kafigrotor, Dopelkäfigrotor oder Schleifringrotor aufweist.
5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bestandteil (14) des Rotors (1) ein Kurzschlussring einer Rotorkäfigwicklung, ein auf dem Rotorwickelkopf (16) angeordneter Schrumpf ring oder eine auf dem Rotorwickelkopf (16) angeordnete Bandage ist.
6. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als einzige Druckerzeuger die als Radialventilator wirkenden Rotorkühlschlitze (15) und der als Radialventilator wirkende, aufgrund der elektromagnetischen Bedingungen notwendige Rotorwickelkopf (16) vorgesehen sind.
7. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (8) zum Teil aus einer Platte (6) besteht, die eine Statorpressplatte oder eine Deckplatte ist.

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8.~ Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Synchronmaschine ist.
9. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Polrades (1) eine Deckscheibe (30) angeordnet ist, die einen zylindrischen Flansch (31) aufweist, der die Innenfläche der Ringspaltdichtung (18) bildet.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Polrades (1) ein Radialventilator (32) angeordnet ist, dessen Deckscheibe einen zylindrischen Flansch (31) aufweist, der die Innenfläche der Ringspaltdichtung (18) bildet.

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