DE2438190B2

DE2438190B2 - Gasgekuehlte rotierende elektrische maschine, insbesondere schnellaufende hochleistungssynchronmaschine

Info

Publication number: DE2438190B2
Application number: DE19742438190
Authority: DE
Inventors: Mihaly Budapest Wallenstein
Original assignee: Ganz Villamossagi Muevek Budapest
Current assignee: Ganz Ansaldo Villamossagi Rt Budapest Hu
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-08-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: HU169419B; DE2438190C3; IN155343B; GB1456068A; SE7410584L; DE2438190A1; CH570725A5; FR2241905A1; BE837693A; FR2241905B1

Description

•ti) nick-up-System«: bekannt is!. Bei diesem System wird las Kühlmittel durch in bezug auf den Laufer von außen nach innen radial gerichtete Kanäle, die jeweils der Umdrehungsrichtung schräg entgegengerichtete Einströmkanäle haben, in die Läuferwicklung zugeführt. Die Abfuhr des Kühlmittels aus der Lauferwicklung erfolgt dann durch in gleicher Weise radial «richtete Kanäle mit Ausströmöffnungen, die der Umdrehungsrichtung des Läufers schräg gerichtet abgewandt sind. Wesentlich hierbei ist daß sich die Emftrömöffnungen und die Ausströmöffnungen jewc.ls auf der Mantelfläche des Läufers befinden und daß das Kühlmittel infolge Druck und Sog bei Umdrehung des Läufers durch die Läuferwickung hindurch gefordert wird. Beim Gap-pick-up-System der Kühlung eines Läufers tritt das Kühlmittel durch die Mantelflache und strömt in Radialrichtung einwärts, berührt dann die abzukühlenden Leitungen mit einer Strömung mit axialen und tangentialen Richtungskomponenien und verläßt schließlich den Läufer wieder in Radialrichtung. Für das Gap-pick-up-System ist die Strömung in Radialrichtung charakteristisch.

In der genannten Patentschrift ist vorgesehen, daß die nirnseitigen Randteile des Läufers unter Verwen-, dune von axial verlaufenden Kühlkanälen mit dem Kühlmittel gekühlt werden. Das axial zugefuhrte Kühlmittel wird durch nach außen gerichtete weitere Kanäle wieder abgeführt. Der Transport des Kühlmittels erfolgt durch die in den radial gerichteten Anteilen , der Kanäle auftretende Fliehkraft. Bei einem solchen als »axial« zu bezeichnenden Kühlsystem kann das Kühlmittel entweder durch in den Leitern selbst ausgestaltete Kanäle oder durch im Eisenkorper des Laufers unter den Wicklungsnuten ausgestaltete Kuhlungsnuten in Achsrichtung fortbewegt werden Nach Umwendung in Radialrichtung verlaßt das Kuhlmittel in dieser Richtung den Läufer, nachdem es an den Wicklungen entlanggeströmt ist. An sich waie die axiale Strömungsrichtung des Kühlmittels fur dieses System charakteristisch, jedoch tritt dieses Charaktcristikum gerade bei der Maschine dieser britischen Patentschrift nicht deutlich in Erscheinung.

Auch die FR-PS 2121981 beschreibt ein Gap-

tiO

Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgekühlte roierende eiekiiisehe Maschine, wie sie im Oberbegriff Jes Patentanspruches 1 angegeben ist.

Eine derartige gasgekühlte rotierende elektrische Maschine ist. aus der FR-ZP 68482 bekannt. In der GB-PS 798 939 ist ein Kühlsystem einer elektrischen Maschine beschrieben, das unter dein Namen »Gap- υ*. >^-*~ . -„ 152 und die DT-AS 1036370 beschreiben beide ein als »Subslot«-System bekanntes Kühlprinzip, wobei beim Gegenstand der britischen Patentschrift tangential gerichtete und beim Gegenstand der deutschen Auslegeschrift axial gerichtete Kühlkanäle vorgesehen sind. Keine der beiden Druckschriften befaßt sich zusätzlich mit irgendeinem anderen Kühlsystem, geschweige denn geben sie Hinweise auf eine Kombination verschiedener Kühlsysteme.

Beim Subslot-Prinzip der Kühlung wird in dem Läufer Kühlmittel durch einen Kühlkanal geführt, der sich am Boden der jeweiligen Wicklungsnute befindet. Auf diese Weise läßt sich auch der innenliegende Anteil selbst bei Läufern mit großem Durchmesser kühlen. Die am Boden verlaufenden Kühlkanäle sind mil sich radial erstreckenden Kanälen verbunden, die sich zwischen der Wandung der Nut und den Leitern befinden.

In der schon genannten FR-ZP 68 482 ist zwar eint mit 76 bezeichnete Lüftungsnut beschrieben, die je; doch keine beidseitig geöffnete Nut ist, durch du Kühlgaszuführung verwirklicht werden könnte. Die; in der französischen Patentschrift angegebene Nu

dient nur dazu, eine Verbindung der Einströmung mit der Ausströmung zwischen zwei Querschnitten des Läufers zu realisieren.

'" Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der französischen Patentschrift liegt eine gruppenweise Zusammenfassung von jeweils drei axial verlaufenden Kühlkanälen vor, die in jeweils einen radialen Einströmkanal und ciiien radialen Ausströmkanai münden. Das Kühlprinzip der dort angegebenen zwei Gruppen ist für beide Gruppen dasselbe.

Aufgabe der voriiegenden Erfindung ist es, für eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene elektrische Maschine ein solches Kühlprinzip zu finden, das eine gegenüber den bisherigen bekannten Prinzipien noch bessere Kühlwirkung erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einer wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen gasgekühlten rotierenden elektrischen Maschine nach der Erfindung in der Weise gelöct, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, eine Kombination bekannter Kühlsysteme mit derart aufeinander abgestimmter Bemessung zu bilden, daß im Ergebnis eine optimale Kühlung erreicht wird.

Wie schon der Stand der Technik zeigt, gibt es für sich getrennt das Gap-pick-up-System und das Subslot-System und das System der tangentialen und axialen Querkanäle. Bekannte Variationen dieser Prinzipien hielten sich dabei im Rahmen des jeweiligen Prinzips.

Der erfindungsgemäßen Kombination liegen grundsätzliche und tief in die Sache eindringende Überlegungen und Überprüfungen zugrunde. Der Ausnutzungsgrad der wasserstoffgekühlten Läufer hängt nämlich in entscheidendem Maße davon ab, wieviel Gas in der Zeiteinheit dem Läufer zugeführt werden kann. Im Falle einer größeren Gasmenge ist nämlich bei gegebenem Verlust (/²A) die Erwärmung des Gases kleiner, bzw. ist der Temperaturabf all an der gekühlten Oberfläche geringer. Die Erwärmung der Wicklung ist also im Vergleich mit der Temperatur des kalten Kühlgases kleiner.

Erfahrungsgemäß ist die dem Läufer zuführbare Gasmenge annähernd proportional

mit D² bei dem »axialen« System und

mit (D.L) bei dem »Gap-pick-upe-System.

(D = Durchmesser des Läufers, L — aktive Eisenlänge).

Daraus folgend sollte ein Läufer vom axialen System mit kurzem Eisenkörper und mit größerem Durchmesser hergestellt werden, während bei dem »Gap-pick-up-System« die zuführbare Gasmenge sich porportional zur Läuferlänge erhöht. Während also die Länge des Läufeis bei Axialströmung begrenzt ist (die Strömungsveirluste erhöhen sich mit zunehmender Länge des Strörnungskanals, und der Eintrittsquerschnitt an der Stirnfläche ist verhältnismäßig klein), begrenzt beim Gap-pick-up-System andererseits der verhältnismäßig kleine Querschnitt der Einström- und Ausströmöffnungen an der Mantelfläche des lüufers die durch den Läufer hindurchzutransportierende Kühlgasmengt!, weil nämlich normalerweise in den öffnungen die Wicklung befestigende Keile vorhanden sind.

Es ergibt sich somit, daß die Ausnutzbarkeit des Läufers bei den bekannten Lösungen, und zwar so

i°

30 wohl des axialen Systems als auch das Gap-pick-up-Systems, begrenzt ist, da die zuführbare Gasr.ienge begrenzt ist. Die durch die bekannten Lösungen z. B. bei dem Zweipol-Turbogenerator, erreichbare maximale Einheitsleistung macht bei dem aus Festigkeitsgründen zulässigen größten Läuferdurchmesser (etwa 1250 mm) etwa 1000-1200 MW aus.

Wie schon erwähnt, ist die Länge des Eisenkörpers bei dem axiaSen System begrenzt, da eine ausreichende axiale Kühlung nur mit einer Länge von höchstens L = 3 — 4 D erreichbar ist. Der Durchmesser des Läufers kann aber aus Festigkeitsgründen über eine gewisse Grenze nicht gesteigert werden, so daß die zuführbare Gasmenge nur durch eine Verlängerung des Eisenkörpers erhöht werden kann. Die Länge des Eisenkörpers der zu erzielenden Hochleistungsmaschine sollte wenigstens L = 6 ~ 8 D ausmachen. Ein so langer Läufer kann aber mit Kühlung des axialen Systems nicht mit Erfolg gekühlt werden. Vom Gap-pick-up-System ist für die Erfindung die Grundlage herangezogen worden, daß zwischen den an der Mantelfläche des Läufers ausgebildeten Einström- und Ausströmöffnungen ein konstanter Druckunterschied als Ergebnis der Rotation mit Staudruck und Sog entsteht. Dieser ermöglicht das Eintreten des Kühlgases in den Läufer. Da die Zentrifugalkraft sowohl im Einströmkanal als auch im Ausströmkanal prinzipiell die gleiche Wirkung ausübt, sollten sich im Prinzip die zwei Wirkungen einander kompensieren. In der Praxis ist aber das in den Läufer eintretende Gas bedeutend kalter und hat deshalb größeres spezifisches Gewicht als das aus dem Läufer wieder austretende Gas. So wirkt auf das Gas im Einströmkanal eine größere Zentrifugalkraft als im Ausströmkanal. Diese Erscheinung behindert die Intensität der Kühlung, und zwar in desto größerem Maße, je größer der Unterschied der Temperatur des einströmenden Kühlgases zur Temperatur des ausströmenden Kühlgases ist und je tiefer die Wicklungsnut ist. Gemäß einem Gedanken der Erfindung wird daraus der Schluß gezogen, daß sowohl mit dem bekannten axialen System und mit dem Gap-pick-up-System eine gute Kühlung nur bei solchen Maschinen erreichbar ist, die bestimmte Abmessungen haben, und zwar weil bei dem erstgenannten System die Länge der Nut bzw. des Körpers des Läufers und beim letztgenannten System die Tiefe der Nut begrenzt ist.

Die aus diesen Grundüberlegungen entwickelte, anspruchsgemäße technische Lösung besteht in einer Kombination aus Gap-pick-up-System, Subslot-System und axialem System. Mit wenigen Worten gesagt, befinden sich im Läufer unter den die Leiter aufnehmenden Wicklungsnuten Kühlungsnuten. In oder zwischen den Leitern der Läuferwicklung liegen auf koaxialen Zylinderflächen angeordnete axiale Kühlkanäle. Benachbarte Kühlkanäle sind miteinander verbunden. Der zur Achse nächstliegende dieser Kühlkanäle ist mit der Lüftungsnut verbunden. Der der Achse am entferntesten liegende Kühlkanal ist dagegen mit in den Luftspalt führenden Einström- und Ausströmöffnungen verbunden, die in Axialrichtung verschoben sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform bei einer elektrischen Maschine, bei der die jeweils in einer Zylinderfläche verlaufenden Kühlkanäle tangential verlaufen, sind einer oder mehrere der Kühlkanäle der radial innenliegenden Leiter durch in der Wicklungsnut angeordnete, radial verlaufende zweite Ein-

strömkaniilc mit der Kühlungsnut verbunden, und die ersten Einström- und die Ausströmkanüle sind an gegenüberliegenden Seitenwänden der Wicklungsnut angeordnet. Hei einer vorteilhaften Ausgestaltung der voranstehend beschriebenen speziellen Ausführungsform empfiehlt es sich, dann, wenn die den Seitenwänden der Wicklungsnut entlang angeordneten radial gerichteten Strömungskanüle von dem der Achse am entferntesten liegenden Kühlkanal bis zu dem der Achse nächstliegenden Kühlkanal reichen, die in der Mittellinie verlaufenden zweiten Einströmkaniile mindestens bis zu dem der Lauferachse am zwcilnächsten liegenden Kühlkanal reichen zu lassen.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist bei einer elektrischen Maschine, bei der die jeweils in einer Zylinderflächc liegenden Kühlkanäle axial angeordnet sind und bei der die ersten und zweiten Einström- und die Ausströmkanälc axial voneinander beabstandet in der Mittellinie der Wicklungsnut verlaufen, jeder Einströmkanal mit der Kühlungsnut erbunden. Dabei können auch die mit den Einströmöffnungen verbundenen radial gerichteten ersten Einströmkanälc unmittelbar mit den mit ihnen fluchtenden und mit der Lüftungsnut verbundenen radial gerichteten /weiten Enströmkanalen verbunden sein.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemaßen Lösung besteht darin, daß die Kühlung gemäß dem Gap-pick-up-System für die der Achse weiter entfernt liegenden Leiter mit noch verhältnismäßig geringem Gegendruck realisiert werden kann, wobei die zur Kühlung der der Achse näher liegenden Leiter erforderliche Kühlgasmenge des axialen Systems ohne Schwierigkeit durch die Stirnfläche des Läufers zugeführt werden kann.

Mit der Erfindung ist ferner der Vorteil erreicht, daß elektrische Maschinen mit vergleichsweise zum Stand der Technik größerer Abmessung und Leistung wirksamer mit einem Gas gekühlt werden können. Dies gilt z. B. für Maschinen mit einer Leistung von K)(K) bis 2000 MW.

Diese mit der vorliegenden Kombinationserfindung erreichte, unerwartete neue Wirkung beruht darauf, daß das Kühlgas nicht nur einen Teil der in den Nuten liegenden Leiter der Wicklung intensiv kühlt, wie dies immer dann der Fall ist. wenn z. B. ein Läufer mit relativ großem Durchmesser und, oder relativ großer axialer Länge vorgesehen ist. Beim Gap-pick-up-System ist die Kühlung bei bekannten Ausführungsformen mit radial langen Kanälen - wie dies auch für eine Ausführung nach der britischen Patentschrift 7¹AS93'' für den mittleren Teil gilt - besonders wenig brauchbar, weil mit zunehmender »Tiefe« die Kühiwirkung dieses Systems infolge mangelhafter Kühlmittelförderung nachläßt. Dies führt dann zu erhöhter Erwärmung des Kühlgases, und /war gerade in den weiter innenliegenden Bereichen des Läufers, wobei die erhöhte Erwärmung des Kühlgases wieder /u weiter verschlechtertem Kühlmitteltransport fuhrt. Mit der Erfindung ist dieser Nachteil nicht nur klar erkannt, sondern auch eine besonders vorteilhafte technische Lehre gegeben worden, nach der das Gap pick-up-System bei der Erfindung für denjenigen Anteil des Läufers, nämlich fur den außenliegenden Anteil ( unabhängig vom axialen ()rt auf dem I .äufer) vci wendet wird. Dieses System wird bis /u einer solelu'ii l'iele des I aufeis angewendet, in tier noch eine ueniiwend i!.iile Kuhhv u Kuiij.', nach diesem System zu eileiehi'ii ist

Der weiter innenliegende Anteil wird dagegen nach dem ganz anderen Prinzip gekühlt, das auch als »Subslot«-Prinzip bezeichnet wird, bei dem durch einen Lüftungskanal hindurch Kühlmittel in den Läufer zugeführt wird, wobei sich dieser Lüftungskanal am Boden der jeweiligen Wicklungsnut befindet. Auf diese Weise läßt sich auch der innenlicgende Anteil selbst bei Läufern mit großem Durchmesser gut kühlen. Bei zusätzlich axial langem Läufer empfiehlt es sich, gemäß Anspruch 2 tangential gerichtete Kühlkanälc vorzusehen.

Mit der Erfindung wird aber nicht nur eine gute Kühlung im gesamten Läufer erzielt, sondern es wird auch der Vorteil erreicht, daß infolge der guten Küh-

' lung Temperaturspannungen innerhalb des Läufers, insbesondere innerhalb der Wicklung, gar nicht erst auftreten, die als erhebliche Schwierigkeiten beim Bau großer Elektromaschinen aufgetreten sind.

Mit der Erfindung ist auch in besonders vorteilhafter Weise möglich, die Ausströmkanälc des einen Kühlungsprinzips gleichzeitig auch als Ausströmkanälc des anderen Kühlungsprinzips zu verwenden. Im weiteren wir die Erfindung an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher be-

"> schrieben.

Fig. 1 zeigt einen zur Achse senkrechten Schnitt des Läufers mit darin vorhandenen tangential gerichteten Kühlkanälen:

Fig. 2 zeigt einen abgestuften Schnitt II-II au¹· Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt parallel zur Achse eine·- Läufers mit axial gerichteten Kühlkanälen; und

Fig. 4 zeigt einen abgestuften Schnitt IV-IV ei;v Läufers nach Fig. 3.

Im Falle der Ausführungsbeispicle der Fig. 1 um; 2 sind in dem aus Eisen bestehenden Korper ϊ d<·:- zylinderförmigcn Läufers, wie er für eine Synchron maschine vorgesehen ist. Wicklungsnuten 2 vorhanden. Unter den Wicklungsnuten 2 sind mit diesen ir

:i Zusammenhang stehende Lüftungsnutcn 3 als Kühlkanäle vorgesehen. Diese verlaufen im Läufer ir Axialrichtung, und sie münden an dessen Stirnflächen In den Wicklungsnuten 2 befinden sich Wicklunger mit äußeren Leitern 8 und inneren Leitern 9. Diese

". Leiter 8. 9 sind in Axialrichtung parallel zueinandei in den Wicklungsnuten 2 angeordnet. Je ein Paar Leiter bildet eine Windung. Die Windungen sind mittel· Isoliermaterial 17 voneinander getrennt. Am Bodei und an der oberen Wandung der Wicklungsnuten 1

υ sintl Isolierungen 5 und 6 vorgesehen. An ihren Wanden entlang ist je eine Isolierung 7 angeordnet. In dei Isolierungen 7 sind radial gerichtete iKinströmkanak Kt und Ausströmkanäle 111 vorhanden, die mit der in den Leitern 8, 9 vorhandenen, tangential gerichte

, ten Kühlkanälen 14. 15 in Verbindung steilen. Dk inneren Leiter 9 befinden sich in der Symmctrieebeiu der Wicklungsnut 2. Diese Ebenen werden ■ >n dei (in Fig. 2 mit gestrichelten Linien gezeichneten) Ein Stromkanälen 16 gekreuzt, die die Kühlungsnut 3 mi

.Ii ύ^\\ Kuhlkanälen 15 verbinden. Die Mündung bzw Öffnung der Wicklungsnut 2 ist durch einen Keil verschlossen, in dem die Einstromöffnungen 12 .im die Ausströmöffnungen 13 vorhanden sind. Die ( )ll iiungen 12. 13 sind bezogen auf die Kadiali ichtunf

,, schräg angeordnet, und /war in der Weise, daß ti it Eiiiströmöffnungen 12 in Rotationsriehtun).', und dii Ausströmöffnungen 13 der Kotationsriehtung entj.',e jiengesetzt schräu ausjjci killet sind.

Die Strömlingsrichtung des Kühlgascs ist in den Fig. 1 und 2 mit Pfeilen bezeichnet. Diesen Pfeilen gemäß tritt das Kühlgas durch die als ein Einströmkanal vorgesehene Kühlungsnut 3 und durch die Einströmöffnungen 12 in die Wicklungsnut 2 ein.

Von den Einströmöffnungen 12 strömt das Kühlgas in die entlang der einen Wand der Wicklungsnut vorgesehenen Kanäle 10. Weiter strömt es in die tangentialen Kühlkanäle 14 und danach in die entlang der ■ anderen Wand der Wicklungsnut vorgesehenen Ausströmkanäle 11. Schließlich tritt das Kühlgas durch die Ausströmöffnungen 13 aus dem Läufer in den Luftspalt der Synchronmaschine. Von der Kühlungsnut 3 ausgehend strömt das Kühlgas durch die Einströmkanälc 16indic tangcntialcn Kühlkanäle 15 und von dort unmittelbar oder durch die der einen Seitenwand entlang vorgesehenen Kanäle 10 und durch die tangentialcn Kühlkanäle 14 in die entlang der anderen Seitenwand vorgesehenen Ausströmkanäle 11. Schließlich strömt auch dieses Kühlgas durch die Ausströmöffnungen 13 in den Luftspalt.

Aus dem Voranstehenden ist ersichtlich, daß die Kühlung der äußeren Leiter 8 ebenfalls nach dem Gap-pick-up-System und die inneren Leiter 9 dagegen nach dem axialen bzw. nach dem Subslot-Systcm gekühlt werden.

Bri der Ausführung gemäß der Fig. 1 und 2 ist es von Vorteil, wenn der Querschnitt der radial gerichteten Kanäle 10, 11 bei trapezförmiger Wicklungsnut 2 zunehmenden Querschnitt hat, und zwar mit Rücksicht auf die radial nach außen hin zunehmende Kühlgasmengc.

Beider Ausführungsform der Fig. 3 und 4 sind den Scitcnwänden der Wicklungsnut 2 entlang keine Kühlkanäle vorgesehen. Die Kühlkanäle 14', 15', die sich zwischen den Leitern 8', 9' befinden, sind axial (statt tangential wie bei den Fig. 1 und 2) gerichtet. Die Verbindung zwischen der Kühlungsnut 3 und den inneren Leitern 9' ist ähnlich wie beim vorangehenden Beispiel durch Kanäle 16 sichergestellt. Von diesen mündet aber nur jeder zweite unmittelbar in die Kühlungsnut 3. Die übrigen reichen nur bis zum innersten Kühlkanal 15' und sind mit diesem mit der Kühlungsnut 3 verbunden. Die Verbindung zwischen den Kühlkanälen 14' der äußeren Leiter 8' und dem Luftspalt der Synchronmaschine und zwischen den Einströmöffnungen 12 und den Ausströmöffnungen 13 ist bei dieser Ausführungsform durch radiale Einström- bzw. Ausströmkanäle 18, 19 bewirkt, die den Einströmkanälen 16 ähnlich sind und mit diesen fluchtend angeordnet sind. Diese Kanäle 18, 19 sind abwechselnd mit den Einström- bzw. Ausströmöffnungen 12 und 13 verbunden, und zwar derart, daß der mit der Öffnung 13 verbundene Ausströmkanal 19 mit dem zu ihm fluchtend angeordneten Kanal 16 unmittelbar verbunden ist, wohingegen der mit der Einströmöffnung 12 verbundene Einströmkanal 16 im Punkt »/I« getrennt ist.

Die Strömungsrichtung des Kühlgases ist auch in den Fig. 3 und 4 mit Pfeilen kenntlich gemacht. Von der Kühlungsnut 3 strömt das Kühlgas in die unten geöffneten Elinströmkanälc 16. Dann strömt es durch die Kühlkanälc 15' in Richtung der benachbarten radialen Kanäle 16. Die letzteren sind mit den Ausströmkanälen 19 verbunden, durch die hindurch das Kühlgas durch die Ausströmöffnungen 13 hindurch in den Luftspalt gelangt. Das durch die EinströmöffiHingcn 12 eintretende Kühlgas strömt in die Einströmkanäle 18, dann durch die Kühlkanälc 14' in die benachbarten Ausströmkanäle 19 und aus diesen durch die Ausströmöffnungen 13 hindurch wieder in den Luftspalt. Die Kühlung der äußeren Leiter 8' erfolgt nach dem Gap-pick-up-System. Die Kühlung der inneren Leiter erfolgt gemäß dem axialen oder dem Subslot-System. Weil die Kanäle 16 und 18 im Punkt »/1« voneinander getrennt sind, sind die beiden Kühlsysteme, nämlich das der äußeren Leiter 8' und das der inneren Leiter 9', praktisch vollkommen voneinander unabhängig, und das in den beiden Systemen strömende Kühlgas vermischt sich nur bei der Ausströmung.

Die konstruktive Trennung der beiden Systeme ist nicht unbedingt notwendig. Wenn im Punkt »A« ein Durchbruch vorhanden ist, kommt die Trennung dennoch auf natürliche Weise zustande. Die Grenzlinie der beiden Systeme wird aber nicht unbedingt bei dein mittleren Leiter liegen. Von den jeweiligen Druckverhältnissen abhängig kann sie darüber oder darunter liegen.

Das Wesen der Erfindung ist die gemeinsame Verwendung bzw. Kombination des Gap-pick-up-Systems und des Subslot-Systems und axialen Systems. Diese Kombination ist dadurch ermöglicht, daß die Kühlkanäle 14, 15 den Potentialflächen desjenigen Zentrifugalfeldes - dies sind konzentrische Zylinderflächen-entlanglaufen, die sich bei Rotation des Läufers ausbilden.

Wie viele der in der Wicklungsnut liegenden Leiter nach dem Gap-pick-up-System und wie viele nach dem axialen System bzw. Subslot-Systcm gekühlt werden, hängt im Einzelfall von den gegebenen konkreten Umständen ab. Wenn eine Halbierung vorgesehen ist, ergibt sich, daß die Kühlung des nach dem Gap-pick-up-Systerns gekühlten Anteile wesentlich intensiver ist vergleichsweise zu dem angenommenen Fall, daß sämtliche Leiter nach dem Gap-pick-up-System gekühlt werden würden, nämlich weil die zur Verfügung stehende Kühlgasmcngc im wesentlichen unveränderbar bleibt, die abzuleitende Verlustwärme aber bei Halbierung nur die Hälfte beträgt. Dementsprechend ist die Erwärmung des Kühlgascs sowie der Unterschied des spezifischen Gewichtes des eintretenden Kühlgases zum spezifischen Gewicht des austretenden Kühlgases ebenfalls auf die Hälfte herabgesetzt. Durch diese Verminderung und durch Verminderung der Tiefe der zu kühlenden Schicht vermindert sich der bereits oben angesprochene Gegendruck, der die Strömung des Kühlgases behindert.

Wenn die axiale Kühlung bzw. das Subslot-Kühlsystem nur in dem unteren, ein Drittel bis ein Vierte betragenden Anteil der gesamten Wicklungshöhe verwendet wird, wirkt sich dies dann auch auf die derr gemeinsamen Ausströmkanal entströmende Gas menge vorteilhaft aus, nämlich daß ebenfalls der er wähnte Wichteunterschied vermindert ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ström darüber hinaus in den Einströmkanal des Gap-pick up-Systems aus dem Anteil mit axialem System wcni gcr heißes Kühlgas zu als dies der Fall wäre, wem die ganze Wicklungsnut nach dem Gap-pick-up-Sy stern gekühlt werden würde.

Das erfindungsgemäß kombinierte Kühlsystem ei möglicht bei Wasserstoff als Kühlgas eine elektrisch Stromdichte von 15 bis 20 A/mm in den Windunge bei einem Überdruck von etwa 5 Atm.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

709 5S1/3J

Claims

Patentansprüche:

1. Gasgekühlte rotierende elektrische Maschine, insbesondere schnellaufende Hochieistungssynchronmaschine, mit einer direkt gekühlten Läuferwicklung, deren Kühlkanäle in einer zur Achse des Läufers koaxialen Zylinderfläche liegen, wobei jeder Leiter der Läufenvicklung derart einerseits mit radial zum Luftspalt hin verlaufenden ersten Einströmkanälen und mit an der Lau- ι feroberfläche in Drehrichtung des Läufers geschrägten Einströmöffnungen und andererseits mit radial zum Luftspalt hin verlaufenden Ausströmkanälen mit an der Läuferoberfläche entgegen der Drehrichtung des Läufers geschrägten Ausflußöffnungen in Verbindung stehen, daß den jeweils in einer Wicklungsnut: radial außen und radial innen liegenden Leitern ein getrennter Kühlgasstrom zuführbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) am Grund jeder Wicklungsnut (2) ist eine an beiden Stirnseiten des Läufers ausmündende axiale Kühlungsnut (3) ausgebildet;

b) die Kühlungsnut steht mit allen Einströmkanälen (10; 16, 18) einer Wicklungsnut unmittelbar oder über einen Teil der Kühlkanäle (15; 15') in Verbindung;

c) die Kühlkanäle (14, 15; 14', 15') aller Leiter (8, 9; 8', 9') einer Wicklungsnut (2) stehen mit allen Ausstromkanälen (11; 19) einer Wicklungsnut (2) in Verbindung.

2. Gasgekühlte rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer elektrischen Maschine, bei der die jeweils in einer Zylinderfläche verlaufenden Kühlkanäle (14, 15) tangential verlaufen, einer oder mehrere der Kühlkanäle der radial innen liegenden Leiter (9) durch in der Mittellinie der Wicklungsnut (2) angeordnete, radial verlaufende zweite Einströmkanäle (16) mit der Kühlungsnut (3) verbunden sind, und die ersten Einström- (10) und die Ausströmkanäle (11) an gegenüberliegenden Seitenwänden der Wicklungsnut (2) angeordnet sind.

3. Gasgekühlte rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Mittellinie verlaufenden zweiten Einströmkanäle (16) mindestens bis zu dem der Läuferachse am zweitnächsten liegenden Kühlkanal (15) reichen.

4. Gasgekühlte rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer elektrischen Maschine, bei der die jeweils in einer Zylinderfläche liegenden Kühlkanäle (14', 15) üxia! angeordnet sind und bei der die ersten und zweiten Einström- (16, 18) und die Ausströmkanäle (19) axial voneinander beabstandet in der Mittellinie der Wicklungsnut (2) verlaufen, jeder Einströmkanal (16,18) mit der Kühlungsnut (3) verbunden ist.

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