DE2514255C3

DE2514255C3 - Anordnung zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen von elektrischen Maschinen

Info

Publication number: DE2514255C3
Application number: DE2514255A
Authority: DE
Inventors: Joachim Boeer; Georg Frankenhauser
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1975-04-01
Publication date: 1980-02-14
Also published as: IT1062867B; NO760879L; BR7601934A; JPS5646709B2; CH607422A5; GB1502041A; AT343750B; US4100439A; DE2514255A1; FR2306554B1; IN143481B; CA1042968A; ATA137676A; FR2306554A1; JPS51121105A; DE2514255B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen von elektrischen Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit einer von den Stirnseiten der Maschine her über Lüfter beaufschlagten Kühlgasströmung, die von das Blechpaket konzentrisch umhüllenden und durch radiale Trennwände abgeteilte Kühlgaszuführupgskammern über axial beabstandete Blechpaketkanäle zum Luftspalt strömt und aus diesem von den Lüftern absaugbar ist, sowie mit einer Kühlgasteilströmung für Radialkanäle im Druckfingerring.

Eine derartige Anordnung ist aus der CH-PS 3 44 775 bekannt. Hierbei werden das Blechpaket und die Blechpaket-Endzonen vom Hauptkühlgasstrom gekühlt, während für die radialen Kanäle im Druckfingerring ein gesonderter, stark gedrosselter Kühigasteilstrom vorgesehen ist, der offensichtlich aus einer der Kühlgaskammern für die Ständerblechkühlung abgezweigt ist. Bei dieser Anordnung ist jedoch der Kühlmittelstrom zu den Kühlgasverteilkammern am Außenumfang des Blechpaketes zugunsten der Ständerund Läuferwicklungskühlung gedrosselt, so daß zur intensiven Kühlung der durch Streuflüsse zusätzlich belasteten Blechpaket-Endzone einerseits nicht mehr der gesamte Gebläsedruck zur Verfügung steht, andererseits die Endblechkühlkanäle nicht stärker gekühlt werden können als das übrige Ständerblechpaket. Dadurch ist die Kühlung für diesen besonders gefährdeten Bereich nicht ausreichend.

Darüber hinaus ist es aus der DE-OS 16 13 111 bekannt, zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen im Luftspalt der Maschine im Bereich dieser Endzonen Prallbleche anzuordnen, die einen Teilstrom des Kühlgases vom Lüfter her in die Kühlkanäle der Blechpaket-Endzonen leiten. Abgesehen von der Tatsache, daß zusätzliche Einbauten im Luftspalt nicht sehr zweckmäßig sind und daß die Kühlgasführung innerhalb der Maschine über den Luftspalt radial von innen nach außen erfolgt, können hierbei die Kühlmittelströme nicht dosiert auf die Endblech-Kühlkanäle und radialen Druckfinger-Kühlkanäle aufgeteilt werden.

Bei der Kühlanordnung nach der CH-PS 4 74 892 ist zwar zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen unmittelbar hinter dem Lüfter ein Teilstrom des Kühlgases

ίο abgezweigt, um so eine erhöhte lokale Kühlung der betreffenden Zonen zu bewirken, jedoch is¹, auch hierbei eine dosierte Aufteilung dieses Kühlgas-Teilstromes auf die Endblech-Kühlkanäle und radialen Druckfinger-Kühlkanäle nicht vorgesehen, abgesehen davon, daß das Kühlgas radial von innen durch die Kühlkanäie des Ständerblechpaketes nach außen geführt ist.

Entsprechendes gilt für eine ältere, nicht vorveröffentlichte Kühlanordnung für eine Asynchronmaschine, bei der noch dazu die zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen dienenden Kühlgas-Kaltströme sich mit schon erwärmten Leckvolumenströmen aus dem Luftspalt zwischen Rotor und Stator vermischen (DE-OS 24 14 950).

Ausgehend von einer Anordnung zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen der eingangs genannten Art, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gesonderte intensive Kühlung der Blechpaket-Endzonen durch einen direkt vom Lüfter abgezweigten Kühlgas-Teilstrom derart zu erreichen, daß dieser Kühlgas-Teilstrom dosiert auf die Endblech-Kühlkanäle einerseits und die radialen Druckfinger-Kühlkanäle andererseits aufgeteilt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen der eingangs

J5 genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Bereich der Blechpaket-Endzonen konzentrisch zwischen den Kühlgaszuführungskammern und dem Blechpaket eine gesonderte, parallel zur ersten Kühlgaszuführungskammer mit dem vollen Lüfterdruck unmittelbar beaufschlagte Kühlgasverteilkammer angeordnet ist, von der aus direkt mindestens der erste Endblechkühlkanal und über ein mit Durchtrittsöffnungen versehenes Trennblech die Radialkanäle im Druckfingerring beaufschlagt sind und daß der als Ringspalt ausgebildete Eintrittsquerschnitt in die Kühlgasverteilkammer und die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen in dem Trennblech entsprechend der geforderten Druckverteilung des Kühlgases einstellbar sind.
Durch diese Anordnung kann der überwiegende Anteil des zur Blechpaket-Endzonenkühlung abgezweigten Kühlgas-Teilstromes den Endblech-Kühlkanälcn zugeführt werden, während der kleinere Anteil des Kühlgas-Teilstromes über das Trennblech die radialen Druckfinger-Kühlkanäle durchströmt. Durch die Strömungsrichtung des Kühlgases von radial außen nach radial innen ergibt sich eine stetig von außen nach innen sich vergrößernde Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases, was sich vorteilhaft auf die Druckfinger- und Zahnkühlung in den besonders beanspruchten Bereichen nahe dem Luftspalt auswirkt.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte

h5 eines Turbogenerators mit der entsprechenden Kühlasführungund

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich einer Blechpaketendzone.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, sind Läufer 1 und Ständerblechpaket 2 des Turbogenerators von einem gasdichten Gehäuse umschlossen, das mit Wasserstoffgas als Kühlgas gefüllt sein kann. Dabei körnen sowohl Läufer 1 als auch das Ständerblechpaket 2 mit dem Wasserstoffgas gekühlt werden, während die Ständerwicklungen 4 an einen Kühlwasserkreislauf 5 angeschlossen sind. Das Kühlgas wird dabei über jeweils an den Enden des Läufers aufgesetzten Lüftern 6 und 7 aus dem Luftspalt der Maschine abgesaugt und axial nach außen gefördert, wobei ein Teilstrom wie durch die Pfeile 9 gezeigt, zur Läuferkühlung dient, während der andere Teilstrom entsprechend den Pfeilen 10 zur Kühlung des Ständerblechpaketes 2 herangezogen wird.

Das Ständerblechpaket 2 ist dabei konzentrisch von Kühlgaszuführungskammern U und 12 umgeben, die durch radiale Trennwände 15 untereinander und über die Stirnwände 13 von den Stirnräumen 14 der Maschine abgetrennt sind. Von den Kühlgas^'jführungskammern 11 und 12, die über Durchbrüche 16 in den Trennwänden 13 bzw. 15 mit dem Kühlgas beaufschlagt sind, strömt das Kühlgas radial einwärts über Kanäle 17 im Blechpaket 2 zum Luftspalt 8 und kühlt somit die Ständerbleche. Die Druckverteilung des Kühlgases ist dabei aus den über den Kühlgaspfeilen stehenden Zahlen zu ersehen, die jeweils den Kühlgasdruck in mm Wassersäule angeben. So herrscht beispielsweise in den Stirnräumen 14 ein Kühlgasdruck von 900 mm WS, der gleichzeitig auch den Eintrittsdruck im Läufer für die Läuferkühlung darstellt, während der Druck in den einzelnen Kühlgaszuführungskammern U und 12 auf 140 mm WS gedrosselt ist.

Wegen der in modernen Hochleistungsmaschinen wesentlichen Erhöhung der Ströme steigen auch die durch die Streuflüsse bedingten Zusatzverluste in den Endblechen 20 und den Druckplatten 21 des Blechpaketes 2 an, so daß diese besonders intensiv gekühlt werden müssen. Man könnte dazu beispielsweise die stirnseitigen Kühlgaszuführungskammern 11 mit einem erhöhten Kühlgsasdruck und somit einer größeren Kühlgasmenge beaufschlagen, wodurch sich jedoch eine unzulässige Gesamtdruckabsenkung und eine unnötige Kühlung zuvieler Blechpaketkanäle ergeben würde. Demgegenüber ist nach der Erfindung vorgesehen, allein die Endzonen des Blechpaketes gesondert zu kühlen, wie das insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der Blechpaketendzonen nach F i g. 2 zu ersehen ist Diese Endzone besteht dabei im wesentlichen aus den Endblcchen 20, den radialen Druckfingern 22 und der Endplatte 21, über die das gesamte Blechpaket axial verspannt ist. Nach der Erfindung ist nunmehr die S'irnwand 13 der stirnseitigen Kühlgaszuführungskammer 11 nicht bis zum Blechpaket 2 heruntergezogen, sondern zwischen der Kühlgaszuführungskammer 11 und dem Blechpaket 2 ist eine gesonderte, von einer Ringwand 23 und auf die Blechpaketlängsbalken 24 aufgesetzten Ringe 25 und 26 begrenzte Kühlgasverteilkammer 27 geschaffen, die über den freigelassenen Ringspalt 28 zwischen Ringwand 23 und Ring 26 parallel zur Kühlgaszuführungskammer 11 mit Kühlgas beaufschlagt ist. Von dieser Kühlgasverteilkammer 27 können nunmehr zumindest der erste Kühlkanal 29 der Endbleche 20 sowie durch die Druckfinger 22 gebildeten und von den Druckplatten 21 und den Endblechen 20 begrenzten Radialkanäle 30 mit Kühlgas beaufschlagt werden. Zweckmäßig ist es dabei, wenn zwischen der Kühlgasverteilkammer 27 und den Radialkanälen 30 ein gesondertes Trennblech 31 mit Kühlgasdurchtrittsöffnungen 32 angeordnet ist Dadurch kann entsprechend der erforderlichen Kühlung der Kühlgasdurchsatz durch die Kühlkanäle 29 und die Radialkanäle 30 durch Variation der Querschnitte des Ringspaltes 28 und der Kühlgasdurchtrittsöffnungen 32 gesondert gedrosselt werden. Wie die angegebenen Druckwerte zeigen, ist bei einem Druck von 900 mm WS im Stirnraum 14 der Druck in der Kühlgasverteilkammer 27 durch entsprechende Drosselung im Ringspalt 28 kleiner als 900 mm WS, während durch eine weitere Drosselung über die Kühlgasdurchtrittsöffnungen 32 in den Radialspalten 30 nur noch eine geringe Kühlgasmenge mit einem Druck weit unter 900 mm WS hindurchströmt.

Mit der beschriebenen Anordnung ist es also auf einfache Weise möglich, durch die Anordnung gesonderter Kühlgaskammern den Druckplatten und Endblechen eine größtmögliche Kühlgasmenge zuzuführen, ohne daß der Gesamtdruck wesentlich absinkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Kühlung der Blechpaket-Endzonen von elektrischen Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit einer von den Stirnseiten der Maschine her über Lüfter beaufschlagten Kühlgasströmung, die von das Blechpaket konzentrisch umhüllenden und durch radiale Trennwände abgeteilte Kühlgaszuführungskammern über axial beabstandete Blechpaketkanäle zum Luftspalt strömt und aus diesem von den Lüftern absaugbar ist sowie mit einer Kühlgasteilströmung für Radialkanäle im Druckfingerring, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Blechpaket-Endzonen (20) konzentrisch zwischen den Kühlgaszuführungskammern (11) und dem Blechpaket (2) eine gesonderte, parallel zur ersten Kühlgaszuführungskammor (11) mit dem vollen Lüfterdruck unmittelbar beaufschlagte Kühlgasverteilkammer (27) angeordnet ist, von der aus direkt mindestens der erste Endblechkühlkanai (29) und über ein mit Durchtrittsöffnungen (32) versehenes Trennblech (31) die Radialkanäle (30) im Druckfingerring (22) beaufschlagt sind und daß der als Ringspalt (28) ausgebildete Eintrittsquerschnitt in die Kühlgasverteilkammer (27) und die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen (32) in dem Trennblech (31) entsprechend der geforderten Druckverteilung des Kühlgases einstellbar sind.