DE2515340A1

DE2515340A1 - Fluessigkeitsgekuehltes staenderblechpaket einer elektrischen maschine

Info

Publication number: DE2515340A1
Application number: DE19752515340
Authority: DE
Inventors: Kurt Baltisberger; Erling Dipl Ing Oestby
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1976-09-30
Also published as: CH582969A5; DE7511034U; BR7601349A; SE7602099L; NO760797L

Description

Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine Die Erfindung hat ein flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine mit in Nuten angeordneten Wicklungselementen zum Gegenstand.
Es ist bereits bekannt, das Ständerblechpaket einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine am Blechrücken durch eingelegte Rohre zu kühlen (Neue Zürcher Zeitung, 24.8.1966, S.4 und 5). Die am Rücken des Blechpaketes liegenden Kühlrohre sind in Nuten gelegt (5. Fig. la) und radial nach innen durch ein Federsystem eingedrückt. Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Kühlrohre im Leckagefall leicht ausgewechselt werden können.
Aus dem Temperaturverlauf im Eisen (s. Fig. lb) geht hervor, dass diese Kühlung des Statorblechpaketes durch die Statorwicklung wirksam unterstützt ist. Die erwähnte Kühlung ist im Anwendungsbereich bei den heute üblichen Ausnützungen und magnetischen Materialien auf etwa 20 MVA/Pol begrenzt. Wird die gleiche Konzeption für höhere Leistungen pro Pol vorgesehen, steigen die Temperaturen auf Werte, die die zulässigen Grenzen übersteigen. Eine Möglichkeit, diesen hohen Temperaturanstieg zu reduzieren, ist das Plazieren von Rohren direkt im Ständerblechpaket (Brown Boveri Mitteilungen, Band 53, Nr. 9, September 1966, S. 506). Diese Ausführungsform ist in Fig. 2a abgebildet. Aus dem in Fig. 2b dargestellten Temperaturverlauf ist zu ersehen, dass ein Teil der Eisenverlustenwärme in das Statorwicklungskühlwasser überführt wird. Durch diese Anordnung wird die Kühlwirkung weiter erhöht. In den Kühlrohren wird eie Spannung induziert, so dass die Rohre isoliert werden müssen, um Blechschlüsse zu vermeiden. Im weiteren muss für das Einsetzen der Kühlrohre genügend Spiel vorgesehen werden, was den Wärmeübergang zwischen Blech und Kühlmedium nicht eindeutig definiert. Bei Ausfall eines solchen Kühlrohres ist ein Ersatz nicht oder nur schwer möglich. Eine weitere Lösung wurde beschrieben und abgebildet in 57. Technical Features and Economic Implications of the Seitevare Water-Cooled Hydro-Generator, Liege 1970, S. 4 - 6. Das Statorblechpaket wird mittels der in axialen Abständen eingelegten Kühlplatten gekühlt (Fig. 3).
Diese Kühlung ist wirksam, die eingelegten Kühlplatten bedeuten hingegen einen grossen Aufwand und Verlust an aktivem Volumen.
In US-PS 2,664,512 ist eine Gaskühlung eines Rotorblechpakets und einer Rotorwicklung beschrieben. Bei dieser Anordnung sind die Nuten mit an der Oberfläche der Isolation der Leiter und direkt in den Leitern angeordneten Kanälen versehen. Diese Lösung ist jedoch nur für die Gaskühlung geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mängel des Vorbekannten zu vermeiden und ein flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket zu schaffen, das wirksam gekühlt wird und konstruktiv einfach und reparaturfähig ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in der Nut zwischen wenigstens einer Hauptisolation eines Wicklungselementes und dem Ständerblechpaket wenigstens ein Kühlkanal angeordnet ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass eine intensivere Kühlung erreicht wird, was eine wesentliche Steigerung der spezifischen Leistung pro Pol ermöglicht. Die erfindungsgemässe Anordnung kann man ohne grossen Aufwand herstellen.
Ferner ist es zweckmässig, wenn der Kühlkanal im Nutengrund angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform liegt der Kühlkanal verhältnismässig tief im Ständerblechpaket. Es empfiehlt sich im Rücken des Ständerblechpaketes und/oder innerhalb desselben weitere Kühlkanäle anzuordnen. Bei dieser Anordnung erreicht man eine noch intensivere Kühlung. In meisten Fällen sind die blossen Kühlkanäle wenig geeignet, weil die Dynamobleche kleiner Verlustziffer korrosionsfällig sind. Es ist also zweckmässig, wenn die Kühlkanäle Kühlrohre enthalten.
Damit ist die Korrosions- und Leckagegefahr beseitigt oder wenigstens vermindert. Der Querschnitt der Kühlkanäle bzw.
der Kühlrohre ist nach einer bevorzugten Ausführungsform so dimensioniert, dass die Kühlflüssigkeitserwärmung pro Kanal oder Rohr höchstens 20grd ist.Diese Dimensionierung der Querschnitte ermöglicht eine wirtschaftliche Ausgestaltung des Ständerblechpakets. Vorteilhaft sind die besonders im Nutengrund angeordneten Kühlrohre mit einem halbrunden Profil ausgeführt. Die Kühlrohre stehen unter einer vom Anbringungsort im Ständerblechpaket abhängigen Spannung. Es empfielt sich darum, wenigstens die in der Nut bzw. innerhalb des Ständerblechpakets angeordneten Kühlrohre elektrisch zu isolieren oder aus einem elektrisch isolierenden bzw. antimagnetischen Material herzustellen. Um einen besseren Wärmeübergang zu erreichen, werden gemäss einer weiteren Ausgestaltung Zwischenräume zwischen dem Kühlrohr und dem Ständerblechpaket mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht veranschaulicht.
Er zeigt: Fig. la eine zum Stand der Technik zu fehlende Lösung eines flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets, Fig. lb einen im Ständerblechpaket nach Fig. la gemessenen Temperaturverlauf, Fig. 2a eine zweite zum Stand der Technik zu zählende Lösung eines flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets, Fig. 2b einen im Ständerblechpaket nach Fig. 2a gemessenen Temperaturverlauf, Fig. 3 eine dritte zum Stand der Technik zu zählende Lösung eines flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets, Fig. 4 eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, Fig. 5a eine schematische Darstellung eines Teils des flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets nach Fig. 4 und Fig. 5b einen im Ständerlechpaket nach Fig. 5a gemessenen Temperaturverlauf.
In Fig. la ist ein Teil eines Ständerblechpakets mit 1 bezeichnet, eine Nut mit 2 und ein Kühlkanal im Rücken des Ständerblechpakets mit 3. In Fig. 2a, 3, 4 und 5a sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. la. In Fig. 2a bedeutet die Ziffer 4 Kühlkanäle innerhalb des Ständerblechpaketes 1. In Fig. 3 ist eine Kühlplatte durch die Zahl 5 gekennzeichnet und ein in dieser eingelegtes Kühlrohr durch die Zahl 6. Gemäss Fig. 4 sind Wicklungselemente mit 7 bezeichnet und ihre Hauptisolationen mit 8. Ein Verschlusskeil ist durch die Zahl 9 gekennzeichnet, eine Unterlage durch die Zahl 10 und eine Zwischenlage durch die Zahl 11. Die Ziffer 12 bedeutet ein im Nutengrund angeordnetes Kühlrohr und die Ziffer 13 eine Isolation dieses Kühlrohrs 12. Mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllten Zwischenräume zwischen dem Kühlrohr 12 und dem Ständerblechpaket 1 sind durch die Zahl 14 gekennzeichnet. Ein Kühlkanal bzw. der innere Raum des Kühlrohrs 12 ist mit der Zahl 15 versehen.
Gemäss Fig. la ist das Ständerblechpaket 1 mit der Nut 2 und dem im Rücken des Pakets angeordneten Kühlkanal 3 für ein nicht dargestelltes Kühlrohr versehen. In Fig. lb ist die Temperaturverteilung im Statoreisen gezeigt. Die Kühlung der Statorwicklung beteiligt sich selbstverständlich auch an der Kühlung des Eisens, etwa in der Mitte des Blechpakets kann die Kühlung des Eisens jedoch unzuretchend werden. Die weitere bekannte Lösung mit den Kühlrohre enthaltenden Kühlkanälen 4 gemäss Fig. 2a weist einen günstigeren Temperaturverlauf im Ständerblechpaket 1 (s. Fig. 2b) auf, der Ersatz eines solchen Kühlrohres ist aber bei Ausfall kompliziert. Die dritte bekannte Ausführungsform gemäss Fig. 3 enthält die in exialen Abständen eingelegten Kühlplatten 5 mit meanderartig angeordneten Kühlrohren 6. Diese Lösung ist konstruktiv kompliziert und bedeutet einen grossen Verlust an aktiven Volumen.
In Fig. 4 ist die beispielsweise Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt. Die zwei Wicklungselemente 7, z.B. zwei wassergekühlten Roebelstäbe, sind in der Nut 2 im Ständerblechpaket 1 angeordnet und mittels des Verschlusskeils 9 gehalten.
Unter dem Verschlusskeil 9 ist die Unterlage 10 angeordnet und zwischen beiden Wicklungselementen 7 liegt die Zwischenlage 11. Die Wicklungselemente 7 sind mit den Hauptisolationen 8 versehen. Im Nutengrund der Nut 2 zwischen der Hauptisolation 8 des unteren Wicklungselementes 7 und dem Ständerblechpaket 1 ist das halbrunde Kühlrohr 12 eingelegt. Das Kühlrohr 12 ist mit der Isolation 13 versehen, kann aber auch aus einet elektrischen isolierenden oder einem nichtmetallischen Material bestehen.
Die Zwischenräume 14 zwischen dem Kühlrohr 12 bzw. seiner Isolation 13 und dem Ständerblechpaket 1 sind mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt, womit ein besserer Wärmeübergang erreicht ist. Der Querschnitt des Kühlrohrs 12 ist so dimensioniert dass die Kühlflüssigkeitserwärmung höchstens 20grad pro Rohr beträgt. In Fig. 5b ist die in dem in Fig. 5a schematisch dargestellten Ständerblechpaket nach Fig. 4 gemessene Temperaturvertei lung dargestellt. In diesem Temperaturverlauf ist die Wirkung aller drei Kühlsysteme sichtbar: links die Wirkung des im Rücken des Ständerblechpakets 1 angeordneten Kühlkanals 3, rechts von der Mitte die Wirkung des im Nutengrund angeordneten Kühlkanals 15 bzw. Kühlrohrs 12 und ganz rechts die Wirkung der Wicklungskühlung.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. Die in der Nut zwischen den Wicklungselementen und dem Ständerblechpaket angeordneten Kühlkanäle oder Kühlrohre kann man mit anderen Kühlungsarten kombinieren, z.B. mit den innerhalb des Ständerblechpakets angeordneten Kühlkanälen 4 oder mit anderen an sich bekannten Kühlsystemen.

Claims

Patentansprüche

Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine mit in Nuten angeordneten Wicklungselementen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (2) zwischen wenigstens einer Hauptisolation (8) eines Wicklungselementes (7) und dem Ständerblechpaket (1) wenigstens ein Kühlkanal (15) angeordnet ist.
2. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (15) im Nutengrund angeordnet ist.
3. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rücken des Ständerblechpaketes (1) und/oder innerhalb desselben weitere Kühlkanäle (3,4) angeordnet sind.
4. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach den Ansprüchen 1 bis 3, daurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Kühlkanäle (15, 3, 4) Kühlrohre (12) enthalten.
5. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kühlkanäle (15, 3, 4) und/oder der Kühlrohre (12) so dimensioniert ist, dass die Kühlflüssigkeitserwärmung pro Kanal oder Rohr höchstens 20 Grad ist.
6. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre (12) mit einem halbrunden Profil ausgeführt sind.
7. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des Ständerblechpaketes (1) und/oder in der Nut (2) angeordneten Kühlrohre (12) elektrisch isoliert sind oder aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
8. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der in der Nut (2), im Rücken des Ständerblechpaketes (1) und innerhalb desselben angeordneten Kühlrohre aus einem nichtmetallischen Material bestehen.
9. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume (14) zwischen dem Kühlrohr (12) und dem Ständerblechpaket (1) mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt sind.