DE2638908A1

DE2638908A1 - Gasgekuehltes flusschild fuer dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2638908A1
Application number: DE19762638908
Authority: DE
Inventors: Anthony Francis Armor; Madabushi Venkatakrishna Chari; Henry William Kudlacik; Paul Reece; N Y Schenectady
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-28
Publication date: 1977-03-10
Also published as: IT1063516B; DE2638908C2; JPS5630771B2; US4031422A; JPS5238103A; ES222868U; CA1051077A; ES222868Y; GB1549418A

Description

Gasgekühltes Flußschild für dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Flußabschirmungen, wie sie in dynamoelektrischen Maschinen verwendet werden, und insbesondere auf Mittel zum Kühlen derartiger Flußschilde.

Im Betrieb erzeugen große dynamoelektrische Maschinen relativ große Streuflüsse in den End- oder Wickelkopfbereichen. Dieser Streufluß wird sowohl durch den Rotor als auch durch die Wickelköpfe der Ankerstäbe im Stator erzeugt und umfaßt axiale Komponenten, die die Endabschnitte des Stators durchdringen, wodurch

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eine unerwünschte Wxrbelstromerhitzung erzeugt wird. Es ist üblich, Flußabschirmungen in den Endbereichen der Statoren vorzusehen, um die dynamoelektrische Maschine vor einem derartigen Streufluß abzuschirmen. Ein Beispiel für eine Flußabschirmung ist in der US-PS 3 714 477 beschrieben, wo die Flußabschirmung ein Kupferring ist, der so geformt ist, daß er mit einem Endflansch übereinstimmt. Dieser Endflansch klemmt zusammen mit einem gegenüberliegenden Endflansch zahlreiche Bleche bzw. Lamellen zusammen, welche den Statorkern bilden. In dem Flußschild, das zwar elektrisch leitend ist, aber eine kleine magnetische Permeabilität aufweist, werden durch den Streufluß zirkulierende Ströme erzeugt. Diese Ströme erzeugen ihrerseits ein Magnetfeld, das den Streufluß von dem Statorkern weglenkt, wodurch unerwünschte Wirbelstromverluste in dem Endflansch und anderen Statorkomponenten vermindert werden. Die in dem Flußschild zirkulierenden Ströme erhitzen jedoch dieses" Teil. Obwohl moderne dynamoelektrische Maschinen intern durch ein Kühlgas, wie beispielsweise Wasserstoff, gekühlt sind, vergrößert sich aufgrund der höheren Nennleistungen dieser Maschinen bei fortgeschrittener Technologie die Wärmeentwicklung innerhalb der verwendeten Flußschilde auf einen unerwünschten Wert.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel zum Kühlen der Flußschilde von großen dynamoelektrischen Maschinen zu schaffen, ohne die Strömungsmittelverluste, die mit der Kühlgasströmung durch die Maschinen verbunden sind, wesentlich zu vergrößern.

Kurz gesagt, wird die Aufgabe darch ein verbessertes Mittel gelöst, um die Flußschilde der dynamoelektrischen Maschinen zu kühlen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Kühlrippen an lokalisierten Erhitzungsbereichen des Flußschildes vorgesehen, die als Hitzepunkte bezeichnet werden, um dort die Temperaturen auf annehmbare Werte zu senken. Diese Rippen können mit einem konischen bzw. verjüngten Abschnitt versehen sein, der die mit der Kühlgasströmung über die Rippen verbundenen Strömungs-

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Verluste auf ein Minimum senkt. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein ringförmiger Rand, der zur Bildung von hindurchführenden Kühlgasdurchlässen durchbohrt ist, an dem Flußschild entlang seinem inneren Abschnitt befestigt, um den Wärmeübergang von dem Flußschild auf eine Kühlgasströmung durch die Durchlässe hindurch zu bewirken. Schließlich ist in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein elektrisch nicht leitendes ringförmiges Leitblech um das Flußschild herum, benachbart, aber im Abstand von seiner Innenfläche angeordnet, um eine Kühlgasströmung über die Innenfläche des Flußschildes zu richten, wodurch dieses gekühlt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und "Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Teil des einen Endes eines Statorkernes und zeigt ein bekanntes Flußschild.

Figur 2 ist eine Querschnittsansicht der in Figur 1 gezeigten Struktur entlang der Längsachse des Statorkernes.

Figur 3 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil eines Statorkerns und zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 4 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil eines Stators und zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 5 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil eines Stators und zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

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In den Figuren 1 und 2 ist ein Teil eines Statorkernes einer dynamoelektrischen Maschine an dem Kernende gezeigt. Der Statorhauptkern umfaßt eine Vielzahl geschichteter Lamellen 1 aus Eisenstanzstücken, die in Paketen 5 angeordnet sind, wobei die Pakete durch Kühlgaskanäle 10 getrennt sind. An den Enden des Kernes sind zwei Endflansche, von denen einer bei 15 gezeigt ist, vorgesehen, der die Lamellen bzw. Bleche in axialer Richtung zusammenpreßt und sie dadurch in ihrer Lage hält. Diese axiale Preßkraft wird auf die inneren Abschnitte der Lamellen durch radial verlaufende Abstandsblöcke 20 übertragen.

Um die Wirbelstromverluste in dem Stator auf ein Minimum zu reduzieren, ist ein ringförmiges Plußschild 25 benachbart zu und im Abstand von dem Endflansch 15 vorgesehen und daran durch zahlreiche Bolzen 30 befestigt und in seiner Lage gehalten. Jeder Bolzen führt durch einen isolierenden Abstandshalter 35 hindurch, der das Plußschild im Abstand zu dem Endflansch hält.

Der Streufluß von dem Rotor und dem Stator der dynamoelektrischen Maschine induziert Ströme im Plußschild 25, das im allgemeinen ein ringförmiges, nicht-magnetisches Teil ist, das aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet ist. Die in dem Flußschild induzierten Ströme erzeugen ihr eigenes Magnetfeld, das dem Streufluß entgegenwirkt, wodurch die Wirbelstromverluste in dem Endflansch und anderen Statorteilen verhindert werden.

Moderne dynamoelektrische Maschinen mit hohen Nennleistungen haben hohe Streuflußdichten in den Endbereichen der Statoren. Diese hohen Streuflußdichten erzeugen ihrerseits große zirkulierende Ströme in den Flußschilden, die dazu neigen, die Flußschilde übermäßig zu erhitzen, was insbesondere für ihre radialen Innenabschnitte 40 gilt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Flußschilde mit Mitteln geschaffen, um eine übertragung übermäßiger Wärme auf eine Kühlgasströmung zwischen dem Flußschild und dem Endflansch

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zu bewirken. In Figur 3 ist ein Flußschild 42 gezeigt, das im großen und ganzen dem in Figur 2 gezeigten Flußschild entspricht. Ein Innenabschnitt 43.dieses Flußschildes weist einen Innenrand 45, einen Außenrand 50 und einen verbindenden Stegabschnitt 55 auf, der zwischen den inneren und äußeren Rändern angeordnet ist. Um Stellen erhöhter Temperatur oder Hitzepunkte zu kühlen, die mit dem inneren Abschnitt 43 des Flußschildes 42 verbunden sind, sind zahlreiche Kühlrippen, von denen eine bei 60 gezeigt ist, durch Löten bzw. Schweißen oder ähnliche Verfahren entlang dem Innenrand 45 und dem Stegabschnitt 55 befestigt. Obwohl die Rippe 60 in der Weise gezeigt ist, daß sie sich sowohl an dem Innenrand 45 als auch dem Stegabschnitt 55 entlang erstreckt, kann es auch lediglich erforderlich sein, die Rippen entlang dem Innenrand 45 anzuordnen, falls die mit dem Flußschild verbundenen Erhitzungsprobleme dieses erfordern.

Sollte es notwendig sein, eine Kühlrippe an einem Bereich anzuordnen, wo das Flußschild 25 mit Bolzen an dem Flansch 15 befestigt ist, kann entweder Material von der Rippe 60 weggenommen werden, um den Abstandshalter 35 aufzunehmen, oder der Abstandshalter kann maschinell bearbeitet werden, um die Rippe aufzunehmen. In jedem Fall wird ein geeigneter Gasdurchlaß zwischen der Rippe 60 und dem Abstandshalter 35 gebildet, um die Wirksamkeit der Kühlrippen sicherzustellen.

Weiterhin sind große Lüfter (nicht gezeigt), die mit dem Rotor der dynamoelektrischen Maschine umlaufen, vorgesehen, um Kühlgas durch die dynamoelektrische Maschine hindurch umzuwälzen. Die Gaszirkulation zwischen dem Flußschild 42 und einem Endflansch 15 ist durch Pfeile 65 angegeben. Wenn das Kühlgas den Bereich zwischen dem Endflansch 15 und dem Flußschild 42 verläßt, wird es um 90° gedreht und strömt nach außen zwischen den Abstandsblöcken 20 hindurch, wie es durch Pfeile 70 angegeben ist. Um die mit dieser 90 -Drehung in der Kühlgasströmung verbundenen Verluste auf ein Minimum zu reduzieren, sind die Rippen 60 in diesem Ausführungsbeispiel mit konischen oder verjüngten Abschnitten 75 an ihren Enden nahe den Abstandsblocken 20 versehen. Die Rippen

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gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eliminieren selbstverständlich auch Hitzepunkte in dem Flußschild ohne Verwendung eines verjüngten Abschnittes, aber die Verjüngung erleichtert die Kühlgasströmung, wodurch die Kühlung des Flußschildes verbessert wird.

Es ist somit ersichtlich, daß die Rippen 60 an Hitzepunkten des Flußschildes 42 eine Vergrößerung der Oberfläche des Flußschildes bewirken, die durch das Kühlgas benetzt wird, wodurch die Menge der von dem Flußschild auf das Kühlgas übertragenen Wärme vergrößert wird, ohne daß die Strömungsmittelverluste wesentlich vergrößert werden, die mit der Kühlgasströmung durch die dynamoelektrische Maschine verbunden sind. Die verjüngte Rippenkonstruktion hält die mit der 90°-Drehung in der Kühlgasströmung verbundenen Verluste auf einem Minimum.

In Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der innere Abschnitt 43 des Flußschildes 42 durch einen ringförmigen Rand gekühlt ist, der an dem Innenrand 45 des Flußschildes 43 durch Löten bzw. Schweißen oder irgendein anderes Verfahren befestigt ist. Der Rand 80 ist aus einem stark wärmeleitenden Material gebildet und an zahlreichen Stellen durchbohrt, wodurch zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete Kühlkanäle gebildet werden, von denen einer b~i 85 gezeigt ist. Diese Kanäle oder Durchlässe vergrößern auf wirksame Weise die Oberfläche des Flußschildes 42, die durch das Kühlgas benetzt wird, ßei diesem Ausführungsbeispiel ist neben der KühlgasStrömung zwischen dem Flußschild und dem Endflansch, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, eine zusätzliche Kühlgasströmung durch Durchlässe und in die Durchlässe zwischen den AbStandsblöcken 20 vorgesehen, wie es durch Pfeile 70 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß Kühlgasströmungen, die durch die Kanäle 85 und zwischen das Flußschild 42 und den Flansch 15 gepumpt sind, auf wirksame Weise irgendwelche Hitzepunkte an dem inneren Abschnitt 43 des Flußschildes kühlen. Nachdem es das Flußschild 42 gekühlt hat, wird das durch die Kühlkanäle 85 und zwischen dem Flußschild 42 und dem Flansch 15 hindurchströmende Gas um 90° gedreht und strömt

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zwischen die AbStandsblöcke 20. Es wird dann anschließend durch geeignete Gaskühler gekühlt. Die im Rand 80 vorgesehenen Kühldurchlässe 85 vergrößern nicht wesentlich die Strömungsmittelverluste, die mit der Kühlgasströmung durch die dynamoelektrische Maschine verbunden sind, aber sie bilden ein wirksames Mittel zum Kühlen irgendwelcher Hitzepunkte, die sich am inneren Abschnitt des Flußschildes befinden.

In Figur 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein im allgemeinen ringförmiges Leitblech 90 im Abstand von und im allgemeinen konzentrisch zu dem Innenrand 45 des Flußschildes 42 angeordnet und an den Abstandsblocken 20 in geeigneter Weise befestigt ist, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Das Leitblech 90 ist aus einem geeigneten, elektrisch nicht-leitendem Material gebildet und richtet eine Kühlgasströmung über die Innenfläche des inneren Randes 45. Es ist ersichtlich, daß das Leitblech 90 und die Kühlgasströmung zwischen diesem Teil und dem Flußschild 42 neben der Kühlgasströmung zwischen dem Flußschild 42 und dem Flansch 15 den benetzten Bereich des inneren Abschnittes des Flußschildes stark vergrößert und dadurch die von dem Flußschild auf das Kühlgas übertragene Wärmemenge erhöht, um die Temperatur des Flußschildes innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten. Sowohl die Kühlgasströmung zwischen dem Leitblech 90 und dem Flußschild 42 als auch die Strömung zwischen dem Flußschild 42 und dem Flansch 1.5 werden um gedreht, nachdem sie das Flußschild gekühlt haben, und folgen Durchlässen zwischen den Abstandsblöcken 20 und werden anschließend gekühlt. Die Strömungsverluste, die mit der zusätzlichen Kühlgasströmung zwischen dem Leitblech 90 und dem Flußschild 42 verbunden sind, sind in gleicher Weise minimal wie die Strömungsverluste, die mit der Gasströmung über die Rippen und durch die Kühlkanäle hindurch verbunden sind, die in den ersten beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben wurden.

Es ist also ersichtlich, daß erfindungsgemäß ein Mittel geschaffen wird, um die Temperatur des Flußschildes in einer dynamoelektrischen Maschine innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, ohne daß

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die Strömungsverluste wesentlich vergrößert werden, die mit der Kühlgasströmung durch den Stator der Maschine verbunden sind. Diese verbesserte Kühlung des Flußschildes eliminiert die Hitzepunkte in dem Plußschild als einschränkenden Paktor in den Ausgangsleistungen, die moderne dynamoelektrische Maschinen erzeugen können.

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Claims

Ansprüche

Dynamoelektrische Maschine mit einem gasgekühlten Statorkern aus zahlreichen Magnetblechen, die durch Endflansche zusammengehalten sind, die eine Druckbelastung auf die Magnetbleche ausüben, und mit einem ringförmigen Flußschild zur Verminderung der Wirbelstromverluste in den Endflanschen und dem Statorkern, wobei das Flußschild mit einem Innenrand benachbart zu und im Abstand von einem entsprechenden Endflansch angeordnet ist zur Bildung eines dazwischen befindlichen Kühlgaskanales, gekennzeichnet durch Mittel zum Umwälzen von Kühlgas durch den Kanal zwischen dem Flußschild (42) und dem Endflansch (15) und benachbart zum inneren Rand (45) des Flußschildes (42) angeordnete Mittel (60; 80; 85; 90) zum Vergrößern der von dem Flußschild auf das Kühlgas übertragenen Wärmemenge.

Dynamoelektrische Maschine nacii Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Vergrößern der von dem Flußschild auf das Kühlgas übertragenen Wärmemenge zahlreiche Rippen (60) umfassen, die entlang dem Innenrand (45) des Flußschildes (42) innerhalb des dazwischen gebildeten Durchlasses an Stellen erhöhter Temperatur angeordnet und an diesem befestigt sind derart, daß die Oberfläche des durch das Kühlgas benetzten Innenrandes vergrößert ist.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Flußschild (42) einen mit dem Innenrand (45) verbundenen Stegabschnitt (55) aufweist und die Rippen (60) sich auch entlang dem Stegabschnitt des Flußschildes in dem Durchlaß zwischen dem Flußschild (42) und dem Endflansch (15) an den Stellen erhöhter Temperaturen erstrecken und an diesem befestigt sind.

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Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, , daß die Rippen (60) in Rieh-¹ tung der Kühlgasströmung verjüngt sind zur Verminderung der mit der Kühlgasströmung über die Rippen verbundenen Strömungsverluste, wenn die Strömung den Durchlaß zwischen dem Plußschild und dem Endflansch verläßt.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Vergrößerung der vom Flußschild auf das Kühlgas übertragenen Wärmemenge einen ringförmigen RandTäus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit umfassen, der an dem Innenrand (45) des Flußschildes (42) befestigt ist und an zahlreichen Stellen durchbohrt ist zur Ausbildung in Umfangsrichtung beabstandeter Kanäle (85) für die Kühlgasströmung derart, daß die Oberfläche des durch das Kühlgas benetzten Innenrandes vergrößert ist.

Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Vergrößerung der vom Flußschild auf das Kühlgas übertragenen Wärmemenge ein im allgemeinen ringförmiges Leitblech(90)umfassen, das im Abstand von und im allgemeinen konzentrisch zu dem Innenrand (45) des Flußschildes (42) angeordnet ist und eine Kühlgasströmung über den Innenrand (45) richtet.

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