DE2638908C2

DE2638908C2 - Gasgekühlte dynamoelektrische Maschine

Info

Publication number: DE2638908C2
Application number: DE2638908A
Authority: DE
Inventors: Anthony Francis Armor; Madabushi Venkatakrishnama Chari; Henry William Schenectady N.Y. Kudlacik; Paul Pittsfield Mass. Reece
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-28
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB1549418A; ES222868U; JPS5238103A; IT1063516B; US4031422A; ES222868Y; JPS5630771B2; DE2638908A1; CA1051077A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine gasgekühlte dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige dynamoelektrische Maschine ist aus der US-PS 37 14 477 bekannt.

Im Betrieb erzeugen große dynamoelektrische Maschinen relativ große Streuflüsse in den Wickelkopfbereichen. Dieser Streufluß wird sowohl durch den Rotor als auch durch die Wickelköpfe der Ankerstäbe im Stator erzeugt und umfaßt axiale Komponenten, die 6Ci die Endabschnitte des Stators durchdringen, wodurch eine unerwünschte Wirbelstromerhitzung erzeugt wird. Es ist üblich, Flußabschirmungen in den Endbereichen der Statoren vorzusehen, um die dynamoelektrische Maschine vor einem derartigen Streufluß abzuschirmen wie es in der eingangs genannten US-PS 37 14 477 beschrieben ist. Dort ist als Flußabschirmung ein Kupferring so geformt, daß er mit einem Endflansch übereinstimmt Dieser Endflansch klemmt zusammen mit einem gegenüberliegenden Endflansch die Statorbleche zusammen, wobei zwischen den Endflanschen und den axial benachbarten Stirnflächen des Stators jeweils ein geblechter Flußnebenschluß angeordnet ist Zwischen jedem Endflansch und dem zugehörigen Flußnebenschluß können auch radial verlaufende Gaskanäle zur Kühlung vorgesehen sein.

In dem Flußschild, der 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. Moderne dynamoelektrische Maschinen werden zwar intern durch ein Kühlgas, wie beispielsweise Wasserstoff, gekühlt, aber aufgrund der höheren Nennleistungen dieser Maschinen bei fortgeschrittener Technologie vergrößert sich die Wärmeentwicklung innerhalb der verwendeten Flußschilde auf unerwünscht hohe Werte.

Es ist diesbezüglich aus der AT-PS 2 66 979 bekannt, neben den Endflanschen auch die Flußschilder mit Kanälen zu versehen, durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet werden kann. Es wird ausdrücklich eine Kühlflüssigkeit verwendet, da die Kürze der Kühlkanäle und die Verwendung eines gasförmigen Kühlmediums nur eine geringe Kühlwirkung ergeben. Aber auch die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung ist nachteilig, da die erhöhte Kühlwirkung nur durch einen komplizierten und schwer zu fertigenden und somit kostspieligen Aufbau der Flußschilder erreicht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine dynamoelektrische Maschine der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß die Flußschilder auf einfache Weise gleichförmig gekühlt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine effektive Kühlung der Flußschilder großflächig durch Kühlgas herbeigeführt wird. Die Zwangsumwalzung des Kühlgases kann durch die innerhalb der Maschine vorhandenen Lüfter o. ä. herbeigeführt werden. Auch die Kühlflächenvergrößerung am Lagerschild trägt wesentlich zu einer Temperatursenkung des Lagerschildes bei. Trotzdem können etwaige Strömungsverluste auf vernachlässigbar kleinen Werten gehalten werden. Durch eine selektive Anpassung der Kühlflächenvergrößerung an die thermisch am stärksten beanspruchten Flußschildstellen lassen sich Hitzepunkte sicher vermeiden.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht von einem Teil des einen Endes eines Statorkernes und zeigt einen bekannten Flußschild.

F i g. 2 ist eine Querschnittsansicht der in F i g. 1 gezeigten Anordnung entlang der Längsachse des Statorkernes.

F i g. 3 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil eines Statorkerns und zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 4 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil e;nes Stators und zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 5 ist eine Querschnittsansicht von einem Endteil eines Stators und zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Teil eines Statorkernes einer dynamoelektrischen Maschine an dem Kernende gezeigt Der Statorkern umfaßt eine Vielzahl geschichteter Lamellen I 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 mit dem Bezugszeichen 15 versehen ist, vorgesehen, die die Lamellen in axialer Richtung zusammenpressen und sie dadurch in ihrer Lage halten. Diese axiale Preßkraft wird auf die inneren Abschnitte der Lamellen durch radial verlaufende Abstandsblöcke 20 übertragen.

Um die Wirbelstromverluste in dem State-· auf ein Minimum zu reduzieren, ist ein ringförmiges Flußsehild 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 Flußschild 25 im Abstand zu dem Endflansch 15 hält.

Der Streufluß von dem Rotor und dem Stator der dynamoelektrischen Maschine induziert Ströme im Flußschild 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 Statort' ilen 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 ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Flußschilde mit Mitteln geschaffen, um eine Übertragung übermäßiger Wärme auf eine Kühlgasströmung zwischen dem Flußschild und dem Endflansch zu bewirken. In F i g. 3 ist ein Flußschild 42 gezeigt, das im großen und ganzen dem in Fig.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 mit dem Bezugszeichen 60 versehen 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 Wärmeprobleme 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, die mit dem Rotor der dynamoelektrischen Maschine umlaufen, vorgesehen,

ίο 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

is verläßt, wird das um 90° umgelenkt und strömt nach außen zwischen den Abstandsblöcken 20 hindurch, wie es durch Pfeile 70 angegeben ist Um die mit dieser 90°-Umlenkung 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 Abstandsblöcken 20 versehen. Die Rippen 60 gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung eliminieren selbstverständlich auch Heißpunkte in dem Flußschild 42 ohne Verwendung eines verjüngten Abschnittes, aber die Verjüngung erleichtert die Kühlgasströmung, wodurch die Kühlung des Flußschildes 42 verbessert wird.

In F i g. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der innere Abschnitt 43 des Flußschildes 42 durch einen ringförmigen Rand gekühlt 80 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 bei 85 gezeigt ist Diese Kanäle oder Durchlässe vergrößern auf wirksame Weise die Oberfläche des Flußschildes 42, die durch das Kühlgas benetzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist neben der Kühlgasströmung zwischen dem Flußschild und dem Endflansch, wie sie in Fig.3 gezeigt ist, eine zusätzliche Kühlgasströmung durch Durchlässe 85 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 Heißpunkte 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° umgelenkt und strömt zwischen die Abstandsblöcke 20. Es wird dann anschließend durch geeignete Gaskühler gekühlt. Die im Rand 80 vorgesehenen KUhldurchlässe 85 vergrößern nicht wesentlich die Strömungsmittelverluste, die mit der Kühlgasströmung durch die dynamoelektrische Maschine verbunden sind, aber sie bilden ein wirksames Mittel zum Kühlen von Heißpunkte, die sich am inneren Abschnitt des Flußschildes 42 befinden.

In F i g. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein im allgemeinen ringförmiges Leitblech 90 im Abstand von und irn allgemeinen konzentrisch zu dem Innenrand 45 des Flußschildes 42 angeordnet und an den Abstandsblökken 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 ruf das Kühlgas übertragene Wärmemenge erhöht, um die Temperatur des Flußschildes 42 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 15 werden um 90° umgelenkt, 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 so klein 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dynamoelektrische Maschine hoher Leistung mit einem gasgekühlten Statorkern aus zahlreichen Magnetblechen, die durch die Druckbelastung auf die Magnetbleche verteilende Endflansche zusammengehalten sind, und mit einem die Wirbelstromverluste in den Endflanschen und dem Statorkern vermindernden ringförmigen FluEschild, der axial außen von und im Abstand zu dem jeweiligen Endflansch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Flußschild (25; 42) und dem Endflansch (15) gebildete Abstand als Kühlgaskanal verwendet ist, durch den hindurch Kühlgas zwangsumgewälzt ist, und daß auf der Innenfläche des Flußschildes (42) Kühlrippen (60) angeordnet sind (Fig.3), welche die Kühlfläche vergrößern.

2. Dynamoelektrische Maschine hoher Leistung mit einem gasgekühlten Statorkern aus zahlreichen Magnetblechen, die durch die Druckbelastung auf die Magnetbleche verteilende Endflansche zusammengehalten sind, und mit einem die Wirbelstromverluste in den Endflanschen und dem Statorkern vermindernden ringförmigen Flußschild, der axial außen von und im Abstand zu dem jeweiligen Endflansch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Flußschild (25; 42) und dem Endflansch (15) gebildete Abstand als Kühlgaskanal verwendet ist, durch den hindurch Kühlgas zwangsumgewälzt ist, und daß ein ringförmiger Rand (80) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit an dem Innenrand (45) des Flußschildes (42) befestigt und an zahlreichen Stellen auf dem Umfang mit Kühlgasbohrungen (85) versehen ist (F i g. 4), um die Kühlfläche zu vergrößern.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dk; Höhe der Kühlrippen (60) in Richtung auf den Ausgang des gebildeten Kühlgaskanales abnimmt.

4. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im allgemeinen ringförmiges Leitblech (90) im Abstand von und im allgemeinen konzentrisch zu dem Innenrand (45) des Flußschildes (42) angeordnet und dem dazwischen gebildeten Ringkanal eine Kühlgasströmung zugeführt ist.