DE3306775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Kühleinrichtung ist durch DE-PS 9 76 293 bekannt.

Die Teilbündel der rückkühlenden Kühlrohre sind dabei um das Ständerblechpaket der Maschine herum in einem in Skelettbauart aufgebauten Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse bildet also ein aus Stäben und Ringen bestehendes Gerüst, und eine zur Stabilität notwendige zusätzliche Ringscheibe, durch die die Kühlrohre hindurchgeführt sind, befindet sich in der Mitte der Maschine. Eine derartige Anordnung ist zum einen konstruktiv aufwendig und damit nicht kostengünstig und zum anderen nicht verwindungssteif und damit nicht schwingungsfest. Der Polygonzug der Teilbündel wird zudem durch aus dünnen Blechen gebildete, keilförmig geschlossene Räume unterteilt, die dadurch der Kühlluftführung verlorengehen. Die Kühlrohre in den einzelnen Teilbündeln sind gleichartig angeordnet, ohne daß etwas über einen strömungstechnisch günstigen Abstand zueinander ausgesagt ist.

Durch die DE-OS 24 23 853 ist es bekannt, Teilbündel von Kühlrohren kastenförmig durch massive Rippen zu unterteilen. Dieses erfolgt jedoch bei einer prinzipiell konstruktiv anders zu gestaltenden Gleichstrom-Gegenstromkühlung, die weder Umströmräume zwischen der radial äußersten Kühlrohrzeile und der Außengehäusewand noch Zu- und Abströmräume zwischen der radial innersten Kühlrohrzeile und dem Maschinenmantel kennt. Bei dieser Gleichstrom-Gegenstromkühlung tritt die Luft durch schlitzartige Öffnungen am Ende der Maschinen zwischen die rückkühlenden Kühlrohre, wobei die Luft effektiv nur an wenigen Kühlrohren entlangströmt, so daß die Wärmeabfuhr unabhängig von der ohnehin nicht angesprochenen geometrischen Anordnung der Kühlrohre sehr ungleichmäßig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei geringem Materialaufwand verwindungssteif ist und dabei der querströmenden Luft in den Teilbündeln nur geringe Strömungswiderstände entgegensetzt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Es ergibt sich mit der Kühleinrichtung nach der Erfindung der Vorteil eines schwingungsfest geschlossenen Kastens. Trotzdem ist infolge der besonderen geometrischen Anordnung der Kühlrohre zueinander der Strömungswiderstand für die warme Luft besonders niedrig, so daß hierdurch die Wärmeabfuhr erleichtert wird. Das bedeutet, daß weniger Kühlrohre als üblich gebraucht werden, so daß bei möglichst kleinem Gehäusevolumen Platz für die Zu- und Abström- sowie die Umströmräume bleibt. Da sich die Strömungswiderstände der querströmenden Luft in den Teilbündeln im Vergleich zu den übrigen Strömungswiderständen des Kühlkreises klein halten lassen, ist eine nahezu gleichmäßige Verteilung der Kühlluft über dem Ständerumfang gewährleistet, auch wenn die Teilbündel unterschiedliche Rohrzahlen enthalten. Auf diese Weise ist es möglich, elektrische Maschinen der Bauform IM 1001 nach DIN IEC 34 (Aufstellung auf dem Unterbau) mit Kreuzstrom-Gehäusekühlern zu bauen: die unteren Teilbündel können dann wesentlich weniger Kühlrohre als die übrigen Teilbündel enthalten und benötigen daher weniger Raum, so daß sich möglichst kleine Achshöhen für gegebene Maschinenleistungen erzielen lassen.

Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzip der Luftführung im Innenkreis der Kühleinrichtung bei einem Längsschnitt durch die elektrische Maschine,

Fig. 2 die Anordnung der Kühlrohre im Gehäuse und

Fig. 3 die gegenseitige Zuordnung der Kühlrohre im Teilbündel.

In dem in Fig. 1 dargestellten Schnitt durch die obere Hälfte einer elektrischen Maschine ist deren geblechter Rotor mit 4 und deren geblechter Stator mit 5 bezeichnet. Der Rotor der Maschine wird von einer Welle 3 getragen. Beim Betrieb der elektrischen Maschine wird durch den in den Wicklungen 9 fließenden elektrischen Strom Wärme erzeugt, die durch radial verlaufende Luftführungsschlitze 12 im Rotor 4 und Stator 5 abgeführt wird.

Dazu ist die durch Pfeile angedeutete beidseitige Belüftung (mit einem zusätzlichen Bypass durch die Wickelköpfe der Wicklung 9) vorgesehen. Die Luft wird dabei im Kreislauf durch unterhalb der Wickelköpfe angeordnete Radiallüfter 6 bewegt.

Die warme Luft wird durch Kühlrohre 1, die sich längs der Maschine erstrecken, rückgekühlt. Die Rückkühlung erfolgt nach dem Kreuzstromkühlerprinzip durch den Luftstrom seitlich begrenzende Trennwände 13. Die warme Luft strömt dabei in Zu- bzw. Abströmräume 8, die sich zwischen dem radial innersten Kühlrohr 16 und dem Maschinenmantel 15 befinden. Radial außerhalb der Kühlrohre 1 sind Umströmräume 7 zwischen dem radial äußersten Kühlrohr 14 und der Außengehäusewand 2 zur Rückführung der gekühlten Luft zu den Radiallüftern 6 vorgesehen.

Die spezielle Anordnung der Kühlrohre 1 erkennt man aus der Fig. 2. Danach sind die in Längsrichtung der Maschine sich erstreckenden Kühlrohre 1 in Teilbündeln 11 um den Maschinenumfang herum in einem im Querschnitt eckigen, durch die Außengehäusewand 2 gebildeten Gehäuse angeordnet. Die Teilbündel 11 bilden im Querschnitt zur Maschinenlängsachse einen jeweils durch massive Rippen 10 unterteilten Polygonzug. Innerhalb der Teilbündel sind die Kühlrohre 1 versetzt gegeneinander in Zeilen angeordnet.

Um den Strömungswiderstand der Kühlrohre 1 innerhalb der Teilbündel besonders günstig zu beeinflussen, ist - wie aus Fig. 3 im einzelnen zu erkennen - das Verhältnis des Abstands a senkrecht zur Durchströmungsrichtung zwischen zwei in einer Zeile benachbarten Kühlrohren 1 eines Teilbündels 11 und dem überhaupt kleinsten Abstand a′ zweier benachbarter Kühlrohre 1 zwischen 1,5 und 2,0 gewählt.

Die beste Rückkühlung durch Anordnung möglichst vieler Kühlrohre 1 im Teilbündel 11 läßt sich bei einem Winkel γ erzielen, den eine Zeile der Kühlrohre 1 mit einer der benachbarten Rippen 10 einschließt, wenn γ so bemessen ist, daß die dieser Rippe 10 unmittelbar benachbarten Kühlrohre 1 jeder Zeile gleichen Abstand zur Rippe 10 haben. Es muß also sein:

Dabei ist mit d der äußere Durchmesser der Kühlrohre 1 bezeichnet.

Bei der anderen, das Teilbündel 11 begrenzenden Rippe 10 ergeben sich dann im allgemeinen unterschiedliche Abstände.

Zwischen den Teilbündeln 11 können zwei im Querschnitt keilförmige Kabelkanäle 17 untergebracht werden.

Claims (2)

1. Kühleinrichtung für eine elektrische Maschine, bei der

   • - die warme Luft aus einem Zu- und Abströmraum im Innern der Maschine nach dem Kreuzstromkühlerprinzip mittels führender Trennwände zunächst zwischen rückkühlende Kühlrohre, dann zu einem durch eine Außengehäusewand begrenzten Umströmraum und anschließend wieder zurück zu dem Zu- und Abströmraum im geschlossenen Kreislauf geführt ist,
   • - die in Längsrichtung der Maschine sich erstreckenden Kühlrohre in Teilbündeln um den Maschinenumfang herum angeordnet sind,
   • - dabei die Teilbündel im Querschnitt zur Maschinenlängsachse einen Polygonzug bilden,
   • - die Kühlrohre versetzt gegeneinander in Zeilen in den Teilbündeln angeordnet sind und
   • - der Umströmraum sich zwischen der radial äußersten Kühlrohrzeile und der Außengehäusewand sowie der Zu- und Abströmraum sich zwischen der radial innersten Kühlrohrzeile und dem Maschinenmantel befinden,
2. dadurch gekennzeichnet,

   • - daß das im Querschnitt eckige Gehäuse von der Gehäuseaußenwand (2) nach innen ragende massive Längsrippen (10) aufweist, durch die der Polygonzug der Teilbündel (11) unterteilt ist,
   • - daß das Verhältnis des lichten Abstands (a) senkrecht zur Durchströmungsrichtung zwischen zwei in einer Zeile benachbarten Kühlrohren (1) eines Teilbündels (11) und dem überhaupt kleinsten Abstand (a′) zweier benachbarter Kühlrohre (1) zwischen 1,5 und 2,0 liegt und
   • - daß der Winkel (γ), den eine Zeile der Kühlrohre (1) mit einer der benachbarten Rippen (10) einschließt, so bemessen ist, daß die dieser Rippe (10) unmittelbar benachbarten Kühlrohre (1) jeder Zeile gleichen Abstand zur Rippe (10) haben.