DE3537643C2 - Kühleinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der US-PS 34 13 499 bekannt.

Die vorgenannte US-PS 34 13 499 beschreibt eine Leitplatte, die einen ersten Teil, der an dem Statorendblock befestigt ist und sich von diesem aus radial nach innen erstreckt, einen zwei­ ten Teil, der an dem ersten Teil befestigt ist und sich längs des Luftspaltbereiches an mehreren Ständerauslaßkanälen vorbei axial erstreckt, und einen dritten Teil, der an dem zweiten Teil befestigt ist und sich radial nach außen zu dem Ständer erstreckt. Diese bekannte Leitplatte erzeugt daher im wesentlichen einen Sammelraum, der von dem Luftspaltbe­ reich getrennt ist. Der Sammelraum hat einen Eingang in Gas­ strömungsverbindung mit dem Generatorendraumbereich und Aus­ gänge in Gasströmungsverbindung mit Eingängen der Ständeraus­ laßkanäle, die er umgibt. Die freitragende Ausbildung dieser bekannten Leitplatte (d. h. die nichtmechanische feste Ab­ stützung des axial inneren Endes des zweiten und des dritten Teils der Leitplatte) kann unerwünscht sein, und zwar wegen der potentiellen übergroßen Schwingungsempfindlichkeit und wegen der Kühlgasströmungsleckage zwischen dem dritten Teil der Leitplatte und dem Ständer, die zu einem niedrigeren Druck innerhalb des Sammelraums und schließlich zu einer ge­ ringeren Kühlgasströmung durch die äußersten Ständerkühlkanä­ le führen könnte.

Es kann eine begrenzte Kühlgasströmung verfügbar sein, wes­ halb es erwünscht ist, die Kühlgasströmung in den Spaltbe­ reich zu begrenzen, so daß ausreichend Kühlgas für andere Kühlwege in dem Generator verfügbar und trotzdem eine aus­ reichende Menge an Kühlgas für jeden Ständerblechpaketbe­ lüftungskanal zur Verfügung steht. Eine bekannte Leitplatte­ konfiguration bietet der Kühlgasströmung ein massives Profil dar und ist mit einem axialen Ende des Ständers verbunden. Die massive Leitplatte erstreckt sich radial in den Luft­ spaltbereich, hat Abstand von dem Läufer und umschließt die­ sen umfangsmäßig. Der Umfangsdurchflußquerschnitt für Kühl­ gas zwischen dem Läufer und dem radial inneren Rand der Leib platte ist gegenüber dem ungedrosselten Luftspaltbereich reduziert. Ein zusätzlicher Umfangsdurchflußquerschnitt um die massive Leitplatte kann zwischen dem Ständer und dem ra­ dial äußeren Rand der massiven Leitplatte vorgesehen sein.

Wenn radial innere und äußere Umfangsdurchflußquerschnitte um die massive Leitplatte vorgesehen sind, trifft axial strö­ mendes Kühlgas, das durch den Lüfter angetrieben wird, auf die massive Leitplatte und teilt sich in einen ersten und ei­ nen zweiten Teil auf. Der erste und der zweite Teil strömen durch den radial höheren bzw. äußeren Umfangsdurchflußquer­ schnitt um die massive Leitplatte und vereinigen sich schließ­ lich in dem Luftspaltbereich auf der strömabwärtigen Seite der massiven Leitplatte.

Unmittelbar axial stromabwärts der massiven Leitplatte hat die Kühlgasströmung eine relativ hohe Geschwindigkeit, was eine lokale Reduzierung oder Strahleinschnürung im statischen Druck des Kühlgases in dem Luftspaltbereich verursacht. Wei­ ter axial stromabwärts der massiven Leitplatte in einem axi­ alen Abstand von der massiven Leitplatte, der zum Teil von den Geschwindigkeiten des ersten und des zweiten Strömungs­ teils des Kühlgases um die massive Leitplatte und von dem radialen Längen- oder Streckungsverhältnis der massiven Leitplatte zur Kühlgasströmung abhängig ist, wird die Kühl­ gasströmung innerhalb des Luftspaltbereichs zerstreut oder diffus, was mit einer Erhöhung des statischen Druckes in dem Luftspaltbereich verbunden ist. Es ist der statische Druck oder, genauer gesagt, die Differenz im statischen Druck zwischen dem Luftspaltbereich und dem Gehäusebereich, welcher den radial äußeren Umfang des Ständers umschließt, der den Hauptfaktor dafür darstellt, daß das Kühlgas veranlaßt wird, aus dem Luftspaltbereich durch die Ständerblechpaket­ belüftungskanäle zu dem Gehäusebereich zu strömen.

Wegen der Kühlgasströmung relativ hoher Geschwindigkeit strom­ abwärts der massiven Leitplatte und wegen der entsprechenden Reduzierung des statischen Druckes des Kühlgases in dem Luft­ spaltbereich ist anzunehmen, daß einige Ständerblechpaket­ belüftungskanäle, insbesondere die Ständerblechpaketbelüf­ tungskanäle unmittelbar stromabwärts der massiven Leitplatte, schlecht oder unzulänglich mit Kühlgas versorgt werden. Es ist weiter anzunehmen, daß dieser Mangel an ausreichender Kühlgasströmung in den Ständerblechpaketbelüftungskanälen bewirkt, daß Gruppen der Ständerbleche, welche die Belüf­ tungskanäle begrenzen, eine unzulängliche Kühlgasströmung aufweisen und überhitzt werden, was zu einem Maschinenbetrieb mit schlechtem Wirkungsgrad führt und die durch den Genera­ tor lieferbare maximale Ausgangsleistung begrenzt.

Darüber hinaus gibt es an den axialen Enden des Ständers, wo der Luftspaltbereich mit den Generatorendräumen in Verbin­ dung steht, die Tendenz, daß die Kühlgasströmung mehrere Ständerbelüftungskanäle umgeht und so hinsichtlich der Küh­ lung weniger wirksam ist. Diese Umgehung ist auf die relativ hohe axiale Komponente der Kühlgasströmung zurückzuführen, die aus der axialen Abgabe von Kühlgas aus dem Generatorlüf­ ter über die begrenzten Durchflußquerschnitte um die massive Leitplatte an dem Eingang des Luftspaltbereiches resultiert. Die hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem Luftspalt­ bereich erzeugt einen Venturi-Effekt oder einen Bereich nied­ rigen statischen Druckes an den Eingängen der Ständerbelüf­ tungskanäle, die an dem radial inneren Teil des Ständerblech­ pakets in dem Ständerendabschnitt angeordnet sind.

Die Gruppen von Blechen, welche die Ständerbelüftungskanäle in dem Endblechpaketbereich des Ständers begrenzen, sind in­ nerhalb der Maschine einer Umgebung höchster Temperatur aus­ gesetzt, und zwar wegen der Wärmeerzeugung, die durch den Magnetfluß verursacht wird, welcher von dem Läufer in zwei Richtungen, nämlich radial und axial, gekoppelt wird, wobei der axiale Teil auf den Streumagnetfluß in dem Generator­ wickelkopfbereich zurückzuführen ist. Das Kühlen des Ständer­ blechpaketendbereiches verdient daher besondere Aufmerksam­ keit, damit sichergestellt wird, daß dem Blechpaketendbereich und den darin angeordneten Belüftungskanälen eine ausreichen­ de Kühlgasströmung zugeführt wird.

Vorrichtungen verschiedener Konfigurationen sind für die Verwendung in dem Luftspaltbereich einer gasgekühlten Dyna­ momaschine zum Steuern der Kühlgasströmung bereits bekannt geworden. Diese Vorrichtungen erfordern üblicherweise das Anschrauben und/oder Anbinden, beispielsweise an einen Nut­ keil, zur mechanischen Halterung. Die Vorrichtungen und die Halteeinrichtungen können teuer und arbeitsaufwendig sein und viele Teile aufweisen und außerdem das Entfernen des Läufers aus der Maschine zu ihrem Einbau erfordern. Es könnte auch möglich sein, die Kühlgasströmungssteuerung zu erzie­ len, indem eine Strömungsleitvorrichtung, wie beispielsweise eine Trennwand, an dem Läufer befestigt wird. Ausführungs­ formen, bei denen Vorrichtungen benutzt werden, die an dem Läufer befestigt sind, erfordern jedoch, daß die Vorrichtung gedreht wird und Beanspruchungen aushält, welche durch die Drehung verursacht werden. Weiter können diese umlaufenden Vorrichtungen einen arbeitsaufwendigen Einbau erfordern, wie beispielsweise das Entfernen des Läufers.

Andere Leitplattenkonfigurationen für den Spaltbereich einer gasgekühlten Dynamomaschine sind in den US-Patentschriften 4 051 400 und 4 264 834 beschrieben. Die Leitplatte gemäß der US-PS 4 051 400 ist für eine gegenströmungsgekühlte Dynamo­ maschine (bei der die Kühlgasströmung aus dem Luftspaltbereich in den Endraumbereich der Maschine geht) vorgesehen, die, selbst wenn sie in der Vorwärtsströmungskonfiguration benutzt würde, nicht in der Lage wäre, die Probleme der vorgenannten massiven Leitplatte, wie beispielsweise die übermäßige Strahl­ einschnürung innerhalb des Luftspaltbereiches, zu lösen. Die Leitplatte gemäß der US-PS 4 264 834 wird benutzt, um den Luftspaltbereich in eine vorbestimmte Anzahl von Zonen auf­ zuteilen und eine Kühlgasströmungsleckage zwischen den sich ergebenden Zonen zu verhindern, indem eine radiale Blockie­ rung des axialen Kühlgasströmungsweges vorgesehen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Kühlgasströmung wirksamer durch die Ständerbelüftungskanäle geleitet wird, insbesondere durch diejenigen Kanäle, die in dem Endbereich des Statorblechpakets angeordnet sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Bei der Kühleinrichtung gemäß der Erfindung ist insbe­ sondere vorteilhaft, daß eine schnelle Rückgewinnung des statischen Druckes für die Kühlgasströmung in dem Luft­ spaltbereich ermöglicht wird. Eine Lochplatte gemäß der Erfindung sorgt für eine schnellere und steuerbare Vertei­ lung des Kühlgases über den gesamtem Strömungsquerschnitt, so daß insbesondere die Ständerbelüftungskanäle in den Endbereichen des Ständers besser versorgt werden. Vorteilhafterweise können die Gasströmungskanäle so angeordnet sein, daß sich eine resultierende Ge­ schwindigkeit für das hindurchströmende Gas von im wesent­ lichen parallel zu der Drehachse des Läufers des Generators bis etwa zu einem radial äußeren Winkel von 30° in bezug auf die Drehachse ergibt. Die Größe der Gasströmungswege durch das perforierte Teil wird auf vorbestimmte Weise ge­ wählt, um die Kühlgasströmung durch die Leitplatte mit der Kühlgasströmung um die Leitplatte zu koordinieren und zu optimieren, damit sich eine radial diffuse oder zerstreute Kühlgasströmung stromabwärts der Leitplatte ergibt.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeich­ nungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht eines Endteils der Maschine nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht des Ständerblechpa­ ketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in größerem Maßstab mit einer Ausführungsform einer Lochplatte,

Fig. 4 eine axiale Teilansicht der Maschine nach Fig. 3 in Richtung der Pfeile der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht des Ständerblechpa­ ketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in größerem Maßstab mit einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer Lochplatte nach der Erfindung und

Fig. 6 eine axiale Teilansicht der Maschine nach Fig. 5 in Richtung der Pfeile der Linie 6-6 in Fig. 5.

Gemäß den Fig. 1 und 2 der Zeichnung hat eine dynamoelektrische Maschine oder ein Generator 10 einen Läufer 20, der innerhalb eines Ständers 30 drehbar angeordnet ist, welcher den Läufer 20 mit Abstand umfangsmäßig umgibt, und ein gas­ den Läufer 20 mit Abstand umfangsmäßig umgibt, und ein gas­ dichtes Gehäuse 11, welches sowohl den Läufer 20 als auch den Ständer 30 umschließt und mit einem Kühlgas, wie bei­ spielsweise Wasserstoff, unter inneren Überdruck gesetzt wird. Der Umfangsraum zwischen dem Läufer 20 und dem Ständer 30 wird als Luftspaltbereich 40 bezeichnet. Der Läufer 20 dreht sich um die Drehach­ se 25, und wenigstens an einem axialen Ende des Läufers ist ein Lüfter 65 befestigt, der sich mit dem Läufer dreht. Ein Haltering 22 ist über den Enden des Läufers 20 befestigt, um den Wickelkopfteil der Läuferwicklungen in der gewünsch­ ten Ausrichtung zu halten. Der Ständer 30 weist ein Blech­ paket auf, das aus mehreren übereinandergestapelten Blechen gebildet ist, die zu Gruppen 39 zusammengefaßt sind. Bezüg­ lich Einzelheiten der übereinandergestapelten Bleche am En­ de des Ständerblechpakets wird auf die US-PS 3 714 477 ver­ wiesen.

In axialem Abstand sind in den diskreten Gruppen längs des Läufers 20 Luftspalteinlaßlöcher 26 und Luftspaltauslaßlö­ cher 24 vorgesehen. Diese Gruppen von Löchern entsprechen im wesentlichen ähnlichen Gruppen im Ständer 30. Das heißt, mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial er­ streckende Ständereinlaßkanäle 34 sind im wesentlichen axial auf die Läuferluftspalteinlaßlöcher 26 ausgerichtet, und mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial er­ streckende Ständerauslaßkanäle 32 sind im wesentlichen axial auf die Läuferluftspaltauslaßlöcher 24 ausgerichtet. Radial außerhalb des Ständers 30 in dem Gehäusebereich 14 wird das Kühlgas, das in die Einlaßkanäle 34 eintritt, von dem Kühl­ gas, das die Auslaßkanäle 32 verläßt, durch Zwischenwände 12 getrennt, die zum Teil Gasströmungskreise für Kühlgas zu und aus dem Läuferlüfter 65 festlegen. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 empfängt der Läuferlüfter 65 Gas aus einem Gasküh­ ler 17 und gibt es axial nach innen in den Endraumbereich 60 in Richtung zu dem Luftspaltbereich 40 ab. Ein Teil der Kühlgasströmung aus dem Lüfter 65 tritt in das Innere des Läufers 20 radial innen von dem Haltering 22 ein, wo sie den Wickelkopfbereich und die Wicklungsenden des Läufers 20 kühlt. Das Kühlgas, das unter dem Haltering 22 strömt, tritt anschließend radial, wenigstens zum Teil, aus den Luftspalt­ auslaßlöchern 24 des Läufers 20 aus.

Die Blechgruppen des Ständers 30, die beispielsweise mit 39a, 39b und 39c in Fig. 2 bezeichnet sind, weisen üblicherweise eine vorbestimmte Anzahl von Blechen auf. Jede Blechgruppe hat axialen Abstand von den benachbarten Blechgruppen, um sich radial und in Umfangsrichtung erstreckende Ständerkühlkanäle zu bilden, die mit 32a, 32b, 32c bezeich­ net sind und eine Gasströmungsverbindung zwischen dem Luft­ spaltbereich 40 und dem Generatorgehäusebereich 14 meh­ rere Stufen oder radial einwärts zunehmend größere Segmente 33, die aus radial gekürzten Blechen hergestellt sein kön­ nen, um einen vorbestimmten Magnetflußkopplungsweg zwischen dem Läufer 20 und dem Ständer 30 zu schaffen und so uner­ wünschte Erwärmungseffekte des Stirnstreumagnetflusses zu minimieren. Ein Außenraumblock oder Ständerendblock 35, der aus nichtmagnetischem Stahl bestehen kann, umgibt den Läufer 20 in Umfangsrichtung und liegt an der ersten Blechgruppe 39a an.

In einer bekannten Konfiguration ist eine massive Leitplatte, die für den axialen Gasstrom zwischen dem Endraumbereich 60 und dem Luftspaltbereich 40 ein gasundurchlässiges Bauteil darstellt, an dem Außenraumblock 35 befestigt, erstreckt sich radial in den Luftspaltbereich 40 und hat Abstand von dem Haltering 22 des Läufers 20. Die massive Leitplatte ist so angeordnet, daß ein radial innerer Durchlaß zwischen der massiven Leitplatte und dem Haltering 22 und ein radial äußerer Durchlaß zwischen der massiven Leitplatte und dem Außenraumblock 35 eine Gasströmung aus dem Lüfter 65 gestat­ ten, die auf die massive Leitplatte aufprallt und auf einen radial inneren und einen radial äußeren Strömungsweg um die massive Leitplatte aufgeteilt wird. Die Kühlgasströmung be­ schleunigt, wenn sie durch den radial inneren und den ra­ dial äußeren Strömungsweg hindurchgeht, und zwar wegen der Drosselung, was zu einer lokalen Verringerung des statischen Druckes in dem Luftspaltbereich 40 unmittelbar axial strom­ abwärts der massiven Leitplatte führt, wie es oben beschrie­ ben worden ist.

In Fig. 3 ist der Blechpaketendbereich des Ständers 30, der als Leiteinrichtung mit einer Lochplatte 70 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver­ sehen ist, in größerem Maßstab dargestellt. Die Lochplatte 70 weist Durchgangslöcher oder Durchlässe 75 zum Erzeugen von Gasströ­ mungswegen auf, um eine unbehinderte Gasströmungsverbindung zwischen dem Endraumbereich 60 und dem Luftspaltbereich 40 zu gestatten. Die Lochplatte 70 ist durch Befestigungsmittel 17, wie beispielsweise Schrauben und Muttern, an Fingern oder Zähnen 37 befestigt, die in vorbestimmtem gegenseitigen Um­ fangsabstand angeordnet sind und sich von dem Außenraumblock 35 radial nach innen erstrecken. Die Finger 37 können an dem Außenraumblock 35 angeformt sein. Statt dessen können die Finger 37 durch einen ringförmigen Flansch (nicht darge­ stellt) ersetzt sein, insbesondere wenn die Kühlgasströmung um den äußeren radialen Rand der Lochplatte 70 nicht er­ wünscht ist. Die Lochplatte 70 kann ein durchgehendes ring­ förmiges Teil sein oder aus mehreren bogenförmigen Segmen­ ten bestehen (von denen ein typisches in Fig. 4 dargestellt ist), die, wenn sie an dem Außenraumblock 35 befestigt sind, eine ringförmige Leitplatte bilden. Durch Bilden der Loch­ platte 70 aus mehreren bogenförmigen Segmenten wird das Einbauen in den Generator 10 weiter erleichtert. Unge­ achtet dessen, ob die Lochplatte 70 aus einem durchgehenden ringförmigen Teil besteht oder aus mehreren bogenförmigen Segmenten gebildet ist, kann sie in den Generator 10 ein­ gebaut werden, ohne daß der Läufer 20 entfernt zu werden braucht.

Die Lochplatte 70 kann aus jedem geeignetem Material her­ gestellt werden, das in der Lage ist, die Druckkräfte aus­ zuhalten, die der Kühlgasströmung zugeordnet sind. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird die Lochplatte 70 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt, beispielsweise aus einem laminierten Fasermaterial. Derartige Materialien verhindern jede Induktionserwärmung in der Lochplatte, die sonst aufgrund der hohen Konzentra­ tion des Streuflusses in dem Endbereich des Generators auf­ treten könnte.

Gemäß der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 können die Kanäle bzw. Lö­ cher 75 Lochplatte 70 vorzugsweise in einer vorbestimm­ ten Matrix angeordnet sein, um das Herstellen zu erleichtern und eine vorbestimmte schnelle Verteilung der Kühlgasströmung stromabwärts der Lochplatte 70 in dem Luftspaltbereich 40 sicherzustellen. Wie dargestellt hat die Lochplatte 70 Ab­ stand von dem Hauptkörper des Außenraumblockes 35, so daß ein Kühlgasweg vorhanden ist, der sich aus dem Endraumbe­ reich 60 in den Luftspaltbereich 40 über dem äußeren radialen Rand der Lochplatte 70 und zwischen den Fingern 37 er­ streckt. Statt dessen kann die Lochplatte 70 in bezug auf den Außenraumblock 35 so angeordnet werden, daß eine Kühlgas­ strömung vorbei an dem äußeren radialen Rand der Lochplatte 70 blockiert wird, und die Größe, der Abstand und die Anordnung der Löcher 75 der Lochplatte 70 können so gewählt werden, daß sich die gewünschte Kühlgasströmung axial stromabwärts der Lochplatte 70 ergibt.

Aufgrund einer Untersuchung der Strömungsdynamik kann gezeigt werden, daß die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an einer Leiteinrichtung (das heißt die axiale Ausdehnung des Bereiches stromabwärts der Leiteinrichtung, in dem der statische Druck des Kühlgases unter dem mittleren statischen Druck des Kühlgases in einem relativ großen Abstand axial stromabwärts der Leitplatte ist etwa dem Zehnfachen der radialen Ausdehnung der Leitplatte), etwas das Sechsfache des Abstands zwischen benachbarten Strö­ mungswegen beträgt und daß die Gesamtdrosselung, die durch eine Leiteinrichtung erzielt wird, zu dem gesamten verfügbaren Gasdurch­ flußquerschnitt an der Leiteinrichtung proportional ist. Der sta­ tische Druck wird stromabwärts der Leitereinrichtung aufgrund der radialen Verteilung des Kühlgases, das aus den Kühlgasströmen um die Leiteinrichtung hervorgeht, zurückgewonnen werden. Bei den Ausführungsbeispielen der Er­ findung wird durch Verteilen des gesamten verfügbaren Gasdurch­ flußquerschnittes, wenn eine massive Leiteinrichtung benutzt wird, auf mehrere im Abstand zueinander angeordnete Durchgangslöcher 75 in der Lochplatte 70 derselbe Druckabfall oder Drosselungseffekt wie aufgrund einer massiven Leiteinrichtung aufrechterhalten, während der Abstand zwischen benachbarten Gasströmungskanälen 75 und Kühl­ gasstrahlen, die aus ihnen austreten, verringert wird. Daher wird die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an der Loch­ platte 70 verringert, weil die Rückkehr zu dem mittleren sta­ tischen Druck etwa das Sechsfache des Abstands zwischen den Löchern 75 beträgt. Die Größe und der Abstand der Löcher 75 können so für einen besonderen Verwendungszweck durch den Fach­ mann ohne übermäßige Experimentierung leicht bestimmt werden.

Größe und Abstand der Löcher bzw. Kanäle 75 sollen so gewählt werden, daß die Kühlgasströmung durch die Löcher 75 in Zusammenwirkung mit der Kühlgasströmung um den inneren radialen Rand und, falls vorhanden, mit der Kühlgasströmung um den äußeren radialen Rand der Lochplatte 70 eine im wesentlichen diffuse Strömung in dem Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Lochplatte 70 ergibt. Zum Vergrößern der Gasströmung durch das Loch 75 der Lochplatte 70 ohne Vergrößerung des Austrittsdurchmessers oder Durchfluß­ querschnitts der Löcher 75 und dadurch Vergrößern der Verteilung des aus den Löchern 75 austretenden Kühlgases kann der Eingangsrand der Löcher 75 vergrößert werden, beispielsweise durch eine Anfasung oder Ansenkung 77.

Die Löcher 75 können gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 im wesentlichen zylindrisch sein und eine zu der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 im wesentlichen parallele Längsachse aufweisen. Der Mittenabstand zwischen benachbarten Löchern 75 ist vorzugsweise symmetrisch, so daß ein gleichförmiges, vorbe­ stimmtes, sich umfangsmäßig erstreckendes Kühlgasströmungsprofil, das aus der Lochplatte 70 austritt, erzielt wird. Es sind zwar zy­ lindrische Löcher 75 dargestellt, die Löcher 75 können jedoch jede Form haben, die sich mit dem Erzielen einer schnellen radialen Verteilung der Kühlgasströmung in dem Luftspaltbereich 70 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströmungsverteilung axial stromabwärts der Lochplatte 70 verträgt.

Bei Anordnung in einer Matrix können die Mittelpunkte der Löcher 75 zweckmäßig auf einem Kreis angeordnet sein. Darüber hinaus können mehrere radialen Abstand aufweisende oder konzentrische Kreise zum Festlegen der Löcher 75 benutzt werden, so daß mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Reihen von Löchern 75 erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sehnenabstand zwischen den Mittelpunkten von benachbarten zy­ lindrischen Löchern, die auf einem Kreis angeordnet sind, gleich dem Doppelten des Durchmessers der Löcher 75. Daher können die Durchmesser der Löcher 75 beispielsweise 7,94 mm betragen, bei einem Sehnenabstand von 15,88 mm. Weiter haben benachbarte konzentrische Kreise zum Festlegen der Mittelpunkte der Löcher 75 vorzugsweise einen radialen Abstand, der gleich dem Lochdurchmesser oder gleich 7,94 mm bei dem obigen Beispiel ist. Darüber hinaus können gemäß der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 die Mittel­ punkte der Löcher 75 auf einem Mittelpunktfestlegungskreis versetzt oder in Umfangsrichtung zwischen den Mittelpunkten von Löchern 75 auf benachbarten Mittelpunktsfestlegungskreisen an­ geordnet sein. Der Mittelpunkt der Kreise zum Festlegen der Löcher 75 kann die Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 sein.

In den Fig. 5 und 6 ist der Bleckpaketendbereich des Ständers 20 einschließlich einer bevorzugten Lochplatte 80 gemäß der Erfindung in größerem Maßstab dargestellt. Die Lochplatte 80 gleicht im wesentlichen der Lochplatte 70, mit Ausnahme der Ausrichtung der Durchgangslöcher oder Gasströmungskanäle 85, und sämtliche vorherigen Bemerkungen in bezug auf den Aufbau, die Fertigung und die Anordnung der Leitplatte 70 gelten gleicher­ maßen für die Lochplatte 80. Die Kanäle bzw. Löcher 85, die durch Innen­ flächen der Lochplatte 80 begrenzt sind, sind so angeordnet, daß sie dem Kühlgas einer Richtung radial nach außen geben, wenn das Kühlgas durch sie hindurch aus dem Endraumbereich 60 zu dem Luftspaltbereich 40 strömt. Die Löcher 85 können im wesentlichen zylindrisch und in der Lochplatte 80 so angeordnet sein, daß die Längsachse unter einem Winkel 82 gegen eine Bezugslinie 84 angeordnet ist. Die Bezugslinie 84 ist zu der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 im wesentlichen parallel. Zum Erleichtern der Herstellung der Lochplatte 80 kann die Bezugslinie 84 auch als im wesentlichen rechtwinkelig zu einer Oberfläche 81 oder einer Oberfläche 83 der Lochplatte 80 bezeichnet werden, da die Oberflächen 81 und 83 insgesamt eben und parallel sein sollten, um zu vermeiden, daß dem darauf auftreffenden Kühlgas unerwünschte Gasströmungskomponenten ge­ geben werden. Außerdem sollte die stromaufwärtige Oberfläche der Finger 37 insgesamt eben sein und sich radial erstrecken, so daß, wenn die Lochplatte 80 daran befestigt ist, die Loch­ platte 80 zwischen den Luftspaltbereich 40 und dem Endraumbe­ reich 60 im wesentlichen radial angeordnet ist. Es sind zwar zylindrische Löcher 85 gezeigt, die Löcher 85 können jedoch jede Form haben, die sich mit dem Erzielen der schnellen radialen Verteilung der Kühlgasströmung in dem Luftspaltbereich 40 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströmungsverteilung axial stromabwärts der Lochplatte 80 verträgt. Der Eingangs­ rand der Löcher 85 kann vergrößert sein,wie beispielsweise durch eine Anfasung oder Ansenkung 87.

Bei Verwendung einer Testvorrichtung mit Wasser zum Simulieren der Kühlgasströmung aus dem Endraumbereich 60 in den Luftspalt­ bereich 40 durch die Lochplatten 70 (Fig. 3) oder 80 (Fig. 5) gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die Löcher 75, die eine im wesentlichen axiale Ausrichtung haben, die Kühlgasströmung durch die Ständerkanäle verbesserten, insbe­ sondere durch die Auslaßkanäle 32a und 32b, und zwar gegenüber einer Kühlgasströmung, die erzielt wurde, als eine massive Leiteinrichtung benutzt wurde. Es wurde außerdem festgestellt, daß das Vergrößern des Winkels 82 auf etwa 30°, um der Strömung des Kühlgases, die durch die Löcher 85 hindurchgeht, eine radial nach außen gerichtete Gasströmungsrichtung zu geben und dadurch eine Geschwindigkeit (d. h. die Vektorsumme der axialen und radialen Geschwindkeitskomponenten) des die Löcher 85 verlassenden Kühlgases mit einer Richtung radial nach außen zu erzeugen, die Kühlgasströmung durch die Ständer­ kanäle, insbesondere durch die Auslaßkanäle 32a und 32b, weiter steigerte. Der Winkel 82 sollte jedoch nicht über den Winkel hinaus vergrößert werden, der bewirkt, daß die radial äußersten Löcher 85 der Lochplatte 80 (d. h. die obere Reihe von Löchern 85 in Fig. 6) Kühlgas oder Gasstrahlen auf die abgestuften Bleche 33 der Ständerblechgruppe 39a richten. Zum Verdeutlichen dieser Beschränkung ist eine Bezugslinie 86 zwischen dem radial äußersten Rand des Auslasses des radial äußersten Loches 85 und dem Schnittpunkt der axial stromabwärtigsten Blechstufe 33 mit der radial inneren Oberfläche 38 des radial innersten Teils der Ständerblechgruppe 39a gezeigt. Kein Kühl­ gas, das aus den Löchern 85 der Lochplatte 80 austritt, sollte in den Bereich stromaufwärts oder axial und radial außerhalb der Bezugslinie 86 eintreten. Weil es erwünscht ist zu ver­ meiden, daß Kühlgas auf die Stufen 33 gerichtet wird, werden sich die Löcher 85 im allgemeinen nicht so weit radial nach außen über die Lochplatte 80 erstrecken wie die Löcher 75 über die Lochplatte 70.

Es ist nicht notwendig, daß sämtliche Löcher 75 oder 85 Kühl­ gas, das aus ihnen austritt, in derselben Richtung relativ zu der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 richten, sondern ledig­ lich, daß der gesamte Kühlgasströmungsdurchsatz und die Rich­ tung, die dem Kühlgas gegeben wird, wenn es die Löcher 75 oder 85 verläßt, mit dem gesamten Kühlgasströmungsdurchsatz und der Richtung des Kühlgases, das um den radial inneren (und äu­ ßeren, wenn vorhanden) Rand der Lochplatte 70 bzw. 80 strömt, koordiniert werden, um die schnelle radiale Verteilung der Kühl­ gasströmung in dem Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Loch­ platte 70 bzw. 80 sicherzustellen und dadurch die schnellere Rückgewinnung des statischen Druckes des Kühlgases gegenüber bekannten Leiteinrichtungen zu erzielen. Weiter kann die Lochplatte 70 (Fig. 3) unter einem Winkel (nicht dargestellt) gegen die Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 angeordnet werden, so daß die Löcher 75 das Kühlgas in bezug auf die Drehachse 25 radial nach außen richten. Das heißt, die Lochplatte 70 würde so ange­ ordnet sein, daß der radial innere Teil der Lochplatte 70 weiter axial stromabwärts ist als der radial äußere Teil der Loch­ platte 70 (d. h. die Lochplatte 70 kann einem Kegelstumpf gleichen). Die Finger 37 (Fig. 3) oder ein Flansch (nicht darge­ stellt) würden entsprechend modifiziert werden, um für eine ausreichende Halterung der Lochplatte 70 zu sorgen.

Claims (20)

1. Kühleinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine mit einem Läufer und einem Ständer mit radialen Ständerbe­ lüftungskanälen, wobei Ständer und Läufer mit radialem Ab­ stand zueinander angeordnet sind und dazwischen einen Luft­ spaltbereich bilden und an den axialen Endraumbereichen des Ständers jeweils eine am Ständer befestigte Leiteinrichtung mit einer Vielzahl von Gasströmungskanäle (75, 85) bilden­ der Löcher angeordnet ist, und mit einer Kühlgas-Zufuhrein­ richtung, deren Kühlgasströmung mittels der Leiteinrichtung in den jeweiligen endraumseitigen Luftspaltbereich und in die endraumseitigen Ständerbelüftungskanäle geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung eine sich radial vom Ständer bis zum Läufer hin erstreckende Loch­ platte (70, 80) ist.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) ein ringförmiges Teil ist, das den Läufer (20) in Umfangsrichtung umgibt.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (75, 85) so angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine resultierende Gas­ strömungsrichtung gegeben wird, die zu der Drehachse (25) des Läufers (20) im wesentlichen parallel ist.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gasströmungskanal (75) zylindrisch ist und daß die Längsachse des Zylinders im wesentlichen paral­ lel zu der Drehachse (25) des Läufers (20) ist.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (85) so angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine radial nach außen ge­ richtete Gasströmungsrichtung gegeben wird.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (85) zylindrisch sind und daß die Längsachse des Zylinders unter einem nach außen gerichteten radialen Winkel (82) gegen die Drehachse (25) des Läufers (20) angeordnet ist.

7. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (85) so angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine resultierende Gas­ strömungsrichtung von bis zu etwa 30° gegen die Drehachse (25) des Läufers (20) gegeben wird.

8. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ständer (30) eine Gruppe (39a) aus einer vorbestimmten Anzahl von Blechen aufweist, die abgestufte Bleche (33) hat, und daß die Ausgänge der Gasströ­ mungskanäle (85) so angeordnet sind, daß das Kühlgas so ge­ leitet wird, daß es nicht auf die abgestuften Bleche (33) auftrifft.

9. Kühleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (85) zylindrisch sind und daß eine Verlängerung der Längsachse des Zylinders den Ständer (30) axial stromabwärts der abgestuften Bleche (33) schneidet.

10. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) aus ei­ nem elektrisch nichtleitenden Material gebildet ist.

11. Kühleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrisch nichtleitende Material ein la­ miniertes Fasermaterial ist.

12. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) zur Er­ leichterung des Einbaus aus mehreren bogenförmigen Segmen­ ten gebildet ist.

13. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85) einen Einlaß und einen Auslaß aufweisen, wobei der Einlaß einen größeren Gasdurchflußquerschnitt als der Auslaß hat.

14. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85) in einer vorbestimmten Matrix angeordnet sind.

15. Kühleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittelpunkte der Gasströmungskanäle (75, 85) auf einem Kreis angeordnet sind.

16. Kühleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85) auf konzen­ trischen Kreisen angeordnet sind.

17. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) im Ab­ stand von dem Läufer (20) angeordnet und ein erster Gasver­ bindungsweg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luft­ spaltbereich (40) gebildet ist, wobei der erste Gasverbin­ dungsweg zwischen dem Läufer (20) und der Lochplatte (70, 80) angeordnet ist, und daß die Größe des gesamten Kühlgas­ durchflußquerschnittes der Gasströmungskanäle (75, 85) und des ersten Gasverbindungsweges so gewählt ist, daß eine im wesentlichen diffuse Kühlgasströmung stromabwärts der Loch­ platte (70, 80) erzielt wird.

18. Kühleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) mit Abstand von dem Ständer (30) angeordnet ist und ein zweiter Gasverbindungs­ weg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbe­ reich (40) gebildet ist, wobei der zweite Gasverbindungsweg zwischen der Lochplatte (70, 80) und dem Ständer (30) ange­ ordnet ist, und daß die Größe des zweiten Gasverbindungswe­ ges so gewählt ist, daß eine im wesentlichen diffuse Kühl­ gasströmung stromabwärts der Lochplatte (70, 80) erzielt wird.

19. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ständer (30) ein außen­ seitiger Abstandsblock (35) befestigt ist, an dem seiner­ seits die Lochplatte (70) befestigt ist.

20. Kühleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lochplatte (70) durch Schrauben (17) an dem Abstandsblock befestigt ist.