DE373215C

DE373215C - Cooling device for the core of electrical machines, permeated by alternating power flows

Info

Publication number: DE373215C
Application number: DESCH60934D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1920-04-01
Filing date: 1921-03-01
Publication date: 1923-04-09

Description

Kühlvorrichtung für den von wechselnden Kraftflüssen durchsetzten Kern elektrischer Maschinen. Vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere von Wechselstrommaschinen, mittels eines von Kühlflüssigkeit durchströmten Systems von Rohren, die den von wechselnden Kraftflüssen durchsetzten Kern in Kanälen durchqueren und an den Stirnseiten desselben durch Zwischenrohre verbunden sind.Cooling device for the interspersed with changing power flows Core of electrical machines. The present invention relates to electrical cooling Machines, in particular AC machines, by means of a coolant flowed through system of pipes, which penetrated the alternating force flows Cross the core in channels and at the end faces of the same through intermediate pipes are connected.

Der Wechsel des Kraftflusses im wirksamen Eisen wirkt induzierend auf die den Kraftfluß schneidenden Leitungsrohre, so daß zwischen den Enden eines Leitungsweges und zwischen den an verschiedenen Stellen des Kerns angeordnieten Leitungen elektrische Potentialdifferenzen .entstehen. Die Erfindung bezweckt das Auftreten solcher Potentialdifferenzen in Kühlleitungen von Kernen von Weclhselstrommaschinen und sonstiger elektrischer Maschinen mit sich ändernden Kraftflüssen und von hierdurch in solchen Leitungssystemen erzeugten Strömen zu vermeiden oder doch auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die einzelnen Rohre, unter elektrischer Isolierung gegen den Kern, in diesem so angeordnet und untereinander verbunden werden, daß die Summe der in den Rohren durch den Kraftfluß induzierten elektromotorischen Kräfte in jedem durch das System gebildeten geschlossenen elektrischen Stromkreise annähernd gleich Null ist.The change in the flow of force in the effective iron has an inducing effect on the line pipes intersecting the power flow, so that between the ends of a Conduction path and between the arranged at different points of the core Lines have electrical potential differences. The invention aims to do that Such potential differences occur in cooling lines of cores of alternating current machines and other electrical machines with changing power flows and from here to avoid currents generated in such pipeline systems or at least to a minimum to belittle. According to the invention this is achieved in that the individual tubes, under electrical insulation from the core, so arranged in this and one below the other be connected that the sum of the induced in the pipes by the flow of force electromotive forces in any closed electrical formed by the system Circuits is approximately zero.

Die Durchführung der Erfindung wird nachstehend an Hand der beiliegenden schematischen Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Abb. r einen Längsschnitt durch einen Teil des Ständereisens einer elektrischen Maschine mit einem eingesetzten Kühlelement von bestimmter Form, Abb. a .eine Seitenansicht eines Teiles einer elektrischen Maschine, z. B. einer Wechsel- Strommaschine, und eine weitere Ausführungsform der Kühleinrichtung.The implementation of the invention is described below with reference to the enclosed schematic drawings explained. In the drawings: Fig. R shows a longitudinal section by part of the stator iron of an electrical machine with an inserted Cooling element of a certain shape, Fig. A. A side view of part of an electrical Machine, e.g. B. an exchange Electricity machine, and another embodiment the cooling device.

Abb. 3 stellt das Rohrschema, Abb. q. eine Endansicht, und Abb. 5 einen teilweisen Schnitt des Ständers einer Wechselstrom-Turbomaschine dar, an welcher eine dritte Form der Kühleinrichtung vorgesehen ist.Fig. 3 shows the pipe scheme, Fig. Q. an end view, and Fig. 5 a partial section of the stator of an AC turbo-machine, on which a third form of cooling device is provided.

Ein Weg, den Ausgleich der in den Kühlröhren der erwähnten Art induzierten Spannungen zu vermeiden, besteht darin, daß als Element des Zirkulationssystems ein Rohrpaar benutzt wird, deren eines Rohr für die Hinleitung und deren anderes für die Rückleitung der Kühlflüssigkeit dient, und wobei die beiden Rohre im Kern derartig angeorflnet sind, daß sie praktisch von dem gleichen Kraftfluß oder gleichen Kraftflüssen gleichzeitig im gleichen Sinne geschnitten werden. Eine solche paarweise Anordnung der Rohre kann beispielsweise so erhalten werden, daß die beiden Glieder eines Paares dicht nebeneinander, vorzugsweise in den gleichen Kernkanal, eingesetzt werden, wie in Abb. i angedeutet. Bei einer solchen Anordnung kann das Rohrpaar ferner so vereinigt werden, daß es einen einzigen Körper mit Längszwischen-,vand bildet, wobei die eine Hälfte für die Flüssigkeitszuleitung und die andere für die Rückbewegung bestimmt ist; oder es können, wie auf der Zeichnung in Abb. i dargestellt, zwei dem Kernkanalquerschnitt sich anpassende Rohre mit den inneren Flachseiten aneinandergelegt werden. -Nach der Darstellung in der Zeichnung besitzt der Kanal kreisförmigen Querschnitt, und zur Flüssigkeitsleitung wird ein Rohr a von annähernd halbkreisförmigem Querschnitt mit dünnen Wandungen benutzt. Das Rohr a ist am Ende so umgebogen und rückläufig geführt, daß die flachen Seiten aneinanderliegen und die beiden Rohrstrecken zusammen einen Körper von annähernd kreisförmigem Querschnitt bilden, wie aus dein in der Mitte der Abh. i dargestellten Querschnitt ersichtlich ist. Das Rohrpaar wird dann mit einer dünnen Schicht l? aus Isoliermaterial umhüllt in den Kanal eingesetzt. Die freien Enden c und d werden daraufhin in passender Weise umgebogen und an die Kammern c und f angeschlossen, welche die Zuleitungs- und Ableitungsanschlüsse bilden. Die Kühlflüssigkeit strömt von e durch a, nach f. Auf jeder Stirn-Seite des Kerns kann ein P4ar Kammern e und f vorgesehen sein und zwischen jedem Paar solcher Kammern kann die Flüssigkeit durch eine Reihe von Leitungen durch den Kern hindurch und wieder nach der E'intrittseite zurückströmen. Erforderlichenfalls können auch mehr als ein Paar Kammern an jedem Ende des Kerns angeordnet werden. Eine andere paarige Anordnung, welche bei mehrpoligen Maschinen anwendbar ist, wird erhalten, indem man die zu einem Paar gehörigen Rohre in zwei um eine doppelte Polteilung voneinander getrennte Kanäle legt.A way of compensating for the induced in the cooling tubes of the type mentioned Avoiding tension consists in being an element of the circulation system a pair of pipes is used, one pipe for the outgoing line and the other serves for the return of the cooling liquid, and with the two tubes in the core are so arranged that they are practically of the same power flow or the same Power flows are cut simultaneously in the same sense. Such a pair Arrangement of the tubes can for example be obtained so that the two links of a pair close to each other, preferably in the same core channel as indicated in Fig. i. With such an arrangement, the pipe pair furthermore be united in such a way that there is a single body with a longitudinal intermediate, vand forms, with one half for the liquid supply and the other for the Return movement is determined; or, as shown in the drawing in Fig. i, two tubes with the inner flat sides that adapt to the core channel cross-section be placed next to each other. -As shown in the drawing, the channel has circular cross-section, and a pipe a of approximately semicircular cross-section with thin walls used. The tube a is at the end bent over and led backwards so that the flat sides lie against one another and the two pipe sections together form a body of approximately circular cross-section as can be seen from the cross-section shown in the middle of Dep. i is. The pair of pipes is then covered with a thin layer of l? encased from insulating material inserted into the canal. The free ends c and d then become more mated Way bent and connected to the chambers c and f, which the supply line and form drain connections. The coolant flows from e through a to f. A P4ar chambers e and f can be provided on each end face of the core and between each pair of such chambers the liquid can pass through a series of Lines flow through the core and back again to the E 'inlet side. If necessary, there can also be more than one pair of chambers at each end of the core to be ordered. Another paired arrangement, which is the case with multi-pole machines applicable is obtained by dividing the pipes belonging to a pair into two lays channels separated from one another by a double pole pitch.

Eine derartige Anordnung ist in Abb.2 dargestellt. Die zusammengehörigen Rohre h und j sind durch Verbindungsstücke k hintereinander geschaltet. Es ist ersichtlich, daß in j und h, auf diese Weise elektromotorische Kräfte von gleicher Größe und Richtung erzeugt werden, so daß die Enden von lt und an dem von dein Verbindungsrohr k abliegenden Ende des Kerns miteinander verbunden oder geerdet -,werden könnten, ohne daß ein elektrischer Strom entsteht. Es ist ferner ersichtlich, daß sich an der Wirkung nichts ändert, wenn h und j mit einem anderen Paar von Rohr en tii und n verbunden ist, die ebenfalls durch eine doppelte Polteilung voneinander getrennt sind.Such an arrangement is shown in Figure 2. The associated pipes h and j are connected in series by connecting pieces k . It can be seen that in j and h, electromotive forces of equal magnitude and direction are generated in this way, so that the ends of lt and at the end of the core remote from the connecting pipe k could be connected to one another or earthed - without that an electric current is created. It can also be seen that the effect does not change if h and j are connected to another pair of tubes en tii and n, which are also separated from one another by a double pole pitch.

Die Rohrgruppen können, -wie in Abb. 2 angedeutet, in solcher Zahl vorgesehen werden, bis alle Kühlkanäle ausgefüllt sind. Diese Gruppen können entweder parallel oder in Reihe geschaltet und die Rohrenden an ein außerhalb der Maschine liegendes Zirkulationssystem angeschlossen werden.The tube groups can, as indicated in Fig. 2, in such a number provided until all cooling channels are filled. These groups can either connected in parallel or in series and the pipe ends to an outside of the machine horizontal circulation system can be connected.

Man kann erkennen, .daß eine Anordnung, wie sie in Abb.2 dargestellt ist, bei ihrer Ausdehnung über den ganzen Maschinenumfang ein Rohrsystem ergibt, welches einer Wicklung für die halbe Polzahl ähnelt.One can see that an arrangement as shown in Fig.2 is, when it extends over the entire circumference of the machine, a pipe system results, which is similar to a winding for half the number of poles.

Ein weiteres System ist in den Abb. 3, .1. und 5 veranschaulicht. Hier gleicht die Anordnung einer geschlossenen unterteiltenWicklung für vier Pole. Diese Anordnung ist dazu bewtimnit, bei dem Stator einer zweipoligen WechselstrornmaschineVerwendung zu finden, deren Feldmagnet in der Mitte der schematischen Abb. 3 angedeutet ist.Another system is shown in Figs. 3, .1. and Fig. 5 illustrates. Here the arrangement resembles a closed split winding for four poles. This arrangement is suitable for use in the stator of a two-pole AC machine to find whose field magnet is indicated in the middle of the schematic Fig. 3.

In dieser schematischen Abbildung bezeichnen die schwarzen Kreise die Lagen der Rohre, die auf zwei konzentrischen Kreisen liegen, wie Abb. q. zeigt, so daß die Endanschlüsse p ebenso gestaltet und mit Bezug aufeinander angeordnet werden können, wie die Stirnverbindungen einer zweilagigen Wicklung mit der Ausnahme, daß die entsprechenden Rohre der beiden Lagen nicht in der gleichen radialen Ebene liegen, sondern in Ebenen, welche in geringem Maße gegeneinander geneigt sind, wodurch etwas mehr Freiheit für das Einsetzen und die Verbin-(lung der Endstücke p, welche mit den Längsi ehren durch Verschraubungsstücke q verbunden werden können, gewonnen wird.In this schematic illustration, the black circles denote the positions of the pipes, which lie on two concentric circles, as in Fig. q. shows, so that the end connections p are also shaped and arranged with respect to one another like the end connections of a two-layer winding with the exception that the corresponding tubes of the two layers are not in the same radial plane lie, but in planes which are slightly inclined to each other, whereby a little more freedom for inserting and connecting the end pieces p, which can be connected to the longitudinal honors by screwing pieces q, won will.

Wie bei einem Wicklungsschema werden die Verbindungen an der einen Stirnseite des Kerns in Abb. 3 durch die äußere Reihe von Kurven angezeigt, während die Verbindungen an der anderen Stirnseite durch den zweiten Satz von Kurven angedeutet sind. Demgemäß befinden sich der Anschluß r für die nach innen strömende Flüssigkeit und der Anschluß s für die nach außen strömende Flüssigkeit an entgegengesetzten Stirnseiten des Kerns. Die Abb. 3 veranschaulicht die Gesamtanordnung, während die Abb. q. und 5 nur einen Teil des Rohrsystems darstellen.As with a winding scheme, the connections are made on one Front face of the nucleus indicated in Fig. 3 by the outer series of curves while the connections on the other face by the second sentence are indicated by curves. Accordingly, the connection r is located for the inside flowing liquid and the connection s for the liquid flowing outwards on opposite end faces of the core. Fig. 3 illustrates the overall arrangement, while fig. q. and Fig. 5 show only part of the pipe system.

Die unter Bezugnahme auf die Abb. 2 und 3 der Zeichnung erläuterten Anoridnungen sind Beispiele der Verwirklichung einer Grundform mit dem Kennzeichen, daß sie Ähnlichkeit mit einer geschlossenen Ankerwicklung besitzt. Alle derartigen Anordnungen sind an sich brauchbar, da die Summe der elektromotorischen Kräfte, die durch den Stromfluß in dem Röhrensystem induziert werden, gleich Null ist. Wenn man indessen die Ganghöhe der Rohranordnung in der Art wählt, wie es mit Bezugnahme auf Abb. 3 der Zeichnung auseinandergesetzt ist, dann wird noch ein weiterer Vorteil erzielt, nämlich der, daß isolierende Kupplungen zwischen dem geschlossenen Rohrsystem und den äußeren Röhren fortfallen können, da es dann zwei Punkte an dem Rohrsystem gibt, wie beispielsweise die Punkte r und s; die einen solch geringen gegenseitigen Spannungsunterschied aufweisen, daß ein nennenswerter Stromfluß durch die beiden Hälften des Rohrsystems und die äußeren Verbindungen (welcher Stromfluß zu unterscheiden ist von den etwa durch das Rohrsystem selbst kreisenden Strömungen) nicht zustande kommt.The explained with reference to Figs. 2 and 3 of the drawing Anoridations are examples of the realization of a basic shape with the mark, that it resembles a closed armature winding. All such Arrangements are useful as the sum of the electromotive forces induced by the flow of current in the tube system is zero. if however, the pitch of the pipe arrangement is chosen in the manner as described with reference on Fig. 3 of the drawing, then there is yet another advantage achieved, namely that isolating couplings between the closed pipe system and the outer tubes can be omitted, since there are then two points on the pipe system there, such as the points r and s; the one such minor mutual Have voltage difference that a significant current flow through the two Halves of the pipe system and the external connections (which current flow to distinguish is caused by the currents circulating through the pipe system itself) comes.

Um die Wirkungen der lokalen Wirbelströme in dem Material der im Kern sitzenden Rohre möglichst zu verringern, ist es zweckmäßig, für die Rohre ein Metall oder eine Legierung von hohem Widerstand zu benutzen und die Rohrwände so dünn zu machen, als es aus statischen oder fabrikatorischen Gründen zulässig ist.To the effects of local eddy currents in the material of the core To reduce seated pipes as much as possible, it is advisable to use a metal for the pipes or to use a high resistance alloy and make the pipe walls so thin than is permissible for static or manufacturing reasons.

Um einen guten Wärmeübergang von dem Kern nach den Rohren zu sichern, ist es zweckmäßig, die Rohre in den Kernkanälen gut einzupassen und die Isolierschicht zwischen den Rohren und der Kernwandung, die zum Ausgleichen der verhältnismäßig kleinen Spannungsunterschiede innerhalb des einzelnen Rohres vorgesehen ist, so dünn wie möglich zu machen.To ensure good heat transfer from the core to the tubes, it is advisable to fit the tubes well into the core channels and the insulating layer between the tubes and the core wall, which are used to compensate for the relatively small voltage differences within the individual tube is provided, so to make it thin as possible.

Ein Weg, um einen guten Anschluß der Rohre an die Wandung der Kanäle zu sichern, besteht darin, die Rohre mit leichtem Spiel in die Kanäle einzuführen und dann durch hydraulischen oder Luftdruck aufzuweiten.One way to get a good connection of the pipes to the wall of the ducts to secure consists in inserting the pipes into the channels with a slight play and then expand by hydraulic or air pressure.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Cooling device for changing power flows penetrated core of electrical machines made of a coolant flowing through it System of tubes that traverse the core to be cooled in channels crossing the trajectory of the flow of force, and through the frontal sides of the barren core Intermediate pipes are connected, characterized in that the individual pipes against the core is electrically isolated and so arranged and connected to one another, that the sum of the electromotive generated by the power flow in the pipes Forces in any closed electrical circuit formed by the system is approximately zero.

2. Cooling device according to claim i, characterized in that that the tubes are arranged in pairs in the core to be cooled, and in such Position to each other are that approximately the same power flow or the same power flows cut both tubes of a pair in the same way and at the same time.

3. Cooling device according to claims i and 2, characterized in that the two form a pair Tubes (a, Fig. I) lie in the same channel of the core and on one end face of the core are interconnected. q ..

Cooling device according to claims 1 and 2, characterized in that the two tubes (h, j, Fig. 2) forming a pair are inserted into similar core channels, the mutual spacing of which corresponds to double the pole pitch of the power flow system.

5. Cooling device according to claim i, characterized in that the tubes and their connecting pieces are so connected to one another are that they are a coherent system similar to a closed network winding form:

6. Cooling device according to claim i and 5, characterized in that the Tubes are arranged in a similar way as the turns of a coil with a Winding step of approximately half the pole pitch of the power flow, so that two or more points of the system connected to one another or by external connection parts can be laid on earth.