DE612236C - Einrichtung zur Kuehlung von Laeufern grosser Baulaenge - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
16. APRIL 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 2Id¹ GRUPPE 55

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*) Einrichtung zur Kühlung von Läufern großer Baulänge

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. November 193,2 ab

Bei Läufern hochtouriger elektrischer Maschinen großer Baulänge ist es schwierig, eine ausreichende Durchlüftung von den Stirnenden her vorzunehmen, da die axialen Zuführungskanäle zu den der Erwärmung am stärksten ausgesetzten Teilen in Rücksicht auf die damit zusammenhängende Schwächung des mechanisch hoch beanspruchten Läuferkörpers und in Anbetracht des beschränkten Raumes nach Zahl und Querschnitt nicht ausreichend gewählt werden können. Weit günstiger liegen die Verhältnisse bei lameliierten Ankern mit geringerer Umlaufzahl und größerem Durchmesser, da dort eine hinlängliche Belüftung des Blechkörpers von der Ankernabe her möglich ist.

Um nun bei hochtourigen Läufern, die eine genügende Luftzuführung von innen und von den Stirnflächen her nicht zulassen, dennoch eine günstigere Eigenbelüftung herbeizuführen, wurde bei massiven gezahnten Feldmagneten vorgeschlagen, Öffnungen radialer Kühlkanäle in den Zähnen am Luftspalt zwischen Ständer und Läufer in Drehrichtung des letzteren umzulenken, um so den Staudruck der Kühlluft zu deren Förderung durch die Kühlwege nutzbar zu mächen. Solchen Kühleinrichtungen ging bereits eine Anordnung voraus, bei der an den Polen umlaufender Feldmagnete besondere Schöpfschaufeln das Kühlmittel in Axialkanäle der Pole drücken. Die Wirkung dieser Staudruckschaufeln wurde hierbei am Ende der Axialkanäle durch entgegengesetzt zur Drehrichtung auslaufende Ejektorschaufeln unterstützt.

Die bisher mit diesen Mitteln erreichten Erfolge waren nichtsdestoweniger unbefriedigend, weil damit nicht die Stellen erfaßt wurden, an denen naturgemäß die stärkste Wärmeentwicklung auftritt. Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß bei Läuferkörpern mit eingesetzten Wicklungshaltern unabhängig von der stirnseitigen Belüftung eine weit bessere Eigenkühlung erreicht werden kann, wenn jene Staudruckschaufeln zwi- · sehen den Wicklungshaltern angeordnet sind und das Kühlgas vom äußeren Umfang her aus radialen Eintrittsschlitzen des Ständers in unmittelbar an der Läuferwicklung axial entlang laufende Kühlkanäle drücken. In ähnlicher Weise können - dann in einem angemessenen axialen Abstand von diesen Staudruckschaufeln zu deren Unterstützung zwischen zwei Wicklungshalterkränzen Ejektorschaufeln vorgesehen sein, welche das Kühl-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Robert Pohl in Berlin-Charlottenburg.

gas unmittelbar aus diesen Kanälen absaugen und in radiale Austrittsschlitze des Ständers führen.

Der aus- magnetischen Gründen bei Turbogeneratoren meistens reichlich bemessene Luftspalt zwischen Läufer und Ständer gestattet, daß dort ohne mechanische Gefährdung des Ständers die Staudruckschaufeln am Umfang des Läufers genügend vorstehen. Dadurch wird die Stauwirkung erhöht, ohne von benachbarten Konstruktionsteilen beeinträchtigt zu werden.

Die Anordnung von Distanzstücken zwischen den eingesetzten Wicklungshaltern bei Läuferkörpern ist an sich bekannt. Sie hatten jedoch nur die Aufgabe, Öffnungen für die von den beiden Stirnenden her zuströmende Luft aus den an der Wicklung entlang führenden axialen Kühlkanälen zu schaffen oder an anderen Stellen als Abschluß nach außen zu dienen, damit die Kühlluft gezwungen wird, streckenweise die Flanken der Wicklung zu bestreichen. Solche Distanzstücke waren aber nicht als Staudruckschaufeln ausgebildet, um das Kühlmittel aus Radialschlitzen des Ständers zu schöpfen und vom äußeren Umfang her unmittelbar an der Läuferwicklung entlang nach benachbarten Ausströmungsschlitzen zu drücken.

In Abb. ι ist in schaubildlicher Darstellung das Wesen der Erfindung zu erkennen. Sie zeigt nur die Teile eines umlaufenden Feldmagneten bekannter Konstruktion mit eingesetzten Wicklungshaltern, die für das Verständnis der Erfindung wesentlich sind, und zwar bedeuten α den mit schwalbenschwanzförmigen Nuten versehenen Kernkörper des Läufers, b die Feldwicklung, c die in die Nuten des Kernkörpers eingesetzten Wicklungshalter, d die Verspannungskeile.

Zwischen den vordersten Wicklungshaltern c und den vorangegangenen, der Übersicht halber nicht dargestellten Wicklungshaltern sind erfindungsgemäß die Staudruckschaufeln m und η eingefügt, welche sämtlich im Sinne der durch den Pfeil bezeichneten Drehrichtung auslaufen, das gasförmige Kühlmittel vom äußeren Umfang her aus den radialen Eintrittsschlitzen E des Ständers schöpfen und unmitelbar in die an der Läuferwicklung b axial entlang laufenden Kühlkanäle / drücken, wie durch die Strömungspfeile angedeutet ist.

Man erkennt, daß diese Staudruckschaufeln m, η den übrigen Läuferumfang überragen. Sie sind zweckmäßig an ringsegmentförmigen Trägern k befestigt. Solche Ringsegmente können zu einem über den Läuferumfang geschlossenen Schaufelkranz vereinigt werden. Konstruktiv lassen sich solche Schaufelanordnungen und ihre Träger mannigfach ändern. In Hinblick auf die Vermeidung unerwünschter Fluxkonzentrationen und Wirbelstrombildung empfiehlt es sich, die Schaufeln und ihre Zubehörteile aus unmagnetischem Material und der hohen Fliehkraftbeanspruchung wegen aus Leichtmetall herzustellen. Die Befestigung am Läuferkörper kann in beliebiger Weise geschehen, beispielsweise durch die Verspannungskeile d oder durch Verbindung der Schaufelträger mit den Köpfen der Wicklungshalter.

Nachdem die Kühlluft die Kanäle f, beispielsweise wie dargestellt in einer Länge von drei Wicklungshaltern, durchströmt hat, wird sie durch die ebenfalls in den Luftspalt hineinragenden Ejektorschaufeln r, s, welche also der Drehrichtung entgegengesetzt sind, unmittelbar aus den Kanälen / in die radialen Austrittsschlitze A des Ständers geblasen. Die Ejektorschaufeln sind in einzelnen . Taschen q zwischen je zwei axial aufeinanderfolgenden Wicklungshaltern eingebaut, doch können auch hier die Träger der Schaufeln r, s ähnlich der Anordnung der Kränze k für die Staudruckschaufeln ringsegmentförmig ausgebildet sein. Ebenso gilt hinsichtlich der Materialbeschaffenheit das gleiche, was über die Staudruckschaufeln gesagt ist.

Die Ejektorschaufeln unterstützen zwar die durch die Staudruckschaufeln erzeugte Förderwirkung des Kühlgases, sie brauchen jedoch nicht unbedingt vorhanden zu sein. Unter Umständen genügen einfache Auslaßöffnungen in oder zwischen den Wicklungshaltern, durch welche das Kühlgas aus den Axialkanälen / in die Austrittsschlitze A des Ständers entweichen kann.

Da die nach den Enden zu gelegenen Läuferteile durch die Stirnventilatoren hinlänglich belüftet werden können, wird man, um an axialer Ausdehnung zu sparen, die Staudruckschäufeln, gegebenenfalls in wechselnder Folge mit den Ejektorschaufeln, nur im Mittelteil der Maschinenlänge einbauen. Ein Beispiel hierfür zeigt Abb. 2. Hier sind in dem Mittelschlitz g zwischen den beiden mittelsten Wicklungshaltern Staudruckschaufeln m vorgesehen. Von der Mitte aus folgt auf beiden Seiten zwischen dem zweiten und dritten Wicklungshalter je ein Satz Ejektorschaufeln r im Schlitz h und zwischen dem vierten und fünften Wicklungshalter wiederum je ein Satz Staudruckschaufeln m' in den Schlitzen g'. Die beiden Schaufelsätze m und m' drücken die von den Einströmungsschlitzen B des Ständers kommende Luft in die an der Wicklung entlang führenden Kühlkanäle, von welchen sie durch den gemeinsamen Zwischenraum h über die Ejektorschaufeln r unmittelbar in den Atistrittsschlitz A des Ständers gelangt. Die Kühlung

des übrigen Läuferkörpers geschieht, wie ohne weiteres zu erkennen ist, durch Zuführung der Kühlluft von den beiden Stirnenden her.

Die im Abb. 2>. veranschaulichteUnterteilung zeigt indessen nur ein Ausführungsbeispiel, das durch die Zahl und den Abstand aufeinanderfolgender Schaufelgruppen je nach Erfordernis beliebig geändert werden kann.
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Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Kühlung von Läufern großer Baulänge, insbesondere zur Kühlung des Mittelteils des Läufers schneilaufender elektrischer Maschinen, bei welcher in Richtung der Drehung umgelenkte Staudruckschaufeln, gegebenenfalls gemeinsam mit axial von ihnen versetzt angeordneten, entgegengesetzt zur Drehrichtung auslaufenden Ejektorschaufeln das gasförmige Kühlmittel durch das Innere des Läufers fördern, da'durch gekennzeichnet, daß die Staudruckschaufeln (m, n) bei Läufern mit eingesetzten Wicklungshaltern (c) zwischen diesen angeordnet sind und das Kühlgas unmittelbar vom äußeren Umfang her aus radialen Eintrittsschlitzen (E) des Ständers in unmittelbar an der Läuferwicklung (b) axial entlang laufende Kühlkanäle (/) drücken, während etwa vorhandene, ähnlich angeordnete Ejektorschaufeln (r, s) das Kühlgas unmittelbar aus diesen Kanälen (/) absaugen und in radiale Austrittsschlitze (A) des Ständers führen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckschaufeln (m, n), gegebenenfalls auch die Ejektorschaufeln (r, s), im Luftspalt zwisehen Ständer und Läufer am Umfang des letzteren vorstehen.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur im Mittelteil (in den Schlitzen g, g') der Maschinenlänge die Läuferwicklung (b) durch Staudruckschaufeln (m, m') und (in den Schlitzen h) durch Ejektorschaufeln (r), im übrigen aber von den Enden her durch die Stirnventilatoren belüftet ist.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckschaufeln (m, ri) bzw. die Ejektorschaufeln (r, s) an · ringsegmentförmigen Trägern (k) befestigt sind, welche gegebenenfalls zu einem über den Läuferumfang geschlossenen Schaufelkranz vereinigt werden.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (m, n, r, s) und ihre Träger (k) aus unmägnetischem Material, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, bestehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen