DE724449C - Einrichtung zur Kuehlung elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen Bei elektrischen Maschinen großer Leistung, insbesondere solchen mit gezahnten Läufern, bestehen bekanntlich Schwierigkeiten, den Läufer genügend zu belüften. Durch die Raumbeschränkung für die Anordnung von Kühlkanälen genügender Weite im Läuferkörper einerseits sowie durch die gegebene Drehzahl und Auslegung der Stirnventilatoren andererseits ist es ohne weiteres nicht möglich, die durch die Kühlkanäle des Läufers je Zeiteinheit geförderte Luftmenge über ein bestimmtes Maß hinaus zu steigern, welches im allgemeinen die zulässige Grenzleistung der Maschine bestimmt, während die Wärmeabfuhr aus dem Ständer so reichlich ist, daß ihrethalben der Maschine noch eine weit höhere Leistungsabgabe zugemutet werden könnte. Gelingt es also, bei gleichbleibender Größenauslegung der Maschine eine stärkere Durchlüftung des Läufers zu erzielen, so ist damit auch die Voraussetzung für eine zulässige stärkere Belastung der Maschine gegeben.
• Nun ist es eine bekannte Erscheinung, daß unter gewisser Voraussetzung der Läuferkörper hoher Drehzahl selbst wesentlich zur Förderung der Luft beiträgt. Dies ist z. B. der Fall, wenn die der Luftführung dienenden Kanäle eines zylindrischen Läufers am Umfang Austrittsöffnungen besitzen. Dann wird die Luft dort am äußeren Umfang abgeschleudert und ihr Austrittsdruck ist bestimmt durch die Umfangsgeschwindigkeit der Austrittsstelle und den Druckabfall, den die Luft bis hierher durch den Widerstand in den Längskanälen erfahren hat. Dieser Druckabfall kann unter Umständen so groß sein, daß die Luft in axialer Richtung nicht bis zu den Austrittsöffnungen in der Mitte der Läuferlänge gelangt, wodurch der Austrittsdruck hier vermindert und nur eine ungenügende Luftmenge durch die Kühlkanäle gefördert wird. Da aber der Läuferdurchinesser eindeutig festgelegt ist, besteht bei zylindrischen Läufern keine Möglichkeit; durch Drucksteigerung an den Austrittsöffnungen die durch die Luftwege des Läufers geförderte Luftmenge zu erhöhen.
• Es sind auch Kühleinrichtungen bekannt, bei denen die axialen Luftkanäle des Läufers auf seiner ganzen Länge am äußeren Umfang geschlossen sind, so daß die Kühlluft den zylindrischen Läufer von einem Ende zum anderen durchströmt. Da aber in solchen Fällen aus der Umfangsgeschwindigkeit des Läufers keine die Axialförderung der Luft durch die Längskanäle begünstigende Radialkomponente zur Wirkung kommen kann, ist der umlaufende Läuferkörper selbst an der Luftförderung nicht beteiligt, und die axiale Bewegung der Luft geschieht ausschließlich durch die Ventilatoren, von denen derjenige am Lufteintrittsende der Maschine drückend, derjenige am Luftaustrittsende der Maschine saugend arbeiten muß. Man erkennt, daß hierbei ebensowenig günstigere Kühlungsverhältnisse des Läufers erreichbar sind.
• Indessen wurde auch bei einer bekannten Kühleinrichtung für Läufer elektrischer Maschinen vorgeschlagen, das Kühlmittel durch die nur an beiden Enden offenen Belüftungskanäle hindurch mit Hilfe des umlaufenden Läufers selbst zu fördern, indem man die Kühlmittelkanäle im Innern des Läuferkörpers mit dessen Drehachse nicht gleichgerichtet, sondern divergierend, z. B. schraubenlinienartig, angeordnet hat. Bei Läufern von Turbogeneratoren, bei denen die Kühlkanäle dicht an der Wicklung entlang oder in den Zähnen, also nahe am Läuferumfang liegen, ist es jedoch ohne weiteres nicht möglich, im Sinne jenes Vorschlages die Kanäle schraubenförmig durch den Läuferkörper zu führen oder eine andere ausreichende Divergenz von der Achsrichtung durch eine schräge Lage der Längskanäle im Läuferkörper zu gewinnen.
• Erfindungsgemäß wird bei Turbogeneratoren die Förderung des Kühlmittels durch den Läufer hindurch vermöge einer in der Strömungsrichtung des Kühlmittels ebenfalls divergierenden Lage der gegen den äußeren Umfang des Läuferkörpers abgeschlossenen Längskanäle zusätzlich oder ausschließlich dadurch erreicht, daß der Läuferkörper entsprechend der Divergenz seiner Längskanäle kegelförmig gestaltet ist. Die kegelförmige bzw. konische Ausgestaltung von Läuferkörpern elektrischer Maschinen ist zwar an sich bekannt, jedoch nicht für den hier bei Turbogeneratoren in Betracht kommenden Kühlzweck, sondern zur Ausnutzung axialer Schubkräfte oder relativer Bewegungen zwischen Läufer- und Ständerkörper, die im vorliegenden Fall gänzlich unerwünscht sind und deshalb sogar durch geeignete Mittel, z. B. Bunde der Welle an den Lagern, vermieden oder durch den Axialschub des Läufers der Antriebsmaschine ganz oder teilweise ausgeglichen werden sollen.
• Die Zeichnung läßt die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erkennen. Die in den Zähnen oder entlang der-Wicklung des Läufers für den Turbogenerator verlaufenden Längskanäle c sind nicht parallel zur Drehachse, sondern zufolge der entsprechend der Erfindung kegelförmigen Gestaltung des Läuferkörpers bzw. der Neigung seines Kegelmantels zur Drehachse in Richtung vom einen zum anderen Läuferende ansteigend durch den Läuferkörper geführt. Durch die im Zuge der Längskanäle zunehmende Umfangsgeschwindigkeit entsteht in bekannter Weise eine radiale Förderkomponente für die Kühlluft in den Längskanälen, wodurch der Läuferkörper selbst als Axialventilator arbeitet und den Austrittsdruck der Kühlluft an den Enden der Kanäle erhöht. Dadurch wird in an sich bekannter Weise die je Zeiteinheit durch die Längskanäle strömende Luftmenge gesteigert und das Ziel erreicht, auf das es hier ankommt, nämlich den Läufer von Turbogeneratoren intensiver als bisher zu durchlüften und so die Leistungsgrenze des Generators zu steigern. Der Austrittsdruck richtet sich neben dem durch die Länge des Läufers bedingten Druckabfall in den Längskanälen ganz besonders nach der Steigung der letzteren, da der Druck im Verhältnis zur anwachsenden Umfangsgeschwindigkeit um ein Vielfaches ansteigt, so daß unter Umständen der Druck der ausströmenden Luft höher sein kann als der an der Eintrittsseite.
• Unter solchen Verhältnissen ist es auch möglich, wie das dargestellte Ausführungsbeispiel in Fig. i zeigt, die von dein als Ventilator wirkenden Läuferkörper geförderte Luftmenge von selbst nach dem Verlassen des Läufers auf der Rücklaufbahn durch die Kühlwege des Ständers und den Luftspalt zu treiben, also in an sich bekannter Weise in Hintereinanderschaltung Ständer und Läufer zu belüften, so daß der Eintrittstutzen für die Kaltluft und der Austrittstutzen für die Warmluft in derselben Stirnhaube liegen. Von den beiden an den. Enden angeordneten Ventilatoren dient der rechte Radialventilator zur Umlenkung der vorn Läufer kommenden Kühlluft sowie zur weiteren Erhöhung ihrer Geschwindigkeit und der linke saugende Axialventilator zur Unterstützung der Förderung der Kühlluft. Erforderlichenfalls kann man entsprechend Fig. 2 neben dem Radialventilator an der Luftaustrittseite des Läufers in bekannter Weise einen zweiten Radialventilator vorsehen, der unmittelbar vom Rückkühler durch einen besonderen Ansaugestutzen zugeführte Kaltluft zusätzlich in den Stirnraum dieses Maschinenendes drückt.
• Der Zweck, die Längskanäle ansteigend durch den Läufer zu führen, läßt sich mit solchen Kegelabmessungen des Läufers erreichen, die gegenüber einem Generator gleicher Leistung mit zylindrischem Läufer das gleiche oder annähernd das gleiche Volumen des wirksamen Ständer- und Läufereisens ergeben, so daß die äußeren Dimensionen der Maschine deshalb nicht größer werden. Man wird also bei dem kegelförmigen Läufer im Vergleich mit einem zylindrischen Läuferkörper von gegebenem Durchmesser den kleinen Durchmesser des Kegels kleiner und den großen größer als den Durchmesser jenes zylindrischen Läuferkörpers wählen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Kühlung elektrischer Maschinen, bei welcher die Förderung des Kühlmittels durch den Läufer hindurch zusätzlich oder ausschließlich vermöge einer in der Strömungsrichtung des Kühlmittels divergierenden Lage der gegen den äußeren Umfang des Läuferkörpers abgeschlossenen Längskanäle erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Turbogeneratoren der Läuferkörper entsprechend der Divergenz seiner Längskanäle (c) kegelförmig gestaltet ist.
2. 2. Kühleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelabmessungen des Läuferkörpers so gewählt sind, daß das Volumen des wirksamen Ständer- und Läufereisens annähernd ebenso groß ist wie das für die Leistung der Maschine bei zylindrischer Formgebung des Läufers errechnete Volumen.
3. 3. Kühleinrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialschub des konischen Läufers ganz oder teilweise durch den Axialschub des Läufers der Antriebsturbine ausgeglichen wird.