DE7410845U

DE7410845U - Gasgekuehlte elektrische maschine

Info

Publication number: DE7410845U
Application number: DE7410845U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1974-03-28
Publication date: 1976-01-02
Also published as: PL93324B1; CA1019379A; SE406529B; SE7502304L; FI61776C; DE2414950C2; FI750602A; AT336131B; HU169172B; GB1489700A; ATA162475A; CS62475A2; JPS50121706A; FR2263630A1; JPS5952622B2; CH570063A5; DD117146A5; US3969643A; CS261201B2; FR2263630B1

Description

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Gasgekühlte elektrische Maschine.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasgekühite elektrische Maschine mit einem Blechpaketraian, der einen Rotor und einen diesen umgebenden Stator einschliesst. einem am Umfang des Stators angeordneten Ausströmraum, je einem an beiden Enden der Maschine angeordneten Einströmraum und einer Trennvorrichtung, die j \ den Bleckpaketraum vom Einströmraum trennt.

7410845 02.0176

• 25/71

— Ct ""

GäSgekühlte elektrische Maschinen der genannten Art gehören seit längerer Zeit zum Stand der Technik. Bei einer bekannten Asynchronmaschine, die in einem im Allis-Chalmers-Engineering Review (Nr. 1, Volume 38,1973) von R.H.Barber und T.A.Rohling veröffentlichten Artikel betreffend "Large Vertical Induction Motors Redesigned" dargestellt ist, ist der innere Blechpakeiraum, d.h. der Raum, in welchem sich der Stator und der Rotor befinden, von einem für das Kühlgas bestimmten äusseren Einströmraum mittels einer Trennvorrichtung derart getrennt, dass der Statorwickelkopf sich ganz im inneren Raum befindet. Kühlgas strömt in den Einströmraum radial von aussen nach innen. Ein erster Teil dieses Kühlgases strömt infolge der Radialventilatorwirkung der Rotorkühlschlitze durch diese und die Statorkühlschlitze in den Ausströmraum. Ein zweiter Teil des Kühlgases wird durch die als Radialventilator wirkenden verlängerten Rotorstäbe umgelenkt und radial von innen nach aussen über den Statorwickelkopf und durch Oeffnungen in der Pressplatte in den Ausströmraum geblasen. Dabei kühlt dieses Gas den Statorwickelkopf und die Stirnseite des Blechpaketes. Die Querschnittsabmessungen des Einströmraumes und des den Statorwickelkopf einschliessenden Wickelkopfraumes sind relativ gross und die Kühlgasgeschwindigkeit in diesen entsprechend niedrig. Aus dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator kann bereits erwärmtes

ΊΛ

7410845 010176

Kühlgas in den Wickelkopfraum als Leckgas strömen, Pich mit ^: dem frischen Kühlgas vermischen und dieses erwärmen, bevor

i es die Wärme des Statorv/ickelkopfes und der Stirnseite des

j IMechpaketes aufgenommen hat. Der Wickelkopf wird also bei

; niedriger Kühlgasgeschwindigkeit durch Kühlgas gekühlt, das

{ mit wannen» Gas vermischt worden ist. Die Stirnseite des J

( Blechpaketes wird ebenfalls durch das gleiche erwärmte Kühl-

i gas bei niedriger Kühlgeschwindigkeit gekühlt. Diese Kühlung

■ ist ungezielt und hat nur beschränkte Wirkung, da zum Abfüh-

! ren grosser Wärmemengen durch Konvektion hohe Geschwindig-

^; keiten notwendig sind. Die Notwendigkeit einer speziellen Aus-

• bildung einer Anzahl der Rotorstäbe, die in der erwähnten Dar-

- stellung verlängert ausgeführt sind, damit sie als zusätzliche

I Druckerzeuger wirken, weist eben auf eine Kühlgas strömung hin,

die sonst unzulänglich wäre. Es leuchtet ein, dass die unwirksame Kühlung auch die elektrische Leistung der Maschine un-

nötigerweise einschränken kann.

Bei einer in der schweizerischen Patentschrift 463 612 beschriebenen Synchronmaschine ist der innere Blechpaketraum von einem ^; für das Kühlgas bestimmten äusseren Einströmraum ebenfalls

¹ mittels einer Trennvorrichtung getrennt. Diese weist eine Trennwand aus einem Isoliermaterial und einen am Rotor angeordneten

7410845 0101.75

Axialventilator auf. Der äussere Abschnitt des Statorwickelkopfes j

j erstreckt sich in den Einströmraum hinein, wogegen sein innerer I

Abschnitt im inneren Blechpaketraum angeordnet ist. Der Axial- i

ventilator saugt das im Einströmraum axial von aussen nach innen über den äusseren Abschnitt des Statorwiekelkopfes strömende Kühlgas und fördert es in den Blechpaketraum. Ein erster Teil dieses Kühlgases strömt axial zwischen den Polen entlang den Pollücken und radia* von innen nach aussen durch die Statorkühlschlitze in den Ausströmraum. Ein zweiter Teil des Kühlgases wird durch den Axialventilator umgelenkt und über den inneren Abschnitt des Statorwiekelkopfes radial von innen nach aussen in den Ausströmraum geblasen. Dabei kühlt dieses Kühlgas den inneren Abschnitt des Statorwiekelkopfes und die Stirnseite des Blechpaketes ebenfalls bei niedriger Kühlgasgeschwindigkeit. Auch alle andern früher erwähnten Nachteile treten hier auf. Ferner weist die Notwendigkeit der Verwendung eines Axialventilators als zusätzlichen Druckerzeuger auch in diesem Fall auf eine Kühlgasströmung hin, die sonst unzulänglich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Vorbekannten zu vermeiden und eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Trennung zwischen dem Einströmraum und dem Blechpaketraum in unmittelbarer Nahe des

7410845 02,0176

40 I

Blechpaketes gewahrleistet wird, derart, dass der Statorwickelkopf mit frischem, unvermisehtem Gas und die Stirnseite des

Blechpaketes bei hoher Geschwindigkeit und gutem Wirkungsgrad^

gekühlt wird, ohne dass ein Ventilator als zusätzlicher Drucker- j

Ϊ zeuger notwendig ware.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen dem Blechpaket des Stators und der Trennvorrichtung ein mit dem Ausströcaraum in Verbindung stehender, zur gezielten Kühlung der Stirnseite des Stators ausgebildeter Kanal vorgesehen ist, dass die Trennvorrichtung den Kanal vom Einströmraum - annähernd gasdicht trennt und dass der Statorwickelkopf im we-

sentlichen ausserhalb der Trennvorrichtung angeordnet ist.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt :

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäss en Asynchronmaschine j \

I Fig. 2 ein in vergrössertem Masstab dargestelltes Detail der |

Fig. 1. welches den Kanal und die Trennvorrichtung ^!

deutlich zeigt j *

Fig, 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindusgsgemässen Synchronmaschine : und

7410845 02.0176

Fig. 4" ein in vergrössertem Masstab dargestelltes Detail der Fig. 3, welches den Kanal und die Trennvorrichtung deutlich zeigt.

Die Asynchronmaschine der Fig. 1 und 2 weist den Blechpaketraum 12, der den Rotor 1 und den diesen umgebenden Stator 2 einschliesst, den Ausströmraum 3, den Einströmraum 4 und die Statorpressplatte 6, die an der Stirnseite 5 des Stators 2 angebracht ist, auf. Die Trennvorrichtung B besteht aus der Statorpressplatte 6, einem scheibenförmigen Abschcitt 9 und einem rohrförmigen Abschnitt 10. Die Trennvorrichtung 8 trennt den Blechpaketraum *2 praktisch gasdicht vom Einströmraum 4. Dabei gewährleisten üe Pressplatte 6 und der Abschnitt 9 die vertikale Trennung der genannten Räume 12 und 4 voneinander, wogegen der rohrförmige Abschnitt 10 den Kurzschlussring 14 umgibt und mit diesem eine Ringspaltdichtung 18 bildet, um eise I praktisch gasdichte Trennung der Räume 12 und 4 voneinander zu gewährleisten. Gleichzeitig wird der zur Kühlung der Stirnseite δ des Stators 2 ausgebildete Kanal 7 gebildet, der mit dem Ausström raum 3 in Verbindung steht und als Sirömungsweg für den Teilvolumenstrom 25 dient. Der gesamte Kühlgasvolumenstrom 20 strömt durch den Einströmraum 4 radial von aussen nach innen. Ein erster Teilvolumenstrom 21 strömt infolge der

7410845 02.01.76

- -7 -■■

Radialventilatorwirkung der Rotorkühlsclilitze 15 durch diese und die Statorkühischlitze 13 in den Ausströmraum 3 als zweite Teilvolujnenströme 22. Infolge der Radialventilatorwirkung des rotierenden Rotorwickelkopfes 16 strömt der dritte Teilvolumenstrom 23 im Kanal 7 radial nach, aussen. Dabei vermischt er sich mit dem schon erwärmten Leckvolumenstrom 24, der aus dem Luftspalt 17 zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2 strömt, und wird zusammen mit dirsem entlang dem Kanal 7 als füiiiier Teilvolumenstrom 25 in den Ausströmraum 3 gefördert. Die axiale Breite des Kanals 7 ist in Relation zu den übrigen Abmessungen des Einströmraumes 4 sehr klein, sodass im Kanal 7 hohe Kühlgasgeschwindigkeiten erreicht werden und die Stirnseite 5 des Stators 2 durch Konvektion gut gekühlt wird, obwohl der schon erwärmte Leckvolumenstrom 24 im Kanal 7 mitgefördert wird« D^r Kühlgasstrom 20 hingegen kühlt den Statorwickelkopf 11, der im wesentlichen ausserhalb der Trennvorrichtung 8 angeordnet ist, in unvermischtem, kühlem Zustand.

Die zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 und dem Kurzschlussring 14 gebildete Ringspaltdichtung 18 verhindert das Ausströmen des Leckvolumenstromes 24indenRaum 4, sodass keine Wirbelströmung 26 auftreten kann und keine Vermischung des Leckgases 24 mit dem zur Kühlung des Wickelkopfes

7410845 02.01.76

bestimmten Kühlgas stattfindet. Als einzige Druckerzeuger sind die Rotorkühlschlitze 15, die als Radialventilator wirken, und die rotierenden Rotor stäbe 19, die ebenfalls als Radialventilator wirken, vorgesehen. Es ist also kein zusätzlicher Druckerzeuger notwendig. Die Maschine belüftet sich autark. Dabei ist die Kühlung in jeder Hinsicht zufriedenstellend.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Asynchronmaschine ist mit einem Käfigrotor ausgestattet. Sie könnte jedoch ebenso einen Doppelkäfigrotor oder einen Schleifringrotor aufweisen. Die Ringspaltdichtung 18 kann zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 und einem eventuell am Rotorwickelkopf 16 angeordneten Schrumpf ring oder einer am Rotorwickelkopf 16 angeordneten Bandage gebildet werden. Wenn keine Statorpressplatte zum Zusammenhalten des Blechpaketes des Stators 2 notwendig ist, kann anstelle der Pressplatte eine Deckplatte 6 vorgesehen sein.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Synchronmaschine, deren Kühlungsanordnung derjenigen der Asynchronmaschine nach Fig. 1 und 2 im wesentlichen gleich ist, wobei gleiche Bestandteile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind. Hier besteht der Rotor 1 aus einem Polrad, das eine von der erwünschten Drehzahl abhängige

741084b 02.01.76

- 9 - 25/7^

Anzähl von Polen aufweist. An der Stirnseite des Polrades 1 ist eine Deckscheibe 30 angeordnet, die einen zylindrischen Flansch 31 aufweist. Der rohrförmige Abschnitt 10 der Trennvorrichtung S umgibt den zylindrischen Flansch 31 und bildet mit diesem die Hingspaltdichtung 18. Bei dieser Ausführungsform der Synchronmaschine ist natürlich der mit punktierter Linie gezeigte Teilvolumenstrom 23 gleich Null, wie dies aus der Zeichnung hervor-

Anstelle der Deckscheibe 30 kann ein in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellter Radialventilator 32 an der Stirnseite des Polrades 1 angeordnet sein, der einen zylindrischen
Flansch 31 aufweist. Der rohrförmige Abschnitt 10 der Trennvorrichtung 8 würde auch in diesem Fall den zylindrischen Flansch 31 umgeben und mit diesem die Ringspaltdichtung 18 bilden. Der Radialventilator 32 ist grundsätzlich nicht notwendig, jedoch wurde er dargestellt, um zu seigen, dass er zum Zweck der Volumenstromvergrösserung ohne wesentliche Aenderungen angebracht werden könnte.

741084b 02.0176

Claims

- IO - : : 25/7ü ^7 J Ansprüche

1. Gasgekuhlte elektrische Maschine mit einem Biechpaketrauin (12), der einen Rotor (1) und einen diesen umgebenden Stator (2) einschliesst, einem am Umfang des Stators (2) angeordneten Ausströmraum (3), je einem an beiden Enden der Maschine abgeordneten Einströmraum (4) und einer Trennvorrichtung (8), die den Blechpaketraum (12) vom Einströmraum (4) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Blechpaket des Stators (2) und der Trennvorrichtung (8) ein mit dem Ausströmra^m (3) in Verbindung stehender, zur gezielten Kühlung der Stirnseite (5) des Stators (2) ausgebildeter Kanal (T) vorgesehen ist, dass die Trennvorrichtung (8) den Kanal (7) vom Einströmraum (4) annähernd gasdicht trennt und dass der Statorwickelkopf (11) im wesentlichen ausserhalb der Trennvorrichtung (8) angeordnet ist.

2. Elektriscne Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite des Kanals (7) in der Grossenordnung der axialen Breite der Statorkühlschlitze (13) ist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (8) einen ersten Abschnitt (6,9)

7410845 02.01.76

-aufweist, der den Kanal (7) vom Einströmraum (4) trennt, und einen zweiten Abschnitt (10), der eine zylindrische Bohrung aufweist, die einen zylindrischen Bestandteil (14) des Rotors (1) umgibt und mit diesem eine Ringspaltdichtung (13) bildet.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekpnnzeiehnet, dass diese eine Asynchronmaschine ist, die einen Käfig-

rotor, Dopelkafigrotor oder Schleifringrotor aufweist.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Bestandteil (14)

des Rotors (1) ein Kurzschlussring einer Rotorkäfigwicklung, ein auf dem Rotorwickelkopf (16) angeordneter Schrumpf ring oder eine auf dem Rotorwickelkopf (16) angeordnete Bandage ist.

6, Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als einzige Druckerzeuger die als Radialventilator wirkenden Rotorkühlschlitze (15) und der als Radialventilator wirkende, aufgrund der elektromagnetischen Bedingungen notwendige Rotorwickelkopf (16) vorgesehen dind.

7, Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (8) zum Teil aus einer Platte (6) besteht, die eine Statorpressplatte oder eine Deckpiatte ist.

7410845 02.01,76

-IiL-' ^{: :} «/TI

8.-Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Synchronmaschine ist.

9. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Polrades (1) eine Deckscheibe (30) angeordnet ist, die einen zylindrischen Flansch (31) aufweist, der die Innenfläche der Ringspaltdichtung (18) bildet.

10. Elektrische Maschine nach Anspruch 3 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Polrades (1) ein Radialventilator (32) angeordnet ist, dessen Deckscheibe einen zylindrischen Flansch (31) aufweist, der die Innenfläche der Ringspaltdichtung (18) bildet.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

7410645 02.0176