DE7511034U - Fluessigkeitsgekuehltes staenderblechpaket einer elektrischen maschine - Google Patents
Fluessigkeitsgekuehltes staenderblechpaket einer elektrischen maschineInfo
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description
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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket einer elektrischen Maschine
Die Erfindung hat ein flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket
einer elektrischen Maschine mit in Nuten angeordneten.Wicklungselementen zum Gegenstand.
Es ist bereits bekannt, das Ständerblechpaket einer flüssigkeitsgekühlten
elektrischen Maschine am Blechrücken durch eingelegte Rohre zu kühlen (Neue Zürcher Zeitung, 2^.8.1966, S.1!
und 5). Die am Rücken des Blechpaketes liegenden Kühlrohre sind in Nuten gelegt (s. Fig. la) und radial nach innen durch
ein Federsystem eingedrückt. Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Kühlrohre im Leckagefall leicht ausgewechselt werden können.
Aus dem Temperaturverlauf im Eisen (s. Fig. Ib) geht hervor,
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• .
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dass diese Kühlung des Statorblechpaketes durch die Statorwicklung
wirksam unterstützt ist. Die erwähnte Kühlung ist im Anwendungsbereich bei den heute üblichen Ausnützungen und magnetischen
Materialien auf etwa 20 MVA/Pol begrenzt. Wird die gleiche Konzeption für höhere Leistungen pro Pol vorgesehen,
steigen die Temperaturen auf Werte, die die zulässigen Grenzen übersteigen. Eine Möglichkeit, diesen hohen Temperaturanstieg
zu reduzieren, ist das Plazieren von Rohren direkt im Ständerblechpaket (Brown Boveri Mitteilungen, Band 53, Nr. 9, September
1966, S. 506). Diese Ausführungsform ist in Fig. 2a abgebildet.
Aus dem in Fig. 2b dargestellten Temperaturverlauf ist zu ersehen, dass ein Teil der Eisenverlustenwärme in das Statorwieklungskühlwasser
überführt wird. Durch diese Anordnung wird die Kühlwirkung weiter erhöht. In den Kühlrohren wird eine
Spannung induziert, so dass die Rohre isoliert werden müssen, um Blechschlüsse zu vermeiden. Im weiteren muss für das Einsetzen
der Kühlrohre genügend Spiel vorgesehen werden, was den
Wärmeübergang zwischen Blech und Kühlmedium nicht eindeutig definiert.
Bei Ausfall eines solchen Kühlrohres ist ein Ersatz nicht oder nur schwer möglich. Eine weitere Lösung wurde beschrieben
und abgebildet in "57. Technical Features and Economic Implications of the Seitevare Water-Cooled Hydro-Generator",
Liege 1970, S. 4 - 6. Das Statorblechpaket wird mittels der in
axialen Abständen eingelegten Kühlplatten gekühlt (Fig. 3). Diese Kühlung ist wirksam, die eingelegten Kühlplatten bedeuten
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hingegen einen grossen Aufwand und Verlust an aktivem Volumen.
In US-PS 2,664,512 ist eine Gaskühlung eines Rotorblechpakets und einer Rotorwicklung beschrieben. Bei dieser Anordnung sind
die Nuten mit an der Oberfläche der Isolation der Leiter und direkt in den Leitern angeordneten Kanälen versehen. Diese Lösung
ist jedoch nur für die Gaskühlung geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mängel des Vorbekannten zu vermeiden und ein flussigkeitsgekühltes Ständerblechpaket zu
schaffen, das wirksam gekühlt wird und konstruktiv einfach und reparaturfähig ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass in der Nut zwischen wenigstens einer Hauptisolation eines Wicklungselementes und dem Ständerblechpaket wenigstens ein
Kühlkanal angeordnet ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass eine intensivere Kühlung erreicht wird, was eine wesentliche
Steigerung der spezifischen Leistung pro Pol ermöglicht. Die erfindungsgemässe Anordnung kann man ohne grossen Aufwand herstellen.
Ferner ist es zweckmässig, wenn der Kühlkanal im Nutengrund
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angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform liegt der Kühlkanal verhältnismässig tief im Ständerblechpaket. Es empfiehlt
sich im Rücken des Ständerblechpaketes und/oder innerhalb desselben weitere Kühlkanäle anzuordnen. Bei dieser Anordnung
erreicht man eine noch intensivere Kühlung. In meisten Fällen sind die blossen Kühlkanäle wenig geeignet, weil die Dynamobleche kleiner Verlustziffer korrosionsfällig sind. Es ist
also zweckmässigj wenn die Kühlkanäle Kühlrohre enthalten.
Damit ist die Korrosions- und Leckagegefahr beseitigt oder wenigstens vermindert. Der Querschnitt der Kühlkanäle bzw.
der Kühlrohre ist nach einer bevorzugten Ausführungsform so dimensioniert, dass die Kühlflüssigkeitserwärmung pro Kanal
oder Rohr höchstens 20grd ist.Diese Dimensionierung der Querschnitte ermöglicht eine wirtschaftliche Ausgestaltung des
Ständerblechpakets. Vorteilhaft sind die besonders im Nutengrund angeordneten Kühlrohre mit einem halbrunden Profil ausgeführt.
Die Kühlrohre stehen unter einer vom Anbringungsort im Ständerblechpaket abhängigen Spannung. Es empfielt sich
darum, wenigstens die in der Nut bzw. innerhalb des Ständerblechpakets
angeordneten Kühlrühre elektrisch zu isolieren oder aus einem elektrisch isolierenden bzw. antimagnetischen
Material herzustellen. Um einen besseren Wärmeübergang zu erreichen, werden gemäss einer weiteren Ausgestaltung Zwischenräume
zwischen dem Kühlrohr und dem Ständerblechpaket mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeisp.iel des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht veranschaulicht.
Er zeigt:
Fig. la eine zum Stand der Technik zu zählende Lösung eines
flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets,
Pig. Ib einen im Ständerblechpaket nach Fig. la gemessenen
Temperaturverlauf,
Fig. 2a eine zweite zum Stand der Technik zu zählende Lösung eines flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets,
Fig. 2b einen im Ständerblechpaket nach Fig. 2a gemessenen Temperaturverlauf,
Fig. 3 eine dritte zum Stand der Technik zu zählende Lösung
eines flüssigkeitsgekühlten Ständerblechpakets,
Fig. 4 eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5a eine schematische Darstellung eines Teils des flüssigkeit sgekühlten Ständerblechpakets nach Fig. 1 und
Fig. 5b einen im Ständerblechpaket nach Fig. 5a gemessenen
Temperaturverlauf.
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1 <
In Fig, Xa ist ein Teil einae Ständerblechpakete mit 1 bezeichnet, eine Nut mit 2 und ein Kühlkanal im RUcken des Standerbleohpakets mit 3« In, Fig· Sa1 3, ^ und 5a sind gleiche '
Teile mit denselben Bezugazahlen versehen wie in Fig. la. In Fig. 2a bedeutet die Ziffer H Kühlkanäle innerhalb des Ständerblechpaket es 1. in Fig. 3 ist eine Kühlplatte durch die
Zahl 5 gekennzeichnet und ein in dieser eingelegtes Kühlrohr
"f|
bezeichnet und ihre Hauptisolationon mit 8. Ein Vei*iehlus8-'■ keil Ist durch die Zahl 9 gekennzeichnet, eiiiie Unterlage durch
die Zahl IO und eine Zwischenlaie durch did Zahl 11. Die Ziffer ;
12 bedeutet ein im Nutengrund angeordnetes Kühlrohr und die Ziffer 13 eine Isolation dieses Kühlrohrs Ϊ2. Mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllten Zwischenräume zwischen dem Kühlrohr 12 und dem Ständerblechpaket 1 sind durch die Zahl IH gekennzeichnet. Ein Kühlkanal bzw. der innere Raum des Kühlrohrs
12 ist mit der Zahl 15 versehen.
SGemäss Fig. la ist d&s Ständerblechpaket 1 mit der Nut 2 und dem
im Rücken des Pakets angeordneten Kühlkanal 3 für ein nicht dargestelltes Kühlrohr versehen. In Fig, Ib ist die Temperaturverteilung im Statoreisen gezeigt. Die Kühlung, der Statorwicklung
beteiligt sich selbstverständlich auch an der Kühlung des Eisens, etwa in der Mitte des Blechpakets kann die Kühlung des Eisens
jedoch unzureichend werden. Die weitere bekannte Lösung mit
den Kühlrohre enthaltenden Kühlkanälen Ί gemäss Fig. 2a weist
einen günstigeren Temperaturverlauf im Ständerblechpaket 1 (s. Fig. 2b) auf, der Ersatz eines solchen Kühlrohres ist
aber bei Ausfall kompliziert. Die dritte bekannte Ausführungsform
gemäss Fig. 3 enthält die in exialen Abständen eingelegten Kühlplatten 5 mit meanderartig angeordneten Kühlrohren 6. Diese
Lösung ist konstruktiv kompliziert und bedeutet einen grossen Verlust an aktiven Volumen.
In Fig. 4 ist die beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
schematisch gezeigt. Die zwei Wicklungselemente 7, z.B. zwei wassergekühlten Roebelstäbe, sind in der Nut 2 im Ständerblechpaket
1 angeordnet und mittels des Verschlusskeils 9 gehalten. Unter dem Verschlusskeil 9 ist die Unterlage 10 angeordnet
und zwischen beiden Wicklungselementen 7 liegt die Zwischenlage 11. Die Wicklungselemente 7 sind mit den Hauptisolationen
8 versehen. Im Nutengrund der Nut 2 zwischen der Haupt isolation 8 des unteren Wicklungselementes 7 und dem Ständerblechpaket 1
ist das halbrunde KUhlrohr 12 eingelegt. Das KUhlrohr 12 ist mit
der Isolation 13 versehen, kann aber auch aus einem elektrischen isolierenden oder einem nichtmetallischen Material bestehen.
Die Zwischenräume I1I zwischen dem Kühlrohr 12 bzw. seiner Isolation
13 und dem Ständerblechpaket 1 sind mit einer wärmeleitenden Masse ausgefüllt, womit ein besserer Wärmeübergang erreicht
ist. Der Querschnitt des Kühlrohrs 12 ist so dimensioniert,
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dass die KühlflUssigkeitserwärmung höchstens 20grd pro Rohr beträgt.
In Pig. 5b ist die in dem in Fig. 5a schernatisch dargestellten
Ständerblechpaket nach Fig. 4 gemessene Temperaturvertei
lung dargestellt. In diesem Temperaturverlauf ist die Wirkung aller drei KUhlsysteme sichtbar: links die Wirkung des im Rücken
des Ständerblec^.pakets 1 angeordneten Kühlkanals 3, rechts von
der Mitte die Wirkung des im Nutengrund angeordneten Kühlkanals 15 bzw. Kühlrohrs 12 und ganz rechts die Wirkung der Wicklungskühlung.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung dargestellte
selbstverständlich nicht beschränkt. Die in der Nut zwischen den Wicklungselementen und dem Ständerblechpaket angeordneten
Kühlkänäle oder Kühlrohre kann man mit anderen Kühlungsarten kombinieren, z.B. mit den innerhalb des Ständerblechpakets
angeordneten Kühlkanälen 1I oder mit anderen an sich bekannten
Kühlsystemen.
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Claims (6)
1. Flüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket einer elektrischen
Maschine mit in Nuten angeordneten Wicklungselementen und mit wenigstens einem in der Nut zwischen wenigstens
einer Hauptisolation eines Wicklungselementes und dem Ständerblechpaket angeordneten Kühlkanal, dadurch gekennzeichnet,
dass im Rücken des Ständerblechpaketes (1) und/oder innerhalb desselben weitere Kühlkanäle (3,4) angeordnet
sind.
2. Plüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige Kühlkanäle (15, 3, 4) Kühl-rohre (12) enthalten.
3. Plüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kühlkanäle (15, 3,4) und/oder der Kühlrohre (12) in bezug auf
die Strömungsgeschwindigkeit und die Eintrittstemperatur der Kühlflüssigkeit so dimensioniert ist, dass die Kühlflüssigkeitserwärmung
pro Kanal oder Rohr höchstens 20 grd ist.
4. Plüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrohre
(12) mit einem halbrunden Profil ausgeführt sind.
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5. Flüssigkeitfc-gekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 2,
; dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des ütänder-
blechpaketes (1) und/oder in der Nut (2) angeordneten Kühlrohre (12) elektrisch isoliert sind ader aus einem
; 5 elektrisch isolierenden Material bestehen.
g
6. Plüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 2,
I dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der in der
I Nut (2), im Rücken des Ständerblechpaketes (1) und inner-
halb desselben angeordneten Kühlrohre aus einem nichtmetal-
10 lischen Material bestehen.
7· Plüssigkeitsgekühltes Ständerblechpaket nach Anspruch 2,
I dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume (14) zwischen
I dem Kühlrohr (12) und dem Ständerblechpaket (1) mit einer
1 wärmeleitenden Masse ausgefüllt sind.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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