DE876725C - Vorrichtung zum Kuehlen der Laeufer elektrischer Maschinen - Google Patents

Vorrichtung zum Kuehlen der Laeufer elektrischer Maschinen

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DE876725C
DE876725C DES2440D DES0002440D DE876725C DE 876725 C DE876725 C DE 876725C DE S2440 D DES2440 D DE S2440D DE S0002440 D DES0002440 D DE S0002440D DE 876725 C DE876725 C DE 876725C
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DE
Germany
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air
cooling
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rotor core
openings
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Expired
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DES2440D
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English (en)
Inventor
Oscar Anton Wiberg
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SVENSKA TURBINFAB AB
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SVENSKA TURBINFAB AB
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Kühlen der Läufer elektrischer Maschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen der Läufer elektrischer Maschinen, bei denen an jedem Ende des Läuferkerns eine Luftkammer vorgesehen ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Generatoren, bei denen aus Ersparnisgründen eine sogenannte unsymmetrische Kühlung mittels eines nur an einem Ende vorgesehenen Gebläses angebracht ist, welches die zur Kühlung des Läufers dienende Luft in Bewegung setzt. Diese Luft wird teils gegen die benachbarte Endfläche des Läufers, teils durch axiale Bohrungen des Läufers hindurchgetrieben. Bei den bekannten Läuferkühlungen dieser Art umspült die Luft, die aus den axialen Bohrungen austritt, das abgekehrte Ende des Läufers, ehe sie aus dem Läufer entweicht. Das dem Gebläse zugekehrte Ende des Läufers wird wirksamer gekühlt als das abgekehrte Ende. Dies hängt davon ab, daß die Kühlluft in der Nähe des Gebläses kälter ist, zumal die- Strömung an diesem Ende des Läufers günstiger' als am anderen Ende ist. Zweck der Erfindung ist es, die unsymmetrische Kühlung des Läufers mit geringem Bauaufwand gleichförmiger zu gestalten, so daß das vom Gebläse abgekehrte Ende des Läufers nahezu ebensogut gekühlt wird, wie das dem Gebläse zugekehrte Ende.
  • Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß nur die eine dieser Kammern in an sich bekannter Weise mit Kühlluft von einem Gebläse gespeist wird und mit den Läuferkern axial durchsetzenden Kühlkanälen in Verbindung steht, während die andere Kammer gegen diese Kühlkanäle abgeschlossen und derart mit besonderen Zu- und Ableitungskanälen oder öffnungen versehen ist, daß durch den eigenen Umlauf des Läuferkerns eine gegen die betreffende Endfläche gerichtete Luftströmung durch die Kammer hindurch erzeugt wird.
  • In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, und zwar stellt Fig. i eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Läufers eines Turbogenerators bekannter Bauart dar; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. i; Fig.3 zeigt einen Längsschnitt entsprechend dem im oberen Teil der Fig. i dargestellten Schnitt eines Teiles eines Läufers, der mit Kühlung nach der Erfindung ausgerüstet ist; Fig. q. ist ein senkrecht zum Schnitt nach Fig. 3 geführter Schnitt desselben Läuferteiles; Fig. 5 ist eine- Endansicht eines Läufers nach Fig:3, in kleinerem.Maßstab; Fig. 6 bis i i stellen abgeänderte Ausführungsfirmen des Erfindungsgegenstandes dar.
  • Bei dem in Fig. i dargestellten Läufer be= zeichnet i den Kern des Läufers und 2 die Windungen desselben. 3 und q. sind die beiden Läuferzapfen, die an dem Kern des Läufers durch die Verbindungsringe 5 bzw. 6 befestigt sind. Der Endflansch 7 des einen Zapfens dient zum Festbolzen des Zapfens an dem nicht dargestellten Turbinenzapfen. Die Lagerflächen sind mit 8 und 9 und die Schleifringe mit io bezeichnet.
  • Die Kühlluft wird von dem an einem Zapfen q. angeordneten Gebläse i i teils durch den nicht dargestellten Luftzwischenraum zwischen Läufer und Ständer und teils in den Läufer hineingetrieben, und zwar durch Löcher 12 des Verbindungsringes 6 und Bohrungen 13 des Zapfens 4., die nach der die Endfläche des Läufers umschließenden, durch den Verbindungsring 6 und - eine Aushöhlung des Zapfens gebildeten Kammer führen. Die durch die Löcher i2 hindurchtretende Luft strömt unmittelbar in die axialen Kanäle 14 in den Polbereichen des Läuferkerns hinein. Durch die Kanäle 1q. strömt auch die durch die Bohrungen 13 eintretende Luft, nachdem sie gegen die Endfläche des Läufers geströmt und_letztere gekühlt hat. Die aus den Kanälen 14 austretende Luft strömt am abgekehrten Ende des Läufers teils durch die Löcher 15 des Verbindungsringes 5 aus und teils in die durch den Ring 5 und die Aushöhlung des Zapfens 3 gebildete Kammer hinein. Die letztgenannte Luft umspült die Endfläche des Läufers in dieser Kammer und entweicht durch die Bohrungen 16 des Zapfens 3.
  • Wie schon erwähnt worden ist, wird das vom Gebläse abgekehrte Ende des Läufers schlechter gekühlt, als das dem Gebläse zugekehrte Ende. Am letztgenannten Ende strömt die durch die Bohrungen 13 eintretende Luft unmittelbar gegen die Endfläche des Läufers und kühlt somit wirksam die dort befindlichen Windungen und die dazugehörigen Verschlußkeile, ehe die Luft durch die Kanäle 1q. fließt. Am anderen, und zwar linken Ende des Läufers hat die Luft, die aus den Kanälen 1q. austritt,. eine höhere Temperatur wegen der` Wärmeaufnahme: Ferner strömt die Luft hier nicht gegen die Endfläche des Läufers, sondern gegen den Verbindungsring und den Läuferzapfen. Die hierdurch bedingte schlechtere Kühlung dieses Läuferendes kann zu Beschädigungen der Windungen in diesem Teil des Läufers führen.
  • Durch die Erfindung soll bewirkt werden, daß die durch die Kanäle 1q, strömende Luft ausschließlich durch die Löcher 15 entweicht oder anderswo an den Luftzwischenraum zwischen Läufer und Ständer gelangt, ohne mit der betreffendenEndfläche desLäufers inBerührung zukommen.
  • Bei der in Fig: 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sind zu diesem Zweck gewisse der Löcher 15 unmittelbar mit den Kanälen 14 verbunden. Hierzu eignen sich besonders diejenigen Löcher 151, die gerade gegenüber den Kanälen 1q, angeordnet sind. Die übrigen Löcher 152 des Verbindungsringes dienen dann zum Auslassen von Luft, die durch die Bohrungen 16 in die. durch den Verbindungsring 5 und die Aushöhlung des Zapfens 3 gebildete Kammer an diesem Läuferende eintritt. Diese eintretende Luft strömt gegen die Endfläche des Läufers und umspült dieselbe unter Aufnahme von Wärme. Die Verschlußkeile können erfindungsgemäß Kühlflansche tragen, wodurch eine größere Kühloberfläche und eine gewisse Gebläsewirkung erreicht wird. Der Luftumlauf wird hauptsächlich dadurch erzielt, daß die Löcher 152 auf einem größeren Durchmesser liegen als die Bohrungen 16, so daß verschiedene Umlaufgeschwindigkeiten entstehen.
  • Die Verbindung der Kanäle i¢ mit den entsprechenden Löchern 151 wird gemäß Fig. 3 durch Verbindungsrohre 17 erzielt. Die Windungen 2 werden durch die Keile 18 in ihren Nuten festgehalten. Die Kühlflansche der Keile können verschiedenartig ausgebildet sein. Fig. 3 stellt einige Beispiele verschiedener Ausführungen dar. Die mit i9 und 2o bezeichneten Flansche sind in Nuten der Keile befestigt. Zur besseren Befestigung, ist der Fußteil des Flansches 2o außerdem schwalbenschwanzförmig. Der mit 2i bezeichnete Flansch ist aus einem Stück mit dem Keil ausgebildet. Der unten in der Fig, 3 dargestellte Keil trägt zwei Flansche 22, die beide aus einem Stück mit dem Keil hergestellt sind. Wie bei 23 dargestellt, kann der Flansch aus einem Stück mit einem besonderen äußeren Keil hergestellt sein.
  • Die Fig. q., die einen Schnitt nach einer zu dem Schnitt in Fig. 3 senkrechten Ebene darstellt, läßt erkennen, wie die durch eine Bohrung 16 eintretende Luft zwischen die parallelen Kühlflansche einströmt und an denselben entlang strömt, um dann durch ein Loch 152 auszutreten. Die Strömungsrichtungen sind durch Pfeile angedeutet.
  • Die Fig. 5 läßt erkennen, wie sich die Löcher 151 und 15 2 in der Umfangsrichtung des Läufers verteilen. Die Löcher 151 liegen gerade gegenüber den Kanälen 1q. im Läuferkern.
  • Zwecks Erreichung einer größeren Strömungsgeschwindigkeit und einer erhöhten Kühlwirkung können an die Löcher 152 gebogene Rohrteile, wie bei 25 in Fig. 6 dargestellt ist, angeschlossen werden. Hierdurch entsteht ein größerer radialer Abstand zwischen den Bohrungen 16 und den Mündungen der Löcher 152. Die Rohrteile werden zweckmäßig in bezug auf die Umdrehungsrichtung nach hinten gebogen, so daß sie ejektorartig werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit noch weiter gesteigert wird.
  • Anstatt der Rohrteile kann man, wie es die Fig. 7 und 8 erkennen lassen, auf der die Löcher 152 aufweisende Wand Platten 26 derart abwechselnd mit den Löchern anordnen, daß sie beim Umlauf des Läufers eine Saugwirkung in den Löchern hervorrufen. Aus der in Fig.9 dargestellten Endansicht ist ersichtlich, daß die Bohrungen 16 schräg gerichtet sein können, um das Einströmen der Luft zu begünstigen. Der vordere Teil der Mündung der Bohrungen kann abgeschrägt werden, wie bei 27 angedeutet ist, um das Eintreten der Luft beim Lauf zu erleichtern.
  • Bei der in Fig. io im Längsschnitt und in Fig. ii in Endansicht dargestellten Ausführung enden die Kanäle 1I im Innern des Läuferkerns, so daß sie mit dem Innern des Verbindungsringes 5 nicht in Beriihrung stehen. Das Austreten der Luft aus den Kanälen 1..,. erfolgt durch Querbohrungen 29 im Kern, die in der Umfangsfläche des Kerns münden. Wenn die Bohrungen 29, wie in Fig. i i angedeutet, schräg angeordnet werden, wird das Austreten der Luft aus den Kanälen 14. gefördert.
  • Bei dieser Ausführung können sämtliche Löcher 15 des Verbindungsringes 5 zum Auslassen der durch die Bobrungen 16 angesaugten Luft dienen. Die durch die Bohrungen 16 eintretende Luft wird durch eine kegelige Wand 28 im Innern des Ringes 5 gegen den mittleren Teil der Endfläche des Läuferkerns geführt. Anstatt paralleler Kühlflansche trägt die Endfläche des Läuferkerns radial gerichtete Kühlflansche 3o, die sich vom inneren Ende der kegeligenWand28 nach außen erstrecken.

Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum Kühlen der Läufer elektrischer Maschinen, bei denen an jedem Ende des Läuferkerns eine Luftkammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur die eine dieser Kammern in an sich bekannter Weise mit Kühlluft von einem Gebläse gespeist wird und mit den Läuferkern axial durchsetzenden Kühlkanälen in Verbindung steht, während die andere Kammer gegen diese Kühlkanäle abgeschlossen und derart mit besonderen Zu- und Ableitungskanälen oder Öffnungen versehen ist, daß durch den eigenen Umlauf des Läuferkerns eine gegen die betreffende Endfläche gerichtete Luftströmung durch die Kammer hindurch erzeugt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die längs laufenden Kühlkanäle (1d.) des Läufers durch Rohrverbindungen (17) mit in dem Verbindungsring (5) zwischen dein Läuferkern und dem Läuferzapfen vorgesehenen Löchern (151) derart verbunden sind, daß die in den Kanälen (1d.) strömende Luft durch die Löcher (r51) austritt, ohne in das die genannte Kammer darstellende Innere des Verbindungsringes eintreten zu können.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Gebläseluft gespeisten längs laufenden Kühlkanäle (14) im Innern des Läuferkerns enden und durch Queröffnungen (29) mit dem den Läufer umgebenden Luftraum in Verbindung stehen.
  4. 4,. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Queröffnungen (29) derart schräg angeordnet sind, daß sie durch ihre Schrägstellung den Austritt der Luft aus den Kanälen (1I) begünstigen.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer außerhalb des vom Gebläse abgekehrten Endes des Läuferkerns Kühlflansche aufweist, die durch die Verschlußkeile der Windungen des Läuferkerns getragen werden und der Abkühlung dieser Keile und der entsprechenden Windungen dienen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflansche der Verschlußkeile parallel verlaufen, und zwar so, daß ihre Enden gegen im betreffenden Verbindungsring vorgesehene Löcher (152) gerichtet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflansche der Verschlußkeile entweder aus einem Stück mit dem Keil oder einem Teil davon hergestellt oder in Nuten der Keile befestigt sind. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Auslassen der Kühlluft aus der von den längs laufenden Kühlkanälen (14) getrennten Luftkammer an dem vom Gebläse abgekehrten Ende des Läufers dienenden Öffnungen (152) mit Verlängerungsrohren (25) versehen sind, die die Mündungen der Öffnungen (152) auf einen größeren Durchmesser verlegen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsrohre (25) in bezug auf die Umlaufrichtung des Läufers so nach hinten gebogen sind, daß sie eine gesteigerte Saugwirkung erzeugen. io.
  10. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ableitungsöffnungen (152) aufweisende Wand der von den längs laufenden Kühlkanälen (I4) getrennten Luftkammer (Fig. 7, 8) auf ihrer äußeren Fläche Platten (26) trägt, die derart zwischen oder abwechselnd mit den Öffnungen (26) angeordnet sind, daß sie beim Umlauf desLäufers eine Saugwirkung in den Öffnungen hervorruft. ii.
  11. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einlassen von Kühlluft an das vom Gebläse abgekehrte Ende -des Läuferkerns dienenden Bohrungen (16) in der Umlaufrichtung des Läufers nach vorn geneigt und zweckmäßig am vorderen Ende ihrer Mündungen abgeschrägt sind, um das Einströmen der Luft in die Bohrungen zu begünstigen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gebläse abgekehrte Endfläche des Läuferkerns mit radial oder im wesentlichen radial gerichteten Kühlflanschen (30) versehen ist, wobei zur Führung der Luft an das innere Ende dieser Kühlflansche eine Führungswand (28) in der durch den Verbindungsring (5) umschlossenen Kammer vorgesehen ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1162713A2 (de) * 2000-06-07 2001-12-12 ALSTOM Power N.V. Turbogenerator mit einem Rotor mit direkter Gaskühlung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1162713A2 (de) * 2000-06-07 2001-12-12 ALSTOM Power N.V. Turbogenerator mit einem Rotor mit direkter Gaskühlung
EP1162713A3 (de) * 2000-06-07 2004-05-26 ALSTOM Technology Ltd Turbogenerator mit einem Rotor mit direkter Gaskühlung

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