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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.