DE896086C

DE896086C - Elektrische Maschine, insbesondere Generator hoher Drehzahl mit je einem getrennten, gasdicht abgeschlossenen Raum fuer den Staender und den Laeufer

Info

Publication number: DE896086C
Application number: DEB19838A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl-Ing Kroell
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1952-04-04
Filing date: 1952-04-04
Publication date: 1953-11-09

Description

Elektrische Maschine, insbesondere Generator hoher Drehzahl mit je einem getrennten, gasdicht abgeschlossenen Raum für den Ständer und den Läufer Bei elektrischen Maschinen, wie Generatoren hoher Drehzahl, sind insbesondere bei Anwendung der Luftkühlung die Luftreibungsverluste im Verhältnis zu den Gesamtverlusten anteilmäßig hoch. Um diesem Nachteil zu entgehen, wurde daher für die Kühlung elektrischer Maschinen Wasserstoff an Stelle von Luft verwendet, da dieser nicht nur den Vorteil der -geringeren Reibungsverluste hat, sondern auch eine günstigere Wärmeableitung ermöglicht. Bei diesen wasserstoffgekühlten Maschinen erfolgt die Umwälzung des Wasserstoffes unter geringem Überdruck, der je nach .der Belastung der Maschine variiert werden kann. Die Verwendung von Wasserstoff zur Kühlung elektrischer Maschinen hat Vorteile zur Folge, die es gestatten, entweder die Abmessungen der Maschine zu verkleinern oder deren Leistungsfähigkeit. zu erhöhen. Die Wasserstoffkühlung bringt aber auch. verschiedene Nachteile mit sich. Abgesehen davon, d:aß das ganze Gehäuse,der Maschine, insbesondere die Durchtrittsstelle der Welle, sehr sorgfältig abgedichtet werden muß, muß auch das zur Dichtung und Schmierung dienende Öl jedesmal, wenn es mit der Außenluft in Berührung gekommen ist, durch Evakuieren von der aufgenommenen Luft befreit werden, bevor es wieder mit :dem wasserstoffgefüllten Innern der Maschine in Berührung kommt. Die Reinheit des Wasserstoffes in der Maschine muß laufend überwacht werden, um die etwaige 'Ehtstehung von Knallgas rechtzeitig zu erkennen.-Schließlich muß aus Sicherheitsgründen das Maschinengehäuse so stark gemacht werden, daß es den Druck einer trotz aller Vorsichtsmaßregeln als möglich inBetracht zu ziehendenKnallgasexplosion aushält. Die Gesamtheit der bei der Wasserstoffkühlung erforderlichen zusätzlichen Maßnehmer und Einrichtungen wird daher recht umfangreich und .kostspielig.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ähnliche oder noch weitergehende Vorteile, wie sie d-ie Wasserstoffkühlung bietet, ohne -,die Verwendung von Wasserstoff zu erreichen.
Zu diesem Zweck wird in an sich bekannter Weise der Läuferraum und der Ständerraum der Maschine je für sich gasdicht abgeschlossen. So-.dann wird erfindungsgemäß der Druck in dem mit Luft oder einem anderen nicht brennbaren Gas gefüllten Ständerraum so hoch gehalten und das Gas wird durch geeignete Vorrichtungen so. intensiv umgewälzt und in passenden Wärmeaustauschern gekühlt, daß sich eine sehr intensive Abführung der Verlustwärme aus dem Ständerraum ergibt. Dabei wird durch den erhöhten Druck außerdem noch die Durchschlagsfestigkeit der Isolation erhöht, woraus sich ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt. Gleichzeitig wird der Läuferraum zur Verringerung der Gasreibungsverluste des Läufers mittels einer Vakuumpumpe unter Unterdruck gehalten. Im Falle eines hohen Vakuums im Läuferraum ist es denkbar, die Oberflächenreibung des Läufers praktisch auf den Wert Null zu bringen. Die Abführung der noch verbleibenden Läuferverluste, insbesondere der Stromwärmeverluste,kann in bekannter Weise .durch ein. gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel erfolgen, das zweckmäßig durch Bohrungen in der Welle zu- und abgeführt wird.
In der Zeichnung ist in einem Ausführungsbeispiel ein Generator mit ider erfindungsgemäßen Anordnung im Querschnitt dargestellt.
Das Gehäuse des Generators ist in zwei gasdicht voneinander getrennte Räume, und zwar in einen Läuferraum i und in einen Ständerraum a unterteilt. Der Zylinderform aufweisende, von zwei Isolierzylindern ig, 2o und den Innenflächen des Ständereisens i i gebildete Raum i enthält den Läufer 3, dessen Wellenenden q, 5 über Gasabdichtungen 6, 7, beispielsweise Flüssigkeitsdichtungen, nach außengeführt sind. Das Wellenende 5 ist weiterhin für die Innenkühlung des Läufers mit einem Rohranschluß 8 für die Zuführung und mit einem Rohranschluß 9 für die Abführung des Kühlmittels, das ein flüssiges oder :gasförmiges. Medium sein kann, versehen. Hierbei sind die beiden Rohrleitungen 8 und 9. konzentrisch zueinander angeordnet. Der Läuferraurri i ist über eine Rohrleitung io mit einer Vakuumpumpe 18 verbunden, die den Läuferraum i unter Vakuum hält.
In dem unter Überdruck stehenden Ständerraun a sind das Ständerblechpaket i i und die Wicklungen 12 angeordnet. Zwei gegenüberliegende Seiten des Statorraumes a sind mit je einem innen oder außen liegenden Kühlrohrsystem 13, 13' verbunden, von denen jedes einen fremd angetriebenen Ventilator 14 bzw. i4.' und einen Wärmeaus tauscher 15 bzw. 15' aufweist. Den beiden Wärmeaustauschern 15, 15' wird .weiterhin noch über die Zu- und Abführungsrohre 16, 17 bzw. 16', 17' ein besonderes Kühlmittel, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit zugeführt.
Bei in Betrieb befindlichem Generator wird die ebenfalls in Tätigkeit gesetzte Vakuumpumpe i8 ein Vakuum in dem Läuferraum i erzeugen und aufrechterhalten. Zufolge dieses Vakuums wird die Oberflächenreibung in dem Läufer 3 sehr niedrig gehalten. Die eventuell noch in geringem Maße auftretende Wärme wird hierbei zum Teil durch Strahlung und zum Teil durch das in den Läufer 3 eingeführte Kühlmittel abgeleitet.
Die Umwälzung des unter Überdruck stehenden Gases in den. Statorkühlsystemen 13, 13' geht in der in der Abbildung durch Pfeile angedeuteten Weise vor sich. Die Strömungsrichtungen der beiden Kühlströme, sind hierbei abwechselnd in :den KühlkanäJen des Stato:rblechpaketes vi entgegengesetzt gerichtet. Eine intensive Kühlung wird dadurch herbeigeführt, daß .den Wärmeaustauschern 15, 15' über die Rohre 16, 17 bzw. 16, 17' eine Kühlflüssigkeit zufließt. Durch diese Flüssigkeitskühlung der Wärmeaustauscher 15, 15' ist es möglich, .diese in ihren Abmessungen klein zu halten. Der Gasdruck im Stünderraum ist mindestens so hoch gehalten, daß sich eine in bezug auf die Hochspannungswicklung günstige Isolationsfestigkeit neben einer günstigen Konvektionsziffer des Kühlgases ergibt.
Die Eh7findung erstreckt sich nicht nur auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform. Es sind auch andere im Rahmen der Erfindung liegende Anordnungen hinsichtlich der Ausbildung des Stator- und Läuferraumes und der Kühlsysteme für den Läufer und Stator denkbar. So können beispielsweise die Statorkühlsysteme auch innerhalb des Maschinengehäuses eingebaut werden. Ebenso bestehen für die Kühlung des Rotors auch andere technische Möglichkeiten,, beispielsweise daß das Kühlmittel auf der einen Seite des Läufers eingeführt und von der anderen Seite wieder abgeführt wird. Eine ähnliche Anordnung ist auch für die Vakuumbildung des Läuferraumes möglich sowie auch ein Anschluß an den Vakuumraum des Kondensators der Dampfturbine denkbar.
Der Läuferraum kann unter Umständen statt mit Luft auch mit irgendeinem anderen, Gas gefüllt sein, das unter Unterdruck gehalten wird. Dabei können für -die Aufrechterhaltung des Unterdruckes und die Reinheit des Gases auch an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden. Für die Abdichtung von Gasräumen elektrischer Maschinen sind bereits verschiedene Abdichtungsanordnungen bekanntgeworden und vorgeschlagen, die auch sinngemäß bei der Maschine nach der Erfindung gegebenenfalls unter entsprechender Vereinfachung Anwendung finden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrische Maschine, insbesondere Generator hoher Drehzahl, mit je einem getrennten, ;gasdicht abgeschlossenen, Raum für den Ständer und den Läufer, dadurch gekennzeichnet, daß betriebsmäßig der Läuferraum unter Unterdruck und gleichzeitig der Ständerraum unter Überdruck steht.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß -,der Läufer mit flüssigen oder gasförmigen Stoffen innengekühlt wird.
3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abführung des Kühlmittels für .die Innenkühlung des Läufers an konzentrisch zueinander angeordneten Rohranschlüssen des einen Wellenendes erfolgt.
4. 'Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Ständerraum so hoch, gehalten wird., daß sich neben einer günstigen Konvektionsziffer des Kühlgases auch eine in bezug auf die Hochspannungswicklung günstige Isolationsfestigkeit ergibt.
5. Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Überdruck stehende gasförmige Medium im Ständerraum durch. fremd angetriebene Ventilatoren oder Gebläse umgewälzt und durch Wärmeaustauscher, vorzugsweise mit: Flüssigkeitskühlung, gekühlt wird. Angezogene Druckschriften.: Deutsche Patentschriften Nr. 132 145, 4o'4 01 1, 442 56,5, 227 6,5 1, 337 561, 374 573; Bergbau und Energie, Bd. 3" 19,50, S. 310i7.