DE935442C

DE935442C - Kuehlung von Laeufern elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE935442C
Application number: DES8343D
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl-Ing Klebermass
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1939-10-08
Filing date: 1939-10-08
Publication date: 1955-11-17

Description

Kühlung von Läufern elektrischer Maschinen Die Kühlung langer elektrischer Maschinen bietet große Schwierigkeiten, weil es nur schwer gelingt, das Kühlmittel bis in die Maschinenmitte zu bringen. Das gilt insbesondere für Turbogeneratoren und bei diesen in erster Linie für den Läufer, der infolge seiner hohen mechanischen Beanspruchungen die Unterbringung von ausreichenden Kühlkanälen erschwert. Bei ungeteilten Läufern sehr großer Baulänge können die Kühlkanäle aus werkstattechnischen Gründen überhaupt nicht bis zur Maschinenmitte gebohrt werden. Diesem Teil des Läufers muß daher an seiner Oberfläche das Kühlmittel zugeführt werden. Das wird zum Teil durch Anwendung einer drei- oder mehrseitigen Kühlung erreicht, bei der bestimmten Teilen der Läuferoberfläche das Kühlmittel radial von außen durch die Schlitze des Ständerpaketes zugeführt wird. Die Wirkung dieser Läuferoberflächenkühlung ist dadurch in Frage gestellt, daß das Kühlmittel in radialer Richtung lange Wege zurücklegen muß, bis es auf die Oberfläche des Läufers gelangt.
Nach der Erfindung wird freier Nutraum des Ständers zur Kühlung des Läufers herangezogen. Die aktive axiale Länge des Läufers ist dabei größer als sein Durchmesser, und die Kühlung des Läufers erfolgt mittels eines Kühlmittels, das dem Läufer durch freie Räume des Ständers hindurch zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist von den Stirnseiten der Maschine aus durch freien Nutraum des Ständerblechpaketes dem mittleren Teil des Läufers ein Kühlluftstrom zugeleitet, wobei gegebenenfalls vorhandene radiale Ständerkühlschlitze in der Weise überbrückt sind, daß das Kühlmittel nur gegen den Läufer abströmen kann. Dadurch kann eine wirksame Kühlung der Läuferoberfläche in allen jenen Fällen erreicht werden, in denen nicht die ganze Ständernutfläche zur Unterbringung der Ständerwicklung benötigt wird. Dies ist vor allem bei Einphasenmaschinen der Fall, bei denen in der Regel nur zwei Drittel der Ständernuten bewickelt werden, während das restliche Drittel der Nuten leer bleibt. Gemäß der Erfindung werden nun z. B. diese leeren Nuten zur Zuleitung des Kühlmittels bis an die Läuferoberfläche herangezogen, wie in Fig. I und 2 der Zeichnung dargestellt ist. Das Kühlmittel wird den Wickelkopfräumen des Ständers I zugeführt und kann von hier axial in die leeren Nuten 2 einströmen. Da es sich hauptsächlich darum handelt, der Läufermitte das erforderliche Kühlmittel zuzuführen, muß verhindert werden, daß das durch die leeren Nuten des Ständers axial einströmende Kühlmittel schon vor Erreichung des Bestimmungsortes durch die radialen Ständerkühlschlitze 3 entweichen kann. Das wird dadurch erreicht, daß die leeren Nuten mit dünnwandigen Rohren 4 aus nichtleitendem Material ausgekleidet werden, die die Ständerschlitze 3 überbrücken. Werden an der Innenseite dieser Führungsrohre nur solche Austrittslöcher 5 angebracht, die in der Nähe der Maschinenmitte angeordnet sind, dann kann das Kühlmittel nur in der Maschinenmitte gegen die Oberfläche des Läufers 6 ausströmen, und die gewünschte Kühlung der Läufermitte wird somit erreicht.
Es ist zwar an sich bekannt, von Wicklung frei bleibende Teile der Nutenräume zur Kühlmittelzufuhr einzusetzen und radiale Ständerschlitze durch dünnwandige Rohre zu überbrücken. Dabei werden jedoch Ständernuten zur Kühlung des Ständers, nicht aber wie bei der Erfindung zur Kühlung des Läufers, herangezogen. Ferner ist es bekannt, Leernuten zur Kühlmittelführung zu verwenden. Diese Leernuten liegen jedoch nicht im Ständer, sondern im Läufer einer elektrischen Maschine.
Damit das Kühlmittel von beiden Wickelkopfseiten der Maschine ungehindert zur Maschinenmitte zuströmen kann, werden die Kühlmittelrohre 4 in der Mitte durch eine Trennwand 7 geteilt (s. auch Fig. 3), oder es werden überhaupt in jede leere Nut zwei Rohre 8 (Fig. 4) eingeschoben, die über je eine Maschinenhälfte reichen. Diese Rohre sind an dem eingeschobenen Ende 9 verschlossen. An der Austrittsstelle des Kühlmittels können die Rohre auch so ausgebildet werden, daß das austretende Kühlmittel ohne Wirbelbildung radial nach innen gelenkt wird. Das Rohr erhält an der Austrittsstelle zu diesem Zweck z. B. Umlenkführungen Io öder es wird abgebogen (Fig. 5).
Die Wirkung dieser Kühlung hängt von der dem Läufer zugeführten Kühlmittelmenge ab und ist also von der Kühlmittelgeschwindigkeit abhängig. Diese wiederum hängt vom Druckunterschied zwischen der Luftein- und -austrittssteile ab. Ist dieser ausreichend, dann genügt es, die Führungsrohre nur innerhalb des Ständerblechpaketes bis zu den Endblechen verlaufen zu lassen. Ist der Druckunterschied aber zu gering oder -will man eine besonders große Kühlmittelmenge der Läufermitte zuführen, dann können die Kühlmittelrohre II (s. Fig. 6) axial über die Endbleche des Ständers I hinaus in den Stirnraum zu einer vorteilhafterweise allen Rohren gemeinsamen Kühlmitteldruckkammer I2 geführt werden, der das Kühlmittel von einem geeigneten Druckraum zugeführt wird. Dieser Druckraum kann z. B. durch Anordnung eines besonderen Kompressors geschaffen werden.
Diese Anordnung der zusätzlichen Läuferkühlung gemäß der Erfindung ist außer für Einphasenmaschinen insbesondere für Grenzleistungsmaschinen geeignet, bei denen am ganzen Umfang des Ständers beliebig tiefe Lüftungsnuten I3 (Fig. 7) angeordnet werden können, wenn die eigentlichen Ständernuten I4 radial nach außen erweitert werden. Bei solchen Maschinen handelt es sich ja nur darum, eine bestimmte Leistung überhaupt erreichen zu können, ohne daß eine Vergrößerung des Ständeraußendurchmessers ins Gewicht fallen würde; auch hier werden zweckmäßigerweise Rohre I5 zur Führung des Kühlmittels verwendet. Es stehen also Kühlnuten am ganzen Umfang zur Verfügung und man muß nicht das ganze Kühlmittel der Läufermitte zuführen. Ordnet man die Austrittslöcher in den einzelnen Rohren I5 an verschiedenen axialen Stellen an, dann erhält man eine Kühlung der ganzen Läuferoberfläche. Wenn man mit geringerer Kühlwirkung zufrieden ist, dann kann die vorgeschlagene Läuferoberflächenbelüftung auch angewendet werden, wenn zwar alle Nuten bewickelt sind, aber manche davon nur teilweise. Das ist dann der Fall, wenn bei einer bestimmten Ausführung die erforderliche Leiterzahl für die vorgeschriebene Spannung nicht für alle Nuten die gleiche Anzahl von Leitern ergibt, so daß ein Teil der Nuten nicht voll bewickelt wird.
Die Belüftung des Läufers gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie neben der normalen Läuferbelüftung durch Kühlkanäle im Läufer selbst angewendet werden kann. Auf diese Weise wird eine besonders gute Kühlung erreicht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Kühlung von Läufern elektrischer Maschinen, wobei die aktive axiale Länge des Läufers größer ist als sein Durchmesser, mittels eines Kühlmittels, das dem Läufer durch freie Räume des Ständers hindurch zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von den Stirnseiten der Maschine aus durch freien Nutraum des Ständerblechpaketes ein Kühlluftstrom dem mittleren Teil des Läufers zugeleitet ist, wobei gegebenenfalls vorhandene radiale Ständerkühlschlitze in der Weise überbrückt sind, daß das Kühlmittel nur gegen den Läufer abströmen kann.
2. Kühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß leere Ständernuten (2) zur Kühlmittelführung verwendet werden.
3. Kühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von Wicklung frei bleibende Teile (I3) der Nutenräume zur Kühlmittelzufuhr verwendet werden.
4. Kühlung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei Grenzleistungsmaschinen die Ständernuten vertieft sind, so daß bei Anordnung der Wicklung auf dem Nutengrund (I4) ein großer Raum (I3) zur Kühlmittelführung zur Verfügung steht.
5. Kühlung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß dünnwandige Rohre (4), insbesondere aus nichtleitendem Stoff, zur Kühlmittelführung und zur Überbrückung radialer Ständerschlitze (3) im freien Nutenraum des Ständers angeordnet sind.
6. Kühlung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre derart mit Öffnungen (5) versehen sind, daß das Kühlmittel nur zum Läufer ausströmen kann.
7. Kühlung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zur Kühlung der Läufermitte nur in der Maschinenmitte mit Öffnungen (5) versehen sind. B. Kühlung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in der Maschinenmitte durch eine Trennwand (7) geteilt sind. g. Kühlung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Nut zwei je über eine Maschinenhälfte reichende, am Ende in der Maschinenmitte verschlossene Rohre (8) eingeschoben sind. Io. Kühlung nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre an der Kühlmittelaustrittsstelle zur radialen Ablenkung nach innen abgebogen sind bzw. Umlenkführungen (Io) besitzen. II. Kühlung nach Anspruch 5, 6, 7, 8, 9 oder Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (4, 8) nur innerhalb des Ständerblechpaketes bis zu den Endblechen verlaufen. I2. Kühlung nach Anspruch 5, 6, 7, 8, 9 oder I0, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (II) axial über das Ständerblechpaket hinaus in den Stirnraum zu einer insbesondere allen Rohren gemeinsamen Kühlmitteldruckkammer (12) geführt sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 298695, 3275I9 445936; österreichische Patentschrift Nr. 67615; britische Patentschrift Nr. 26261i.