JPS63202242A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 艦業上の利用分野 本発明はケーシングと、内周の溝に配設された直接冷却
される固定予巻導体を有する前記ケーシング内に配置さ
れた固定子と、回転子とを有し、固定子の成層体が間隔
保持材によって互いに距離を置いて配置されている個々
の部分積層板束から構成されかつ２つの前後する謬分積
層板東間の′ｇ、間が半径方向に延びる通風ダクトを形
成し、この通風ダクトが固定子成層体東の内周における
環状の空隙を、固定子成層体の外周とケーシングとの間
に存在する室空間に連結し、この室空間が冷ガス室及び
熱ガス室を包括し、冷ガス室から冷たい冷却ガスが所属
の第１空隙に圧入されまた熱ガス室には加熱された冷却
ガスが第２空隙から半径方向で外側に向かって流れ込み
、冷却ガス搬送装置及び冷却ガス−案内装置は少なくと
も一方の機械端部に、有利には機械の両端に装備され、
これが熱交換器を介して冷却された冷却ガスを冷ガスと
して冷ガス室に導きまた加熱された冷却ガスを熟ガス室
から再び吸込む形式の電気機械に関する。

従来の技術 これらの特徴を有するカス冷却される電気機械は例えば
欧州特許出願第８５１０８７６５．０号明ｍ書から又は
西ドイツ国特許出願公開第３４４４１８９号明細書から
公知である。

いわゆる間接冷却の趣旨は、固定子成層体内に生じる冷
却媒体（水又は空気）の損失を除去することにある。こ
の場合主たる熱流は銅導体から絶縁物を介して固定子成
層体の歯状範囲に生じ、この熱は固定子歯状部から冷却
媒体で放出される。

この場合加熱の限界は絶縁物の５熱性によって、史には
相応するＩｋＫ温度によって予め定められておりこれは
通常絶縁物の種類によって決定される（八ＮＳＩ、ＩＥ
ｃ） 絶縁物に埋込まれた固定予調と絶縁物の外層との温度差
は比較的大きいことから、代表的な冷却原理による間接
的なガス冷却タービン発電機の最大効率は限定される。

従って冷却を改良する諸提案は多数存在するが、この努
力はｔとしてｖｓ械の中央部を強力に冷却することに集
中している。

Ｉ＆初に記載した欧州特許出願用＃ｌｌ書にはガス冷却
される電気機械が記載されており、この場合冷却ガスは
グループにまとめられた通風ダクトによって供給及び排
出される。その１つのグルー１では冷たい冷却ガスが薄
板背面から機械空隙に、漬れ、他のグループでは加熱さ
れた冷却ガスが機械の空隙から固定子の背面に流れる。

すでに加熱された冷却ガスで巻導体が付勢されるのを阻
止するために、第２グループの通風ダクト内で巻導体は
隔壁により仕切られ、新鮮なガスが貫流する歯先面内の
巻導体に対向する軸方向の開口溝を介して冷却される。

これは作動部の長手方向での温度水準を十分に均一化す
ることを可能にする。

西ドイツ国特許出願公開第３４４４１８９号明綱簿から
公知のガス冷却機械では熱伝達及び冷却ガス流の利用を
改良するため、固定子成層体の歯に樹内冷却溝を設け、
これを半径方向の通風ダクト、すなわち冷ガススリット
及び熱ガススリットと連結させる。冷ガス室の軸範囲内
で互いに隣り合う薄板層を異なって打抜くことにより半
径方向−軸方向の冷却細道を構成するが、この場合打抜
箇所は少なくとも半径方向で重なり合う、冷却細道は冷
却ガス排出スリットを介して機械空隙に接続されている
。熱ガス室の軸範囲内に配置された部分積層板束に冷ガ
ス環を重ねる。このため軸方向のあふれ渭及び半径方向
の補償スリットを設ける。後者はそれぞれ半径方向の熱
ガススリット間のほぼ中央に配置し、これよりも小さな
軸幅を有する。

上記の二つの公知手段は固定子成層体の構成及び設置に
多大の処置手段を要し、従って高価につく。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、従来複雑で高価につく直接冷却機型に
よってのみ補償することのできた範囲で、実際に固定子
成層体の歯状範囲の横道を変えることなくコスト的に極
めて有利な間接冷却機の効率を著しく高めることのでき
る、最初に記載した形式のガス冷却電気機械を得ること
にある。

問題点を解決するための手段 この課題は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項の
上位概念部に記載した諸特徴を有するガス冷却電気機械
において、Ｉ％械の中央部に存在する熱ガス室が個別の
冷却ガス導管を専有し、これらの導管が端部熱ガス室を
迂回して中央熱ガス室と熱交換器とを直接連結している
ことにより解決される。

この方法では中央熱ガス室からの加熱された冷却ガスと
端部熱ガス室からの加熱された冷却ガスとの混合は阻止
される。しかし冷却作用にとって極めて大きな意義を有
するのは、各体積流を個々の通風ダクトを介してまたこ
れに所属する空隙及び室空間に、機械の長手方向での温
度分布がほぼ完全に均一化されるように分配できること
である。

実施例 次に本発明を実施例に基づき詳述する。

水素冷却タービン発電機の冷却原理を第１図に示す０発
′４ｉａは左右対称に構成されていることから機械の半
分のみを考察する。この図面では本発明を直接理解する
のに不必要なすべての個体は省略されている。この種の
機械の一層詳細な図面及び説明は例えばスイス国特許第
６０７４２１号明細書に開示されている。

主通風機１から搬送された冷却ガスはコイル端空間２内
で明々の部分体積流に分けられ１機械内の種々の流動溝
に次のように配分される一一層１の体積流３は同転子５
の回転子コイル端４を介して、 一層２の体Ｍ流６は回転子巻線（図示されていない）を
冷却するため回転子作動部７を介して。

一層３の体積流８は機械空隙９を介して、−第４の体積
流１０は冷ガス涌ｌ【を介して、固定子成層体１３とこ
れを囲む機械ケーシング１４との間の空間で冷ガス室１
２に。

固定子成層体１３、従って固定予巻導体Ｉ５の冷却は半
径方向に延びる通風ダクト１６（これは個々の部分積層
板束間に構成されている）によって行われる。これらの
通風ダクト【６は固定子の作動部会長にわたって均一に
配分され、機械の半分でそれぞれ３つの帯域に分配され
る。

各帯域には固定子背面でｔｉｌｌの室が配置されており
、これにより各部分体積流が異なる半径方向の通風ダク
トに所属させられる。加熱された冷却ガスはその循環系
の終端で冷却器１７に供給され、主通風機ｌの吸気室１
８に流れ、そこから再び循環系に導かれる。

固定子内における基本的な冷却ガス移動過程並びに個々
の室への部分体積流の分配は第２図に示されており、こ
の場合同じ部分は第１図におけると同じ符号を付されて
いる。

機械の半分のそれぞれで固定子成層体を３つの帯域１．
［１びＩに分割する処理は次のように行う： 帯域■：冷ガス（ｆ４ｃ積流８）及び回転子コイル端４
からの加熱された冷却ガス（＃検 流３）での空隙９を介しての冷却ガス 供給、 帯域■：固定子背面から溝ｌｌ及び冷ガス室１２（体積
流１０）を介しての冷却ガス供給、帯域Ｍ：帯域「から
のガス流及び回転子５からの加熱された冷却ガス（体積
流６＋１０）での空隙９を介しての中央熱ガス室 ２ＯＲ並びに２ＯＬへの冷却ガス供給。

この場合体Ｍ流６ト１０は中央熱ガス室２ＯＬ＜帯域■
）から右側の半分の機械の冷却ガス循環系に導かれ、−
左右側の半分のＩＩ械から左側のＷ１環系に引き込まれ
ることが見て取れる。この帯ｈＮＩＩ［からのガス流の
交叉する冷却ガス移動過程は左右半分づつの＃ｌ械から
のガス流を部分的に混合し、４つの冷却器の１つが欠落
又は待機している場合にも僅かに減少した効率で確実な
運転を保証する。この手段は本発明の作用効果にとって
！！要なことではなく、本発明を実際上の使用との関連
において記載するに害たって例示的に述べたにすぎない
。

機械の中央部には帯域用への導入に際してすでに加熱さ
れた冷却ガス（体積流６＋ＩＯ＞が供給されることから
９機械中央部Ｍにおける導体が明らかにｊ＆高温度にな
る（これは発電機の最大鵜用を制限する）ことは第２図
から明らかである。ガス流（体積流６＋ＩＯ）の比較的
高い温度に対しては特に加熱回転子ガス（体積流６）が
関与している。固定子導体内では機械の長手方向での温
度分配が生じ、その基本的な経過は第３図に示す、この
場合縦軸は固定予巻導体の温度Ｔをまた横軸は機械の長
手方向りを表す。

更に第２図から、帯域■に所属する外側熱ガス室＋９Ｌ
では帯域覆からの体積流６＋ｌＯと帯域■からの体積流
３＋８が混合されることが明らかである。第２図による
冷却ガス移動過程から更に１例えば通風機の効率を高め
ることによって全体積流を増す処理が、機械の長手方向
での温度水準の均一化には本質的に無関係であることは
明らかである。それというのも体積流６＋１０の流動抵
抗は体積流３＋８のそれに比べて著しく高いからである
。循環系内の圧力を高める３１８Ｆ！！、も、この方法
では帯ｍｒ及び■内の圧力差を小さくし得ないことから
、好ましい結果をもたらさない。

第２図に示した冷却ガス移動過程をガス冷却される機械
内に生ぜしめるための構造様式は、展■して示した機械
外周の半分に対する第４図の配管路図から出発する。こ
の場合帯域１、■及び１は第２図の各帯域に相応する。

冷却ガスの供給及び排出は、固定子成層体１３とケーシ
ング１４との闇の空間で、容管並びに容管の間の空間を
介して行う、容管それ自体は、管板で常用の方法で分離
壁２１〜２５に固定されている。第１分ｌＩＩ壁２１は
主通風機１の吸気室１８をコイル端空間２から仕切る０
分離壁２２はコイル端空間２を外側熱ガス室１９Ｌから
分層する９分離壁２３は外側熱ガス室１９を冷ガス室１
２から分離し、これにより帯域Ｉが限定される５分離壁
２４は冷ガス室１２を内ｐｓ熱ガス室２０Ｌから分離し
、これにより帯ｂｊｉｒＩが限定される０分離９．２５
は機械の中央Ｍに存在し、帯ｍｍを限定する。冷却ガス
の流動方向はできるだけ長く矢印で表されており、以゛
ドに詳述する： 冷却器１７から冷却ガスは主通風機１（第４図には示さ
れていない）を介してコイル端空間２に達し、そこから
管１１を介して外側熱ガス室１９を貫滝し、左側の冷ガ
ス室１２Ｌに達する。そこからなお冷たい冷却ガスは通
風ダクト１６を通りて半径方向で内部へ向けて固定子成
層体１３に入り、そ二でこの成層体からのまた固定予巻
１１１５からの熱を受け、回転子からの熱回転子ガス（
体積流６）と混合され、通風ダクトを介して半径方向で
外側へ向かって流れ内部熱ガス室２０Ｌに達する。その
後加熱された冷却ガス（体積流６−１−１０）は管２６
Ｒ（これは右側の内部熱ガス室２０Ｒ並びに右側の冷ガ
ス室１２Ｒを貫通する）を通って右側の外部熱ガス室１
９Ｒに１次いで管２７Ｒ（これはコイル端空間２を貫通
する）を通って右＋１！！機械端部の冷却器１７に戻る
。

同様にして右側の機械半分の体積流６＋１０は右側の内
Ｍ熱ガス室２ＯＲに達し、次いで管２６Ｌを介して左側
の外部熱ガス室１９１−に達する。ここで体積流６＋ｌ
Ｏは体積流３モ８と混合され、管２７Ｌを介して左側機
械端の冷却器１７に戻る。

導体中央における著しい最高温度を明らかに低下させる
処理は本発明によれば、帯域■を迩る体積流を増加させ
１通風機の全搬送量が一定の場合には帯域■を通る体積
流を減少させることによって達成することができる。こ
の目的は全冷却ガス系を本質的に損なうことなしに、体
積流■を絞ることによって達成することができる。それ
というのもこれにより帯域Ｉからの熱ガス排出溝の断面
が挟まり、また帯域■からの加熱された冷却ガスが帯域
■に所属する外側熱ガス室１９シを介してではなく、直
接的に両ＭＩ４械端部の冷却器１７に戻されるからであ
る。

第り図に、改良された体積流分配を従来のもの（第５ｂ
図）と菫的に比較して示す、帯域」に帯域「及び場合に
よっては付加的に空隙９を介して供給されるガス量が増
すことによって、帯域■への人口で冷却ガスの効果的な
混合温度はこの範囲での加熱回転子ガスとの混合後低下
し、これにより固定子導体の所望の冷却改良が確保され
る。帯域■及び旧の部分体積流を例えば３０％から６０
％に高める処理は、全搬送量が変わらない場合帯域Ｉを
通る体Ｍｆｆｉを絞ることによって達成される。

提案した冷却ガス移動過程で生じる部分体積流を第５ａ
図に全体積流の％で示すが、本例では体積流３＋８は４
０％また体積流６＋１０は６０％である。

第４図に示した公知技術水準による冷却ガス移動過程文
び其れに所属の配管路示図を本発明による冷却ガス移動
過程（その配管概要は第６図に暗示されている）と比較
した場合、本発明による体Ｎ流分配を実現するには掻く
僅かな構造処置が必要とされるにすぎないことは極めて
明瞭である。この場合冷却ガス移動過程は発電機の継鉄
範囲で、帯域■及び■からのガス流を熱ガス室１９で混
合し、ここから−緒に冷却器１７に供給するのではなく
、帯域Ｉからまた帯域■からの双方の部分体積流を別々
に排出するように、変更されているにすぎない、第５ａ
図にこの処置を暗示する。相応する配管図は半分を展開
して示した機械周縁部に関する第６図に示されている。

この構造は第４図との関連で記載した内容とほとんど同
じでありまた第４図と同じ部分は同じ符号を付されてい
る。この場合熱ガス室１９Ｌからガス流を排出するため
機械の半分の範囲で２個の管２８Ｌ（他の半分も同様）
を配設し５これにより容易に所望の絞り効果が得られま
た機械の半分の範囲における４本の管２９シは中央熱ガ
ス室２０［、からの加熱冷却ガスをまた他の２本の管３
０Ｌは機械の他半分の中央加熱ガス室２０Ｒからの冷却
ガスを直接機械端部にまたそこから冷却器に導くことは
容易に認識することができる。

第７図に示した配管法では、機械の中央Ｍで１１１ｆｄ
の各半分に対するガス循環系は完全に分離され°ζおり
、ｔａ械の各半分の全ての管２９が機械端部でこれに所
属する集合空間にまたそこから冷却器１７に導かれる点
でのみ、第６図に示した配管法と相違するにすぎない。

本発明の枠を逸脱することなく１本発明による体積流分
配は３つ以、Ｉ−、の帯域を有するガス冷却機械にも使
用することができる。この場合使用し得る最多数の管を
個々の熱ガス室及び冷ガス室に、各帯域における体積流
分配が最適となるように配分する。

体Ｍ渣を９密に適合させる他の可能性は、各帯域での半
径方向の通風ダクト１６の（軸方向の）幅を異なって構
成すること、ｆＭえば帯域Ｉ及び／又は■の通風ダクト
は帯域■におけるそれよりら狭くし、及び／又は各帯域
１、■及び■における部分積層板束の軸方向の長さを異
なって設けることにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知構造のガス冷却電気機械の暗示図、第２図
はこの公知機械の冷却ガス移動過程を示す図、第３図は
公知冷却ガス移動過程から得られる機械の長手方向にお
ける固定子導体の基本的な温度分布状態を示す図、第４
図は固定子成層体とケーシングジャケットとの間の空間
における所属の配管を示す図、第５ａ図は本発明による
体積流分配／冷却ガス移動過程の暗示図、第５ｂ図は第
２図による公知の体積流分配／冷却ガス移動過程の暗示
図、第６図は本発明による冷却ガス移動過程を実現する
ための固定子成層体とケーシングジャケットとの間の空
間における配管の１実施例を示す図、第７図は冷ガＩ３
が欠落した際の非常時運転を確保するための所属の配管
系を存する、第５１２１に示した冷却ガス移動過程の変
形を示す図である。 ■・−・通風機、９・・・機械空隙、１１・・・冷却ガ
ス導管、１２・・・冷ガス室、１３・・−固定子成層体
、１４・・・ゲージング、１６・・・通風ダクト、１７
・・・熱交換器、　１９・・・第１熱ガス室、２０・・
・第２熱ガス室、２１〜２５・・−分離壁、２９　、３
０・−・冷却ガス導管。 、　１／Ｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシングと、内周の溝に配設された直接冷却され
   る固定子巻導体を有する前記ケーシング内に配置された
   固定子と、回転子とを有し、固定子の成層体が間隔保持
   材によって互いに距離を置いて配置されている個々の部
   分積層板束から構成されかつ２つの前後する部分積層板
   束間の空間が半径方向に延びる通風ダクトを形成し、こ
   の通風ダクトが固定子積層板束の内周における環状の空
   隙を、固定子成層体の外周とケーシングとの間に存在す
   る室空間に連結し、この室空間が冷ガス室及び熱ガス室
   を包括し、冷ガス室から冷たい冷却ガスが所属の第１空
   隙に圧入されまた熱ガス室には加熱された冷却ガスが第
   ２空隙から半径方向で外側に向かって流れ込み、通風機
   及び冷却ガス−案内装置は少なくとも一方の機械端部に
   装備され、これが熱交換器を介して冷却された冷却ガス
   を冷ガスとして冷ガス室に導きまた加熱された冷却ガス
   を熱ガス室から再び吸込む形式の電気機械において、機
   械の中央部に存在する熱ガス室（２０）が個別の冷却ガ
   ス導管（２９、３０）を専有し、これらの導管が端部熱
   ガス室（１９）を迂回して中央熱ガス室と熱交換器（１
   ７）とを直接連結していることを特徴とする、ケーシン
   グと、固定子と、回転子とを有する電気機械。 ２、熱及び冷ガス室（１２、１９、２０）が半径方向に
   延びる分離壁（２２〜２５）によって構成され、これら
   が固定子成層体（１３）の外周とケーシング（１４）と
   の間の空間に配置されかつ冷却ガス導管が長さの異なる
   管（１１、２９、３０）によって形成されている、請求
   項１記載の電気機械。 ３、分離壁が第１の端部熱ガス室（１９）、これに続く
   冷ガス室（１２）及び第２の中央熱ガス室（２０）を限
   定し、冷却ガスは通風ダクト（１６）を介して機械空隙
   （９）から半径方向で外側に向けて第１の熱ガス室（１
   ９）に供給され、冷ガス室（１２）から通風ダクト（１
   ６）を介して半径方向で内側に向けて機械空隙（９）に
   また方向変換後通風ダクトを介して再び半径方向で外側
   に向けて第２の熱ガス室（２０）に導かれる、請求項２
   記載の電気機械。 ４、主通風機の搬送能力が予め定められている場合管（
   １１、２９、３０）の数及び／又はその横断面を調整す
   ることによって第２の熱ガス室（２０）を通る体積流を
   、これが通風機（１）から搬送される体積流の５０％以
   上であるように調節する、請求項３記載の電気機械。 ５、通風機（１）から生じた体積流の分配を付加的に通
   風ダクト（１６）の種々異なる軸方向の幅によって、固
   定子成層体（１３）の端部におけるスリット幅が固定子
   成層体の中央部におけるスリット幅よりも小さいように
   調節可能である、請求項１ないし４のいずれか１項記載
   の電気機械。 ６、通風機（１）から生じた体積流の分配を付加的に固
   定子成層体（１３）の部分積層板束の種々異なる軸方向
   の幅によって及び／又は通風ダクト（１６）の種々異な
   る軸方向の幅によって、固定子成層体（１３）の端部に
   おける部分積層板束の幅がその中央部におけるよりも大
   きく及び／又は固定子成層体（１３）の端部における相
   互距離が中央部におけるよりも小さいように調節可能で
   ある、請求項１ないし５のいずれか１項記載の電気機械
   。