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Dynamoelektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine dynamoelektrische Maschine mit einer Einrichtung zum Umwälzen eines gasförmigen Kühlmediums durch den Rotor und den Stator der Maschine sowie durch eine zweistufige
Kühleinrichtung für das gasförmige Kühlmedium.
Bei bekannten dynamoelektrischen Maschinen mit einem Kühlsystem der angegebenen Art sind zwei getrennte Strömungskreisläufe für das Kühlmedium vorgesehen, wobei das Kühlmedium in jedem dieser beiden Kreisläufe durch ein eigenes Gebläse umgewälzt wird und in Serie sowohl einen Teil des Rotors als auch einen Teil des Stators durchströmt. Bei dieser bekannten Anordnung ist die im Stator erzielbare Kühl- wirkung wegen der vorhergehenden Temperaturerhöhung des Kühlmediums beim Durchströmen des Rotors von vornherein beschränkt und kann auch durch eine eventuelle Zwischenkühlung nicht auf wirtschaftli- che Weise wesentlich verbessert werden.
Infolge der Serienschaltung der Rotor kühlung und der Statorküh- lung kann bei dieser bekannten Anordnung ferner trotz der Verwendung von zwei Gebläsen die Kühlwirkung im Rotor und im Stator nicht unabhängig eingeregelt werden.
Diese Nachteile werden gemäss der Erfindung bei einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Kühlsystem der einleitend angegebenen Art dadurch vermieden, dass die Umwälzeinrichtung nur ein Gebläse enthält, das an einem Ende der Rotorwelle angeordnet ist, und dass ein erster Strömungskreislauf für die Durchleitung eines Teiles des gasförmigen Kühlmediums durch einen Statorkühlweg und ein zweiter Strömungskreislauf für die Durchleitung des andern Teiles des gasförmigen Kühlmediums durch einen Rotorkühlweg vorgesehen sind, wobei der Strömungskreislauf für den Rotorkühlweg der Reihe nach durch Kühlkanäle im Rotor, eine Sammelkammer, die an dem dem Gebläse gegenüberliegenden Ende der Maschine angeordnet ist, die erste Kühlstufe der Kühleinrichtung für das gasförmige Kühlmedium,
das Gebläse und die zweite Kühlstufe der Kühleinrichtung für das gasförmige Medium verläuft.
Auf diese Weise ergibt sich, ganz abgesehen von einem vereinfachten Gesamtaufbau des Kühlsystems der wichtige Vorteil, dass infolge der Parallelschaltung der Kühlwege durch den Stator und den Rotor jeder dieser beiden Maschinenteile voll gekühltes Kühlmedium zugeführt erhält und beide Kühlwege vollkommen unabhängig voneinander geregelt werden können, was die genaue Dimensionierung der Maschine erleichtert und eine wirtschaftliche Ausnützung des Kühlsystems ermöglicht. Da ferner für die Statorkühlung der volle Druck des Kuhlmediums zur Verfügung steht, reichen als Durchgangswege für das Kühlmedium im Statorkern relativ enge axiale Kanäle aus, so dass das Statoreisen wesentlich weniger geschwächt werden muss als dies bei den bekannten Kühlsystemen mit relativ weiten radialen Statorkanälen der Fall ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der als Beispiel an Hand der Zeichnung ein erfindungsgemäss ausgebildeter Wechselstrom-Turbogenerator erläutert wird. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine teilweise abgebrochene axonometrische Darstellung des Turbogenerators, während die Fig. 2 - 5 Querschnitte durch den Turbogenerator längs der Linien 2-2, 3-3,4-4 bzw. 5-5 in Fig. 1 darstellen.
Gemäss der Zeichnung ist ein lamellierter Statorkern 10 in bekannter Weise exzentrisch in einem Statorgehäuse 11 angeordnet. Der Rotor 12 ist in Lagern 13 gelagert, die in Lagerschilden 14 angeordnet sind.
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Im oberen Teil des Statorgehäuses sind am Umfang gegeneinander versetzt zwei Kühler 15 und 16 angeordnet, die, wie aus den Fig. 2 - 4 ersichtlich ist, je an einer Seite der vertikalen Mittelebene der
Maschine liegen.
Jeder Kühler besteht aus einem Bündel von Rohren, die sich in axialer Richtung von einem Ende des Generatorgehäuses zum andern erstrecken und an einen äusseren Kühlkreislauf angeschlossen werden können. Jeder Kühler ist in bezug auf die Kühlmittelströmung, insbesondere Wasserstoffströmung, durch eine nicht dargestellte, mit einer Gehäusespantwand 17 fluchtende Zwischenwand in zwei Abschnitte unterteilt.
Die Statorwicklung ist im allgemeinen mit 18 bezeichnet und besteht aus hohlen Leitern. Ein flüssiges Kühlmittel wird in die Wicklung an einem Ende aus zwei ringförmigen Leitungen 19 eingeführt und am andern Ende der Wicklung über zwei ringförmige Sammelleitungen 20 abgeleitet. Die ringförmigen Leitungen sind an einen äusseren Kühlkreislauf angeschlossen.
Der als Kühlmittel für den Rotor verwendete Wasserstoff wird in der Maschine mittels eines vielstufigen Gebläses 21 umgewälzt, das aus einem am Generatorrotor befestigten Rotor 22 und aus einem an einer kegelstumpfförmigen Stützwand 24 befestigten Stator 23 besteht. Diese Stützwand ist an einer ringförmigen Tragwand 25 befestigt, die ihrerseits an einer Gehäusespantwand 26 befestigt ist.
Der Wasserstoff wird nach Aufnahme der Wärme aus der Maschine in zwei Stufen gekühlt. Die Kühlung in der ersten Stufe erfolgt durch Durchleiten des Wasserstoffes durch die rechtsseitigen Abschnitte der beiden Kühler 15 und 16. Dann gelangt der Wasserstoff über das Gebläse in die linksseitigen Abschnitte der Kühler, wo die zweite Stufe der Kühlung erfolgt, und von dort durch die Teile der zu kühlenden Maschine zurück in die rechtsseitigen Abschnitte der Kühler, womit der Kreislauf geschlossen ist.
Wenn man von der Auslassseite des Gebläses ausgeht, wird der teilweise gekühlte Wasserstoff zuerst in einen Ringraum 27 gefördert, der zwischen axial im Abstand angeordneten Zwischenwänden 25 und 28 gebildet wird. Ein von der Zwischenwand 28 getragener kegelstumpfförmiger Wandteil 30 bildet eine gleitende Dichtung mit dem Rotor des Gebläses und dient der Führung des Wasserstoffes in den Ringraum 27. Den äusseren Mantel dieser Kammer bildet eine Wand 31, die zwischen den Gehäusespantwänden 29 und 32 zylindrisch ausgebildet ist, aber, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, im Bereich zwischen den Gehäusespantwänden 32 und 34 in Umfangsrichtung nur zwischen den Kühlern 15 und 16 verläuft. Die Zwischenwände 24 und 30 bilden an der Auslassseite des Gebläses einen Diffusor.
Der Wasserstoff gelangt vom Ringraum 27 durch einen Durchlass 35 in der Mantelwand 31 in zwei Kanäle 36 und 37, die sich in axialer Richtung bis zur Gehäusespantwand 17 erstrecken und die voneinander durch zwei in axialer Richtung verlaufende Längswände 38 getrennt sind, welche einen bis zur Gehäusespantwand 17 verlaufenden und an seinem Ende durch eine Querwand 40 verschlossenen zentralen Kanal 39 bilden. In der Gehäusespantwand 32 und in jeder der zwischenliegenden Gehäusespantwände 42 sind Durchlässe 41 vorgesehen, um eine Strömung des Wasserstoffes in Längsrichtung in den Kanälen 36 und 37 zu ermöglichen.
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verläuft.
Anschliessend strömt der Wasserstoff durch Öffnungen 58 in der Gehäusespantwand 34 in einen
Raum 59, der zwischen einem kegelstumpfförmigen Wandteil 60 und dem rechtsseitigen Ende des Stator- gehäuses gebildet wird. Ein zylindrischer, von der Wand 60 getragener Wandteil 61 bildet eine gleitende
Dichtung mit der Abschlusskappe 62 des rechtsseitigen Rotorendteiles 63.
Der Wasserstoff strömt dann aus dem Ringraum 59 durch nicht dargestellte, den Einlassöffnungen 52 in der Abschlusskappe 53 ähnliche Öffnungen in den Rotor.
Der Rest des Wasserstoffes tritt in eine Gruppe von axial gegeneinander versetzten Radialkanälen 64 am rechten Ende des Statorkernes ein und wird längs axialer Kanäle 65 im Kern einer Gruppe von axial gegeneinander versetzten Radialkanälen 66 am andern Ende des Kernes von dort dem Luftspalt des Gene- rators zugeführt.
Die Kanäle der Gruppe 64 sind an den dem Luftspalt zugewendeten Enden verschlossen, wogegen die
Kanäle der Gruppe 66 am Aussenumfang des Statorkernes verschlossen sind. Eine andere Gruppe von axial gegeneinander versetzten, an dem dem Luftspalt zugewendeten Ende verschlossenen radialen Kanälen 67 ist an jedem Ende des Statorkernes vorgesehen, wobei das in diese Kanäle eintretende Gas axial aus dem
Kern austritt. Der in den Luftspalt über die Gruppe von Kanälen 66 eintretende Wasserstoff strömt axial längs des Luftspaltes in einen Ringraum 68, der zwischen dem rechtsseitigen Ende des Statorkernes und der
Wand 60 gebildet wird.
Ein Teil des dem linksseitigen Ende des Rotors zugeführten Wasserstoffes passiert den Rotorwicklungs- überhang und wird über Auslassöffnungen 69 der Abschlusskappe 53 in eine Ringkammer 70 ausgeblasen, die zwischen dem linken Ende des Statorkernes und der Wand 25 gebildet wird, während der verbleibende
Teil desWasserstoffesinAxialrichtung durch die Wicklung strömt und durch radiale Öffnungen 71 im Ro- torkern in den Luftspalt ausgeblasen wird.
Der an der rechten Seite des Rotors eintretende Wasserstoff strömt zum Teil auf ähnliche Weise um den zugeordneten Windungsüberhang und wird an der Abschlusskappe 62 durch Auslassöffnungen 72 in die Ringkammer 68 ausgeblasen, während der Rest axial durch die Rotorwicklung strömt und über radiale Öffnungen 73 in den Luftspalt ausgeblasen wird. Der aus den radialen Öffnungen 71 und 73 austretende Wasserstoff strömt ebenfalls durch den Luftspalt in die Ringkammer 68. Eine Ringwand 74 am linken Ende des Stators verhindert, dass das Gebläse 21 heissen Wasserstoff aus dem Luftspalt ansaugt.
Der Wasserstoff strömt in der Ringkammer 68 am Umfang entlang nach oben und in entgegengesetzten Richtungen durch den rechtsseitigen Abschnitt der Kühler 15 und 16 in einen Raum 75 am oberen Ende der Maschine, der sich zwischen den Gehäusespantwänden 34 und 17 erstreckt, wobei über Öffnungen 76 in den Gehäusespantwänden 33 und 34 ein freier Zugang zu den Kühlern über die ganze Länge der Kühlerabschnitte möglich ist. Horizontale Trennwände 77 an jeder Seite der Maschine trennen zusammen mit geneigten Wänden 78 den zum rechtsseitigen Abschnitt der Kühler strömenden Wasserstoff von dem aus dem linksseitigen Abschnitt der Kühler austretenden Wasserstoff. Durchlassöffnungen 79 in den Gehäusespantwänden 33 und 34 ermöglichen eine freie Zirkulation in der Kammer 75. Dies vervollständigt die erste Kühlstufe.
Anschliessend strömt der Wasserstoff axial durch eine Öffnung 80 in der Gehäusespantwand 17 in den zentralen Kanal 39, wobei in den Gehäusespantwänden 42 und 32 Öffnungen 81 vorgesehen sind, um eine freie Strömung in diesem Kanal zu ermöglichen. Der Wasserstoff strömt dann durch eine Öffnung 82 in der zylindrischen Wand 31 in die Ringkammer 70. Aus dieser Kammer wird der Wasserstoff direkt in das Gebläse 21 abgezogen, so dass auf diese Weise der Kreislauf geschlossen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dynamoelektrische Maschine mit einer Einrichtung zum Umwälzen eines gasförmigen Kühlmediums durch den Rotor und den Stator der Maschine und durch eine zweistufige Kühleinrichtung für das gasförmige Kühlmedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzeinrichtung nur ein Gebläse enthält, das an einem Ende der Rotorwelle angeordnet ist, und dass ein erster Strömungskreislauf für die Durchleitung eines Teiles des gasförmigen Kühlmediums durch einen Statorkühlweg und ein zweiter Strömungskreislauf für die Durchleitung des andern Teiles des gasförmigen Kühlmediums durch einen Rotorkühlweg vorgesehen sind, wobei der Strömungskreislauf für den Rotorkühlweg der Reihe nach durch Kühlkanäle im Rotor, eine Sammelkammer, die an dem dem Gebläse gegenüberliegenden Ende der Maschine angeordnet ist,
die erste Kühlstufe der Kühleinrichtung für das gasförmige Kühlmedium, das Gebläse und die zweite Kühlstufe der Kühleinrichtung für das gasförmige Medium verläuft.