CH677709A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Kühigasströmung in einer gasgekühlten Dynamomaschine von einem Endraumbereich zu einem Luftspaltbereich, welche Maschine einen Läufer mit einer Drehachse und einen Ständer aufweist, der den Läufer mit Abstand umfangs-mässig umschliesst, so dass zwischen ihnen ein Luftspaltbereich mit einem axialen Ende gebildet ist, welcher Ständer wenigstens einen Ständerbelüftungskanal in Gasströmungsverbindung mit dem Luftspaltbereich hat.

Die Erfindung ist zwar insbesondere bei wasserstoffgekühlten Dynamomaschinen, wie beispielsweise grossen Turbogeneratoren, die Nennleistungen von 300 kW oder mehr haben können, anwendbar, da diese Maschinen typisch mehr Wärme erzeugen, die abgeleitet werden muss, als Maschinen mit kleinerer Nennleistung, sie ist jedoch allgemein bei jeder gasgekühlten Maschine verwendbar, beispielsweise bei einer Maschine, bei der Luft als Kühigas benutzt wird. In der folgenden Beschreibung und in den Patentansprüchen beziehen sich Wörter, die eine körperliche Beziehung ausdrücken, wie beispielsweise radial, axial, tangential, umfangsmässig, usw., sowie deren Ableitungen auf die Drehachse des Läufers der Maschine, wenn nichts anderes angegeben ist.

Eine typische gasgekühlte Dynamomaschine enthält einen drehbar gelagerten Läufer, welcher mit Abstand und umfangsmässig von einem Ständer umgeben ist. Der Zwischenraum zwischen dem Läufer und dem Ständer der Maschine wird im allgemeinen als Luftspaltbereich bezeichnet. Der Ständer weist mehrere axial übereinandergestapelte Metallbleche auf, die in vorbestimmten Intervallen durch sich umfangsmässig erstreckende Ständerblechpaketbe-lüftungskanäle getrennt sind, welche mit dem Luftspaltbereich in Gasströmungsverbindung sind. An den axialen Enden der Maschine ist ein Lüfter oder eine andere Gasantriebsvorrichtung mit dem Läufer verbunden, um Kühlgas aus dem Endraumbereich der Maschine in den Luftspaltbereich zu drücken, während sich der Läufer dreht, so dass das Kühlgas schliesslich durch die Ständerblechpa-ketbelüftungskanäle strömt.

Es kann eine begrenzte Kühlgasströmung verfügbar sein, weshalb es erwünscht ist, die Kühlgasströmung in den Spaltbereich zu begrenzen, so dass ausreichend Kühigas für andere Kühlwege in dem Generator verfügbar und trotzdem eine ausreichende Menge an Kühlgas für jeden Ständerblech-paketbelüftungskanal zur Verfügung steht. Eine bekannte Leitplattenkonfiguration bietet der Kühigasströmung ein massives Profil dar und ist mit einem axialen Ende des Ständers verbunden. Die massive Leitplatte erstreckt sich radial in den Luftspaltbereich, hat Abstand von dem Läufer und umschliesst diesen umfangsmässig. Der Umfangs-durchflussquerschnitt für Kühlgas zwischen dem Läufer und dem radial inneren Rand der Leitplatte ist gegenüber dem ungedrosselten Luftspaltbereich reduziert. Ein zusätzlicher Umfangsdurchfiuss-querschnitt um die massive Lettplatte kann zwischen dem Ständer und dem radial äusseren Rand der massiven Leitplatte vorgesehen sein.

Wenn radial innere und äussere Umfangsdurch-flussquerschnitte um die massive Leitplatte vorgesehen sind, trifft axial strömendes Kühlgas, das durch den Lüfter angetrieben wird, auf die massive Leitplatte und teilt sich in einen ersten und einen zweiten Teil auf. Der erste und der zweite Teil strömen durch den radial höheren bzw. äusseren Um-fangsdurchflussquerschnitt um die massive Leitplatte und vereinigen sich schliesslich in dem Luftspaltbereich auf der strömabwärtigen Seite der massiven Leitplatte.

Unmittelbar axial stromabwärts der massiven Leitplatte hat die Kühlgasströmung eine relativ hohe Geschwindigkeit, was eine lokale Reduzierung oder Strahleinschnürung im statischen Druck des Kühlgases in dem Luftspaltbereich verursacht. Weiter axial stromabwärts der massiven Leitplatte in einem axialen Abstand von der massiven Leitplatte, der zum Teil von den Geschwindigkeiten des ersten und des zweiten Strömungsteils des Kühlgases um die massive Leitplatte und von dem radialen Längenoder Streckungsverhältnis der massiven Leitplatte zur Kühlgasströmung abhängig ist, wird die Kühlgasströmung innerhalb des Luftspaltbereichs zertreui oder diffus, was mit einer Erhöhung des statischen Druckes in dem Luftspaltbereich verbunden ist. Es ist der statische Druck oder, genauer gesagt, die Differenz im statischen Druck zwischen dem Luftspaltbereich und dem Gehäusebereich, welcher den radial äusseren Umfang des Ständers umschliesst, der den Hauptfaktor dafür darstellt, dass das Kühlgas veranlasst wird, aus dem Luftspaltbereich durch die StänderblechpaketbeJüf-tungskanäle zu dem Gehäusebereich zu strömen.

Wegen der Kühlgasströmung relativ hoher Geschwindigkeit stromabwärts der massiven Leitplatte und wegen der entsprechenden Reduzierung des statischen Druckes des Kühlgases in dem Luftspaltbereich ist anzunehmen, dass einige Ständerblech-paketbelüftungskanäle, insbesondere die Ständer-biechpaketbeiüftungskanäle unmittelbar stromabwärts der massiven Leitplatte, schlecht oder unzulänglich mit Kühlgas versorgt werden. Es ist weiter anzunehmen, dass dieser Mangel an ausreichender Kühlgasströmung in den Ständerblechpa-ketbelüftungskanälen bewirkt, dass Gruppen der Ständerbleche, welche die Belüftungskanäle begrenzen, eine unzulängliche Kühigasströmung aufweisen und überhitzt werden, was zu einem Maschinenbetrieb mit schlechtem Wirkungsgrad führt und die durch den Generator lieferbare maximale Ausgangsleistung begrenzt.

Darüber hinaus gibt es an den axialen Enden des Ständers, wo der Luftspaltbereich mit den Generatorendräumen in Verbindung steht, die Tendenz, dass die Kühigasströmung mehrere Ständerbelüftungskanäle umgeht und so hinsichtlich der Kühlung weniger wirksam ist. Diese Umgehung ist auf die relativ hohe axiale Komponente der Kühigasströmung zurückzuführen, die aus der axialen Abgabe von Kühlgas aus dem Generatorlüfter über die begrenzten Durchflussquerschnitte um die massive Leitplatte an dem Eingang des Luftspaltbereiches resul5

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tiert Die hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem Luftspaltbereich erzeugt einen Venturi-Effekt oder einen Bereich niedrigen statischen Druckes an den Eingängen der Ständerbelüftungskanäle, die an dem radial inneren Teil des Ständerblechpakets in dem Ständerendabschnitt angeordnet sind.

Die Gruppen von Blechen, welche die Ständerbelüftungskanäle in dem Endblechpaketbereich des Ständers begrenzen, sind innerhalb der Maschine einer Umgebung höchster Temperatur ausgesetzt, und zwar wegen der Wärmeerzeugung, die durch den Magnetfluss verursacht wird, welcher von dem Läufer in zwei Richtungen, nämlich radial und axial, gekoppelt wird, wobei der axiale Teil auf den Streu-magnetfluss in dem Generatorwickelkopfbereich zurückzuführen ist. Das Kühlen des Ständerblechpa-ketendbereiches verdient daher besondere Aufmerksamkeit, damit sichergestellt wird, dass dem Biechpaketendbereich und den darin angeordneten Belüftungskanälen eine ausreichende Kühigasströmung zugeführt wird.

Es ist daher erwünscht, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erhöhen des lokalen statischen Druckes der Kühigasströmung innerhalb des Luftspaltbereiches zu schaffen, damit die Kühigasströmung wirksamer durch die Ständerbelüftungs-kanäle getrieben wird, insbesondere durch diejenigen Kanäle, die in dem Biechpaketendbereich des Ständers angeordnet sind,

Vorrichtungen verschiedener Konfigurationen sind für die Verwendung in dem Luftspaltbereich einer gasgekühlten Dynamomaschine zum Steuern der Kühigasströmung bereits bekannt geworden. Diese Vorrichtungen erfordern üblicherweise das Anschrauben und/oder Anbinden, beispielsweise an einen Nutkeil, zur mechanischen Halterung. Die Vorrichtungen und die Haiteeinrichtungen können teuer und arbeitsaufwendig sein und viele Teile aufweisen und ausserdem das Entfernen des Läufers aus der Maschine zu ihrem Einbau erfordern. Es könnte auch möglich sein, die Kühlgasströmungs-steuerung zu erzielen, indem eine Strömungsleitvorrichtung, wie beispielsweise eine Trennwand, an dem Läufer befestigt wird. Ausführungsformen, bei denen Vorrichtungen benutzt werden, die an dem Läufer befestigt sind, erfordern jedoch, dass die Vorrichtung gedreht wird und Beanspruchungen aushält, welche durch die Drehung verursacht werden. Weiter können diese umlaufenden Vorrichtungen einen arbeitsaufwendigen Einbau erfordern, wie beispielsweise das Entfernen des Läufers.

Eine Leitplatte für eine Dynamomaschine ist in der US-PS 3 413 499 beschrieben. Diese bekannte Leitplatte hat einen ersten Teil, der an dem Statorendblock befestigt ist und sich von diesem aus radial nach innen erstreckt, einen zweiten Teil, der an dem ersten Teil befestigt ist und sich längs des Luftspaltbereiches an mehreren Ständerauslasskanälen vorbei axial erstreckt, und einen dritten Teil, der an dem zweiten Teil befestigt ist und sich radial nach aussen zu dem Ständer erstreckt. Diese bekannte Leitplatte erzeugt daher im wesentlichen einen Sammelraum, der von dem Luftspaltbereich getrennt ist. Der Sammelraum hat einen Eingang in Gasströmungsverbindung mit dem Generatorendraumbereich und Ausgänge in Gasströmungsverbindung mit Eingängen der Ständerauslasskanäle, die er umgibt. Die freitragende Ausbildung dieser bekannten Leitpiatte (d.h. die nichtmechanische feste Abstützung des axial inneren Endes des zweiten und des dritten Teils der Leitplatte) kann unerwünscht sein, und zwar wegen der potentiellen übergrossen Schwingungsempfindlichkeit und wegen der Kühlgasströmungsleckage zwischen dem dritten Teil der Leitplatte und dem Ständer, die zu einem niedrigeren Druck innerhalb des Sammelraums und schliesslich zu einer geringeren Kühigasströmung durch die äussersten Ständerkühlkanäle führen könnte.

Andere Leitplattenkonfigurationen für den Spaltbereich einer gasgekühlten Dynamomaschine sind in den US-Patentschriften 4 051 400 und 4 264 834 beschrieben. Die Leitpiatte gemäss der US-PS 4 051 400 ist für eine gegenströmungsgekühlte Dynamomaschine (bei der die Kühigasströmung aus dem Luftspaltbereich in den Endraumbereich der Maschine geht) vorgesehen, die, selbst wenn sie in der Vorwärtsströmungskonfiguration benutzt würde, nicht in der Lage wäre, die Probleme der vorgenannten massiven Leitpiatte, wie beispielsweise die übermässige Strahleinschnürung innerhalb des Luftspaltbereichs, zu lösen. Die Leitpiatte gemäss des US-PS 4 264 834 wird benutzt, um den Luftspaltbereich in eine vorbestimmte Anzahl von Zonen aufzuteilen und eine Kühlgasströmungsleckage zwischen den sich ergebenden Zonen zu verhindern, indem eine radiale Blockierung des axialen Kühlgasströmungsweges vorgesehen wird.

Es ist demgemäss Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine ausreichende Kühigasströmung durch die Ständerbelüftungskanäle einer gasgekühlten Dynamomaschine gewährleisten, insbesondere durch diejenigen Kanäle, die in dem Ständerblechpaktendbe-reich angeordnet sind.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das gekennzeichnet ist durch folgende Schritte:

Leiten einer Kühigasströmung aus einem Endraumbereich der Maschine zum axialen Ende des Luftspaltbereichs, Aufteilen der Kühigasströmung, die in das axiale Ende des Luftspaltbereichs eintritt, durch Einleiten in eine Mehrzahl diskreter Gasströmungswege einer perforierten Vorrichtung, so dass eine unbehinderte Gasströmungsverbindung zwischen dem Endraumbereich und dem Luftspaltbereich durch diese Gasströmungswege aufrechterhalten bleibt und Einführen der Mehrzahl diskreter Gasströmungswege in den Luftspaltbereich in einem vorgesehenen Abstand vom axialen Ende dieses Bereichs, wodurch eine schnelle radiale Diffusion der Kühigasströmung stromabwärts des axialen Endes des Luftspaltbereichs eine ausreichende Kühigasströmung zu dem Ständerbelüftungskanal gewährleistet.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Kühlgasmenge, die in den Luftspaltbereich einer gasgekühiten Dynamomaschine strömt, zu steuern ohne dass der Läufer entfernt zu werden braucht und ermöglicht weiter eine schnellere Rückgewin5

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nung des statischen Druckes für die Kühigasströmung in dem Luftspaltbereich als bei der Verwendung von bekannten Leitplattenkonfigurationen erzielt werden kann.

Eine zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Leitvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine perforierte Platte mit einer Innenfläche, die wenigstens einen hindurchführenden Gasströmungsweg bestimmt und durch diesen wenigsten einen Gasströmungsweg eine unbehinderte Verbindung der Gasströmung zwischen dem Endraumbereich und dem Luftspaltbereich herstellt; und durch eine Haltevorrichtung, die mit der perforierten Platte verbunden ist, um diese derart am Ständer zu befestigen, dass sie zwischen dem Endraumbereich und dem Luftspaltenbereich angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. t eine Teillängsschnittansicht einer gasgekühlten Dynamomaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht eines Endteils der Maschine nach Fig. 1 in grösserem Massstab,

Fig. 3 eine Längsschnittansicht des Ständer-blechpaketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in grösserem Massstab mit einer Ausführungsform einer Leitpiatte nach der Erfindung,

Fig. 4 eine axiale Teilansicht der Maschine nach Fig. 3 in Richtung der Pfeile der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Längsschnittansicht des Ständer-blechpaketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in grösserem Massstab mit einer weiteren Ausführungsform einer Leitpiatte nach der Erfindung und

Fig. 6 eine axiale Teilansicht der Maschine nach Fig. 5 in Richtung der Pfeile der Linie 6-6 in Fig. 5.

Gemäss der Darstellung in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung hat eine Dynamomaschine oder ein Generator 10 einen Läufer 20, der innerhalb eines Ständers 30 drehbar angeordnet ist, welcher den Läufer 20 mit Abstand umfangsmässig umgibt, und ein gasdichtes Gehäuse 11, welches sowohl den Läufer 20 als auch den Ständer 30 umschliesst und mit einem Kühlgas, wie beispielsweise Wasserstoff, unter inneren Überdruck gesetzt wird. In der gesamten Beschreibung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Umfangsraum zwischen dem Läufer 20 und dem Ständer 30 wird als Luftspaltbereich 40 bezeichnet. Der Läufer 20 dreht sich um die Drehachse 25, und wenigstens an einem axialen Ende des Läufers ist ein Lüfter 65 befestigt, der sich mit dem Läufer dreht. Ein Haltering •22 ist über den Enden des Läufers 20 befestigt, um den Wickelkopfteil der Läuferwicklungen in der gewünschten Ausrichtung zu halten. Der Ständer 30 weist ein Blechpaket auf, das aus mehreren über-einandergestapelten Blechen gebildet ist, die zu Gruppen 39 zusammengefasst sind. Bezüglich Einzelheiten der übereinandergestapelten Bleche am Ende des Ständerblechpakets wird auf die US-PS 3 714 477 verwiesen.

In axialem Abstand sind in den diskreten Gruppen längs des Läufers 20 Luftspalteinlasslöcher 26 und

Luftspaltauslasslöeher 24 vorgesehen. Diese Gruppen von Löchern entsprechen im wesentlichen ähnlichen Gruppen im Ständer 30. Das heisst, mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial erstreckende Ständereinlasskanäle 34 sind im wesentlichen axial auf die Läuferluftspalteinlasslö-cher 26 ausgerichtet, und mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial erstreckende Ständerauslasskanäle 32 sind im wesentlichen axial auf die Läuferluftspaltauslasslöcher 24 ausgerichtet. Radial ausserhalb des Ständers 30 in dem Gehäusebereich 14 wird das Kühlgas, das in die Einlasskanäle 34 eintritt, von dem Kühlgas, das die Austasskanäle 32 verlässt, durch Zwischenwände 12 getrennt, die zum Teil Gasströmungskreise für Kühlgas zu und aus dem Läuferlüfter 65 festlegen. Gemäss der Darstellung in Fig. 1 empfängt der Läuferlüfter 65 Gas aus einem Gaskühler 17 und gibt es axial nach innen in den Endraumbereich 60 in Richtung zu dem Luftspaltbereich 40 ab. Ein Teil der Kühigasströmung aus dem Lüfter 65 tritt in das Innere des Läufers 20 von unterhalb des Halteringes 22 her ein, wo es den Wickelkopfbereich und die Endwindungen des Läufers 20 kühlt. Das Kühlgas, das unter dem Haltering 22 strömt, tritt anschliessend radial, wenigstens zum Teil, aus den Luftspaltaus-fassiöchern 24 des Läufers 20 aus.

Die Blechgruppen des Ständers 30, die beispielsweise mit 39a, 39b und 39c in Fig. 2 bezeichnet sind, weisen typisch eine vorbestimmte Anzahl von Blechen auf. Jede Blechgruppe hat axialen Abstand von den benachbarten Blechgruppen, um sich radial und umfangsmässig oder bogenförmig erstreckende Ständerkühlkanäle zu bilden, die mit 32a, 32b, 32c bezeichnet sind und eine Gasströmungsverbindung zwischen dem Luftspaltbereich 40 und dem GeneratorgehäusebereiGh 14 herstellen. Die axial äussere erste Blechgruppe 39a hat typisch mehrere Stufen oder radial einwärts zunehmend grössere Segmente 33, die aus radial gekürzten Blechen hergestellt sein können, um einen vorbestimmten Ma-gnetflusskopplungsweg zwischen dem Läufer 20 und dem Ständer 30 zu schaffen und so unerwünschte Erwärmungseffekte des Stirnstreumagnetflusses zu minimieren. Ein Aussenraumblock oder Ständerendblock 35, der aus nichtmagnetischem Stahl bestehen kann, umgibt den Läufer 20 umfangsmässig und liegt an der ersten Blechgruppe 39a an.

In einer bekannten Konfiguration ist eine massive Leitpiatte, die dem axialen Gasstrom zwischen dem Endraumbereich 60 und dem Luftspaltbereich 40 ein gasdurchunlässiges Profil darbietet, an dem Aussenraumblock 35 befestigt, erstreckt sich radial in den Luftspaltbereich 40 und hat Abstand von dem Haltering 22 des Läufers 20. Die massive Leitpiatte ist so angeordnet, dass ein radial innerer Durch-lass zwischen der massiven Leitpiatte und dem Haltering 22 und ein radial äusserer Durchlass zwischen der massiven Leitpiatte und dem Aussenraumblock 35 die Gasströmung aus dem Lüfter 65 gestatten, die auf die massive Leitpiatte aufjprallt und auf einen radial inneren und einen radial äusseren Strömungsweg um die massive Leitpiatte aufgeteilt wird. Die Kühigasströmung beschleunigt, wenn

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sie durch den radial inneren und den radial äusseren Strömungsweg hindurchgeht, und zwar wegen der Drosselung, was zu einer lokalen Verringerung des statischen Druckes in dem Luftspaltbereich 40 unmittelbar axial stromabwärts der massiven Leitpiatte führt, wie es oben beschrieben worden ist.

In Fig. 3 ist der Biechpaketendbereich des Ständers 30, der mit einer Leitpiatte oder -wand 70 gemäss der Erfindung versehen ist, in grösserem Massstab dargestellt. Die Leitpiatte 70 weist ein perforiertes Teil auf, das Durchgangslöcher oder Durchlässe 75 zum Erzeugen wenigstens eines Gasströmungsweges hat, um eine unbehinderte Gasströmungsverbindung zwischen dem Endraumbereich 60 und dem Luftspaltbereich 40 zu gestatten. Die Leitpiatte 70 ist durch Befestigungsmittel 17, wie beispielsweise Schrauben und Muttern, an Fingern oder Zähnen 37 befestigt, die in vorbestimmtem gegenseitigen Umfangsabstand angeordnet sind und sich von dem Aussenraumblock 35 radial nach innen erstrecken. Die Finger 37 können an dem Aussenraumblock 35 angeformt sein. Statt dessen können die Finger 37 durch einen ringförmigen Flansch (nicht dargestellt) ersetzt sein, insbesondere wenn die Kühigasströmung um den äusseren radialen Rand der Leitpiatte 70 nicht erwünscht ist. Die Leitpiatte 70 kann ein durchgehendes ringförmiges Teil sein oder aus mehreren bogenförmigen Segmenten bestehen (von denen ein typisches in Fig. 4 dargestellt ist), die, wenn sie an dem Aussenraumblock 35 befestigt sind, eine ringförmige Leitpiatte bilden. Durch Bilden der Leitpiatte 70 aus mehreren bogenförmigen Segmenten wird das Einbauen in den Generator 10 weiter erleichtert. Ungeachtet dessen, ob die Leitpiatte 70 aus einem durchgehenden ringförmigen Teil besteht oder aus mehreren bogenförmigen Segmenten gebildet ist, kann sie in den Generator 10 eingebaut werden, ohne dass der Läufer 20 entfernt zu werden braucht.

Die Leitpiatte 70 kann aus jedem geeignetem Material hergestellt werden, das in der Lage ist, die Druckkräfte auszuhalten, die der Kühigasströmung zugeordnet sind. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird die Leitplatte 70 aus einem elektrisch nichtleitenden Stoff hergestellt, beispielsweise aus einem laminierten Fasermaterial, das unter dem Warenzeichen Textolite verkauft wird und von der General Electric Company, Sche-nectady, New York, erhältlich ist. Diese Materialien verhindern jede Induktionserwärmung in der Leitpiatte, die sonst aufgrund der hohen Konzentration des Streuflusses in dem Endbereich des Generators auftreten könnte.

Gemäss der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 können die Löcher 75 der Leitpiatte 70 vorzugsweise in einer vorbestimmten Matrix angeordnet sein, um das Herstellen zu erleichtern und eine vorbestimmte schnelle Diffusion der Kühigasströmung stromabwärts der Leitpiatte 70 in dem Luftspaltbereich 40 sicherzustellen. Wie dargestellt hat die Leitpiatte 70 Abstand von dem Hauptkörper des Aussenraumblockes 35, so dass ein Kühlgasweg vorhanden ist, der sich aus dem Endraumbereich 60 in den Luftspaltbereich 40 über dem äusseren radialen Rand der Leitpiatte 70 und zwischen den Fingern 37 erstreckt. Statt dessen kann die Leitpiatte 70 in bezug auf den Aussenraumblock 35 so angeordnet werden, dass eine Kühigasströmung vorbei an dem äusseren radialen Rand der Leitpiatte 70 blockiert wird, und die Grösse, der Abstand und die Anordnung der Löcher 75 der Leitplatte70 können so gewählt werden, dass sich die gewünschte Kühigasströmung axial stromabwärts der Leitpiatte 70 ergibt.

Aufgrund einer Untersuchung der Strömungsdynamik kann gezeigt werden, dass die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an einer Leitpiatte (das heisst die axiale Ausdehnung des Bereiches stromabwärts der Leitpiatte, in dem der statische Druck des Kühlgases unter dem mittleren statischen Druck des Kühlgases in einem relativ grossen Abstand axial stromabwärts der Leitpiatte, etwa dem Zehnfachen der radialen Ausdehnung der Leitpiatte, ist) etwa das Sechsfache des Abstands zwischen benachbarten Strömungswegen beträgt und dass die Gesamtdrosselung, die durch eine Leitpiatte erzielt wird, zu dem gesamten verfügbaren Gasdurchflussquerschnitt an der Leitpiatte proportional ist. Der statische Druck wird stromabwärts der Leitpiatte aufgrund der radialen Diffusion des Kühlgases, das aus den Kühlgasströmen um die Leitpiatte hervorgeht, zurückgewonnen werden. Gemäss der Erfindung wird durch Verteilen des gesamten verfügbaren Gasdurchflussquerschnittes, wenn eine massive Leitpiatte benutzt wird, auf mehrere Abstand von einander weisende Durchgangslöcher 75 in der Leitpiatte 70 derselbe Druckabfall oder Drosselungseffekt wie aufgrund einer massiven Leitpiatte aufrechterhalten, während der Abstand zwischen benachbarten Gasströmungswegen 75 und Kühlgasstrahlen, die aus ihnen austreten, verringert wird. Daher wird die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an der Leitpiatte 70 verringert, weil die Rückkehr zu dem mittleren statischen Druck etwa das Sechsfache des Abstands zwischen den Löchern 75 beträgt. Die Grösse und der Abstand der Löcher 75 können so für einen besonderen Verwendungszweck durch den Fachmann ohne übermässige Experimentierung leicht bestimmt werden.

Grösse und Abstand der Löcher 75 sollen so gewählt werden, dass die Kühigasströmung durch die Löcher 75 in Zusammenwirkung mit der Kühigasströmung um den inneren radialen Rand und, falls vorhanden, mit der Kühigasströmung um den äusseren radialen Rand der Leitpiatte 70 eine im wesentlichen diffuse Strömung in dem Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Leitpiatte 70 ergibt. Zum Vergrössern der Gasströmung durch das Loch 75 der Leitpiatte 70 ohne Vergrösserung des Austrittsdurchmessers oder Durchflussquerschnitts der Löcher 75 und dadurch Vergrössern der Dispersion des aus den Löchern 75 austretenden Kühlgases kann der Eingangsrand der Löcher 75 vergrössert werden, beispielsweise durch eine Anfasung oder Ansen-kung 77.

Die Löcher 75 können gemäss der Darstellung in den Fig. 3 und 4 im wesentlichen zylindrisch sein und eine zu der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 im wesentlichen parallele Längsachse aufweisen. Der Mittenabstand zwischen benachbarten Lö-

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ehern 75 ist vorzugsweise symmetrisch, so dass ein gleichförmiges, vorbestimmtes, sich umfangsmässig erstreckendes Kühlgasströmungsprofil, das aus der Leitpiatte 70 austritt, erzielt wird. Es sind zwar zylindrische Löcher 75 dargestellt, die Löcher 75 können jedoch jede Form haben, die sich mit dem Erzielen einer schnellen radialen Diffusion der Köhlgasströmung in dem Luftspaltbereich 40 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströrnungsvertei-lung axial stromabwärts der Leitpiatte 70 verträgt.

Bei Anordnung in einer Matrix können die Mittelpunkte der Löcher 75 zweckmässig auf einen Kreis angeordnet sein. Darüber hinaus können mehrere radialen Abstand aufweisende oder konzentrische Kreise zum Festlegen der Löcher 75 benutzt werden, so dass mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Reihen von Löchern 75 erzielt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sehnenabstand zwischen den Mittelpunkten von benachbarten zylindrischen Löchern, die auf einen Kreis angeordnet sind, gleich dem Doppelten des Durchmessers der Löcher 75. Daher können die Durchmesser der Löcher 75 beispielsweise 7,94 mm (10/32 Zoll) betragen, bei einem Sehnenabstand von 15,88 mm (20/32 Zoll), Weiter haben benachbarte konzentrische Kreise zum Festlegen der Mittelpunkte der Löcher 75 vorzugsweise einen radialen Abstand, der gleich dem Lochdurchmesser oder gleich 7,94 mm (10/32 Zoll) bei dem obigen Beispiel ist Darüber hinaus können gemäss der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 die Mittelpunkte der Löcher 75 auf einem Mittelpunktfestlegungskreis versetzt oder umfangsmässig zwischen den Mittelpunkten von Löchern 75 auf benachbarten Mittelpunktsfestlegungskreisen angeordnet sein. Der Mittelpunkt der Kreise zum Festlegen der Löcher 75 kann die Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers •20 sein.

In den Fig. 5 und 6 ist der Biechpaketendbereich des Ständers 30 einschliesslich einer bevorzugteren Leitpiatte 80 gemäss der Erfindung in grösserem Massstab dargestellt. Die Leitpiatte 80 gleicht im wesentlichen der Leitpiatte 70, mit Ausnahme der Ausrichtung der Durchgangslöcher oder Durchlässe 85, und sämtliche vorherigen Bemerkungen in bezug auf den Aufbau, die Fertigung und die Anordnung der Leitpiatte 70 gelten gleichermassen für die Leitpiatte 80, Die Löcher 85, die durch Innenoberflächen der Leitpiatte 80 begrenzt sind, sind so angeordnet, dass sie der Gasströmung eine radial nach aussen gerichtete Komponente geben, wenn das Kühlgas durch sie hindurch aus dem Endraumbereich 60 zu dem Luftspaltbereich 40 strömt. Die Löcher 85 können im wesentlichen zylindrisch und in der Leitpiatte 80 so angeordnet sein, dass die Längsachse unter einem Winkel 82 gegen eine Bezugslinie 84 angeordnet ist. Die Bezugslinie 84 ist zu der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 im wesentlichen parallel. Zum Erleichtem der Herstellung der Leitpiatte 80 kann die Bezugslinie 84 auch als im wesentlichen rechtwinkelig zu einer Oberfläche 81 oder einer Oberfläche 83 der Leitpiatte 80 bezeichnet werden, da die Oberflächen 81 und 83 insgesamt eben und parallel sein sollten, um zu vermeiden, dass dem darauf auftreffenden Kühlgas unerwünschte Gasströmungskomponenten gegeben werden. Ausserdem sollte die stromaufwärtige Oberfläche der Finger 37 insgesamt eben sein und sich radial erstrecken, so dass, wenn die Leitpiatte 80 daran befestigt ist, die Leitpiatte 80 zwischen den Luftspaltbereich 40 und dem Endraumbereich 60 im wesentlichen radial angeordnet ist. Es sind zwar zylindrische Löcher 85 gezeigt, die Löcher 85 können jedoch jede Form haben, die sich mit dem Erzielen der schnellen radialen Diffusion der Kühigasströmung in dem Luftspaltbereich 40 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströmungsverteilung axial stromabwärts der Leitpiatte 80 verträgt. Der Eingangsrand der Löcher 85 kann vergrössert sein, wie beispielsweise durch eine Anfasung oder An-senkung 87.

Bei Verwendung einer Testvorrichtung mit Wasser zum Simulieren der Kühigasströmung aus dem Endraumbereich 60 in den Luftspaltbereich 40 vorbei an den perforierten Leitplatten 70 (Fig. 3) und 80 gemäss der Erfindung wurde festgestellt, dass die Löcher 75, die eine im wesentlichen axiale Ausrichtung haben, die Kühigasströmung durch die Ständerkanäle verbesserten, insbesondere durch die Auslasskanäle 32a und 32b, und zwar gegenüber einer Kühigasströmung, die erzielt wurde, als eine massive Leitpiatte benutzt wurde. Es wurde ausserdem festgestellt, dass das Vergrössern des Winkels 82 auf etwa 30°, um der Strömung des Kühlgases, die durch die Löcher 85 hindurchgeht, eine nach aussen gerichtete radiale Geschwindigkeitskomponente zu geben und dadurch eine Geschwindigkeit (d.h. die Vektorsumme der axialen und radialen Geschwindkeitskomponenten) des die Löcher 85 verlassenden Kühlgases mit einer Richtung radial nach aussen zu erzeugen, die Kühigasströmung durch die Ständerkanäle, insbesondere durch die Auslasskanäle 32a und 32b, weiter steigerte. Der Winkel 82 sollte jedoch nicht über den Winkel hinaus vergrössert werden, der bewirkt, dass die radial äussersten Löcher 85 der Leitpiatte 80 (d.h. die obere Reihe von Löchern 85 in Fig. 6) Kühlgas oder Gasstrahlen auf die abgestuften Bleche 33 der Ständerblechgruppe 39a richten. Zum Verdeutlichen dieser Beschränkung ist eine Bezugslinie 86 zwischen dem radial äussersten Rand des Auslasses des radial äussersten Loches 85 und dem Schnittpunkt der axial stromabwärtigsten Blechstufe 33 mit der radial inneren Oberfläche 38 des radial innersten Teils der Ständerblechgruppe 39a gezeigt. Kein Kühlgas, das aus den Löchern 85 der Leitpiatte 80 austritt, sollte in den Bereich stromaufwärts oder axial und radial ausserhalb der Bezugslinie 86 eintreten. Weil es erwünscht ist zu vermeiden, dass Kühlgas auf die Stufen 33 gerichtet wird, werden sich die Löcher 85 im allgemeinen nicht so weit radial nach aussen über die Leitpiatte 80 erstrecken wie die Löcher 75 über die Leitpiatte 70,

Es ist nicht notwendig, dass sämtliche Löcher 75 oder 85 Kühigas, das aus ihnen austritt, in derselben Richtung relativ zu der Drehachse 25 (Fig, 1) des Läufers 20 richten, sondern lediglich, dass der gesamte Kühlgasströmungsdurchsatz und die Richtung, die dem Kühlgas gegeben wird, wenn es die Löcher 75 oder 85 verlässt, mit dem gesamten Kühl-

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gasströmungsdurchsatz und der Richtung des Kühlgases, das um den radial inneren (und äusseren, wenn vorhanden) Rand der Leitpiatte 70 bzw. 80 strömt, koordiniert werden, um die schnelle radiale Diffusion der Kühigasströmung in dem Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Leitpiatte 70 bzw. 80 sicherzustellen und dadurch die schnellere Rückgewinnung des statischen Druckes des Kühlgases gegenüber bekannten Leitplatten zu erzielen. Weiter kann die Leitpiatte 70 (Fig. 3) unter einem Winkel (nicht dargestellt) gegen die Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 angeordnet werden, so dass die Löcher 75 das Kühlgas in bezug auf die Drehachse 25 radial nach aussen richten. Das heisst, die Leitpiatte 70 würde so angeordnet sein, dass der radial innere Teil der Leitpiatte 70 weiter axial stromabwärts ist als der radial äussere Teil der Leitpiatte 70 (d.h. die Leitpiatte 70 kann einem Kegelstumpf gleichen). Die Finger 37 (Fig. 3) oder ein Flansch (nicht dargestellt) würden entsprechend modifiziert werden, um für eine ausreichende Halterung der Leitpiatte 70 zu sorgen,

Es sind also ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben worden, die eine ausreichende Kühigasströmung durch die Ständerbelüftungskanäle einer Dynamomaschine, insbesondere durch diejenigen Kanäle, die in dem Ständerblechpaketendbe-reich angeordnet sind, gewährleisten. Das Verfahren und die Vorrichtung gestatten, die Kühigasströmung zu steuern, ohne dass der Läufer ausgebaut zu werden braucht, und die Vorrichtung lässt sich leicht einbauen und benötigt nicht viele Teile. Weiter wird durch das Verfahren und die Vorrichtung eine schnellere Rückgewinnung des statischen Druckes des Kühlgases gegenüber bekannten Leitplatten erzielt.

Claims (31)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern der Kühigasströmung in einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine von einem Endraumbereich (60) zu einem Luftspaltbereich (40), welche Maschine einen Läufer (20) mit einer Drehachse (25) und einen Ständer (30) aufweist, der den Läufer (20) mit Abstand umfangsmässig umschliesst, so dass zwischen ihnen ein Luftspaltbereich mit einem axialen Ende gebildet ist, welcher Ständer (30) wenigstens einen Ständerbelüftungskanal (32, 34) in Gasströmungsverbindung mit dem Luftspaltbereich hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Leiten einer Kühigasströmung aus einem Endraumbereich (60) der Maschine zum axialen Ende des Luftspaltbereichs (40), Aufteilen der Kühigasströmung, die in das axiale Ende des Luftspaltbereichs (40) eintritt, durch Einleiten in eine Mehrzahl diskreter Gasströmungswege (75, 85) einer perforierten Vorrichtung, so dass eine unbehinderte Gasströmungsverbindung zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbereich (40) durch diese Gasströmungswege (75, 85) aufrechterhalten bleibt und Einführen der Mehrzahl diskreter Gasströmungswege (75, 85) in den Luftspaltbereich (40) in einem vorgesehenen Abstand vom axialen Ende dieses Bereichs, wodurch eine schnelle radiale Diffusion der Kühigasströmung stromabwärts des axialen Endes des Luftspaltbereichs (40) eine ausreichende Kühigasströmung zu dem Ständerbelüftungskanal (32,34) gewährleistet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufteilen der Kühigasströmung wenigstens einer aus der Mehrzahl der diskreten Gasströmungswege (85) so angeordnet wird, dass dem Kühlgas, welches diesen wenigstens einen Gasströmungsweg (85) passiert, eine nach aussen gerichtete radiale Strömungsgeschwindigkeitskomponente gegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Ausgangsgeschwindigkeitsrichtung des Kühlgases, welches den wenigsten einen Gasströmungsweg (85) passiert, grösser als 0° bis 30° in bezug auf die Drehachse (25) des Läufers (20) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ständer (30) aus Blechen (33) aufgebaut ist und eine Gruppe (39a) mit einer vorbestimmten Anzahl von abgestuften Blechen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer aus der Mehrzahl diskreten Gasströmungswege (85) derart angeordnet wird, dass das aus diesem einen Gasströmungsweg austretende Kühlgas nicht auf die abgestuften Bleche der Gruppe (39a) auftrifft.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen des wenigstens einen aus der Mehrzahl der diskreten Strömungswege (85) das Ausrichten jedes aus der Mehrzahl der diskreten Strömungswege (85) umfasst, um dem durch jeden dieser Strömungswege strömenden Kühlgas eine radial nach aussen gerichtete Strömungsgeschwindigkeitskomponente zu geben.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilen die Anordnung der Mehrzahl der diskreten Gasströmungswege (75, 85) in einem vorbestimmten Muster umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Erstellen eines ersten Gasverbindungswegs zwischen der Mehrzahl der diskreten Gasströmungswege (75, 85) und dem Läufer (20) und durch Koordinieren der Grösse der Mehrzahl diskreter Gasströmungswege (75, 85) und der Grösse des ersten Gasverbindungsweges, um eine im wesentlichen diffuse Kühigasströmung in dem Luftspaltbereich (40) unmittelbar stromabwärts dem axialen Ende des Luftspaltbereichs (40) zu gewährleisten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gasverbindungsweg zwischen der Mehrzahl diskreter Strömungswege (75, 85) und dem Ständer (30) gebildet wird, und dass das Koordinieren weiter beinhaltet, die Grösse des zweiten Gasverbindungsweges so zu wählen, dass eine im wesentlichen diffuse Kühigasströmung in dem Luftspaltbereich (40) unmittelbar stromabwärts dem axialen Ende des Luftspaltbereichs (40) gewährleistet wird.

9. Leitvorrichtung an der gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine perforierte Platte (70, 80) mit. einer Innenfläche, die wenigstens einen hindurchführenden Gas5

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strömungsweg (75, 85) bestimmt und durch diesen wenigsten einen Gasströmungsweg eine unbehinderte Verbindung der Gasströmung zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbereich (40) herstellt; und durch eine Haltevorrichtung (17, 37), die mit der perforierten Platte verbunden ist, um diese derart am Ständer (30) zu befestigen, dass sie zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltenbereich (40) angeordnet ist.

10. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (70, 80) ein ringförmiges Teil ist, das vom Läufer (20) beabstandet diesen umfangsmässig umgibt.

11. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des wenigstens einen Gasströmungsweges (75, 85) so angeordnet ist, dass das durch wenigstens einen Gasströmungsweg strömende Kühlgas eine resultierende Gasströmungsgeschwindigkeit aufweist, die zu der Drehachse (25) des Läufers (20) im wesentlichen parallel ist.

12. Leitvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasströmungsweg (75) zylindrisch ist und dass die Längsachse dieses Gasströmungswegs im wesentlichen parallel zu der Drehachse (25) des Läufers (20) ist.

13. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des wenigstens einen Gasströmungsweges (85) so angeordnet ist, dass das darausströmende Kühlgas eine radial nach aussen gerichtete Gasströmungsgeschwindigkeitskomponente aufweist.

14. Leitvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasströmungsweg (85) zylindrisch ist und dass die Längsachse dieses Gasströmungswegs einen gegenüber der Drehachse (25) des Läufers (20) nach aussen gerichteten radialen Winkel (82) aufweist.

15. Leitvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des wenigstens einen Gasströmungsweges (85) weiter so angeordnet ist, dass das Kühlgas, welches durch diesen wenigstens einen Gasströmungsweg strömt, eine resultierende Gasströmungsgeschwindigkeit von bis zu 30° gegen die Drehachse (25) des Läufers (20) aufweist.

16. Leitvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Zylinders einen nach aussen gerichteten radialen Winkel (82), der gegen die Drehachse (25) des Läufers (20) kleiner als 30° ist, aufweist.

17. Leitvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des wenigstens einen Gasströmungsweges so angeordnet ist, dass das daraus ausströmende Kühlgas nicht auf die abgestuften Bleche (33) einer Blechgruppe (39a) des Ständers auftrifft.

18. Leitvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasströmungsweg (85) zylindrisch Ist und dass eine Verlängerung des radial äusseren Ausgangs des wenig-stens einen Gasströmungsweg den Ständer (30) axial stromabwärts der abgestuften Bleche (33) schneidet.

19. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (70, 80) aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet ist.

20. Leitvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das eletòrisch nichtleitende Material ein laminiertes Fasermaterial ist.

21. Leitvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Teil (70, 80) zur Erleichterung des Einbaus aus mehreren bogenförmigen Segmenten gebildet ist.

22. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gasströmungsweg (75, 85) einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Einlass einen grösseren Gasdurchflussquerschnitt als der Auslass aufweist.

23. Leitvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die perforierte Platte (70, 80) eine Mehrzahl Innenflächen aufweist, die eine Mehrzahl Gasströmungswege (75,85) bilden.

24. Leitvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmungswege (75, 85) in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind.

25. Leitvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der Einlasse und Auslässe der Mehrzahl der Gasströmungswege (75,85) auf einem Kreis angeordnet sind, der die perforierte Platte (70,80) schneidet.

26. Leitvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Teil der Mittelpunkte der Gasströmungswege (75, 85) auf einem ersten bzw. einem zweiten zueinander konzentrischen Kreis angeordnet sind.

27» Leitvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Gasströmungswege (75,85) zylindrisch ist.

28. Leitvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (70, 80) von dem Läufer (20) beabstandet angeordnet ist, um einen ersten Gasverbindungsweg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbereich (40) zu bilden und dass die Grösse des gesamten Kühl-gasdurchflussquerschnitts der Gasströmungswege (75, 85) und des ersten Gasverbindungsweges derart gewählt ist, dass die Kühigasströmung stromabwärts der perforierten Platte (70, 80) im wesentlichen diffus ist.

29. Leitvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (70, 80) von dem Ständer (30) beabstandet angeordnet ist, so dass ein zweiter Gasverbindungsweg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbereich (40) vorhanden ist und wobei die Grösse des zweiten Gasverbindungsweges derart gewählt ist, dass die Kühigasströmung stromabwärts der perforierten Platte (70,80) im wesentlichen diffus ist.

30. Leitvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die dynamoelektrische Maschine einen äusseren mit dem Ständer (30) verbundenen AbstandsbloGk (35) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte (70, 80) mit diesem äusseren Abstandsblock (35) verbunden ist.

31. Leitvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierte Platte am äusseren Abstandsblock (35) verschraubt ist.

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