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Einrichtung zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit elektrischer Maschinen
hoher Leistung in Turbobauart Die Hauptpatentanmeldung befaßt sich mit einer Einrichtung
zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit einer elektrischen Maschine hoher Leistung
in Turbobauart, deren Läuferwicklung von einem gasförmigen und deren Ständerwicklung
von einem flüssigen Kühlmittel direkt gekühlt werden. Gemäß der Hauptpatentanmeldung
sind bei einer solchen Maschine unmittelbar neben den Stirnseiten des Turboläufers,
beispielsweise in einem Abstand von wenigen Millimetern, stillstehende Isolierstoffabdeckungen,
vorzugsweise aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen, angeordnet, die mit die Wickelköpfe
der Ständerwicklung in an sich bekannter Weise in möglichst engem Abstand umgebenden
weiteren Isolierstoffabdeckungen, die vorzugsweise ebenfalls aus glasfaserverstärkten
Polyesterharzen bestehen, verbunden sind.
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Die Erfindung sieht eine weitere Verbesserung der Anordnung bei einer
Maschine vor, bei der das gasförmige Kühlmittel des Läufers in etwa in der Mitte
der Maschine befindliche, den Ständer radial durchsetzende Kanäle übertritt. Das
Kühlgas kann dabei durch zu beiden Seiten der Maschine befindliche mehrstufige Drucklüfter
in den Läufer hineingedrückt werden und strömt dann über die den Ständer radial
durchsetzenden Kanäle ab. Um zu vermeiden, daß bei dem Übertritt des Läuferkühlmittels
in die radialen Kanäle des Stators das gasförmige Kühlmittel in den Luftspalt der
Maschine eindringt und somit wieder den durch die Abdeckung des Luftspaltes an den
Seitenflächen durch die in geringem Abstand von den Stirnseiten des Läufers angebrachte
Isolierstoffabdeckung erreichten Vorteil aufhebt, wird gemäß der Erfindung der Luftspalt
durch Blenden gegen das radial durch den Ständer abströmende Kühlmittel des Läufers
abgedeckt. Dadurch kann die durch die Flüssigkeitskühlung der. Ständerwicklung erzielte
und durch die vorgesehene Abkapselung weiterhin verstärkte Erhöhung der Belastbarkeit
der Maschine in vollem Umfang ausgenutzt werden.
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Zur Führung der Kühlluft im Läufer können in an sich bekannter Weise
die Leiter der Läuferwicklung als Hohlstäbe ausgebildet werden. Nachteilig hierbei
ist jedoch, daß dann die Kühlluft durch die Leiterisolation hindurchtreten muß.
Es ist daher vorteilhafter, im Läuferkörper unmittelbar neben den die Leiter der
Läuferwicklung aufnehmenden Nuten des Läufers gesonderte Kühlschlitze zur Führung
der Läuferkühlluft anzuordnen.
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Die Erfindung ist besonders geeignet für mehrpolige schnellaufende
Synchronmaschinen hoher Leistung, bei denen durch die Erfindung eine beachtliche
Verringerung des Außendurchmessers erzielt wird. Während bisher solche Maschinen
mit Wasserstoffkühlung und demzufolge mit aufwendigen druckfesten und unterteilten
Gehäusen ausgerüstet wurden, entfällt durch die Erfindung das druckfeste Gehäuse,
so daß auch die bei den sehr großen Gehäusedurchmessern schwer zu bewältigenden
Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung und hinsichtlich der Bewältigung der
sehr hohen Explosionsdrücke entfallen. Außerdem ergibt sich durch die Vermeidung
des druckfesten Gehäuses und durch die wesentlich höhere Ausnutzung der Maschine
eine erhebliche Gewichtseinsparung.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur als Ausführungsbeispiel
ein sechspoliger Wasserkraftgenerator für 1000 U/min mit einer Durchgangsdrehzahl
von 1800 U/min dargestellt, der sich besonders für den Einsatz in Pumpspeicherwerken
eignet. Der Läufer 1 der dargestellten elektrischen Maschine ist massiv als Stahlgußkörper
ausgebildet. Die auf dem als Vollrotor ausgebildeten Läufer 1 befindliche Erregerwicklung
besteht pro Pol aus drei Spulen, so daß der Läufer pro Pol sechs Nuten für die Erregerwicklung
aufweist.
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Wie bei der Hauptpatentanmeldung sind die Stirnseiten des Läufers
1 durch die stillstehenden Abdekkungen 2, die aus glasfaserverstärktem Polyesterharz
bestehen, abgedeckt. An ihrem äußeren Umfang sind die Abdeckungen 2 mit den Abdeckungen
3 verbunden, die die Wickelköpfe 4 der Ständerwicklung S in möglichst engem Abstand
umgeben.
Der Ständerwicklung 5, die in durch ferromagnetische Nutenverschlußkeile
abgeschlossenen Nuten des Ständers untergebracht ist, wird über die Rohrleitungen
11 und 12 eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, zugeleitet. Ferner sind zur
Kühlung des Ständers in unmittelbarer Nähe des Rückens des Ständerblechpaketes die
zusätzlichen Kühlrohre 13 vorgesehen, die - wie es schematisch angedeutet ist -
an den Kühlkreislauf des für die Kühlung der Ständerwicklung vorgesehenen flüssigen
Kühlmittels angeschlossen sind.
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Zur Kühlung der Läuferwicklung und des Läufers 1 dient Kühlluft, die
von den zu beiden Seiten der Maschine befindlichen mehrstufigen Drucklüftern 34
in den Läufer hineingedrückt wird, wie es durch die Pfeile schematisch angedeutet
ist. Die Kühlluft strömt dann durch die Kühlschlitze, die sich unmittelbar neben
den die Leiter der Läuferwicklung aufnehmenden Nuten befinden. Die Kühlschlitze
sind in den Stahlgußkörper des Läufers 1 eingehobelt und durch Verschlußkeile zum
Luftspalt abgedichtet. Etwa in der Mitte des Läufers 1 sind die Kühlschlitze zum
Luftspalt hin geöffnet. Die Kühlluft wird hier radial nach außen umgelenkt und strömt
durch die Kanäle 35, die den Ständer radial durchsetzen, nach außen ab. Das Abströmen
der Abluft des Läufers wird durch die Zentrifugalkraft unterstützt.
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Für die Kühlluft des Läufers ist bei der dargestellten Maschine ein
geschlossener Kühlkreislauf mit Rückkühleinrichtungen vorgesehen. Die den Ständer
radial durchsetzende Abluft des Läufers wird daher den nicht dargestellten Rückkühleinrichtungen
zugeführt, die entweder beidseitig in der Mitte der Maschine oder an der Unterseite
der Maschine angeordnet werden können. Von dort aus wird dann die Kühlluft wiederum
in an sich bekannter Weise den mehrstufigen Drucklüftern 34 zugeführt.
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Durch die im Luftspalt an den Seiten der Kanäle 35 angeordneten Blenden
36 wird der Luftspalt gegenüber der Abluft des Läufers abgedeckt; so daß eine nennenswerte
Luftbewegung innerhalb des Luftspaltes und mithin auch innerhalb des Ständerwickelkopfraumes
vermieden wird, da sonst der durch die Abkapselung der Stirnseiten des Läufers und
des Ständerwickelkopfraumes erzielte Vorteil, der in der Unterbindung einer jeglichen
Luftförderung an den Stirnseiten des Läufers und im Ständerwickelkopfraum besteht,
zunichte gemacht werden würde.
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Gemäß der Erfindung ausgebildete Synchronmaschinen in Turbobauart
eignen sich vorzüglich zum Einsatz in Pumpspeicherwerken, zumal sie eine erhebliche
Verringerung des Läuferdurchmessers ermöglichen. Die bei Pumpspeicherwerken mit
Rück-Sicht auf die Turbine erforderliche hohe Anlaufzeitkonstante erzielt man dadurch,
daß auf die Welle der Maschine ein Schwungrad mit ausreichendem Schwungmoment aufgebracht
wird, das vorteilhafterweise ebenfalls abgekapselt wird. Zu diesem Zweck ist im
Ausführungsbeispiel mit der Welle der Maschine das Schwungrad 40 gekuppelt, das
mit Hilfe des Gehäuses 37 abgekapselt ist.
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Statt einer Druckbelüftung kann man jedoch auch eine Saugbelüftung
vorsehen. In diesem Falle wird die Kühlluft durch Sauglüfter etwa in der Mitte der
Maschine radial durch den Ständer hindurch dem Läufer zugeführt. Hierbei kann auf
eine vollständige Abdeckung des Luftspaltes gegenüber der in der Mitte der Maschine
angesaugten Frischluft des Läufers verzichtet werden. Durch die angesaugte Frischluft
wird nämlich auch die im Luftspalt befindliche vorgewärmte Luft mitgerissen. Man
wird jedoch durch die Blenden die Ausbildung eines zu starken Luftstromes durch
den Luftspalt verhindern, so daß sich im Luftspalt nur eine äußerst geringe Luftbewegung
ausbildet.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann im übrigen auch bei Blindleistungsmaschinen
mit ,gutem Erfolg angewendet werden.