DE1613102B2

DE1613102B2 - Kühleinrichtung für elektrische Maschinen mit direkter Leiterkühlung

Info

Publication number: DE1613102B2
Application number: DE1613102A
Authority: DE
Inventors: David Mac Cleggan Scotia N.Y. Willyoung (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-05-04
Filing date: 1967-05-03
Publication date: 1975-05-15
Also published as: CH460152A; US3435263A; GB1116200A; DE1613102A1; JPS4525734B1; BE697955A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für elektrische Maschinen mit direkter Leiterkühlung mittels axialer Kanäle im Läufer, die über radiale Ein- und Austrittskanäle mit dem Luftspalt zwischen Läufer und Ständer in Verbindung stehen, wobei die Austrittskanäle in über die Mantelfläche des Läufers vorstehende Stutzen münden. Eine derartige Kühleinrichtung ist aus der DT-AS 11 21 200 bekannt.

Es ist bekannt (DT-AS 11 64 564), die Läuferwicklungen von elektrischen Maschinen mit Gas zu kühlen, das dem Luftspalt entnommen wird. Der Läufer derartiger Maschinen ist von Kanälen durchsetzt, deren Eintrittsöffnungen der Läuferachse näher liegen als die Austrittsöffnungen. Auf diese Weise wird nach dem Ventilatorprinzip Kühlgas gefördert. Je weiter Ein- und Austritt der Kanäle radial voneinander entfernt sind, um so größer wird der entsprechende Förderdruck. Zur weiteren Erhöhung des Förderdrucks ist es bekannt (DT-AS 11 21 200), die Austrittsöffnungen der Kanäle mit radialen Stutzen zu versehen, welche in den Luftspalt zwischen Läufer und Ständer hineinragen, so daß die Austrittsöffnungen wesentlich außerhalb der Mantelfläche des Läufers liegen. Diese Stutzen sind so ausgebildet, daß sie von den Nutenkeilen an einer radial nach außen gerichteten Bewegung gehindert werden. Dies führt zwangläufig dazu, daß die Nutenkeile und damit die Zähne einer zusätzlichen Fliehkraftbelastung unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stutzen der Kühleinrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Fliehkraftbelastung der Läuferteile möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stutzen zwischen auf dem Läufer sitzenden Stützringen angeordnet und gegen eine Radialbewegung gegenüber den Stützringen durch in den Stützringen ausgebildete, in Umfangsrichtung verlaufende Keilnuten und an den Stutzen befindliche Keile festgelegt sind und daß zur Lagesicherung in Umfangsrichtung in der Mantelfläche des Läufers axial verlaufende Keilnuten ausgebildet sind und die Stutzen axiale Keile besitzen, die in die Keilnuten eingreifen.

In den F i g. 1 bis 5 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung an Hand zweier besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele dargestellt, welche nachstehend näher erläutert sind. Es zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht eines teilweise geschnittenen Generators, dessen Läufer durch aus dem Luftspalt aufgenommenen Wasserstoff gekühlt wird,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch zwei Stutzen, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie Ill-Ill in F i g. 2, F i g. 4 einen Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch einen Stutzen in einer weiteren Ausführungsform und F i g. 5 eine perspektivische Darstellung eines Stutzens nach F i g. 4.

Die obere Hälfte der Fig. 1 zeigt eine Aufsicht und die untere Hälfte eine gegenüber dieser um 90° gedrehte Ansicht. Die F i g. 1 stellt eine elektrische Maschine dar, deren gasdichtes Gehäuse 1 ein Ständerblechpaket 2 besitzt. Ein Läufer 4 ist mit einem Lager 3 drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert. Das Ständerblechpaket 2 enthält eine Anzahl von radialen Kühlkanälen 5, die in der Längs- und Umfangsrichtung des Ständerblechpaketes voneinander beabstandet verlaufen. In den Längsnuten des Ständerblechpaketes sind flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklungen 6 angeordnet. An beiden Enden des Läufers 4 befindet sich je ein Ventilator

7, der das Kühlgas durch das Maschinengehäuse bewegt. Das Maschinengehäuse 1 enthalt Wärmetauscher

8, die zum Kühlen des darin strömenden Gases dienen. Zwischen dem Maschinengehäuse und dem Ständerblechpaket sind Trennwände 9 vorgesehen, die das Gehäuse in Abteile teilen, so daß das durch das Ständerblechpaket radial zu dem Läufer hin strömende Gas von dem radial von dem Läufer wegströmende Gas getrennt wird. Die Trennwände begrenzen somit Gasführungen, die von den Austrittskanälen 56 des Ständerblechpaketes zu den Wärmetauschern 8 und den Ventilatoren 7 und von diesen zu den Eintrittskanälen 5a des Ständerblechpaketes führen.

Zum Kühlen des Läufers wird in bekannter Weise Gas mit Hilfe von schaufelartigen Eintrittsöffnungen der Eintrittskanäle 11 dem Luftspalt 10 entnommen und durch die Austrittsöffnungen der Austrittskanäle 12 wieder an den Luftspalt abgegeben. Die Eintrittsäffnungen der Eintrittskanäle 11 sind in Zonen gruppiert, die längs des Läufers in Abständen voneinander angeordnet sind und radial mit entsprechenden Eintrittskanälen 5.7 des Ständerblechpaketes fluchten. Ferner sind die Austrittsöffnungen der Austrittskanäle 12 in Zonen gruppiert, die längs des Läufers in Abständen voneinander angeordnet sind und radial mit entsprechenden Austrittskanälen 56 des Ständerblechpaketes fluchten. Den Läufer durchsetzt das Kühlgas in Kanälen, die in den Leitern vorgesehen sind.

Die Austrittsöffnungen der Austrittskanäle 12 münden auf einem größerer. Durchmesser in den Luftspalt als die Eintrittsöffnungen der Eintrittskanäle 11.

Im Bereich der Austrittsöffnungen sind unmagnetische Stützringe 13 vorgesehen, die satt auf der Mantelfläche des Läufers 4 sitzen. Zwischen aufeinanderfolgenden Stützringen 13 sind Stutzen 14 angeordnet, die

ebenfalls unmagnetisch sind und die Austrittskanäle 12 bilden. Diese stehen mit den Austrittskanälen 12a in Verbindung und stellen Verlängerungen derselben dar.

In den F i g. 2 und 3 ist ein Ausschnitt des Läufers mit unmagnetischen Stützringen 13 und Stutzen 14 gezeigt. Die Stutzen 14 sind oben auf Nutkeilen 15 so angeordnet, daß sie mit den darin ausgebildeten Austrittskanälen 12a in Verbindung stehen. Die einzelnen Stutzen 14 sind im Bereich des gesamten Läuferumfanges angeordnet und voneinander beabstandet und nehmen je einen Sektor des Gesamtumfanges entsprechend der Teilung der Läuferzähne 25 ein. Die Stutzen 14 sind gemäß F i g. 3 T-förmig ausgebildet, so daß nur ihre Außenflächen den Läuferumfang ununterbrochen umgeben. Dadurch wird bei geringem Gewicht der Stutzen ein geringer Reibungswiderstand gewährleistet.

In den Stirnflächen der Stützringe 13 sind in Umfangsrichtung Keilnuten 16 zur Aufnahme von Keilen 17 angeordnet, die an den Stutzen 14 ausgebildet sind und zum Festhalten derselben dienen.

Zum Festlegen der Stutzen 14 gegen eine Bewegung in der Umfangsrichtung stehen Keile 19 von den Stutzen 14 radial einwärts vor. Die Keile 19 werden von Keilnuten 20 aufgenommen, die in den Nutkeilen 15 vorgesehen sind. Man kann die Keilnuten 20 auch in den Läuferzähnen 25 anordnen oder die ganze Außenfläche der Keile 15 niedriger legen, wobei sich der Keil 19 dann von einem Läuferzahn zum anderen erstreckt.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Austrittszonen des Läufers. Der Lauferumfang ist von radialen Stutzen 18 umgeben. Jeder dieser Stutzen erstreckt sich im Bogen von der Mittellinie eines Nutkeils 15 zur Mittellinie des nächsten Nutkeils 15. Die Stutzen 18 sind mit axial verlaufenden, bogenförmigen, vorstehenden Keilen 17 versehen, welehe eine Radialbewegung der Stutzen 18 gegenüber den Stützringen 13 verhindern. Zum Festlegen der Stutzen 18 gegen eine Bewegung in der Umfangsrichtung sind die Stutzen 18 mit ebenfalls radial einwärts vorstehenden, axialen Keilen 19 versehen, die in die Keilnuten 20 der Nutkeile 15 eingreifen. Das Festlegen der Stutzen 18 gegen eine Bewegung in Umfangsrichtung kann auch durch die anderen vorstehend beschriebenen Maßnahmen erfolgen. Das Gewicht der Stutzen 18 wird beispielsweise durch die Ausnehmung 21 (F i g. 4) bzw. die Ausnehmungen 22 (F i g. 5) bzw. den Ausschnitt 23 (strichliert in F i g. 4) vermindert. Die radialen Verlängerungen der Austrittskanäle 12a werden durch das Aneinandersetzen der Flächen 26 von einander benachbarten Stutzen 18 gebildet. Nach F i g. 5 ist an jedem Stutzen 18 eine Hälfte eines radialen Austrittskanals 24 ausgebildet. Man kann auch eine der aneinanderliegenden Flächen 26 eben ausbilden und den ganzen Austrittskanal 24 in der anderen der beiden aneinanderliegenden Flächen 26 ausbilden.

Wenn sich im Betrieb des Generators der Läufer 4 dreht, strömt das Kühlgas in die Eintrittskanäle 11, durch die Kühlkanäle der Leiter und durch die Austrittskanäle 24 unter Wirkung des Staudruckes, der durch die Schaufelwirkung an den Eintrittsöffnungen der Eintrittskanäle 11 erzeugt wird. Die Gasströmung wird durch die Fliehkraftwirkung unterstützt, die darauf zurückzuführen ist, daß die Austrittskanäle 24 auf einem größeren Durchmesser liegen als die Eintrittsöffnungen der Eintrittskanäle 11.

Die ganze auf die Stutzen 14 nach F i g. 2 und 3 und die Stutzen 18 nach Fig.4 und 5 einwirkende Fliehkraftbelastung wird von den zwischengeschalteten Stützringen 13 aufgenommen, die bis auf ihr Eigengewicht im übrigen nicht belastet sind. Durch die in Umfangsrichtung angeordneten Keilnuten 16 in den Ringen werden örtliche Spannungskonzentrationen verhindert. Die Fliehkraftbelastung der Läuferzähne 25 wird daher durch die radiale Verlängerung der in üblicher Weise in den Nutkeilen vorgesehenen Austrittskanäle 12a in keiner Weise vergrößert. Die Läuferzähne nehmen in üblicher Weise die auf die Wicklungen des Generators einwirkende Fliehkraft über die Nutkeile 15 auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für elektrische Maschinen mit direkter Leiterkühlung mittels axialer Kanäle im Läufer, die über radiale Ein- und Austrittskanäle mit dem Luftspalt zwischen Läufer und Ständer in Verbindung stehen, wobei die Austrittskanäle in über die Mantelfläche des Läufers vorstehende Stutzen münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen (14; 18) zwischen auf dem Läufer sitzenden Stützringen (13) angeordnet und gegen eine Radialbewegung gegenüber den Stützringen durch in den Stützringen (13) ausgebildete, in Umfangsrichtung verlaufende Keilnuten (16) und an den Stutzen (14) befindliche Keile (17) festgelegt sind und daß zur Lagesicherung in Umfangsrichtung in der Mantelfläche des Läufers axial verlaufende Keilnuten (20) ausgebildet sind und die Stutzen (14; 18) axiale Keile (19) besitzen, die in die Keilnuten (20) eingreifen.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stutzen (14) im wesentlichen T-förmig ausgebildet und von den Austrittskanälen (12) im wesentlichen zentral durchsetzt sind und daß die Stutzen (14) am Umfang des Läufers Sektoren einnehmen, die etwa dem Mittelabstand zwischen einander benachbarten Läuferzähnen (25) entsprechen.