DE1613111B2

DE1613111B2 - Dynamoelektrische Maschine mit radialer Kühlgasführung

Info

Publication number: DE1613111B2
Application number: DE1613111A
Authority: DE
Inventors: Sterling Cheney Scotia N.Y. Barton (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-06-20
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE1613111A1; US3413499A; GB1149876A; CH456756A; BE700147A; JPS4925123B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische Maschine mit einem Läufer und einem Ständer mit radialer Kühlgasführung, wobei das Gas durch Eintrittskanäle des Ständers, durch den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer und durch Eintrittskanäle des Läufers radial einwärts und durch Austrittskanäle des Läufers und des Ständers radial auswärts strömt. Eine derartige elektrische Maschine ist aus der US-PS 31 10 827 bekannt.

Dynamoelektrische Maschinen, beispielsweise große Turbogeneratoren, werden gewöhnlich mit einem Gas, beispielsweise Wasserstoff, gekühlt, das aus dem Innern des Läufers radial durch den Luftspalt zwischen dem Läufer und dem Ständer und durch die Ständerbleche strömt. Man kann die Ständerwicklungen zusätzlich mit einem Strom eines Gases oder einer Flüssigkeit in der Isolierung der Wicklung kühlen. Die aus dem Läufer durch den Luftspalt und die Ständerbleche tretende, radiale Gasströmung dient zum Abführen der Wärme, die infolge von Wirbelstrom- und Hysteresisverlusten in den Blechen erzeugt wird. Die an den Endteilen der Maschine in den Ständerblechen erzeugte Wärme ist besonders schwer abzuführen. An den Enden der Maschine wird zusätzlich ein längsgerichteter Streufluß erzeugt, der zu einer erhöhten Wärmeerzeugung in den dort befindlichen Ständerblechen führt.

Bei einem Generator mit im Luftspalt radial strömendem Kühlgas erfolgt die Aufnahme und die Abgabe des Kühlgases im Luftspalt, wodurch eine wirksame Kühlung des Generators erzielt wird. Da von den Endteilen des Ständers jedoch eine größere Wärmemenge abgeführt werden muß, ist es manchmal zweckmäßig, diese Ständerkanäle mit rückgekühltem Gas zu kühlen, das von dem Gebläse des Generators axial abgegeben wird, anstatt mit teilweise erwärmtem Gas, das radial aus dem Läufer eintritt. An den Enden des Läufers, an denen der Luftspalt mit den Stirnräumen des Generators in Verbindung steht, trachten die Gasströme danach, die ersten Abschnitte der Kühlkanäle des Ständers zu umgehen, so daß ihre Kühlwirkung herabgesetzt wird. Diese Erscheinung ist auf die starke axiale Komponente der Gasströmung am Eintritt des Luftspaltes zurückzuführen. Diese axiale Komponente führt zur Erzeugung eines Venturieffekts oder eines Bereiches niedrigen statischen Drucks an den Eingängen der radialen Kühlkanäle in den Endteilen des Blechpaketes an dessen Innendurchmesser, weil das außerhalb des Luftspaltes angeordnete Gebläse des Generators ungehindert Gas axial in den Luftspalt abgibt.

Es ist daher eine Einrichtung erwünscht, welche den statischen Druck des von dem Gebläse axial abgegebenen Gases in dem Luftspalt erhöht, so daß dieses Gas leichter in die Austrittskanäle des Ständers eintreten kann. Ferner ist es erwünscht, den von dem Gebläse axial abgegebenen Gasstrom von der radialen Strömung in dem Luftspalt zu trennen, indem die Strömung zwischen den Stirnräumen des Generators und dem Luftspalt gedrosselt wird.

Es ist schon bekannt, die Strömung zwischen dem Luftspalt des Generators und dessen Stirnräumen zu drosseln. So ist in der US-PS 28 95 065 eine Maschine beschrieben, bei der die an den äußersten Endteilen des Ständers angeordneten Ständerkeile einstückig mit abwärtsgerichteten Flanschen ausgebildet sind, die in den Luftspalt vorstehen und die Strömung zwischen dem Luftspalt und den Endräumen des Generators stark drosseln. Diese Lösung hat sich jedoch in der Praxis als unvorteilhaft erwiesen, da die Montage der Maschine erschwert wird.

Weiterhin ist es bei einer Maschine mit radialer Gasströmung im Luftspalt bekannt, über den Ständer vorstehende Prallwände vorzusehen, die eine Gasströmung zu den am Ende des Ständers befindlichen radialen Kanälen verhindern sollen. Damit wird erreicht, daß die Gasströmung im wesentlichen ausschließlich zu im Endbereich des Ständers befindlichen Eintrittsöffnungen des Läufers geführt wird (GB-PS 7 53 114). Diese Anordnung trägt also nicht der bereits geschilderten Forderung nach einer wirksamen Kühlung des Ständers an seinen Endbereichen Rechnung.

Auch bei der Maschine nach der US-PS 31 10 827 sind die angesprochenen Probleme nicht berücksichtigt, denn bei ihr wird der Ständer über seine gesamte Länge weitgehend gleichmäßig gekühlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mögliehst einfache Anordnung zum Kühlen des Ständerblechpaketes einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere der Endbleche derselben, zu schaffen, wobei die hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit am Eintritt des Luftspaltes ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird bei der dynamoelektrischen Maschine der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch an den Endteilen der Maschine im Luftspalt angeordnete und eine axiale Gasströmung in den Luftspalt nur zu einer bestimmten Anzahl von an den Endteilen des Ständers angeordneten Ständeraustrittskanälen leitende Praliwände gelöst, die an dem Ständer außerhalb des Luftspaltes montiert sind und einen Zylinder besitzen, der sich axial in den Luftspalt hinein erstreckt und an dem ein erster radial auswärts gerichteter Flansch und ein zweiter radial einwärts gerichteter und bis nahe an den Läufer am Ende des Luftspaltes reichender Flansch angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Kühlen der

Endteile eines Ständers einer dynamoelektrischen Maschine verbessert die Kühlwirkung, weil eine Störung der Strömung verhindert und der von dem Gebläse abgegebene Gasstrom zweckmäßig geführt wird. Da die erfindungsgemäße Prallwand am Eingang des Luftspaltes leicht montiert werden kann, nachdem der Läufer des Generators eingebaut ist, behindert dieses Element das Einbringen des Läufers in den Ständer nicht.

Weitere Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den F i g. 1 bis 4 der Zeichnungen hervor, welche besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, die nachstehend näher erläutert sind. Es zeigt

F i g. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine gasgekühlte dynamoelektrische Maschine gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen teilweisen Schnitt durch den Endteil des Generators nach F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie HI-III in F i g. 2 und

Fig.4 einen Fig.3 entsprechenden Schnitt durch eine Maschine in einer weiteren Ausführungsform.

In F i g. 1 ist ein Läufer 1 in dem Ständer 2 eines Generators drehbar gelagert. Auf dem Läufer 1 ist ein Axialgebläse 3 montiert. Ferner ist über den Enden des Läufers 1 je ein Haltering 4 angeordnet, der die Wickelköpfe des Läufers festhält. Der Läufer 1 ist mit öffnungen 5 zur Gasaufnahme aus dem Luftspalt und mit öffnungen 6 zur Gasabgabe in den Luftspalt versehen, wobei die öffnungen 5 bzw. 6 abwechselnd in Gruppen in Richtung der Läuferachse angeordnet sind. Diese Gruppen korrespondieren im wesentlichen mit ähnlichen Gruppen von öffnungen in dem Ständer 2. Das heißt, daß die Eintrittskanäle 7 des Ständers radial im wesentlichen mit den öffnungen 5 des Läufers zur Gasaufnahme aus dem Luftspalt fluchten. Ferner fluchten die Austrittskanäle 8 des Ständers radial im wesentlichen mit den öffnungen 6 des Läufers zur Gasabgabe in den Luftspalt. Radial auswärts von den Ständerblechen wird das in die Eintrittskanäle 7 eintretende Kühlgas von dem aus den Austrittskanälen 8 austretenden Kühlgas durch Trennwände 9 getrennt, die Strömungswege für das dem Gebläse 3 zuströmende und von ihm wegströmende Kühlgas bilden. Gemäß F i g. 1 tritt ein Teil des von dem Gebläse 3 erzeugten Gasstromes unter dem Haltering 4 hindurch in das Innere des Läufers ein und kühlt die Läuferwickelköpfe. Das unter den Halteringen hindurchtretende Kühlgas tritt danach an beiden Enden des Läufers 1 aus den Austrittsöffnungen 6 radial in den Luftspalt und die korrespondierenden Austrittskanäle 8 des Ständers ein. Die von dem Gebläse 3 abgegebene, axiale Strömung strömt ferner außerhalb der Halteringe 4 in den Endraum 10 zu dem Luftspalt 11 des Generators hin. An dieser Stelle ist erfindungsgemäß die Prallwand 19 angeordnet. Wenn zwischen dem Stirnraum 10 und dem Luftspalt 11 keine Drosselstelle vorhanden wäre, so daß die von dem Gebläse 3 abgegebene Strömung frei in den Luftspalt eintreten könnte, würden in dem den Endblechen benachbarten Bereich die radiale Strömung aus den Kanälen 6 in die Kanäle 8 und die von dem Gebläse 3 abgegebene Strömung einander stören, so daß die Kühlwirkung in den Austrittskanälen 8a beträchtlich herabgesetzt werden würde. Infolge des geringen statischen Druckes des mit hoher Geschwindigkeit axial strömenden Gases an dem Eingang zum Luftspalt wäre in den den Enden benachbarten Austrittskanälen 8a nur eine schwache, radial auswärtsgerichtete Gasströmung vorhanden.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, befindet sich je eine Prallwand 19 an den Enden der Maschine am Eingang des Luftspaltes 11 des Generators. Die Prallwand 19 wird von mehreren bogenförmigen Segmenten eines Zylinders 20 gebildet, der zu dem Läufer 1 des Generators koaxial ist. An beiden Enden des Zylinders 20 ist ein Flansch 21 bzw. 22 angeordnet. Der am Innenende des Zylinders 20 vorgesehene Flansch 21 erstreckt sich sehr nahe an das Ständerblechpaket 2 heran. Der von dem Außenende des Zylinders 20 vorstehende Flansch 22 verläuft bis in die Nähe des Läufers 1, berührt diesen jedoch nicht. Der Läufer 1 rotiert gegenüber dem Flansch 22.

Von dem Außenende des Zylinders 20 steht ein Flansch 23 radial auswärts vor. Die Prallwand 19 ist am Ständer des Generators mit Hilfe einer Schraube 24 befestigt, welche den Flansch 23 der Prallwand mit der Endscheibe 25 des Ständers verbindet. Die bogenförmigen Segmente sind am Eingang des Luftspaltes in einem Bogen von 360° aufeinanderfolgend angeordnet. Der Flansch 23 setzt sich aus Flanschteilen der bogenförmigen Segmente zusammen, die nicht so breit sind wie die Segmente. Das heißt, daß die den Eingang des Luftspaltes umgebenden Flanschteile 23 in Abständen voneinander angeordnet sind, so daß axiale Strömungskanäle 26 gebildet werden (vgl. F i g. 3).

Bei der Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung nach F i g. 4 sind die einzelnen Teile der Prallwand 19 mit einem ununterbrochenen Flansch 27 versehen, der sich radial auswärts erstreckt und von Strömungskanälen 28 durchsetzt ist.

Da sich die Prallwand 19 am Eintritt des Luftspaltes axial in den Luftspalt 11 hinein erstreckt, wird eine Verbindung zwischen den Stirnräumen 10 des Generators und den Austrittskanälen 8a in den äußersten Endteilen des Ständerblechpaketes 2 des Generators geschaffen. Axial auswärts von dem Flansch 21 stehen daher die den Enden des Generators benachbarten Austrittskanäle 8a des Ständers mit dem Stirnraum 10 des Generators in Verbindung. Axial einwärts von dem Flansch 21 münden die Austrittskanäle 8 des Ständers in den Luftspalt 11 des Generators.

Man erkennt, daß im Betrieb des Generators die am Eintritt des Luftspaltes angeordnete Prallwand den Luftspalt 11 des Generators effektiv von den Stirnräumen 10 des Generators trennt, so daß die im Luftspalt vorhandene radiale Strömung aus dem Läufer 1 in das Blechpaket 2 durch die axial einwärtsgerichtete Strömung, die das Gebläse 3 erzeugt, nicht behindert oder beeinflußt wird. Die von dem Gebläse 3 erzeugte Kühlgasströmung kann durch die Strömungskanäle 26 bzw. 28 treten und trifft dann auf den Flansch 21 auf, so daß die Kühlgasströmung danach radial auswärts durch die Austrittskanäle 8a in den den Enden des Generators benachbarten Bereichen des Ständerblechpaketes 2 gedrückt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dynamoelektrische Maschine mit einem Läufer und einem Ständer mit radialer Kühlgasführung, wobei das Gas durch Eintrittskanäle des Ständers, durch den Luftspalt zwischen dem Ständer und dem Läufer und durch Eintrittskanäle des Läufers radial einwärts und durch Austrittskanäle des Läufers und des Ständers radial auswärts strömt, gekennzeichnet durch an den Endteilen der Maschine im Luftspalt (11) angeordnete und eine axiale Gasströmung in den Luftspalt (U) nur zu einer bestimmten Anzahl von an den Endteilen des Ständers (2) angeordneten Ständeraustrittskanälen (8a) leitende Prallwände (19), die an dem Ständer (2) außerhalb des Luftspaltes (11) montiert sind und einen Zylinder (20) besitzen, der sich axial in den Luftspalt (11) hinein erstreckt und an dem ein erster radial auswärts gerichteter Flansch (21) und ein zweiter radial einwärts gerichteter und bis nahe an den Läufer (1) arn Ende des Luftspaltes reichender Flansch (22) angeordnet ist.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwände (19) mittels eines dritten Flansches (23, 27), an dem axiale Strömungskanäle (26, 28) ausgebildet sind, an dem Ständer (2) befestigt sind.