DE2309003A1

DE2309003A1 - Gasgekuehlte dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE2309003A1
Application number: DE19732309003
Authority: DE
Inventors: Sterling Cheney Barton; Dominic De Mania; Allan Charles Shartrand
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-09-13
Also published as: FR2174067B1; US3714478A; GB1401375A; JPS48100603A; CH554611A; CA938976A; FR2174067A1

Description

Gasgekühlte dynamoelektrische Maschine

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kühlsysteme für grosse gasgekühlte dynamoelektrische Maschinen und insbesondere auf ein Aussenkanäle aufweisendes Kühlsystem, das die Verwendung von Rotoren und.Kernen mit maximalem Durchmesser innerhalb einer äusseren Ummantelung begrenzter Grosse gestattet.

Der Aufbau und die elektrische Nennleistung grosser dynamoelektrischer Maschinen können durch die zulässigen Gesamtabmessungen der Maschine im Verhältnis zu Transportbedingungen begrenzt werden. Es kann wünschenswert oder sogar kritisch sein, die grösstmögliche Maschinenleistung für einen bestimmten

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Aussenrahmen mit maximalem Durchmesser zu erreichen. Ein Weg, um die Nennleistung einer dynamoelektrischen Maschine zu erhöhen, besteht darin, den Durchmesser des inneren elektromagnetischen Kernes zu vergrössern. Dies muss jedoch geschehen, ohne dass die Gesamtgrösse der Naschine vergrössert wird. Deshalb vergrössert jede Anordnung, die den grösstmöglichen Durchmesser eines elektromagnetischen Kernes gestattet, der innerhalb der eingeengten Grenzen der Schienenabstände transportiert werden soll, die :elektrische Nennleistung und deshalb die Brauchbarkeit der Maschine . Ein Weg zum Transport von Innenkernen mit maximalem Durch- ; messer besteht in der Verwendung der sogenannten "Käfig und Kern"- ; Konstruktion, die in der US-PS 3 505 5**6 (sh. DOS 19 H9 939.9) beschrieben ist. Diese Konstruktion stellt eine Lösung für dieses j Problem dar, die Ausführung davon ist jedoch relativ komplex.

Der Stand der Technik zeigt, dass' die übliche Methode der An ordnung von Kühlgasleitungen darin besteht, die Leitungen innerhalb des Aussenrahmendurchmessers anzuordnen. Dies ist aus zwei Gründen nachteilig. Erstens wird der Raum, der von einem Rotor und einem Kern mit vergrössertem Durchmesser eingenommen werden könnte, von den Kühlmittelleitungen eingenommen. Zweitens sind der Aussenrahmen und die Sektionsplatten starken Vibrationsbeanspruchungen ausgesetzt, und deshalb müssen bei den bekannten dynamoelektrischen Maschinen Löcher in den Sektionsplatten angeordnet sein, um die Kühlmittelleitungen aufzunehmen. Diese Löcher schwächen die Sektiönsplatten, so dass grössere Sektionsplatten erforderlich sind, um die erforderlichen Lochausschnitte zu kompensieren. Da der Aussendurchmesser der Ummantelung durch Schienenabstände, beispielsweise der Bundesbahn, festgelegt ist, muss die Erweiterung der Grosse der Sektionsplatten notwendigerweise die Grosse des Motors und des Kernes einschränken.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine grosse dynamoelektrische Maschine zu schaffen, bei der ein Rotor und

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Kern mit maximalem Durchmesser innerhalb eines Aussendurchmessers
verwendet werden kann, dessen Durchmesser durch Schienenabstandsbedingungen begrenzt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Aussenrahmen mit richtigen Frequenz- und Steifigkeitserfordernissen
zu schaffen.

Weiterhin beinhaltet die vorliegende Erfindung eine dynamoelektrische Maschine, die einfacher getestet, transportiert und
montiert werden kann. ;

Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Erfordernis für eine _; "Käfig und Kern"-Konstruktion zu vermeiden.

Erfindungsgemäss ist in einer grossen gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine ein elektromagnetischer Kern in einem gas- j / dichten äusseren Mittelrahmen enthalten. Kühlgas wird über den
elektromagnetischen Kern von einem Paar Endrahmen, die jeweils
einen Wärmetauscher enthalten, durch zahlreiche aussen angebrachte, axial verlaufende Gasleitungen verteilt. In de"n Endrahmen und ' I dem äusseren Mittelrahmen sind Löcher vorgesehen, um die Leitungs-; enden aufzunehmen. Axial beabstandete massive Sektionsplatten I bilden eine Anzahl von ringförmigen Gaskammern zwischen dem Kern
und dem Aussenrahmen, um die Kühlgasströmung zu leiten. Zu diesem ' Zweck wechseln sich "heisse" und "kalte" Gaskammern entlang der \ axialen Länge des Kernes ab und nehmen auf entsprechende Weise ^! "heisse" und "kalte" Gasleitungen auf. Der gesamte axiale Trans- ι port des Kühlgases erfolgt mit Ausnahme von Gas, das in dem Luft- ' spalt zwischen dem Rotor und dem Kern strömt, mittels der aussen ', angeordneten Leitungen. Die Leitungen sind für Versuchszwecke
und zum Transport von der dynamoelektrischen Maschine entfernbar, i Diese Konstruktion gestattet die Verwendung eines Rotors und
Kernes mit grösstem Durchmesser innerhalb einer begrenzten Grosse
des Aussenrahmens.

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Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an- ·
hand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen
eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht von einer erfindungsgemäss
aufgebauten gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine.

Fig. 2 ist eine Stirnansicht im Schnitt von einer gasgekühlten | dynamoelektrischen Maschine und zeigt die bevorzugte Anordnung der Kühlleitungen, wenn vertikale Wärmetauscher ; verwendet werden. ί

Fig. 3a und 3b sind zusammengesetzte Schnittansichten nach einem
\ Schnitt entlang der Linien IHa und IHb in Fig. 2.

i Ip Fig. 1 ist eine grosse gasgekühlte dynamoelektrische Maschine ' , 11 dargestellt, die einen Mittelabschnitt 13 aufweist, der zwischen ein Paar Endrahmen 15 angeordnet ist. Innerhalb der dynamoelek- ! : trischen Maschine befindet sich ein Rotor 17, der in jedem End- j ''< rahmen durch Rotorlager 19 gehaltert ist. J

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j Ein stationärer elektromagnetischer Ankerkern 21 umgibt den Rotor
ι und bildet dazwischen einen Luftspalt 23· Der Kern befindet sich i ί in dem Mittelabschnitt der dynamoelektrischen Maschine. Den | elektromagnetischen Kern umgibt eine Anzahl axial beabstandeter
Sektionsplatten 25» deren Aussenumfang eine Stützauflage für
einen äuseeren gasdichten Mantelabschnitt 29 bildet.

Wie aus den Fig. 3a, 3b ersichtlich ist, enthält jeder Endrahmen 15 Wickelköpfe 31» ein Axialgebläse 35, das von dem Rotor gedreht
wird, und, in diesem Ausführungsbeispiel, vertikale Wärmetauscher
37· In der vorstehend beschriebenen dynamoelektrischen Maschine
können selbstverständlich verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, ohne dass dadurch die im folgenden ■ beschriebene Erfindung beeinflusst wird; beispielsweise könnten
ein Radialgebläse und weiterhin horizontale Wärmetauscher verwendet werden.

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Die äussere Ummantelung 29, die Sektionsplatten 25 und der elektromagnetische Kern bilden eine Vielzahl ringförmiger Gaskammern 41.
Die ringförmigen Gaskammern wechseln sich bezüglich der relativen
Temperatur der hindurchtretenden Gasströmung ab und können als
"heisse" Gaskammern und "kalte" Gaskammern bezeichnet werden.
Jede Gaskammer weist wenigstens eine darin ausgebildete Durch- j lassöffnung 45 auf. Die Endrahmen enthalten jeweils eine Reihe in ; Umfangsrichtung beabstandeter Durchlassöffnungen 49. I

Die Durchlassöffnungen 45 der Gaskammern und die Durchlassöff- ' nungen 49 der Endrahmen sind durch eine Anzahl von Leitungen 51 \ miteinander verbunden, die an der Aussenseite der äusseren Um-

i mantelung 29 angebracht sind. Diese aussen angebrachten Leitungen*!

leiten die Strömung des Gaskühlmittels axial zu und von jedem ;

Endrahmen und zu und von dem elektromagnetischen Kern. Die j

Leitungen sind als "heisse" und "kalte" Leitungen unterschieden, j was davon abhängt, ob sie Gas zum Kern leiten oder von diesem weg-!

leiten. Die bevorzugte entsprechende Anordnung der "heissen" j

und "kalten" Gasleitungen ist in Fig. 2 gezeigt, in der sie mit j

den Buchstaben "H" für "heiss" oder mit "C" für "kalt" bezeichnet ;

sind. Weiterhin zeigen die zusammengesetzten Figuren 3a und 3b

die "heisse" und "kalte" Kühlgasströmung entlang der axialen : Länge der dynamoelektrischen Maschine. j

Die Wirkungsweise und die dadurch erzielbaren Vorteile der Erfindung werden nun insbesondere anhand der Figuren 3a und 3b und"
der darin gezeigten Pfeile beschrieben. Das Kühlgas, das gewöhnlich Wasserstoff ist, wird durch das Axialgebläse 35 in aussen
angebrachte "kalte" Leitungen 51 von dem Endrahmen in die "kalten" ringförmigen Gaskammern geleitet. Der Endrahmen ist in dicht
abgeschlossene Abschnitte oder Sektionen unterteilt, die einen
"kalten" Gasraum und einen "heissen" Gasraum umfassen, wie es in
den Fig. 3a bzw. 3b angegeben ist. Die "kalten" Gasleitungen ! verbinden dabei den "kalten" Gasraum mit den "kalten" ringförmigen; Gaskammern. In entsprechender Weise verbinden die "heissen" Gas- j leitungen den "heissen" Gasraum mit den "heissen" ringförmigen

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Gaskammern. Wenn das "kalte" Gas in die ringförmigen "kalten" Gaskammern eingeleitet wird, strömt es radial nach innen durch den elektromagnetischen Kern hindurch zum Luftspalt, wo es sich zwischen benachbarte "heisse" ringförmige Gaskammern aufteilt, nachdem es durch den elektromagnetischen Kern radial nach aussen geströmt ist. Extern angebrachte "heisse" Gasleitungen leiten dann das "heisse" Gas zum "heissen" Gasraum von einem Endrahmen, wo es durch die Wärmetauscher hindurchgeleitet wird. Auch wenn dieser Betrieb teilweise bekannt ist, so ist die vorliegende Er- : findung insbesondere auf das externe Leitungssystem und dessen , Anordnung gerichtet. Bei einer Betrachtung der Fig. 3a und 3b und unter der Annahme, dass der Aussenrahmen gemäss den Schienen- ! abständen einen maximalen Aussendurchmesser aufweist, wird deut- ! lieh, dass, wenn die Leitungen in bekannter Weise auf der Innen-.; seite des Rahmens angebracht wären, die Alternative dann darin !bestehen würde, den Durchmesser des Rotors und des Kernes zu ; verkleinern, so dass die Leitungen innerhalb der äusseren Ummantelung enthalten sein könnten. Dieses Erfordernis wird durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Eine Montage und Demontage der Maschine für Versuchszwecke und _: zum Feldaufbau können in der Weise durchgeführt werden, dass der Mittelabschnitt zwischen den zwei Endrahmen angeordnet wird.

Wenn sie in dieser Weise angeordnet sind, können die Leitungen j angebracht werden. Bisher war es bei den bekannten dynamoelektrischen Maschinen erforderlich, dass der Aussenrahmen zusammen

mit den internen Gasleitungen um den elektromagnetischen Kern ^: herumgelegt wird, wie es bei der "Käfig und Kern"-Konstruktion der Fall ist.

\ Eine weitere überraschende Wirkung des erfindungsgemässen Aufbaues besteht darin, dass das Erfordernis für Durchlassöffnungen durch die Sektionsplatten hindurch für Leitungsansatzstücke vermieden

• worden ist. Dies gestattet eine maximale Steifheit für jede gegebene radiale Tiefe der Sektionsplatte.

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Claims

- 7 -Ansprüche

1. pasgekühlte dynamoelektrische Maschine mit einem Rotor, der ;

der Bohrung eines elektromagnetischen Kernes zwischen einem Ί Paar Endrahmen angeordnet ist und der mit dem elektromagnet!- ' sehen Kern einen Luftspalt bildet, wobei der elektromagnetische; Kern eine radial nach aussen und innen gerichtete Kühlgas- j strömung gestattet, gekennzeichnet durch, eine Vielzahl im Abstand angeordneter Sektionsplatten (25), j die auf der Länge des elektromagnetischen Kernes (21) in Umfangsrichtung angebracht sind, eine gasdichte äussere Ummantelung (29)» die um den elektromagnetischen Kern (21) herum-' gelegt und von den Sektionsplatten (25) gehalten ist, eine Vielt zahl abwechselnder heisser und kalter ringförmiger Gaskammern (41), die von der Ummantelung (29), dem Kern (21) und den Sektionsplatten (25) gebildet sind, eine Vielzahl heisser und kalter Gasleitungen (51)> die in axialer Richtung an dem elektromagnetischen Kern (21) entlanglaufen und ausserhalb der Ummantelung (29) des elektromagnetischen Kernes (21) angebracht sind, und heisse und kalte Gasräume in den Endrahmen· (15), die durch die heissen und kalten Gasleitungen (51) auf entsprechende Weise mit den heissen und kalten ringförmigen Gaskammern (41) verbunden sind.

2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die äussere Ummantelung (29) und die Endrahmen (15) mit Durchlassöffnungen (45* zur Aufnahme der beiden Enden der heissen und kalten Gasleitungen (51) versehen sind.

3. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, 'dadurch gekennzeichnet , dass die Kühlj gas leitungen (51) zwischen den Endrahmen (15) und den ring-' förmigen Kammern (41) ohne Abnahme der äueseren Ummantelung (29) zum Transport entfernbar sind.

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4. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , dass die aussen angebrachten Leitungen (51) eine unterschiedliche Länge aufweisen gemäss der Lage der zu versorgenden ringförmigen Gaskammer (41).

5. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass die axiale Strömung des im wesentlichen gesamten Kühlgases durch die externen Leitungen (51) erfolgt, die auf der Aussenseite der Kernummantelung (29) angebracht sind.

6. Dynamoelektrische Maschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die Sektionsplatten (25) zahlreiche massive Ringe bilden, die zwischen dem elektromagnetischen Kern (21) und der äusseren Ummantelung (29) angeordnet sind.

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