DE3537643C2 - Kühleinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine - Google Patents
Kühleinrichtung für eine dynamoelektrische MaschineInfo
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- DE3537643C2 DE3537643C2 DE3537643A DE3537643A DE3537643C2 DE 3537643 C2 DE3537643 C2 DE 3537643C2 DE 3537643 A DE3537643 A DE 3537643A DE 3537643 A DE3537643 A DE 3537643A DE 3537643 C2 DE3537643 C2 DE 3537643C2
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamoelektrische
Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine
derartige Kühleinrichtung ist aus der US-PS 34 13 499
bekannt.
Die vorgenannte US-PS 34 13 499 beschreibt eine Leitplatte,
die einen
ersten Teil, der an dem Statorendblock befestigt ist und
sich von diesem aus radial nach innen erstreckt, einen zwei
ten 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 Luftspaltbe
reich getrennt ist. Der Sammelraum hat einen Eingang in Gas
strömungsverbindung mit dem Generatorendraumbereich und Aus
gänge in Gasströmungsverbindung mit Eingängen der Ständeraus
laßkanäle, die er umgibt. Die freitragende Ausbildung dieser
bekannten Leitplatte (d. h. die nichtmechanische feste Ab
stützung 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 ge
ringeren Kühlgasströmung durch die äußersten Ständerkühlkanä
le führen könnte.
Es kann eine begrenzte Kühlgasströmung verfügbar sein, wes
halb es erwünscht ist, die Kühlgasströmung in den Spaltbe
reich zu begrenzen, so daß ausreichend Kühlgas für andere
Kühlwege in dem Generator verfügbar und trotzdem eine aus
reichende Menge an Kühlgas für jeden Ständerblechpaketbe
lüftungskanal zur Verfügung steht. Eine bekannte Leitplatte
konfiguration bietet der Kühlgasströmung ein massives Profil
dar und ist mit einem axialen Ende des Ständers verbunden.
Die massive Leitplatte erstreckt sich radial in den Luft
spaltbereich, hat Abstand von dem Läufer und umschließt die
sen umfangsmäßig. Der Umfangsdurchflußquerschnitt für Kühl
gas zwischen dem Läufer und dem radial inneren Rand der Leib
platte ist gegenüber dem ungedrosselten Luftspaltbereich
reduziert. Ein zusätzlicher Umfangsdurchflußquerschnitt um
die massive Leitplatte kann zwischen dem Ständer und dem ra
dial äußeren Rand der massiven Leitplatte vorgesehen sein.
Wenn radial innere und äußere Umfangsdurchflußquerschnitte
um die massive Leitplatte vorgesehen sind, trifft axial strö
mendes Kühlgas, das durch den Lüfter angetrieben wird, auf
die massive Leitplatte und teilt sich in einen ersten und ei
nen zweiten Teil auf. Der erste und der zweite Teil strömen
durch den radial höheren bzw. äußeren Umfangsdurchflußquer
schnitt um die massive Leitplatte und vereinigen sich schließ
lich 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. Wei
ter axial stromabwärts der massiven Leitplatte in einem axi
alen Abstand von der massiven Leitplatte, der zum Teil von
den Geschwindigkeiten des ersten und des zweiten Strömungs
teils des Kühlgases um die massive Leitplatte und von dem
radialen Längen- oder Streckungsverhältnis der massiven
Leitplatte zur Kühlgasströmung abhängig ist, wird die Kühl
gasströmung innerhalb des Luftspaltbereichs zerstreut 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 Ständerblechpaket
belüftungskanäle zu dem Gehäusebereich zu strömen.
Wegen der Kühlgasströmung relativ hoher Geschwindigkeit strom
abwärts der massiven Leitplatte und wegen der entsprechenden
Reduzierung des statischen Druckes des Kühlgases in dem Luft
spaltbereich ist anzunehmen, daß einige Ständerblechpaket
belüftungskanäle, insbesondere die Ständerblechpaketbelüf
tungskanäle unmittelbar stromabwärts der massiven Leitplatte,
schlecht oder unzulänglich mit Kühlgas versorgt werden. Es
ist weiter anzunehmen, daß dieser Mangel an ausreichender
Kühlgasströmung in den Ständerblechpaketbelüftungskanälen
bewirkt, daß Gruppen der Ständerbleche, welche die Belüf
tungskanäle begrenzen, eine unzulängliche Kühlgasströmung
aufweisen und überhitzt werden, was zu einem Maschinenbetrieb
mit schlechtem Wirkungsgrad führt und die durch den Genera
tor lieferbare maximale Ausgangsleistung begrenzt.
Darüber hinaus gibt es an den axialen Enden des Ständers, wo
der Luftspaltbereich mit den Generatorendräumen in Verbin
dung steht, die Tendenz, daß die Kühlgasströmung mehrere
Ständerbelüftungskanäle umgeht und so hinsichtlich der Küh
lung weniger wirksam ist. Diese Umgehung ist auf die relativ
hohe axiale Komponente der Kühlgasströmung zurückzuführen,
die aus der axialen Abgabe von Kühlgas aus dem Generatorlüf
ter über die begrenzten Durchflußquerschnitte um die massive
Leitplatte an dem Eingang des Luftspaltbereiches resultiert.
Die hohe axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem Luftspalt
bereich erzeugt einen Venturi-Effekt oder einen Bereich nied
rigen statischen Druckes an den Eingängen der Ständerbelüf
tungskanäle, die an dem radial inneren Teil des Ständerblech
pakets in dem Ständerendabschnitt angeordnet sind.
Die Gruppen von Blechen, welche die Ständerbelüftungskanäle
in dem Endblechpaketbereich des Ständers begrenzen, sind in
nerhalb der Maschine einer Umgebung höchster Temperatur aus
gesetzt, 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 Streumagnetfluß in dem Generator
wickelkopfbereich zurückzuführen ist. Das Kühlen des Ständer
blechpaketendbereiches verdient daher besondere Aufmerksam
keit, damit sichergestellt wird, daß dem Blechpaketendbereich
und den darin angeordneten Belüftungskanälen eine ausreichen
de Kühlgasströmung zugeführt wird.
Vorrichtungen verschiedener Konfigurationen sind für die
Verwendung in dem Luftspaltbereich einer gasgekühlten Dyna
momaschine zum Steuern der Kühlgasströmung bereits bekannt
geworden. Diese Vorrichtungen erfordern üblicherweise das
Anschrauben und/oder Anbinden, beispielsweise an einen Nut
keil, zur mechanischen Halterung. Die Vorrichtungen und die
Halteeinrichtungen 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 Kühlgasströmungssteuerung zu erzie
len, indem eine Strömungsleitvorrichtung, wie beispielsweise
eine Trennwand, an dem Läufer befestigt wird. Ausführungs
formen, 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.
Andere Leitplattenkonfigurationen für den Spaltbereich einer
gasgekühlten Dynamomaschine sind in den US-Patentschriften
4 051 400 und 4 264 834 beschrieben. Die Leitplatte gemäß der
US-PS 4 051 400 ist für eine gegenströmungsgekühlte Dynamo
maschine (bei der die Kühlgasströmung 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 Leitplatte, wie beispielsweise die übermäßige Strahl
einschnürung innerhalb des Luftspaltbereiches, zu lösen. Die
Leitplatte gemäß der US-PS 4 264 834 wird benutzt, um den
Luftspaltbereich in eine vorbestimmte Anzahl von Zonen auf
zuteilen und eine Kühlgasströmungsleckage zwischen den sich
ergebenden Zonen zu verhindern, indem eine radiale Blockie
rung des axialen Kühlgasströmungsweges vorgesehen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung der
eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die
Kühlgasströmung wirksamer durch die Ständerbelüftungskanäle
geleitet wird, insbesondere durch diejenigen Kanäle, die in
dem Endbereich des Statorblechpakets angeordnet sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen beansprucht.
Bei der Kühleinrichtung gemäß der Erfindung ist insbe
sondere vorteilhaft, daß eine schnelle Rückgewinnung des
statischen Druckes für die Kühlgasströmung in dem Luft
spaltbereich ermöglicht wird. Eine Lochplatte gemäß der
Erfindung sorgt für eine schnellere und steuerbare Vertei
lung des Kühlgases über den gesamtem Strömungsquerschnitt,
so daß insbesondere die Ständerbelüftungskanäle in den
Endbereichen des Ständers besser versorgt werden.
Vorteilhafterweise können die Gasströmungskanäle so
angeordnet sein, daß sich eine resultierende Ge
schwindigkeit für das hindurchströmende Gas von im wesent
lichen parallel zu der Drehachse des Läufers des Generators
bis etwa zu einem radial äußeren Winkel von 30° in bezug
auf die Drehachse ergibt. Die Größe der Gasströmungswege
durch das perforierte Teil wird auf vorbestimmte Weise ge
wählt, um die Kühlgasströmung durch die Leitplatte mit der
Kühlgasströmung um die Leitplatte zu koordinieren und zu
optimieren, damit sich eine radial diffuse oder zerstreute
Kühlgasströmung stromabwärts der Leitplatte ergibt.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeich
nungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht einer gasgekühlten
dynamoelektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht eines Endteils
der Maschine nach Fig. 1 in größerem Maßstab,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht des Ständerblechpa
ketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in
größerem Maßstab mit einer Ausführungsform
einer Lochplatte,
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 Ständerblechpa
ketendbereichs der Maschine nach Fig. 2 in
größerem Maßstab mit einer weiteren Ausfüh
rungsform einer Lochplatte 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 den Fig. 1 und 2 der Zeichnung hat
eine dynamoelektrische Maschine 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 gas
den Läufer 20 mit Abstand umfangsmäßig umgibt, und ein gas
dichtes Gehäuse 11, welches sowohl den Läufer 20 als auch
den Ständer 30 umschließt und mit einem Kühlgas, wie bei
spielsweise Wasserstoff, unter inneren Überdruck gesetzt
wird.
Der Umfangsraum zwischen
dem Läufer 20 und dem Ständer 30 wird als Luftspaltbereich
40 bezeichnet. Der Läufer 20 dreht sich um die Drehach
se 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 gewünsch
ten Ausrichtung zu halten. Der Ständer 30 weist ein Blech
paket auf, das aus mehreren übereinandergestapelten Blechen
gebildet ist, die zu Gruppen 39 zusammengefaßt sind. Bezüg
lich Einzelheiten der übereinandergestapelten Bleche am En
de des Ständerblechpakets wird auf die US-PS 3 714 477 ver
wiesen.
In axialem Abstand sind in den diskreten Gruppen längs des
Läufers 20 Luftspalteinlaßlöcher 26 und Luftspaltauslaßlö
cher 24 vorgesehen. Diese Gruppen von Löchern entsprechen im
wesentlichen ähnlichen Gruppen im Ständer 30. Das heißt,
mit axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial er
streckende Ständereinlaßkanäle 34 sind im wesentlichen axial
auf die Läuferluftspalteinlaßlöcher 26 ausgerichtet, und mit
axialem Abstand voneinander angeordnete, sich radial er
streckende 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 Kühl
gas, das die Auslaßkanäle 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 Gasküh
ler 17 und gibt es axial nach innen in den Endraumbereich
60 in Richtung zu dem Luftspaltbereich 40 ab. Ein Teil der
Kühlgasströmung aus dem Lüfter 65 tritt in das Innere des
Läufers 20 radial innen von dem Haltering 22 ein, wo sie
den Wickelkopfbereich und die Wicklungsenden des Läufers 20
kühlt. Das Kühlgas, das unter dem Haltering 22 strömt, tritt
anschließend radial, wenigstens zum Teil, aus den Luftspalt
auslaßlöchern 24 des Läufers 20 aus.
Die Blechgruppen des Ständers 30, die beispielsweise mit
39a, 39b und 39c in Fig. 2 bezeichnet sind, weisen üblicherweise
eine vorbestimmte Anzahl von Blechen auf. Jede Blechgruppe
hat axialen Abstand von den benachbarten Blechgruppen, um
sich radial und in Umfangsrichtung erstreckende
Ständerkühlkanäle zu bilden, die mit 32a, 32b, 32c bezeich
net sind und eine Gasströmungsverbindung zwischen dem Luft
spaltbereich 40 und dem Generatorgehäusebereich 14 meh
rere Stufen oder radial einwärts zunehmend größere Segmente
33, die aus radial gekürzten Blechen hergestellt sein kön
nen, um einen vorbestimmten Magnetflußkopplungsweg zwischen
dem Läufer 20 und dem Ständer 30 zu schaffen und so uner
wünschte Erwärmungseffekte des Stirnstreumagnetflusses zu
minimieren. Ein Außenraumblock oder Ständerendblock 35, der
aus nichtmagnetischem Stahl bestehen kann, umgibt den Läufer
20 in Umfangsrichtung und liegt an der ersten Blechgruppe 39a an.
In einer bekannten Konfiguration ist eine massive Leitplatte,
die für den axialen Gasstrom zwischen dem Endraumbereich 60 und
dem Luftspaltbereich 40 ein gasundurchlässiges Bauteil darstellt,
an dem Außenraumblock 35 befestigt, erstreckt sich
radial in den Luftspaltbereich 40 und hat Abstand von dem
Haltering 22 des Läufers 20. Die massive Leitplatte ist so
angeordnet, daß ein radial innerer Durchlaß zwischen der
massiven Leitplatte und dem Haltering 22 und ein radial
äußerer Durchlaß zwischen der massiven Leitplatte und dem
Außenraumblock 35 eine Gasströmung aus dem Lüfter 65 gestat
ten, die auf die massive Leitplatte aufprallt und auf einen
radial inneren und einen radial äußeren Strömungsweg um die
massive Leitplatte aufgeteilt wird. Die Kühlgasströmung be
schleunigt, wenn sie durch den radial inneren und den ra
dial äußeren Strömungsweg hindurchgeht, und zwar wegen der
Drosselung, was zu einer lokalen Verringerung des statischen
Druckes in dem Luftspaltbereich 40 unmittelbar axial strom
abwärts der massiven Leitplatte führt, wie es oben beschrie
ben worden ist.
In Fig. 3 ist der Blechpaketendbereich des Ständers 30, der als Leiteinrichtung
mit einer Lochplatte 70 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ver
sehen ist, in größerem Maßstab dargestellt. Die Lochplatte
70 weist Durchgangslöcher
oder Durchlässe 75 zum Erzeugen von Gasströ
mungswegen auf, um eine unbehinderte Gasströmungsverbindung
zwischen dem Endraumbereich 60 und dem Luftspaltbereich 40
zu gestatten. Die Lochplatte 70 ist durch Befestigungsmittel
17, wie beispielsweise Schrauben und Muttern, an Fingern oder
Zähnen 37 befestigt, die in vorbestimmtem gegenseitigen Um
fangsabstand 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 darge
stellt) ersetzt sein, insbesondere wenn die Kühlgasströmung
um den äußeren radialen Rand der Lochplatte 70 nicht er
wünscht ist. Die Lochplatte 70 kann ein durchgehendes ring
förmiges Teil sein oder aus mehreren bogenförmigen Segmen
ten bestehen (von denen ein typisches in Fig. 4 dargestellt
ist), die, wenn sie an dem Außenraumblock 35 befestigt sind,
eine ringförmige Leitplatte bilden. Durch Bilden der Loch
platte 70 aus mehreren bogenförmigen Segmenten wird das
Einbauen in den Generator 10 weiter erleichtert. Unge
achtet dessen, ob die Lochplatte 70 aus einem durchgehenden
ringförmigen Teil besteht oder aus mehreren bogenförmigen
Segmenten gebildet ist, kann sie in den Generator 10 ein
gebaut werden, ohne daß der Läufer 20 entfernt zu werden
braucht.
Die Lochplatte 70 kann aus jedem geeignetem Material her
gestellt werden, das in der Lage ist, die Druckkräfte aus
zuhalten, die der Kühlgasströmung zugeordnet sind. In einer
gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird die Lochplatte
70 aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt,
beispielsweise aus einem laminierten Fasermaterial. Derartige
Materialien verhindern jede Induktionserwärmung
in der Lochplatte, die sonst aufgrund der hohen Konzentra
tion des Streuflusses in dem Endbereich des Generators auf
treten könnte.
Gemäß der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 können die Kanäle bzw. Lö
cher 75 Lochplatte 70 vorzugsweise in einer vorbestimm
ten Matrix angeordnet sein, um das Herstellen zu erleichtern
und eine vorbestimmte schnelle Verteilung der Kühlgasströmung
stromabwärts der Lochplatte 70 in dem Luftspaltbereich 40
sicherzustellen. Wie dargestellt hat die Lochplatte 70 Ab
stand von dem Hauptkörper des Außenraumblockes 35, so daß
ein Kühlgasweg vorhanden ist, der sich aus dem Endraumbe
reich 60 in den Luftspaltbereich 40 über dem äußeren radialen
Rand der Lochplatte 70 und zwischen den Fingern 37 er
streckt. Statt dessen kann die Lochplatte 70 in bezug auf
den Außenraumblock 35 so angeordnet werden, daß eine Kühlgas
strömung vorbei an dem äußeren radialen Rand der Lochplatte 70
blockiert wird, und die Größe, der Abstand und die Anordnung
der Löcher 75 der Lochplatte 70 können so gewählt werden, daß
sich die gewünschte Kühlgasströmung axial stromabwärts der
Lochplatte 70 ergibt.
Aufgrund einer Untersuchung der Strömungsdynamik kann gezeigt
werden, daß die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an
einer Leiteinrichtung (das heißt die axiale Ausdehnung des Bereiches
stromabwärts der Leiteinrichtung, in dem der statische Druck des
Kühlgases unter dem mittleren statischen Druck des Kühlgases in
einem relativ großen Abstand axial stromabwärts der Leitplatte ist
etwa dem Zehnfachen der radialen Ausdehnung der Leitplatte),
etwas das Sechsfache des Abstands zwischen benachbarten Strö
mungswegen beträgt und daß die Gesamtdrosselung, die durch eine
Leiteinrichtung erzielt wird, zu dem gesamten verfügbaren Gasdurch
flußquerschnitt an der Leiteinrichtung proportional ist. Der sta
tische Druck wird stromabwärts der Leitereinrichtung aufgrund der
radialen Verteilung des Kühlgases, das aus den Kühlgasströmen um
die Leiteinrichtung hervorgeht, zurückgewonnen werden. Bei den Ausführungsbeispielen der Er
findung wird durch Verteilen des gesamten verfügbaren Gasdurch
flußquerschnittes, wenn eine massive Leiteinrichtung benutzt wird,
auf mehrere im Abstand zueinander angeordnete Durchgangslöcher 75
in der Lochplatte 70 derselbe Druckabfall oder Drosselungseffekt
wie aufgrund einer massiven Leiteinrichtung aufrechterhalten, während
der Abstand zwischen benachbarten Gasströmungskanälen 75 und Kühl
gasstrahlen, die aus ihnen austreten, verringert wird. Daher
wird die axiale Ausdehnung der Strahleinschnürung an der Loch
platte 70 verringert, weil die Rückkehr zu dem mittleren sta
tischen 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 Fach
mann ohne übermäßige Experimentierung leicht bestimmt werden.
Größe und Abstand der Löcher bzw. Kanäle 75 sollen so gewählt werden, daß
die Kühlgasströmung durch die Löcher 75 in Zusammenwirkung mit
der Kühlgasströmung um den inneren radialen Rand und, falls
vorhanden, mit der Kühlgasströmung um den äußeren radialen Rand
der Lochplatte 70 eine im wesentlichen diffuse Strömung in dem
Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Lochplatte 70 ergibt. Zum
Vergrößern der Gasströmung durch das Loch 75 der Lochplatte 70
ohne Vergrößerung des Austrittsdurchmessers oder Durchfluß
querschnitts der Löcher 75 und dadurch Vergrößern der Verteilung
des aus den Löchern 75 austretenden Kühlgases kann der
Eingangsrand der Löcher 75 vergrößert werden, beispielsweise
durch eine Anfasung oder Ansenkung 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 Löchern 75
ist vorzugsweise symmetrisch, so daß ein gleichförmiges, vorbe
stimmtes, sich umfangsmäßig erstreckendes Kühlgasströmungsprofil, das
aus der Lochplatte 70 austritt, erzielt wird. Es sind zwar zy
lindrische Löcher 75 dargestellt, die Löcher 75 können jedoch
jede Form haben, die sich mit dem Erzielen einer schnellen
radialen Verteilung der Kühlgasströmung in dem Luftspaltbereich
70 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströmungsverteilung
axial stromabwärts der Lochplatte 70 verträgt.
Bei Anordnung in einer Matrix können die Mittelpunkte der Löcher
75 zweckmäßig auf einem 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 zy
lindrischen Löchern, die auf einem Kreis angeordnet sind, gleich
dem Doppelten des Durchmessers der Löcher 75. Daher können die
Durchmesser der Löcher 75 beispielsweise 7,94 mm
betragen, bei einem Sehnenabstand von 15,88 mm.
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
bei dem obigen Beispiel ist. Darüber hinaus
können gemäß der deutlicheren Darstellung in Fig. 4 die Mittel
punkte der Löcher 75 auf einem Mittelpunktfestlegungskreis
versetzt oder in Umfangsrichtung zwischen den Mittelpunkten von
Löchern 75 auf benachbarten Mittelpunktsfestlegungskreisen an
geordnet 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 Bleckpaketendbereich des Ständers
20 einschließlich einer bevorzugten Lochplatte 80 gemäß der
Erfindung in größerem Maßstab dargestellt. Die Lochplatte 80
gleicht im wesentlichen der Lochplatte 70, mit Ausnahme der
Ausrichtung der Durchgangslöcher oder Gasströmungskanäle 85, und sämtliche
vorherigen Bemerkungen in bezug auf den Aufbau, die
Fertigung und die Anordnung der Leitplatte 70 gelten gleicher
maßen für die Lochplatte 80. Die Kanäle bzw. Löcher 85, die durch Innen
flächen der Lochplatte 80 begrenzt sind, sind so angeordnet,
daß sie dem Kühlgas einer Richtung radial nach außen
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 Lochplatte 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 Erleichtern der Herstellung der Lochplatte 80
kann die Bezugslinie 84 auch als im wesentlichen rechtwinkelig
zu einer Oberfläche 81 oder einer Oberfläche 83 der Lochplatte
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 ge
geben werden. Außerdem sollte die stromaufwärtige Oberfläche
der Finger 37 insgesamt eben sein und sich radial erstrecken,
so daß, wenn die Lochplatte 80 daran befestigt ist, die Loch
platte 80 zwischen den Luftspaltbereich 40 und dem Endraumbe
reich 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 Verteilung der Kühlgasströmung in dem Luftspaltbereich
40 zum Erzielen der gewünschten Kühlgasströmungsverteilung
axial stromabwärts der Lochplatte 80 verträgt. Der Eingangs
rand der Löcher 85 kann vergrößert sein,wie beispielsweise
durch eine Anfasung oder Ansenkung 87.
Bei Verwendung einer Testvorrichtung mit Wasser zum Simulieren
der Kühlgasströmung aus dem Endraumbereich 60 in den Luftspalt
bereich 40 durch die Lochplatten 70 (Fig. 3) oder
80 (Fig. 5) gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die Löcher
75, die eine im wesentlichen axiale Ausrichtung haben, die
Kühlgasströmung durch die Ständerkanäle verbesserten, insbe
sondere durch die Auslaßkanäle 32a und 32b, und zwar gegenüber
einer Kühlgasströmung, die erzielt wurde, als eine massive
Leiteinrichtung 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 radial
nach außen gerichtete Gasströmungsrichtung 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 Kühlgasströmung durch die Ständer
kanäle, 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 Lochplatte 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 Kühl
gas, das aus den Löchern 85 der Lochplatte 80 austritt, sollte
in den Bereich stromaufwärts oder axial und radial außerhalb
der Bezugslinie 86 eintreten. Weil es erwünscht ist zu ver
meiden, daß Kühlgas auf die Stufen 33 gerichtet wird, werden
sich die Löcher 85 im allgemeinen nicht so weit radial nach
außen über die Lochplatte 80 erstrecken wie die Löcher 75
über die Lochplatte 70.
Es ist nicht notwendig, daß sämtliche Löcher 75 oder 85 Kühl
gas, das aus ihnen austritt, in derselben Richtung relativ zu
der Drehachse 25 (Fig. 1) des Läufers 20 richten, sondern ledig
lich, daß der gesamte Kühlgasströmungsdurchsatz und die Rich
tung, die dem Kühlgas gegeben wird, wenn es die Löcher 75 oder
85 verläßt, mit dem gesamten Kühlgasströmungsdurchsatz und
der Richtung des Kühlgases, das um den radial inneren (und äu
ßeren, wenn vorhanden) Rand der Lochplatte 70 bzw. 80 strömt,
koordiniert werden, um die schnelle radiale Verteilung der Kühl
gasströmung in dem Luftspaltbereich 40 stromabwärts der Loch
platte 70 bzw. 80 sicherzustellen und dadurch die schnellere
Rückgewinnung des statischen Druckes des Kühlgases gegenüber
bekannten Leiteinrichtungen zu erzielen. Weiter kann die Lochplatte
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 Lochplatte 70 würde so ange
ordnet sein, daß der radial innere Teil der Lochplatte 70 weiter
axial stromabwärts ist als der radial äußere Teil der Loch
platte 70 (d. h. die Lochplatte 70 kann einem Kegelstumpf gleichen).
Die Finger 37 (Fig. 3) oder ein Flansch (nicht darge
stellt) würden entsprechend modifiziert werden, um für eine
ausreichende Halterung der Lochplatte 70 zu sorgen.
Claims (20)
1. Kühleinrichtung für eine dynamoelektrische Maschine
mit einem Läufer und einem Ständer mit radialen Ständerbe
lüftungskanälen, wobei Ständer und Läufer mit radialem Ab
stand zueinander angeordnet sind und dazwischen einen Luft
spaltbereich bilden und an den axialen Endraumbereichen des
Ständers jeweils eine am Ständer befestigte Leiteinrichtung
mit einer Vielzahl von Gasströmungskanäle (75, 85) bilden
der Löcher angeordnet ist, und mit einer Kühlgas-Zufuhrein
richtung, deren Kühlgasströmung mittels der Leiteinrichtung
in den jeweiligen endraumseitigen Luftspaltbereich und in
die endraumseitigen Ständerbelüftungskanäle geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung eine sich
radial vom Ständer bis zum Läufer hin erstreckende Loch
platte (70, 80) ist.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) ein ringförmiges Teil
ist, das den Läufer (20) in Umfangsrichtung umgibt.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (75, 85)
so angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine resultierende Gas
strömungsrichtung gegeben wird, die zu der Drehachse (25)
des Läufers (20) im wesentlichen parallel ist.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Gasströmungskanal (75) zylindrisch ist
und daß die Längsachse des Zylinders im wesentlichen paral
lel zu der Drehachse (25) des Läufers (20) ist.
5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (85) so
angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine radial nach außen ge
richtete Gasströmungsrichtung gegeben wird.
6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (85) zylindrisch sind
und daß die Längsachse des Zylinders unter einem nach außen
gerichteten radialen Winkel (82) gegen die Drehachse (25)
des Läufers (20) angeordnet ist.
7. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgänge der Gasströmungskanäle (85) so
angeordnet sind, daß dem Kühlgas eine resultierende Gas
strömungsrichtung von bis zu etwa 30° gegen die Drehachse
(25) des Läufers (20) gegeben wird.
8. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ständer (30) eine Gruppe (39a) aus einer
vorbestimmten Anzahl von Blechen aufweist, die abgestufte
Bleche (33) hat, und daß die Ausgänge der Gasströ
mungskanäle (85) so angeordnet sind, daß das Kühlgas so ge
leitet wird, daß es nicht auf die abgestuften Bleche (33)
auftrifft.
9. Kühleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (85) zylindrisch sind
und daß eine Verlängerung der Längsachse des Zylinders den
Ständer (30) axial stromabwärts der abgestuften Bleche (33)
schneidet.
10. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) aus ei
nem elektrisch nichtleitenden Material gebildet ist.
11. Kühleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das elektrisch nichtleitende Material ein la
miniertes Fasermaterial ist.
12. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) zur Er
leichterung des Einbaus aus mehreren bogenförmigen Segmen
ten gebildet ist.
13. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85)
einen Einlaß und einen Auslaß aufweisen, wobei der Einlaß
einen größeren Gasdurchflußquerschnitt als der Auslaß hat.
14. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85)
in einer vorbestimmten Matrix angeordnet sind.
15. Kühleinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mittelpunkte der Gasströmungskanäle (75,
85) auf einem Kreis angeordnet sind.
16. Kühleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gasströmungskanäle (75, 85) auf konzen
trischen Kreisen angeordnet sind.
17. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) im Ab
stand von dem Läufer (20) angeordnet und ein erster Gasver
bindungsweg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luft
spaltbereich (40) gebildet ist, wobei der erste Gasverbin
dungsweg zwischen dem Läufer (20) und der Lochplatte (70,
80) angeordnet ist, und daß die Größe des gesamten Kühlgas
durchflußquerschnittes der Gasströmungskanäle (75, 85) und
des ersten Gasverbindungsweges so gewählt ist, daß eine im
wesentlichen diffuse Kühlgasströmung stromabwärts der Loch
platte (70, 80) erzielt wird.
18. Kühleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lochplatte (70, 80) mit Abstand von dem
Ständer (30) angeordnet ist und ein zweiter Gasverbindungs
weg zwischen dem Endraumbereich (60) und dem Luftspaltbe
reich (40) gebildet ist, wobei der zweite Gasverbindungsweg
zwischen der Lochplatte (70, 80) und dem Ständer (30) ange
ordnet ist, und daß die Größe des zweiten Gasverbindungswe
ges so gewählt ist, daß eine im wesentlichen diffuse Kühl
gasströmung stromabwärts der Lochplatte (70, 80) erzielt
wird.
19. Kühleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ständer (30) ein außen
seitiger Abstandsblock (35) befestigt ist, an dem seiner
seits die Lochplatte (70) befestigt ist.
20. Kühleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lochplatte (70) durch Schrauben (17) an
dem Abstandsblock befestigt ist.
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