CH650110A5 - Electrical machine - Google Patents

Description

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrische Maschine mit einem Läufer, einem mit Kühlmittel gefüllten Ständer, welcher Kanäle zum Durchströmen des Kühlmittels aufweist, sowie einem luftdichten Mantel, der den Ständer vom Läufer abtrennt und Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, welche mittels der genannten Ständerkanäle sowie durch eine mit einem Kühler verbundene Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenrohrleitung mindestens teilweise über dem Ständer (3) verlegt ist, derart, dass ein aufsteigender (9) sowie ein absteigender (10) Strang des Kreislaufs gebildet werden, und der   Kühler (11)    im oberen Teil des absteigenden Stranges (10) angeordnet ist und eine Flüssigkeit als Kühlmittel dient.



   2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen im aufsteigenden Strang (9) des Kreislaufs angeordneten Heizkörper (13) aufweist, durch welchen der gerichtete Umlauf im Zeitpunkt des Anlassens der elektrischen Maschine beschleunigt wird.



   3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper im unteren Teil des aufsteigenden Stranges (9) des Kreislaufs in unmittelbarer Nähe vom Ständer (3) angeordnet ist.



   4. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aufsteigende Strang (9) des Kreislaufs mindestens teilweise sowie der an diesen anliegenden Teil des Ständers (3) mit einer Wärmeisolierung (14) versehen ist.



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit Ständer-Flüssigkeitskühlung. Insbesondere ist eine solche Maschine als Turbogenerator ausgebildet.



   Es sind elektrische Maschinen mit Direktflüssigkeitskühlung des Kernes und der Ständerwicklung bekannt (s. W.W.



  Titow u.a.:  Turbogeneratory, rastschot i konstrukzija /Turbogeneratoren, deren Berechnung und Aufbau Energie-Verlag, Moskau, 1967, S. 200), in welchen die Kühlflüssigkeit in Kanälen umläuft, die in einzelnen in Radial- bzw. Axialkanälen des Ständerkernes und der Wicklung angeordneten Körpern (Rohren, Segmenten u.a.) ausgeführt sind. Die Kühlungsbaugruppen solcher Maschinen haben einen komplizierten Aufbau und sind wegen der in ihnen enthaltenen zahlreichen Verbindungen unzuverlässig. Einen unerlässlichen Bestandteil des Kühlmittelkreislaufs bildet ein Gebläse (Pumpe, Verdichter u.ä.).



   Es ist ferner eine elektrische Maschine (s. US-PS Nr.



  353 032) bekannt, welche einen Läufer und einen Ständer enthält, der vom Läufer mit einem luftdickten Mantel abgetrennt ist, welcher geschlossene Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, die mittels Formkanäle mit Radial- und Axialabschnitten sowie durch eine Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind. In der Aussenrohrleitung sind die Kühler und ein Gebläse (Pumpe oder Lüfter) angeordnet. Von dem für den zwangsläufigen Umlauf des Kühlmittels bestimmten Gebläse wird eine gewisse Energiemenge verbraucht, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gesenkt wird. Dar über hinaus wird die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine durch Vorhandensein der Einrichtungen mit beweglichen Bauteilen und -gruppen gesenkt.



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu entwickeln, in welcher durch Ausnutzung von Energie der Wärmeverlust in wirksamen Ständerteilen die erforderliche Kühlwirkung an wirksamen und konstruktiven Ständerteilen gesichert, der Energieaufwand für die Kühlung gesenkt und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bei hoher Zuverlässigkeit und einfacher Bedienung erhöht werden.



   Die gestellte   Aufgabetwird    dadurch gelöst, dass in einer elektrischen Maschine, welche einen Läufer, einen mit Kühlmittel gefüllten Ständer mit Kanälen zum Durchströmen des Kühlmittels sowie einen luftdichten Mantel enthält, der den Ständer vom Läufer abtrennt und Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, die mittels der genannten Ständerkanäle sowie durch eine mit einem Kühler verbundene Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind, die Aussenrohrleitung erfindungsgemäss mindestens teilweise über dem Ständer verlegt ist, derart, dass ein aufsteigender und ein absteigender Strang des Kreislaufs gebildet werden, und der Kühler im oberen Teil des absteigenden Stranges angeordnet ist und eine Flüssigkeitkeit als Kühlmittel dient.



   Im aufsteigenden Strang des Kreislaufs kann zweckmässigerweise ein Heizkörper angeordnet sein, durch welchen der gerichtete Umlauf im Zeitpunkt des Anlassens der elektrischen Maschine beschleunigt wird.



   Es ist zweckmässig, den Heizkörper im unteren Teil des aufsteigenden Stranges des Kreislaufs in unmittelbarer Nähe vom Ständer anzuordnen. Dabei wird die Wirkung des Heizkörpers auf den Umlauf des Kühlmittels erhöht.



   Zu diesem Zweck ist es ferner empfehlenswert, den aufsteigenden Strang des Kreislaufes mindestens teilweise sowie den an diesen anliegenden Ständerteil mit Wärmeisolierung zu versehen.



   Bei der beschriebenen Ausführung der elektrischen Maschine erübrigt sich der Einsatz des Gebläses im Kühlflüssigkeitskreislauf dank der Ausnutzung von Energie der Wärmeverluste in wirksamen Ständerteilen, durch welche der Umlauf der Kühlflüssigkeit infolge der Differenz der Wichten der erwärmten und der gekühlten Flüssigkeit verursacht wird.



  Somit wird der Energieaufwand für die Kühlung des Ständers gesenkt sowie die Zuverlässigkeit und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemässe elektrische Maschine mit Ständerkühlung im Schnitt gezeigt.



   Die erfindungsgemässe elektrische Maschine enthält einen Läufer 1, der von einem Ständer 3 durch einen luftdichten Mantel 2 abgetrennt ist. Die Kühlung des Läufers 1 wird unabhängig von der Kühlung des Ständers 3 auf eine an sich bekannte und geeignete Weise gesichert. Aus diesem Grunde ist die Kühlanlage des Läufers 1 in der Zeichnung nicht gezeigt.



   Nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung stellt der luftdichte Mantel 2 einen im Ringspalt zwischen den Läufer 1 und dem Ständer 3 angeordneten Zylinder dar, welcher sich auf die gesamte Länge des Gehäuses des Ständers 3 erstreckt.

 

   Der Ständer 3 weist üblicherweise einen Kern 4 und eine Stabwicklung auf, deren Stirnteile 5 in der Zeichnung gezeigt sind. Im Kern 4 des Ständers 3 sowie in den Wicklungsstäben einschliesslich der Wicklungsstirnteile 5 sind Kanäle 6 zum Durchströmen der Kühlflüssigkeit ausgeführt.



   Es ist von Vorteil, die genannten Kanäle zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes als Axialkanäle auszuführen. Der luftdichte Mantel 2 bildet, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, ringförmige Zellen 7 und 8 für die Stirnteile 5 der Wicklung des Ständers 3, welche von dem Gehäuse des Ständers 3, den Stirndeckeln, dem luftdichten Mantel 2 sowie dem Endteil des Kernes 4 des Ständers 3 begrenzt sind. Die Zellen 7 und 8 sind mittels der Kanäle 6 sowie durch eine minde  



  stens teilweise über dem Ständer 3 verlegte Aussenrohrleitung miteinander verbunden. Die Aussenrohrleitung ist für den Umlauf der Kühlflüssigkeit bestimmt und schliesst den von den Zellen 7 und 8 für Stirnteile der Ständerwicklung, den Kanälen 6, dem aufsteigenden Strang 9 sowie dem absteigenden Strang 10 gebildeten Kreislauf ab. Im oberen Teil des absteigenden Stranges 10 ist ein Kühler 11 angeordnet.



   Der gesamte Raum des Ständers 3 sowie der Kreislauf werden mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Als Kühlflüssigkeit wird eine isolierstoff- und baustoffbezogen inaktive Flüssigkeit mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand verwendet.



   Zum Ausgleich der Wärmeausdehnung der Kühlflüssigkeit kann eine beliebige an sich bekannte und geeignete Vorrichtung, beispielsweise ein Dehnungsausgleichgefäss 12, eingesetzt werden.



   Nach einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung weist die erfindungsgemässe elektrische Maschine einen Heizkörper 13 auf, der im aufsteigenden Strang des Kreislaufs angeordnet und für die Beschleunigung des gerichteten Umlaufs im Zeitpunkt des Anlassens der elektrischen Maschine bestimmt ist. Als Heizkörper 13 kann ein beliebiger an sich bekannter Erhitzer genügender Leistung eingesetzt werden, wobei ein Heizleiter bevorzugt wird.



   Es ist von Vorteil, den Heizkörper 13 im unteren Teil des aufsteigenden Stranges des Kreislaufs in unmittelbarer Nähe vom Ständer 3 anzuordnen, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist.



   Zur Erhöhung der Kreislaufwirkung sind der aufsteigende Strang sowie der an diesen anliegende Teil des Ständers 3 mit Wärmeisolierung 14 versehen.



   Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen elektrischen Maschine, insbesondere des Turbogenerators, besteht im folgenden. Da Kraftwerke heutzutage nach dem Baugruppenprinzip gebaut werden, wird der Turbogenerator nur beim Anlassen der gesamten Baugruppe angelassen. Das Anlassen wird in nachstehenden Reihenfolge vorgenommen.



   Zunächst wird die Kesselanlage und dann die Dampfturbine in Betrieb gesetzt. Kurz vor dem Anlassen der Turbine wird der Kühler 11 eingeschaltet. Da die Temperatur der Kühlflüssigkeit über den gesamten Kreislauf gleich ist, ist die Wichte der Kühlflüssigkeit gleich gross und der Druck in den Zellen 7 und 8 somit gleich stark, weil die Druckstärke durch die Wichte der Kühlflüssigkeit und die Höhe des aufsteigenden und des absteigenden Stränge 9 und 10 des Kreislaufs über dem Gehäuse des Ständers 3 bestimmt wird. Unter diesem Bedingungen bleibt die Flüssigkeit im Kreislauf unbeweglich. Nach dem Einschalten des Kühlers 11 wird die Flüssigkeit im Kühlerraum gekühlt und durch den absteigenden Strang 10 abwärts gefördert, so dass die eine höhere Temperatur aufweisende Flüssigkeit verdrängt wird.

  Im Masse des Abfalles der Flüssigkeitstemperatur im absteigenden Strang 10 nimmt der Druck in der Zelle 8 zu. Die Kühlflüssigkeit strömt infolge der auftretenden Druckdifferenz in den Zellen 7 und 8 aus der Zelle 8 in der Zelle 7 über. Nachdem der vorgegebene Durchfluss der Kühlflüssigkeit in den Kanälen 6 des Ständers erreicht ist (der Durchfluss wird durch die Differenz der Kühlflüssigkeitstemperatur im aufsteigenden und im absteigenden Strang 9 bzw. 10 des Kreislaufs bestimmt und überwacht), wird die elektrische Maschine eingeschaltet.



   Durch einen Teil der Wärmeverluste in wirksamen Teilen des Ständers 3 wird die Kühlflüssigkeit in den Kanälen 6 des Standers 3 erwärmt. Die in den Kanälen 6 erwärmte Flüssigkeit strömt über die Zelle 7 durch den aufsteigenden Strang 9 des Kreislaufs zum Kühler 11. Die erwähnte Temperaturdifferenz wird erhöht, die Druckdifferenz in den Zellen und somit der Durchfluss in den Kanälen 6 des Ständers nehmen zu. Dabei wird aber der Anteil der Wärmeverluste an der
Erwärmung der Flüssigkeit in den Kanälen 6 ebenfalls vergrössert.



   Durch zügige Beanspruchung der elektrischen Maschine wird der optimale Nennbetrieb der ganzen Anlage gesichert.



   Zur Beschleunigung des gerichteten Umlaufs der Kühlflüssigkeit in den Kanälen 6 des Ständers 3 ist es zweckmässig, den aufsteigenden Strang 9 mit einem Heizkörper 13 zu versehen. Der Heizkörper wird zusammen mit dem Kühler 11 eingeschaltet und ermöglicht es, die erforderliche Differenz der Flüssigkeitstemperatur im aufsteigenden und im absteigenden Strang 9 bzw. 10 des Kreislaufs schneller zu erreichen.



  Der Heizkörper 13 wird abgeschaltet, wenn der stabile Nennbetrieb der elektrischen Maschine erreicht ist. Der erwähnte Heizkörper 13 kann ferner für die Sicherung des zuverlässigen Wechselbetriebs der elektrischen Maschine eingesetzt werden. Dabei wird der Heizkörper nötigenfalls abhängig von der Differenz der Flüssigkeitstemperatur im aufsteigenden und im absteigenden Strängen automatisch eingeschaltet.



  Zur Erhöhung der Wirksamkeit ist es zweckmässig, den Heizkörper 13 im unteren Teil des aufsteigenden Stranges in unmittelbarer Nähe vom Ständer 3 anzuordnen. Die Länge des aufsteigenden Stranges 9 kann 5 bis 10 m, dessen Durchmesser 0,3 bis 0,5 m und der Unterschied zwischen der Rohrwandungs- und der Umgebungstemperatur 50 bis 80   "C    betragen. Unter solchen Bedingungen ist der Wärmeaustausch genügend wirksam, was zu Bildung von Sekundärwirbelung der durch den aufsteigenden Strang 9 aufwärts strömenden Flüssigkeit führen kann. Infolge der erwähnten Wirbelung kommt es zur Vergrösserung des Strömungswiderstandes, was seinerseits zu einiger Herabsetzung des Wirkungsgrades der Anlage beiträgt. Es ist deshalb zweckmässig, den aufsteigenden Strang 9 mit Wärmeisolierung 14 zu versehen.

 

  Aus demselben Grunde wird auch der an den aufsteigenden Strang anliegende Teil des Gehäuses des Ständers 3 wärmeisoliert.



   Die Effektivität, Stabilität und Zuverlässigkeit der beschriebenen Anlage wurden durch zahlreiche Untersuchungen bestätigt. 

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrische Maschine mit einem Läufer, einem mit Kühlmittel gefüllten Ständer, welcher Kanäle zum Durchströmen des Kühlmittels aufweist, sowie einem luftdichten Mantel, der den Ständer vom Läufer abtrennt und Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, welche mittels der genannten Ständerkanäle sowie durch eine mit einem Kühler verbundene Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenrohrleitung mindestens teilweise über dem Ständer (3) verlegt ist, derart, dass ein aufsteigender (9) sowie ein absteigender (10) Strang des Kreislaufs gebildet werden, und der Kühler (11) im oberen Teil des absteigenden Stranges (10) angeordnet ist und eine Flüssigkeit als Kühlmittel dient.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen im aufsteigenden Strang (9) des Kreislaufs angeordneten Heizkörper (13) aufweist, durch welchen der gerichtete Umlauf im Zeitpunkt des Anlassens der elektrischen Maschine beschleunigt wird.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper im unteren Teil des aufsteigenden Stranges (9) des Kreislaufs in unmittelbarer Nähe vom Ständer (3) angeordnet ist.
4. 4. Elektrische Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aufsteigende Strang (9) des Kreislaufs mindestens teilweise sowie der an diesen anliegenden Teil des Ständers (3) mit einer Wärmeisolierung (14) versehen ist.

   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit Ständer-Flüssigkeitskühlung. Insbesondere ist eine solche Maschine als Turbogenerator ausgebildet.

   Es sind elektrische Maschinen mit Direktflüssigkeitskühlung des Kernes und der Ständerwicklung bekannt (s. W.W.

   Titow u.a.: Turbogeneratory, rastschot i konstrukzija /Turbogeneratoren, deren Berechnung und Aufbau Energie-Verlag, Moskau, 1967, S. 200), in welchen die Kühlflüssigkeit in Kanälen umläuft, die in einzelnen in Radial- bzw. Axialkanälen des Ständerkernes und der Wicklung angeordneten Körpern (Rohren, Segmenten u.a.) ausgeführt sind. Die Kühlungsbaugruppen solcher Maschinen haben einen komplizierten Aufbau und sind wegen der in ihnen enthaltenen zahlreichen Verbindungen unzuverlässig. Einen unerlässlichen Bestandteil des Kühlmittelkreislaufs bildet ein Gebläse (Pumpe, Verdichter u.ä.).

   Es ist ferner eine elektrische Maschine (s. US-PS Nr.

   353 032) bekannt, welche einen Läufer und einen Ständer enthält, der vom Läufer mit einem luftdickten Mantel abgetrennt ist, welcher geschlossene Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, die mittels Formkanäle mit Radial- und Axialabschnitten sowie durch eine Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind. In der Aussenrohrleitung sind die Kühler und ein Gebläse (Pumpe oder Lüfter) angeordnet. Von dem für den zwangsläufigen Umlauf des Kühlmittels bestimmten Gebläse wird eine gewisse Energiemenge verbraucht, wodurch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gesenkt wird. Dar über hinaus wird die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine durch Vorhandensein der Einrichtungen mit beweglichen Bauteilen und -gruppen gesenkt.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu entwickeln, in welcher durch Ausnutzung von Energie der Wärmeverlust in wirksamen Ständerteilen die erforderliche Kühlwirkung an wirksamen und konstruktiven Ständerteilen gesichert, der Energieaufwand für die Kühlung gesenkt und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine bei hoher Zuverlässigkeit und einfacher Bedienung erhöht werden.

   Die gestellte Aufgabetwird dadurch gelöst, dass in einer elektrischen Maschine, welche einen Läufer, einen mit Kühlmittel gefüllten Ständer mit Kanälen zum Durchströmen des Kühlmittels sowie einen luftdichten Mantel enthält, der den Ständer vom Läufer abtrennt und Zellen für Stirnteile der Ständerwicklung bildet, die mittels der genannten Ständerkanäle sowie durch eine mit einem Kühler verbundene Aussenrohrleitung für den Umlauf des Kühlmittels im Ständer miteinander verbunden sind, die Aussenrohrleitung erfindungsgemäss mindestens teilweise über dem Ständer verlegt ist, derart, dass ein aufsteigender und ein absteigender Strang des Kreislaufs gebildet werden, und der Kühler im oberen Teil des absteigenden Stranges angeordnet ist und eine Flüssigkeitkeit als Kühlmittel dient.

   Im aufsteigenden Strang des Kreislaufs kann zweckmässigerweise ein Heizkörper angeordnet sein, durch welchen der gerichtete Umlauf im Zeitpunkt des Anlassens der elektrischen Maschine beschleunigt wird.

   Es ist zweckmässig, den Heizkörper im unteren Teil des aufsteigenden Stranges des Kreislaufs in unmittelbarer Nähe vom Ständer anzuordnen. Dabei wird die Wirkung des Heizkörpers auf den Umlauf des Kühlmittels erhöht.

   Zu diesem Zweck ist es ferner empfehlenswert, den aufsteigenden Strang des Kreislaufes mindestens teilweise sowie den an diesen anliegenden Ständerteil mit Wärmeisolierung zu versehen.

   Bei der beschriebenen Ausführung der elektrischen Maschine erübrigt sich der Einsatz des Gebläses im Kühlflüssigkeitskreislauf dank der Ausnutzung von Energie der Wärmeverluste in wirksamen Ständerteilen, durch welche der Umlauf der Kühlflüssigkeit infolge der Differenz der Wichten der erwärmten und der gekühlten Flüssigkeit verursacht wird.

   Somit wird der Energieaufwand für die Kühlung des Ständers gesenkt sowie die Zuverlässigkeit und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht.

   Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemässe elektrische Maschine mit Ständerkühlung im Schnitt gezeigt.

   Die erfindungsgemässe elektrische Maschine enthält einen Läufer 1, der von einem Ständer 3 durch einen luftdichten Mantel 2 abgetrennt ist. Die Kühlung des Läufers 1 wird unabhängig von der Kühlung des Ständers 3 auf eine an sich bekannte und geeignete Weise gesichert. Aus diesem Grunde ist die Kühlanlage des Läufers 1 in der Zeichnung nicht gezeigt.

   Nach einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung stellt der luftdichte Mantel 2 einen im Ringspalt zwischen den Läufer 1 und dem Ständer 3 angeordneten Zylinder dar, welcher sich auf die gesamte Länge des Gehäuses des Ständers 3 erstreckt.

   Der Ständer 3 weist üblicherweise einen Kern 4 und eine Stabwicklung auf, deren Stirnteile 5 in der Zeichnung gezeigt sind. Im Kern 4 des Ständers 3 sowie in den Wicklungsstäben einschliesslich der Wicklungsstirnteile 5 sind Kanäle 6 zum Durchströmen der Kühlflüssigkeit ausgeführt.

   Es ist von Vorteil, die genannten Kanäle zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes als Axialkanäle auszuführen. Der luftdichte Mantel 2 bildet, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, ringförmige Zellen 7 und 8 für die Stirnteile 5 der Wicklung des Ständers 3, welche von dem Gehäuse des Ständers 3, den Stirndeckeln, dem luftdichten Mantel 2 sowie dem Endteil des Kernes 4 des Ständers 3 begrenzt sind. Die Zellen 7 und 8 sind mittels der Kanäle 6 sowie durch eine minde **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.