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Haupt- und Nebenkühlanlage für dynamoelektrische Maschinen mit Kühlmittelkanälen
in den Statorleitern Die Erfindung betrifft die Ventilation von dynamoelektrischen
Maschinen und bezieht sich insbesondere auf die Kühlung von Statoren großer Generatoren.
Derartige Maschinen enthalten gewöhnlich in Achsenrichtung verlaufende Statorleiter,
von denen wenigstens einige hohl sind und dadurch Kühlmitteldurchlaßkanäle im Statorkern
bilden. Außerdem ist eine Hauptkühlanlage mit einem auf der Rotorwelle befestigten
Gebläse vorhanden, das das Kühlmittel um den Statorkern herum und dann durch einen
Kühler treibt. Dieses Gebläse ist gewöhnlich ein Niederdruckgebläse, das große Gasmengen
umwälzt.
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Es ist bekannt, eine derartige Maschine mit einem weiteren Gebläse
auszustatten, das ebenfalls auf der Rotorwelle befestigt ist, aber einen Teil einer
Nebenkühlanlage darstellt. Bei einer bekannten Anordnung ist auch dieses Gebläse
als Niederdruckgebläse ausgebildet, das mit dem Gebläse der Hauptkühlanlage in Reihe
geschaltet ist und das Kühlgas unmittelbar in das eine Ende der Kühlmitteldurchlaßkanäle
hineindrückt. Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Nebenkühlanlage mit
einem Hochdruckgebläse versehen; diese Nebenkühlanlage wird jedoch von der Hauptkühlanlage
völlig getrennt gehalten. Daher ist die maximal erreichbare Druckdifferenz zwischen
den Enden der Kühlmitteldurchlaßkanäle, die die Strömungs- und Kühlgeschwindigkeit
festlegt, allein durch das Hochdruckgebläse vorgegeben, und kann, wenn die zulässige
Größe dieses Gebläses nicht überschritten werden soll, nicht weiter gesteigert werden.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, durch eine günstige Kombination der
beiden Kühlanlagen die Strömungs-und Kühlgeschwindigkeit in den Kühlmitteldurchlaßkanälen
weiter zu steigern und die Kühlung zu verbessern, ohne daß die zulässige Größe des
Gebläses überschritten zu werden braucht.
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Gemäß der Erfindung ist das weitere Gebläse für die Nebenkühlanlage
der Statorkanäle ein Hochdruckgebläse, dessen Eingangsseite mit einer ringförmigen,
die Statorköpfe umschließenden Kammer in Verbindung steht, in welcher die Kühlmitteldurchlaßkanäle
der Leiter enden, so daß durch das Hochdruckgebläse unmittelbar an den Enden der
Leiterkanäle in dieser Kammer ein Unterdruck verursacht wird, von dem ein Teil des
Kühlmittels, das zur Versorgung der Hauptkühlanlage der Maschine von dem Niederdruckgebläse
geliefert wird, aus der Hauptkühlanlage abgezweigt und durch die Kühlmitteldurchlaßkanäle
zu den gebläseseitigen Enden derselben hindurchgezogen wird, und daß dieser Kühlmittelteilstrom
an der Ausgangsseite des Hochdruckgebläses wieder unmittelbar an den Kühler der
Hauptkühlanlage abgegeben wird.
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Da eine Kühlung des Statorkerns unter hohem Druck unwirksam ist, wird
der Statorkern selbst von der Hauptkühlanlage mit einem Niederdruckgebläse gekühlt.
Am zweckmäßigsten wird das Kühlmittel daher mit einem Niederdruckgebläse durch Schlitze
des Statorkerns gepumpt, wird dann durch einen Kühler geleitet und zur Eingangsseite
des Niederdruckgebläses zurückgeführt. Da das Gebläse der Anlage zur Kühlung des
Statorkerns, die als Hauptkühlanlage bezeichnet ist, ein Niederdruckgebläse ist,
steigt die Temperatur des Kühlgases beim Durchgang durch dieses Gebläse nicht merklich
an. Daher kann das Kühlmittel nach seiner Abgabe aus dem Niederdruckgebläse unmittelbar
in die Kühlmittelkanäle der Nebenkühlanlage zur Kühlung der Statorleiter gelangen.
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Zur Erzielung einer möglichst guten Kühlung muß die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels in den Kühlmitteldurchlaßkanälen der Statorleiter möglichst groß
sein. Dieser größtmögliche Wert ist jedoch durch die Größe des Hochdruckgebläses
begrenzt, das man innerhalb des Statorrahmens unterbringen kann, wenn dieses von
der Rotorwelle aus angetrieben wird. Andererseits muß aber auch die Länge des Rotors
beschränkt bleiben, wenn eine ausreichend hohe Rotorumlaufgeschwindigkeit eingehalten
werden soll, ohne daß übermäßige Vibrationen der Rotorwelle entstehen. Durch die
Länge des Rotors ist also eine kritische Umlaufgeschwindigkeit festgesetzt, die
nicht
überschritten werden darf. Hierdurch ist auch die maximale Größe des Hochdruckgebläses
festgelegt. Da ein Niederdruckgebläse zum Durchtrieb des Kühlmittels durch die Hauptkühlanlage
verwendet wird, ist es vorteilhaft, das Niederdruckgebläse mit dem Hochdruckgebläse
in Reihe zu schalten, wodurch die Druckdifferenz zwischen den Enden der Kühlmitteldurchlaßkanälen
gesteigert wird. Die Größe der entstehenden Druckdifferenz ist durch die Größe des
Hochdruckgebläses festgelegt, die als maximal zulässig angesehen wird. Da die beiden
Gebläse in Reihe liegen, ist der durch die maximal zulässige Größe des Hochdruckgebläses
begrenzte Wert der Druckdifferenz um einen gewissen Betrag vergrößert, der auf die
Hinzuschaltung des Niederdruckgebläses zurückzuführen ist. Die erzielte Kühlwirkung
ist daher auch die größtmögliche und größer als die, die das Hochdruckgebläse ohne
Vorschaltung eines Niederdruckgebläses erzeugt. Als Kühlmittel wird ein Gas verwendet,
welches in dem Stator durch ein oder mehrere Gebläse mit axialer Strömungsrichtung
in Umlauf gesetzt wird, so daß eine große Gasmenge mit niedrigem Druck in Bewegung
kommt. Das Gebläse für die Kühlkanäle der Leiter ruft eine hohe Druckdifferenz bei
einem geringen Volumen des Gasstroms hervor.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die hohe
Druckdifferenz durch ein Zentrifugalgebläse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln erzeugt,
das in einer Schnecke läuft. Die Schnecke ist so angeordnet, daß sie das Gas direkt
in die Kühler am Statorrahmen abgibt. Fernerhin ist eine ringförmige Kammer vorgesehen,
die die Wickelkopfverbindungen an dem einen Ende des Stators umschließt; sie steht
mit den Kühlkanälen der elektrischen Leiter sowie mit dem Gebläse in Verbindung,
so daß das Kühlmittel durch diese Fördervorrichtungen aus der Kammer herausgesaugt
wird, eine hohe Druckdifferenz an den Enden der Kühlmittelkanäle der Leiter entsteht
und das Kühlmittel diese durchströmt.
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Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt eines Stators; Fig.2 zeigt eine Endansicht
eines Teiles des Stators mit dem Zentrifugalgebläse.
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In Fig. 1 sind zwei Gebläse 1 mit axialer Strömung dargestellt, die
an gegenüberliegenden Enden der Rotorwelle 2 angeordnet sind. Diese Gebläse sind
so angeordnet, daß sie das Kühlgas aus dem Kühler 3 ansaugen und eine allgemeine
Zirkulation des Gases in dem Stator bewirken, wie dies durch die Pfeile angedeutet
ist. Außerdem ist an dem einen Ende der Maschine ein zusätzliches Gebläse 4 angeordnet.
Dieses Gebläse ist ein Zentrifugalgebläse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln und
einer Schnecke und ist so angeordnet, daß es das Gas durch (nicht dargestellte)
Kanäle in den Statorleitern 5 von einem Ende der Maschine zum anderen saugt. Um
diese Wirkung zu erleichtern, ist eine teilweise aus Isoliermaterial bestehende
ringförmige Kammer 6 vorgesehen, welche die Enden der Wicklungen 5 umgibt; eine
Verbindung zwischen dieser Kammer und dem Einlaß des Zentrifugalgebläses 4 ist durch
Löcher 7 hergestellt, die nur im toten Teil außerhalb der Schnecke vorhanden sind.
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Es ist bekannt, daß Gehäuse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln, die
in einer Schnecke laufen, hohe Druckkoeffizienten besitzen, und eine einzige Gebläsestufe
dieser Art genügt, um das notwendige Vakuum in der Kammer 6 zu erzeugen, das erforderlich
ist, um Gas mit einer hohen Geschwindigkeit über den langen Weg heranzuziehen, der
von den engen Kanälen innerhalb der Statorwicklungen von den Einlässen 8 am anderen
Ende aus gebildet wird. Es sei bemerkt, daß das Zentrifugalgebläse 4 auf der Rotorwelle
2 unmittelbar hinter und radial außerhalb des axial wirkenden Gebläses 1 angeordnet
ist und daß es von vorzugsweise geneigten Speichen zur Verringerung der mechanischen
Beanspruchung getragen werden muß.
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In Fig. 2 ist die Einzelanordnung des Zentrifugalgebläses 4 deutlicher
dargestellt. Es ist ersichtlich, daß das Gebläse 4 das Gas aus den Einlaßöffnungen
7 im toten Teil der Schnecke 9 ansaugt und dann das Gas in die Schnecke 9 entleert,
die mit einer Warmgaskammer 10 in Verbindung steht, von wo das Gas den Kühlern 3
zuströmt.
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Das Gas wird durch Kompression im Gehäuse 4 erwärmt und muß beim Verlassen
der Warmgaskammer 10 sofort gekühlt werden, bevor es in die Niederdruckkühlanlage
zurückkehrt; aus diesem Grund wird es direkt durch den Kühler 3 geleitet. Hierdurch
wird der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs des Gases stärker als in einer Anlage gesteigert,
in der das Gas auf einen hohen Druck von einem Gebläse gebracht und sofort durch
die Kühlmittelkanäle, ohne zuvor abgekühlt zu sein, hindurchgeleitet wird.
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Die Ventilation der Maschine besteht also aus einem Niederdrucksystem
mit großem Volumen, welches den Körper der Maschine in der üblichen Weise speist
und die übliche zentrale Hilfseinlaßanordnung aufweist, sowie einem noch dazukommenden
System mit hohem Unterdruck und kleinem Volumen, das durch ein Zentrifugalgebläse
am einen Ende der Maschine gebildet wird und das durch das Niederdruckgebläse am
anderen Ende ergänzt wird, so daß die Systeme zusammen die Statorwicklungen speisen.
Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß eine hohe Druckdifferenz an den beiden
einander gegenüberliegenden Enden der Statorleiter erzeugt wird, ohne die allgemeine
Ventilation der Maschine zu stören und ohne die axiale Länge wesentlich zu vergrößern,
die notwendig ist, um das zusätzliche Gebläse unterzubringen, was aus Erwägungen
über die kritische Geschwindigkeit des Rotors wichtig ist.