DE1126984B - Einrichtung zur weiteren Erhoehung der Belastbarkeit elektrischer Maschinen hoher Leistung in Turbobauart - Google Patents

Description

• Einrichtung zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit elektrischer Maschinen hoher Leistung in Turbobauart Die Hauptpatentanmeldung befaßt sich mit einer Einrichtung zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit einer elektrischen Maschine hoher Leistung in Turbobauart, deren Läuferwicklung von einem gasförmigen und deren Ständerwicklung von einem flüssigen Kühlmittel direkt gekühlt werden. Gemäß der Hauptpatentanmeldung sind bei einer solchen Maschine unmittelbar neben den Stirnseiten des Turboläufers, beispielsweise in einem Abstand von wenigen Millimetern, stillstehende Isolierstoffabdeckungen, vorzugsweise aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen, angeordnet, die mit die Wickelköpfe der Ständerwicklung in an sich bekannter Weise in möglichst engem Abstand umgebenden weiteren Isolierstoffabdeckungen, die vorzugsweise ebenfalls aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen bestehen, verbunden sind.
• Die Erfindung sieht eine weitere Verbesserung der Anordnung bei einer Maschine vor, bei der das gasförmige Kühlmittel des Läufers in etwa in der Mitte der Maschine befindliche, den Ständer radial durchsetzende Kanäle übertritt. Das Kühlgas kann dabei durch zu beiden Seiten der Maschine befindliche mehrstufige Drucklüfter in den Läufer hineingedrückt werden und strömt dann über die den Ständer radial durchsetzenden Kanäle ab. Um zu vermeiden, daß bei dem Übertritt des Läuferkühlmittels in die radialen Kanäle des Stators das gasförmige Kühlmittel in den Luftspalt der Maschine eindringt und somit wieder den durch die Abdeckung des Luftspaltes an den Seitenflächen durch die in geringem Abstand von den Stirnseiten des Läufers angebrachte Isolierstoffabdeckung erreichten Vorteil aufhebt, wird gemäß der Erfindung der Luftspalt durch Blenden gegen das radial durch den Ständer abströmende Kühlmittel des Läufers abgedeckt. Dadurch kann die durch die Flüssigkeitskühlung der. Ständerwicklung erzielte und durch die vorgesehene Abkapselung weiterhin verstärkte Erhöhung der Belastbarkeit der Maschine in vollem Umfang ausgenutzt werden.
• Zur Führung der Kühlluft im Läufer können in an sich bekannter Weise die Leiter der Läuferwicklung als Hohlstäbe ausgebildet werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß dann die Kühlluft durch die Leiterisolation hindurchtreten muß. Es ist daher vorteilhafter, im Läuferkörper unmittelbar neben den die Leiter der Läuferwicklung aufnehmenden Nuten des Läufers gesonderte Kühlschlitze zur Führung der Läuferkühlluft anzuordnen.
• Die Erfindung ist besonders geeignet für mehrpolige schnellaufende Synchronmaschinen hoher Leistung, bei denen durch die Erfindung eine beachtliche Verringerung des Außendurchmessers erzielt wird. Während bisher solche Maschinen mit Wasserstoffkühlung und demzufolge mit aufwendigen druckfesten und unterteilten Gehäusen ausgerüstet wurden, entfällt durch die Erfindung das druckfeste Gehäuse, so daß auch die bei den sehr großen Gehäusedurchmessern schwer zu bewältigenden Schwierigkeiten hinsichtlich der Abdichtung und hinsichtlich der Bewältigung der sehr hohen Explosionsdrücke entfallen. Außerdem ergibt sich durch die Vermeidung des druckfesten Gehäuses und durch die wesentlich höhere Ausnutzung der Maschine eine erhebliche Gewichtseinsparung.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur als Ausführungsbeispiel ein sechspoliger Wasserkraftgenerator für 1000 U/min mit einer Durchgangsdrehzahl von 1800 U/min dargestellt, der sich besonders für den Einsatz in Pumpspeicherwerken eignet. Der Läufer 1 der dargestellten elektrischen Maschine ist massiv als Stahlgußkörper ausgebildet. Die auf dem als Vollrotor ausgebildeten Läufer 1 befindliche Erregerwicklung besteht pro Pol aus drei Spulen, so daß der Läufer pro Pol sechs Nuten für die Erregerwicklung aufweist.
• Wie bei der Hauptpatentanmeldung sind die Stirnseiten des Läufers 1 durch die stillstehenden Abdekkungen 2, die aus glasfaserverstärktem Polyesterharz bestehen, abgedeckt. An ihrem äußeren Umfang sind die Abdeckungen 2 mit den Abdeckungen 3 verbunden, die die Wickelköpfe 4 der Ständerwicklung S in möglichst engem Abstand umgeben. Der Ständerwicklung 5, die in durch ferromagnetische Nutenverschlußkeile abgeschlossenen Nuten des Ständers untergebracht ist, wird über die Rohrleitungen 11 und 12 eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, zugeleitet. Ferner sind zur Kühlung des Ständers in unmittelbarer Nähe des Rückens des Ständerblechpaketes die zusätzlichen Kühlrohre 13 vorgesehen, die - wie es schematisch angedeutet ist - an den Kühlkreislauf des für die Kühlung der Ständerwicklung vorgesehenen flüssigen Kühlmittels angeschlossen sind.
• Zur Kühlung der Läuferwicklung und des Läufers 1 dient Kühlluft, die von den zu beiden Seiten der Maschine befindlichen mehrstufigen Drucklüftern 34 in den Läufer hineingedrückt wird, wie es durch die Pfeile schematisch angedeutet ist. Die Kühlluft strömt dann durch die Kühlschlitze, die sich unmittelbar neben den die Leiter der Läuferwicklung aufnehmenden Nuten befinden. Die Kühlschlitze sind in den Stahlgußkörper des Läufers 1 eingehobelt und durch Verschlußkeile zum Luftspalt abgedichtet. Etwa in der Mitte des Läufers 1 sind die Kühlschlitze zum Luftspalt hin geöffnet. Die Kühlluft wird hier radial nach außen umgelenkt und strömt durch die Kanäle 35, die den Ständer radial durchsetzen, nach außen ab. Das Abströmen der Abluft des Läufers wird durch die Zentrifugalkraft unterstützt.
• Für die Kühlluft des Läufers ist bei der dargestellten Maschine ein geschlossener Kühlkreislauf mit Rückkühleinrichtungen vorgesehen. Die den Ständer radial durchsetzende Abluft des Läufers wird daher den nicht dargestellten Rückkühleinrichtungen zugeführt, die entweder beidseitig in der Mitte der Maschine oder an der Unterseite der Maschine angeordnet werden können. Von dort aus wird dann die Kühlluft wiederum in an sich bekannter Weise den mehrstufigen Drucklüftern 34 zugeführt.
• Durch die im Luftspalt an den Seiten der Kanäle 35 angeordneten Blenden 36 wird der Luftspalt gegenüber der Abluft des Läufers abgedeckt; so daß eine nennenswerte Luftbewegung innerhalb des Luftspaltes und mithin auch innerhalb des Ständerwickelkopfraumes vermieden wird, da sonst der durch die Abkapselung der Stirnseiten des Läufers und des Ständerwickelkopfraumes erzielte Vorteil, der in der Unterbindung einer jeglichen Luftförderung an den Stirnseiten des Läufers und im Ständerwickelkopfraum besteht, zunichte gemacht werden würde.
• Gemäß der Erfindung ausgebildete Synchronmaschinen in Turbobauart eignen sich vorzüglich zum Einsatz in Pumpspeicherwerken, zumal sie eine erhebliche Verringerung des Läuferdurchmessers ermöglichen. Die bei Pumpspeicherwerken mit Rück-Sicht auf die Turbine erforderliche hohe Anlaufzeitkonstante erzielt man dadurch, daß auf die Welle der Maschine ein Schwungrad mit ausreichendem Schwungmoment aufgebracht wird, das vorteilhafterweise ebenfalls abgekapselt wird. Zu diesem Zweck ist im Ausführungsbeispiel mit der Welle der Maschine das Schwungrad 40 gekuppelt, das mit Hilfe des Gehäuses 37 abgekapselt ist.
• Statt einer Druckbelüftung kann man jedoch auch eine Saugbelüftung vorsehen. In diesem Falle wird die Kühlluft durch Sauglüfter etwa in der Mitte der Maschine radial durch den Ständer hindurch dem Läufer zugeführt. Hierbei kann auf eine vollständige Abdeckung des Luftspaltes gegenüber der in der Mitte der Maschine angesaugten Frischluft des Läufers verzichtet werden. Durch die angesaugte Frischluft wird nämlich auch die im Luftspalt befindliche vorgewärmte Luft mitgerissen. Man wird jedoch durch die Blenden die Ausbildung eines zu starken Luftstromes durch den Luftspalt verhindern, so daß sich im Luftspalt nur eine äußerst geringe Luftbewegung ausbildet.
• Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann im übrigen auch bei Blindleistungsmaschinen mit ,gutem Erfolg angewendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung zur weiteren Erhöhung der Belastbarkeit einer elektrischen Maschine hoher Leistung in Turbobauart, deren Läuferwicklung von einem gasförmigen und deren Ständerwicklung von einem flüssigen Kühlmittel direkt gekühlt werden, wobei unmittelbar neben den Stirnseiten des Turboläufers, beispielsweise in einem Abstand von wenigen Millimetern, stillstehende Isolierstoffabdeckungen, vorzugsweise aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen, angeordnet sind, die mit die Wickelköpfe der Ständerwicklung in an sieh bekannter Weise in möglichst engem Abstand umgebenden weiteren Isolierstoffabdeckungen, die vorzugsweise ebenfalls aus glasfaserverstärkten Polyesterharzen bestehen, verbunden sind, nach Patentanmeldung S 59629 V1IIb/21 dl, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt durch Blenden gegenüber dem radial durch den Ständer abströmenden gasförmigen Kühlmittel des Läufers abgedeckt ist. In. Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 699 878, 900 240, 935 442; deutsche Auslegeschriften Nr. 1013 771, 1032 841.