-
Anordnung zur Flüssigkeitskühlung von elektrischen Maschinen. Die
wirksam,- Kühlung der Rotorwicklung eines elektrischen Generators oder Motors verursacht
u. L.'. beträchtliche Schwierigleiten, insbesondere beiHaschinen von großer Leistung,
wie Turbogeneratoren, die niit höherer Geschwindigkeit laufen.
-
Letzthin wurde es üblich, die Kühlung entweder durch Luftventilation
oder durch Flüssigkeitszirkulation zu bewirken, wobei in letzterem halle vorgeschlagen
wurde, dir Kühlung der Wicklungsteile des Rotorkörpers mittels Wasserkühlrohre am
Boden der Wicklungsschlitze zu bewirken oder dadurch, 'daß durch die Rotorzähne
Kanäle für die Z@,%asserzirkulation gebohrt wurden,' Solche Anordnungen sind aber
nicht befriedigend, "weil ini ersten Falle alle durch die stützenden Zähne umschlossenen
Isolationsflächen nicht vollständig als Wärineabführungsmittel ausgenutzt werden,
während ini zweiten Falle erhebliche KunstruktiousschNvierig-keiten entstehen. Wegen
der großen «,Tinkel,geseliwiiidigkeit des Rotors und der beträchtlichen I#lielikrä
fte im Körper der h()torzäline ist (#s nicht iniiglich, in diesen Hohlräumen von
atisi-cicliciidvr Größe ati>zitspareil. Auch macht <las genaue Bohren klein°r
Löcher auf ver-Iüiltn@snt;ilüg -rol:ie Längen (-rliel)liclic# praktische Schwierigkeiten.
anderseits wird (lic# Hberfl;iclie solcher engen Bohrungen, die finit der Kühlflüssigkeit
in Berührung kommt, s@ klein, dall mir eine ire@rhriinhtl# @ttürnu#mcnge abäeleitc:-
werden kann. Der Zweck der Erfindung ist, ein neue Kühlsystem vorzusehen, welches
einerseit keine konstruktiven Schwierigkeiten bietet anderseits aber eine möglichst
gute Kühl i@=irkung ergibt, wobei dieses System nick nur auf die Kühlung der Wicklung
im Rotor körper beschränkt ist, sondern möglichst auc: für die Wicklungsköpfe in
Anwendung koni men kann. Hierbei sollen auch Mittel zu wirksamen Abstützung der
,@'iclclungsköpf gegen eine Lagenverändentng infolge de Drehmomentes und der Fliehkraft
vorgesehe werden.
-
Gemäß der Erfindung werden für die Kühl Müssigkeit geschlitzte Kanäle
von verhältnis i äßi e m großer Weite vor- sehen, welche so wohl in den Zähnen des
Rotorkörpers a1 auch in Gien an den- Enden des Rotorkörper zur Abstützung eler Wicklungsköpfe
ausge bildeten Zähnen sitzen unoi nahezu sich au clie volle, Tiefe der zu kühlenden
Kupfer wicklun-eli erstrecken.
-
hie Kanäle werden vorteilhaft in folgende tt'eie gebildet: 1-)ie\@@iclatnisnuten
iiii-hotorlcörper,welch in üblicher 1`<'cisr aus dein Rotorinetall <los ,esclir,ittcii
t\-erden in etwas lrrciliereii .-\I)@tanrl :nigc@)r@lnet, 11111 dickere Ziihn.@
al blich zti erhalten. In der xlitte jr(le5 "/.ahne @\ird ciii tiefer, ciic#r Schlitz
aus`<sclinittcii @le@@eil 11(,1)liiitiiirltiii,durch 1#_lii"etzeli eilte \'er>clilnl.l@trcifc#n@,
v()rteilli:lft ante Stahl, ge @c@il@@@se11 wirci. L)ic@c#r \'erscliltiß@treifei
wird
vorteilhaft an dein Rotormetall angeschweißt. Hierdurch wird ein 1`%ihl.lmnal von
verhältnismäßig großer Kühlfläche gebildet und, was sehr wichtig ist, dieser Kanal
ist so angeordnet, daß er sich in nächster Nähe der zu kühlenden Kupferwicklung
befindet. Bei den Innenspulen der Polwicklungsgruppe ist die eine Seitenfläche in
Berührun- mit einem Rotorzahn, während die andere Seitenfläche mit der Seite der
Polfläche in Berührung ist, wobei zur wirksamen Kühlung dieser Innenspulen enge
Kühlkanäle ähnlich denen der Rotorzähne in den Polflächen in nächster Nähe der inneren
Polschlitze vorgesehen sind. Hieraus geht hervor, daß in allen Fällen die Wicklungsnuten
zwischen Kühlkanälen liegen.
-
Wenn die Endstützen für die Wicklungsköpfe mit dem Rotorkörper aus
einem Stück bestehen, so werden zur Abstützung des geraden Teils der Wicklungsköpfe
die Zähne des Rotors auf die Länge der geraden Wicklungsstrecken verlängert, so
daß Zähne von paarweise wachsender Länge entstehen. Der Kühlkanal in jedem Zahn
wird so lang als praktisch möglich gemacht. Die gekrümmten Teile der Wicklungsköpfe
werden zwischen einer Reihe von Querzähnen ähnlich den Zähnen desRotorkörpers festgeklemmt.
Diese Querzähne können enttwed'er aus dem Metall des Rotors herausgearbeitet sein
oder sie können aus Einzelstücken bestehen, welche in diesem Falle durch: schwalbensch-,vanzförmige
Verbindungen mit Keilstreifen oder anderswie am Rotor befestigt sind.
-
Die Querzähne werden vorteilhaft ebenfalls wie die Längszähne mit
Kühlkanälen versehen. Wenn die Wicklungsstützen an jedem Rotorende getrennt vom
Rotorkörper hergestellt sind, wird die Anordnung so getroffen, daß Verbindungsstücke
in den Kühlkariälen- zwischen dem Rotorkörper und den getrennten Wicklungsstützen
an jedem Ende vermieden werden.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
-
Fig. i *ist ein senkrechter Schnitt des Rotors eines elektrischen
Generators mit der Kühlung gemäß der Erfindung. Der Schnitt geht nah Linie A-B der
Für. 2 und A1-B' der Fig.8. Diese Schnitte fallen nicht genau zusammen.
-
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie C-D der Fig. i in vergrößertem
i\-Iaßstabe.
-
Fig. 3 ist ein Oberschnitt nach: der Linie E-F der Fig. i in vergrößertem
Maßstabe, um die Rotornuten und Kühlkanäle besonders deutlich zu zeigen.
-
Fig. q. ist ein Teilschnitt entsprechend der Fig. 3 durch eine abgeänderte
Ausführung,sforin der Rotornuten und Kühlkanäle. Fig.5 ist ein Querschnitt durch
zwei Rotornuten und dem dazwischenliegenden Kühlkanal in besonders vergrößertem
Maßstabe.
-
Fig. 6 ist ein vergrößerter Teilschnitt des einen Rotorendes nach
der Linie G-H der Fig. B.
-
Fig. 7 ist eins vergrößerter Teilschnitt des Rotors nach der Linie
1-I der Fig. 8 mit eingezeichneten Wicklungsköpfen und Bandage.
-
Fig.8 ist eine Abwicklung, welche die Zähne und Nuten für die Wicklungsköpfe
der R otorwicklung und außerdem einen Teil der Rotorn;uten und Zähne zeigt.
-
Fig. g ist eine entsprechende Abwicklung einer abgeänderten Ausführungsform,
bei welcher die Rotorendeil vom Rotorkörper getrennte Teile bilden:.
-
Fig. io ist ein Längsschnitt eines Rotors mit getrennten Enden entsprechend
der Fig. g nach der Linie K-L der Fig. g und KI-LI der Fig. i i. Diese Schnitte
fallen nicht ganz zusammen.
-
Fig. i i ist ein senkrechter Schnitt nach der Linie M-N der Fig. io
und MI-N' der Fig. 9. Fig. 12 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Flüssigkeitsströmung.
-
Fig. 13 ist die Ansicht eines U-förmigen Trennungsstückes.
-
In der Zeichnung ist 0 der Rotor, 0'- und 0= sind seine Wellenstummel,
F die üblichen Wicklungsnuten des Rotorkörpers; O die üblichen Rotorzähne. Die Rotorzähne
sind offen ohne ihre Verschl.ußstreifen; dargestellt. Der Deutlichkeit halbier sind
die Wicklungen in ihren Schlitzen nicht eingezeichnet. Die Enden des Rotors sind
untereinander gleich mit den Teilen in: umgekehrter Lage, so daß die Beschreibung
des einen Endes genügt.
-
Bei der Ausführungsform der Fig. i bis 8 geschieht die Kühlung des
Rotors mittels Wasser oder einer anderen geeigneten Kühlflüssigkeit, welche unter
Druck zugeführt wird und in den achsialen Mittelkanal a am Ende O1 des Rotors eintritt
und darauf durch radiiale Kanäle b in die Räume c zwischen den Schenkeln der U-förmigen
Trennungsstücke d tritt, welche in den Rotor so eingesetzt sind, daß sie eine Ringkammer
e durchqueren. Diese Ringkammer, welche in Fig. :2 deutlich ersichtlich isst, wird
durch diie Trennungsstücke d in zwei Unterkammern e' und c= @eteilt. Eines der Trennungsstücke
ist in Ansicht in Fig. 13 dargestellt und hat, wie ersichtlich, U-Iäorin. Es wird
in den Rotorkörper wie ein Keil eingepaßt. An der Rückleite können 'clie Trennungsstücke
durch Schrauben dl befestigt werden. Die Rill,-1 e wird durch eine Endplatte f abgeschlossen,
wobei durch eine Dichtung g, einen gewellten angeschweißten Metallr ing h,
einen
Zaldeilring 1: tind eine 1)ichtun- j ein dichter Abschluß erzielt wird. Diese Teile
skid in den Fig. (i und ,^ deutlich ersichtlich. k ist die übliche Ahschlußscheibe
für einen Klenrinring und in. eine 1lutter zum Anziehen der Scheiben und
Endplatten.
-
In der Mitte zwischen den Wicklungsnuten P sind die Kühlkanäle s in
den Rotorzahn eingeschnitten. Wie deutlich. aus den Fig.2, 3 und 5 ersichtlich,
erstrecken sich diese Kanäle nicht vollständig so tief wie die Zähne, damit sie
diese nicht zu sehr schwächen. jeder Kanal ist vorteilhaft durch einen Stahlstreifen
t abgeschlossen,- welcher bei t'
und t-, wie aus Fig. 5 ersichtlich,
verschweißt ist, um eine durchaus dichte Verbindung herzustellen. Die Zähne O sind
etwas breiter als üblich, um für ihre Schwächung durch das Ausschlitzen den nötigen
Stärkeausgleich zu schaffen. Diese Kanäle erstrecken sich über die volle Länge der
Längszähne O_ des Rotors.
-
In Fig. 8 sind n. die radial nach außen leitenden Kanäle und x die
radial nach innen leitenden Kanäle. Die Kanäle n' bis iiA (Fig. 8) stellen zwischen
den Räumen c und den Ouerkanälen s die Verbindung her, während die Kanäle x1 bis
x' in die Kammern e1 und e= führen. Die anderen Kanäle kt und i stehen ebenfalls
mit den Kammern e1 und e' in Verbindung. Die Längszähne n sind länger als üblich
gehalten, wie aus Fig. 8 ersichtlich, wo die Verlängerungsstrecken mit 0l und ihre
entsprechenden Nuten mit P1 bezeichnet sind. Hierdurch werden die Endstützen für
die geraden Teile der Wicklungsköpfe gebildet. Wie ersichtlich, sind sie ungleich
lang, und z,#\=ar um so länger, je weiter sie von den inneren Polflächen entfernt
sind. In FigA ist nur eine Polfläche dargestellt. Zwischen den Verlängerungszähnen
Q1 sind Querzähne O' und 03 vorgesehen,, welche im Verein mit den Zähnen Q1 einen
kräftigen und durchgehenden Halt für die Wicklungsköpfe erheben. Diese nicht dargestellten
Wicklungsköpfe «-erden in: die \ uteri P' und P3 in derselben Weise wie die geraden
Strecken derRotorwicklungen eingesetzt. Die vergrößerte Ansicht (Fig. ;) zeigt die
Querzähne Q' und C)3, welche, wie ersichtlich, bei O scltlvalhensclllvaiizförniig
gestaltet sind -und in schwalbenschwan;zförini,-en Schlitzen des Rotors durch Keilstücke
p tiricll'erschweil3litig befestigt sind.
-
Da die (?uerzähne a in Umfang eingepaßt sind, sind sie gekrümmt, um
finit der Oberfläche des Rotors übereinzustimmen. Die Querzähne sind vorteilhaft
niit hanälens und Verschlüssen t in derselben Weise wie die Längszähne in Fi-. :z
versehen.
-
Das Atilieneiidr jedes radialen Kanales ii i>1 durch einen @iel@ndest@iliten
tr \-ersclilossctr, %#un denen einer beispielsweise in FiZ. G dar -estellt ist.
Zur Cherivachung der Ströniun; ,leg ILüliifliis"i"l:eit durch die Kanäle könne:
Gewindestopfen v, wie ein solches beispiels weise in Fil. 6 gezeigt ist, angeordnet
seir rcl sind Verbindungskanälfe zwischen den ha nälen s und den radialen Kanälen
n.
-
In Fig. ; sind die fünf Wicklungsköpfe -z im Schnitt in ihren Schlitzen
eingezeichne und ebenso die Bandage y.
-
Der '\Veg der Kühlflüssigkeit für eine Oberkanal und den zugehörigen
Längskana soll nun an: Hand der Fig. 12, 8, i und 2 be s,zliriellen werden, und
zwar, da die Fig.: nach der Linie C-D der Fig. i geschnitten ist sind der vierte
Quferzahn O' (Fig. i bis 8 und der innerste Längszahn O gewählt.
-
Die Kühlflüssigkeit strömt vom Einlaß 4 nach auswärts durch den Kanal
b in den Raum c und von da durch den Kanal n' ii den Oberkanal si, weiter nach innen
durcl Kanal x1 in die Kammer cl, dann wieder nacl außen durch Kanal sz' in den Längskanal
s bis zum gegenüberliegenden Ende des Rotors wo die Flüssigkeit nach innen durch
der Kanal x° in die Kammer e1 an diesem Endur des Rotors gelangt. Von, hier aus
geht si( nach außen durch den Kanal 3i.1°, dann durcl den Otterkanal s 3 und hierauf
durch x1 -wieder nach innen in den Raum cl, den ha tial hl und schließlich in den
Auslaß 2l. Be den: Längsschlitzen s der Fib. 8 fließt die Flüssigkeit von den Kammfern
e1 und e' un. mittelbar auswärts durch die Kanäle ia in die Längsschlitze. Bei den
Querkanälen s da. --gen muß die Flüsisigkeit erst in die Kar. inern c strömen, um
darauf die Querkanäle entlang und «-leder einwärts nach den Kamniern e1 und c' zu
gelangen. Diese Einwärts. und Auswärtsströmung bei den Ouerkanäler ist deshalb nötig,
weil die Querzähne von der. Längszähnen getrennt sind und es erwünscht ist, besondere
Verbindungsstücke für dieVerbindung der Querkanäle mit den Längskanälen zu vermeiden.
Die vorstehende Deschreibung für den einen Kanal genügt zurr Verständnis des Flüssigkeitslaufes
für sämtliclie Kanäle. Wie aus Eig. 3 ersichtlich, sind die Kühlschlitze nicht nur
in den Rotorzähnen vorgesehen, sondern auch in den Polflächen in solcher Weise,
elaß jede Wicklungsnot 1' zwischen zwei Kühlschlitzen liegt, wodurch die höchste
Kühlwirkung erzielt wird, I3:i der allgeänderten Ausführungsform der 9, io und i
i sind die Endkörper und ()-' des Rotors von (lern Kernkörper getrennt hergestellt
und an dessen abgesetzten Innelen befestigt.
-
Die abnehuibareu l@.ndkörl)er hallen; @N-ie ans Vi-. 9 ersichtlich,
L-itt;;sziilitie 01, welche, iVenn die bilden an Ort find Stelle eingepaßt
sind,
Verlängerungen der Rotorzähne (bilden. Ferner haben sie Querzähne ()= und
()3, welche entweder aus cleni 1-,-ndhörper herausgearbeitet oder, wie bei Fig.
; beschrieben, als besondere Stücke an ihm befestigt sein können. Um die Enden zu
verstärken und sicher zu lagern, ist jeder Endkörper mit einem inneren Schraubengang
z versehen, welcher auf den abgesetzten Teilen oder Zapfen des Rotorkörpers gelagert
ist. Statt die besonderen Teilhtngsstücke ci anzuwenden, können (Fug. i i) in diesem
Falle die inneren Flächen der beiden Endkörper mit zwei parallelen Rippen d= versehen
sein, welche Zwischenwände bilden und die Räume c von der Kammer e abteilen, # welche
in diesem Falle entsprechend dem Schraubengewinde N schraubenförmig verläuft. Die
Trennungswände d2 ruhen sicher auf dem abgesetzten Rotorzapfen, während das Schraubengewinde
an jeder Seite dieser Trennungswände in der aus Fig. io und i i ersichtlichen Weise
endigt.
-
Um Verbindungsstücke im den Wasserkanälen s zu vermeiden, da wo die
getrennten Enden mit dem Rotorkörper verbunden sind, sind besondere Eintrittskanäle
x und Austrittskanäle it vorgesehen, welche mit der Kammer e die Verbindung herstellen.
Zur dichten Verbindung der Endkörper mit dem Rotorkörper ist jeder Endkörper mit
einem Ringansatz q (Fug. io) versehen, welcher in eine entsprechende Ausnehinung
im Körper hineinpaßt und mit einer Dichtung j abgedichtet ist. Das Festspannen der
Endkörper erfolgt durch Muttern m.
-
Bei dieser Ausführungsform gelangt das Wasser durch den Einl,aß
a und die Kanäle b
in die Kammer c und aus dieser durch die . radialen
Kanäle W bis n4 (Fug. g) in die Querkanäle s und geht aus diesen zur Kammer
e mittels der Kanäle x zurück, läuft rund durch diese Kammer in den
Schraubenkanal, den der Schraubengang w bildet, um dann durch die Kanäle n wie früher
in die Längskanäle s zu strömen. Der Stromverlauf ist nach den früheren Erläuterungen
bei der `, ersten Ausführungsform nach Fig. i bis 8 ' leicht verständlich. .
-
Bei beiden Ausführungsformen werden die , Wickhrngsköpfe wirksam durch
die in den Räumen c und Kammern e umlaufende Flüssigkeit gekühlt, indem die Flüssigkeit
durch diese Räume rasch hindurchströmt und hierdurch die Wärme abführt. Die Kanäle
s sind .' für die Wicklungsköpfe nicht unbedingt notwendig, da die innere Wasserkühlung
eine so z>
gute ist. Wenn der Rotor aus einzelnen Plat-oder Scheiben zusammengesetzt
wird, sr, werden die Kühlkanäle ,s in der beschriebenen Weise vorgesehen, doch muß
dann die Kühlflüssigkeit, wie in Fug: 5 punktiert angedeutet, in einer Metalleitung
geführt werden, welche rlen bleichen Querschnitt wie der Kanal hat und in diesen
durch Ausdehnung oder unter Einsetzung eines Metallblattes rund um den Leitkörper
dicht eingepaßt wird. Der Verlauf des Wasserunnlaufes ist im ganzen der vorherbeschriebene.
Wie ersichtlich, ist gemäß dieser Erfindung sowohl die Lagerung der Wicklungsköpfe
als auch ihre Kühlung eine sehr gute, was ein großer Vorzug insbesondere bei raschlaufenden
Turbogeneratoren ist. Statt durch die Verschlußstreifen t könnten die Kanäle s auch
in einer anderen geeigneten Weise abgeschlossen werden, wobei das Wesentliche ist,
daß sie wirksame Flüssigkeitskanäle in unmittelbarer Nähe der Wicklungen bilden.
.