DE949757C

DE949757C - Einrichtung zur Innenkuehltung der Laeuferwicklung von elektrischen Stromerzeugern

Info

Publication number: DE949757C
Application number: DES30377A
Authority: DE
Inventors: Alfred Kluepfel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1952-09-25
Filing date: 1952-09-25
Publication date: 1956-09-27

Description

Einrichtung zur Innenkühlung der Läuferwicklung von elektrischen Stromerzeugern Bei der Innenkühlung der Leiter im Läufer elektrischer Stromerzeuger mit flüssigen Kühlmitteln wird man darauf achten müssen, daß die Möglichkeit von Undichtheiten von vornherein unterbunden wird., da schon kleine Leckstellen unter Umständen eine Außerbetriebnahme des gesamten Aggregats erforderlich machen. Neben der Schwierigkeit, die sich aus dieser Tatsache hinsichtlich der Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Leiter ergibt, spielen die Unterbringung der Kühlmittelpumpe und ihr Anschluß für Zu- und Abführung des Kühlmittels eine bedeutsame Rolle, das einen Kreislauf über einen Rückkühler ausführt. Die Verwendung von Frischwasser als Kühlmittel wird im allgemeinen nicht in Frage kommen, schon wegen der Verschmutzungsgefahr.
Es ist an sich bereits eine Flüssigkeitskühlung für die Laufer elektrischer Maschinen bekanntgeworden, bei denen das Kühlmittel auf der einen Seite des Läufers sowohl zugeführt -als auch wieder abgeführt wird und bei denen man von einer Hohlwelle Gebrauch macht. Bei dieser bekannten Kühlung handelt es sich aber um eine Anordnung an einer Lenzpumpe, bei der eine Rückkühlung nicht notwendig ist, da stets Frischwasser in hinreichender Menge zur Verfügung steht und für den Kühlbedarf des Motors nur ein ganz geringer Bruchteil der Fördermenge der Pumpe gebraucht wird. Es sind weiterhin elektrische Maschinen mit Rückkühlung bekanntgeworden, bei denen im Läufer ein geschlossener Kreislauf einer Kühlflüssigkeit vorgesehen ist. Der Rückkühler ist dabei außerhalb des Läufers auf die Welle zwischen den Lagern aufgesetzt. Diese bekannten Anordnungen besitzen den Nachteil, daß die Läuferwelle zur Platzschaffung des Rückkühlers unerwünscht verlängert werden muß. Eine solche Verlängerung der Welle macht eine nicht unwesentliche Verstärkung derselben notwendig, um die erforderliche Stabilität zu erreichen. Weiterhin treten bei den bekannten Anordnungen starke Fliehkraftbeanspruchungen des Rückkühlers ein, der dadurch eine besonders stabile Bauart aufweisen muß. Diese Nachteile treten um so stärker hervor, mit je höherer Drehzahl die Maschinen laufen, wobei die Schwierigkeiten der Beherrschung von Fliehkraft und Unwucht immer größer werden.
Die Erfindung stellt die Innenkühlung der Läuferleiter eines elektrischen Stromerzeugers auf eine reue Grundlage, und zwar dadurch, daß das Kühlmittel einen geschlossenen Weg innerhalb des Läufers durchläuft und der Rückkühler in das Innere des Läufers eingebaut ist. Es wird also mit zwei Kühlmittelströmen gearbeitet, einem, der das eigentliche Kühlmittel darstellt und der den geschlossenen Weg innerhalb des Läufers durchläuft, und einem zweiten zur Rückkühlung des Kühlmittels, der nach außen offen ist. Der zweite Kühlmittelstrom kann Frischwasser (Rohwasser) sein, da etwa in ihm enthaltene Verunreinigungen unschädlich sind und etwaige Ansätze leicht entfernt werden können.
Die völlige Verlegung des eigentlichen Kühlmittelweges in das Läuferinnere ermöglicht es, die Kühlkanäle so zu legen und auszubilden, daß Abdichtungsstellen, die etwa zu Leckstellen Anlaß geben könnten, praktisch ausgeschaltet sind. Damit ist eine wesentliche Erhöhung der Betriebssicherheit gewonnen. Darüber hinaus schafft die Erfindung die Möglichkeit, den Wickelkopfraum abzudichten und völlig mit Kühlflüssigkeit anzufüllen, so daß die Leiter in diesem Bereich zusätzlich zur Innenkühlung auch von außen gekühlt werden. Die wirksame Wärmeausfuhr aus dem Läufer wird dadurch unterstützt, daß auch das Eisen selbst vom Kühlmittel beströmt wird. Die Eisenkühlung kann dadurch verstärkt werden, daß man in die Läuferzähne Bohrungen einarbeitet, die ebenfalls in den Kühlmittelstrom eingeschaltet werden.
Das Kühlmittel muß im Kreislauf strömen. An sich würde wahrscheinlich schon der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen kaltem und warmem Kühlmittel ausreichen, um eine solche Strömung zu schaffen. Man wird aber im Hinblick auf die Strömungswiderstände, wenn diese auch verhältnismäßig gering sind, zweckmäßig doch für eine mechanische Unterstützung der Kühlmittelströmung sorgen. Das Kühlmittel wird infolge seiner Reibung an der Bohrungsinnenwand mitgenommen. Es tritt also eine pumpenähnliche Wir kung ein. Wenn man jetzt auf das Rückkühlerelement, wie bereits bekannt, schraubenförmige Rippen aufsetzt, so kann man hierdurch dem Kühlmittel eine axiale Bewegungskomponente aufdrücken, die zur Aufrechterhaltung der Strömung ausreicht. Eine andere bereits an sich bekannte Möglichkeit besteht darin, daß man in den umlaufenden Läuferteil eine oder mehrere Schraubenflächen einsetzt, die dann nach Art einer Schraubenpumpe wirken. Schließlich kann man auf die Welle in an sich bekannter Weise auch eine Schleuderpumpe aufsetzen, bei der dann nicht nur das Pumpenrad, sondern auch das Gehäuse umläuft. Irgendwelche Ausbildungen, wie sie bisher bei der Verwendung von Kühlmittelpumpen erforderlich waren, entfallen bei dieser Anordnung.
Die Erfindung sei an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert.
In Fig. I ist I der Läuferballen mit den nicht näher eingezeichneten Wicklungen. z und 3 sind die Wickelkopfräume, die durch Kappen 4 und 5 flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind. Die Wellenzapfen 6 und 7 sind hohl gebohrt und nehmen in sich die beiden ineinander hineinragenden Rohre 8 und 9 auf. Die Rohre stehen still. Das Rohr 8 ist links in einem Kugellager Io abgestützt. Das Rohr 9 wird man durch Abstandsstücke im Rohr 8 halten.
Jetzt sind zwei Kreisläufe zu unterscheiden. Der eine Kreislauf beginnt im Punkt i i. Es ist dies der eigentliche Kühlkreislauf, der von II über den Ringraum I2 verläuft, sich dann in einzelne Radialbohrungen I3 und Axialbohrungen I4 auflöst, aus denen er über weitere Radialbohrungen 15 in den Wickelkopfraum 2 gelangt. Hier tritt er in die einzelnen Hohlleiter ein, die er im Wickelkopfraum 3 wieder verläßt. Über Radialbohrungen I5, Axialbohrungen 16 und Radialbohrungen 17 wird dann bei i i wieder der Ringraum 1:2 erreicht.
Der zweite Kreislauf beginnt am Eintritt 18 für Kühlwasser, ist durch das innere Rohr 9 geführt, tritt bei 19 in den Ringraum zwischen den Rohren 8 und 9 über, durchströmt diesen im Gegenstrom zu Rohr 9 und tritt bei ao aus. Die Rückkühlung erfolgt durch Wärmeaustausch an der Oberfläche des Rohres 8 zwischen dem im .geschlossenen Kreislauf fließenden eigentlichen Kühlmittel und dem bei 18 zugeführten Kühlwasser. Der Kühlkreislauf ist also völlig in sich abgeschlossen. Lediglich bei 21 ist eine Dichtung zwischen dem Läufer und dem Rohr 8 herzustellen, die aber einfach ist und, da sie außerhalb der Maschine liegt, selbst bei Undichtheiten keine Betriebsstörung hervorrufen kann.
Wie durch die Teile :2:2,:22' angedeutet, kann man durch Schraubenrippen auf dem Äußeren des Rohres 8 eine Axialbewegung des eigentlichen Kühlmittels erzwingen, das infolge des Umlaufes des Läuferkörpers i an seiner Innenbohrung mitgenommen wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Anordnung insofern abgeändert, als jetzt in die Läuferbohrung Schraubenflächen 23 eingesetzt sind, die zusammen mit dem Läufer umlaufen. Sie wirken also nach Art einer Schraubenpumpe. Zusätzlich hierzu können naturgemäß auch feststehende Schraubenflächen 22 auf der Außenseite des Rohres 8 vorgesehen werden. Schließlich kann, wie es Fig. 3 schematisch darstellt, auf den Wellenstumpf eine Schleuderpumpe 24 aufgesetzt werden, die das Kühlmittel aus dem Raum 12 zwischen dem Rohr 8 und der Läuferbohrung ansaugt und es in die Kanäle 14 drückt. Da das Pumpengehäuse fest auf die Welle aufgesetzt werden kann, ist eine völlig sichere Abdichtung möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Innenkühlung der Läuferwicklung von elektrischen Stromerzeugern mit Rückkühlung des flüssigen Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelstrom einen geschlossenen Weg innerhalb des Läufers durchläuft, in dessen Inneres der ebenfalls mit Flüssigkeiten arbeitende Rückkühler eingebaut ist.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in den Läufer zwei stillstehende achsgleiche, strömungsmäßig hintereinandergeschaltete Rohre (8, 9) eingebaut sind, von denen das eine zur Zuführung des kühleren Rückkühlungsmittels dient, während das zweite das eigentliche Kühlerelement bildet.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kühlerelement (äußeres Rohr) schraubenförmige Rippen aufgebracht sind, die den Umlauf des Kühlmittels unterstützen.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Läuferbohrung umlaufende Förderungsmittel für das Kühlmittel, etwa in Form eines oder mehrerer Schraubenflächen, eingesetzt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Läuferwelle eine Pumpe für das, Kühlmittel aufgesetzt ist, bei der Gehäuse und Rad miteinander umlaufen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 381475, 614 536, 619 52o, 621 075, 836 o6o, 863 730.