CH324047A - Mit einem gasförmigen Kühlmittel gekühlter Läufer für elektrische Maschinen - Google Patents

Description

  <B>Mit einem gasförmigen Kühlmittel gekühlter Läufer für elektrische Maschinen</B>    Die Erfindung betrifft einen mit. einem       gasförmigen        Kühlmittel    gekühlten Läufer für  elektrische Maschinen, insbesondere für grosse  Stromerzeuger.  



  Bei elektrischen Maschinen grosser Lei  stung,     beispielsweise    für 50 bis 150     1IW,     spielt     das,    Problem der Ableitung der Ver  lustwärme eine wichtige Rolle.     Insbesondere     ist die Kühlung     der        Wicklung    des Polrades  von grosser Bedeutung. Bei den     bisher    be  kannten Bauarten führt man die Verlust  wärme durch .einen Luftstrom ab, der     durch     Öffnungen in einer Ringscheibe, welche die       Wieklungskappe    trägt, in den Läufer ge  langt.

   Ein Teil dieses     Luftstromes    kühlt die  unter der Kappe liegenden     Wieklungsbögen,     ein anderer Teil durchströmt längs die Zähne  im     Rotoreisen    entweder durch gebohrte Kanäle  oder durch eingefräste und verschlossene  Schlitze. Statt Luft, wird zur Kühlung neuer  dings auch oft. Wasserstoff verwendet.  



  Die im     Wicklungskupfer    bei     Stromdurch-          fluss    entstehende Wärme heizt     dass    Kupfer  auf und wird durch die Isolierschicht. hin  durch, welche die einzelnen Leiter umgibt,  an den     Eisenkörper    weitergeleitet. Um diesen       Wärmefluss    zustande zu bringen, muss das       Kupfer    erheblich     wärmer    sein als das     Eisen,     da die elektrisch     isolierenden    Hüllen der        'ickhin.gsstäbe        zugleich    schlechte Wärmelei  ter sind.

   Da das Kupfer eine grössere Wärme  dehnungszahl hat     als    Eisen, ausserdem wärmer  wird als dieses, dehnen sich die Wicklungs-         stäbe        in        Längsrichtung    stärker     aus        als    das       Eisen,    und die Wicklungsköpfe in den Kap  pen verschieben sich axial.  



  Da die Wicklungen stramm     eingepasst    wer  den, geschieht. diese Ausdehnung zuweilen       ruckweise    unter     unstetiger    Überwindung von       Haftreibungskräften    des Stabes in der Nut.

    Auch     pflegt    bei Abkühlung sich am Stab  nicht wieder die Ursprungslänge     einzustel-          len,    sondern es bleibt     jeweils    eine gewisse  restliche Verlängerung übrig,

   was     nach    eini  gen     hundert        Betriebsspielen    sich zu einigen  Millimetern bleibender Dehnung     suminier¯t     und zu stärkeren     Schieflagen    der     Wicklungs.-          köpfe    unter den Kappen führen     kann.    Durch  diese Bewegung der     Wicklung    wird der     Wuch-          tungazustand        des    Läufers gestört,     und    auch  ein sauber     ausgewuchteter    Läufer zeigt mit  der Zeit unruhigen Lauf.  



  Man strebt deshalb neuerdings danach, die  Wicklung nicht mehr unter Vermittlung des       Poleisens    zu kühlen, sondern der Luft dien  unmittelbaren Kontakt mit den     Kupferleitern     zu ermöglichen. Nach bisher bekannten Ver  fahren     wurden    dabei die Kupferleiter so pro  filiert, dass röhrenförmige     Kühlluftkanäle    ent  stehen,

   welche die     unter    der Kappe eintre  tende Luft im hohl     ausgeführten    Kupfer  hauptsächlich in     Längsrichtung    durch die       Wicklungsnut    streichen     lassen.    Die     Luftr     k     anäle    kann man auch dadurch herstellen,  dass man die Kupferstäbe geeignet profiliert,  so     dass    nur     ein    Teil der     Nut    von ihnen aus-      gefüllt wird und neben jedem Stab oder       zwischen    zwei Stäben ein     Kühl@luftschlitz    ver  bleibt.

   Bei starker     Verkeilung    oder gut. eine       gepresster    Wicklung kann es jedoch hierbei  vorkommen, dass die kräftigen Längsspan  nungen infolge     Erwärmung    die Wicklungs  stäbe     aubknicken    oder     wellig    werden lassen.  



  Der     Hauptnaehteil        dieser    Anordnung ist je  doch darin zu sehen, dass die Luft von den  Enden des     Läuferkolbens    her bis zur Mitte  einen ziemlich langen Weg zurückzulegen hat.  Während die in der Nähe der Kappe liegen  den Enden der Stäbe auf diese     Weise    gut  gekühlt werden, bekommen die im     mittleren     Teil des Läufers liegenden     Stabteile    bereits       vorgewärmte    Luft, so dass man im Mittelteil  des Läufers erheblich schlechtere Kühlwir  kung als an den Enden feststellen kann.

    Nimmt man nämlich bei einer Reparatur die  Stäbe     aufs    den Nuten, so     sieht    man im Mittel  teil des Läufers gelegentlich     deutliche    Anlauf  farben auf dem     Eisen,    ein Zeichen,     dass.    dort  eine höhere Temperatur     aufgetreten    war.  



  Erfindungsgemäss werden nun diese     Schwe-          rigkeiten    bei einem mit gasförmigem Kühl  mittel gekühlten Läufer für elektrische Ma  schinen,     insbesondere    für grosse Stromerzeu  ger, dadurch erheblich vermindert oder     aueii     ganz     vermieden,    dass der Läufer im Innern  einen Hohlraum aufweist, der mit den Wick  lungsnuten durch radiale Bohrungen verbun  den     ist,    durch welche das gasförmige Kühl  mittel vom Hohlraum aus zu den Wicklungs  nuten geleitet wird.

   Der     erregerseitige    Lager  zapfen wird     dabei    zweckmässig     mittig    durch  bohrt, so dass das Kühlmittel durch diese Boh  rurig dem innern Hohlraum des Läufers zu  strömen und von dort durch die radialen  Bohrungen zu den Wicklungsnuten gelangen  kann.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei  spiel eines Läufers gemäss Erfindung verein  facht     dargestellt.    Es zeigen:       Fig.l    einen axialen     Längsschnitt.    durch  den     erregerseitigen    Teil eines Läufers     eines     Stromerzeugers,

         Fig.    2 einen Schnitt nach der Linie     II-II     der     Fig.1.            Fig.    3 einen Schnitt nach der Linie       III-III    der     Fig.1.        Fig.    4 einen Querschnitt durch den Läu  fer nasch der Linie     IV-IV    der     Fig.1.    in       grösserem        Massstab,

            Fig.    5 einen Teil einer     Wicklungsstabes    in  Ansieht und       Fig.    6 einen Querschnitt durch den Wick  lungsstab nach der Linie     VI-VI    der     Fig.    5.  Gemäss     Fig.1    und 2     weist    der Läufer einen  mit. Wicklungsstäben 1 versehenen     Mittelteil     2 auf, welcher     erregerseitig        sich    in einen La  gerzapfen 3 fortsetzt, der in einem Lager 4  abgestützt ist.

   Die     Wieklungabögen    werden  von einer     Wicklun        gskappe    5 umschlossen, wel  che durch eine Ringscheibe 6 getragen wird.  



  In der Ringscheibe 6 sind     zwischen    in       Fig.    2 im     Querschnitt    gezeigten Stegen 7 Öff  nungen frei     gelassen,    durch -welche ein gas  förmiges Kühlmittel zu den Wicklungsbögen  tritt und den Innenraum der Kappe 5 hernach  durch nicht     gezeigte    Öffnungen wieder ver  lässt.  



  Der Läufer weist nun im Innern einen  Hohlraum 8 auf. Die     Wicklungsstäbe    1 sind  in Nuten 9     eingelegt.    Der innere Hohlraum 8  ist durch radiale Bohrungen 10 mit den  Wicklungsnuten 9 verbunden. Durch     diese     radiale Bohrungen 10 wird das     gasförmige     Kühlmittel vom Hohlraum 8     aus    zu den Wick  lungen geleitet.  



  Der     Lagerzaipfen    3 auf der Erregerseite  ist. hohl gebohrt.. An ihn schliesst ein Kopf  stück 11 an,     welches    über Öffnungen, die zwi  schen in     Fig.    3 im Querschnitt. gezeigten Ste  gen 12 frei     gelassen    werden, mit einem fest  stehenden Gehäuse 13 in Verbindung steht.  Eine das     Gehäuse    13     durehdringende,    mit dem  Kopfstück 11     fest    verbundene Welle 14 dient.  zum Antreiben des     Erregers.     



  Das durch die radialen Bohrungen 10 den       Wicklungisstäben    1 zuzuführende gasförmige  Kühlmittel kann dem     Gehäuse    13 unter Druck       zugeführt    werden, worauf es durch die Öff  nungen     zwischen    den Stegen 12 des     Kopf-          stückes    1.1 in den hohlgebohrten Lagerzapfen  3 gelangt und durch die Bohrung dieses La-           gerzapfens    dem innern Hohlraum 8 des Läu  fers zugeleitet wird.  



  Cm einen     Durchfluss    des Kühlmittels in  radialer Richtung zu ermöglichen, sind die       Wicklungsstäbe    mit Schlitzen 15 versehen. Die  Schlitze     weisen    gemäss     Fig.5    eine Länge     a,     auf und     sind.    in einem     Abstand    b vonein  ander angeordnet..

   Der     Abstand        b    ist hierbei  kleiner gewählt als die Länge a der Schlitze,  so     da.ss    die Schlitze     überein.anderliegender     Stäbe     höchstens        teilweise    verdeckt werden  und somit     stets    ein     Durchfluss    von Kühl  mittel in radialer     Richtung    ermöglicht wird.  



  Gemäss     Fig.        ss    sind die Stäbe mit     U-för-          migen        Isolierscheiben    16     iunklebt,    sie können  aber au     eli    vollständig mit Isolierfolien um  hüllt sein. Die bewickelte Nut 9 wird gemäss       Fig.    4 durch einen     T-Keil    17     abgeschlossen.     In diesem Keil ist ein     Sammelkanal    18 für  das erwärmte Kühlmittel eingefräst. Ausser  dem ist dieser Keil mit radialen Bohrungen 19  versehen, welche das Kühlmittel nach aussen       abschleudiern.     



  Wie man an Hand der     Fig.    1 sieht, durch  läuft das gasförmige     Kühlmittel    sowohl im,  Mittelteil des Läufers als auch an den Enden  überall gleiche kühlende Längen radial durch  die Wicklung. Die     Schleuderwirkung    in den  radialen Bohrungen 10, 19 sorgt. für eine ge  nügend hohe     Durchtrittsgeschwindigkeit        und'     eine gleichmässige Verteilung des Kühlmittels  über die gesamte bewickelte Länge     des    Läu  fers. Die     Kupferstäbe    werden daher nicht  wärmer als das Poleisen.

   Bei guter     Verkei-          lung    und     Abstützung    gegen die     Wand        des          Kapp        enträgers    bleiben die Stäbe bis zu einer  höheren Strombelastung der Wicklungs@quer-    schnitte als bei den     bisherigen    Kühlungsarten       einverrückt    in der Nut liegen.

   Bei der be  schriebenen     Bauart        ist        es        daher    möglich, kür  zere Läufer mit. höherer Leistung zu belasten,  was für die bestmögliche Wahl der kritischen       Drehzahl    und für ein     gutes        Auswuchten    wich  tir     ist.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Mit einem gasförmigen Kühlmittel gekühl ter Läufer für elektrische Maschinen, ins besondere grosse Stromerzeuger, dadurch ge kennzeichnet., dass der Läufer ein Innern einen Hohlraum aufweist, der mit den Wicklungs- nuten d .urch radiale Bohrungen verbunden ist, durch welche das gasförmige Kühlmittel zu den. "VVicklungen geleitet wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Läufer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen auf der Erregerseite mittig durchbohrt ist, wobei das Kühlmittel durch diese Bohrung dem innern Hohlraum des Läufers zugeleitet wird. 2.

   Läufer nach Patentanspruch und Unter- anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein an den mittig durchbohrten Lagerzapfen an schliessendes Kopfstück mit, einem feststehen den Gehäuseraum in Verbindung steht, von welchem aus :das Kühlmittel unter Druck der Bohrung des Lagerzapfens zugeleitet wird. 3.

   Läufer nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstäbe Schlitze aufweisen, welche durch die überein anderliegenden .Stäbe höchstens teilweise ver deckt werden, so dass stets ein Durchfluss von Kühlmittel in radialer Richtung ermöglicht wird.