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Kühleinrichtung für die Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Maschine
mit direkter Flüssigkeitskühlung der Leiter Es ist bekannt, daß ein die Ausgangsleistung
größerer dynamoelektrischer Maschinen, wie beispielsweise Turbogeneratoren, hauptsächlich
begrenzender Faktor der durch die Ohmverluste hervorgerufene Temperaturanstieg ist,
der durch den Stromfluß durch die Leiter der Wicklungen entsteht.
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Um diese Wärme abzuführen, wird nach einem bekannten Verfahren ein
Kühlmittel durch die zu diesem Zweck hohl ausgebildeten Leiter geführt. Hierbei
besteht das Hauptproblem darin, das Kühlmittel in die hohlen Leiter an einem Ende
einzuspeisen und am anderen Ende zu sammeln. Dieses Problem taucht vor allem bei
Verwendung eines nicht isolierenden flüssigen Kühlmittels, z. B. Wasser, auf, aber
auch bei Verwendung eines normalerweise isolierenden Kühlmittels, z. B. Öl, weil
dieses elektrisch leitende Verunreinigungen aufnehmen kann, beispielsweise beim
Durchlauf durch einen Wärmeaustauscher. Schon geringere Undichtigkeiten im System,
die vor allem bei der Einspeisung in die hohlen Leiter oder beim Sammeln des Kühlmittels
aus den Leitern auftreten können, führen dann zu Kurzschlüssen.
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Dieser Nachteil wird durch die Kühleinrichtung für die Ständerwicklung
einer dynamoelektrischen Maschine beseitigt, bei der in bekannter Weise die in Nuten
des Blechpaketes liegenden Leiter durch eine Kühlflüssigkeit direkt gekühlt sind,
wobei deren Stirnverbindungen sich an beiden Seiten des Blechpaketes über dieses
hinaus erstrecken. Hierzu sind die Leiter, wie an sich bekannt, hohl ausgebildet
und so angeordnet, daß die Kühlflüssigkeit jeweils aus einem Kasten an einem Ende
in die Leiterkanäle eintritt und in einen Kasten am anderen Ende austritt, wobei
nur die Enden der Leiter in die aus elektrisch isolierendem Werkstoff bestehenden
Kästen eingeführt sind und die Durchführungsöffnungen für die Leiter an der Rückwand
der Kästen mit Hilfe von Dichtscheiben abgedichtet sind, welche nur die Stirnverbindungen
hindurchtreten lassen.
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Es ist zwar bekannt, den ganzen Wicklungskopf so in Kästen aufzunehmen,
daß nur die Enden jeder Wicklung einer Phase vom Kühlmittel umspült werden. Abgesehen
davon, daß diese Ausbildung zu sehr großen materialaufwendigen Kästen führt, kann
dieser Vorschlag auch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht lösen, weil
das Problem, das flüssige Kühlmittel in die Leiter ohne Leckverluste einzuspeisen
und ebenso wieder am anderen Ende der Wicklung zu sammeln, hierbei nicht auftritt.
Andere bekannte Vorschläge, nach denen in eine gemeinsame Kammer die Leiterenden
bzw. Stirnverbindungen so hineinragen, daß das in die Kammern eingeleitete Kühlmittel
von hier aus durch die hohlen Leiter geht, sind bei Anwendung eines flüssigen Kühlmittels
unbrauchbar, weil infolge Fehlens der Phasentrennung Kurzschlüsse zu befürchten
sind.
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Bei der Kühleinrichtung nach der Erfindung dagegen sind Kurzschlüsse
zwischen den Phasen der Wicklungen, ganz gleich, ob es sich um ein isolierendes
oder nicht isolierendes Kühlmittel handelt, auf jeden Fall ausgeschlossen. Außerdem
sind die Stirnverbindungen nicht nur dicht in die sie aufnehmenden Kästen eingeführt,
sondern auch leicht zugänglich angeordnet, so daß sie in einfacher Weise; ohne daß
die Kästen entfernt werden müssen, gewartet und überprüft werden können. Ein weiterer.
Vorteil wird darin gesehen, daß die handlichen vorgefertigten Kästen zunächst mit
den Leiterenden verbunden werden können, so daß man das Ganze vor Vereinigung mit
dem Ständer formen und fertigstellen kann. Da die Kästen bzw. deren Wände auch einen
verhältnismäßig großen Teil der erforderlichen Leitungen und Kanäle eingeformt enthalten,
vermeidet man dabei auch die bei bisher bekannten Anordnungen notwendigen zahlreichen
und kompliziert verlegten, das Kühlmittel zu den Leitern führenden Kanäle. Da man
auf diese Weise auch eine gute Stützung der Stirnverbindungen erhält, erlaubt die
verhältnismäßig große Steifigkeit des Systems die Anwendung einfacher Dichtungen,
die bewährt
und zuverlässig sind, da sie möglichen Schwingungen
weniger ausgesetzt-sind, die- durch elektromagnetische Kräfte in den Wicklungen
oder aus anderen Gründen entstehen können.
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Die Erfindung ist- in .den Zeichnungen dargestellt und unter Bezugnahme
auf-diese beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die Stirnverbindungen der Leiter des Ständers
eines Turbogenerators mit einem bogenförmigem Kasten nach der-Erfindung im Schnitt,
Fig. 2 einen vergrößerten .Schnitt durch Kasten und Leiter nach Fig. 1, Fig. 3 einen
Schnitt durch einen Kasten allein, Fig. 4 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Kastens,
gesehen in Pfeilrichtung @l`näch Fig. 3, Fig. 5 einen etwa waagerechten Schnitt
durch den Kasten nach Fig. 2, aber nur einen Leiter zeigend, Fig. 6 ein System für
die Speisung mit unter Druck stehendem Wasserstoff als-Dichtfluidum, Fig.7 ein System
der Speisung der Ständerleiter mit einem Kühlmittel, Fig. 8 eine Anordnung,- .bei
der die Stirnverbindungen von _einem Stützträger aufgenommen sind, der am Gehäuse
befestigt ist, Fig. 9 eine Stirnansicht eines Wechselstromgenerators nach Fig. 8.
-Bei einem Turbogenerator nach Fig.1, dessen Ständerwicklung mit einem flüssigen
Kühlmittel, beispielsweise destilliertem Wasser, und dessen Läuferwicklung und Läufer
mit Wasserstoff gekühlt sind, enthält das Gehäuse 1 ein Ständerblechpaket 2, in
dessen Nuten hohle Leiter 3 liegen, deren Enden elektrisch leitend durch Leiterbügel
4 verbunden sind.
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Die so gebildeten Stirnverbindungen sind in mehreren; beim gezeigten
Beispiel sechs Kästen 5 aufgenommen, die aus - einem elektrisch isolierenden Material,
beispielsweise gegossenem Harz auf Epoxydbasis, bestehen und einen bogenförmigen
Abschnitt eines Ringraumes darstellen. Die Rückwand eines Kastens weist die Durchführungsöffnungen
für die Stirnverbindungen einer Phase und die Vorderseite eine flüssigkeitsdicht
aufgesetzte Deckplatte 6 auf. Außerdem sind an jedem Kasten ein oder mehrere Befestigungsflansche
angeordnet.
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Jede Stirnverbindung ist in einer Muffe 7 aufgenommen, die durch eine
Öffnung der Kastenrückwand gesteckt ist und die durch die Leiterbügel 4 hindurchgeht
und deren Ende mit einem Gewinde für die Befestigungsmuttern 7a für die Leiterbügel
versehen ist.
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Die Kästen werden durch Stützbänder 8 gehalten, die am Teil 9 des
Ständergehäuses befestigt sind.
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Um ein Lecken des Kühlmittels aus den Kästen 5 an den Einführungsstellen
der Leiter in die Kästen zu verhindern, sind Dichtmittel vorgesehen, die aus kompressiblen,
zwischen jeder- Muffe und dem Kasten auf die in den Fig. 2 und 5.. gezeigte Art
angeordneten Dichtscheiben 10 und -11 bestehen. Dabei wird die Dichtscheibe 11 in
ihrer Lage durch eine Dichtmutter 12 gehalten.
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Der Außendurchmesser des den nackten Leiter bedeckenden Muffenendes
ist -so gewählt, daß in dem durch die Dichtscheiben 10 . und 11 begrenzten
Raum zwischen der Öffnung in der Kastenrückwand und der Muffe ein Ringspalt 13 bleibt,
in den Wasserstoff unter Druck -über Kanäle 14; die die die Muffen- umgebenden Räume
verbinden; eingeführt wird (Fig. 3 und 4).
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Der Dichtungswasserstoff mit einem den - des flüssigen Kühlmittels
übersteigenden Druck wird in die Kanäle 14. durch Verbindungsleitungen 15
eingespeist (Fig. 4 bis 6), die miteinander durch Übergangsleitungen 16 verbunden
und von einer Speiseleitung 17 gespeist werden, die mit einem der Kästen verbunden
ist.
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Auf diese Weise wird ein statischer Druck im Ringspalt 13 aufrechterhalten,
der den Durchtritt von flüssigem Kühlmittel verhindert. Etwaiger auf der Leiterseite
der Kästen entweichender Dichtungswasserstoff mischt sich ohne nachteilige Wirkung
mit dem Wasserstoff im Generatorgehäuse. Ein Lecken von Wasserstoff in das Kühlmittel
könnte bei größeren Mengen nachteilig werden; da aber der Wasserstoff' dazu neigt,
sich am höchsten Punkt des Systems für das flüssige Kühlmittel zu sammeln, ist es
möglich, eine fortlaufend die Menge des jeweils dort vorhandenen Wasserstoffs anzeigende
Vorrichtung vorzusehen: -Fig. ö zeigt die Verbindungswege für den unter Druck stehenden
Dichtungswasserstoff, wobei eine gleiche oder ähnliche Anordnung an jedem Ende der
Ständerwicklung vorhanden ist.
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Das destillierte Kühlwasser oder ein anderes Kühlmittel wird den Kästen
5 durch ein System zugeführt, das in Fig. 7 dargestellt ist. Zunächst wird das Kühlmittel
Verteilerkanälen 18 zugeführt, von denen es durch Leitungen oder Röhren 19 auf die
einzelnen Kästen verteilt wird. Das Kühlmittel fließt dann durch die hohlen Leiter
und tritt m eine gleiche Anzahl von Kästen am anderen Ende der Ständerwicklung ein,
von denen es durch Mittel, die den in Fig. 7 dargestellten gleichen, gesammelt und
einem Wärmeaustauscher zugeleitet wird, in dem es die in den Leitern aufgenommene
Wärme abgibt, bevor es wieder in den Kreislauf der Verteilerkanäle 18 zurückfließt.
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Die Kästen der einzelnen Kühlabschnitte körnen mit abwechselnden Ein-
und Auslässen an beiden Enden des Generators versehen sein, um eine gleichmäßigere
Kühlung sicherzustellen.
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Die Speisung des Systems mit dem Dichtmittel, z. B. dem Wasserstoff,
kann zweckmäßig der Wasserstoffspeisung des - Generators entnommen werden. Selbstverständlich
ist die Verwendung destillierten Wassers als Kühlmittel und die von Wasserstoff
als Dichtmittel nur beispielsweise angegeben.
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Die Kästen müssen nicht; wie im Beispiel der Fig. 1 dargestellt, am
Gehäuse des Ständers befestigt sein, sondern können auch außerhalb desselben liegen,
so daß sie ohne Abnahme des Gehäusedeckels zugänglich sind. Eine Anordnung dieser
Art stellen die Fig.8 und 9 dar;- bei denen die Stirnverbindungen einer Phase in
einem aus zwei Hälften bestehenden Stützträger 20 gehalten sind, die mittels Schrauben
21 -miteinander verschraubt und an einer Endplatte 22 des Blechpaketes befestigt
sind. Die Kästen 5 liegen in der Abschlußwand 23 des Gehäuses und sind jeweils in
explosionssicheren Kammern 24 gelegen, die mit der Abschlußwand 23 aus einem Stück
bestehen. Das Kühlmittel wird durch Rohrleitungen in die Kästen geleitet bzw. aus
diesen entfernt; wie bei 25 dargestellt. Im Innenraum 26 des Generators befindet
sich ein Kühlgas, beispielsweise Wasserstoff.
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Die Ausbildung der Kästen 5 .ist die gleiche, wie in den Fig. 1 bis
3 dargestellt. Der Zutritt ist durch Entfernen der Deckel 27 und der aus isolierendem
Material bestehenden Deckplatte 6 möglich.