DE1029919B - Elektrische Maschine mit Staender und Laeufer im evakuierten Maschinen-Innenraum - Google Patents

Description

• Elektrische Maschine mit Ständer und Läufer im evakuierten Maschinen-Innenraum Schon vor langer Zeit ist durch die deutsche Patentschrift 64505 der Gedanke bekanntgeworden, bei schnell laufenden elektrischen Maschinen das Maschineninnere zu evakuieren, um insbesondere die Reibungswiderstände im Innern der Maschine herabzusetzen sowie ferner etwaige Luftgeräusche zu vermeiden. Trotz der unbestreitbaren Vorteile, die die Evakuierung des Maschineninnern hervorruft, hat doch dieser Gedanke bisher in die Technik keinen Eingang gefunden, was insbesondere darauf zurückzuführen sein dürfte, daß durch die Evakuierung des Maschineninnern eine Verringerung der Durchschlagspannun.g der in der Maschinenisolation vorhandenen Lufteinschlüsse auf einen Bruchteil ihres Wertes gegenüber Atmosphärendruck eintritt. Es ist zwar, um diesen Nachteil zu vermeiden, für schnell laufende Maschinen, insbesondere Generatoren hoher Tourenzahl, vorgeschlagen worden, den Läuferraum gegenüber dem Ständerraum und dem äußeren Luftraum gasdicht abzuschließen. Hierbei werden - wie bekannt - zwischen dem Läuferraum und dem Ständerraum ein durchgehender Isolierzylinder bzw. zu den Seiten des Ständerblechpakets zwei Isolierzylinder vorgesehen, da es unmöglich ist, im Hinblick auf die auftretenden Magnetfelder bzw. Streufelder metallische Trennwände zwischen Läufer- und Ständerraum anzuwenden. Eine derartige Bauart wird sich im allgemeinen nur für kleinere Maschinen ohne größere Schwierigkeiten ausführen lassen. Bei größeren Generatoren (Turbogeneratoren) bereitet jedoch die druckfeste Ausbildung und Abstützung der den Ständer und Läuferraum trennenden Isolierzylinder im Hinblick auf die großen Maschinenabmessungen außerordentliche Schwierigkeiten. Dies wird ohne weiteres verständlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß die Ständerlänge etwa 6 bis 8 m betragen kann. Werden nur an den beiden Stirnseiten des Ständerpakets bis zu dem Außengehäuse reichende Isolierzylinder angewendet, so ergeben sich auch noch beträchtlich erhöhte Schwierigkeiten bei der Befestigung und Abdichtung dieser Zylinderteile. Daneben ist jedoch nicht ohne weiteres beim Verzicht auf einen Isolierzylinder im Bereiche des Eisenpakets die Gewähr gegeben, daß nicht aus dem Ständerraum durch die Eisenpaketlamellen hindurch Gas bzw. Luft in Gien evakuierten Läuferraum übertritt und das Vakuum des Läuferraumes beseitigt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erbesserte Maschinenausführung mit für sich abgeschlossenen Kühlkreisläufen des Läufers und Ständers sowie einem evakuierten Maschineninnern zur Herabsetzung der Läuferreibungsverluste zu schaffen, bei dem die Nachteile der vorerwähnten Anordnungen vermieden sind. Erfindungsgemäß wird diesdadurch erreicht, daß auch die Hochspannungs-Ständerwicklung unmittelbar innerhalb des evakuierten Maschineninnern angeordnet ist und die Ständerwicklung mit einer vakuumsicheren, das von einem Kühlmittel durchströmte Innere der Wicklung dicht gegenüber dem evakuierten Maschinenraum abschließenden Isolierhülle versehen ist.
• Die erfindungsgemäße Lösung läßt sich mit Vorteil in der Weise verwirklichen, daß sämtliche Stäbe sowie Wickelköpfe der Maschine in eine elastische abgeschlossene Isoliermasse eingebettet bw. eingeschlossen sind.. Insbesondere kann hierbei die Isolierung aus einer zusammenhängenden Silikongummischicht gebildet werden, die außer den Wickelköpfen als Ganzes auch die einzelnen, in den Nuten der Maschine liegende Leiterstäbe einschließt. Die vakuumsichere Isolierhülse wird zweckinäßigerweise so ausgebildet, daß das der Wicklung zur direkten Leiterkühlung in besonderen isolierten Kanälen oder Hohlräumen der Leiter oder zwischen letzterem und Isolierhülle zugeführte Kühlmittel unter einem höheren Druck als dem Atmosphärendruck gehalten werden kann, wodurch sich bei Anwendung eines gasförmigen Kühlmittels, wie z. B. von Wasserstoff, eine wesentlich verbesserte Kühlung ergibt. Bei Anwendung eines erhöhten- Druckes innerhalb der vakuumsichere-nLeiterisolie-rung wird zugleich eineErhöhung der Isolationsfestigkeit des Gases erzielt. Um jedoch mit Sicherheit die Möglichkeit des Auftretens von Glimmentladungen unter allen Umständen auszuschließen, empfiehlt sich die Anwendung von leitenden oder halbleitenden Belägen auf der Innen-bzw. Außenseite der Isolierhülle, womit etwaige Lufteinschlüsse in jedem Falle unschädlich gemacht werden.
• Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ansführungsbeispieles erläutert werden.
• 1 bedeutet den Läufer, 2 den Ständer eines erfindungsgemäß ausgebildeten Turbogenerators. Der Läufer kann mit einer Gas- oder Flüssigkeitskühlung versehen sein, wobei das Kühlmittel durch die Leitung 3 dem Innenkanal 4 der hohlen Läuferwelle zugeführt wird. Das Kühlmittel verläuft in der durch Pfeile 5 angedeuteten Weise durch die Leiterstäbe der Läuferwicklung und wird durch die gegenüber dem Rohrkanal 4 erweiterte Bohrung 6 in dem Läuferwellenstumpf 7 über das die Abdichtung ermöglichende Gehäuse 8 sowie die Leitung 9 abgeleitet. Findet ein verdichtetes Kühlgas, z. B. Luft oder Wasserstoff, Anwendung, so kann ohne weiteres mit einem höheren Druck von 2 und mehr Atmosphären gearbeitet werden, wodurch sich eine wirksamere Wärmeabfuhr aus dem Läufer der Maschine ergibt. Man erkennt, daß der Läufer vollständig gegenüber dem Maschineninnern 10 abgeschlossen ist, welches innerhalb des geschlossenen Gehäuses 11 liegt. 12 bedeutet das Ständereisenpaket, das in geeigneter Weise mit dem Maschinengehäuse 11 verbunden ist. 14 ist die Ständerwicklung. Der Ständerwicklung wird über geschlossene Ringkanäle 15 sowie Anschlußrohrleitungen 16 an den Stirnköpfen 17 ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel zugeleitet, das in die abgebogenen Stirnkopfteile der einzelnen Wicklungsstäbe eintritt und im Innern der Wicklungsstäbe so verläuft, daß durch direkte oder indirekte Leiterkühlung unmittelbar aus der Wicklung die Verlustwärme abgeführt werden kann. Erfindungsgemäß ist nun die gesamte Wicklung in eine vakuumfeste Isolierhülle 18 eingeschlossen, so daß das durch die Wicklung hindurchgeleitete Kühlmittel unter höherem Druck gehalten werden kann und ein Austritt des Kühlmittels aus der Isolierhülle der Wicklung unmöglich ist. Infolgedessen kann ohne Anwendung einer Abdichtung oder Trennung zwischen Ständer- und Läuferraum das Maschineninnere evakuiert werden, wozu die in der Zeichnung angedeutete, zu einer Vakuumpumpe ausgeführte Leitung 19 vorhanden ist. Selbstverständlich müssen an den Wellendurchführungen 20 Dichtungen. vorgesehen werden, an deren Abdichtungsfähigkeit jedoch keine übermäßig großen Ansprüche zu stellen sind, einerseits, weil zur wirksamen. Herabsetzung der Reibungsverluste eine Verminderung des Luftdruckes in dem Maschineninnern auf etwa 20 bis 200 Torr (a 0,10 at. abs.) im allgemeinen ausreicht, andererseits, weil durch das Eindringen einer geringen Luftmenge an den Abdichtungsstellen 20 keinerlei Schäden hervorgerufen werden können, durch die eintretende Luft sofort von der Vakuumpumpe abgesaugt wird Zweckmäßigerweise kann die Einbettung der Wicklung in, eine vakuumsichere Isolierhülle in der Weise erfolgen, daß der Wickelkopf als Ganzes in eine elastische Isoliermasse, z. B. Silikongummimasse, eingebettet wird und damit elektrisch beanspruchte Gasstrecken ausgeschaltet werden. Sowohl im Innern der Isolierhülle wie auf der Außenfläche kann mit Vorteil ein leitender Belag hohen elektrischen Widerstandes oder ein Halbleiterbelag vorgesehen werden, der als Glimmschütz wirkt und verhindert, daß beim Vorhandensein etwaiger restlicher Lufteinschlüsse Glimm-oder Gleitentladungen bei dem herabgesetzten Luftdruck eintreten können.
• Zur Kühlung des Ständereisenpaketes werden zweckmäßig in diesem noch Kühlkanäle 22 vorgesehen, durch welche ein unter Druck stehendes Kühlmittel, das durch eine Pumpe od. dgl. gefördert wird; hindurchgedrückt wird. 15, 21a bedeuten Ringkanäle für die Zuführung des Kühlmittels zu der Ständerwicklung und zu den Kühlkanälen des Ständereisen-Paketes. Mit diesen Ringkanälen sind die äußeren Zuleitungen 16, 23 für die Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels auf den beiden Seiten der Maschine verbunden.
• In Einzelheiten kann selbstverständlich die beschriebene Anordnung abgeändert werden. Insbesondere bei Anwendung größerer Drücke für das Kühlmittel der Ständerwicklung kann es noch Vorteile bieten, Kappen, Klammern oder Bandagen sowie sonstige Stützkörper zur Aufnahme der insbesondere an den Ständerwickelköpfen auftretenden mechanischen Kräfte, die gleichzeitig die Kurzschlußfestigkeit erhöhen, vorzusehen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Maschine, insbesondere Wechselstromgenerator großer Leistung, bei dem der Läufer in dem unter niedererem Druck als Atmosphärendruck gehaltenen Maschineninnenraum umläuft und Ständer und Läufer durch gesonderte flüssige oder gasförmige Kühlmittelströme gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Ständer bzw. die Hochspannungs-Ständerwicklung unmittelbar innerhalb des evakuierten Maschineninnern angeordnet ist und die Ständerwicklung mit einer vakuumsicheren, das von einem Kühlmittel durchströmte Innere der Wicklung dicht gegenüber dem evakuierten Maschinenraum abschließenden Isolierhülle versehen ist.
2. 2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Isolierhülle der Ständerwicklung so bemessen ist, daß das durch das Innere der Wicklung geführte Kühlmittel unter höherem als Atmosphärendruck gehalten werden kann.
3. 3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülle aus Silikongummimasse besteht.
4. 4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülle den Wickelkopf als Ganzes einschließt und sich zugleich über die Stäbe der Ständerwicklung erstreckt und damit elektrisch beanspruchte Gasstrecken ausschließt.
5. 5. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch Anwendung von leitenden Schichten hohen Widerstandes bzw. halbleitenden Schichten auf der Innen- und Außenseite der Isolierhülle, die als Glimmschutz wirren.
6. 6. Elektrische Maschine nach Anspruch j. oder folgenden, bei der der Ständerwicklu.ng ein unter höherem Druck stehendes Kühlmittel zugeführt wird, gekennzeichnet durch Kappen, Klammern oder sonstige mechanische Mittel zur Befestigung der Ständerwicklung, insbesondere Ständerwickelköpfe.