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Nutenbelüftung an dem Läuferkörper einer Synchronmaschine großer Leistung
und sehr hoher Drehzahl mit dem Wicklungsaufbau als Schenkelpolläufer Die Hauptpatentanmeldung
beschreibt die Herstellung eines Läuferkörpers für Synchronmaschinen großer Leistung
und sehr hoher Drehzahl, wobei die Wicklung den Aufbau der Wicklung eines Schenkelpolläufers
hat und der Läuferkörper aus ineinander zentrierten und axial zusammengespannten
Platten besteht. Nach der Hauptpatentanmeldung wird der Umfang jeder einzelnen Platte
mit Polschäften und Wicklungsnuten vor dem Zusammensetzen des Läuferkörpers aus
Walzplatten autogen ausgeschnitten, wobei vorzugsweise die zwischen den Nuten stehenbleibenden
Teile der Platte mit kleinerer radialer Abmessung als die Polschäfte ausgeschnitten
sind und sich damit zwischen Nutwandung und der vorzugsweise blanken Wicklungsspule
ein zur Kühlmittelführung zu nutzender Abstand ergibt. Nur die an den Nutenkeilen
und an den Dampferstäben satt anliegenden Flächen des Läuferkörpers werden nach
dem Vorschlag der Hauptpatentanmeldung zusätzlich bearbeitet, während die anderen
Flächen unbearbeitet bleiben.
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Zwischen der im Grobschnitt aus der Platte autogen ausgeschnittenen
Nutenwandung und der seitlich nicht anliegenden, vorzugsweise dort blanken Wicklungsspule
besteht ein freier Raum. Dieser kann zweckmäßig zur Führung eines Kühlmittels benutzt
werden. Die Einleitung des Kühlmittels in den Läuferkörper kann dabei in beliebiger
und an sich bekannter Weise geschehen. Einen vorteilhaften Vorschlag, bei dem die
besondere Form des Läuferkörpers zweckentsprechend ausgenutzt wird, gibt der Gegenstand
dieses Zusatzpatentes.
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Gegenstand der Erfindung ist die Nutenbelüftung an dem Läuferkörper
von Synchronmaschinen großer Leistung (größer als 50 000 kVA) und sehr großer Drehzahl
mit dem Wicklungsaufbau als Schenkelpolläufer, wobei dieser aus ineinander zentrierten
und axial zusammengespannten Platten besteht, die durch Ausbrennen der nicht benötigten
Teile die erforderliche Polform aufweisen, und wobei vor dem Zusammensetzen des
Läuferkörpers zunächst der Umfang jeder einzelnen Platte mit Polschäften und Wicklungsnuten
aus Walzplatten im Grobschnitt mittels des an sich bei plattenförmigen Läuferblechen
bekannten Verfahrens des autogenen Schneidens ausgeschnitten wird, wobei die Nutbreite
gegenüber dem Maß der seitlich nicht anliegenden, vorzugsweise blanken Wicklungsspule
um einen zur Kühlmittelführung zu nutzenden Abstand größer bemessen wird, und nur
die an den Nutenkeilen und gegebenenfalls an den Dampferstäben satt anliegenden
Flächen der Einzelplatten zusätzlich bearbeitet, z. B. gehobelt oder gefräst werden,
nach Patentanmeldung L 38334 VIIIbJ21d1, wobei die zwischen den Nuten stehenbleibenden
Teile der Platte zur Ausbildung der Polschuhe mit verringerter radialer Abmessung
ausgeschnitten sind, die gekennzeichnet ist durch die Anwendung der an sich bei
Turbogeneratoren bekannten schaufelartig geformten Nutverschlußkeile oder Nutverschlußkeilteile,
wobei die radiale Ausdehnung der schaufelartig geformten Nutverschlußkeile gleich
oder kleiner ist als die größte radiale Ausdehnung der Polschäfte und größer ist
als die der zwischen den Nuten gelegenen Teile des Läuferkörpers.
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Der Läuferkörper nach der Hauptpatentanmeldung ist in einer besonderen
Ausführungsform nicht absolut walzenförmig aufgebaut, sondern die zwischen den Nuten
stehengebliebenen Teile der einzelnen Platte werden mit etwas kleinerer radialer
Abmessung als die Polschäfte ausgeschnitten. Daraus ergibt es sich, daß die Pole
auf dem Umfang des Läufers jeweils leicht erhaben hervorspringen und die dazwischen
stehenbleibenden Teile etwas zurücktreten. In Umfangsrichtung gesehen befindet sich
jeweils unmittelbar vor und unmittelbar hinter einem Polschaft eine Nut, die die
Polwicklung enthält. Läßt man nun den Läufer mit der ihm zugeordneten hohen Drehzahl
rotieren, so treten ummittelbar vor und unmittelbar hinter dem erhabenen Polschaft
besondere
Strömungsverhältnisse dort auf, wo sich jeweils die Nut
für die Polwicklung befindet.
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Die Nut, die sich in Anströmrichtung unmittelbar vor dem Polschaft
befindet, liegt daher im Staugebiet der Luft. Diese an sich unerwünschte Wirkung
des Staudrucks vor dem Polschaft wird gemäß der Erfindung dazu benutzt; die Kühlluft
in verbesserter Form durch die Wicklungsnut zu treiben, wobei die Kühlluft mit an
sich bei Turbogeneratoren bekannten schaufelartigen Teilen aufgefangen wird, die
in Form des Nutenverschlußkels- erhaben auf dem Umfang des Läuferkörpers in der
Wicklungsnut angebracht sind und in den Luftspaltraum hineinragen. Die Kühlluft
wird nach Eintritt in die Wicklungsnut mehrfach schraubenförmig um den vorzugsweise
blanken Leiter herumgeführt und tritt dann durch eine Öffnung wieder aus, die der
Drehrichtung abgewandt ist und gegenüber der Einströmöffnung axial versetzt ist.
Diese Ausströmöffnung liegt dabei in dem Bereich, in dem sich der Luftspalt verengt
und in dem also damit die Luft eine höhere Geschwindigkeit hat. Dieser Geschwindigkeitsanstieg
der Luft relativ zum rotierenden Läuferkörper wird gemäß der Erfindung dazu ausgenutzt,
daß die ausströmende Luft unter Ausnutzung einer Ejektorwirkung aus dem Wicklungsraum
herausgesaugt-wird.
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Die Wicklungsnut, die sich - in Anströmrichtung gesehen - hinter dem
erhabenen Polschaft befindet, liegt - strömungsmäßig gesehen - in einer Turbulenzzone.
Diese Nut, die sich in Anströmrichtung hinter dem erhabenen Pol befindet, bezieht
ihre Kühlluft unmittelbar aus der Wirbelzone in der Luftführung, die sich hinter
dem Polschaft ergibt. Die Tendenz der Luft in dieser Wirbelzone ist radial nach
der Maschinenmitte zu gerichtet, und auch hier wird durch die schaufelartigen Einströmöfmungen
die an sich vorhandene und unerwünschte Tendenz der Luft zum Ausweichen nach der
Maschinenmitte hin ausgenutzt, um die Luft in die Wicklungsnut zu zwingen: Je nach
Lage der Nut kann es auch zweckmäßig sein, jeweils vor den axial verteilten Lufteintrittsöffnungen
keilförmige oder parallele, auf die Lufteintrittsöffnungen hinführende Nuten in:
Umfangsrichtung im Polbereich vorzusehen. Die Kühlluft der Nuten, die sich in Anströmrichtung
hinter dem Pol befinden, tritt, nachdem sie den blanken Leiter mehrfach umströmt
hat, an einer axial versetzten Stelle durch eine schaufelförmige Öffnung, die der
Drehrichtung entgegengesetzt angebracht ist, wieder in den Luftspalt der Maschine
aus. Hier wird wiederum die Saugwirkung ausgenutzt.
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Mit dem Gegenstand der Erfindung werden die an sich bekannten mit
Lufteintritts- bzw. -ausgangsöffnungen versehenen Nutkeile in zweckmäßiger Weise
eingesetzt, indem die besonderen Strömungsverhältnisse bei dieser Maschine ausgenutzt
werden.
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Die Figur erläutert den Gegenstand der Erfindung. Mit 1 ist der aus
Platten zusammengesetzte Läuferkörper bezeichnet. Die Erregerwicklung 2 liegt vorzugsweise
blank in den Nuten 3, wobei sich zwischen der autogen ausgeschnittenen Nutwandung
und der vorzugsweise blanken Erregerwicklung Zwischenräume ergeben. 5 ist der Polschaft
der Synchronmaschine, und im Gegensatz zu an sich bekannten Synchronmaschinen mit
ausgeprägten Polen befinden sich hier zwischen zwei Polen Teile 4 des Läuferkörpers
mit kleinerer radialer Abmessung als die Pole 5. Die Wicklungsnuten sind mit an
sich bekennten Nutverschlußkeilen verschlossen, wobei diese Keile in ebenfalls an
sich bekannter Weise schaufelartig geformt sind. Die Nutverschlußkeile sind mit
6 bezeichnet. Jeder Nutverschlußkeil kann in an sich bekannter Weise auch aus mehreren
Teilen bestehen. Die radiale Ausdehnung der schaufelartigen Teile mit den Lufteintritts-
bzw. Luftaustrittsöffnungen soll dabei zwischen dem radialen Maß des Teiles 4 und
dem des Polschaftes 5 liegen.
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Die angenommene Drehrichtung des Läuferkörpers 1 ist mit dem Pfeil
bezeichnet. Bei der in Drehrichtung vor dem Pol 5 liegenden Nut 3 a ergibt sich
beint Anströmen ein Staudruck, der durch den Polschaft 5 erzeugt wird. Dieser Staudruck
wird zum Einleiten der Kühlluft ausgenutzt, die in der Wicklungsnut in der Form
umläuft, wie es die Pfeile angeben. Innerhalb der Nut ist ein mehrfaches schraubenförmiges
Umströmen des blanken Wicklungsteiles zweckmäßig. Einströmteil und Ausströmteil
der Nutverschlußkeile sind dabei zweckmäßig axial gegeneinander versetzt. Infolge
der Geschwindigkeitserhöhung der Strömung im Luftspalt vor dem Pols ergibt sich
in Strömungsrichtung hinter dem Nutkeilteil6, das den schaufelartigen Teil für die
Ausströmöffnung trägt, eine Ejektorwirkung; so daß die verbrauchte Kühlluft zusätzlich
aus der Wicklungsnut herausgesaugt wird.
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Die Wicklungsnut 3 b liegt hinter dem Pol 5 in einer Wirbelzone, die
sich durch den erhabenen Polschaft im Luftspalt ergibt. In Strömungsrichtung hinter
dem Pol 5 hat die Luft im Luftspalt eine Tendenz nach der Maschinenmitte zu, und
diese Tendenz der Strömungsluft wird in der Wicklungsnut 3 b dazu ausgenutzt, die
Kühlluft in verbesserter Weise in diese Wicklung hineinzufördern. Die Pfeile geben
auch hier den Strömungsverlauf an. Auch hier soll die Kühlluft den Leiter zweckmäßig
mehrfach schraubenförmig umströmen, um dann an der Ausströmöffnung, die vorzugsweise
axial gegen die Einströmöffnung versetzt ist, wieder in den Luftspalt abzuströmen.
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Eine Verbesserung kann beim Einströmen der Kühlluft in die Wicklungsnut
3 b auch noch dadurch erzielt werden, daß der Polschaft 5 vor dieser Wicktungsnut
3 b mit keilförmigen oder parallelflankigen Nuten 7 versehen wird; die die Luft
auf die Einströmöffnung der Wicklungsnut 3 b hin zwingen.