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Einrichtung zum Abführen der Wärme von gas- und flüssigkeitsdicht
gekapselten Wickelköpfen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Abführen
der Wärme von den aus den Leiternuten eines lamellierten Statorkerns in axialer
Richtung hervorragenden gas- und flüssigkeitsdicht eingekapselten Wickelköpfen,
die gleichzeitig der Ab-
stützung der Kapselwände und zur Festlegung der Wickelköpfe
gegen seitliche Verlagerung dient.
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Bei gekapselten elektrischen Maschinen hoher Leistunel, beispielsweise
bei einem gekapselten Elektromotor, an den eine Pumpe angeschlossen ist, die heißes,
unter hohem Druck stehendes Wasser in Umlauf hält, und durch dessen Luftspalt von
dem Pumpensystem abgezweigtes Wasser zirkuliert, muß dafür Sorge getragen werden,
daß einerseits die Wärme von den Wickelköpfen des Stators in ausreichendem Maße
abgeleitet wird und daß andererseits die Wickelköpfe sich unter den magnetischen
Kräften des Laststromes nicht verschieben können und die gewöhnlich zylindrische
dünne innere Kapselwand unterstützt wird, damit sie sich unter dem im Luftspalt
vorherrschenden Druck nicht verformen kann.
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Bei gekapselten Hochspannungstransformatoren, deren Kern und Wicklungen
im Inneren eines zylindrischen Gehäuses in einem Füllstoff eingebettet sind, ist
es bekannt, die Wärmeisolierung durch den Füllstoff durch zwischen die Wicklungsteile
eingesetzte Kupferplatten zu durchbrechen, welche die entwickelte Wärme an das Außengehäuse
abführen. Bei solchen bekannten Hochspannungstransformatoren sind die Platten senkrecht
zur Achse der Wicklungen und senkrecht zur Achse des Gehäuses angeordnet und verlaufen
zueinander parallel. Sie haben dort lediglich die Funktion einer Wärmeableitung.
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Ferner ist es bekannt, die Wicklungen von Motoren, Transformatoren
und dergleichen elektrischen Apparaten dadurch zu kühlen, daß diese in eine gegossene
Metallmasse eingebettet werden, die eine so niedrige Schmelztemperatur besitzt,
daß die Isolation einerseits nicht zerstört wird, andererseits aber die Metallmasse
unter den zulässigen Betriebstemperaturen nicht zu schmelzen beginnt. Diese gegossene
Masse steht mit dem Gehäuse der Maschine in Wärmekontakt. Bei dieser bekannten Anordnung
ist stets eine gewisse Gefahr einer Zerstörung der Isolation oder eines unbeabsichtigten
Schmelzens der Metallmasse vorhanden, und es ist bei ihr auch schwierig, eine Wicklung,
die beim Betrieb beschädigt wird, zu reparieren oder zu erneuern.
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Außerdem ist es bei elektrischen Maschinen bekannt, den Statorkern
mit seinen Wicklungen in einen monolvtischen Rahmen beim Gießen desselben einzubett#n,
wobei für die Wicklungen eine hochtemperaturbeständige Glasfaserisolierung verwendet
wird. Eine Anordnung dieser Art hat im wesentlichen die gleichen Nachteile wie die
vorlip-r beschriebene.
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Die Erfindung schafft nun eine Einrichtung zum Abführen der Wärme
von den Wickelköpfen des Ständers einer elektrischen Maschine, bei welcher für die
Wärmeableitung ebenfalls Platten verwendet werden, wobei diese Platten aber außer
ihrer Funktion derWärmeableitung gleichzeitig auch dazu dienen, die Wickelköpfe
festzulegen und die dünne innere Kapselwand zu unterstützen.
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Da bei der Erfindung der Statorkem mit seinen Wicklungen nicht vergossen
wird, können Reparaturen an diesen Teilen leicht vorgenommen werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
der zylindrischen Innenwand (dem Spaltrohr) und dem metallenen Außengehäuse radial
angeordnete, sich an den Stirnseiten des Statorkerns in Längsrichtung erstreckende
Platten vorgesehen sind, die, zwischen den inneren und äußeren Spulenhälften verlaufend,
die benachbarten Leiterwickelköpfe festlegen und sich radial an der Innenwand und
dem Außengehäuse abstützen, wobei sie mit den Leiterteilen der Wickelköpfe sowie
der Innenwand und dem Außengehäuse in Wärmeaustausch stehen und ein ringförmiges
Wärmeableitgitter bilden.
Bei der die Form eines ringförmigen Wärmeableitgitters
aufweisenden erfindungsgemäßen Einrichtung werden die Platten infolge des auf die
Innenwand einwirkenden, im Maschinenspalt vorherrschenden Druckes zwangläufig in
einen innigen Wärmekontakt mit der Innenwand und dem Außengehäuse des Stators gehalten,
wobei die Innenwand durch diese Platten gleichzeitig unterstützt wird. Außerdem
halten diese Platten die Wickelköpfe in einem gegenseitigen festen Abstand und verhindern
so eine Verlagerung dieser Wickelköpfe unter den magnetischen Kräften infolge des
durch die Wicklung fließenden Laststromes.
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Die Erfindung schafft somit eine den besonderen Gegebenheiten bei
gekapselten elektrischen Maschinen angepaßte Konstruktion, bei welcher die verschiedenen
Funktionen durch ein und denselben Bauteil, nämlich die Platten, erfüllt werden.
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Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von den Wickelköpfen auf die
Platten kann gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung der Wärmeaustausch
über gut wärmeleitende Metallstreifen stattfinden, die an den Platten wärmeleitend
befestigt sind und der, Form der Wickelköpfe angepaßte Verlängerungen haben, die
an den Wickelköpfen anliegen und mit diesen in Wärmekontakt stehen.
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DerForm derWickelköpfe angepaßteWärmeableitglieder sind bei elektrischen
Maschinen für sich bereits bekannt.
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Eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem Außengehäuse, dem
Statorkern und den Platten wird gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung dadurch erhalten, daß die Platten von einem Ring getragen werden,
der am innenumfang des Außengehäuses angeordnet ist, an dem Statorkern anliegt und
mit diesen Teilen in Wärmeaustausch steht. Diese Ausbildung ergibt auch ein starres
Wärmeableitgitter, bei welchem die einzelnen Platten jederzeit unverrückbar festgehalten
sind.
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Schließlich können bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die von dem
Statorkern abgewendeten Enden der wärmeleitenden Metallstreifen, die an den Wickelkopfhälften
ein und desselben Wickelkopfes anliegen, über die Wickelköpfe hinaus verlängert
und an einer gekühlten Rohrleitung befestigt sein.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigt die Zeichnung.
Darin ist Fig. 1 eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt eines
Teiles von einem Ende eines gekapselten Motors, die die Anordnung der für die Ableitung
der Wärme von den Wickelköpfen verwendeten Metallplatten und -streifen zeigt, Fig.
2 eine perspektivische Ansicht von Metallstreifen für die Wärmeableitung, die an
den Wickelköpfen angebracht werden können, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht,
die eine Ab-
wandlung der in Fig. 2 gezeigten Streifen darstellt, Fig. 4 eine
Darstellung, die zeigt, wie die Metallstreifen der Fig. 3 an den Platten
angebracht werden, die an den Stator angrenzen, und Fig. 5 die Darstellung
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung-' Die Fig. 1 und 5 zeigen
einen Teil eines gekapselten Motors, der einen Stator 10 aufweist, der aus
LameHen 12 zusammengesetzt und mit Leiternuten 14 versehen ist. Die isolierten,
mittels einer Form gewickelten Spulen 16 weisen in bekannter Weise einen
Teil 18, der sich im äußeren Teil einer Nut befindet, und einen umgekehrt
gebogenen Teil 20 auf, der im inneren Teil einer anderen Nut verläuft. Der Stator
ist in einem Stahlgehäuse 22 eingeschlossen und wird durch einen zylindrischen Ring
24 fest an seinem Platz gehalten, der durch ein Halteglied 26 in seiner Lage
gesichert ist. Der Ring 24 ist massiv ausgebildet und trägt sich radial nach innen
erstreckende Platten 30, die kurz vor der inneren Umfangsfläche des Stators
enden. Gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Platten in axialer Richtung vom Statorkern
weg und bilden eine Ringschulter 32, welche einen weiteren, nicht gezeigten
Bauteil zum Einschließen der Wickelköpfe aufnimmt. Auf den flachen Teilen der Platten
ist ein Stützring 34 angeordnet, dessen Innendurchmesser gleich demjenigen des Stators
ist. Dieser Stützring verlängert praktisch den Stator und bildet mit diesem den
erforderlichen Träger für die zylindrische Kapsel oder das Spaltrohr 36.
Das Spaltrohr besteht aus rostfreiem Stahl und ist innerhalb des Statorkertis fest
angeordnet. In dem Luftspalt herrscht ein Druck von etwa 140 kg/cm2. Infolgedessen
muß die Kapsel, die etwa 0,5 mm dick ist, von einem festen mechanischen Träger
unterstützt sein.
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An den Wickelköpfen sind mittels eines Glasfasergewebes 42 oder anderer
nichtleitender Stoffe Streifen 38 und 40 aus Kupfer oder einem anderen Material
mit einer dem Kupfer äquivalenten großen Wärmeleitfähigkeit angebracht. Da die entgegengesetzten
Seiten der Wickelköpfe von der inneren Oberfläche des Stators verschiedenen Abstand
haben, müssen die Kupferstreifen verschieden groß ausgeführt werden (Fig. 2). Diejenigen
Seiten der Spulen, welche in den Leiternuten außen verlaufen, sind offensichtlich
größer als diejenigen, die in den Nuten innen verlaufen. Die beiden in Fig. 2 gezeigten
Kupferstreifen werden jeweils für diesen Zweck verwendet.
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Wenn die Kupferstreifen mittels des Bandes an den Wickelköpfen befestigt
sind, werden die Teile 44 mit den Seiten der Platten 30 in engen thermischen
Kontakt gebracht und fixiert, was dadurch geschieht, daß sie durch irgendwelche
Mittel, die einen guten Wärmeaustausch zwischen den Teilen schaffen, an den Platten
befestigt werden, und zwar beispielsweise durch Schweißen, Hartlöten, durch die
Verwendung von Keilen, die eine Stärke haben, welche im wesentlichen dem Abstand
zwischen benachbarten Platten 30 _gleich ist, oder durch irgendeine andere
Einrichtung, die in der Lage ist, diese Funktion auszuüben. Mit den Kupferstreifen
38 und 40 wird ein Weg für die Wärmeübertragung von den Wickelköpfen auf
die Platten 30
geschaffen, der von dort über den Stützring 34 und die Kapsel
36 zum Wasser weiterführt, das mit dieser Kapsel in Berührung steht und im
Umlauf gehalten wird. Die Wärme wird durch den Hauptkörper der Spule auch zu dem
Statorkern abgeleitet, der eine Wärmesenke für die übertragung von Wärme zur Kapsel
und zum Wasser bildet. Es zeigt sich somit, daß die Wärme von den Wickelköpfen zunächst
in axialer Richtung gegen den Stator hin strömt und dann die Richtung ändert, um
radial nach innen zur Kapsel abzufließen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsförm haben die Kupferstreifen
38 und 40 gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Ausführung einen zusätzlichen.
Teil 46, der an dem Hauptkörper der Streifen angebracht ist. Gemäß Fig. 4 sind die
Teile 46 umgebogen, wenn die Kupferstreifen an den Wickelköpfen angebracht und
an
den entgegengesetzten Seiten der Platten 30 angeordnet sind. Sie schaffen
dadurch einen direkteren Wärmeübertragungsweg von den Wickelköpfen zum Stützring
34 und zur Kapsel 36.
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Die Funktion der Streifen 38 und 40 besteht darin, Wärme von
den in einem toten Luftraum angeordneten Wickelköpfen zu Zonen geringerer Temperatur
abzuleiten. Diese Wärmeableitung kann auch noch auf andere Weise bewirkt werden.
Beispielsweise könnte statt des Glasfaserbandes wärmeleitendes Gewebe von großer
Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Es kann auch Kupfer oder anderes Material hoher
Wärmeleitfähigkeit auf die Wickelköpfe aufgesprüht werden, um diese Funktion auszuüben.
Auch könnten die Streifen in den Leiternuten hinein verlängert werden. Es wäre auch
möglich, die Streifen direkt an der Innenseite des Außengehäuses zu befestigen.
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Die in Fig. 5 gezeigte Ausführung entspricht im wesentlichen
der vorher beschriebenen mit der Ausnahme, daß die Kupferstreifen an den Wickelköpfen
zusammengeführt und mittels Bolzen 52 od. dgl. an einem Rohr 50 befestigt
sind. Bei dieser Anordnung wird die Wärme von dem Hauptkörper der Spulenwickelköpfe
zu den am Rohr 50 fest angebrachten Streifen 54 übertragen. Durch das Rohr
läuft ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, um, das die von den Wickelköpfen kommende
Wärme abführt.