DE1538720C - Direkte Flüssigkeitskühlung der Anlaufwicklung einer Synchron- oder Asynchronmaschine· - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf für die direkte Flüssigkeitskühlung einer aus Hohlleitern bestehenden, im Läufer einer Synchron- oder Asynchronmaschine angeordneten Anlaufwicklung.

Die direkte Flüssigkeitskühlung rotierender Bauteile von elektrischen Maschinen,· insbesondere Erreger- und Dämpferwicklungen, ist !bekannt. Für die Kühlmittelumwälzung wird meistens eine Pumpe außerhalb der Maschine verwendet, wobei dann eine Übertragung des Kühlmittels von der stationären Pumpe zur Wicklung, die sich auf dem rotierenden Läufer befindet, erfolgen muß.

Für die direkte Kühlung des Läufers einer elektrischen Maschine ist es ferner bekannt, eine auf dem Läufer angeordnete mitrotierende Pumpe vorzusehen, wobei aber die Pumpe durch Eingriff von außen gesteuert werden muß, auch wenn ein Übertrager für die Kühlflüssigkeit wegfällt.

Schließlich ist auch eine Einrichtung für die ao Kühlung des Läufereisens einer elektrischen Maschine' bekannt, wobei ein Unterschied in den spezifischen Gewichten der Flüssigkeitssäulen für den Kühlmitteltranspört notwendig ist und daher eine Erwärmung der zu kühlenden Teile und des Kühlmittels in ihnen »5 stattfindet, um die Zirkulation derselben in Gang zu setzen. Für die Kühlung von Anlaufwicklungen ist eine Kühleinrichtung dieser bekannten Art somit nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine direkte Flüssigkeitskühlung für die Anlaufwicklung einer Synchronoder Asynchronmaschine zu schaffen, bei der ein geschlossener Kreislauf für die Umwälzung des Kühlmittels, und zwar ohne Pumpe, zur Anwendung kommen soll und die Kühlflüssigkeit unabhängig von ihren Temperaturunterschieden nur infolge ihrer eigenen Trägheit relativ zum Läufer bzw. den Kühlleitungen in Bewegung gesetzt wird, und zwar in dem Augenblick, in dem die Maschine ihren Anlauf beginnt.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Kühlmittelkreislauf der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß an jeder Stirnseite des Läufers die Hohlleiter der Anlaufwicklung in Gruppen von jeweils mehreren parallelen Hohlleitern zusammengefaßt sind, die über zwei mindestens teilweise in der Umfangsrichtung des Läufers verlaufende Rohrbögen mit einem gemeinsamen sich in axialer Richtung konzentrisch zur Läuferachse erstreckenden Hohlraum in Verbindung stehen, und daß die Verbindung zwisehen den Rohrbögen und dem Hohlraum jeweils an den entgegengesetzten Enden der beiden Rohrbögen erfolgt.

An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt die

Fig. 1 die Dämpferwicklung einer Synchronmaschine in schematischer Darstellungsweise, während die

F i g. 2 einen der verschiedenen parallelen Zweige des Kühlkreises der Wicklung im vergrößerten Maßstab veranschaulicht.

Die Dämpferwicklung, die bei einer Synchronmaschine mit der Anlaufwicklung identisch ist, wird durch die Hohlleiter 1 gebildet, die an den beiden Stirnseiten des Läufers in Rohrbögen 2 münden, die in der Umfangsrichtung des Läufers verlegt sind. Diese Rohrbögen 2 stehen mittels radialer Rohrstücke 3 mit einem im Läuferkörper 4 vorgesehenen, axialen Hohlraum 5 in Verbindung, der als Kühlmittel-Reservoir dient;

Auf diese Weise wird durch die Anlaufwicklung 1, die Rohrbögen 2, die Rohrstücke 3 und den Hohlraum 5 ein geschlossenes System gebildet, das mit einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser gefüllt wird. Es entsteht somit ein geschlossener aus mehreren parallelen Zweigen gebildeter Kühlmittelkreislauf für die Kühlung der Anlaufwicklung, der mit dem Läufer mitrotiert. Falls erwünscht, können die Rohrbögen 2 auch als Kühlrohre mit Kühlrippen ausgeführt werden.

Sobald die Maschine in Betrieb gesetzt wird und sich der Läufer zu drehen beginnt, ergibt sich für das Kühlmittel in den Rohrbögen 2 eine durch den Pfeil A angedeutete Flußrichtung relativ zum Läufer, und zwar infolge der Trägheit des Wassers gegenüber dem Läufer bzw. der Rohrleitung 2, die eine Drehbeschleunigung (d ω/d A) in der durch den Pfeil B angedeuteten Richtung hat.

Die dem Kühlmittel von der Anlaufwicklung zugeführte Wärme bewirkt bei der durch den erwähnten (( Effekt ausgelösten Kühlmittelzirkulation einen Tem- <£ peraturunterschied zwischen den Wassersäulen in den radialen Rohrstücken 3, wobei die Temperatur in den Rohrstücken 3, die das Wasser von den Rohrbögen 2 zu dem Hohlraum 5 führen, höher ist als in denjenigen Rohrstücken 3, wo das Wasser in umgekehrter radialer Richtung fließt. Die Wassersäulen von unterschiedlicher Temperatur haben verschiedenes spezifisches Gewicht, und es tritt durch die Wirkung der Zentrifugalkraft vervielfacht eine Thermo-Siphon-Wirkung auf, die die Bewegung des Wassers in Pfeilrichtung A unterstützt. Die Zirkulation des Wassers im geschlossenen Kühlkreislauf infolge der Drehbeschleunigung des Läufers besteht nur bis zum Erreichen der Enddrehzahl der Maschine; dagegen dauert die Zirkulation des Wassers infolge der Thermo-Siphon Wirkung an, bis die restliche Anlaufwärme aus der Wicklung abgeführt ist. Wenn dieser Zustand erreicht wird, kommt der Kreislauf zum Stillstand. Die nach dem Anlauf im Kühlmittel gespeicherte Energie wird dann während des Betriebes / der Maschine über die Eisenteile des Läufers an die -Kühlluft abgeführt.

Die Rohrbögen'2 können auch so gestaltet sein, daß sie einerseits mit dem Hohlleiter 1 und andererseits mit dem Hohlraum 5 unmittelbar in Verbindung stehen, d. h. nur teilweise in der Umfangsrichtung verlaufen. Die radialen Rohrstücke 3 fallen dann weg.

Obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel sich auf eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen bezieht, wobei in F i g. 2 einer der Pole mit einem strichpunktierten Umriß angedeutet ist, kann der gleiche Kühlmittelkreislauf in analoger Weise ohne weiteres auch für die Anlaufwicklung einer Asynchronmaschine angewendet werden.

Mit dem Kühlmittelkreislauf gemäß der Erfindung ergeben sich verschiedene wesentliche Vorteile. Die Kühlung der Anlaufwicklung benötigt keine Pumpen, Ventile u. dgl. und arbeitet vollständig automatisch, d. h. die Zirkulation des Kühlmittels kömmt zum richtigen Zeitpunkt von selbst in Gang und hört ebenso wieder auf, wenn der Anlaüfstab keine Energie mehr abzugeben hat. .

Eine Anlaufwicklung wird bekanntlich so bemessen, daß sie die während des Anlaufvorganges in ihr

entstehende Energie ohne unzulässige Erwärmung aufnehmen kann. Unter Umständen können sich dadurch für die Anlaufwicklung derart große Leiterquerschnitte ergeben, daß diese aus mechanischen Gründen in einem normal ausgeführten Polschuh nicht mehr unterzubringen sind. Die beschriebene Einrichtung erlaubt es dagegen, die Wärmekapazität der Anlaufwicklung wesentlich zu st&gern, ohne die Leiterquerschnitte über den üblichen Rahmen zu vergrößern; die Wärmekapazität des gesamten Kühlwassers addiert sich zu der des Leitermaterials.

Die als zulässig erachtete Erwärmung der Stäbe eines Anlaufkäfigs liegt bei etwa 250° C, wobei die Unterschiede in der Wärmedehnung ,von Polschuh und Stab beträchtlich und immer wieder Ursache von Schaden sind. Die Endtemperatur eines gemäß der Erfindung wassergekühlten Anlaufkäfigs hingegen wird 100° C kaum jemals übersteigen.

Claims (2)

Patentansprüche: ao

1. Geschlossener Kühlmittelkreislauf für die direkte Flüssigkeitskühlung einer aus Hohlleitern bestehenden, im Läufer einer Synchron- oder Asynchronmaschine angeordneten Anlaufwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Stirnseite des Läufers die Hohlleiter (1) der Anlaufwicklung in Gruppen von jeweils mehreren parallelen Hohlleitern (1) zusammengefaßt sind, die über zwei mindestens teilsweise in der Umfangsrichtung des Läufers verlaufende Rohrbögen (2) mit einem gemeinsamen sich in axialer Richtung konzentrisch zur Läuferachse erstrekkenden Hohlraum (5) in Verbindung stehen, und daß die Verbindung zwischen den Rohrbögen (2) und dem Hohlraum (5) jeweils an den entgegengesetzten Enden der beiden Rohrbögen (2) erfolgt.

2. Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Rohrbögen (2) und dem gemeinsamen Hohlraum (5) über radial angeordnete Rohrstücke (3) erfolgt.

3: Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbögen (2) unmittelbar mit dem gemeinsamen Hohlraum (5) in Verbindung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen