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Kühleinrichtung elektrischer Maschinen.
Durch die Anordnung von wassergekühlten Kühlkörpern zwischen die Blechpaket des Ständereisens elektrischer Maschinen kann die Belastungsfähigkeit, also die spezifische Leistung dieser Maschinen wesentlich gesteigert werden. Für die Wasserkühlung des Läufers ist es jedoch nicht gelungen, eine vollkommen befriedigende Lösung zu finden, so dass es zweckmässiger erscheint für den Läufer, sowie für die Spulenköpfe die Luftkühlung weiter beizubehalten. Selbstverständlich könnte man neben der Luftkühlung auch eine Wasserkühlung für den Läufer vorsehen.
Es ist ferner zweckmässig, die Kühlluft in geschlossenem Kreislaufe durch die Maschine zu führen, um die Reinheit der Luft zu gewährleisten. Um aber bei etwaigen Maschinenbränden den Schaden auf das Mindestmass herunterzudrücken, ist es wünschenswert die kreisende Menge der Kühlluft so gering als iiiözlieh zu bemessen. Gemäss der Erfindung ist die Kühleinrichtung derart beschaffen, dass die Wasserkühlung des Ständers gleichzeitig die Rückkühlung der vom Läufer abziehenden warmen Luft bewirkt, so dass die Kühlluft ihren Kreislauf innerhalb des Maschinengehäuses vollführen kann.
Als naheliegendste Lösung hiefür bietet sich die wechselweise Anordnung von Kühlkörpern und Luftspalten zwischen den einzelnen Blechstapeln des Ständereisens, so zwar, dass die durch die Luftspalte strömende warme Kühlluft ihre Wärme dem Ständerseisen abgibt, um samt der im Ständer entstehenden Wärme durch die Wasserkühlung des Ständers abgeführt zu werden. Dabei muss jedoch die von der Kühlluft entzogene Wärme durch die ganze Stärke des zu kühlenden Bleehstapels hindurch wandern,
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Eine andere Möglichkeit besteht darin. de ss die Luftspalte im Innern der Kühlkörper liegen, so dass die warme Kühlluft des Läufers unmittelbar an den Kühlkörpern vorbeistreii't. \ber auch diese Anordnung ist nachteilig, weil durch dieselbe einerseits die Stärke der Kühlkörper in der Achsenrichtung
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt einer mit der neuen Kühleinrichtung ausgerüsteten Maschine.
Fig. 2 einen radialen Schnitt des Kühlkörpers und Fig. 3 einen Schnitt gemäss der Linie 3-'3 der Fig. 2. Fig. 4 und 5 zeigen abgeänderte Ausführungsformen des Kühlkörpers in einem der Fig. 3 entsprechenden
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Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen des Kühlkörpers in einer der Fig. 5 ähnlichen Darstellung.
Fig. 9 ist ein Längsschnitt eines mit der neuen Kühleinrichtung ausgerüsteten Turbogenerators nach der Linie 9-9 der Fig. 10 und Fig. 10 ist teilweise ein Ausschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 9, teilweise eine Endansicht des Turbogenerators.
Gemäss Fig. 1 ist a der Läufer und b der Ständer der Maschine, dessen Eisenkörper aus einzelnen Blechstapeln zusammengesetzt ist. Zwischen den einzelnen Blechstapeln sind in an und für sich bekannter Weise hohle flaehringförmige Kühlkörper c eingesetzt, die beispielsweise den in Fig. 2 in grässerem Massstabe gezeigten Querschnitt besitzen. Der Hohlraum der Kühlkörper e ist an zwei oder mehreren Stellen mit
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mässigerweise destilliertes Wasser z. B. Kondenswasser einer Dampfanlage verwenden. Die Kühlkörper ggemäss Fig. 2 und 3 sind aus zwei gepressten Blechen h, h zusammengestellt, die am Flansch miteinander verschweisst sind.
An dem inneren Umfang können die gepressten Blechringe h den Zähnen des Ständereisens entsprechend ausgeschnittene Fortsätze h, erhalten, die mit dem entsprechend gezähnten U-förmigen Einsatzring k2 verschweisst sind.
Zur Versteifung gegen axialen Druck dienen die Einsätze i, die in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise konzentrisch angeordnet sind. Die gegenseitige Lage dieser Einsätze t kann durch angeschweisste radiale Rippen i lFig. 3) gesichert werden, die in Ausbuchtungen der Seitenwände h des Kühlkörpers liegen.. Hiedurch entstehen Rippen k, welche einerseits die Wärmeabführung aus dem Ständereisen in den Kühlkörper vermitteln, anderseits aber zwischen dem Kühlkörper und dem Ständereisen Luftspalte entstehen lassen, durch welche die Kühlluft des Läufers hindurchströmt und ihre Wärme abgibt, so dass die Kühlluft ohne das Gehäuse der Maschine zu verlassen, im geschlossenen Kreislauf unmittelbar wieder zum Läufer zurückgeführt werden kann.
Infolge dieser Anordnung wird neben der äusserst wirksamen Kühlung des Ständers auch eine ausreichende Kühlung der. Kühlluft des Läufers erzielt, um die im Inneren des Masehinengehäuses befindliche Luftmenge zur Läuferkühlung benutzen zu können. Die von der Aussenluft abgesperrte kreisende Kühlluftmenge wird dadurch so gering, dass bei in der Maschine auftretenden brandes die vorhandene'Luftmenge aufgezehrt wird, bevor noeh grössere Schaden eintreten könnten.
Bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die zwischen den Rippen k entstehenden Luftspalte an der einen Seite des Kühlkörpers, während die andere Seite desselben seiner ganzen Ausdehnung nach mit dem Ständereisen in unmittelbarer Berührung steht.
Fig. 4 zeigt dagegen eine Abänderung des Kühlkörpers in einem der Fig. 3 entsprechenden Schnitt, bei der die zwischen den Bleehpaketen b1, b1 des Ständereisens eingelegten Kühlkörper emit angegossenen Kühlrippen k versehen sind, durch die zwischen dem zu kühlenden Ständereisen bl und der Wandung h des Kühlkörpers die Luftspalte I entstehen. Die Rippen k können zweckmässig bei allen Ausführungsformen an beiden Seiten A, h des Kühlkörpers angeordnet sein.
Fig. 5,6, 9 und 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Kühlkörper aus einer Anzahl flacher Röhren cl gebildet sind, die einen annähernd parallelopipedischen Querschnitt besitzen. Die Rippen k werden durch Ausbuchtungen der Röhren gebildet.
Gemäss Fig. 7 sind die Ausbuchtungen bzw. Rippen k abwechselnd an den beiden Seiten der Röhren el angebracht.
Fig. 8 zeigt eine Variante, bei welcher durch die Mitte des Kühlkörpers e hindurch Kühlkanäle m für die Luft hindurchgeführt sind. Wie aber aus dieser Figur ersichtlich, ist diese Anordnung weniger zweckmässig als die vorhergehenden, weil bei im Inneren des Kühlkörpers liegenden Luftkanälen die Stärke des Kühlkörpers in der Achsenrichtung der Maschine vergrössert wird.
Die konzentrischen Kanäle desselben Kühlkörpers sind an ihren Enden zweckmässig in der Weise mit den Verteilungs-bzw. Sammelkanälen d und e (Fig. 9 und 10) verbunden, dass die Anschlussstellen dieser Kühlkanäle einzeln verschlossen werden können, um beim Leekwerden einzelner Kanäle, diese auszuschalten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung erfolgt der Eintritt bzw. Austritt der Kühlflüssigkeit an zwei diametral liegenden Stellen des Ständers. Die Anordnung kann aber auch dahin abgeändert werden, dass das Wasser nicht an einem Bogen von 180", sondern an einem grösseren Bogen um den Ständer läuft, gegebenenfalls den Ständer ganz umkreist, so dass, wie dies die Fig. 9 und 10 zeigen, sowohl der Eintritt, als der Austritt der Kühlflüssigkeit etwa an der tiefsten Stelle des Ständergehäuses liegt.
Selbstverständlich können die Kühlkörper auch aus kürzeren Segmenten bestehen.
Damit das Luftfassungsvermögen des Maschinengehäuses auf das Mindestmass herabgedrückt wird, ist dasselbe, wie aus Fig. 1, 9 und 10 ersichtlich, zur Aufnahme der Anschluss-, Sammel-und Verteilungsleitungen mit Ausbuchtungen p ausgerüstet, deren Anzahl sich nach der jeweiligen Anordnung dieser Teile richtet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kühleinrichtung elektrischer Maschinen mit Wasser-und Kreislauf-Luftkühlung, bei denen zwischen die Blechstapeln des Ständereisens von Kühlwasser durchströmte Körper eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Rückkühlung der Kühlluft dienenden Luftspalte zwischen den Kühl- körpern (c) des Ständers und dem mit diesen in wärmeleitender Verbindung stehenden, zu kühlenden
Ständereisen liegen.
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Cooling device for electrical machines.
By arranging water-cooled heat sinks between the laminated core of the stator iron of electrical machines, the load capacity, i.e. the specific power of these machines, can be increased significantly. However, it has not been possible to find a completely satisfactory solution for the water cooling of the rotor, so that it seems more expedient to continue to maintain the air cooling for the rotor and for the coil heads. Of course, in addition to air cooling, water cooling could also be provided for the runner.
It is also advisable to guide the cooling air through the machine in a closed circuit in order to ensure the purity of the air. However, in order to keep the damage to a minimum in the event of a machine fire, it is desirable to keep the circulating amount of cooling air as small as possible. According to the invention, the cooling device is designed in such a way that the water cooling of the stator simultaneously causes the recooling of the warm air drawn from the rotor, so that the cooling air can circulate within the machine housing.
The most obvious solution for this is the alternating arrangement of heat sinks and air gaps between the individual sheet metal stacks of the stator iron, so that the warm cooling air flowing through the air gaps gives off its heat to the stator iron, in order to dissipate the heat generated in the stator by the water cooling of the stator to become. However, the heat extracted from the cooling air must migrate through the entire thickness of the bleeh stack to be cooled,
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Another possibility is that. The air gaps are inside the heat sinks so that the warm cooling air from the rotor blows directly past the heat sinks. This arrangement is also disadvantageous because on the one hand it reduces the thickness of the heat sink in the axial direction
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Fig. 1 shows the cross section of a machine equipped with the new cooling device.
FIG. 2 shows a radial section of the heat sink and FIG. 3 shows a section along the line 3- '3 in FIG. 2. FIGS. 4 and 5 show modified embodiments of the heat sink in one corresponding to FIG
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FIGS. 7 and 8 show further embodiments of the heat sink in a representation similar to FIG.
FIG. 9 is a longitudinal section of a turbo generator equipped with the new cooling device along the line 9-9 of FIG. 10 and FIG. 10 is partly a section along the line 10-10 of FIG. 9, partly an end view of the turbo generator.
According to FIG. 1, a is the rotor and b is the stator of the machine, the iron body of which is composed of individual stacks of sheet metal. Between the individual stacks of sheet metal, hollow tubular heat sinks c are inserted in a manner known per se, which, for example, have the cross-section shown in FIG. 2 on a larger scale. The cavity of the heat sink e is in two or more places
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moderately distilled water z. B. Use condensation water from a steam system. The heat sinks according to FIGS. 2 and 3 are composed of two pressed metal sheets h, h which are welded to one another at the flange.
On the inner circumference, the pressed sheet metal rings h can have extensions h, cut out corresponding to the teeth of the stator iron, which extensions are welded to the correspondingly toothed U-shaped insert ring k2.
The inserts i, which are arranged concentrically in the manner shown in FIG. 1, serve to stiffen against axial pressure. The mutual position of these inserts can be determined by welded-on radial ribs. 3), which are located in bulges of the side walls h of the heat sink. This creates ribs k, which on the one hand convey the heat dissipation from the stator iron into the heat sink, but on the other hand create air gaps between the heat sink and the stator iron through which the cooling air of the The rotor flows through it and gives off its heat, so that the cooling air can be returned directly to the rotor in a closed circuit without leaving the housing of the machine.
As a result of this arrangement, in addition to the extremely effective cooling of the stator, sufficient cooling of the. Achieved cooling air of the rotor in order to be able to use the amount of air located inside the Masehinengehäuses for rotor cooling. The amount of circulating cooling air that is shut off from the outside air is so small that in the event of a fire in the machine the amount of air present is consumed before greater damage could occur.
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the air gaps arising between the ribs k are on one side of the heat sink, while the other side of the same is in direct contact with the stator iron along its entire extent.
In contrast, FIG. 4 shows a modification of the heat sink in a section corresponding to FIG. 3, in which the heat sinks inserted between the sheet metal stacks b1, b1 of the stator iron are provided with cast cooling ribs k, through which between the stator iron bl to be cooled and the wall h of the heat sink, the air gaps I arise. The ribs k can expediently be arranged on both sides A, h of the heat sink in all embodiments.
5, 6, 9 and 10 show an embodiment in which the heat sinks are formed from a number of flat tubes cl which have an approximately parallel-opipedal cross-section. The ribs k are formed by bulges in the tubes.
According to FIG. 7, the bulges or ribs k are alternately attached to the two sides of the tubes el.
8 shows a variant in which cooling channels m for the air are passed through the center of the cooling body e. As can be seen from this figure, however, this arrangement is less expedient than the previous one, because with air ducts located inside the cooling body, the thickness of the cooling body in the axial direction of the machine is increased.
The concentric channels of the same heat sink are expediently connected to the distribution or distribution channels at their ends. Collective channels d and e (Fig. 9 and 10) connected so that the connection points of these cooling channels can be closed individually in order to turn them off when individual channels are left.
In the device shown in Fig. 1, the entry and exit of the cooling liquid takes place at two diametrically located points on the stator. However, the arrangement can also be modified so that the water does not run on an arc of 180 ", but on a larger arc around the stand, possibly completely encircling the stand, so that, as FIGS. 9 and 10 show, both the entry when the exit of the cooling liquid is approximately at the lowest point of the stator housing.
Of course, the heat sinks can also consist of shorter segments.
In order for the air capacity of the machine housing to be reduced to a minimum, the same, as can be seen from FIGS. 1, 9 and 10, is equipped with bulges p to accommodate the connection, collection and distribution lines, the number of which depends on the respective arrangement of these parts .
PATENT CLAIMS:
1. Cooling device for electrical machines with water and circuit air cooling, in which between the sheet metal stacks of the stator iron, through which cooling water flows, bodies are inserted, characterized in that the air gaps between the heat sinks (c) of the stator and the to be cooled with these in thermally conductive connection
Stand braces lie.