Gasgekühlter Rotor für eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen Die Wasserstoftkühlung wurde schon vor einigen Jahrzehnten bel rotierenden Phasenschie-bern mit Erfolg angewendet. Der Wasserstoff ermöglichte vor allem eine bemerkenswerte Herabsetzung der Ven tilationsverluste. Gleichzeitig sind durch die günstigen thermischen Eigenschaften des Wasserstoffes bessere Kühlun-sverhältnisse erreicht worden.
Man hat ge rade bei Phasenschieibern die Wass-,rstoffkühlung zu erst angewendet, weil man b,--i dieser Maschinenart keine Wellendurchführung benötigt und infolgedes sen das Problem der Abdichtung nicht besteht.
Durch die günstigen Ergebnisse bei Phasenschie bern angeregt hat man später auch gasdichte Wellen durchführungen entwickelt und konnte damit die Wassersteffkühlung mit Erfolg bei Turbogencratoren anwenden. Die ersten Maschinen dieser Art arbDite- ten mit einem Wasserstoffdrück von<B>350</B> mm WS. Bald -erkannte man aber, dass man den Kühlrffekt ste-i- gern konnte, wenn man den Druck auf<B>1</B> atii. und noch mehr -erhöhte.
In der schnellen Weiterentwick lung dieser Technik ging man schliesslich dazu Über, das Wasserstoffgas dirckt mit dem blanken Kupfer in Berührung zu bringen; man erzielte damit, insibe- sondere bei Hohlleitcrwicklungen, eine, abermalige sehr erhebliche Steigerung der Kühlwirkung, und es ,ergab sich die Möglichkeit einer weitergehenden Erhöhung der Maschinenausnutzung.
Diese letzte Stufe der Entwicklung von Turbo generatoren hat man bisher bei Phasenschiebern in Einzelpolausführung noch nicht angewendet, man hat sich vielmehr damit beignügt, den Gas#druck gegenüber den ersten Ausführungen zu erhöhen. Die beim Phasenschieber besonders stark belasteten Pol- radspulen sind gewöhnlich mit blanker Kupferober fläche ausgeführt; man kann also hier ohne weiteres schon von direkter Kupferkühlung sprechen.
Ein Mangel d.ieser Kühlung der Polra-dspulen ist jedoch ,darin begründet, dass die Oberfläche der Spulen im Verhältnis zu den abzuführenden Verlusten relativ klein ist.
Es liegt deshalb der Gedanke nahe, auch bei Polwicklungen Hohlkupfer zu verwenden; dem stellen sich aber einige Schwierigkeiten entgegen.
Zunächst ist festzuhalten, dass die Maschinen mit Einzelpolen in der Drehzahl wesentlich niedriger lie gen als der Turbogenerator und daher der in der rad,ialen Wicklungshöhe entstehende zentrifu#gal#e Druck nicht ausreicht, um die engen Kanäle mit einer genügenden Gasmenge<B>je</B> Zeiteinheit zu ver sorgen. Es ist deshalb notwendig, den. Gasdruck durch besonders konstruktive Massnahmen zu erhöhen.
Eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung von innengekühlten Leitern besteht darin, dass die üblicherweise angewendeten Kupferquerschnitte der hochkant gewickelten Spulen die Anordnung von Hohlkanälen nicht ohne weiteres ermöglichen. Die Leiter sind meistens breit und flach, z.B. 70 X 4 MM2, ,und Hohlkanäle können in einem Leiter mit solchen Dimensionen nicht hergestellt werden.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung be hoben. Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Rotor für eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen.
Die Erfindung besteht darin, dass die Polspulen- leiter längsseits der Pole achsparallele Kühlkanäle aufweisen, welche inder Rotormitte in in Umfangs richtung weisende Querkanäle Übergehen, derart, dass Kühlgas, welches -an den Stirnseiten der Pole unter Überdruck in die Kühlkanäle eintritt, in der Mitte der Längsseite der Polsp#ulenleiter aus den Qu,erkanälen wieder austritt und so eine Kühlung des Rotors erreicht wird.
Als Kühlkkanäle können bei grösseren Leiterquer schnitten vom Kupfer allseitig umschlossene Hohl- kanäle in Frage kommen. Bei kleineren Querschnit ten, wo Leiter mit Hohlkanälen aus Preisgründen nicht mehr angewendet werden, dafür aber breite jand flache Leiter mit Längsrillen zur Anwendung<B>kom-</B> men.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungs- beispieles näher erläutert. Die Figuren zeigen folgen des: Fig. <B>1</B> die Ansicht eines Poles mit der Erreger wicklung; Fig. 2 zeigt einen Pol in Richtung der Rotor- achse- in Ansicht und Schnitt.
Fig. <B>3</B> zeigt einen Schnitt in einer Windungs-,bene, Fi,g. 4 den Schnitt durch zwei Längsleiter.
In den Fig. <B>1</B> und 2 bedeutet<B>1</B> den Rotor- körper einer wasserstoff-gasgekühlten Synchron maschine; 2 ist ein ausgeprägter Pol. Auf dem Pol ist die Erregerwicklung <B>3</B> angebracht. Die längsseits der Pole liegenden Leiter 4 sind flach und von z. B. 70X4 MM2 Querschnitt. Diese Leiter weisen achs- parallele Kühlkanäle <B>5</B> auf.
In der Rotormitte M-M gehen diese Kanäle von der Stirnseite herkommend in einem Bogen in die Querkanäle 5a über. Diese Que,rkanäle führen in der Umfangsrichtung an der Längsseite ins Freie. Durch diese Kanäle wird er reicht, dass das Kühlgas, welches an den Stirnseiten <B>6</B> unter Überdruck in die Kanäle eintritt, in der Mitte M-M d--r Längsseiten der Polspulenleiter aus den Querkanälen 5a wieder austritt. Dabei erfolgt eine intensive Abkühlung der Polspulenleiter 4.
Zur Er zeugung eines überdruckes an der Stirnseite<B>6</B> der Pole sind Verschalungen<B>7</B> vorgesehen. Diese Ver schalungen sind radial liegende Gaszuführungen, die mit Abdichtungen<B>8</B> gegen die Aussenfläche der Er- regerw-icklung <B>3</B> und die Polklappen 2a abgedichtet sind. Unter der Zentrifugalwirkung der Rotation tritt das Kühlgas durch die einwärts liegenden Öffnungen 7a der Verschalungen ein und strömt unter gleich zeitiger Verdichtung infolge der Zentrifugalkraftwir- kung in den stirnseitigenRaum <B>6</B> der Verschalungen ein.
Um eine hohe Zentrifugalwirkung zu erreichen, muss die Länge r der Verschalungen grösser sein als die Höhe der Erregerspule. Vom Raum<B>6</B> strömt das Gas in die Rillen<B>5</B> ein. Die längs der Spule liegenden Stableiter 4 sind an den Stirnseiten über ein-gelötete gerade Querleiter<B>9</B> zu Windungen verbunden. Eine Windung der Polspulenwicklung besteht somit aus <B>je</B> vier durch Lötung verbundene Leiter<B>9 +</B> 4<B>+ 9</B> + 4.
Die längsseitigam Pol liegenden Leiterteile weisen die Luftführungsrillen auf, während die stirnseitigen Leiter vom umgebenden Kühlgas an der Oberfläche gekühlt werden. Die längs liegenden Leiter geben ihre Verlustwärme an das durch die Kanäle unter überdruck strömende Gas ab.
Zur Erhöhung der Gasdurchströmgeschwindigkeit können in der Mitte M-M der längsseits liegenden Leiter gasdichte und radial liegende zusätzliche Ver schalungen angebracht werden. In der Fig. <B>3</B> sind solche Verschalungen<B>10</B> dargestellt; sie sind gegen die Wand der Erregerwicklung abgedichtet. Durch diese Verschalungen wird eine zusätzliche, radial gerichtete Strömung des aus den Rillen der Leiter austretenden Kühlgases an die Rotoroberfläche erhal ten. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird dadurch die Kühlgasströmung durch die Kanäle ver stärkt.
Infolge der Luftführung durch die Leiter und unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte ergibt sich eine intensive zusätzliche Abkühlung der Erreger wicklung, was besonders bei wasserstoffgekühlten Synchronphasenschiebern mit ausgeprägten Polen von besonderem Vorteil ist. Es kann damit eine bei sol chen Maschinen erforderliche erhöhte Erregung erreicht werden.
Gas-cooled rotor for a synchronous machine with pronounced poles Hydrogen cooling was successfully used for rotating phase shifters a few decades ago. Above all, the hydrogen enabled a remarkable reduction in ventilation losses. At the same time, better cooling conditions have been achieved thanks to the favorable thermal properties of hydrogen.
In the case of phase shifters in particular, water cooling was first used because there is no need for a shaft feedthrough in this type of machine and, as a result, the problem of sealing does not exist.
Stimulated by the favorable results with phase shifters, gas-tight shaft feedthroughs were later developed and the water stiff cooling was thus successfully used in turbo generators. The first machines of this type worked with a hydrogen pressure of <B> 350 </B> mm WS. Soon, however, it was recognized that the cooling effect could be increased by applying pressure to <B> 1 </B> atii. and even more - increased.
In the rapid further development of this technology, the transition was finally made to bringing the hydrogen gas directly into contact with the bare copper; In this way, especially in the case of waveguide windings, another very considerable increase in the cooling effect was achieved, and there was the possibility of a further increase in machine utilization.
This last stage in the development of turbo generators has not yet been applied to phase shifters with a single pole design. Instead, it was decided to increase the gas pressure compared to the first designs. The pole wheel coils, which are particularly heavily loaded in the phase shifter, are usually designed with a bare copper surface; one can speak of direct copper cooling here without further ado.
A lack of this cooling of the pole coils is due to the fact that the surface of the coils is relatively small in relation to the losses to be dissipated.
It therefore suggests itself to use hollow copper for pole windings as well; however, there are some difficulties to counter this.
First of all, it should be noted that the speed of the machines with single poles is significantly lower than that of the turbo generator and therefore the centrifugal pressure arising in the radial winding height is not sufficient to pass the narrow channels with a sufficient quantity of gas </B> to provide time unit. It is therefore necessary to use the. To increase the gas pressure through special design measures.
Another difficulty with the use of internally cooled conductors is that the copper cross-sections usually used for the edgewise wound coils do not readily allow the arrangement of hollow channels. The ladders are mostly wide and flat, e.g. 70 X 4 MM2,, and hollow channels cannot be made in a conductor with such dimensions.
These disadvantages are eliminated by the invention. The invention relates to a gas-cooled rotor for a synchronous machine with pronounced poles.
The invention consists in that the pole coil conductors have axially parallel cooling channels alongside the poles, which merge in the middle of the rotor into transverse channels pointing in the circumferential direction, such that cooling gas, which enters the cooling channels at the end faces of the poles under excess pressure, in the middle the long side of the pole coil conductor emerges from the transverse ducts, thus cooling the rotor.
Hollow channels enclosed on all sides by copper can be used as cooling channels for larger conductor cross-sections. For smaller cross-sections, where conductors with hollow channels are no longer used for price reasons, but wide, flat conductors with longitudinal grooves are used.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. The figures show the following: Fig. 1 shows the view of a pole with the exciter winding; Fig. 2 shows a pole in the direction of the rotor axis in view and section.
FIG. 3 shows a section in a turn, plane, FIG. 4 the section through two longitudinal conductors.
In FIGS. 1 and 2, <B> 1 </B> denotes the rotor body of a hydrogen-gas-cooled synchronous machine; 2 is a distinct pole. The field winding <B> 3 </B> is attached to the pole. The lying alongside the poles conductors 4 are flat and of z. B. 70X4 MM2 cross-section. These conductors have axially parallel cooling channels <B> 5 </B>.
In the middle of the rotor M-M these channels, coming from the end face, merge in an arc into the transverse channels 5a. These cross channels lead in the circumferential direction on the long side to the outside. Through these channels it is sufficient that the cooling gas, which enters the channels at the end faces 6 under excess pressure, emerges again from the transverse channels 5a in the middle M-M d - the longitudinal sides of the pole coil conductors. The pole coil conductors 4 are intensively cooled in the process.
In order to generate an overpressure on the end face <B> 6 </B> of the poles, claddings <B> 7 </B> are provided. These casings are radially positioned gas feeds which are sealed with seals <B> 8 </B> against the outer surface of the exciter winding <B> 3 </B> and the pole flaps 2a. Under the centrifugal effect of the rotation, the cooling gas enters through the inwardly located openings 7a of the casings and flows into the frontal space 6 of the casings with simultaneous compression due to the effect of centrifugal force.
In order to achieve a high centrifugal effect, the length r of the casings must be greater than the height of the excitation coil. The gas flows from space <B> 6 </B> into grooves <B> 5 </B>. The bar conductors 4 lying along the coil are connected to form windings at the end faces via soldered-in straight transverse conductors 9. One turn of the pole coil winding consists of <B> each </B> four conductors <B> 9 + </B> 4 <B> + 9 </B> + 4 connected by soldering.
The conductor parts lying alongside the pole have the air guiding grooves, while the face conductors are cooled on the surface by the surrounding cooling gas. The lengthways conductors give off their heat loss to the gas flowing through the channels under excess pressure.
To increase the gas flow rate, additional, gas-tight and radially lying conductors can be attached in the middle M-M of the conductors lying alongside. Such casings <B> 10 </B> are shown in FIG. 3; they are sealed against the wall of the field winding. Through these casings, an additional, radially directed flow of the cooling gas emerging from the grooves of the conductors to the rotor surface is obtained. Under the effect of centrifugal force, the cooling gas flow through the channels is strengthened.
As a result of the air flow through the ladder and under the effect of centrifugal forces, there is intensive additional cooling of the exciter development, which is particularly advantageous in the case of hydrogen-cooled synchronous phase shifters with pronounced poles. An increased excitation required in such machines can thus be achieved.