CS203114B2

CS203114B2 - Gas cooled electric rotating machine,particularly high-revolution,high effective synchronous machine

Info

Publication number: CS203114B2
Application number: CS68576A
Authority: CS
Inventors: Mihaly Wallenstein
Original assignee: Ganz Villamossagi Muevek
Priority date: 1976-02-04
Filing date: 1976-02-04
Publication date: 1981-02-27

Description

Vynález se týká plynem chlazeného elektrického stroje točivého, zejména vysokootáčkového vysokovýkonového synchronního stroje, s přímo chlazeným vinutím rotoru, jehož chladicí kanály leží na válcové ploěe souosé s osou rotoru, přičemž každý vodič vinutí rotoru je ve spojení jednak s radiálně probíhajícími prvními vtokovými kanály ústícími ve vzduchové mezeře vtokovými otvory našikmenými ve směru otáčení rotoru, jednak s radiálně probíhajícími výtokovými kanály ústícími ve vzduchové mezeře výtokovými otvory našikmenými proti směru otáčení rotoru a jehož vodiče, seskupené v každé drážce vinutí do radiálně vnější skupiny vodičů a do radiálně vnitřní skupiny vodičů, leží v oddělených proudech chladicího plynu, přičemž první vtokové otvory a výtokové otvory jsou v axiálním směru rotoru uspořádány periodicky.The invention relates to a gas-cooled rotary electric machine, in particular a high-speed, high-power synchronous machine, with a directly cooled rotor winding, the cooling channels of which lie on a cylindrical surface coaxial with the rotor axis. the air gaps through the inlet openings angled in the direction of rotation of the rotor, both with radially extending outflow channels leading into the air gaps through the outlet openings angled in the opposite direction of rotation of the rotor and whose conductors grouped in each winding groove into radially outer conductor group and radially inner conductor group The first inlet openings and outflow openings are arranged periodically in the axial direction of the rotor.

Přímé chlazení elektrických strojů o velmi vysokém výkonu, řádově několik set megawatů, s vysokými otáčkami, s rotorovým vinutím napájeným stejnosměrným proudem, zejména dvoupólových synchronních strojů s válcovým rotorem - turbogenerátorů se zajišTuje chlazením plynem nebo chlazením kapalinou.Direct cooling of very high power electric machines, of the order of several hundred megawatts, at high speed, with a DC-powered rotor winding, in particular two-pole synchronous machines with a cylindrical rotor - turbo-generators is provided by gas or liquid cooling.

U vyšších výkonů se chlazení plynem provádí zpravidla pomocí vodíku, jehož přednosti jsou malá specifická váha, mslá ztráta vznikájíeí třením plynu, poměrně velké specifické teplo, dobrá elektrická izolační schopnost a tak dále.At higher outputs, gas cooling is generally performed using hydrogen, the advantages of which are low specific gravity, slight loss due to gas friction, relatively high specific heat, good electrical insulating ability, and so on.

Konstruktéři usilující konstruovat stroje se stále větším jednotkovým výkonem mají volbu mezi dvěma základními typy přímého chlazení vodičů, a to mezi chlazením kapalinou a chlazením plynem. Tato volba není vůbec jednoduchá. Pro chlazení plynem svědčí skutečnost, že toto řešení mé jak u výrobců, tak i u spotřebitelů tradici několika desetiletí, je však otázkou, zda je možné intenzitu chlazení plynem ještě zvýšit v rozsahu, jak by bylo žádouc203,14 no při stoupajících požadavcích. Pro druhou alternativu svědčí skutečnost, že kapalina má značně veliké specifické teplo a teplotní vodivost. Aby bylo možno využít těchto výhod, je však nutno vyřešit rozmanité nové konstrukční a technologické problémy a problémy bezpečnosti provozu, například zvýšení počtu paralelních cest kapaliny, těsnění chladicího systému a tak dále, popřípadě.je nutno přijmout riziko spojené s neúplným vyřešením těchto problémů.Designers striving to design machines with increasing unit power have a choice between two basic types of direct conductor cooling, liquid cooling and gas cooling. This option is not easy at all. The fact that this solution has been a tradition for several decades, both for manufacturers and consumers, is a question of gas cooling, but the question is whether the intensity of gas cooling can be increased to the extent that it would be desirable203.14 but with increasing demands. The second alternative is evidenced by the fact that the liquid has a very high specific heat and thermal conductivity. However, in order to take advantage of these advantages, it is necessary to solve a variety of new design, technological and operational safety problems, such as increasing the number of parallel fluid paths, cooling system seals and so on, or accepting the risk of incompletely solving these problems.

V současné době je cílem zvýšení jednotkového výkonu dvoupólových turbogenerátorů z 500 až 1 000 MW na 1 000 až 2 000 MW, je otázka, zda je možno dalším vývojem tradičního chlazení vodíkem vyřešit s tím související úkoly ventilační techniky, nebo zda je nevyhnutelný přechod k chlazení kapalinou a s tím spojeným rizikům,Currently, the goal is to increase the unit power of two-pole turbo-generators from 500 to 1,000 MW to 1,000 to 2,000 MW, whether the further development of traditional hydrogen cooling can solve the associated ventilation tasks or whether a transition to cooling is inevitable liquid and the associated risks,

Při zkoumání této otážky je třeba se krátce zmínit o tom, že používané varianty nejintenzívnějšího chlazení rotorů velkých turbogenerátorů vodíkem je možno rozdělit ve dvě skupiny. Toto rozdělení se opírá o to, na kterém místě vstupuje do rotoru plyn chladicí největší část vinutí, to jest část vinutí uloženou v železném tělese. Chladicí plyn totiž opouští u obou skupin rotor stejným způsobem, a sice na povrchu jeho pláště ve směru odpovídajícím odstředivé síle, to jest radiálně.When examining this question, it should be briefly mentioned that the variants of the most intensive hydrogen cooling of large turbine generators can be divided into two groups. This division is based on at which point the cooling gas enters the largest part of the winding, i.e. the part of the winding housed in the iron body. In fact, the cooling gas leaves the rotor in the same way in both groups, namely on the surface of its casing in a direction corresponding to the centrifugal force, i.e. radially.

U první skupiny vstupuje chladicí plyn do rotoru na jeho čelech v axiálním směru, načež proudí buó kanály vytvořenými ve vodičích samotných nebo kanály vytvořenými v železném tělese rotoru pod drážkami vinutí v axiálním směru a poté se obrací ve směru radiálním a opouští rotor, přičemž je v dotyku s vinutím. V tomto případě je pro proudění chladicího plynu charakteristický axiální směr. Tyto systémy budou proto dále nazývány axiálními.In the first group, the cooling gas enters the rotor on its faces in the axial direction, then flows either through channels formed in the conductors themselves or through channels formed in the iron body of the rotor below the winding grooves in the axial direction. contact with winding. In this case, the axial direction is characteristic of the cooling gas flow. These systems will therefore be referred to hereinafter as axial.

U druhé skupiny vstupuje chladicí plyn do rotoru povrchem pláště, proudí v radiálním směru dovnitř, pak přichází do styku s ochlazovanými vodiči, přičemž proudí směrem axiálním nebo tangenciálním, popřípadě směrem, který má axiální a tangenciální složky a konečně opouští rotor, když se opět obrátil do radiálního směru. Pro tento systém, který bude dále nazýván systémem se vstupem ve vzduchové mezeře, je charakteristickým proudění v radiálním směru.In the second group, the cooling gas enters the rotor through the shell surface, flows in radially inwards, then comes into contact with the cooled conductors, flowing in an axial or tangential direction, possibly in the direction having axial and tangential components, and finally leaving the rotor when reversed in the radial direction. This system, hereinafter referred to as the air gap inlet system, is characterized by radial flow.

Stupeň využití rotoru chlazeného vodíkem závisí v rozhodující míře na tom, kolik plynu je možno přivést do rotoru v jednotce času. V případě většího množství plynu je totiž oteplení plynu při dané ztrátě (X R) menší, popřípadě je pokles teploty na chlazeném povrchu vodičů menší, důsledkem čehož je menší i oteplení vinutí ve srovnání s teplotou chladného chladicího plynu. To je nakonec klíčovou otázkou při konstrukci stroje o velmi vysokém výkonu.The degree of utilization of the hydrogen-cooled rotor depends largely on how much gas can be fed to the rotor in a unit of time. Indeed, in the case of a larger amount of gas, the gas warming at a given loss (X R) is less, or the temperature drop on the cooled conductor surface is less, which results in less winding warming compared to the temperature of the cold cooling gas. This is ultimately a key issue when designing a machine with very high performance.

oO

Podle zkušeností je množství plynu přiváděné do rotoru přibližně úměrné D u systému axiálního a D. L u systému se vstupem ve vzduchové mezeře, kde D je průměr rotoru, L aktivní délka železného tělesa.Experience has shown that the amount of gas supplied to the rotor is approximately proportional to D for the axial system and D. L for the air gap inlet system, where D is the rotor diameter, L the active length of the iron body.

Vzhledem k tomu musí být u axiálního systému železné těleso rotoru krátké a většího průměru, kdežto u systému se vstupem ve vzduchové mezeře se množství přiváděného plynu zvyšuje úměrně s délkou železného tělesa, zatímco tedy délka rotoru je omezena axiálním prouděním - ztráty prouděním se zvyšují se zvětšující se délkou průtokového kanálu, vstupní průřez na čele je poměrně malý, - omezuje u systému se vstupem ve vzduchové mezeře poměrně malý průřez vstupních a výstupních otvorů, vytvořených na plášti rotoru obvykle v drážkových klínech, jimiž je vinutí připevněno, množství chladicího prostředí, které může protéci rotorem.Accordingly, in an axial system, the iron rotor body must be short and larger in diameter, whereas in an air gap inlet system the amount of gas supplied increases in proportion to the length of the iron body, while the rotor length is limited by axial flow - flow losses increase. with the length of the flow passage, the inlet cross-section at the face is relatively small, - limits the relatively small cross-section of the inlet and outlet openings formed on the rotor housing, usually in the groove wedges to which the winding is fixed, flow through the rotor.

Koneckonců je tedy využitelnost rotoru u známých řešení, jak u systému axiálního, tak i u systému se vstupem ve vzduchové mezeře, omezena, jelikož je omezeno i samotné množství plynu, které je možno přivést. Maximální jednotkový výkon, jehož je možno dosáhnout u známých řešení, například u dvoupólových turbogenerátorů, je u největšího průměru rotoru pří3 203114 pustného z hlediska pevnosti asi 1 250 mm asi 1 000 až 1 200 MW. Jak již bylo uvedeno, je délka železného tělesa u axiálního systému omezena, ježto postačujícího axiálního chlazení lze dosáhnout pouze u délky nanejvýše L = 3 —'4 D. Průměr rotoru však nelze se zřetelem na jeho pevnost zvyšovat nad určitou hranici, takže množství přiváděného plynu je možno zvýšit pouze prodloužením železného tělesa. Délka železného tělesa u vysokovýkonového stroje by měla být alespoň L = 6 ^8 D, tak dlouhý rotor však není možno při použití axiálního systému úspěšně chladit.After all, the applicability of the rotor in the known solutions, both in the axial system and in the air gap inlet system, is therefore limited, since the amount of gas that can be supplied is also limited. The maximum unit power that can be achieved in known solutions, for example two-pole turbo-generators, is about 1,000 to 1,200 MW at a maximum rotor diameter of about 1,250 mm permeable to a rotor diameter of about 1,250 mm. As already mentioned, the length of the iron body in the axial system is limited, since sufficient axial cooling can only be achieved with a length of at most L = 3 - 4 D. However, the rotor diameter cannot be increased beyond a certain limit can only be increased by extending the iron body. The length of the iron body in a high-power machine should be at least L = 6 ^ 8 D, but such a long rotor cannot be successfully cooled using an axial system.

Podstata systému se vstupem ve vzduchové mezeře záleží v tom, že mezi vstupním a výstupním otvorem, vytvořenými v plášti rotoru, vzniká tlakový rozdíl jako výsledek otáčení - dynamický tlak a sání,- umožňující vstup chladicího plynu do rotoru. Ježto odstředivá síla má zásadně stejný účinek jak ve vstupním tak i výstupním kanálu, měly by se tyto dva účinky podle principu kontinuity vzájemně kompenzovat. V praxi je ale plyn vstupující do rotoru podstatně chladnější a má proto větší specifickou váhu než plyn vystupující z rotoru.The essence of the air gap inlet system is that there is a pressure difference between the inlet and outlet ports formed in the rotor housing as a result of the rotation - dynamic pressure and suction - allowing the cooling gas to enter the rotor. Since the centrifugal force has essentially the same effect in both the inlet and outlet ducts, the two effects should be mutually compensated according to the principle of continuity. In practice, however, the gas entering the rotor is considerably cooler and therefore has a greater specific weight than the gas exiting the rotor.

Proto působí na plyn ve vstupním kanálu větší odstředivá síla než ve výstupním kanálu. Tento jev maří intenzitu chlazení a sice v míře tím větší, čím je větší rozdíl mezi teplotou plynu vstupujícího a vystupujícího a čím hlubší je drážka vinutí.Therefore, a greater centrifugal force is applied to the gas in the inlet channel than in the outlet channel. This phenomenon undermines the cooling intensity, to a greater extent, the greater the difference between the temperature of the inlet and outlet gas and the deeper the winding groove.

Je proto jasné, že u známých systémů axiálního a se vstupem ve vzduchové mezeře lze dosáhnout dobrého chlazení pouze u strojů s určitými rozměry - s určitým výkonem, - ježto u prvního systému je omezena délka drážky (železného tělesa), u druhého systému je omezena hloubka drážky.It is therefore clear that, in the known axial and air gap inlet systems, good cooling can only be achieved on machines with certain dimensions - with a certain power - since the first system limits the length of the groove (iron body), the second system limits the depth grooves.

Cílem vynálezu je vytvoření chladicího systému pro točivý elektrický stroj, zvláště pro rychloběžný vysokovýkonový synchronní stroj s válcovým rotorem, jímž by bylo možno chladit stroje větších rozměrů - výkonů - účinněji, než je tomu u strojů dosavadních a který by učinil u strojů a výkonem 1 000 až 2 000 MW přechod na chlazení kapalinou zbytečným.It is an object of the present invention to provide a cooling system for a rotating electric machine, in particular a high-speed, high-performance synchronous machine with a cylindrical rotor, which can cool machines of larger sizes - outputs - more efficiently than conventional machines. Up to 2000 MW transition to unnecessary liquid cooling.

Vytčeného cíle je dosaženo a uvedené nevýhody jsou odstraněny u plynem chlazeného elektrického stroje točivého podle vynálezu tím, že na dně každé drážky vinutí je vytvořena ventilační drážka vyústující na obou čelních stranách rotoru, ventilační drážka je ve spojení se všemi prvními vtokovými kanály drážka vinutí alespoň nepřímo přes část chladicích kanálů radiálně vnitřní skupiny vodičů a chladicí kanály drážky vinutí jsou ve spojení se všemi výtokovými kanály téže drážky vinutí.The object is achieved and the disadvantages are avoided in the gas-cooled electric rotary machine according to the invention by providing a ventilation groove at the bottom of each winding groove that opens at both ends of the rotor, the ventilation groove in conjunction with all first inlet channels. through a portion of the cooling channels, the radially inner conductor groups and the cooling channels of the winding groove are in communication with all outlet channels of the same winding groove.

U zvláště výhodného provedení plynem chlazeného elektrického stroje točivého podle vynálezu, u něhož chladicí kanály jsou uspořádány tangenciálně, alespoň jeden chladicí kanál radiálně vnitřní skupiny vodičů je spojen radiálně probíhajícími druhými vtokovými kanály, uspořádanými ve středové axiální rovině drážek vinutí a ventilační drážka a první vtokové kanály a výtokové kanály jsou uspořádány na protilehlých bočních stěnách drážky vinutí.In a particularly preferred embodiment of the gas-cooled electric machine rotating according to the invention, in which the cooling channels are arranged tangentially, the at least one cooling channel of the radially inner conductor group is connected by radially extending second inlet channels arranged in the central axial plane of the winding grooves; and the outflow channels are arranged on opposite side walls of the winding groove.

Je výhodné, když druhé vtokové kanály sahají alespoň k chladicímu kanálu ležícímu jako druhý nejbližší k ose rotoru.Preferably, the second inlet ducts extend at least to the cooling duct lying second to the rotor axis.

U jiného výhodného provedení plynem chlazeného elektrického stroje točivého podle vynálezu, u něhož chladicí kanály jsou uspořádány axiálně a první vtokové kanály, radiálně probíhající druhé vtokové kanály, spojující alespoň jeden chladicí kanál radiálně vnitřní skupiny vodičů s ventilační drážkou a výtokové kanály jsou uspořádány v odstupu od sebe ve středové axiální rovinl drážky vinutí, jsou první vtokové kanály a druhé vtokové kanály spojeny s ventilační drážkou.In another preferred embodiment of the gas-cooled electric machine rotating according to the invention, wherein the cooling ducts are arranged axially and the first inlet ducts, the radially extending second inlet ducts connecting at least one cooling duct of the radially inner conductor group to the ventilation groove and the outflow ducts are spaced from The first inlet channels and the second inlet channels are connected to the ventilation groove in the center axial plane of the winding grooves.

Největší výhoda řešení podle vynálezu záleží v tom, že systémem se vstupem ve vzduchové mezeře lze poměrně malým proti tlakem chladit i vodiče, které jsou vzdálenější od osy a že množství plynu potřebné u axiálního chladicího systému k chlazení vodičů ležících blíže k ose je možno přivést bez obtíží čelem rotoru.The greatest advantage of the solution according to the invention is that the air gap inlet system can be used to cool the conductors further away from the axis with a relatively low pressure, and that the amount of gas required in the axial cooling system to cool the conductors lying closer to the axis problems with the rotor face.

Dále bude vynález popsán na příkladech provedení znázorněných na přiložených výkresech, na nichž znázorňuje obr. 1 řez válcovým rotorem synchronního stroje rovinou kolmou k ose v při použití tangenciálně nasměrovaných chladicích kanálů, obr. 2 lomený řez rotorem rovinou II-II na obr. 1, obr. 3 řez rotorem synchronního stroje rovinou kolmou k ose při použití axiálně nasměrovaných kanálů a obr. 4 lomený řez rotorem rovinou IV-IV na obr. 3·The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical rotor of a synchronous machine in a plane perpendicular to the axis using tangentially directed cooling ducts; Fig. 3 is a cross-sectional view of the rotor of a synchronous machine in a plane perpendicular to the axis using axially directed channels;

U příkladu provedení znázorněného na obr. 1 a 2 jsou v železném tělese J rotoru synchronního stroje s válcovým rotorem vytvořeny drážky 2 vinuti. Pod drážkami 2 vinutí jsou vytvořeny ventilační drážky J související s drážkami 2 vinutí, probíhající rotorem v axiálním směru a otevřené na čelech rotoru. V drážkách 2 vinutí jsou uspořádána vinutí sestávají- . ci z radiálně vnější skupiny 8 a radiálně vnitřní skupiny 2 vodičů 20.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the windings grooves 2 are formed in the iron rotor body J of the synchronous machine with a cylindrical rotor. Under the winding grooves 2 are formed ventilation slots J associated with the winding grooves 2 running through the rotor in the axial direction and open on the rotor faces. In the grooves 2 of the windings, the windings are arranged. or a radially outer group 8 and a radially inner group 2 of conductors 20.

Radiálně vnější skupina 8 vodičů 20 a radiálně vnitřní skupina 2 vodičů 20 jsou v axiál' ním směru uspořádány v drážkách 2 vinutí vzájemné rovnoběžně. Vždy jeden vodič 20 vnější skupiny g a jeden vodič 20 vnitřní skupiny 2 tvoří jedno vinutí. Vinutí jsou od sebe oddělena mezilehlou izolací 22· Ma dně a v horní části drážek g vinutí jsou uspořádány horní »» * izolace £ a dolní izolace 6 a podél jejich stěn je boční izolace 2· V bočních izolacích 2 jsou vytvořeny první vtokové kanály 10 a výtokové kanály JJ., které jsou ve spojení s tangenciálními chladicími kanály 14. vytvořenými ve vodičích 20 radiálně vnější skupiny 8 a ve vodicích 20 radiálně vnitřní skupiny g.The radially outer conductor group 8 and the radially inner conductor group 2 are arranged parallel to each other in the winding grooves 2 in the axial direction. One conductor 20 of the outer group g and one conductor 20 of the inner group 2 each form a winding. The windings are separated from each other by an intermediate insulation 22 at the bottom and at the top of the winding grooves g the upper insulation 6 and the lower insulation 6 are arranged and along their walls there is a side insulation 2. outlet channels 11 which are in communication with tangential cooling channels 14 formed in conductors 20 of radially outer group 8 and in guides 20 of radially inner group g.

Vodiče 20 vnitřní skupiny 2 jsou v rovině souměrnosti drážky g vinutí protínány druhými vtokovými kanály 16 spojujícími ventilační drážku J s chladicími kanály 14. Ústi drážky 2 vinutí je uzavřeno drážkovým klínem J, v němž jsou vytvořeny vtokové otvory 12 a výtokové otvory 13. Vtokové otvory 12 a výtokové otvory 13 jsou vzhledem k radiálnímu směru uspořádány,₍ šikmo a sice tak, že vtokové otvory 12 jsou zešikmeny ve smyslu otáčení, výtokové otvory 13 ve směru proti smyslu otáčení.The conductors 20 of the inner group 2 are intersected in the plane of symmetry of the winding groove g by second inlet ducts 16 connecting the ventilation groove J to the cooling ducts 14. The mouth of the winding groove 2 is closed by a slot wedge J, 12 and the outflow openings 13 are arranged with respect to the radial direction ₍ inclined so that the inlet openings 12 are inclined in the sense of rotation, the outflow openings 13 in the direction of the direction of rotation.

Směs proudění chladicího plynu je-na obr. 1 a 2 označen šipkami. Vstupuje tedy chladicí plyn do drážky 2. vinutí ventilační drážkou J a vtokovými otvory 12. Ze vtokových otvorů 12 proudí chladicí plyn do kanálů vytvořených podél jedné stěny drážky 2, vinutí, poté do tangenciálních chladicích kanálů 14 načež chladicí plyn proudí do radiálních výtokových kanálů 11. vytvořených v druhé stěně drážký 2, vinuti a nakonec chladicí plyn proudí výtokovými otvory 13 z rotoru zpět do vzduchové mezery synchronního stroje.The cooling gas flow mixture is indicated by arrows in FIGS. 1 and 2. Thus, the cooling gas enters the winding groove 2 through the ventilation groove 11 and the inlet openings 12. From the inlet openings 12 the cooling gas flows into channels formed along one wall of the winding groove 2, then into the tangential cooling channels 14 and then the cooling gas flows into the radial outlet channels 11 formed in the second wall of the groove 2, the winding and finally the cooling gas flows through the outlet holes 13 from the rotor back to the air gap of the synchronous machine.

Z ventilační drážky J proudí chladicí plyn druhými vtokovými kanály 16 do tangenciálních chladicích kanálů 1Ž. odtud přímo, popřípadě prvními vtokovými kanály 10 probíhajícími podél jedné boční stěny drážky J vinuti a chladicími kanály 14 a výtokovými kanály 11 vytvořenými podél druhé boční stěny drážek 2 vinutí a nakonec chladicí plyn proudí výtokovými otvory 13 do vzduchové mezery synchronního stroje.From the ventilation groove 11, the cooling gas flows through the second inlet ducts 16 into the tangential cooling ducts 16. from there directly or through the first inlet ducts 10 running along one side wall of the winding groove J and the cooling ducts 14 and outflow ducts 11 formed along the other side wall of the winding grooves 2 and finally the cooling gas flows through the outlets 13 into the air gap of the synchronous machine.

Z toho, oo bylo shora uvedeno, je zřejmé, že se vodiče 20 radiálně vnější skupiny 8 chladí systémem se vstupem ve vzduchové mezeře, vodiče 20 radiálně vnitřní skupiny J systémem axiálního chlazení.Thus, it is clear that the conductors 20 of the radially outer group 8 are cooled by an air gap inlet system, the conductors 20 of the radially inner group J are axially cooled.

Provedení podle obr. 1 a 2 má tu výhodu, že průřez prvních vtokových kanálů 10 a výtokových kanálů JJ, vzhledem k tomu, že drážka g vinuti má tvar lichoběžníku, se zvětšujícím se množstvím vedeného plynu rovněž zvětšuje.The embodiment according to FIGS. 1 and 2 has the advantage that the cross-section of the first inlet ducts 10 and the outlet ducts 11, since the winding groove g is trapezoidal in shape, also increases with increasing gas flow.

U provedení podle obr. 3 a 4 není podél bočních stěn drážky g vinutí uspořádán žádný chladicí kanál a chladicí kanály 14 mezi radiálně vnější skupinou g a radiálně vnitřní skupinou 2 vodičů 20 nemají směr tangenciální, nýbrž axiální. Chladicí kanály JJ, probíhají radiálně vnější skupinou 8 a radiálně vnitřní skupinou 2 vodičů 20 ve směru axiálním. Spojení mezi ventilační drážkou J a radiálně vnitřní skupinou 2 vodičů 20 je zajištěno, podobně jako u předcházejícího příkladu, druhými vtokovými kanály 16. z nichž však pouze každý druhý ústí přímo do ventilační drážky J, ostatní dosahují pouze k nejvnitřnějšimu chladi5 čímu kanálu 14 a tímto jsou spojeny s ventilační drážkou J. Spojení mezi chladicími kanály 14 radiálně vnější skupiny J vodičů 20 a vzduchovou mezerou synchronního stroje, popřípadě mezi vtokovými otvory 12 a výtokovými otvory 13. je u tohoto provedení zajištěno prvními vtokovými kanály 10 a výtokovými kanály 11. které jsou podobné druhým vtokovým kanálům 16 a mají s nimi společnou osu.In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, no cooling channel is arranged along the side walls of the winding groove g and the cooling channels 14 between the radially outer group g and the radially inner group 2 of conductors 20 are not tangential but axial. The cooling ducts 11 extend radially through the outer group 8 and radially through the inner group 2 of the conductors 20 in the axial direction. The connection between the ventilation groove J and the radially inner group 2 of conductors 20 is provided, as in the previous example, by the second inlet ducts 16 of which only every second outlet directly into the ventilation groove J, the others only reach the innermost cooling of the duct 14 and The connection between the cooling channels 14 of the radially outer group of conductors 20 and the air gap of the synchronous machine, or between the inlet openings 12 and the outlet openings 13, is provided in this embodiment by the first inlet channels 10 and the outlet channels 11 which are are similar to the other inlet channels 16 and have a common axis with them.

První vtokové kanály 18 a výtokové kanály 19 jsou střídavě spojeny s vtokovými otvory 12 a výtokovými otvory JJ, a sice tak, že výtokový kanál JJ, spojený s výtokovým otvorem 13. je přímo spojen s druhým vtokovým kanálem 16. který má s ním společnou osu, kdežto spojení prvního vtokového kanálu 18. spojeného s vtokovým otvorem 12 s druhým vtokovým kanálem 16. který má s ním společnou osu, je přerušeno v bodě A.The first inlet ducts 18 and the outlet ducts 19 are alternately connected to the inlet orifices 12 and the outlet orifices 11, such that the outlet duct 11 connected to the outlet orifice 13 is directly connected to the second inlet duct 16 which has a common axis therewith. whereas the connection of the first inlet duct 18 connected to the inlet opening 12 with the second inlet duct 16 having a common axis therewith is broken at point A.

Směr proudění chladícího plynu je i na obr. 3 a 4 označeno šipkami. Z ventilační drážky J proudí chladicí plyn do druhých vtokových kanálů JJ, které jsou dole otevřeny, načež chladicí plyn proudí chladicími kanály 14 ve směru sousedících druhých vtokových kanálů 16. Druhé vtokové kanály 16 jsou spojeny s výtokovými kanály JJ, jimiž proudí chladicí plyn do výtokových otvorů JJ a z těchto do vzduchové mezery. Chladicí plyn, vstupující do vtokových otvorů 12. proudí do prvních vtokových kanálů JJ, poté chladicími kanály 14 do sousedících výtokových kanálů JJ, a z těchto výtokovými otvory 13 opět do vzduchové mezery.The flow direction of the cooling gas is also indicated by arrows in FIGS. 3 and 4. Cooling gas flows from the vent groove to the second inlet ducts 11, which are open at the bottom, whereupon the cooling gas flows through the cooling ducts 14 in the direction of adjacent second inlet ducts 16. The second inlet ducts 16 are connected to the outflow ducts 11 through which the cooling gas flows into the outlet of the openings 11 and from these into the air gap. The cooling gas entering the inlet holes 12 flows into the first inlet ducts 11, then through the cooling ducts 14 to the adjacent outlet ducts 11, and from these outlets 13 again into the air gap.

Vodiče 20 radiálně vnější skupiny 8 jsou chlazeny systémem se vstupem ve vzduchové mezeře, vodiče 20 radiálně vnitřní skupiny J systémem axiálním. Vzhledem k tomu, že spojení mezi druhými vtokovými kanály 16 a prvními vtokovými kanály JO je v bodě A přerušeno, jsou chladicí systémy vodičů 20 radiálně vnější skupiny 8 a radiálně vnitřní skupiny J na sobě vzájemně zcela nezávislé a chladicí plyn proudící oběma systémy se směšuje pouze u výstupu·.The conductors 20 of the radially outer group 8 are cooled by the air gap inlet system, the conductors 20 of the radially inner group J are axially. Since the connection between the second inlet ducts 16 and the first inlet ducts 10 is broken at point A, the cooling systems of the conductors 20 of the radially outer group 8 and the radially inner group J are completely independent of each other and the cooling gas flowing through the two systems only mixes for output ·.

Konstrukční oddělení obou systémů není bezpodmínečně nutné. Je-li v bodě “A průchod, dochází přesto k oddělení přirozeným způsobem, hraniční čára mezi oběma systémy však nebude bezpodmínečně u středních vodičů 20, ale bude ležet - v závislosti na tlakových poměrech - bu5 pod středními vodiči 20. nebo nad nimi.The design separation of both systems is not absolutely necessary. However, if there is a passage at point A, the separation occurs naturally, but the boundary line between the two systems will not necessarily be at the center conductors 20, but will lie - depending on the pressure conditions - either below or above the center conductors 20.

Popsaná dvě provedení jsou pouze příklady, jejichž účelem je lepší porozumění vynálezu Na základě toho, co bylo shora uvedeno, je možno zkonstruovat četná další provedení, aniž by se tyto další konstrukce odchylovaly od základní myšlenky vynálezu.The two embodiments described are merely examples to better understand the invention. From the foregoing, numerous other embodiments can be constructed without departing from the spirit of the invention.

Podstatou vynálezu je společné použiti - kombinace - systému se vstupem ve vzduchové mezeře a axiálního systému, které je umožněno tím, že chladicí kanály 14 probíhají podél potenciálních ploch odstředivého pole - na soustředných válcích - vytvářejícího se při otáčení rotoru. 'The present invention is based on the common use - of a combination - of an air gap inlet and axial system, which is made possible by the cooling channels 14 running along potential areas of the centrifugal field - on concentric cylinders - formed when the rotor is rotating. '

Kolik vodičů 20 uložených v drážce 2 vinutí je napojeno na systém se vstupem ve vzduchové mezeře nebo axiální chladicí systém, závisí vždy na daných konkrétních poměrech. Předpokládá-li se rozdělení na dvě části, je zřejmé, že chlazení části se systémem se vstupem ve vzduchové mezeře je podstatně intenzivnější než u případu, kdy jsou všechny vodiče chlazeny podle systému se vstupem ve vzduchové mezeře, ježto množství chladicího plynu, které je k dispozici, zůstává v podstatě nezměno, kdežto množství ztrátového tepla, které se odvádí, se snižuje na polovinu. Důsledkem toho se oteplení chladicího plynu, jakož i rozdíl mezi specifickými vahami vstupujícího a vystupujícího chladicího plynu snižuje rovněž na polovinu. Snížením tohoto rozdílu a hloubky chlazené vrstvy na polovinu se snižuje i protitlak zabraňující proudění chladicího plynu.How many conductors 20 housed in the winding groove 2 are connected to an air gap inlet system or an axial cooling system, depending on the particular conditions. Assuming a split into two parts, it is clear that cooling the part with the air gap inlet system is considerably more intense than when all conductors are cooled according to the air gap inlet system, because the amount of cooling gas that is The amount of heat dissipated that is removed is halved. As a result, the warming of the cooling gas as well as the difference between the specific weights of the incoming and outgoing cooling gas is also halved. By reducing this difference and the depth of the cooled layer in half, the back pressure preventing the cooling gas flow is also reduced.

Použije-li se axiálního systému, chlazení pouze v dolní třetině nebo čtvrtině celkové výšky vinutí, působí i pak množství plynu proudícího z axiální části do společného výstupního kanálu příznivě, ježto snižuje zmíněný rozdíl ve specifických vahách. U provedení podle obr. 1 a 2 proudí mimo to do vstupního kanálu části chladicího systému se vstupem ve vzduchové mezeře z axiálního chladicího systému méně horký chladicí plyn než v příkladě, kdy je celá drážka £ vinutí· chlazena systémem chlazení se vstupem ve vzduchové mezeře.If an axial system is used, cooling only in the lower third or quarter of the total winding height, the amount of gas flowing from the axial portion into the common outlet channel also has a positive effect, which reduces the difference in specific weights. In the embodiment of FIGS. 1 and 2, in addition, less hot cooling gas flows from the axial cooling system to the inlet duct of a portion of the air gap inlet from the axial cooling system than in the example where the entire winding groove is cooled by the air gap inlet cooling system.

Kombinovaný chladicí systém podle vynálezu umožňuje - je-li chladicím plynem vinutí vodík - proudovou hustotu 15 až 20 A/mm² ve vinutích při přetlaku asi 5 At, takže při jeho použití je možno stavět turbogenerátory o jednotkovém výkonu vyšším než 1 000 MW.The combined cooling system according to the invention allows - when the cooling gas of the winding is hydrogen - a current density of 15 to 20 A / mm ² in windings at an overpressure of about 5 At, so that turbine generators with a unit output of more than 1,000 MW can be built.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Gas-cooled electric rotary machine, in particular a high-speed, high-power synchronous machine, with a direct-cooled motor winding, the cooling channels of which lie on a cylindrical surface coaxial with the rotor axis, each rotor winding conductor being connected to radially extending inlet channels leading into the air gap inlet openings angled in the direction of rotation of the rotor, on the one hand with radially extending outflow channels leading into the air gap, outlet openings angled in the direction of rotation of the rotor and whose conductors grouped in each winding groove into radially outer conductor group and radially inner conductor group lie in separate streams wherein the first inlet openings are arranged periodically in the axial direction of the rotor, characterized in that a ventilation groove (3) is formed at the bottom of each winding groove (2) at both ends. the winding groove (2) at least indirectly over a portion of the cooling ducts (14) of the radially inner group (9) of the conductors (20) and the cooling ducts (14) of the groove (2) ) the windings are in communication with all outflow channels (11) of the same winding groove (2).

2. The gas-cooled electric machine rotating according to claim 1, characterized in that in an electric machine in which the cooling channels (14) are arranged tangentially, at least one cooling channel (14) of the radially inner conductor group (9) is connected. radially extending second inlet ducts (16), arranged in the central axial plane of the winding grooves (2), with the ventilation groove (3) and the first inlet ducts (10) and outlet ducts (11) being arranged on opposite side walls of the winding groove (2) .

The gas-cooled electric machine rotating according to claim 2, characterized in that the second inlet ducts (16) extend at least to the cooling duct (14) lying second to the rotor axis.

4. The gas-cooled electric machine as claimed in claim 1, characterized in that in an electric machine in which the cooling ducts (14) are arranged axially and the first inlet ducts (10) are radially extending second inlet ducts (16) connecting at least one. the cooling channel (14) of the radially inner group (9) of the conductors (20) with the ventilation groove (3), and the outlet channels (11) are spaced apart in the central axial plane of the winding groove (2); ) and second inlet ducts (16) connected to the ventilation groove (3).

4 sheets of drawings