CS233261B1

CS233261B1 - Equipment for intensive cooling of the rotor windings of high-speed turbomachines

Info

Publication number: CS233261B1
Application number: CS295083A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Argay; Vladimir Vojta; Miloslav Kebhart; Emil Ondruska
Original assignee: Vladimir Argay; Vladimir Vojta; Miloslav Kebhart; Emil Ondruska
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1983-04-26
Publication date: 1985-02-14

Abstract

Zařízení sestává ze dvou stejných ventilačních systémů, z nichž každý na jednom konci rotoru umožňuje dvoustranný rozvod ohřátého chladivá. Podstatou řešeni je umístění alespoň jedné rozvodné vložky (8) v prostoru mezi vnější stranou čelní části rotorového vinutí (2) a vnitřní stěnou bandážové obruče (1). Rozvodná vložka (8) je na jedné straně opatřena soustavou podélných drážek (9), případně i tangenciálních drážek (11) a průchozími spojovacími otvory (10). Touto soustavou jsou vytvořeny rozváděči kanály ohřátého chladivá, jimiž jsou propojeny radiální kanály (7) čelní části vinutí (2) s výstupními kanály, tvořenými jednak Výstupními otvory (18) při čelním okraji bandážové obruče (9) a jednak různě tvarovanými kanály s výstupními otvory (12, 14) do vzduchové mezery stroje.The device consists of two identical ventilation systems, each of which allows for two-sided distribution of heated coolant at one end of the rotor. The essence of the solution is the placement of at least one distribution insert (8) in the space between the outer side of the front part of the rotor winding (2) and the inner wall of the bandage hoop (1). The distribution insert (8) is provided on one side with a system of longitudinal grooves (9), possibly also tangential grooves (11) and through connecting holes (10). This system creates distribution channels for heated coolant, by which the radial channels (7) of the front part of the winding (2) are connected with the outlet channels, formed on the one hand by the outlet holes (18) at the front edge of the bandage hoop (9) and on the other hand by differently shaped channels with outlet holes (12, 14) into the air gap of the machine.

Description

(54) Zařízeni k intenzivnímu chlazení čelních části rotorového vinutí rychloběžných turbostrojů velkých výkonů(54) Equipment for intensive cooling of the rotor windings of high-speed high-speed turbomachines

Zařízení sestává ze dvou stejných ventilačních systémů, z nichž každý na jednom konci rotoru umožňuje dvoustranný rozvod ohřátého chladivá.The device consists of two identical ventilation systems, each at one end of the rotor allowing two-way distribution of heated coolant.

Podstatou řešeni je umístění alespoň jedné rozvodné vložky (8) v prostoru mezi vnější stranou čelní části rotorového vinutí (2) a vnitřní stěnou bandážové obruče (1). Rozvodná vložka (8) je na jedné straně opatřena soustavou podélných drážek (9), případně i tangenciálních drážek (11) a průchozími spojovacími otvory (10). Touto soustavou jsou vytvořeny rozváděči kanály ohřátého chladivá, jimiž jsou propojeny radiální kanály (7) čelní části vinutí (2) s výstupními kanály, tvořenými jednak Výstupními otvory (18) při čelním okraji bandážové obruče (9) a jednak různě tvarovanými kanály s výstupními otvory (12, 14) do vzduchové mezery stroje.The principle of the solution is to place at least one distribution insert (8) in the space between the outer side of the front part of the rotor winding (2) and the inner wall of the bandage hoop (1). The distribution insert (8) is provided on one side with a system of longitudinal grooves (9), possibly also tangential grooves (11) and through holes (10). By means of this system there are formed distribution channels of heated coolant, by means of which radial channels (7) of the winding front part (2) are connected with outlet channels consisting of outlet ports (18) at the front edge of bandage hoop (9) and differently shaped channels with outlet ports (12, 14) into the air gap of the machine.

I tt I I 1 '2 « ftcI tt I 1 '2' ftc

233 281233 281

Vynález se týká zařízeni k intenzivnímu chlazení čelních částí rotorového vinutí rychloběžných turbostrojú velkých výkonu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for the intensive cooling of the rotor windings of high-speed high-speed turbomachines.

Dosud známá zařízení jsou tvořena dvěma stejnými ventilačními systémy na obou koncích rotoru, z nichž každý sestává ze vstupních kanálů chladivá, vytvořených mezi hřídelem a vnitřní stranou čelní části rotorového vinutí, z nichž jsou vyústěny radiální kanály, procházející mezi sousedními cívkami a jejich distančními vložkami a ústící příkladně do axiálních nebo tangenciálně - axiálních kanálů, vytvořených v této čelní části vinutí, jak je uvedeno v polských OP 64025 a OP' 64906. Na tyto kanály navazují výstupní kanály .v zubech či klínech rotoru s výstupními otvory do vzduchové mezery, nebo jsou výstupní kanály směřovány opačně a tvoří je výstupní otvory při čelním okraji bandážové obruče. U jiných konstrukcí jsou radiální kanály čelní části vinutí vyústěny do axiálních kanálů, vytvořených pomocí podélných drážek na vnitřní stěně bandážové obruče, které ústí do výše uvedených výstupních kanálů. Nedostatkem těchto řešení je, že nutnost dodržení potřebné pevnosti vede k zvětšování rozměrů čelních částí rotoru. V současné době je pomocí frekvenč— 1 nich měničů umožněno zvýšit otáčky turbostrojú nad 3000 ms Cílem vyřešení, jejich konstrukce je dosáhnout co nejmenšího rozměru rotoru^bez omezení pevnosti jeho částí, příkladně bandážových obručí a nepřesáhnout dovolených teplot rotorového vinutí a k němu přilehlých částí·, zejména izolace. Dosud známá řešení již těmto náročnějším podmínkám pevnostně nevyhovují, nebo jejich ventilační systémy nejsou dostatečně účinné.The prior art devices consist of two identical ventilation systems at both ends of the rotor, each consisting of coolant inlet channels formed between the shaft and the inside of the rotor winding front end, from which radial channels extend between adjacent coils and their spacers and leading to, for example, axial or tangentially-axial channels formed in this winding face as described in Polish OP 64025 and OP '64906. These channels are connected to the air gaps in the teeth or wedges of the rotor with orifices, or the outlet channels are directed in the opposite direction and are formed by the outlet openings at the leading edge of the bandage hoop. In other constructions, the radial channels of the winding face end into axial channels formed by longitudinal grooves on the inner wall of the bandage hoop, which open into the aforementioned exit channels. The disadvantage of these solutions is that the need to maintain the required strength leads to an increase in the dimensions of the rotor end portions. At present, it is possible by means of frequency converters to increase turbine engine speeds above 3000 ms. The aim of the solution is to achieve the smallest possible size of the rotor without limiting the strength of its parts, for example bandage hoops and not exceeding the permissible temperatures of the rotor winding. especially insulation. The solutions known to date no longer satisfy these demanding conditions, or their ventilation systems are not sufficiently efficient.

233 281233 281

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k intenzivnímu chlazení čelních částí rotorového vinutí rychloběžných turbostrojú velkých výkonů podle vynálezu, sestávající ze dvou stejných ventilačních systémů, z nichž vždy jeden je umístěn na jednom konci rotoru a umožňuje dvoustranný rozvod ohřátého chladivá do výstupních kanálů. Na každém konci rotoru je čelní část vystupujícího rotorového vinutí z drážek vytvarována prohyby rovných částí cívek do válcovitého nebo kuželovitého tvaru, případně do tvaru symetricky zploštělého válce a proti odstředivým silám je zajištěna bandážovou obručí. Jednotlivý ventilační systém sestává ze vstupních axiálních kanálů chladivá, vytvořených mezi hřídelem a vnitřní stranou čelní části rotorového vinut'í, z nichž jsou vyústěny radiální kanály čelní části vinutí, procházející mezi sousedními cívkami a jejich distančními vložkami , z rozváděčích kanálů ohřátého chladivá a výstupních kanálů. Výstupní kanály jsou příkladně tvořeny nezaplněným prostorem' drážek rotoru s radiálními výstupními otvory, jakož i různě tvarovanými výstupními otvory při okraji handážové obruče v zubech nebo klínech rotoru, vyústěnými do vzduchové mezery stroje, případně jsou výstupní kanály jeětě tvořeny výstupními otvory při vnějším’čelního okraji bandážové obruče. Podstatou vynálezu je, že v prostoru mezi povrchem čelní části rotorového vinutí a vnitřní stěnou bandážové obruče je umístěna alespoň jedna rozvodná vložka z izolačního materiálu, opatřená na jedné straně soustavou podélných, případně ještě tangenciálních drážek. Jsou-li tyto drážky na přilehlé straně k bandážové obruči, jsou do nich vyústěny spojovací otvory, procházející rozvodnou vložkou nad radiálními kanály čelní části rotorového vinutí. Soustavou uvedených drážek jsou vytvořeny rozváděči kanály ohřátého chladivá, jimž jsou včetně potřebných spojovacích otvorů propojeny radiální kanály čelní části vinutí s výstupními kanály. Rozvodná vložka je případně kovová a na přilehlé straně k rotorovému vinutí opatřena izolací.The above-mentioned drawbacks are eliminated by an apparatus for intensively cooling the fronts of the rotor windings of the high-speed turbomachines of the present invention, consisting of two identical ventilation systems, one of which is located at one end of the rotor and allows two-way distribution of heated coolant to outlet channels. At each end of the rotor, the front part of the protruding rotor winding from the grooves is shaped by folding the straight coil parts into a cylindrical or conical shape or a symmetrically flattened cylinder and secured by a bandage hoop against centrifugal forces. The individual ventilation system consists of coolant inlet axial channels formed between the shaft and the inner side of the rotor winding front end, from which the radial winding front end passages extending between adjacent coils and their spacers, heated coolant distribution channels and outlet ports . The outlet ducts are, for example, formed by an unfilled rotor groove space with radial outlet openings as well as differently shaped outlet openings at the edge of the tread ring in the teeth or wedges of the rotor opening into the air gap of the machine. bandage hoops. It is an object of the invention that at least one insulating material insert is provided in the space between the surface of the front part of the rotor winding and the inner wall of the bandage hoop, provided on one side with a system of longitudinal or even tangential grooves. If these grooves are on the adjacent side of the bandage hoop, the connection openings through the manifold above the radial channels of the front part of the rotor winding open into them. A plurality of hot coolant distribution channels are formed by means of said grooves, with which the radial channels of the winding front part and the outlet channels are connected, including the necessary connecting openings. The distributor insert is optionally metal and provided with insulation on the adjacent side of the rotor winding.

Zařízením podle vynálezu je dosaženo intenzivní ventilace, —1 kterou je umožněno zvýšit otáčky turbostroje nad 3000 ms , při stejné mechanické pevnosti. Konstrukce ventilačního systému snižuje mechanické namáhání bandážové obruče, nebož je zachována její celistvost, a tím zvýšena, provozní bezpečnost stroje.By means of the device according to the invention, intensive ventilation is achieved, which makes it possible to increase the speed of the turbomachine above 3000 ms, with the same mechanical strength. The design of the ventilation system reduces the mechanical stress on the bandage hoop, while maintaining its integrity and thereby increasing the operational safety of the machine.

233 2S1233 2S1

Na připojeném výkresu jsou uvedeny příklady zařízení podle vynálezu, představující čelní části rotoru čtyřpólového turbomotoru, kde obr.1,2 a 4 objasňuje” jeden z příkladu uspořádání rozváděčích kanálu ohřátého chladivá na vnější straně každé ze čtyř rozvodných vložek 8 a obr.3 jiný příklad, kde jsou tyto rozváděči kanály vytvořeny na vnitřní straně jediné rozvodné vložky 8.1 and 4 illustrate one example of the arrangement of the heated coolant ducts on the outside of each of the four manifolds 8 and 3 another example. wherein the distribution channels are formed on the inside of a single insert 8.

Zařízení podle vynálezu je tvořeno dvěma stejnými ventilačními systémy, z nichž každým je umožněn dvoustranný- rozvod ohřátého chladivá na jedné ze stejně uspořádaných stran rotoru.The device according to the invention consists of two identical ventilation systems, each of which allows a double-sided distribution of heated coolant on one of the equally arranged sides of the rotor.

Čelní část rotorového vinutí g vystupujícího z drážek 13 je tvarovými prohyby rovných části svých cívek směrem ke konci hřídele 4 zúžena do válcovitého tvaru s menším průměrem a je překryta bandážovou obruči j_ tvaru dutého válce, jejíž jeden okraj je upevněn na těle rotoru a druhý čelně opatřen závěrným kruhem 5» umožňujícím přívod chladivá do prostoru kolem hřídele 4·The front part of the rotor winding g extending from the grooves 13 is tapered in the cylindrical shape with a smaller diameter to form the end of the shaft 4 with the diameter of its coils towards the end of the shaft 4 and is covered by a hollow cylindrical bandage. a sealing ring 5 »allowing coolant to enter the space around the shaft 4 ·

V prostoru vymezeném .vnitřní stěnou bandážové obruče j_ ⁸ přilehlým závěrným kruhem 5. a válcovitým povrchem zúžené čelní části rotorového vinutí 2^ jsou umístěny dle obr.1, 2 a 4 čtyři rozvodné vložky 8 stejného provedeni, z nichž každá je jedním kusem podélně děleného dutého válce a kterými je tento prostor vyplněn. Jednotlivá rozvodná vložka 8 je opatřena na vnějěí straně, přilehlé k bandážové obruči j_, soustavou podélných a tangenciálních drážek 9, 11 , do kterých jsou vyústěny spojovací otvory 10, procházející radiálně touto vložkou 8. Ventilační systém každé z obou stran rotoru sestává ze vstupních axiálních kanálů 6^, vytvořených mezi stěnami podélných výřezů 16 hřídele 4 rotoru a vnitřní stranou čelní části rotorového vinuti 2!, z nichž jsou vyústěny radiální kanály 1_ čelní části vinuti g, procházející mezi sousedními cívkami a jejich distančními vložkami 3. do spojovacích otvorů 10 rozvodné vložky 8, ústících do rozváděčích kanálů ohřátého chladivá, jež jsou vytvořeny na její vnějěí straně. Tyto rozváděči kanály jsou vyústěny na obou koncích rozvodné vložky 8 do výstupních kanálů. Směrem k čelu rotoru jsou výstupní kanály tvořeny výstupními otvory 18 závěrného kruhu 5. při jeho vnějším okraji a směrem k příčné ose rotoru jsou tvořeny jednak šikmými výstupními otvory 12 v zubech a klínech 15 rotoru a jednak kanály v nezaplněných drážkách 13 ⁸ radiálními výstupními otvory 14> vyústěnými stejně tak jako šikmé výstupní otvory 12 do vzduchové mezery stroje.In the space defined by the inner wall of the bandage hoop ^{8 by the} adjacent closing ring 5 and the cylindrical surface of the tapered face of the rotor winding 2, four distribution inserts 8 of the same embodiment, each of which is one piece longitudinally divided hollow cylinder and through which this space is filled. The individual manifold 8 is provided on the outside, adjacent to the bandage rim 9, with a set of longitudinal and tangential grooves 9, 11 into which the connection openings 10 extending radially through the liner 8 extend. The ventilation system on each side of the rotor consists of inlet axial channels 6 formed between the walls of the longitudinal slots 16 of the rotor shaft 4 and the inner side of the rotor winding front part 16, from which the radial channels 7 of the winding front end 7 extend between adjacent coils and their spacers 3 into the connecting holes 10 the liners 8 opening into the heated coolant distribution channels formed on the outside thereof. These distribution ducts extend at both ends of the distributor insert 8 to the outlet ducts. Towards the front of the rotor, the outlet channels formed by the outlet openings 18 of the locking ring 5. In the outer periphery and toward the transverse axis of the rotor are formed by oblique outlet openings 12 in the wedge 15 and the teeth of the rotor, and secondly channels nezaplněných ^eight radial grooves 13 of the outlet openings 14 > as well as inclined outlet openings 12 into the air gap of the machine.

233 2B1233 2B1

Druhý příklad venxilacního systému^uvedený na obr.3/je odlišen od prvního pouze tim, že rozváděči kanály ohřátého chladívá jsou tvořeny jen podélnými drážkami 9 na vnitřní straně jediné rozvodné vložky 8 tvaru celistvého dutého válce. Rozvodné vložky 8 u všech příkladu provedení lze vytvořit jak z izolačního materiálu, tak i z nemagnetického kovu. V druhém případě musí být jejich přilehlé plochy k rotorovému vinutí 2 opatřeny izolací 17. Tvar a velikost rozvodných vložek 8 je dána prostorem, jež je vymezen vnitřní stranou bandážové obruče a vnějším povrchem čelní části rotorového vinutí 2, kterou lze zúžit nejen válcovitě, ale i jinak, například kuželovité, symetrickým zploštěním jeho původního válcovitého tvaru apod. Rovněž počet rozvodných vložek 8 a jejich rozmístění v uvedeném prostoru je určeno vlastní konstrukcí stroje, případně i technologií jeho výroby.The second example of the venxilation system shown in FIG. 3 differs from the first only in that the heated coolant distribution channels are formed only by longitudinal grooves 9 on the inside of a single hollow cylinder 8. In all embodiments, the bushings 8 can be made of both insulating material and non-magnetic metal. In the latter case, their adjacent surfaces to the rotor winding 2 must be provided with insulation 17. The shape and size of the bushings 8 is determined by the space defined by the inner side of the bandage hoop and the outer surface of the front part of the rotor winding 2. otherwise, for example conical, symmetrical flattening of its original cylindrical shape, etc. Also, the number of distribution inserts 8 and their distribution in said space is determined by the design of the machine itself, possibly also by its production technology.

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION

Claims

233 2B1

1. Apparatus for intensive cooling of the rotor winding of high-speed turbochargers of high power, consisting of two identical ventilation systems, each of which allows two-sided distribution of heated coolant to the outlet ducts on one side of the rotor, where the rotor winding exiting the rotor grooves is shaped straight coil parts in cylindrical or conical shape, in the shape of a symmetrically flattened cylinder and secured by a bandage hoop against centrifugal forces, the individual ventilation system consists of inlet axial channels formed between the shaft and the inner side of the front part of the rotor winding channels of the front part of the winding, passing between adjacent coils and their spacers, from the distribution channels of heated coolant and outlet channels formed positive open space of rotor grooves with radial outlet openings in wedges, differently shaped outlet openings in teeth or wedge ends at the edge of the bandage hoop, leading to the air gap of the machine, eventually also exit holes at the front edge of the bandage hoop, at least one insulating material insert (8) provided on the side of the rotor winding (2) and the inner wall of the bandage ring (1) with longitudinal grooves (9) formed adjacent the surface of the front of the rotor winding (2) heated coolant distribution channels connecting the radial channels (7) of the winding face to the outlet channels.

Device according to claim 1, characterized in that the distributor insert (8) is metal and its adjacent surfaces to the rotor winding (2) are insulated (17).

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that the distribution channels of the heated coolant are formed by longitudinal grooves (9) on the adjacent side of the distributor insert (8) to the inner wall of the bandage hoop (1) into which the connecting openings (10) passing through the distribution bushing (8) above the radial channels (7) of the front part of the winding (2).