CS233269B1

CS233269B1 - Device for cooling the front parts of the rotor winding of two-rotor synchronous machines with smooth rotor

Info

Publication number: CS233269B1
Application number: CS834816A
Authority: CS
Inventors: Antonin Malousek; Dalibor Zdenek; Jaroslav Pavlas; Bretislav Benda
Original assignee: Antonin Malousek; Dalibor Zdenek; Jaroslav Pavlas; Bretislav Benda
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1985-02-14
Also published as: CS481683A1

Abstract

Vynález řeší rovnoměrné a účinnější chlazení rotorového vinutí vzduchem chlazeného turbomotoru. Zařízení je tvořeno dvěma ventilačními systémy každé čelní části rotorového vinutí, která je rozdělena do dvou chladicích sektorů, z nichž první je tvořen dvěma ventilačními sekcemi před čely širokých zubů a druhý sektor dvěma sekcemi před čely ostatních zubů a drážek rotoru.Jednotlivé ventilační sekce jsou odděleny pevnými přepážkami a radiálně umístěnými distančními vložkami cívek vinutí, jejichž pomoci je první chladicí sektor směrem ke konci rotoru rozšířen. Výstup chladivá z radiálních kanálů druhého sektoru je napojen na ventilační systém vinuti v drážkách, Zatímco vystupující chladivo z prvního sektoru je dvoustranně vyvedeno pomocí rozváděčích kanálů, umístěných v prostoru mezi zploštělou čelní částí vinutí a vnitřní stranou bandážové obruče, přímo So vnějšího prostoruThe invention solves the problem of uniform and more efficient cooling of the rotor winding of an air-cooled turbo engine. The device consists of two ventilation systems of each front part of the rotor winding, which is divided into two cooling sectors, the first of which consists of two ventilation sections in front of the wide tooth faces and the second sector in front of the other teeth and rotor slots. The individual ventilation sections are separated by fixed partitions and radially located spacers of the winding coils, with the help of which the first cooling sector is expanded towards the end of the rotor. The coolant outlet from the radial channels of the second sector is connected to the ventilation system of the winding in the slots, while the coolant exiting from the first sector is led out on both sides by means of distribution channels located in the space between the flattened front part of the winding and the inner side of the bandage hoop, directly to the outer space

Description

Vynález se týká zařízení ke chlazení celních částí rotorového vinutí dvoupólových synchronních strojů s hladkým rotorem, zejména vzduchem chlazených turbomotorů.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for cooling the rotor windings of two-pole, smooth-rotor synchronous machines, in particular air-cooled turbo engines.

Dosud známá uvedená zařízení jsou konstruována s jedním ventilačním systémem každé čelní části vinutí. Přiváděné chladivo do vstupních kanálů kolem hřídele prochází radiálními kanály mezi čelními částmi sousedních cívek, jez prochlazuje a je odváděno do vnějšího prostoru otvory v bandážové obruči, jíž je čelní část vinutí překryta. Jejich nevýhodou je, že výstupní otvory snižují mechanickou pevnost obruče, což vyžaduje masivnost jejího provedení, a tím vyšsí spotřebu materiálu. Tato její masivnost vsak nevyhovuje v současné době ani z hlediska potřebného zvýšení rychlosti stroje. Obdobnou nevýhodu mají používané bandážové obruče s axiálními drážkami na své vnitřní straně, do nichž jsou vyústěny radiální kanály čelních částí vinutí. Dalšími známými zařízeními jsou chladicí systémy, kde je k výstupu otepleného chladivá využito prostorného vybrání v každém širokém zubu. Toto vybrání působí jako radiální ventilátor, avšak značný úbytek materiálu v zubech musí být vykompenzován prodlouženou aktivní délkou celého stroje, což vede opět k vyšší spotřebě materiálu a tím k výše uvedeným nevýhodám. Jiným známým řešením je odvádějí chladivá z radiálních kanálů do ventilačních kanálů v drážkách rotoru, kde se sméšuje se studeným chladivém, přiváděným přímo ze vstupních kanálů k těmto ventilačním kanálům, čímž se stává oteplené chladivo součástí ventilace zde uloženého vinutí. Jeho nevýhodou je, že zvyšuje teplotu celého stroje a v současné sobe již tento způsob chlazení rychloběžných strojů nestačí.The prior art devices are designed with one ventilation system for each winding face. The coolant supplied to the inlet ducts around the shaft passes through radial ducts between the front parts of adjacent coils, which cools and is discharged into the outer space through openings in a bandage hoop, over which the front part of the winding is covered. Their disadvantage is that the outlet openings reduce the mechanical strength of the hoop, which requires a massive construction and thus a higher material consumption. However, its robustness does not currently satisfy the need to increase machine speed. A similar disadvantage is the use of bandage hoops with axial grooves on their inner side, into which the radial channels of the winding fronts end. Other known devices are cooling systems where a large recess in each wide tooth is used to exit the warmed refrigerant. This recess acts as a radial fan, but the considerable loss of material in the teeth must be compensated by the extended active length of the entire machine, which again leads to higher material consumption and thus to the aforementioned disadvantages. Another known solution is to remove coolant from the radial ducts to the ventilation ducts in the rotor grooves where it mixes with the cold coolant fed directly from the inlet ducts to the ventilation ducts, thereby making the warmed refrigerant part of the ventilation of the winding therein. Its disadvantage is that it increases the temperature of the whole machine and, in itself, this method of cooling high-speed machines is no longer sufficient.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení ke chlazení čelních částí rotorového vinutí dvoupólových synchronních strojů s hladkým rotorem podle vynálezu, kde každá čelní část rotorového vinutí vystupujícího z drážek je upravena do tvaru protilehle zploštěného válce. Zařízení sestává na každé straně rotoru ze vstupních kanálti vytvořených kolem hřídele, z nichž jsou vyústěny všechny iln£ kanály, procházející mezi celními částmi sousedních cívek a jejich racíiajThe above disadvantages are overcome by the device for cooling the rotor winding front parts of the two-pole synchronous smooth-rotor machines according to the invention, wherein each rotor winding front part emerging from the grooves is adapted to form an opposed flattened cylinder. The apparatus consists on each side of the rotor of inlet passages formed around the shaft from which all of the passageways extending between the fronts of the adjacent coils and their races are terminated.

233 269 distančními vložkami, nejméně ze dvou pevných přepážek, ventilačních kanálu pro vinutí v drážkách, rozváděčích kanálu, vytvořených mezi povrchem zploštělé celní části vinutí a vnější stěnou bandážové obruče, jíŽ je celní část vinutí překryta a kde jsou tyto rozváděči kanály napojeny jednak na výstupní kanály v širokých zubech a jednak na opačně směřující výstupní otvory do vnějšího prostoru, umístěné při celním okraji bandážové obruče. Jeho podstatou je, že každá celní část rotorového vinutí je rozdělena radiálně uspořádanými distančními vložkami sousedních cívek rotorového vinutí do čtyř ventilačních sekcí, z nichž první a druhá sekce je vytvořena před cely širokých zubil a třetí a čtvrtá sekce před cely ostatních zubů a drážek rotorového vinutí. Radiální kanály z třet? a čtvrté sekce vyúsčují do ventilačních kanálů pro vinutí v drážkách, zatímco radiální kanály z první a druhé sekce jsou napojeny na rozváděči kanály. V prostoru každé z prvních dvou ventilačních sekcí jsou vstupní kanály od výstupních kanálů v širokém zubu odděleny alespoň jednou pevnou přepážkou, umístěnou mezi čelem širokého zubu něho jhem rotoru a mezi celní častí první, připadne druhé nejkratší cívky rotorového vinutí. První i druhá ventilační sekce je směrem ke konci rotoru symetricky rozšířena stupňovitě se zvětšující uhlovou vzdáleností vždy dvou k sobě přivrácených bočních stěn distančních vložek ležících ve stejné příčné rovině, jimiž je každá z těchto sekcí prostorově vymezena, čímž je prostor třetí a čtvrté ventilační sekce ve stejném směru stupňovitě zúžen.233 269 spacers, at least two fixed bulkheads, winding ventilation ducts in grooves, distribution ducts formed between the surface of the flattened winding customs portion and the outer wall of the bandage hoop, over which the winding customs portion is connected and connected to the outlet ducts channels in the wide teeth and on the other side to the opposite outlets into the outer space, located at the front edge of the bandage hoop. Its essence is that each customs part of the rotor winding is divided by radially arranged spacers of adjacent rotor winding coils into four ventilation sections, of which the first and second sections are formed in front of the wide tooth teeth and the third and fourth sections in front of the other teeth and grooves of the rotor winding. . Radial channels of the third? and the fourth sections exit into the winding ventilation channels in the grooves, while the radial channels from the first and second sections are connected to the distribution channels. In the space of each of the first two ventilation sections, the inlet ducts are separated from the outlet ducts in the wide tooth by at least one fixed bulkhead positioned between the front of the wide tooth in the rotor and between the customs portion of the first and the second shortest coil of the rotor winding. The first and second ventilation sections are widened symmetrically towards the rotor end by increasing the angular distance of the two side walls of the spacer inserts lying in the same transverse plane, each of which is spatially delimited, thereby providing space for the third and fourth ventilation sections. narrowed in the same direction.

Zařízením podle vynálezu je dosazeno účinějšího chlazení čelních částí rotorového vinutí, než u dosud známých ventilačních zařízeních, nebot při zachování celistvosti bandážové obruče i jejího nosného průřezu je přibližně jedna polovina chladicího média prochlazujícího tyto celní části vinutí odváděna přímo do vnějšího prostoru a pouze druhá polovina otepleného chladivá se zúčastňuje zároveň se studeným chladivém ventilace rotorového vinutí uloženého v drážkách. Tímto konstrukčním řešením je docíleno vyrovnání teplot podél celého vinutí rotoru a zmenšení ventilačních ztrát oproti dosud známým ventilačním systémům, snížena spotřeba materiálu a pracnost. Zlepšením celkové ventilace stroje je zvýšena spolehlivost jeho provozu.The device according to the invention achieves a more efficient cooling of the rotor winding front parts than with the prior art ventilation devices, since, while maintaining the integrity of the bandage hoop and its supporting cross section, approximately one half of the cooling medium the coolant participates in the cold coolant ventilation of the rotor windings embedded in the grooves. This design achieves a temperature equalization along the entire rotor winding and a reduction in ventilation losses compared to conventional ventilation systems, reducing material consumption and labor. Improving the overall ventilation of the machine increases the reliability of its operation.

Na připojeném výkresu je uveden příklad zařízení podle vynalezu, objasnující uspořádání jedne z obou stejných celních častí rotoru dvoupoloveho vzduchem chlazeného turbomotoru, která je na obr. 1 a 2 zakreslena v podélných řezech ve dvou k sobe kolmých rovinách, z nichž rez rovinou souměrnosti širokých zubů je znázorněn na obr. 2. Obr. 3 představuje tuto celní část v příčném řezu.The accompanying drawing shows an example of the device according to the invention, illustrating the arrangement of one of the two equal parts of the rotor of a two-pole air-cooled turbine, shown in FIGS. 1 and 2 in longitudinal sections in two perpendicular planes. is shown in FIG. 2. FIG. 3 shows this customs section in cross-section.

Pro přehlednost bude dále popisována pouze jedna strana rotoru, čelní část rotorového vinutí 2 vystupujícího z drážek je upravena do tvaru zploštělého válce, jehož zploštění je tvořeno rovnými částmi cívek, jež jsou kolméFor the sake of clarity, only one side of the rotor will be described below, the front part of the rotor winding 2 extending from the grooves is adapted to the shape of a flattened cylinder whose flattening is formed by straight coil parts which are perpendicular

233 289 k pravoúhle rovině souměrnosti širokých zubů 7. Celá celní část rotorového vinutí 2 je překryta bandázovou obručí 1 tvaru dutého válce s celně přilehlým závěrným kruhem 8. Bandážová obruč 1 je na přilehlé straně k povrchu zploštělých částí vinutí 2 zesílena axiálními zebry 4. mezi nimiž jsou vytvořeny rozváděči kanály 13. čelní část rotorového vinutí 2 je rozdělena radiálně umístěnými podélnými distančními vložkami 3 mezi sousedními cívkami do čtyř ventilačních sekcí A, B, C, D, První dvě ventilační sekce A, B, jsou vytvořeny před cely širokých zubu 7 a smerem ke konci rotoru jsou prostorové rozšířeny stupňovitě se zvětšující vzdáleností k sobě přivrácených bocních stěn vždy dvou distančních vložek 3 v jedné příčné rovině, jimiž je každá z těchto sekcí A. B vymezena, zatímco třetí a čtvrtá ventilační sekce C, D, tvořená zbývajícími celními částmi vinutí 2 ie v důsledku tohoto uspořádání distančních vložek 3, směrem ke konci rotoru prostorově zúžena. Ze vstupních kanálů 11 kolem hřídele233 289 to the orthogonal plane of symmetry of the wide teeth 7. The entire customs part of the rotor winding 2 is covered by a hollow cylinder-shaped bandage hoop 1 with a customs-adjacent closing ring 8. The bandage hoop 1 is reinforced by axial ribs 4 The front part of the rotor winding 2 is divided by radially spaced longitudinal spacers 3 between adjacent coils into four ventilation sections A, B, C, D. The first two ventilation sections A, B are formed in front of the cells of the wide teeth 7 and towards the end of the rotor are spatially extended by a stepwise increasing distance of the side walls facing each other of two spacers 3 in one transverse plane through which each of these sections A. B is delimited, while the third and fourth ventilation sections C, D formed by the remaining the windings 2 IE due to this arrangement, the spacers 3, toward the end of the rotor space is narrowed. From the inlet channels 11 around the shaft

6. napojených na ventilační kanály 14 pro vinutí 2 v drážkách, jsou pod celní částí rotorového vinutí 2 vyústěny radiální kanály 12 všech sekcí A. B. C. D. procházející mezi sousedními cívkatai tohoto vinutí 2 a bočními stěnami distančních vložek 3. Výstupy radiálních kanálů 12 z třetí a čtvrté sekce C. D jsou napojeny na ventilační kanály 14 pro vinutí 2 v drážkách s radiálními výstupními otvory 9 v klínech rotoru, zatímco radiální kanály 12 z první a druhé sekce A. B jsou vyústěny do rozváděčích kanálů 13 mezi axiální žebra 4. Konce těchto rozváděčích kanálů 13 isou na jedné celní straně bandážové obruče 1 napo jeny na výstupní kanály 15, vytvořené v širokém zubu 7. a na její druhé čelní straně na výstupní otvory 16 v závěrném kruhu 8. Vstupní kanály 11 isou od výštupních kanálů 15 v širokém zubu 7 odděleny pevnou přepážkou 5 tvaru deskovitého segmentu, umístěnou v kolmé rovině na rovinu souměrnosti širokých zubů 7 mez i jhem 10 rotoru a spodní stranou celní části nejkratší cívky rotorového vinutí 2 v každé z prvních dvou ventilačních sekcí A, B.6. connected to the ventilation ducts 14 for the windings 2 in the grooves, radial ducts 12 of all ABCD sections extending between adjacent coils of this winding 2 and the side walls of the spacers 3 extend below the customs part of the rotor winding 2. C. D are connected to the winding ducts 14 in the grooves with radial outlet openings 9 in the rotor wedges, while the radial ducts 12 from the first and second sections A. B extend into the ducts 13 between the axial ribs 4. The ends of these ducts 13 are connected on one side of the bandage ring 1 to the outlet channels 15 formed in the wide tooth 7 and on the other side to the outlet openings 16 in the closing ring 8. The inlet channels 11 are separated from the outlet channels 15 in the wide tooth 7 a fixed partition 5 in the shape of a plate-like segment, located in the co 11 to the plane of symmetry of the wide teeth 7 between the rotor yoke 10 and the underside of the customs portion of the shortest coil of the rotor winding 2 in each of the first two ventilation sections A, B.

První dvě protilehlé ventilační sekce A, B tvoří funkčně jeden chladící sektor, zatímco druhý je tvořen zbývající třetí a čtvrtou sekcí C, D. Tímto rozdělením je umožněno odvádění přibližné jedne poloviny otepleného vzduchu z prvního sektoru přímo do vnějšího prostoru a druhé jeho poloviny do ventilačních kanálů 14 pro vinutí 2 v drážkách. Pevnou přepážkou 5, umístěnou ve spodní části prostorů prvních dvou ventilačních sekcí A, B je zamezeno výstupu studeného vzduchu ze vstupních kanálů 11 do výstupních kanálů 15 v širokých zubechThe first two opposing ventilation sections A, B functionally form one cooling sector, while the other consists of the remaining third and fourth sections C, D. This division allows approximately one half of the warmed air to be vented from the first sector directly to the outside and the other half to the ventilation channels 14 for winding 2 in grooves. A fixed partition 5 located in the lower part of the spaces of the first two ventilation sections A, B prevents cold air from the inlet ducts 11 into the outlet ducts 15 in the wide teeth.

7. Ve vstupních kanálech 11 pod každou třetí a čtvrtou ventilační sekcí C. D jsou na hřídel i 6 rotoru v nestejné vzdálenosti od roviny souměrnosti rotoru f7. In the inlet ducts 11 under each third and fourth ventilation section C. D, the rotor 6 is at an unequal distance from the rotor symmetry plane f

radialne upevněny konce pěti ventilačních zarážek 17 hranolovitého tvaru, zasahujících druhým koncem do radiálních kanálů 12. Těmito ventilačními zarážkami ie zabráněno přímému proudění studeného vzduchu do ventilačních kanálů 14 pro vinutí 2 v drážkách.radially fastened ends of five prismatic vent stops 17 extending through the other end into radial channels 12. These vent stops prevent the direct flow of cold air into the ventilation channels 14 for the windings 2 in the grooves.

Claims

SCOPE OF THE INVENTION 233 289

Apparatus for cooling the rotor windings of two-pole synchronous smooth-rotor machines, wherein each rotor winding extending from the grooves is configured in the form of a counter-flattened cylinder, comprising on each side of the rotor a inlet channel located around the shaft from which all radial ducts extending between the customs sections of adjacent coils and their spacers, at least two fixed bulkheads, winding ventilation channels in the grooves, distribution ducts located between the surface of the planar customs winding and the inner side of the bandage hoop over which the customs winding is covered and these the distribution channels are connected both to the outlet channels in wide teeth and to the outlet openings at the front edge of the bandage hoop, characterized in that each customs part of the rotor winding (2) is loosely positioned spacers (3) of adjacent coils into four ventilation sections (A, B, C, D), of which the first and second sections (A, B) are formed in front of the wide teeth (7) and the third and fourth sections (C) , D) in front of the cells of the other teeth and grooves of the rotor winding (2), where the radial channels (12) of the third af

the fourth ventilation sections (C, D) connected to the ventilation ducts (14) for the windings (2) in the grooves, while the radial ducts (12) from the first and second ventilation sections (A, B) extend into the distribution ducts (13), the inlet ducts (11) in the space of each of the first two ventilation sections (A, B) are separated from the outlet ducts (15) in the wide tooth (7) by at least one fixed partition (5) located between the rotor yoke (10) or a tooth (7) and between the customs part of the first or second shortest coil of the rotor winding (2).

Device according to claim 1, characterized in that the first and second ventilation sections (A, B) are extended towards the rotor end by a stepwise increasing angular distance of two side walls of the spacer (3) facing each other in the same transverse plane. whereby the space of each third and fourth ventilation sections (C, D) is tapered in the same direction.