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Kühlanordnung für die Läuferwicklung von Turbogeneratoren Zur Ermöglichung
einer verbesserten Wärmeabfuhr gewinnt die direkte Leiterkühlung, bei der das die
Wärme abführende Kühlmittel unmittelbar mit den Nutenleitern in Berührung gelangt,
eine erhöhte Bedeutung. Es ist bereits vorgeschlagen, insbesondere bei den Läuferwicklungen
von Turbogeneratoren eine direkte Leiterkühlung dadurch möglich zu machen, daß gewissermaßen
die Erregerleiter in zwei gesonderte Querschnitte aufgelöst werden und der zwischen
diesen Querschnitten liegende Raum für die Bildung eines Kühlmittelkanals verwendet
wird. Es sind beispielsweise Ausbildungen der Erregerwicklung für Turbogeneratoren
bekannt, bei denen die Erregerleiter in zwei Reihen übereinanderliegend an den Seitenwänden
der Nut angeordnet sind und zwischen den Leiterreihen in radialer Richtung ein Kühlmittel
hindurchgeleitet wird, das beispielsweise aus dem Luftspalt durch einen-Schlitz
des die Nut verschließenden Keiles in den Raum zwischen den Leitern eintritt, im
Grunde der Nut axial umgelenkt wird und in der gleichen Weise, jedoch in axialer
Richtung, um eine gewisse Strecke verschoben wieder radial aus dem Zwischenraum
zwischen den Leiterreihen der Erregerwicklung durch eine Öffnung in dem Nutenkeil
in den Luftspalt gelangt. Bei dieser Anordnung sind sich über die ganze Nuttiefe
erstreckende keilförmige Wände vorgesehen, welche die eine Führung des Kühlmittels
ermöglichenden radialen Kanäle begrenzen und gleichzeitig die Erregerleiter fest
an die Nutenwände pressen. Dieses System eignet sich jedoch vorwiegend nur für eine
radiale Belüftung der Wicklung vom Luftspalt aus, wodurch gleichzeitig eine bestimmte
Gestaltung der Luftführung im Ständer bedingt ist.
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Es ist zwar auch bereits vorgeschlagen, bei einer ähnlichen Anordnung
mit die reihenweise übereinander angeordneten Teilleiter gegen die Nutenwände drückenden
Abstützkörpern in den Abstützkörpern Durchbrechungen vorzusehen, welche einen axialen
Durchtritt der Kühlluft ermöglichen sollen. jedoch ergibt sich bei einer derartigen
Anordnung eine verhältnismäßig ungünstige Luftführung, da der Durchtrittsquerschnitt
für die axiale Durchführung des Kühlmittels durch die Stützkörper aus Festigkeitsgründen
wesentlich kleiner sein muß als der Kühlspalt zwischen den Leiterreihen, so daß
der Strömungswiderstand für das Kühlmittel verhältnismäßig groß ist und außerdem
einzelne Abschnitte der Leiter nur sehr unvollkommen von dem Kühlmittel gekühlt
werden.
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Zur Erzielung eines größeren Strömungsquerschnittes ist auch bereits,
wie bekannt, eine andere Lösung vorgeschlagen worden, bei der die Leiterreihen durch
einen sich über die ganze Leiterhöhe erstreckenden hohlen Rahmen abgestützt sind,
der aus Metall besteht und gegenüber den Leitern isoliert ist. Eine derartige Anordnung
-weist insbesondere den Nachteil auf, daß der sich über die ganze Nuthöhe erstreckende
Rahmen, wenn er die erforderliche Festigkeit haben soll, einen beträchtlichen Nutquerschnitt
in Anspruch nimmt und die Gefahr einer Überbrückung der einzelnen Nutenleiter im
Lauf einer längeren Betriebszeit nicht von der Hand zu weisen ist, da die Teilleiter
infolge ihrer Wärmedehnungen Kräfte auf die Isolation ausüben, die zu einer Zerstörung
führen können. Würde man dagegen bei dieser Anordnung den ganzen Zwischenrahmen
aus Isoliermaterial herstellen, würde sich eine beträchtliche Verringerung der Durchtrittsquerschnitte
für das Kühlmittel mit den dadurch verbundenen Nachteilen nicht vermeiden lassen.
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Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige verbesserte Kühlanordnung
für Läuferwicklungen von Turbogeneratoren, bei der in den Nuten zwei Reihen übereinanderliegender
und-- an die seitlichen Nut--wände angrenzender Teilleiter einen Mittelraum für
axiale Kühlkanäle freigeben und in dem Mittelraum Distanzstücke für die Fixierung
der Lage der Teilleiter im Nutquerschnitt vorgesehen sind. Erfindungsgemäß ist hierbei
die Anordnung derart getroffen, daß die aus Isoliermaterial bestehenden einzelnen
Distanzstücke in radialer Richtung nur einen geringen Teil der Nuthöhe einnehmen,
und daß die in der Nut in axialer Richtung nufeinanderfolgenden Distanzstücke in
Richtung der Nuthöhe gegeneinander versetzt sind.
Durch die erfindungsgemäße
Anordnung werden die Nachteile der vorerwähnten bekannten Anordnung vollständig
vermieden. Die Fixierung der Teilleiter in der Umfangsrichtung erfolgt lediglich
durch Isolierteile, die in radialer Richtung nur eine verhältnismäßig geringe Erstreckung
haben. Da diese Distanzstücke im übrigen für die übereinanderliegenden Leiter in
axialer Richtung versetzt sind, ergibt sich, daß praktisch jede ungünstige Beeinträchtigung
der Strömung des Kühlmittels durch Querschnittsverengung zwischen den Leiterreihen
vermieden ist. Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung eintretenden geringen Umlenkungen
des Kühlmittels wirken im Sinne einer verbesserten Abkühlung, da sie eine den Wärmeübergang
verbessernde Dürchwirbelung des Kühlmittels bewirken.
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An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung sind vier Ausführungsformen
der Erfindung im folgenden beschrieben.
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Die Fig. 1 bis 4 stellen dabei Nutquerschnitte mit verschieden geformten
Einzelleitern dar, während Fig. 5 einen Längsschnitt der Nut darstellt und Fig.
4 den Querschnitt der Nut gemäß der Linie A-B in Fig. 5.
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1 und 2 sind in Fig. 1 und 4 die Einzelleiter in der Läufernut eines
Turbogenerators. Wie ersichtlich, bilden diese Einzelleiter zwei an die Nutwandungen
angrenzende Schichten. Sie besitzen in Fig. 1 rechteckigen, in Fig.4 trapezförmigen
Querschnitt und sind in radialer Richtung übereinandergeschichtet. In der Mitte
der Nut geben sie einen Raum 3 frei. In diesem Raum befinden sich nun Distanzstücke
5, und zwar sind - wie insbesondere aus den Fig. 4 und 5 zu ersehen ist - einerseits
in einem Nutquerschnitt mehrere Distanzstücke mit Zwischenraum übereinander angeordnet,
andererseits sind in der Nutlängsrichtung ebenfalls solche Distanzstücke 5 wiederum
mit Abstand und in Richtung der Nuthöhe gegeneinander versetzt angeordnet. Durch
diese Zwischenschaltung von kurzen, versetzten Distanzstücken 5 werden einerseits
die Nutleiter 1 und 2 im Verlauf ihrer Längserstreckung sicher in der vorgeschriebenen
Lage gehalten, da - wie aus Fig. 5 zu ersehen -für jeden Nutleiter abwechselnd solche
Distanzstücke vorgesehen sind; andererseits werden dadurch Räume geschaffen, die
für das Hindurchleiten des Kühlmittels geeignet sind. Beim Durchströmen der Nut
wird dabei das Kühlmittel aus der rein axialen Richtung etwas abgelenkt, was die
Kühlwirkung infolge Durchwirbelung noch begünstigt. An der Austrittsstelle des Kühlmittels
aus der Nut, also z. B. in der Ballenmitte über Öffnungen im Nutenverschlußkeil,
kann das Kühlmittel infolge Versetzung der Distanzstücke ohne weiteres nach oben
strömen und zu den Öffnungen im Nutenverschlußkeil gelangen. Die Distanzstücke 5
können aus Isolierstoff, beispielsweise aus einem aus Kunstharz und einem Fasermaterial
zusammengesetzten Kunststoff, bestehen. Zur Sicherung der Lage der Distanzstücke
sind an diesen Ansätze vorgesehen, mit denen sie zwischen zwei übereinanderliegende,
benachbarte Einzelleiter eingeklemmt sind. Bei der Anordnung der Fig.1 sind die
Distanzstücke an Isolierstreifen 7 befestigt, die in dieser Weise von den Einzelleitern
getragen werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besitzen zur Sicherung der Lage
der Distanzstücke 5 die Einzelleiter Ausnehmungen, in die die Distanzstücke eingreifen.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 werden die Distanzstücke 5 dadurch gehalten, daß die
übereinandergeschichteten Einzelleiter der Nut verschiedene Breite in der Umfangsrichtung
besitzen. Die Distanzstücke greifen dann in die so geschaffenen Ausweitungen des
freien Mittelraumes der Nut ein und werden dadurch in ihrer Lage gehalten. Bei der
Anordnung nach Fig. 4 besitzen die Distanzstücke 5 keil- oder trapezförmigen Querschnitt,
wobei die Spitze des Keiles bzw. die kurze Trapezseite nach außen gekehrt ist. Außerdem
besitzen die Einzelleiter an den den Distanzstücken zugekehrten Seitenflächen eine
ebensolche Formgebung, so daß die Distanzstücke gegen eine Bewegung nach außen infolge
Fliehkraftbeanspruchung durch die schrägen Seitenflächen der Einzelleiter gehalten
werden. Um eine Verschiebung der Distanzstücke in Längsrichtung der Nut zu verhindern,
sind diese außerdem wiederum auf Isolierstreifen 7 befestigt, die ebenso wie bei
der Anordnung der Fig.1 zwischen zwei übereinanderliegende Einzelleiter eingeklemmt
sind, oder die Leiter erhalten Aussparungen, die ein Verschieben der Distanzstücke
verhindern.
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Die beschriebenen Kühlanordnungen weisen wesentliche Vorteile auf.
Die über- und nebeneinanderliegenden Einzelleiter der Nut können nach Bedarf parallel
oder in Reihe geschaltet werden, wodurch sich eine sehr große Freiheit in der Wahl
der Windungen ergibt. Das Kupferprofil kann fertig bearbeitet bezogen werden. Das
Abbiegen im Wickelkopf kann für sehr viele Profile ohne vorheriges Ausglühen erfolgen;
so daß die erwünschte Kupferhärte erhalten bleibt. Die versetzt eingebauten Distanzstücke
aus Isoliermaterial geben den Kupferleitern eine sichere Führung, wobei sie dennoch
die Schaffung von großen und großflächigen Kühlkanälen erlauben. Da die Leiterreihen
nicht starr miteinander verbunden sind, können Unterschiede in der Dehnung keine
gegenseitige Beeinflussung erzeugen. Der Abstand der Leiterreihen kann im Wickelkopf
vergrößert werden, wodurch die Gefahr der Berührung beseitigt und der Eintrittsquerschnitt
für das Kühlgas erhöht wird.