DE1016821B

DE1016821B - Winding cap for high-speed dynamo-electric machines

Info

Publication number: DE1016821B
Application number: DEM23754A
Authority: DE
Inventors: Ernest Barlow
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1953-07-13
Filing date: 1954-07-12
Publication date: 1957-10-03

Description

Wicklungskappe für dynamoelektrische Maschinen hoher Drehzahl Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und betrifft die Ausbildung der Wicklungskappe von mit hoher Drehzahl laufenden Maschinen, beispielsweise von. Turbogeneratoren.Winding cap for high speed dynamoelectric machines Die Invention relates to dynamo-electric machines and relates to training the winding cap of machines running at high speed, for example from. Turbo generators.

Bei mit hoher Drehzahl laufenden Turbogeneratoren ist es üblich, einen um die Stirnverbindungen der Rotorwicklung herumgelegten Haltering vorzusehen, der die Fliehkräfte aufnehmen soll, welche durch diese Stirnverbindungen hervorgerufen werden, wenn der Rotor mit voller Drehzahl umläuft. Derartige Halteringe müssen naturgemäß starr befestigt und gegen Bewegungen in axialer Richtung gesichert sein. Ein solcher Haltering ist zwar den an den Stirnverbindungen der Wicklung angreifenden mechanischen Kräften gewachsen, jedoch neigt er dazu, das Abführen der in der Wicklung erzeugten Wärme zu verhindern; es ist daher erwünscht, geeignete Ventilationswege für die Stirnverbindungen vorzusehen.For turbo generators running at high speed, it is common to use a to provide around the end connections of the rotor winding around the retaining ring, the to absorb the centrifugal forces caused by these end connections when the rotor rotates at full speed. Such retaining rings must naturally rigidly attached and secured against movement in the axial direction. Such a retaining ring is the one that acts on the end connections of the winding mechanical forces, however, it tends to dissipate the in the winding prevent generated heat; it is therefore desirable to have suitable ventilation routes to be provided for the end connections.

Bei einer bekannten Anordnung tritt ein zum Kühlen dienendes Gas in axialer Richtung in das Rotorende ein und strömt an der Außenseite der Welle und an der Stirnverbindung vorbei zu in dem Rotorkern vorgesehenen Kühlkanälen. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß nur die inneren Teile der Stirnverbindungen, nicht aber die äußeren, an den Haltering anstoßenden Teile der Stirnverbindungen ausreichend gekühlt werden; darüber hinaus wird die zum Kühlen des Rotors verfügbare Luft bereits durch die Stirnverbindungen in einem gewissen Ausmaß erwärmt.In a known arrangement, a gas used for cooling occurs axial direction into the rotor end and flows on the outside of the shaft and past the end connection to cooling channels provided in the rotor core. These However, the arrangement has the disadvantage that only the inner parts of the end connections, but not the outer parts of the end connections that abut the retaining ring be adequately cooled; in addition, the available for cooling the rotor Air already warmed up to a certain extent by the end connections.

Um den über die Stirnverbindungen hinwegstreichenden Gasstrom zu vergrößern, ist es bekannt, in dem Haltering beispielsweise radiale Löcher anzubringen. Diese Löcher ermöglichen es, daß Gas in radialer Richtung nach außen über die Stirnverbindungen hinwegstreicht und dann durch die radialen Löcher entweicht. Bei einer derartigen Konstruktion verbessert sich zwar die Ventilation der Stirnverbindung, weil der größte Teil der erwärmten Luft nicht zu dem Rotorkern weiterströmt, sondern unmittelbar abgeführt wird. Gleichzeitig wird jedoch die mechanische Festigkeit des Halteringes durch die radialen Löcher herabgesetzt, da infolge der durch sie hervorgerufenen ungleichmäßigen Spannungsverteilung sehr hohe örtliche Spannungen entstehen können.In order to increase the gas flow sweeping over the end connections, it is known to make radial holes, for example, in the retaining ring. These Holes allow gas to flow radially outward via the end connections and then escapes through the radial holes. With such a Construction improves ventilation of the forehead connection because of the Most of the heated air does not flow on to the rotor core, but directly is discharged. At the same time, however, the mechanical strength of the retaining ring reduced by the radial holes, as a result of the caused by them uneven stress distribution, very high local stresses can arise.

Um radiale Bohrungen zu vermeiden, ist es auch bereits bekannt, die Halteringe oder Wicklungskappen in Einzelringe zu unterteilen und unter Freilassung von Luftschlitzen mit Hilfe von Abstandshaltern jeden Ringteil für sich aufzubringen. Abgesehen davon, daß hierdurch eine Zentrierung der Wicklungskappe als Ganzes nicht mehr möglich ist, ist auch die Festigkeit der Kappe aus einzelnen Ringen wesentlich geringer als die der Kappen aus einem Stück. Außerdem lassen sich die Ringe nicht mehr durch eine einzige Mutter zusammenspannen.In order to avoid radial bores, it is already known that the To subdivide retaining rings or winding caps into individual rings and leaving them free of air slots with the help of spacers to apply each ring part separately. Apart from the fact that this does not center the winding cap as a whole If more is possible, the strength of the cap made of individual rings is also essential lower than that of the one-piece caps. In addition, the rings cannot be tighten more together by a single mother.

Um einerseits die Vorteile einzelner Ringe möglichst zu erhalten, andererseits aber, um an beiden Enden der Kappe steife Schrumpfsitze vorsehen zu können, welche eine einwandfreie Zentrierung der Kappe ergeben, ist es auch bereits bekannt, eine aus einem einzigen Stück bestehende Kappe vorzusehen, welche aus dem vollen Material herausgearbeitete Abstandsstege zwischen den einzelnen Kappenabschnitten aufweist.In order, on the one hand, to preserve the advantages of individual rings as much as possible, on the other hand, however, to provide stiff shrink fits at both ends of the cap can, which result in a perfect centering of the cap, it is already known to provide a single piece cap which is made of the spacer bars worked out from the full material between the individual cap sections having.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die Schwierigkeiten bei der Ausbildung von Wicklungskappen, die dadurch entstehen, daß die zur Erzielung hoher Festigkeit, einer Unabhängigkeit der Einzelabschnitte und einer ausreichenden Ventilation erforderlichen Maßnahmen einander entgegenwirken, zu überwinden und eine Kappe zu schaffen, die allen Anforderungen weitgehend genügt.It is now an object of the invention to overcome the difficulties in training of winding caps, which are created by the fact that the necessary to achieve high strength, independence of the individual sections and adequate ventilation are required Measures counteract each other, overcome and create a cap that largely meets all requirements.

Die Erfindung geht aus von Wicklungsköpfen, bei welchen der Haltering um die Stirnverbindungen bzw. die Wicklungskappe der Rotorwicklung aus zwei oder mehr jeweils einen vollständigen Ring bildenden Abschnitten besteht, die unter Freilassung von Kühlmitteldurchlässen über Abstandshulter axial aneinanderstoßen. Das Neue bei solchen Halteringen besteht gemäß der Erfindung darin, daß für eine gegenseitige Verriegelung der Abschnitte diese in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete und von der einen Endfläche eines Abschnitts vorspringende Erhebungen aufweisen, welche in entsprechende Vertiefungen in der Endfläche eines benachbarten Abschnitts eingreifen, wobei die Zwischenräume zwischen den Erhebungen sich radial durch den Haltering erstreckende Kühlmitteldurchlässe bilden.The invention is based on winding heads in which the retaining ring around the end connections or the winding cap of the rotor winding from two or more sections each forming a complete ring, which are under release of coolant passages abut one another axially via spacer shoulder. The new at such retaining rings is according to the invention that for a mutual Locking of the sections these spaced apart in the circumferential direction and have protrusions protruding from one end face of a portion, which in corresponding depressions in the end face of an adjacent section intervention, the spaces between the elevations extending radially through the retaining ring form extending coolant passages.

Eine Verriegelung der einzelnen Ringe einer Wicklungskappe ist an sich bekannt. Bei dieser bekannten Verriegelung sind die Stirnflächen der Ringe stufenförmig ausgebildet, und es übergreift jeder Ring den jeweils vorangegangenen Ring, um diesen in seiner Lage zu halten. Bei dieser bekannten Wicklungskappe sind jedoch keine radialen Lüftungskanäle bzw. -schlitze vorgesehen.A locking of the individual rings of a winding cap is on known. In this known lock, the end faces of the rings step-shaped, and each ring overlaps the previous one Ring to hold it in place. In this known winding cap are however, no radial ventilation channels or slots are provided.

Die Ansätze der Wicklungskappe gemäß der Erfindung können mit dem betreffenden Ringabschnitt aus einem Stück bestehen, oder sie sind als selbständige Abstandsstücke ausgeführt, welche an den Stirnflächen der Ringabschnitte befestigt sind.The approaches of the winding cap according to the invention can with the concerned ring section consist of one piece, or they are as independent Running spacers, which are attached to the end faces of the ring sections are.

Die Anordnung kann hierbei derartig getroffen sein, daß die radialen Kanäle oberhalb der Zwischenräume benachbarter Windungen liegen; wenn in den Leitern selbst .radiale Bohrungen vorgesehen sind, können die radialen Kanäle der Halteringkonstruktion oberhalb der in den Leitern vorgesehenen Kanäle angeordnet sein.The arrangement can be made such that the radial Channels lie above the spaces between adjacent turns; when in the ladders Even .radiale bores are provided, the radial channels of the retaining ring structure be arranged above the channels provided in the conductors.

Zum Kühlen kann man beispielsweise Luft, Wasserstoff oder eine Flüssigkeit mit niedriger Verdampfungstemperatur verwenden.For example, air, hydrogen or a liquid can be used for cooling use with low evaporation temperature.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen radialen Schnitt durch den Haltering und die Stirnverbindungen der Rotorwicklung eines Turbogenerators; Fig. 2 ist eine Abwicklung der in Fig. 1 dar-,-stellten Anordnung, und zwar eines Teils der Außenfläche des Halteringes; Fig. 3 zeigt einen Teil der Stirnfläche eines Halteringes ; Fig. 4 ist eine Abwicklung eines Teils der Umfangsfläche eines Halteringes, und zwar des in Fig. 3 dargestellten Teils; Fig. 5 zeigt einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. 3.The invention is illustrated by means of schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail. Fig. 1 shows a radial section through the retaining ring and the End connections of the rotor winding of a turbo generator; Fig. 2 is a development the in Fig. 1 -, - presented arrangement, namely a part of the outer surface of the Retaining ring; Fig. 3 shows part of the end face of a retaining ring; Fig. 4 is a development of part of the circumferential surface of a retaining ring, namely the part shown in Fig. 3; Fig. 5 shows a cross section along the line V-V in Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Haltering einen Endabschnitt 1, zwei Zwischenabschnitte 2 und 3 und einen axial innenliegenden Abschnitt 4, welcher dem Rotorkern benachbart ist. Alle diese Abschnitte sind jeweils in Form eines vollständigen Ringes ausgeführt und derart angeordnet, daß sie in axialer Richtung aneinander anliegen. Die Bezugsziffer 5 kennzeichnet eine Endscheibe mit einer Schulter 6, die sich an dem Endabschnitt 1 abstützt; die Bezugsziffer 7 kennzeichnet die Rotorwelle, während die Bezugsziffer 8 eine auf den Rotor aufgeschraubte Mutter bezeichnet, die gegen die Endscheibe 5 drückt und die Abschnitte des Halteringes in ihrer Lage hält.According to FIG. 1, the retaining ring comprises an end section 1 and two intermediate sections 2 and 3 and an axially inner section 4, which is adjacent to the rotor core is. All of these sections are each designed in the form of a complete ring and arranged such that they abut one another in the axial direction. The reference number 5 identifies an end plate with a shoulder 6, which extends on the end portion 1 supports; the reference number 7 denotes the rotor shaft, while the reference number 8 denotes a nut screwed onto the rotor, which against the end plate 5 presses and holds the sections of the retaining ring in place.

Bei der dargestellten Anordnung umfassen die ; Stirnverbindungen der Wicklung sieben Spulen, die bei 9 angedeutet sind. Diese Spulen werden durch in Umfangsrichtung verteilte Isolierstücke in den gewünschten axialen Abständen voneinander gehalten, und diese Isolierstücke sind in Umfangsrichtung in gegenseitigen Abständen angeordnet, um zwischen den Spulen radiale Kanäle 10 zu bilden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Abschnitte des Halteringes jeweils an einer Stirnseite eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 11 auf, die in eine entsprechende Nut 12 (Fig. 5) des benachbarten Ringabschnitts eingreifen. Zwischen den Rippen 11 sind axial verlaufende Ausnehmungen 13 vorgesehen, um radiale Kanäle auszubilden, wie es insbesondere aus den Fig.1 und 2 hervorgeht.In the illustrated arrangement, the include; End connections of the Winding seven coils, which are indicated at 9. These coils are made by in Circumferentially distributed insulating pieces at the desired axial distances from one another held, and these insulating pieces are circumferentially spaced arranged to form radial channels 10 between the coils. With the one shown In the exemplary embodiment, the sections of the retaining ring each have on one end face a number of circumferential ribs 11, which in a corresponding Engage groove 12 (Fig. 5) of the adjacent ring section. Between the ribs 11 axially extending recesses 13 are provided to form radial channels, as can be seen in particular from FIGS.

Es liegt auf der Hand, daß der Ringabschnitt 1 jeweils nur Rippen aufweist, während der Ringabschnitt 4 dementsprechend nur mit Nuten versehen ist.It is obvious that the ring section 1 only ribs has, while the ring portion 4 is accordingly only provided with grooves.

Man erkennt, daß bei dieser Anordnung das zum Kühlen dienende Gas durch die Öffnungen 15 in der Endscheibe 5 hindurch nach innen gesaugt wird und zwischen den Innenseiten der Wicklungsspulen 9 und der Außenfläche der Rotorwelle 7 weiterströmt. Ein Teil dieses Gases strömt durch die Kanäle 10 radial nach außen, und da die Kanäle 10 mit den Kanälen 14 fluchten. strömt das Gas in diesem Falle radial nach außen zur Umfangsfläche des Rotors. Man erkennt somit, daß bei dieser Anordnung die gesamten radialen Oberflächen der Spulen durch das Gas gekühlt werden.It can be seen that in this arrangement the gas used for cooling is sucked inwardly through the openings 15 in the end plate 5 and between the inner sides of the winding coils 9 and the outer surface of the rotor shaft 7 continues to flow. Part of this gas flows radially outward through the channels 10, and since the channels 10 are aligned with the channels 14. the gas flows in this case radially outward to the circumferential surface of the rotor. It can thus be seen that with this Arrangement the entire radial surfaces of the coils are cooled by the gas.

Während bei der dargestellten Anordnung die Kanäle 14 mit den Kanälen 10 fluchten, ist es bei manchen Anordnungen auch möglich, in den die Spulen 9 bildenden Kupferbändern radiale Kanäle vorzusehen. Bei derartigen Anordnungen können die Kanäle 14 mit den Kanälen in den Kupferleitern ausgerichtet sein. -Man erkennt ferner, daß es bei vielen Anordnungen - abgesehen von der Vorsorge für die Kühlung der Stirnverbindungen - möglich ist, einen Teil des Gases durch axiale Kanäle in dem eigentlichen Rotorkern 16 und dann durch radiale Kanäle nach außen strömen zu lassen, wobei das Ausströmen entweder durch die Zähne des Kerns zwischen den Rotorschlitzen oder durch die Schlitze selbst erfolgt: Während bei der dargestellten Anordnung zwischen den einzelnen Ringabschnitten in Umfangsrichtung verlaufende, aus Rippen und Schlitzen gebildete Verbindungssteilen vorgesehen sind, kann man auch radial verlaufende Verbindungsstellen der bezeichneten Art vorsehen, um ein gegenseitiges Verdrehen der Abschnitte des Halteringes zu verhindern. Derartige radiale Verbindungsstellen können zusätzlich zu den in Umfangsrichtung verlaufenden Verbindungsstellen oder aber an ihrer Stelle verwendet werden. Es liegt auf der Hand, daß die dargestellten Verbindungs- bzw. Eingriffsstellen lediglich als Ausführungsbeispiele zu betrachten sind.While in the illustrated arrangement, the channels 14 with the channels 10 are aligned, it is also possible in some arrangements in which the coils 9 form Copper strips provide radial channels. With such arrangements, the channels 14 align with the channels in the copper conductors. -You can also see that it is with many arrangements - apart from the provision for cooling the end connections - It is possible to divert part of the gas through axial channels in the actual rotor core 16 and then to flow out through radial channels, the outflow either through the teeth of the core between the rotor slots or through the slots itself takes place: While in the arrangement shown between the individual ring sections connecting parts which run in the circumferential direction and are formed from ribs and slots are provided, you can also radially extending connection points of the designated Provide kind to prevent mutual twisting of the sections of the retaining ring. Such radial connection points can in addition to those in the circumferential direction running connection points or can be used in their place. It lies It is obvious that the connection or engagement points shown are only are to be regarded as exemplary embodiments.

Claims

Claim: winding cap for high-speed dynamo-electric machine, in which the retaining ring around the end connections of the rotor winding 'consists of two or more sections each forming a complete ring, which axially abut each other with the release of coolant passages via spacer cold, characterized in that for a mutual locking the sections these in the circumferential direction in an interval from each other, arranged and having from one end surface of a portion projecting elevations (11) which engage in corresponding recesses (12) in the end face of an adjacent portion, wherein the intermediate spaces between the elevations radially through form the retaining ring extending coolant passages (13). Considered publications: German Patent Nos. 235 884, 517 435, 547 336, 578 797, 659 090; British Patent No. 164 903.