Kühlanordnung für die mit Hohlleitern ausgerüstete Erregerwicklung
von Turbogeneratoren Bei Turbogeneratoren großer Leistung werden die Leiter der
Erregerwicklung des Läufers als Hohlleiter ausgeführt, und das Kühlmittel (insbesondere
Wasserstoff) wird durch den Innenraum dieser Hohlleiter hindurchgepreßt. Der Eintritt
des Kühlmittels in die Läuferwicklung erfolgt in den meisten Fällen von beiden Stirnseiten
her durch Hochdrucklüfter, die das Kühlmittel unter die Kappen drücken, von wo es
dann durch Eintrittsöffnungen an den Wickelköpfen in die Hohlleiter eintritt und
längs des Läuferballens entweder durch Öffnungen an den Nutenverschlußkeilen oder
an den Seiten der Erregerwindungen durch die Zähne zwischen den Nuten in den Luftspalt
austritt. Alle diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß das Kühlmittel beim
Austritt aus dem Leiter die Leiterisolation entweder an der Nutwandung oder von
Leiter zu Leiter in der Nut durchbrechen muß, wodurch die Isolationsfestigkeit der
gesamten Erregerwicklung geschwächt wird, da dann zwischen dem Läufereisen und dem
in geringem Abstand befindlichen Erregerkupfer oder zwischen zwei Windungen des
Erregerkupfers nur der schmale Querschnitt des Isolationsmaterials als Oberflächenwiderstand
an den Durchbruchstellen vorhanden ist.Cooling arrangement for the excitation winding equipped with waveguides
of turbo-generators With turbo-generators of high power, the conductors of the
The rotor's excitation winding is designed as a waveguide, and the coolant (in particular
Hydrogen) is pressed through the interior of this waveguide. The entry
of the coolant into the rotor winding occurs in most cases from both ends
by high-pressure fans that push the coolant under the caps, from where it is
then enters the waveguide through inlet openings on the end windings and
along the ball of the rotor either through openings on the slot wedges or
on the sides of the excitation coils through the teeth between the grooves into the air gap
exit. However, all of these arrangements have the disadvantage that the coolant when
The conductor insulation emerges from the conductor either on the groove wall or from
Conductor to conductor must break through in the groove, reducing the insulation strength of the
entire excitation winding is weakened, because then between the rotor iron and the
excitation copper located at a short distance or between two turns of the
Excitation copper only the narrow cross-section of the insulation material as surface resistance
is present at the breakout points.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es auch bei einer an
sich eine Niederspannungswicklung darstellenden Erregerwicklung eines Turbogenerators
mit direkter Leiterkühlung darauf ankommt, daß eine Unterbrechung der durchgehenden
Isolation, wie sie bei den bekannten Anordnungen notwendig ist, vermieden werden
muß. Infolge der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels besteht nämlich
die Gefahr, daß die Isolation beschädigt wird, so daß ein zeitraubendes und kostspieliges
Nachtarieren des Turboläufers erforderlich wird. Außerdem setzen sich Fremdkörper
und Schmutzteile an diesen Öffnungen ab, die schließlich die Isolation leitend überbrücken.The invention is based on the knowledge that there is also a
an excitation winding of a turbo generator representing a low-voltage winding
with direct conductor cooling it is important that an interruption of the continuous
Isolation, as is necessary in the known arrangements, can be avoided
got to. As a result of the high flow rate of the coolant there is namely
the risk that the insulation is damaged, so that a time-consuming and costly
Subsequent taring of the turbo runner is required. In addition, foreign bodies settle
and debris from these openings, which eventually bridge the insulation in a conductive manner.
Diese Schwierigkeiten umgeht die Erfindung dadurch, daß sowohl die
Eintritts- als auch die Austrittsöffnungen der innerhalb der Wicklungsisolation
verlaufenden, im Läuferballen durchgehenden Kühlkanäle jeweils an den stirnseitigen
Enden der Hohlleiter der Wicklungsstäbe und/oder an den in Umfangsrichtung der Maschine
verlaufenden Teilen der Wickelkopfhohlleiter angebracht werden. Um bei dieser Anordnung
eine ungleiche Erwärmung des Turboläufers zu vermeiden, sieht die Erfindung weiter
vor, die Kühlkanäle der Hohlleiter aufeinanderfolgender Nuten nach dem an sich bekannten
Gegenstromprinzip zu belüften. Die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen der Hohlleiter
aufeinanderfolgender Nuten liegen also auf verschiedenen Stirnseiten des Turboläufers.
Durch die vorgesehene Belüftung nach dem Gegenstromprinzip wird erreicht, daß der
zwischen den Nuten befindliche Läuferzahn die Temperaturerhöhung in der einen Nut,
die durch das relativ warm abströmende Kühlmittel verursacht wird, durch Übertragung
dieser Wärme auf die benachbarte Nut, in der frisches kaltes Kühlmittel strömt,
weitgehend ausgleicht.The invention circumvents these difficulties in that both the
Inlet and outlet openings within the winding insulation
running cooling channels running through the ball of the runner, each at the end face
Ends of the waveguides of the winding bars and / or on the circumferential direction of the machine
extending parts of the winding head waveguide are attached. To with this arrangement
To avoid uneven heating of the turbo runner, the invention provides further
before, the cooling channels of the waveguide successive grooves according to the known
To ventilate countercurrent principle. The entry and exit openings of the waveguide
successive grooves are therefore on different end faces of the turbo rotor.
The provided ventilation according to the countercurrent principle ensures that the
the rotor tooth located between the grooves the temperature increase in one groove,
caused by the coolant flowing off relatively warm, by transmission
this heat to the neighboring groove, in which fresh cold coolant flows,
largely offsets.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele der
Zeichnung näher erläutert. Zunächst zeigt Fig. 1 den Querschnitt eines Turboläufers,
wobei die Erregerwicklung für Jeden Magnetpol in, vier benachbarten Nuten untergebracht
ist; Fig. 2 zeigt die Anordnung der Hohlleiter in diesen Nuten, Fig. 3 eine Draufsicht
auf die Anordnung des Wickelkopfes der Erregerwicklung mit den am Wickelkopf angeordneten
Ein- und Austrittsöffnungen für das Kühlmittel; Fig. 4 zeigt einen axialen- Schnitt
an dem Wickelkopf der Fig. 3 und den anschließenden Teilen des Läufers und der Welle,
und Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Teile 26, 27 der Fig. 4.
Wie
aus Fig. 2 zu ersehen, sind die Hohlleiter dadurch hergestellt, daß zwei benachbarte,
voneinander nicht isolierte Nutleiter 1 und 2 einander zugekehrte, in Richtung der
Leiter verlaufende muldenförmige Ausnehmungen besitzen, wodurch ein gemeinsamer
kanalförmiger Hohlraum 3 geschaffen wird. Die beiden Leiter 1 und 2 sind ringsherum
von Isolationsmaterial umgeben, wobei das an die Nutwandung angrenzende Isolationsmaterial
in erster Linie aus dem Nutkasten besteht, während die Isolation zwischen zwei Hohlleitern
durch eingelegte Streifen oder auch durch die Umwicklung der beiden Teile 1 und
2 eines Hohlleiters gebildet sein kann. Fig. 3 zeigt nun die Draufsicht auf den
Wickelkopf, in den die einzelnen Hohlleiter rechts von der die Stirnseite des Läuferballens
andeutenden strichpunktierten Linie eintreten. Wie aus Fig. 4 und 2 ersichtlich,
sind je Nut sechs Hohlleiter übereinander angeordnet, die im Wickelkopf in axialer
Richtung durch größere, vom Kühlgas ausgefüllte Zwischenräume voneinander getrennt
sind. Die einzelnen Hohlleiter besitzen im Wickelkopf mehrere seitliche Öffnungen
4, durch die das Kühlmittel ein- oder austreten kann. Diese seitlichen Öffnungen
sind nur an den Teilen der Wickelkopfleiter angebracht, die in der Umfangsrichtung
verlaufen, da hier die Abstände zwischen den verschiedenen Nuten zugeordneten benachbarten
Hohlleitern am größten sind, so daß das Kühlmittel in diesen Abstandsräumen (in
Fig. 4 mit A für den Kühlmittelaustritt und E für den Kühlmitteleintritt bezeichnet)
ohne größeren Druckverlust zu den einzelnen Öffnungen 4 gelangen und in diese ein-
oder austreten kann. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, tritt das Kühlmittel
an den Stirnverbindungshohlleitern 11 und 13 in diese ein, während es in den dazwischengeschalteten
Stirnverbindungsbügeln 12 und 14 aus den Hohlleitern austritt. Dementsprechend ergeben
sich, wie aus den eingezeichneten Pfeilen der Fig. 3 zu ersehen ist, an den benachbarten
Nuten entgegengesetzte Strömungsrichtungen für das Kühlmittel.In the following, the invention is based on the embodiments of the
Drawing explained in more detail. First, Fig. 1 shows the cross section of a turbo runner,
The excitation winding for each magnetic pole is housed in four adjacent slots
is; Fig. 2 shows the arrangement of the waveguides in these grooves, Fig. 3 shows a plan view
on the arrangement of the end winding of the excitation winding with those arranged on the end winding
Inlet and outlet openings for the coolant; Fig. 4 shows an axial section
on the winding head of Fig. 3 and the subsequent parts of the rotor and the shaft,
and FIG. 5 shows a plan view of the parts 26, 27 of FIG. 4.
As
can be seen from Fig. 2, the waveguides are made in that two adjacent,
Groove conductors 1 and 2, which are not isolated from one another, face one another, in the direction of
Head running trough-shaped recesses, creating a common
channel-shaped cavity 3 is created. The two conductors 1 and 2 are all around
surrounded by insulation material, the insulation material adjoining the groove wall
consists primarily of the slot box, while the insulation between two waveguides
by inserted strips or by wrapping the two parts 1 and
2 of a waveguide can be formed. Fig. 3 now shows the plan view of the
Winding head in which the individual waveguides are to the right of the face of the rotor ball
indicated by the dash-dotted line. As can be seen from Fig. 4 and 2,
six waveguides are arranged one on top of the other for each slot, the ones in the end winding in axial
Direction separated from each other by larger spaces filled with cooling gas
are. The individual waveguides have several lateral openings in the end winding
4 through which the coolant can enter or exit. These side openings
are only attached to the parts of the end-winding conductors that are in the circumferential direction
run, since here the distances between the various adjacent grooves assigned
Waveguides are largest, so that the coolant in these spaces (in
Fig. 4 with A for the coolant outlet and E for the coolant inlet)
get to the individual openings 4 without any major pressure loss and enter them
or can exit. As can be seen from FIGS. 3 and 4, the coolant occurs
at the end connection waveguides 11 and 13 in this one, while it is in the interposed
End connecting brackets 12 and 14 emerge from the waveguides. Accordingly, surrender
as can be seen from the arrows shown in FIG. 3, to the neighboring ones
Grooves opposite flow directions for the coolant.
Für die Zuleitung des Kühlmittels sind an den äußeren Stirnseiten
der Läuferkappen 15 abschließende Stirnplatten 16 vorgesehen, die die Welle 17 mit
einer Ringöffnung 18 umschließen. Durch diese Ringöffnung tritt das Kühlmittel unter
die Läuferkappe. Zu diesem Zwecke befindet sich auf der Welle ein zweistufiger Kompressor
mit den beiden schematisch angedeuteten umlaufenden Teilen 19 und 20 und dem Leitapparat
21. Dieser Kompressor preßt das Kühlmittel über ein die Welle umschließendes Verbindungsrohr
22 in den Ringraum 18, von wo es gemäß den eingezeichneten Pfeilen zu der inneren
Mantelfläche des Wickelkopfes gelangt und dort durch freie Öffnungen 23 und 24 in
radialer Richtung nach außen umbiegt und zu den Eintrittsöffnungen 4 an den einzelnen
Hohlleitern gelangt.For the supply of the coolant are on the outer end faces
the rotor caps 15 final end plates 16 are provided which the shaft 17 with
enclose a ring opening 18. The coolant enters through this ring opening
the runner cap. For this purpose there is a two-stage compressor on the shaft
with the two circumferential parts 19 and 20 indicated schematically and the diffuser
21. This compressor presses the coolant through a connecting pipe surrounding the shaft
22 in the annular space 18, from where it is according to the arrows shown to the inner
The outer surface of the winding head reaches and there through free openings 23 and 24 in
radial direction bent outwards and to the inlet openings 4 on the individual
Waveguides arrives.
Das den Läuferballen verlassende, in den Wickelkopf eintretende Kühlmittel
gelangt von den Austrittsöffnungen an den Hohlleitern ebenfalls zunächst in die
Zwischenräume A zwischen den einzelnen Hohlleiterbügeln 13 und 14 bzw. 11 und 12.
Von hier strömt es in radialer Richtung zu Öffnungen 25 in der Läuferkappe 15 und
gelangt durch diese in den Raum außerhalb der Wickelkappe. Diese Öffnungen 25 sind
in bekannter Weise als radiale Bohrungen an der Wickelkappe angebracht.The coolant leaving the rotor ball and entering the winding head
also first enters the from the outlet openings on the waveguides
Interstices A between the individual waveguide brackets 13 and 14 or 11 and 12.
From here it flows in the radial direction to openings 25 in the rotor cap 15 and
passes through this into the space outside the winding cap. These openings 25 are
attached in a known manner as radial bores on the winding cap.
Damit sich die Austrittsströmung des Kühlmittels und die in den Wickelkopf
eintretende Strömung unter dem Wickelkopf nicht gegenseitig hindern, sind die von
den beiden Kühlströmen erfüllten Räume voneinander getrennt. Zu diesem Zweck sind
an der inneren Mantelfläche der Wickelköpfe aus Isolationsmaterial bestehende Abdeckplatten
26 und 27 vorgesehen, die den Grundriß gemäß Fig. 5 aufweisen und die die Austrittsräume
A nach der Welle zu abschließen, so daß das aus den Hohlleitern austretende Kühlmittel
nur noch durch die Bohrungen 25 in der Läuferkappe nach außen fließen kann. Wie
aus Fig. 5 ersichtlich, lassen diese Abdeckplatten an der inneren Mantelfläche des
Wickelkopfes die in der Umfangsrichtung verlaufenden Öffnungen 23 und 24 frei, durch
die -wie bereits erwähnt - das zuströmende Kühlmittel in die Eintrittsräume E gelangt.
Gemäß Fig. 5 besitzen die Abdeckplatten 26 und 27 U-förmigen Grundriß und schließen
den gesamten Zwischenraum zwischen zwei benachbarten und verschiedenen Nuten angehörtgen
Wickelkopfleitern unterhalb des Wickelkopfes ab. Die Abdeckplatten können zu ihrer
Befestigung z. B. nach der Welle zu mit Ansätzen versehen sein, über die sie sich
auf der Welle abstützen.So that the outlet flow of the coolant and that into the end winding
flow entering under the end winding do not prevent each other, are those of
the two cooling streams filled spaces separated from each other. To this end are
Cover plates made of insulating material on the inner circumferential surface of the end windings
26 and 27 are provided, which have the plan according to FIG. 5 and which the exit spaces
A to complete the shaft, so that the coolant escaping from the waveguides
can only flow to the outside through the bores 25 in the rotor cap. As
from Fig. 5 can be seen, these cover plates on the inner surface of the
The winding head running in the circumferential direction openings 23 and 24 freely through
which - as already mentioned - the inflowing coolant reaches the inlet spaces E.
According to FIG. 5, the cover plates 26 and 27 have a U-shaped plan and close
belonged to the entire space between two adjacent and different grooves
Winding head ladders from below the winding head. The cover plates can be attached to their
Attachment z. B. after the wave to be provided with approaches over which they are
support on the shaft.
Wie schon erwähnt, liegt der Vorteil der neuen Anordnung insbesondere
darin, daß innerhalb des Ballens an keiner Stelle der Wicklung die Isolation für
die Lüftung durchbrochen wird. Außerdem erfolgt der Einbau der Nutisolation (Isolierkästen)
in genau gleicher Weise wie bei der normalen Ausführung, wobei die Nutenkästen über
ihre ganze Länge und Nutenhöhe unter vollem Preßdruck stehen, so daß an keiner Stelle
eine Verformung des Nutenkastens möglich ist.As already mentioned, the advantage of the new arrangement lies in particular
in the fact that within the bale there is no insulation for at any point in the winding
the ventilation is broken. In addition, the slot insulation is installed (insulating boxes)
in exactly the same way as in the normal version, with the slot boxes above
their entire length and groove height are under full pressure, so that at no point
deformation of the slot box is possible.