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Direkte Leiterkühlung in den Wickelköpfen der Läuferwicklung eines
Turbogenerators Die Erfindung bezieht sich auf Dynamomaschinen und insbesondere
auf eine direkte Leiterkühlung in den Wickelköpfen der Läuferwicklung eines Turbogenerators.
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Wenn man, wie es stets der Fall ist, die Leistung der bereits vorhandenen
Turbogeneratoren erhöhen will, entstehen beträchtliche Schwierigkeiten, falls die
äußeren Abmessungen dieser Maschinen vergrößert werden sollen. Solche Schwierigkeiten
bestehen in besonderem Maße beim Verladen der Maschinen und beim Transport vom Herstellungsort
zum Ort der Aufstellung, der mitunter in Übersee liegen kann.
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Hieraus folgt, daß bei gleichen Abmessungen eine erhöhte Leistung
nur durch höhere Belastung der Maschine erzielt werden kann, weswegen wiederum die
Wärmeabfuhr verbessert werden muß. Die Hauptquelle der Wärme bilden natürlich die
Stromleiter selbst; die vorliegende Erfindung befaßt sich daher mit einer Verbesserung
der Wärmeabfuhr in den Wickelköpfen.
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Es ist üblich, Stromleiter aus Kupferbändern von rechteckigem Querschnitt
herzustellen, die so übereinandergelegt sind, daß sie eine Spule bilden, wobei gewöhnlich
ein Paar solcher Bänder einen Stromleiter bildet. Für eine solche Konstruktion ist
es vorgeschlagen worden, die Leiter mittels radialer Durchlässe durch die Spule
zu belüften, die mit Auslaßöffnungen in den Seitenflächen der Spule in Verbindung
stehen, und außerdem Längsdurchlässe durch die Stromleiter vorzusehen. Bei der Herstellung
der radialen Durchlässe hat es sich als notwendig erwiesen, die einzelnen Bänder
vor dem Zusammenbau mit Öffnungen zu versehen, da es unzweckmäßig ist, die aufgebaute
Stromleiteranordnung zu durchbohren. Außerdem hat man gefunden, daß in solchen Fällen
Schwierigkeiten daraus erwachsen, daß man eine Deckung der Öffnungen in den einzelnen
Bändern sicherstellen muß. Es ist ferner vorgeschlagen worden, die Längsdurchlässe
und die seitlichen Öffnungen durch Einarbeiten von Aussparungen in aneinanderstoßenden
Flächen eines einen Stromleiter bildenden Bänderpaares zu erzeugen, so daß bei einem
Zusammenlegen der Bänder die Aussparungen zur Deckung kommen und einen Durchlaß
bilden. Es haben sich jedoch wiederum Schwierigkeiten ergeben, weil man während
des Aufbaues dafür sorgen muß, daß die Aussparungen in einem aneinanderstoßenden
Flächenpaar zur Deckung kommen und daß keine unzulässige mechanische Schwächung
eines Abschnittes der Stromleiter auftritt; es sei daran erinnert, daß solche Maschinen
bei hohen Umdrehungszahlen und daher bei starker mechanischer Beanspruchung betrieben
werden.
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Der Hauptgegenstand der Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Anordnung anzugeben, so daß die zuvor genannten Schwierigkeiten ausgeschaltet werden.
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Den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet der Rotor für einen Turbogenerator
mit einer aus einer Vielzahl von Spulen bestehenden Wicklung, von denen jede Spule
aus einem Stapel von übereinandergelegten Paaren von bandförmigen Leitern besteht;
welche radiale Durchlässe durch die frei liegenden Wicklungsköpfe hindurch aufweisen.
Diese Durchlässe besitzen ihre größte Ausdehnung in der Längsrichtung der Leiter,
so daß eine Deckung der Öffnungen in den einzelnen Bändern während des Zusammenbaues
leichter ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung sind zwischen diesen radialen Durchlässen
und den Seitenflächen der Spulen Verbindungskanäle durch Ausnehmungen in nur einem
der paarweise zusammengehörigen, bandförmigen Leiter vorgesehen. Die Ausnehmungen
sind an entgegengesetzten Seiten der Spule relativ zueinander in Längsrichtung des
Leiters versetzt angeordnet, so daß der Zusammenhang des Leitermetalls sichergestellt
ist.
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Es sei betont, daß die aneinanderliegenden Flächen der Leiter bei
einer solchen Anordnung nicht übermäßig unterbrochen sind, so daß sie sich zu einem
festen Gefüge zusammenlegen und eine mechanisch widerstandsfähige Konstruktion bilden.
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Weiter sei bemerkt, daß in solchen Anordnungen die Endwindungen der
Wicklung gewöhnlich von
einem zusammenhaltenden Ring umschlossen
sind, der aus massivem Stahl besteht und die Endwindungen der Wicklung gegen ein
Aufspreizen durch die radial wirkenden Zentrifugalkräfte sichert. Bei einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung sind abstandhaltende Blöcke zwischen die einzelnen
Spulen der Wicklung gelegt, um diese Zwischenräume abzudichten und die Strömung
eines Kühlgases durch die radialen Durchlässe in den Leitern günstiger zu lenken.
Solche Blöcke können vorteilhaft seitliche Durchlaßöffnungen haben, die den Auslaßöffnungen
der Leiter gegenübergestellt sind, und ferner Längsdurchlässe aufweisen, so daß
das Kühlgas beim Austritt aus den Leitern die Durchlässe in den abstandhaltenden
Blöcken passiert und schließlich den Rotorkern erreicht, wo es durch Längsschlitze
in den Zähnen des Kerns zwischen den Wicklungsnuten austreten kann. In einem solchen
Fall können die abstandhaltenden Blöcke aus Abschnitten bestehen, die mit ihren
Endflächen aneinanderstoßen, so daß die ganze Anordnung eine starre Konstruktion
bildet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun auf die Zeichnungen
Bezug genommen.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Stirnverbindungen
eines Rotors, in der die Abstandsteile fortgelassen sind; Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt
durch die Stirnverbindungen mit Abstandsblöcken zwischen den Spulen; Fig. 3 zeigt
eine Ansicht der Umfangsfläche der Stirnverbindungen und der Abstandsblöcke; Fig.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Abstandsblock. In Fig. 1 ist ein Eisenkern
1 des Rotors einer Maschine zu sehen, der Wicklungsnuten 2 aufweist, die durch Keile
3 in der üblichen Weise geschlossen sind. Die dazwischenliegenden Zähne sind mit
Längskanälen 4 versehen, deren Umfangsflächen durch Keile 5 geschlossen sind. Jeder
Leiter wird aus einem Paar von Bändern gebildet, d. h. einem oberen Band 6 und einem
unteren Band 7. Bei dieser Konstruktion sind sieben Leiter zu sehen, von denen jeder
aus einem Paar Metallbänder besteht. Die einzelnen Leiter sind durch Isolationsschichten
8 getrennt. Durch die Wicklung hindurch sind radiale Kanäle 9 zur Belüftung vorgesehen,
die durch_ gestrichelte Linien 9 angedeutet sind. Diese Kanäle erstrecken sich von
der Innenfläche nach außen durch sämtliche Leiter hindurch, jedoch nicht durch den
obersten Leiter, also nicht durch den Leiter, der in radialer Richtung zuoberst
liegt (s.Fig. 1). Es sei bemerkt, daß die radiale Kanäle 9 in Längsrichtung der
Leiter erweitert sind. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die Deckung der
Kanäle in den einzelnen Bändern beim Aufbau einer Spulenwicklung erleichtert werden
soll. Es wird darauf hingewiesen, daß die Öffnungen in die einzelnen Bänder vor
dem Zusammenbau der Spulenwicklung hineingestanzt werden müssen. Durch eine Erweiterung
der Kanäle kann man erreichen, daß die Öffnungen sich nach dem Zusammenbau decken.
Bei der gezeigten Anordnung sind Auslaßöffnungen in dem unteren Band 7 des obersten
Leiters angebracht. Diese Auslaßöffnungen sind als Ausnehmungen 10 und 11 ausgebildet,
von denen die Ausnehmungen 10 eine Verbindung zwischen den Enden der Durchlässe
9 und der Stirnfläche der Leiter herstellen, wie dies aus der Figur zu ersehen ist,
während die Ausnehmungen 11 eine Auslaßöffnung zwischen dem Kanal 9 und der rückseitigen
Fläche der Spule bilden, wie ebenfalls aus der Figur zu ersehen ist. Das oberste
Band 6 ist zusammenhängend und nicht mit Öffnungen versehen, so daß es die Enden
der Ausnehmungen 10 und 11 abdeckt. Es sei bemerkt, daß zwar in der gezeigten Anordnung
die Auslaßöffnungen, welche durch die Ausnehmungen 10 und 11 gebildet werden, nur
in dem unteren Band des obersten Leiters vorgesehen sind. Es ist jedoch klar, daß
sie auch in anderen Leitern, z. B. in versetzter Anordnung längs der Spulen angebracht
werden können, so daß die einzelnen Kanäle 9 sich durch verschiedene Leiter hindurch
entleeren können. Obwohl sich jeder Kanal in der Anordnung durch zwei Ausnehmungen
10 und eine einzige Ausnehmung 11 entleert, ist dies durchaus nicht stets der Fall,
da auch eine andere geeignete Kombination von Ausnehmungen auf den beiden Stirnflächen
verwendet werden kann.
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Wie bereits erwähnt, besteht eine weitere Ausführungsform der Erfindung
darin, daß die Räume zwischen den Spulen, d. h. zwischen den Spulen A und
B
und zwischen den Spulen B und C usf., ausgefüllt werden.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen, wie die abstandhaltenden Blöcke 12 zwischen
den einzelnen Spulen eingelegt werden können. Ferner ist zu erkennen, daß eine Wicklungskappe
13 die Spulenanordnung umschließt und durch einen Stützring 14 und einen Haltering
15 in dieser Lage gehalten wird. Die abstandhaltenden Blöcke 12 bestehen aus einzelnen
Abschnitten und sind so angeordnet, daß sie die Räume zwischen den Spulen A, B und
C usf. vollständig ausfüllen. Es sei bemerkt, daß das auf diese Weise mit Hilfe
des am Rotor befestigten Ventilators (nicht gezeigt) in axialer Richtung hineingedrückte
Gas durch Öffnungen 16 in den Stützring 14 und dann längs des Raumes 17 zwischen
den Innenflächen der Wicklung und der Welle 18 hindurchtritt. Von hier aus wird
es durch die radialen Kanäle 9 in den Leitern geleitet und strömt schließlich durch
die Ausnehmungen 10 und 11 an den beiden Seiten des Leiters in Aussparungen 19 hinein,
die in den Seitenflächen der Abstandsblöcke 12 vorgesehen sind und dort Gasräume
bilden. Diese Aussparungen 19 sind längs der beiden Seiten der Blöcke verteilt,
so daß diejenigen auf der einen Seite mit den Ausnehmungen 10 der Spule und die
auf der anderen Seite mit den Ausnehmungen 11 der nächsten Spule in Verbindung stehen.
Die Aussparungen 19 sind durch Kanäle 20 verbunden (Fig. 4), so daß das aus den
Leitern in die Abstandsblöcke austretende Gas längs der Kanäle in den Abstandsblöcken
geführt wird, bis es gelegentlich die Stirnfläche des Rotorkerns erreicht. Von hier
aus tritt es in die Kanäle 4 in den Zähnen des Rotorkerns ein, von welchen es in
den Umfangsraum des Rotors, d. h. in den Luftspalt der Maschine; durch radiale Austrittsöffnungen
26 ausströmt.
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Wie oben erwähnt, bestehen die Abstandsblöcke aus einzelnen Abschnitten.
Die Trennlinie verläuft an der Linie 21 entlang (Fig. 4). Ferner sei bemerkt, daß
die die gebogenenTeile der Spulen trennenden Blöcke, wie z. B. die Blöcke 12a in
Fig. 3, so geformt sind, daß sie sich der Krümmung der Spulen anpassen. In einigen
Fällen will man einen verstärkten Kühlgasstrom durch die Kanäle in den Abstandsblöcken
hindurchdrücken. Zu diesem Zweck können zusätzliche Durchlässe 23 zwischen dem Raum
17 und den Aussparungen 19 in den Abstandsblöcken vorgesehen sein: Während die oben
beschriebene Anordnung nur einer Kühlung der frei liegenden Stirnverbindungen der
Spulenwieklung dient, müssen noch zusätzliche Mittel zur Kühlung der eingebetteten
Teile der Wicklung
vorgesehen sein. Dies wird, wie an sich bekannt
ist, dadurch bewirkt, daß Gas aus dem Raum 17 längs tieferer Schlitze 24 (Fig. 2)
geleitet wird, von wo es über radiale Kanäle durch die eingebetteten Leiter strömt
und durch Öffnungen 25 (Fig. 1) in den Nutkeilen 3 austritt.