DE1036370B

DE1036370B - Innen gekuehlte Rotorleiter dynamoelektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE1036370B
Application number: DEM25741A
Authority: DE
Inventors: Joseph Tudge
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1954-01-19
Filing date: 1955-01-10
Publication date: 1958-08-14
Also published as: CH328218A

Description

Innen gekühlte Rotorleiter dynamoelektrischer Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf innen gekühlte Rotorleiter dynamoelektrischer Maschinen und läßt sich insbesondere bei großen Turbowechselstromerzeugern anwenden.
Es ist bekannt, daß eine der Haupteinflußgrößen, welche die Leistungsabgabe einer großen dynamoelektrischen Machine, z. B. eines Turbowechselstromerzeugers, begrenzen, der Temperaturanstieg ist. Dieser hinwiederum hängt von der Wärmeverteilung ab, wobei der die Grenze setzende Temperaturanstieg natürlich der Temperaturanstieg irgend eines Einzelteiles bzw. Bestandteiles ist.
Um die Rotorleiter von dynamoelektrischen Maschinen wirksam zu kühlen, ist es bekannt, die Leiter hohl auszubilden und ein Gas, z. B. Luft oder Wasserstoff, durch die hohlen Leiter zu schicken.
Es ist weiterhin bereits bekannt, in den freien Stirnverbindungen und den eingebetteten Wicklungsteilen der Rotorleiter eine getrennte Kühlung vorzunehmen. Bei dieser bekannten Anordnung sind Austrittsöffnungen für das in den Stirnverbindungen strömende Kühlgas vorgesehen, die entfernt von den eingebetteten Wicklungsteilen, in den sich in Umfangsrichtung erstreckenden Teilen der Endwindungen gelegen sind. Die Strömungsrichtungen der Gasströme in den eingebetteten Wicklungsteilen und den Stirnverbindungen sind einander entgegengesetzt, und es sind entsprechende Trennwände unterhalb der Stirnverbindungen vorgesehen, welche die ein- und austretenden Gasströme trennen und die Austrittsöffnungen in den Stirnverbindungen gegenüber dem hohen Gasdruck in der Gaseintrittskammer abteilen.
Es ist Aufgabe der Erfindung bei dynamoelektrischen Maschinen mit Stator und einem gewickelten Rotor mit Längskühlkanälen in den innengekühlten Rotorleitern und einer getrennten Kühlung von freien Stirnverbindungen und eingebetteten Wicklungsteilen, die Kühlgasführung in einfacher und nichtsdestoweniger ebenso wirksamen Weise vorzunehmen, als es bei den bekannten Anordnungen möglich ist.
Die Kühlgasführung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasströme in den Stirnverbindungen und den eingebetteten Leitern unmittelbar aus diesen in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ausströmen und durch im Endbereich des Rotorkernes vorgesehene Verschlußstücke in den Längskanälen voneinander getrennt sind.
Vorteilhafterweise können - wie von Anordnungen ohne Trennung der Kühlgasströme her an sich bekannt - die Stirnverbindungen axial gerichtete ; Eintrittsöffnungen für das Kühlgas aufweisen und in dem nahe dem Ende des Rotorkerns gelegenen Teil der eingebetteten Wicklungsteile radiale; in den Luftspalt führende Austrittsöffnungen für den Austritt des Kühlgases aus den Stirnverbindungen vorgesehen sein.
Außerdem kann der Rotor axial verlaufende Hilfsnuten aufweisen, die das Kühlgas von Eintrittsöffnungen an der Stirnseite des Rotors zu in den eingebetteten Wicklungsteilen vorgesehenen, sich radial erstreckenden Eintrittsöffnungen leiten, wobei radial zum Umfang führende Austrittsöffnungen vorgesehen sind.
Für die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 wird Schutz nur im Zusammenhang mit Anspruch 1 begehrt.
Die radialen Öffnungen in den eingebetteten Teilen der Wicklungen können abgestuft ausgebildet sein, damit sie eine gewünschte Verteilung des Gasstromes ergeben.
Die einzelnen Leiter können zweckmäßigerweise jeweils aus einem Paar von übereinandergelegten Bändern hergestellt sein, welche längs ihrer Berührungsfläche ausgekehlt bzw. mit einer Nut versehen sind, so daß sie aufeinandergelegt einen inneren Kanal bilden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 ist eine bildliche Darstellung, welche schematisch die Grundidee der Erfindung zeigt, und Fig. 2 bis 4 sind vergrößerte Schnitte einer Wicklung längs der Linien II-II, III-III und IV-IV der Fig. 1. In der Zeichnung deutet die Bezugsziffer 1 den Rotorkern eines Turbowechselstromerzeugers an. 2 sind Keile, welche die Nutöffnungen am Rotorumfang verschließen. In der Zeichnung sind zwei Nuten dargestellt, zwischen denen sich ein Kernzahn 3 befindet. Durch jede Nut erstreckt sich eine Wicklung 4, wobei jede Wicklung mehrere aufeinandergelegte und voneinander isolierte Leiter umfaßt. Bei der gezeigten Anordnung umfaßt jeder Leiter ein oberes Band 5, das auf ein unteres Band 6 gelegt ist, wobei die oberen Bänder 5 längs ihrer Unterseite, die unteren Bänder 6 dagegen an ihrer Oberseite einander entsprechende Nuten aufweisen, so daß die Nuten der beiden aufeinandergelegten Bänder sich einander decken und Längskanäle 7 bilden. Diese Kanäle erstrecken sich über die ganze Länge der Leiter.
Bei innerer Kühlung von Leitern sind zwei Haupteinflußgrößen zu berücksichtigen. Einmal besteht die Aufgabe, die freien Endwindungen zu kühlen, beispielsweise die in der Zeichnung dargestellte Endwindung 8, und dann besteht noch die Aufgabe, diejenigen Teile der Leiter zu kühlen, welche sich durch die Nuten im Korn hindurch erstrecken.
Gemäß der Erfindung sind die äußeren Oberflächen der Endwindungen in üblicher Weise durch Luftströmung über diese Oberflächen gekühlt, während das Innere der Leiter zusätzlich durch Kühlgas gekühlt wird, das durch sich axial erstreckende Öffnungen 9 an den Seitenflächen der Wicklungen eintritt, während die in den Kernnuten gelegenen Leiterabschnitte durch sich radial erstreckende Kanäle 10 mit Kühlgas gespeist werden, das von unter den Wicklungsnuten liegenden Hilfsnuten 11 her eingeführt wird. Das Gas tritt somit durch die Öffnungen 9 ein und fließt dann durch die Längskanäle 7 zu den Kernnuten hin, von wo aus es durch zwei Öffnungen 12 austritt, die sich durch die Keile 2 hindurch radial nach außen zum Rotorumfang erstrecken. Jenseits der radialen Austrittsöffnungen 12 sind in den Längskanälen Verschlußstücke 13 vorgesehen, die verhindern, daß das Kühlgas aus den Endwindungen längs der Nuten weiterströmt.
Auf diese Weise ist die Belüftung der eingebetteten Wicklungsteile gänzlich unabhängig von der der Wicklungsenden, und es können verschiedene Ansaugeinrichtungen angewendet werden.
Wie oben erwähnt, sind die Leiterabschnitte innerhalb der Nuten, d. h. in Fig. 1 rechts von den Verschlußstücken 13, mit Kühlgas über eine Hilfsnut 11 gespeist, die sich axial unter jeder Wicklungsnut erstreckt. An jedem Ende 14 einer Hilfsnut tritt Kühlgas ein und fließt aus der Hilfsnut radial nach außen, d. h. in der Zeichnung nach oben, durch die Öffnungen 10 hindurch, welche sich radial bzw. nach oben bis zum letzten Leiterkanal, jedoch nicht bis zum Umfang erstrecken. Die Öffnungen 10 sind in gleichmäßigen Abständen über den Rotor verteilt, und zwischen je zwei Öffnungen 10 befindet sich eine Austrittsöffnung 15, welche sich in ähnlicher Weise wie die Öffnungen 12 am Ende des Rotors bis zum Rotorumfang erstreckt. Somit strömt Kühlgas aus den Hilfsnuten 11 durch die Öffnungen 10, sodann längs der Leiterkanäle und tritt schließlich durch die Öffnungen 15 aus. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Anordnung alle Teile der Rotorwicklung einer Kühlung unterworfen sind und die Möglichkeit von örtlichen Wärmestauungen im wesentlichen vermieden ist.
Erforderlichenfalls können die Öffnungen 10 und ebenso die Öffnungen 15 abgestuft sein, damit sie eine angestrebte Verteilung des Gasstromes bewirken.
Während in der dargestellten Anordnung das Gas aus den Endwindungen durch die zwei Öffnungen 12 in den Nuten austritt, können genau so gegebenenfalls natürlich mehr als zwei Öffnungen oder nur eine einzige Öffnung verwendet sein.
Die Verschlußstücke 13 können sich quer durch den Kanal erstreckende Isolierstücke sein oder wahlweise aus leitendem Material bestehen und beispielsweise aus dem Material der Leiter selber gebildet sein, indem ein kurzer Abschnitt des Kanals weggelassen ist.
Während bei der dargestellten Anordnung die Längskanäle im Innern der Leiter ausgebildet sind, können natürlich auch andere Anordnungen angewendet werden. Beispielsweise könnten die Längskanäle in die Außenfläche bzw. Außenflächen der Leiter eingeformt und durch eine sich über die Oberkante des Kanals erstreckende Isolation verschlossen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Dynamoelektrische Maschine mit einem Stator und einem gewickelten Rotor mit Längskühlkanälen in den innen gekühlten Rotorleitern und einer getrennten Kühlung von freien Stirnverbindungen und eingebetteten Wicklungsteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgasströme in den Stirnverbindungen und den eingebetteten Leitern unmittelbar aus diesen in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ausströmen und durch im Endbereich des Rotorkerns vorgesehene Verschlußstücke (13) in den Längskanälen (7) voneinander getrennt sind.
2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverbindungen axial gerichtete Eintrittsöffnungen (9) für das Kühlgas aufweisen und in dein nahe dem Ende des Rotorkerns gelegenen Teil der eingebetteten Wicklungsteile radiale, in den Luftspalt führende Austrittsöffnungen (12) für den Austritt des Kühlgases aus den Stirnverbindungen vorgesehen sind.
3. Dynamoelektrische :Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß der Rotor axial verlaufende Hilfsnuten (11) aufweist, die das Kühlgas von Eintrittsöffnungen (14) an der Stirnseite des Rotors zu in den eingebetteten Wicklungsteilen vorgesehene, sich radial erstreckende Eintrittsöffnungen (10) leiten, und radial zum Umfang des Rotors führende Austrittsöffnungen (15) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 309421; französische Patentschrift Nr. 895 448; USA.-Patentschriften Nr. 2 653 255, 2 664 512; »The Engineer«, 1952, S. 528.