DE1178503B

DE1178503B - Liquid-tight, cylindrical closure of the liquid-cooled runner of an electrical machine

Info

Publication number: DE1178503B
Application number: DEG33591A
Authority: DE
Inventors: Bernard Marion Cain
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-11-15
Filing date: 1961-11-15
Publication date: 1964-09-24

Description

Flüssigkeitsdichter, zylindrischer Abschluß des flüssigkeitsgekühlten Läufers einer elektrischen Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit direkt gekühlten Wicklungen, insbesondere auf den Läufer einer solchen Maschine, dessen Wicklung ebenfalls unmittelbar mit einer Kühlflüssigkeit in Berührung steht und der bei hohen Drehzahlen arbeiten soll.Liquid-tight, cylindrical closure of the liquid-cooled Runner of an electrical machine The invention relates to an electrical Machine with directly cooled windings, especially on the rotor of such Machine whose winding is also in direct contact with a coolant and which should work at high speeds.

Die Leistung einer großen elektrischen Maschine, beispielsweise eines Turbogenerators, wird durch die Ampere-Windungszahl begrenzt, die in der rotierenden Erregerwicklung untergebracht werden kann. Wenn der dieser Erregerwicklung zugeführte Strom erhöht wird, um so die Ampere-Windungszahl zu steigern, so nehmen die Ohmschen Verluste mit dem Quadrat des Stromes zu. Damit die dabei entstehende Temperaturerhöhung eine zulässige Grenze nicht überschreitet, muß der Läufer gekühlt werden.The power of a large electrical machine, such as one Turbo generator, is limited by the number of ampere turns that are in the rotating Excitation winding can be accommodated. If the supplied to this excitation winding Current is increased in order to increase the number of ampere turns, so take the ohmic Losses with the square of the current. With it the resulting temperature increase does not exceed a permissible limit, the rotor must be cooled.

Es ist bereits bekannt, die Rotorwicklung einer dynamoelektrischen Maschine dadurch zu kühlen, daß man sie zusammen mit den Wickelköpfen mit einem dichten Mantel umschließt und den Mantel mit einer Kühlflüssigkeit flutet.It is already known that the rotor winding of a dynamoelectric To cool the machine by having it together with the winding heads with a encloses tight jacket and floods the jacket with a cooling liquid.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Mantel aus zwei zylindrischen, konzentrischen Teilen zu gestalten, deren innerer relativ dünn, aber flüssigkeitsdicht ist und deren äußerer aus relativ dicken Ringen aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, die den inneren Mantelteil über seine ganze Länge umgeben und die so stark sind, daß sie die auf den inneren Mantelteil wirkenden Fliehkräfte der Kühlflüssigkeit und der Leiterstäbe aufnehmen. Dabei kann man sogar die üblichen Nutenverschlußkeile einsparen.It has also been suggested that the jacket be made up of two cylindrical, Design concentric parts, the interior of which is relatively thin, but impermeable to liquids is and the outer one of relatively thick rings made of non-magnetic material which surround the inner jacket part over its entire length and which are so strong are that they act on the inner shell part of the centrifugal forces of the cooling liquid and pick up the ladder bars. You can even use the usual slot wedges save on.

Bei Rotoren mit sehr großen Durchmessern kann das aber dazu führen, daß die mit den Fliehkräften der Kühlflüssigkeit und der Leiterstäbe belasteten äußeren Ringe des Mantels unverhältnismäßig dick ausgeführt werden müssen, wenn sie den Belastungen standhalten sollen.In the case of rotors with very large diameters, however, this can lead to that the burdened with the centrifugal forces of the coolant and the conductor bars outer rings of the jacket must be made disproportionately thick, if they should withstand the loads.

Außerdem treten bei den zusätzlich mit der Kühlflüssigkeit belasteten, an die Stelle der sonst üblichen Wickelkopfkappen getretenen Endringe des Mantels statische und dynamische Schwierigkeiten auf.In addition, with the additionally loaded with the coolant, instead of the otherwise usual winding head caps, the end rings of the jacket static and dynamic difficulties arise.

Aufgabe der Erfindung ist es, die äußeren Ringe des Mantels von einem Teil der auftretenden Fliehkräfte zu entlasten und den Anteil der Fliehkräfte, der von den die Wickelkopfräume umschließenden Endringen selbst hervorgerufen wird, zu verringern.The object of the invention is the outer rings of the jacket of a Part of the occurring centrifugal forces to relieve and the part of the centrifugal forces that is caused by the end rings surrounding the winding head spaces themselves, to reduce.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Mantel von den Fliehkräften der Wicklungsleiter in bekannter Weise durch Nutenverschlußkeile entlastet wird und daß der innere Teil des Mantels kurz vor dem Ende des Rotorballens endet und mit einem abgestuften Zylinder verschweißt ist, der es ermöglicht, den Innendurchmesser der um die Wickelkopfräume angeordneten äußeren Mantelringe um die Stärke zweier Nutenverschlußkeile zu verringern.The invention solves this problem in that the jacket from the centrifugal forces the winding conductor is relieved in a known manner by slot wedges and that the inner part of the jacket ends shortly before the end of the rotor body and is welded to a stepped cylinder that allows the inside diameter the outer casing rings arranged around the winding head spaces by the thickness of two Reduce slot wedges.

Einzelheiten der Erfindung sollen an einem in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert werden.Details of the invention are intended to be illustrated in three figures Embodiment will be explained.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Turbogenerator mit einem Läufer, der von einem flüssigkeitsdichten Zylinder umgeben ist; F i g. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt gemäß der Linie II-II in F i g. 1; F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Teil-Längsschnitt durch ein Ende des Läuferkörpers.F i g. 1 shows a longitudinal section through a turbo generator with a Rotor surrounded by a liquid-tight cylinder; F i g. 2 is a enlarged cross-section along the line II-II in F i g. 1; F i g. 3 shows one enlarged partial longitudinal section through one end of the rotor body.

In F i g. 1 und 2 ist eine elektrische Maschine 1 dargestellt, dessen Statorleiter 2 und Rotorleiter 3 direkt mit Flüssigkeit gekühlt sind. Der Rotor 4 sowie die Rotorwickelkopfräume 5 sind von einem flüssigkeitsdichten Mantel 6 und 7 eingeschlossen, so daß die Kühlflüssigkeit einfach in einen der Wickelkopfräume 5 eingeleitet werden kann, von wo aus sie sich auf die Kühlkanäle 8 der Rotorleiter 3 verteilt, diese durchströmt, um im anderen Wickelkopfraum wieder gesammelt und abgeleitet zu werden. Die Mäntel 6 und 7 bestehen vorzugsweise aus je einem einzigen Metallmantel, sie können jedoch auch aus kurzen Zylinderabschnitten bestehen, die an den Enden zusammengeschweißt und bearbeitet sind, wie auch ein nichtmetallischer, beispielsweise aus Kunststoff, bestehender Zylinder denkbar ist. Den Mantel 6 umgeben kräftige Ringe 9 aus einem hochfesten nichtmagnetisierbaren Material wI3iese Ringe 9 sind ohne Befestigung eng nebeneinander aufgereiht. Der letzte Ring 9a ist mit der Wicklungskappe bisher üblicher Läufer vergleichbar, da er die Wickelkopfräume 5 gegen Zentrifugalkräfte sichert. Hier erfüllt er noch eine zusätzliche Funktion, indem er auch den Flüssigkeitsdruck des Wickelkopfraumes aufnimmt. Für die Ringe 9 verwendet man aus magnetischen Grüniden nichtmagnetisierbaren austenitischen Stahl öder andere Legierungen mit vergleichbaren Eigenschaften, wie z. B. Titan-Legierungen. Diese nichtmagnetisierbaren Legierungen lassen sich jedoch nur sehr schwer durch Schweißen oder auf andere Weise miteinander verbinden. Die Notwendigkeit einer Verbindung der Ringe 9 miteinander entfällt jedoch wegen des vollkommen flüssigkeitsdichten Zylinders 6.In Fig. 1 and 2, an electrical machine 1 is shown, the stator conductor 2 and rotor conductor 3 of which are cooled directly with liquid. The rotor 4 and the rotor winding head spaces 5 are enclosed by a liquid-tight jacket 6 and 7, so that the cooling liquid can simply be introduced into one of the winding head spaces 5, from where it is distributed to the cooling channels 8 of the rotor conductor 3 , flows through them to in other winding head space to be collected again and diverted. The jackets 6 and 7 each consist preferably of a single metal jacket, but they can also consist of short cylinder sections which are welded together at the ends and machined, as is a non-metallic cylinder made of plastic, for example. The jacket 6 is surrounded by strong rings 9 made of a high-strength, non-magnetizable material such as these rings 9 are lined up close to one another without being fastened. The last ring 9a is comparable to the winding cap of hitherto customary rotors, since it secures the winding head spaces 5 against centrifugal forces. Here it fulfills an additional function in that it also absorbs the fluid pressure of the winding head space. For the rings 9, non-magnetizable austenitic steel or other alloys with comparable properties, such as e.g. B. Titanium alloys. However, these non-magnetizable alloys are very difficult to join together by welding or other means. The need to connect the rings 9 to one another, however, is eliminated because of the completely liquid-tight cylinder 6.

Zwischen Zylinder 7 und Zylinder 6 wird an jedem Läuferende ein Ring 10 eingeschweißt, so daß flüssigkeitsdichte Wickelkopfräume 5 entstehen, die die Wickelköpfe aufnehmen. Die Enden der Ringe 9 a ragen über die Enden des Zylinders 6 hinaus und sind auf einen massiven Zentnerring 11 aufgeschrumpft. Zwischen der inneren Bohrung des Zentnerringes 11 und dem Wellenstummel 12 bleibt ein Luftspalt 13. Der Luftspalt 13 erlaubt eine Durchbiegung des Läuferkörpers, ohne zusätzliche Kräfte in den Zylinder 6 oder die Ringe 9 einzuleiten. A ring 10 is welded in between cylinder 7 and cylinder 6 at each rotor end, so that liquid-tight winding head spaces 5 are created which accommodate the winding heads. The ends of the rings 9 a protrude beyond the ends of the cylinder 6 and are shrunk onto a massive centner ring 11. An air gap 13 remains between the inner bore of the centner ring 11 and the shaft stub 12. The air gap 13 allows the rotor body to bend without introducing additional forces into the cylinder 6 or the rings 9.

Diese in den F i g. 1 und 2 dargestellte Konstruktion dient zur Erläuterung, ist aber nicht Gegenstand der Erfindung. Diese soll in einer vergrößerten Darstellung des Wickelkopfbereiches in F i g. 3 beschrieben werden.These in the F i g. 1 and 2 shown construction serves to explain, but is not the subject of the invention. This should be shown in an enlarged view of the winding head area in FIG. 3 to be described.

Die F i g. 3 zeigt Einzelheiten der erfinderischen Lösung im Bereich des Wickelkopfes, die es ermöglicht, den Durchmesser der sehr hoch beanspruchten Ringe 9 a zu vermindern. Der Zylinder 6 endet hier kurz vor dem Ende des Läuferkörpers 14, wo der Nutenkeil 15 mit einer Nut 15 a versehen ist. Über dieser Nut 15 a, die entsprechend auch in den Läuferzähnen vorhanden sein muß, wird ein abgestufter Zylinder 6a an den Zylinder 6 angeschweißt. Die Nut 15a liegt direkt unterhalb der Trennstelle zwischen den Zylindern 6 und 6d und soll das Anschweißen beider Teile erleichtern. Der abgestufte Zylinder 6 a kann aus einem einzigen Stück bestehen, vorzugsweise wird er aber durch Verschweißen bei 6 e des Zylinders 6c mit dem Übergangszylinder 6d hergestellt. Er vermindert den Durchmesser der die Wickelköpfe aufnehmenden flüssigkeitsdichten Kammer 5 ungefähr um die Stärke zweier Nutenkeile 15, was sich vorteilhaft auf die Beanspruchung im Ring 9 a auswirkt. Der Ring 9 a ist mit einer bekannten Bajonettverhakung 6 b auf dem Übergangszylinder 6 d gegen Axialbewegung gesichert. .The F i g. 3 shows details of the inventive solution in the area of the winding head, which makes it possible to reduce the diameter of the very highly stressed rings 9 a. The cylinder 6 ends here shortly before the end of the rotor body 14, where the slot wedge 15 is provided with a groove 15 a . A stepped cylinder 6a is welded to the cylinder 6 via this groove 15a, which accordingly must also be present in the rotor teeth. The groove 15a lies directly below the separation point between the cylinders 6 and 6d and is intended to facilitate the welding of both parts. The stepped cylinder 6a may consist of a single piece, but it is preferably made by welding the cylinder 6c to the transition cylinder 6d at 6e. It reduces the diameter of the liquid-tight chamber 5 accommodating the winding heads approximately by the thickness of two slot wedges 15, which has an advantageous effect on the stress in the ring 9 a. The ring 9 a is secured against axial movement with a known bayonet catch 6 b on the transition cylinder 6 d. .

Im Bereich des Übergangszylinders 6 d sind die Läuferzähne bis auf die Rotorleiterstäbe 3 abgedreht. Durch die angeführten Maßnahmen wird es möglich, die Endringe mit einem Innendurchmesser auszuführen, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Induktorballens. Dadurch wind erreicht, daß der geflutete Wickelkopfraum außerordentlich klein gehalten werden kann. Außerdem wird der Radius der Endringe 9 a verkleinert. Beides trägt entscheidend dazu bei, die Fliehkraftbelastung, die von der Wasserfüllung des Wickelkopfraumes und dem Abstand der rotierenden Massen von der Rotorachse abhängt, wesentlich zu verringern.In the area of the transition cylinder 6 d, the rotor teeth are up to the rotor conductor bars 3 turned off. The measures listed make it possible to to design the end rings with an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the inductor bale. This wind achieved that the flooded winding head space is extraordinary can be kept small. In addition, the radius of the end rings 9 a is reduced. Both of these contribute decisively to the centrifugal load caused by the water filling depends on the winding head space and the distance between the rotating masses and the rotor axis, to decrease significantly.

Claims

Claims: 1. Dynamo-electric machine with flooded rotor winding, which together with the winding heads in one of two cylindrical concentric Parts of the existing coat is housed, of which only the inner part is liquid-tight is, while the outer part absorbs the centrifugal forces, characterized in that the jacket from the centrifugal forces of the winding conductors in a known manner by means of slot wedges is relieved and that the inner part of the shell just before the end of the rotor ball ends and is welded to a stepped cylinder that allows the Inner diameter of the outer casing rings (9a) arranged around the winding head spaces approximately to reduce the strength of two slot wedges.

2. Dynamoelectric Machine according to claim 1, characterized in that the stepped cylinder consists of several cylinders of different wall thicknesses and different welded together Outside or inside diameter exists.

3. Dynamoelectric machine according to claim 1 and 2, characterized in that the outer casing ring (9a) arranged around the winding head spaces is secured against axial movement with a known bayonet hooking which engages in corresponding cutouts in the transition cylinder (6d).