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Die Erfindung bezieht sich auf eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung
für eine elektrische Synchronmaschine, insbesondere Turbogenerator, bei der die
Zu- und Ableitulig, des KühImittels über jeweils innerhalb von Wickelkopfkappen
angeordnete hy-
draulische Anschlußstutzen erfolgt, die die Verbindung zwischen
den hohlen Rotorleitern und in der hohlen Rotorwelle axial konzentrisch angeordneten
Zu- und Ableitungskanälen herstellen. Bei einer bekannten Ausführungsform der beschriebenen
Rotorwicklung (vgl. die deutsche Auslegeschrift 1117 211) sind die von den
höhlen' Rotorleitern gebildeten, elektrisch in Reihe geschalteten Windungen einer
Nut auch bezüglich, dei -FiilfrÜlig des- Kühlmittels in Reihe geschaltet. Dahei,erfolgt
die Zuleitung -des Kühlmittels auf der einen'SeAe des Rotors und die Ableitun
g
des Kühlmittels aufAer-anderen Seite. Diese Ausführungsform ist mit mehreren
Nachteilen behaftet. Einerseits ergibt die auch bezüglich des Kühlmittels vorgesehene
Reihenschaltung der von den hohlen Rotorleitern gebildeten Windungen einer Nut ein
nicht unerhebliches Temperaturgefälle zwischen dem Teil der Rotorwicklung, an dem
das Kühlmittel zugeleitet wird, und dem Teil der Rotorwicklung, an dem das Kühlmittel
abgeleitet wird. Ein solches Temperaturgefälle hat Wärmedehnungen und Wärmespannungen
zur Folge, die die zumeist hochbelasteten Materialien zusätzlich beanspruchen. Andererseits
führt die Anbringung der Zu- und Ableitung des Kühlmittels an unterschiedlichen
Seiten des Rotors zu einer Vergrößerung der Rotorlänge, damit zu einer Vergrößerung
des -Lagerabstandes und letztlich zu einer Vergrößerun&-.-,dp;r..Durchbiegung
des Rotors. Eine' vergrößerte Düidhbiägung dds Rotors erfordert aber einen größeren
Luftspalt zwischen Rotor und Stator und bedingt damit notwendigerweise eine größere
Erregerleistung. Außerdem ist nachteilig die dadurch bedingte Verlängerung der Synchronmaschine
insgesamt, ohne eine entsprechende Leistungssteigerung erzielt zu haben.
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Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine direkt flüssigkeitsgekühlte-
- Rotorwicklung für eine elektrische Synchronmaschine der beschriebenen Art
so auszugestalten, daß der Kühleffekt verbessert wird-;.'d. h. daß, insbeschdere
das auftretende Tem#-. peraturgefälle möglichst klein bleibt, ohne daß dabei der
konstruktive Aufbau der mit einer solchen Rotorwicklung versehenen Synchromnaschine
nachteilig beeinflußt wird. Darilber hinaus soll die direkt flüssigkeitsgekühlte
Rotorwicklung so gestaliet seiii,"däß im Bereich der Anschlußstutzen auftretende
Zentrifa 9 alkräfte auf einfache Weise abgefangen werden können.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer direktflüssigkeitsgekühliel-i"k6tärwicklung
der-eingangs be'-' schriebenen Art dadurch,---däß, die von den hohlen Rotorleitern
gebildeten Windunggen auf jeweils nur einer Seite des Rotors, im Bereich des Wickelkopfes
abgesetzt sind, d#ß feriki *die- Absetzungen in radialer Richtung stufenartig ausgebildet
sind und daß schließlich an den von den Absetzungen gebildeten Stufen die Anschlußstutzen
angeordnet sind. - Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung konstruktiv auszugestalten. So besteht
z. B. die Möglichkeit, die Absetzungen als in axialer Richtung vorstehende Stufen
der im Bereich des Wickelkopfes liegenden Rotorleiter zu gestalten, wobei sich die
Stufen der jeweils innenliegenden.Rotorleiter gegenüber den jeweils nächst außenhegenden
abstützen. Eine andere Möglichkeit ist nach Lehre der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Absetzungen aus in axialer Richtung zurücktretenden Stufen der im Bereich
des Wickelkopfes liegenden Rotorleiter bestehen und daß sich die Stufen in radialer
Richtung von außen nach innen von Windung zu Windung verbreitern. Nach bevorzugter
Lehre der Erfindung sind die Absetzungen der Rotorleiter an der der Kupplung abgewandten
Seite des Rotors an-#geordnet, Dadurth. wird erreicht, daß einerseits die durch
die übertragung des Drehmomentes von der Turbine auf den Rotor auftretenden Beanspruchungen
außerhalb der Zu- und Ableitung des Kühlmittels liegen, andererseits die Zu- und
Ableitung des Kühlmittels nicht durch die Kupplung behindert wird. Nach einer weiteren
Lehre der Erfindung sind die Anschlußstutzen zu einem Bündel zusammengefaßt und
durch eine radiale Ausnehmung geführt, die für jeden Pol der Synchronmaschine in
der Rotorwelle vorgesehen ist.
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Auch bezüglich- der Verbindung der Anschlußstutzen mit den Rotorleitern
bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann z. B., wie das an sich bekannt ist,
jedem Anschlußstutzen ein Montagestatzen zugeordnet sein. Dabei ist eine Ausführungsform
vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet ist, daß als Montagestutzen in den von den
Absetzungen gebildeten Stufen der Rotorleiter Büchsen angeordnet sind, in die die
radialen Anschlußstutzen eingeführt sind und wenigstens-jeweils eine Abdichtung--der
Anschlußstutzen gegenüber den Büchsen vorgesehen ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit,
die zu je einem Bündel zusammengefaßten radialen Anschlußstutzen mit den
Rotorleitern bzw. den Montagestutzen zu verschweißen.
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Die durch die Erfindung' erreichten Vorteile sind vor allem darin
zu sehen, daß eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotoiiricklung für eine elektrische
Synchronmaschine verwirklicht worden ist, bei der betriebsmäßig nur ein gering ,es
Temperaturgefälle im Rotor auftritt. Dadurch werden Wärmedehnungen und Wärmespannungen
weitgehend vermieden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß
die Zu- und Ableitung des Kühlmittels nur an einer Seite des Rotors eine geringfügige
Verlängerung mit sich bringt, so daß die Gesamtlänge des Rotors und damit der Lage,
..rabstand praktisch nicht vergrößert wird.- über#dictenderweise ist bei der erfindungsgemäßen
direkt flüssigkeitsgekühlten Rotorwicklung auch auf einfache Weise dafür Sorge getragen,
daß die auftretenden Zentrifugelkräfte abgefangen werden gönnen.
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F i
g. 6 einen der F i
g. 1 entsprechenden Radialschnitt
durch einen Rotor einer elektrischen Synehronmaschine mit einer anders ausgeführten
erfindungsgemäßen Rotorwicklung, F i
g. 7 einen der F i
g. 2 entsprechenden
Axialschnitt durch den Gegenstand nach F i
g. 6,
F i
g. 8 einen der
F i
g. 3 entsprechenden vergrößerten Ausschnitt aus der F i
g. 6,
F
i
g. 9 in gegenüber den bisherigen Figuren wesentlich vergrößerter Darstellung
ein Datail eines Anschlußstutzens und F i
g. 10 einen den F i
g. 1
und
6 entsprechenden kadialschnitt durch den Rotor einer sechspoligen Synchronmaschine.
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Die Figuren zeigen eine direkt flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung
1 für eine elektrische Synchronmaschine, z. B. einen Turbogenerator. Die
Rotorwicklung 1 liegt in Nuten 2 eines aus Rotorballen 3
und Rotorwelle
4 bestehenden Rotors 5 und besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Windungen
6,
die von hohlen Rotorleitern 7 gebildet werden. Außerhalb der Nuten
2 des Rotors 5 bilden die Windungen 6 der Rotorwicklung
1 einen Wickelkopf 8,
der durch eine Wickelkopfkappe 9 gesichert
ist. Die Zu- und Ableitung des Kühlmittels erfolgt über je-
weils innerhalb
der Wickelkopfkappe 9 angeordnete hydraulische Anschlußstutzen
10, 11, die die Verbindung zwischen den hohlen Rotorleitern 7 und
in der hohlen Rotorwelle 4 axial konzentrisch angeordneten Zu- und Ableitungskanälen
12, 13 herstellen.
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Die F i g. 1 bis 5 zeigen eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen direkt flüssigkeitsgekühlten Rotorwicklung 1. An einer
Seite des Rotors, und zwar am dargestellten Ausführungsbeispiel an der der Kupplung
abgewandten Seite, sind Ab-
setzungen 14 vorgesehen, die aus in axialer Richtung
vorstehenden Stufen 15 der im Bereich des Wickelkopfes 8 liegenden
Rotorleiter 7 bestehen, wobei sich die Stufen 15 der jeweils nächst
innenliegenden Rotorleiter gegenüber den jeweils nächst außenliegenden abstützen.
An den von den Absetzungen 14 gebildeten Stufen 15 sind die Anschlußstutzen
10,
11 angeordnet.
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Die F i g. 6 bis 8 zeigen eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen direkt flüssigkeitsgekühlten Rotorwicklung 1. Bei dieser
Ausführungsform bestehen die Absetzungen 14 aus in axialer Richtung zurücktretenden
Stufen 21 der im Bereich des Wickelkopfes 8 liegenden Rotorleiter
7, wobei sich die Stufen 21 in radialer Richtung von außen nach innen von
Windung 6 zu Windung 6 verbreitern. Außerdem sind bei dieser Ausführungsform
die Anschlußstutzen 10, 11 zu einem Bündel 16 zusammengefaßt und durch
eine radiale Ausnehmung 17
geführt, die für jeden Pol 18 der Synchronmaschine
in der Rotorwelle 4 vorgesehen ist.
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Der Anschluß der Anschlußstutzen 10, 11 an die hohlen Rotorleiter
7 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die F i g. 9 zeigt im Detail
einen Anschlußstutzen 10, dem ein Montagestutzen 19 zugeordnet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Montagestutzen 19 als Büchse
in den von den Ab-
setzungen 14 gebildeten Stufen 21 der Rotorleiter
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eingesetzt. Zwischen den Anschlußstutzen 10 und dem als Büchse ausgeführten
Montagestutzen 19 ist wenigstens eine Abdichtung 20 vorgesehen. Es besteht
aber auch die Möglichkeit, die zu einem Bündel 16 zusammengefaßten radialen
Anschlußstutzen 10,
11 mit den Rotorleitern 7 direkt bzw. den
Montagestutzen 19 zu verschweißen.
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In der F i g. 10 ist angedeutet, daß die erfindungsgemäße direkt
flüssigkeitsgekühlte Rotorwicklung 1
nicht nur für zweipolige Synchronmaschinen,
wie in den F i g. 1 bis 8, sondern auch für mehrpolige, z. B. sechspolige
Synchronmaschinen verwendet werden kann.