DE1488746C

DE1488746C - Gas-cooled rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE1488746C
Authority: DE
Inventors: Junj I Avruch Vladimir J Moskau Portnov Nikolai Malachovka Kozo rezov Vladimir D Reutoro Azbukin (Sowjetunion)
Original assignee: Centralnoe konstruktorskoe bjuro, Moskau
Publication date: 1971-01-07

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur stücken und in den unteren Spulenwindungen ausge-The invention relates to an arrangement for pieces and designed in the lower coil turns

Gaskühlung eines Rotorwickelkopfes einer elek- führt sein.Gas cooling of a rotor winding head of an electrical lead.

frischen Maschine mittels Kühlkanälen, die unmittel- Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbar an den sich in radialer Richtung erstreckenden, beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher seitlichen Oberflächen der Spulen verlaufen und zu- 5 erläutert. Es zeigtfresh machine by means of cooling ducts, the immediate The invention will be explained in more detail on the basis of an embodiment that extends in the radial direction, for example with reference to the drawing Lateral surfaces of the coils run and explained to 5. It shows

mindest zum Teil von diesen und den zwischen be- Fig. 1 den Rotorwickelkopf einer elektrischen nachbarten Spulen angeordneten Isolierkeilen und Maschine mit Schrägnuten in den Keilen und Spreizisolierspreizstücken begrenzt sind. stücken,at least in part of these and those between the Fig. 1 the rotor winding head of an electrical insulating wedges arranged next to the coils and machine with inclined grooves in the wedges and spreading insulating spreader pieces are limited. pieces,

Bei den üblichen Rotorwickelköpfen elektrischer Fig. 2 denselben mit Nuten in den SeitenflächenIn the usual electrical rotor winding heads Fig. 2 the same with grooves in the side surfaces

Maschinen, die zwischen den Spulen angeordnete io der Spulen,Machines that have the coils arranged between the coils,

Isolierkeile und Isolierspreizstücke aufweisen, wird Fig. 3 den geradlinigen Teil des Rotorwickeldie Kühlung entweder durch ein in einen gewundenen kopfes (Schnitt III-III nach F i g. 1),
Kühlkanal mit rechteckigem Querschnitt geleitetes Fig. 4 den bogenförmigen Teil des Rotorwickel-Gas oder durch einen Gasstrom bewirkt, der nur kopfes (Schnitt IV-IV nach F i g. 1).
einen geringen Teil der Wicklungsseitenflächen ab- 15 In den Isolierspreizstücken 1 und Isolierkeilen 2 kühlt (USA.-Patentschriften 1 927 890, 2 653 255 und des Rotorwickelkopfes eines Turbogenerators (F i g. 1) 2 459586; E. G. Korn ar, »Fragen zur Projektierung sind Schrägnuten 3 ausgefräst, die zusammen mit von Turbogeneratoren«, Leningrad, 1955). Die Tem- Quernuten 4 und 5 in ihren Unter- und Oberteilen peraturverteilung in der Wicklung ist bei diesen schraubenlinienförmige Kühlkanäle 6 und 7 bilden. Rotoren sehr ungleichmäßig. Der Ungleichmäßig- 20 Auf Grund des Selbstbelüftungseffektes tritt das keitsfaktor des Temperaturfeldes erreicht hier einen , Kühlgas durch eine Eintrittsnut 8 unter einem Zen-Wert von 1,3 bis 1,5. trierring 9 ein und verzweigt sich darin in zweiHave insulating wedges and insulating spreader pieces, Fig. 3 is the rectilinear part of the rotor winding, the cooling either by a wound head (section III-III according to Fig. 1),
4, the arcuate part of the rotor winding gas or by a gas flow which is only head (section IV-IV according to FIG. 1).
A small part of the winding side surfaces cools down in the insulating spreader pieces 1 and insulating wedges 2 (USA patents 1 927 890, 2 653 255 and the rotor end winding of a turbo generator (Fig. 1) 2 459586; EG Korn ar, »Questions about Project planning are inclined grooves 3 milled out together with from turbo generators «, Leningrad, 1955). The temperature transverse grooves 4 and 5 in their lower and upper parts temperature distribution in the winding is formed in these helical cooling channels 6 and 7. Rotors very uneven. The non-uniform 20 Due to the self-ventilation effect, the speed factor of the temperature field reaches a cooling gas through an inlet groove 8 below a Zen value of 1.3 to 1.5. trierring 9 and branches into two

In Rotoren bekannter Turbogeneratoren mit ge- parallele Ströme. Einer dieser Ströme fließt durch dieIn the rotors of known turbo generators with parallel currents. One of these streams flows through the

wundenen Doppelkühlkanälen ist der Wirkungsstrom schraubenlinienförmigen Kühlkanäle 6, kühlt dabeiwinding double cooling channels is the effective flow helical cooling channels 6, cools it

im Vergleich zur üblichen Ausführung doppelt so 25 die seitlichen Oberflächen der angrenzenden SpulenCompared to the usual design, twice as much 25 the side surfaces of the adjacent coils

hoch, was die Anwendung sehr leistungsfähiger 10, 11 im Bereich der bogenförmigen Spulenab-high, which makes the application of very powerful 10, 11 in the area of the arcuate coil

Erregungssysteme erforderlich macht (Titor, »Tür- schnitte des Wickelkopfes und tritt durch Austritts-Makes excitation systems necessary (Titor, »door cuts of the winding head and occurs through exit

bogeneratoren. Berechnung und Konstruktion«, schlitze 12 in einem Mittelkeil 13 und den breitenarc generators. Calculation and construction «, slots 12 in a central wedge 13 and the wide ones

Leningrad, 1967). Rotorzähnen 14 in den Luftspalt der Maschine aus.Leningrad, 1967). Rotor teeth 14 in the air gap of the machine.

Ferner ist aus der Patentschrift. Nr. 24 682 des 30 Der zweite Kühlgasstrom fließt durch die schrau-Furthermore, from the patent. No. 24 682 of 30 The second stream of cooling gas flows through the screw

Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin benlinienförmigen Kanäle 7 unter der Wickelkopf-Office for Invention and Patents in East Berlin ben-line channels 7 under the winding head

eine Einrichtung zur Wickelkopfkühlung bei Turbo- kappe 15, kühlt die seitlichen Oberflächen der an-a device for winding head cooling with turbo cap 15, cools the side surfaces of the

generatoren beschrieben, bei der durch wechselnd grenzenden Spulen 10, 11 im Bereich der geradlinigenGenerators described in which by alternately bordering coils 10, 11 in the area of the rectilinear

radial angeordnete Abstützteile von Tragplatten Spulenabschnitte des Wickelkopfes und tritt durchradially arranged support parts of support plates coil sections of the end winding and passes through

schlangenförmig verlaufende Kühlmittelwege ausge- 35 einen Austrittsschlitz 16 zwischen der Wickelkopf-serpentine coolant paths 35 an outlet slot 16 between the winding head-

büdet sind. kappe 15 und der Stirnfläche des Rotorballens 17 inare büdet. cap 15 and the end face of the rotor barrel 17 in

Die französische Patentschrift 682 511 beschreibt den Luftspalt der Maschine aus.The French patent 682 511 describes the air gap of the machine.

die Ausführung von Kühlkanälen in den Bereichen Die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle könnenthe execution of cooling channels in the areas The helical cooling channels can

des Wickelkopfes, in denen die den Spulenabstand auch durch Schrägnuten 18 in den Seitenflächen derof the winding head, in which the coil spacing is also determined by inclined grooves 18 in the side surfaces of the

wahrenden Isolierstücke liegen, die die Spulenkühlung 40 bogenförmigen Spulenabschnitte und durch Schräg-while insulating pieces are located, the coil cooling 40 arcuate coil sections and by oblique

fast völlig unterbinden. Derartige Kühlkanäle reichen nuten 20 in den Seitenflächen der geradlinigen Ab-almost completely prevent. Such cooling channels reach grooves 20 in the side surfaces of the straight

jedoch in vielen Fällen nicht aus, um die anfallenden schnitte dieser Spulen bei entsprechender AnordnungIn many cases, however, it is not possible to avoid the incidental sections of these coils with the appropriate arrangement

Kuperfverluste in den Wickelköpfen abzuführen. der genannten Nuten bezüglich der Isolierkeile 21Dissipate copper losses in the winding heads. of the mentioned grooves with respect to the insulating wedges 21

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine und Isolierspreizstücke 22 (Fig. 2) gebildet werden. Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, 45 Die Schrägnuten 20 werden so in die Seitenflächen die trotz einfacher Rotorkonstruktion eine wesentlich der Spulen 19 gefräst, daß die jeweils an verschiedeintensivere Kühlung des Rotorwickelkopfes ermöglicht, nen Spulenseiten liegenden Nuten, verbunden durchThe invention is based on the object of forming an insulating expansion piece 22 (FIG. 2). Specify arrangement of the type mentioned above, 45 The inclined grooves 20 are so in the side surfaces which in spite of the simple rotor construction one of the coils 19 is milled to a large extent, that each of them has different intensities Cooling of the rotor winding head enables grooves lying on the coil sides, connected by

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- eine Quernut 23 in der unteren Spulenwindung,According to the invention, this object is achieved by a transverse groove 23 in the lower coil turn,

löst, daß an den seitlichen Oberflächen jeweils einer V-, N- und W-förmige Kanäle bilden.solves that on the side surfaces each form a V-, N- and W-shaped channels.

Spule schräg verlaufende, gleichgeneigte Kanäle 50 Zur Überführung des Kühlgases von einer SpuleCoil inclined, equally inclined channels 50 For transferring the cooling gas from a coil

angeordnet sind, die jeweils an aufeinanderfolgenden zur anderen werden an den oberen Flächen derare arranged, one after the other, on the upper surfaces of the

seitlichen Spulenoberflächen entgegengesetzt geneigt Isolierkeile 21 und Isolierspreizstücke 22 Quernutenlateral coil surfaces oppositely inclined insulating wedges 21 and insulating spreader 22 transverse grooves

sind, und daß die entgegengesetzt geneigten Kanäle 24 vorgesehen. Das Kühlgas strömt auf Grund desare, and that the oppositely inclined channels 24 are provided. The cooling gas flows due to the

mittels zu diesen senkrecht angeordneten schräg ver- Selbstbelüftungseffektes durch eine Eintrittsnut 25by means of self-ventilation effect arranged obliquely to this through an entry groove 25

laufenden Quernuten derart verbunden sind, daß ein 55 unter einem Zentrierring 26 ein und verzweigt sichrunning transverse grooves are connected in such a way that a 55 under a centering ring 26 and branches

schraubenlinienförmiger Kühlkanal entsteht. darin in zwei parallele Ströme. Einer dieser Strömehelical cooling channel is created. therein into two parallel streams. One of those streams

Durch das schraubenlinienförmige Umströmen der strömt durch die in den Spulen 19 ausgeführtenAs a result of the helical flow around the flows through the in the coils 19 implemented

Spulen durch das Kühlgas wird eine hochintensive Schrägnuten 20 und kühlt die geradlinigen Spulen-Coil through the cooling gas becomes a high-intensity inclined groove 20 and cools the straight coil

Wickelkopfkühlung erzielt, wie sie bisher nur mit abschnitte des Wickelkopfes. Der zweite Strom desWinding head cooling achieved, as was previously only possible with sections of the winding head. The second stream of the

großem Aufwand zur direkten Leiterinnenkühlung 60 Kühlgases kühlt durch die gleichartigen SchrägnutenGreat effort for direct internal cooling of the conductor 60 Cooling gas cools through the similar inclined grooves

von Wicklungsstäben durch Einbau einer kühlmittel- 18 die bogenförmigen Abschnitte der Spulen 19.of winding bars by incorporating a coolant 18 the arcuate sections of the coils 19.

umströmten Tragwand verwirklicht wurde (deutsches Die Ansaugung des Kühlgases in die Schrägnutenaround the supporting wall was realized (German: The suction of the cooling gas into the inclined grooves

Gebrauchsmuster 1 835 882). 18 und 20 erfolgt an den Ecken der Spulen.Utility model 1 835 882). 18 and 20 takes place at the corners of the coils.

Die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle sind vor- Bei Anordnung der schraubenlinienförmigen teilhaft durch Schrägnuten und Quernuten in den 65 Kanäle an den Seitenflächen der Isolierkeile 2 und isolierkeilen und Isolierspreizstücken gebildet. Sie Isolierspreizstücke 1 (Fig. 1) bewegt sich der Kühlkönnen aber auch durch Schrägnuten in den Spulen gasstrom von den Ecken jeder Spule 10, 11 zur und Quernuten in den Isolierkeilen und Isolierspreiz- Stirnseite des Rotorballens 17, indem er die an demThe helical cooling channels are available partly by inclined grooves and transverse grooves in the 65 channels on the side surfaces of the insulating wedges 2 and insulating wedges and insulating spreading pieces formed. The insulating spreader 1 (Fig. 1) moves the cooling can but also through inclined grooves in the coils gas flow from the corners of each coil 10, 11 to and transverse grooves in the insulating wedges and Isolierspreiz- face of the rotor body 17, by the at the

Keil 2 bzw. an dem Spreizstück 1 anliegenden Seitenflächen der nebeneinanderliegenden Spulen umströmt.Flows around the wedge 2 or side surfaces of the adjacent coils resting on the expansion piece 1.

Bei Anordnung der Kühlkanäle unmittelbar im Wicklungskupfer bewegt sich der Gasstrom durch die V-, N- und W-förmigen Kanäle (F i g. 2), die an den Seitenflächen der angrenzenden Spulen 19 angeordnet sind, indem er von einer Spule zur anderen über entsprechende Quernuten 24 in den Keilen 21 bzw. Spreizstücken 22 und der unteren Doppelwindung 27 der Spulen 19 läuft.If the cooling channels are arranged directly in the winding copper, the gas flow moves through the V-, N- and W-shaped channels (Fig. 2), which are arranged on the side surfaces of the adjacent coils 19 by moving from one reel to the other via corresponding transverse grooves 24 in the wedges 21 or spreading pieces 22 and the lower double turn 27 of the coils 19 runs.

Das in einer schraubenlinienförmigen Bahn auf dem geradlinigen Spulenabschnitt des Wickelkopfes (Fig. 3) geführte Kühlgas wird durch die Eintrittsnut 8 unter dem Zentrierring 9 eingeleitet. That in a helical path on the straight spool section of the winding head (Fig. 3) guided cooling gas is introduced through the inlet groove 8 under the centering ring 9.

Das Kühlgas strömt weiter in die Kühlkanäle 7 in den Isolierungskeilen 2 ein.The cooling gas flows further into the cooling channels 7 in the insulation wedges 2.

Die Überführung des Kühlgases von einer Seite des Keiles 2 auf die andere erfolgt durch Quernuten 4 in den oberen und unteren Keilteilen. In diesem Falle tritt das Gas durch den Luftspalt zwischen der Wicklungskappe 15 und dem Ballen 17 des Rotors aus.The transfer of the cooling gas from one side of the wedge 2 to the other takes place through transverse grooves 4 in the upper and lower wedge parts. In this case the gas passes through the air gap between the winding cap 15 and the ball 17 of the rotor.

In F i g. 4 ist die Kühlgasführung auf dem bogenförmigen Abschnitt der Rotorwicklung dargestellt. Das Gas tritt in die Kühlkanäle 6 im Isolierspreizstück 1 ein und strömt weiter durch die Quernuten 4 und 5, die zusammen mit der Wickelkopfkappe 15 und den Kühlkanälen 6 einen schraubenlinienförmigen Kühlkanal bilden.In Fig. 4 shows the cooling gas guide on the arcuate section of the rotor winding. The gas enters the cooling channels 6 in the insulating spreader 1 and continues to flow through the transverse grooves 4 and 5, which together with the end winding cap 15 and the cooling channels 6 have a helical shape Form cooling channel.

Um den Durchlauf des Kühlgases durch diese Kanäle zu sichern, ist die Gaseintrittszone 28 von der Gasaustrittszone 29 durch längsverlaufende Isolierleisten 30 und Dichtungen 31 getrennt.In order to ensure the passage of the cooling gas through these channels, the gas inlet zone 28 is from the Gas outlet zone 29 separated by longitudinal insulating strips 30 and seals 31.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for gas cooling of a rotor end winding of an electrical machine by means of Cooling channels directly on the lateral surfaces extending in the radial direction of the coils run and at least in part from these and those between adjacent ones Insulating wedges and insulating spreader pieces arranged on coils are limited, characterized in that that on each of the side surfaces of a coil (10, 11; 19) inclined, equally inclined channels are arranged are inclined in opposite directions on successive side coil surfaces are, and that the oppositely inclined channels by means of these arranged perpendicularly inclined transverse grooves (4, 5; 23, 24) are connected in such a way that a helical Cooling channel (6, 7) is created.

2. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the helical Cooling channels (6, 7) through inclined grooves (3) and transverse grooves (4, 5) in the insulating wedges (2) and Isolierspreizstücke (1) are formed.

3. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the helical Cooling channels (6, 7) through inclined grooves (18, 20) in the coils (19) and transverse grooves (24) in the Insulating wedges (21) and the insulating spreader pieces (22) and transverse grooves (23) in the lower coil turns are formed.

1 sheet of drawings