DE1538710A1

DE1538710A1 - Anordnung fuer eine direkt fluessigkeitsgekuehlte Einphasenwicklung bei Synchrongeneratoren,insbesondere Turbogeneratoren

Info

Publication number: DE1538710A1
Application number: DE19661538710
Authority: DE
Inventors: Kranz Dipl-Ing Rolf-Dieter
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1966-05-03
Filing date: 1966-07-01
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3469125A; CH438471A; DE6605873U; SE340651B; JPS4821204B1; DE1538710C3; DE1538710B2; GB1191123A

Description

Op/ub

Aktiengesellschaft Brown, Boveri * Cie., Baden (Schweiz)

Anordnung für eine direkt flüssipfeeitsgekühlte Einphasenwicklung bei Synchrongeneratoren, insbesondere Turbogeneratoren.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für eine direkt flüssigkeitsgekühlte Einphasenwicklung bei Synchrongeneratoren, insbesondere Turbogeneratoren, wobei in erster Linie eine Vereinfachung und Verbesserung der Kühlmittelanschlüsse für die Wicklung bezweckt wird, da dies eines der wichtigsten Probleme in Zusammenhang mit dieser Art Maschinen ist.

Bei Turbogeneratoren mit direkt flüssigkeitsgekühlter Erregerwicklung ist es bekannt, einzelne Windungen ausserhalb des Wickelkopfraumes herauszuführen und dort direkt mit radialen Rohren an axiale. Kanäle in der Welle für die Zu- und Abfuhr der Flüssigkeit anzuschliessen. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass notwendigerweise eine grössere Anzahl Windungen hydraulisch in Serie geschaltet werden müssen

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und ausserdem eine grosse Anzahl radialer Bohrungen in der Welle notwendig sind.

Ferner ist es auch bei Turbogeneratoren bekennt, im Bereich der Polzone ein Leiterpaket in einem Wellenansatz so einzuspannen, dass die WasseranscRlüsse für die einzelnen Spulen kraftschlüssig mit dem Leiterpaket verbunden werden können. Nachteilig ist jedoch, dass in diesem Falle die Wicklung im Bereich der Polzone mit der Läuferwelle schwingt und im Bereich ausserhalb der Polzone auf dem Sohwingniveau der Rotorkappe liegt.

In Zusammenhang mit Turbogeneratoren ist noch eine Wicklungsanordnung bekannt, bei der die in einer Lt-ge liegenden Leiter einer Wicklungszone alle parallel geschaltet werden und durch gemeinsame, eine Reihenschaltung der parallelen Erregerleiter bewirkenden Stirnverbindung, an den Maschinenseiten abwechselnd zu einer umlaufenden Wellenwicklung vereinigt werden. Diese Wicklung hat den Nachteil, dass viele Leiter parallel geschaltet sind, der einzelne Leiter daher nur eine geringe Höhe aufweist, dafür aber viele Lagen übereinander angeordnet sein müssen, damit eine vernünftige Anzahl Windungen entsteht und der Erregerstrom nicht zu groes wird. Bei Flüssigkeitskühlung entsteht aber im Leiter durch die Fliehkraft ein grosser statischer Flüssigkeitsdruck, dem der Leiter standhalten muss und daher eine minimale Höhe benötigt. Der Erregerstrom wird somit UbermSssig hoch.

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Gegenstandßet Erfindung ist eine Anordnung für eine direkt flUssigkeltsgekÜhlte Einphasenwicklung bei Synchrongeneratoren, insbesondere Turbogeneratoren,"wobei in jeder Nut eine gerade Zahl von Leitern vorhanden sind. Um nunmehr die erwähnten Nachteile der bisherigen Wicklungsonordnungen zu beheben und gleichzeitig dos Anbringen der KühlmittelansehJÜsse für die Wicklung ' zu vereinfachen und die ZugSnglichkeit dieser Anschlüsse zu verbessern, wird gemäss der Erfindung mindestens eine Stirnverbindung der Wicklung in Form einer Zweischiehtwicklung nach Art einer WcIlen- oder Schleifenwicklung ausgeführt'und"im Bereich der unbewickelten Zone die Leiter in der Umfangsrichtung geführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen n^her erl'iutertx

Ih Fig* 1 ist eine einphasige Erregerwicklung für einen Tfurbögönerator in schema tischer Abwicklung gezeigt. Bei dieser Wicklung sind die beiden Wickelköpfe 2,2' eis Zweischieht-Welienwlekiuhg pusgeblidet und im Bereich der unbewickelten Pol zone sind die¹ Leiter 5 töngeritial Verlegt* Mit L ist die liseni^nge des Läufers arigedeütefei tiese Art kieklUng iöfe Bes§hffer§ darin vorteilhaft * wenn auf $&ά§Ψ &HtH> äer W ein Fiiissigkeitseifi^ Bzw. =äüstfitt für die

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dies erwünscht 1st. Vorteilhaft ist auch., wenn mehrere Zwei·- schichtwicklungen übereinander angeordnet werden«

Durch die Verwendung einer Zweischichtwicklung für die Stirnverbindung ergibt sich der grosse Vorteil, dass die Kühlmittelanschlüsse für die Wicklung am üusseren Rand des Wickelkopfes engeordnet werden können. Die Pig. ? und 3 zeigen beispielsweise zwei Wasseranschlüsse im Längsschnitt bzw. Stirnansicht (von A-A In Flg. 2 aus gesehen) für eine Doppel-Zweischichtwicklung mit 4 Leitern pro Nut, wie in Fig. 4 im Querschnitt veranschaulicht 1st. Die Flg. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Kühlmittelanschlüsse der Flg. ?. In den Fig. 2 bis 5 bedeuten 5 bzw. 6 die Stäbe der beiden Schichten der zweifachen Zweischichtwicklung. Es werden jeweils zwei St^be 5,6 parallel über einem Verbindungsstück 8 mit Drelwegrohrstutzcn 9 von einem Rohr 7 gespeist. Das Verbindungsstück 8 stellt gleichzeitig euch die elektrische Vorbindung zwischen den £t'.!ben 5>6 der beiden lagen der Doppel-Zweischichtwicklung dar. Das Zusammenfassen der Kühlmittelzufuhr an zwei StSben hat den Vorteil, dass nur, halb so viel IsolDtionsstrecken notwendig sind, wie wenn ,leder Stab für sich an eine Verteil kammer angeschlossen wäre. Selbstverständlich kenn'eucl: Jeder Stab 5 bzw, 6 ein eigenes Anschlussrohr haben und auch die elektrische und hydraulischen Verbindungen von einander getrennt sein, wobei dann die Dreivegrohrstutzen 9 sich erübrigen. Durch eine günstige Wahl des Leiterquerschnittes, wie es bei dieser Wicklungsanordnung möglich ist, kann der Wasserquerschnitt der

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Leiter kreisförmig gestaltet werden. Der im allgemeinen rechteckige Leiter 5 bzw. 6 wird am Ende kreisförmig abgedreht, so dass am äus.se.ren Rand des Wickelkopfes ein Rohrstlick angesetzt werden kann, das direkt über eine Isolierstrecke in eine Wasserverteilkammer geführt wird, wie später noch näher erläutert wird.

Wenn alle Stäbe hydraulisch parallel geschaltet sind, so muss auf jeder Maschinenseite eine Verteilkammer für die Kühlflüssigkeit vorgesehen werden, wovon die eine die Zuführung und die andere die Abführung des Kühlmittels besorgt. Wenn es aber erwünscht ist, die Zu- und Abfuhr der Kühlflüssigkeit auf der gleichen Mäschinenseite zu haben, so werden alle Windungen parallel geschaltet und in diesem Falle eignet sich eine Wicklungsanordnung wie in.Pig·' 6 gezeigt ist*

Beim AusfUhrungsbeispiel gemäss Fig. 6 handelt es sich-um die Kombination einer einfachen Zweischichtwicklung lo, die als Wellenwicklung ausgeführt 1st/ mit einer konzentrischen Wicklung 11. Sie beinhaltet die Vorteile beider WlcHungsarten. Ein normaler Wickelkopf auf der einen Seite und günstigen Flüssigkeitsanschluss auf der anderen Seite. Dadurch, dass jeweils eine ganze Windung hydraulisch in Serie geschaltet ist, befindet sich also auf ein und derselben Seite die Zuführung und die Abführung der Kühlflüssigkeit. Mit dieser Wicklung ergibt sich nun die Möglichkeit, die nebeneinanderliegenden FlüssigkeltssnschlÜsse in vier Gruppen zusammenzufassen, von denen zwei der Kühl-

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Tlüssigkeitszuführung und zwei der KUhIflilssigkeitsabführung dienen.

Mit einer Wicklungsanordnung nach Fig. 6 sind auch mehrere Lagen übereinander möglich. Bei einer Anordnung mit zwei Lagen, würde dann die Flg. 6 die schematische Abwicklung der oberen Lage und die Fig. 7 die entsprechende Abwicklung der unteren Lage darstellen, wobei in diesen Figuren die neutrale Achse mit N-N und die Polachse mit P-P angedeutet ist.

Die Flg. 8 zeigt nunmehr den Läufer eines Turbogenerators teilweise in Längsschnitt mit einer Erregerwicklung gemäss Fig. 6 und 7» während die Fig. 9 die Ringkammer, die als Verteiler für die FlUssigkeitsanschlüsse bei dieser Wicklung dient, im Querschnitt veranschaulicht.

Auf der Seite des Läufers l4, wo die Stirnverbindung der Wicklung als konzentrische Wicklung 11 ausgeführt ist, sind keine Flüssigkeitsanschlüsse vorhanden, während auf der anderen Seite, wo der Wickelkopf als zweifache Zweischichtwicklung 10 ausgebildet ist, befindet sich auch die Ringkammer 15 an die die Verbindungsrohre .16 der Wicklung angeschlossen sind. Diese Rohre 16 werden, isoliert durch die Endplatte 17 der Rotorkappe l8 zu einem Verbindungsstück 19 geführt, das beispielsweise einen gemelnsemen Anschluss für Je zwei Stäbe einer Wicklungslage darstellt, wie bereits in Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 5 beschrie ben .wurden ist, -

Wie die Fig. 9 zeigt, ist die ftingkammer 15 durch radiale Trennwände to tangential in vier gleiche tJnterkammern 21 unter-* · teilt, wobei ^iwoiis zwei diametral giginÜberliggehdfe Ünter-

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kammern für die Zufuhr bzw. Abfuhr der Kühlflüssigkeit dienen. Diese vier Unterkammem 21 aind über je ein radiales Rohr 22 mit den im Zentrum der Welle 2} verlegten Zuführungs- und AbfUhrungsk? riKle 24 bzw. 25 verbunden.

Die Trennwände 20 der Ringkammer 15 liegen in der neutralen Zone und in der Polzone und ein weiterer Vorteil ist, dass die Unterkammern 21 und die kalte sowie die erwärmte Flüssigkeit in einer einzigen Ringksmmer untergebracht werden kann, die der Fliehkraft und dem Wasserdruck zu widerstehen hat. Die Abgrenzung zwischen warm und kalt wird auf denkbar einfache Weise mit nur vier Wänden vorgenommen, die lediglich dem hydraulischen Druckabfall in der Wicklung widerstehen müssen. Ebenso wie die Verteilkammer ist auch der aktive Teil in vier Zonen aufgeteilt, von denen Je zwei diametral gegenüberliegende warm una je- zwei kalt sind. Damit liegen in einer Nut nur Stäbe Uer gleichen bzw. angenähert gleichen Temperatur. -Thermische Vetschit runger. der Erre^c-rleittr untereinanderim aktiver- Teil sind daher unterbunden.'

Aus den Fig. 6 und 7 ist zu erkennen, dass _V1ede 'Wleklungslage zwei Spulen besitzt, d.h. zwei Stromzuführungen und zwei StromausgHnge. Die elektrischen Anschlüsse von unterer und oberer Lage aber liegen in der Feizone und der neutralen Zone nahe beieinander, so dass dort eine elektrische Verbindung zwischen unterer und oberer Lage sehr leicht hergestellt werden ktnn. Eine Serienschaltung aller V-indungen kann nun auf folgende Weise vorgenommen werden: Der Erregerstrom wird bei a zugeführt. Am Spulenausgang b besteht eine elektrische Verbindung zum Spuleneingang c. Ebenso wird Spu-

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lenausgang f mit Eingang g verbunden. Von d nach e ist eine strichpunktiert angedeutete Polverbindung notwendig. Die Pol- ' verbindung kann auch,wie in Fig. 10 durch eine stark auegezogene Linie gezeigt let» zwischen den Übrigen Leitern im Zvrelsohicht-Wickelkopf 10 verlegt werden, wobei im tangentialen Teil die Lagen gewechselt werden. Damit sind die beiden Enden der Erregerwicklung bei a und h.

Die Wicklungeart gemäss Fig. 6,7 hat noch einen weiteren Vorteil. Die Prüfung eines Läufers mit vollem Erregerstrom und Drehzahl ist ohne Ständer und ohne Belastung nur möglich, wenn bekanntlich das äussere Magnetfeld gleich null oder wenigstens sehr klein 1st. Bisher ist bei zentrischen Erregerwicklungen eine Gegenschaltung von Spulen nur mit grossem Aufwand und Komplikationen erreichbar. Jetzt kann aber eine Gegenschaltung von Spulen auf einfache Welse vorgenommen werden. Die elektrischen Verbindungen zwischen b und c sowie g und f werden gelöst. Dafür werden auf der anderen Seite i mit k und 1 mit m elektrisch verbunden. Diese Kontaktstellen liegen alle am Aussenrand des Wickelkopfes und sind daher gut zugänglich. Am Wasserkreislauf Indert sich nichts. Er muss auch nicht geöffnet werden, da die Verbindungen bund c sowie g und h sowieso nur eine elektrische Verbindung sind. Vier Stäbe führen dann allerdings keinen Strom. Dies spielt für die Prüfung aber auch keine Rolle.

Inder Flg. 11 ist noch eine sehr einfache Verbindungsmöglichkeit für die Hohlleiter der Wicklung veranschaulicht. Die einzelnen Belter 30, die eine kreisrunde Bohrung 31 für den Durchgang

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der Kühlflüssigkeit aufweisen, werden an der Verbindungsstelle kreisförmig abgedreht, sodass das Endstück ein vorstehendes
kurzes Rohrstück 32 bildet. Das Gegen- bzw. Verbindungsstück ist mit einer entsprechenden Bohrung 3^ versehen, die zur Aufnahme der Röhrstückes 32 dient und auf diese Weise eine Steckverbindung bildet."

Obwohl die beschriebene Wicklung insbesondere für Turbogeneratoren mit direkt flüssigkeitsgekUhlter Einphasen-Erregerwicklung bestimmt ist, kann die Wicklungsanordnung gemäss Fig. 6,7 auch als Ständerwicklung für einen Einphasen-Synchrongenerator zur
Anwendung kommen.

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Claims

P c t e η t a η 8 ρ r H c h ei

Y) Anordnung Γ!1ι· ein'; direkt flllssiekeltsEek'Jhlte Elnphusenwicklung bei i^ynohrongenerr torer, it.isbcaoi.c?.ero Turbopenerotoren, bei welcher in Jeder Nut eine gerede ■ Ze.h.1 von Leitern vorhrn&en Ist, dadurch gekennzeichnet, dtas mlndeetens eine Ötirnverbindürig der Mckluiig in POi¹In einer ZweiBchiohtwicklung nrch .'rt einer .''eilen--oder »Ichleifenv;iöklung usgefilhrt iaf und im "Bereich der unbtiwiolWlton Zone- dio Leiter in der ümfangsriöhturig ve rl auf er.

£. Anordnung nneh Aasnriach 1, dadurnh gekennzeichnet, däsa ' der eine Wickelkopf der \:icklung als Zweischicht-'fv lion- ^^: wioklung und der andere v;ickelkopf als koi:aentrli5che Wicklung * * auegeführt ist. _s

3. Anoi^nung nech Anspruch 2, d?durch gekennzeichnet, di-es die Wellenwicklung eine mehrfache Zweischichtv/icklung ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und ?, dadurch ^ekennzelehnet, dc-es die Pl.Ucsigkc-ifcsT.nschinsse iu CIk '-;ieklun£; ωη Müsserer: Rexid dee wickelkopf es der Zweischichtwiclclung liegen.

5. Anordnung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daes die PlUesigkeiteanschlüeee nit einer auf der Ltfuferkappe der Maschine befestigten Ringkaniaer in Verbindung stehen, die durch radiale Winde in vier tangentiale, gleiche Unterkemmern unterteilt ist, welche über radiale Rohr3tüclce an in der Läuferwolle vorgesehenen Zu- bzw. AbfuhrkanlUen angeschlossen sind,

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6. Turfce#taer*tor naeh Aaeprueh 5» dadurch gekennzeichnet, dut Jeder Leiter «if der Seite der tweieohichtwloklung «a ttusseraa Rand ds* tflekelkepfes *u «in·· Rohr abgedreht wird, das Über eine Xsolieratreoke In dl« Waeeerrerteilkaeeer gefOhrt wird.

7. Anordmmg nMh Ansprueh 1, d*dw«h g«lc«nn»«iehnet, dft··

dl· flOMitfniteanaohlUae* an dl« wieiclun« ·ο auc|tblld«t elnd, due J«iMila xwtl StRb· ρ*Γ*11·1 gßupmUtt werden und die FlO—UlEeif an»ehm«getell· gleichteitie als elektrlioh· Terfür dl· beiden LeIUr dUnt. *

8· MMVtnRRC naeh Anspnteh 1< dadurch gelceniuEeieluiet» da·· nearer· Lajen von Zwelaehiohtwlo»! w»n übereinander liegen, wobei »lie vlndmfen aller La#en elektrisch in Serie und parallel geschaltet sind, indora die Terbindtiagea

der Spule« es ftneeran Rand des Vlokelkopfe· Hagen und gleion-Mitig al· »lÜMigkeltaanaohlOeae dienen.

9. Tureoeaoerator nach Aoapruoh 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da·« die Polrerbindungen misehen die Übrigen Erregerlei tungen eingelegt sind·

10. AnordBUBg naeh Anapmeh 2» daduroh gekennselohnet« da·· aa Hueseren RaHd de· konseatriaeMen wickelkopfe· Kontaktstellen Torgeaehen sind, die eine für die Prüfung des Ltufere alt rolle« ErregerstroB erforderliehe Uapolung der HKIfte der windungen

ermöglicht.

Aktlengesellsehaft BROmt, BOfERI ft CIE.

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