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Elektrische Maschine mit direkt gekUhlten Ständerwicklungsstäben,
insb. Turbogenerator Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, inab.
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Turbogenerator, mit direkt gekühlten Ständerwicklungstäben, vorzugsweise
für Flüssigkeitskühlung, bei denen innerhalb jeder Leiterebene zwischen jeweils
einer bestimmten Anzahl von massiven flachen Teilleitern (Massivteilleitern) in
Richtung der Nuthöhe gesehen an der Stromleitung beteiligte Kühlrohre von rechteckigem
Außenquerschnitt (Hohlteilleiter) eingelegt sind, welche im Nutteil mit den Massivteilleitern
nach dem Roebelprinzip verdrillt sind.
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Eine derartige elektrische Maschine ist bekannt (deutsche Patentschrift
1 048 535). Derartige Maschinen haben den Vorteil, daß sie insb. dann, wenn die
Ständerwicklung durch eine Flüssigkeit - vorzugsweise Wasser - direkt innen gekühlt
wird, bei großen Leistungen eine gute Maschinenausnutzung gestatten. Der geschilderte
aufbau int deshalb für Turbogeneratoren im besonderen Maße geeignet. Bei elektrischen
Maschinen insb. Turbogeneratoren de.
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genannten Art besteht hierbei jedoch das besondere--Problem der raumsparenden
und absolut zuverlässigen Kühlmittel-Zu-, Ab- und Umleitung an den Ständerwicklungsköpfen
und der elektrischen Schaltverbindung zwischen den einzelnen Ständerwicklungstäben
(Ober- und Unterstäben). Zu dem genannten Zweck ist es bekannt, die Stabenden mit
KUhlmittelanschlußkammern zu versehen. Lötet man eine solche Kammer an den Stab
an, so tragt sie seitlich auf.
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Die Kammer wird breiter als der Stab, wodurch Schwierigkeiten hineichtlich
der Sicherheitsabstände in den l'hasensprUngen auftreten kdnnen. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.
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Gegenstand der Erfindung ist nunmehr eine elektrisch Maschine, inrb.
ein Turbogenerator, mit direkt gekühlten Ständerwicklunsstäben,
vorzusgweise
für Flüssigkeitskühlung, bei denen innerhalb jeder Leiterebene zwischen jeweils
einer bestimmten Ankahl von massiven flachen Teilleitern (Massivteilleitern) in
Richtung der Nuthöhe gesehen an der Stromleitung beteiligte Kühlrohre von rechteckigem
Ausenquerschnitt (Hohlteilleiter) eingelegt sind, welche im Nutteil mit den Massivteilleitern
nach dem Roebelprinzip verdrillt sind, mit KUhlmittelanschlußka'mmern an den Stab
den zur Zu-, Ab- oder Umleitung des Kühlmittele und zur elek-trischen Schaltverbindung
zwischen den Stäben. Die Erfindung besteht hierbei darin, daß im Wickelkopfbereich
an der Biegestelle von der Evolvente zur Wickelkopfnase die Hohl- und Massivteilleiter
jeweils durch Abbiegen aus dem Teilleiterverband des Stabes ei-nseitig heraussortiert
und zu benachbarten Teilleiterebenen oder -feldern geordnet sind, die entweder nur
Hohl- oder nur Massivteilleiter enthalten, und daß die Hohlteilleiter der so gebildeten
Ebenen bzw. Felder durch die Stirnwände der Hühlmittelanschlußkammern dichtend hindurchgeführt,
dagegen die Massivteilleiter stumpf an die Stirnwandaußenseite angelötet bzw, angeschweißt
sind.
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Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile sind v-or allem darin
zu sehen, daß der Einbau der Stäbe erleichtert und die Abstände in den Phasensprüngen
vergrößert sind. Die Wasaerknmmern brauchen lediglich die Hohlleiter -zu umfassen,
wodurch bei einem Vierebenen stab fas-t die Hälfte der Wasserkammerbreite eingespart
werden kann. Das stumpfe Anlöten der Massivteilleiter an die Kammerstirnwand gestaltet
sich fertigungstechnisch einfach. Die an sich verbreiterte Kröpf- und Abbiegestelle
kann in einen Bereich verlegt werden, der beim Stabeinbau wenig stört.
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Besonders vorte-ilhaft ist es, wenn die Höhe der Hohlteilleiter doppelt
so groß wie die der Massivteilleiter ist und der Stab bzw. jede Leiterebene im noch
gemischten Zustand doppelt so viele Massiv- wie Hohlteilleiter enthalten. auf diese
Weise wird eine für den Platzausch zwischen den Hohl- und Massivteilleiternbesonders
günstige Konfigurat-ion erzielt, bei der die Abbiege-- -bzw.
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Kröpfetellen völlig gleichartig ausfahrbar sind und -die- einzelnen
Leiterreihen
bzw. -ebenen, mögen sie nun aus Hohl- und Massivteil leitern gemischt, nur aus Massivteilleitern
oder nur aus Hohlteil leitern bestehen, die gleiche Höhe aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für Vierebenenstäbe
ist der Vierebenenstab im Wickelkopfbereich in zwei, jeweils zwei Teilleiterebenen
aufweisende Teil stäbe unterteilt und ist an der Abbiegestelle die Abbiegung der
Teilleiter so vorgenommen, daß die Hohlteilleiter auf den einander zugekehrten (inneren)
Seiten der Teilstäbe, dagegen die Massivteilleiter auf den beiden äußeren Seiten
der Teilstäbe zu liegen kommen. Es besteht auf diese Weise die Möglichkeit, im Anschlußbereich
der KUhlmittelanschlußkammer die beiden inneren Leiterebenen nur au Hohlteilleitern
und die beiden äußeren Leiterebenen nur aus Massivteilleitern aufzubauen, so daß
sich für die Hohlteilleiter ein in sich geschlossenes Anschlußfeld ergibt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Hohlteilleiter jedes
Teilstabes längs einer ersten Teilstrecke jeweils in einer Doppelreihe geordnet,
welche in Stabhöhe gesehen abwechselnd Zwischenräume und nebeneinander liegende
Hohlteilleiter aufweist und sind längs einer zweiten Teilstrecke die so gebildeten
Doppel reihen ineinander geschoben, derart, daß zwei innere, ausschließlich aus
Hohlteilleitern bestehende Leiterreihen gebildet sind, welche zum Einfilgen in die
Kühlmittel-Anschlußkammer vorgesehen sind.
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Zweckmäßig wird weiterhin die Anordnung so getroffen, daß die Massivteilleiter
der Teilstäbe jeweils längs einer ersten Teiletrecke nach der Abbiegung der Hohlteilleiter
als Doppelreihe parallel zu den Hohlteilleiterreihen verlaufen und daß längs einer
zweiten Teilstrecke die in der äußersten Reihe angeordneten Massivteilleiter durch
Abkröpfen in die benachbarte Massivteilleiterreihe eingeordnet sind, derart, daß
beidseits der beiden Hohlteilleiter-Reihen des Stabes je eine Massivteilleitererreihe
zum Anschluß an die Stirnwandaußenaesite der Anschlußkammer angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Stäbe Zweiebenenstäbe,
wobei sinngemäß das vorstehend fr den Zweiebenen-Teilstab angegebene Abbiegeprinzip
Anwendung finden kinn.
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Anhand der Zeichnung wird ein AusfAhrungsbei£piel der Erfindung beschrieben
und die Wirkungsweise erläutert. Es zeigen in chematischer, stark vereinfachter
Darstellungsweise: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Leiterstab (Ober- oder Unter
stab) an einer Stelle wo der Stab gerade den Nutbereich des Ständereisens verlassen
hat, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Ubergangsbereich von der Evolvente zur Wickelkopfnase,
wo erfindungsgemäß die Biege- und Kröpfstellen angeordnet sind, Fig. 3 eine Ansicht
längs der Schnittlinie III-III aus Fig. 2 mit zwei zum Ineinanderschieben vorbereiteten
Teilstäben, Fig. 4 die ineinandergeschobenen Teilstäbe mit den beiden inneren nur
aus Hohlteilleitern und den beiden äußeren nur aus Massiv teilleitern bestehenden
Leiterebenen, wobei diese Leiterkonfiguration zum Anschluß an die Kühlmittelanschlußkammern
vorgesehen ist, Fig. 5 in einer Draufsicht zum Teil im Schnitt den elektrischen
und kühlmittelmäßigen Anschluß der Leiterebenen- gemäß Fig. 4 an eine -KUhlmittelanschlußkammer.
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In Fig. 1 ist ein Vierebenenleiterstab, und zwar der Ober- oder Unterstab,
eines Turbogenerators fAr eine direkt mit Wasser gekUhlte Ständerwicklung dargestellt.
Mit I-IV sind die einzelnen Teilleiterebenen bezeichnet, Innerhalb jeder Leiterebene
I-IV sind zwischen jeweils einer bestimmten Anzahl von massiven flachen Teilleitern,
d. h. Massivteilleitern M, in Richtung der Nut-bzw. Stabhöhe gesehen an der Stromleitung
beteiligte KWhlrohre H von rechteckigem Außenquerschnitt (Hohlteilleiter) eingelegt.
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Jeder der Teilleiter M, H ist mit einer nicht näher dargestellten
Teilleiterisolation versehen. Zwischen den einander benachbarten Teilleiterreihen
I-IV ist weiteres Isoliermaterial angeordnet, ferner sind grund- und deckseitig
zu den Teilleitern M, II Fiillsicke f aus Isoliermaterial angeordnet, welche die
durch die Verroebelung entetehenden Hohlräume auefüllen. Um daQ Ganze ist die übliche,
aus mehreren Isolationslagen bestehende Nutenisolation i2 angeordnet, welche aus
einer kontinuierlich um den Leiterstab gewickelten, mit Kunstharz imprägnierten
und ausgehärteten Glimmer-Vliesband-Isolation bes-tehen kann. Die den dargestellten
Stab umgebenden Nut- und Zahnpartien sind der Einfachheit halber fortgelassen. Wie
erwähnt, sind die Hohl- und Massivteilleiter H, f4 des Leiterstabes 1 im Nutenbereich
nach dem Roebelprinzip verdrillt, damit, wie an sich bekannt, durch das Nutenquerfeld
keine unerwünschten Verluste eintreten können. Hierbei sind die Leiterebenen I und
II sowie die Leiterebenen III und IV in je einen Verdrillungsumlauf einbezogen;
grundsätzlich wäre jedoch auch eine andere Verdrillungsar-t möglich, so eine Verdrillung
der I. und IV. Ebene in Verbindung mit einer Verdrillung der II. und Iii. Ebene
(konzentrische Verdrillung).
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Nachdem der Stab 1 das Ständerblechpaket bzw. die zugehörige Nut verlassen
hat, erhält er erfindungsgemäß (vgl. Fig. 2) eine Konfiguration so wie in Fig. 4
dargestellt, damit er in der aus Fig.
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5 näher ersichtlichen Weise mit der Wasserkammer verlötet bzw.
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verachweißt werden kann. Diese Wasserkammer, allgemein mit 2 bezeichnet,
dient wie an sich bekannt der Zu-, Ab- oder Umleitung des Kühlmittels und zur elektrischen
Schaltverbindung zwischen den Stäben im Wickelkopfbereich.
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Gemäß Fig. 2 sind im Wickelkopibereich an der Biegestelle von der
Evolvente E zur Wickelkopfnase N die Hohlteilleiter H und Massivteilleiter M Jeweils
durch Abbiegen aus dem Teilleiterverband I bis IV des Stabes 1 einseitig heraus
sortiert und gemäß rig. 4 zu benachbarten Teilleiterebenen Ia bis TVa geordnet,
die entweder nur Hohlteilleiter (Ebenen IIa, XIIa) oder nur Massivteilleiter (Ebenen
Ia, IVa) enthalten. Von den so geordneten
Leitern sind die Hohlteilleiter
H durch die Stirnwand III der Kühlmittelanschlußkammer II dichtend hindurchgeführt,
dagegen die Massivteilleiter M stumpf an die Stirnwandaußenseite angelötet bzw.
angeschweißt (Fig. 5).
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Im einzelnen sind in Fig. 5 mit Ia bis IVa wiederum die geordneten
Teilleiterebenen eo wie in Fig. 4 bezeichnet; ferner bedeuten: 4 eine Aussparung
in der Stirnwand 7 zum Hindurchführen der beiden Hohlteilleiterebenen IIa, IIIa,
welche ein gewisses Stück in den Kammerinnenraum 5 hineinragen, damit beim Anlöten
kein Lot in die Hohlteilleiter H gelangen kann; 6 ist ein Distanzstück zwischen
den Hohlteilleiterreihen IIa-IIIa zum Erleichtern der Lötung, 7 sind Lötstellen
zwischen den Hohlteilleitern H und der Stirnwand 3 bzw. dem DistanzstUck 6; 8 sind
Lötstellen zwischen den Massivteilleiterreihen Ia, IVa und der Stirnwandaußenseite,
wobei, wie ersichtlich, die Anlötung stumpf vorgenommen ist; 9 ist ein Anschlußstutzen,
an dem die nicht dargestellte Kühlmittelleitung angeschlossen werden kann, wobei
das Kühlmittel gemäß Pfeil 10 aus den Hohlteilleitern H kommend abgeführt oder aus
der nicht dargestellten Leitung kommend über den Kammerraum 5 in die Hohlteilleiter
H hineingedrückt werden kann. Die dargestellte Kammer 2 ist noch mit nicht ersichtlichen
kräftigen Anschlußlaschen versehen, über welche sie an die entsprechenden Anschlußlaschen
der Teilkammer des anderen, mit dem Stab 1 elektrisch zu verbindenden Stabes angeschlossen
werden kann. Da der Kammerkörper 2 somit den gesamten Stabstrom führen muß, ist
er aus gut leitendem Material, insb. Kupfer, gefertigt und weist entsprechende Wand
stärke auf. Wie ersichtlich, ist ein sehr schmaler Kammeraufbau erzielbar.
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Um die Stabkonfiguration gemäß Fig. 4 und 5 zu erzielen, wird entsprechend
Fig. 2 so vorgegangen, daß der Vierebenenstab 1 im Wickelkopfbereich W in zwei,
Jeweils zwei Teilleiterebenen I, II bzw. III, IV aufweisende Teilstäbe 11, Ir unterteilt
ist, ferner so, daß an der Abbiegestelle E/N die Abbiegung der Teilleiter H M so
vorgenommen ist, daß die Hohiteilleiter H auf den einander zugekehrten (inneren)
Seiten 11, r1 der Teilstäbe 11, 7r, dagegen
die Massivteilleiter
M auf den beiden äußeren Seiten 12, r2 der Teilstäbe 11, Ir zu liegen kommen. Damit
dies erreicht wird, werden beim Teilstab 11 die Massivteileiter aus den Leiterebenen
I, II zunächst abgebogen und bilden die Übergangsebenenen Im 11m (Biegestellen 10,
11), während die Hohlteilleiter in ihrer ursprünglichen Richtung noch ein geringes
Stück weiterlaufen und erst dann parallel zu den abgebogenen Massivteilleitern abgebogen
werden (Biegestellen 12, 13 und Zwischenebenen Ih, IIh).
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Bei dem Teilstab Ir wird in anderer Reihenfolge vorgegangen, d.h.
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die Hohlteilleiter H werden zunächst abgebogen (Biegestellen 14, 15,
Zwischenebenen IIIh, IVh), während die Massivteilleiter M aus den Leiterebenen III,
IV ein geringes Strick weiterlaufen und erst dann unter Bildung der Zwischenebenen
IIIm, IVm abgebogen werden (Biegestellen 16, 17). Im weiteren Verlauf der Teilstäbe
werden die äußeren Zwischenebenen Im und IVm unter Kröpfung in die Zwischenebenen
IIM bzw. IIIm hineinsortiert (Biegestellen 18 bzw. 19), so daß jeweils eine äußere,
nur aus Massivteilleitern bestehende Leiterebene Ia bzw. IVa entsteht. Dieser Zustand
ist in Fig. 3 dargestellt. Hieraus ist erkennbar, daß die Hohlteilleiter H jedes
Teilstabes 1 1, 1r längs einer ersten Teilstrecke jeweils in einer Doppelrethe Ih-IIh
bzw. IIIhIVh geordnet sind, welche in Stabhöhe gesehen abwechselnd Zwischenräume
20 und nebeneinander liegende Hohlteilleiter H aufweisen. Diese Doppelreihen sind
um eine Hohlteilleiterhöhe gegeneinander versetzt, so daß sie. im weiteren Stabverlauf
kammartig ineinandergeschoben werden können und auf diese Weise, wie in Fig. 4 dargestellt,
zwei innere, ausschließlich aus Hohlteilleitern H bestehende Leiterreihen IIa, IIIa
entstehen, welche zum Einfügen in die Kühlmittelanschlußkammer 2 vorgesehen sind.
Es ist ersicht lich, daß die Massivteilleiter M der Teilstäbe 11, 1r jeweils längs
einer ersten Teilstrecke zwischen den Biegestellen 1O, 11 und 16, 17 einerseits
sowie 18, 19 andererseite als Doppelreihe parallel zu den Hohlteilleiterreihen Ih,
11h im Falle des Stabes 11 und IIIh und IVh im Falle des Stabes Ir verlaufen. Längs
einer zweiten Teilstreckr beginnend bei den Kröpfstellen 18 bzw.
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19 werden die beiden Massivteilleiterreihen bzw. Zwischenebenen Im
IIm sowie 111m und IVI, wie erwähnt, zu jeweils einer einzigen
Nassivteilleiterebene
Ia bzw. IVa zusammengefaßt, eo daß beid seits der beiden Hohlteilleiterreihen IIa,
IIIa je eine Ilassivteilleiterreihe Ia,'IVa zum Anschluß an die Stirnwandaußenseite
3 der Anschlußkammer 2 angeordnet ist. Aus Fig. 1, 3 und A ist ersichtlich, daß
die Höhe der Hohlteilleiter II doppelt so groß wie die der Massivteilleiter M gewählt
ist und der Stab 1 bzw.
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jede Leiterebene I bis IV im noch gemischten Zustand gemäß Fig. 1
doppelt so viele Massivteilleiter M wie Hohlteilleiter H enthält.
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Hierdurch ist der geschilderte Platzwechsel der Teilleiter besonders
einfach durchführbar und sind die eingangs genannten Vorteile erreichbar. - In Fig.
3 und 4 ist im Vergleich zu Fig. 1 die Stabhöhe verkleinert bzw. nur ein Stabausschnitt
dargestellt, da dies zum Verständnis ausreichend ist. - Wie sich aus den Fig. 1
bis 4 ergibt, ist die Erfindung auch auf Zweiebenenstäbe anwendbar, in dem hier
sinngemäß wie anhand der Teilstäbe 11 bzw. Ir erläutert, ein Platzwechsel derart
vorgenommen wird, daß die Hohlteilleiter an der einen Stabseite und die Massivteilleiter
an der anderen Stabseite nach Durchlaufen der Pl-tzwechseletrecEce in Form zweier
paralleler Leiterebenen angeordnet sind. Dies hat dann, wenn man die nur aus Hohl-
bzw. nur aus Massivteilleitern bestehenden Ebenen an den beiden Enden eines Stabes
spiegelbildlich zueinander bzw. seitenvertauscht anordnet, noch den Vorteil, daß
Verluste durch das Stirnkopfstreufeld reduziert werden können, da in den seitenvertauschten
Leitern z. T. gegenphasige Spannungen induziert werden. Die dargestellten Hohl-
und Massivteilleiterebenen im Anschlußbereich könnten in Abwandlung des Ausführungsbeispiels
jeweils auch die Form schmälerer und höherer oder teilweise breiterer und niedrigerer
Felder haben, wenn dies aus Platzgründen im Anschlußbereich erforderlich erscheint.
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5 Figuren 6 Patentaneprüche