DE1961596U

DE1961596U - TURBO GENERATOR WITH DIRECTLY COOLED STAND AND RUNNER WINDING.

Info

Publication number: DE1961596U
Application number: DE1964A0021177
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1963-12-03
Filing date: 1964-01-14
Publication date: 1967-06-08
Also published as: GB1063470A; CH403056A

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)Public limited company Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)

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Turbogenerator mit unmittelbar gekühlter Ständer- und LäuferTurbo generator with directly cooled stator and rotor

wicklungwinding

'hie ständige Zunahme des Bedarfes an elektrischer Energie bedingt gleichzeitig eine Weiterentwicklung der elektrischen Betriebsmittel, die für die Erzeugung und Verteilung der Energie notwendig sind. Dies trefft insbesondere für die Turbogeneratoren zu, die für immer grösäere Grenzleistungen gebaut werden müssen. Da aber gewisse Grenzen bezüglich der Abmessungen dieser Generatoren, allein schon wegen der Möglichkeit des Transports, gesetzt sind, ist man bestrebt"bei gleichbleibender Maschinengrö'sse eine erhöhte Leistung zu erhalten und in dieser Beziehung spielt die Kühlung der Maschine eine massgebende Rolle. The constant increase in the demand for electrical energy also requires further development of the electrical equipment that is necessary for the generation and distribution of energy. This applies in particular to the turbo-generators, which have to be built for ever greater limit outputs. However, since certain limits are set with regard to the dimensions of these generators, if only because of the possibility of transport, one endeavors "to maintain an increased output with the same machine size, and in this regard the cooling of the machine plays a decisive role.

Im Zuge dieser Entwicklung wurde daher zuerst die unmittelbare Gaskühlung mittels Wasserstoff für die Ständer- und Läuferwicklung der Turbogeneratoren vorgesehen, die dann später durch eine flüssigkeitsgekühlte Ständerwicklung in Kombination mit einer gasgekühlten Läuferwicklung oder einer indirekten Kühlung der Läuferwicklung durch Flüssigkeitskanäle im Läufereisen ersetzt wurde.In the course of this development, therefore, the immediate one became the first Gas cooling by means of hydrogen is provided for the stator and rotor windings of the turbo-generators, which are then carried out later a liquid-cooled stator winding in combination with a gas-cooled rotor winding or indirect cooling the rotor winding has been replaced by fluid channels in the rotor iron.

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Schliesslich ist neuerdings auch die unmittelbare Flüssigkeitskühlungmit flüssigkeitsdurchflossenen Hohlleitern für die Lauferwioklung vorgeschlagen worden. In Zusammenhang mit dieser Kühlungsart ist aber zu beachten, dass nicht nur die Wärme, die durch die ohmschen Verluste der Kupferwicklung, sondern auch jene, welche durch die Wirbelströmverluste in dem Läuferziahneisen (Pulsation des Luftspaltfeldes infolge Nutung) entsteht, abgeführt werden muss. Dies hat zur Folge, dass die vom Läuferzahneisen herrührende Wärme, über die Nutenisolation an die Leiterkühlung gelangen muss, um durch diese auch weggeführt zu werden. Dies bedingt aber, dass die Kühlkanäle in den Hohlleitern der Lauferwieklung grosser bemessen werden müssen, wodurch sich eine entsprechende Verminderung des wirksamen Kupferquersohnittes und demzufolge auch der Maschinenleistung ergibt.Finally, there has recently also been direct liquid cooling with waveguides through which liquid flows has been proposed for the Lauferwioklung. In context with this type of cooling, however, it should be noted that not only the heat generated by the ohmic losses of the copper winding, but also those caused by the eddy current losses in the Rotor sprocket (pulsation of the air gap field due to grooving) arises, must be discharged. As a result, the heat from the rotor tooth iron passes through the slot insulation must get to the conductor cooling in order to be led away through it to become. However, this means that the cooling channels in the waveguides of the Lauferwieklung must be larger, which results in a corresponding reduction in the effective Copper cross-reference and consequently also the machine performance results.

Wenn eine Maschine der letztgenannten Art noch mit einem Spaltzylinder versehen wird, der den Lauferraum gegenüber dem Ständerraum gasdicht abschliesst, so dass der Läufer im Yakuum bezw. Unterdruck läuft, um die Reibungsverluste herabzusetzen,, so wird die Kühlung erschwert, da nur sehr wenig Wärme über den Luftspalt abgeführt werden kann.If a machine of the last-mentioned type is also provided with a splitting cylinder, which faces the runner space the stand space closes gas-tight, so that the runner in yakuum resp. Negative pressure runs to the friction losses reduce, the cooling is made more difficult because only very little heat can be dissipated through the air gap.

Gegenstand der Neuerung.ist nunmehr ein Turbogenerator mit unmittelbar gekühlter Stander- und Lauferwicklung und bei welchem der Läuferraum gegenüber dem Ständerraum gasdicht ab-The object of the innovation is now a turbo generator with directly cooled stator and rotor winding and with which the rotor space is gas-tight from the stator space

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geschlossen und an einer Vakuumpumpe angeschlossen ist, wobei das Problem der; Wärmeabfuhr aus der Maschine auf sehr einfache Weise gelöst wird. Dies wird gemäss der Neuerung dadurch erreicht > dass für die Kühlung der Läuferwicklung eine Flüssigkeit verwendet wird, wovon gleichzeitig ein Teil zur unmittelbaren Kühlung des Läuferzahneisens, insbesondere des Poleisens dient, indem ein Teil dieser Flüssigkeit durch in den Läuferzähnen vorgesehene Längskanäle hindurehfliesst.is closed and connected to a vacuum pump, wherein the problem of; Heat dissipation from the machine in a very simple way Way is resolved. This is achieved according to the innovation > that a liquid is used to cool the rotor winding is used, of which a part is used at the same time for immediate The rotor tooth iron, in particular the pole iron, is cooled by putting some of this liquid through into the rotor teeth provided longitudinal channels flow through.

An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert und zwar ist in Fig. 1 ein Turbogenerator teilweise im Achsialschnitt und in Fig. 2 teilweise im Querschnitt gezeigt.An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, namely in Fig. 1 a turbo generator is shown partly in axial section and in Fig. 2 partly in cross section.

Das Gehäuse des Generators ist in zwei gasdicht voneinander getrennte Räume unterteilt. Der Raum 1, der durch die .Innenflächen des Ständereisens 2 und den zwei Isolierzylindern ~jj>, 4 gebildet wird, enthält den Läufer 5, der eine zentrale Bohrung 6 aufweist, und dessen Wellenenden J₃ 8 über Dichtungen nach aussen geführt siiid. Für die Zuführung und Abführung der Kühlflüssigkeit ist das eine Hellenende 7 mit den konzentrischen Rohranschlüssen 9,10 versehen. Der Läuferraum 1 ist über eine Rohrleitung 11 mit einer Vakuumpumpe 12 verbunden, die im Läuferraum einen Unterdruck bzw» ein Vakuum erzeugt.The housing of the generator is divided into two spaces that are separated from each other in a gas-tight manner. The space 1 which is formed by the .Innenflächen of the stator 2 and the two insulating cylinders ~ jj>, 4, contains the rotor 5, which has a central bore 6, and the shaft ends J siiid out ₃ 8 via seals to the outside. One light end 7 is provided with concentric pipe connections 9, 10 for the supply and discharge of the cooling liquid. The rotor space 1 is connected via a pipeline 11 to a vacuum pump 12 which generates a negative pressure or a vacuum in the rotor space.

Die Statorwieklung 13,_; die aus Hohlleitern besteht, wird mittels eines Gases, beispielsweise Wasserstoff, oder einerThe Statorwieklung _13; which consists of waveguides is by means of a gas, for example hydrogen, or a

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Flüssigkeit, z.B. OeI oder· Wasser in bekannter Weise unmittelbar gekühlt. Der Ständerrauffi 14 ist mit einem Gas, vorzugsweise inertem Gas, gefüllt, dergegenüber der Aussenluft einen kleinen UeberdruGk aufweist.Liquid, e.g. oil or water in a known manner directly chilled. The Ständerrauffi 14 is with a gas, preferably inert gas, filled with a small amount compared to the outside air Has overpressure.

Die Lauferwicklung 15> die ebenfalls an Hohlleitern aufgebaut ist, wird mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, direkt gekühlt und im Lauferzahneisen sind noch axiale Längskanäle 16 vorgesehen, die in unmittelbarer Nähe der Läuferoberfläche angeordnet sind. Die Zufuhr der Kühlflüssigkeit zum Läufer erfolgt über den inneren Rohranschluss 10, worauf die Flüssigkeit durch die zentrale Bohrung β fliesst. Am anderen Ende des Läufers gelangt ein Teil der Kühlflüssigkeit in die Hohlleiter der Wicklung 15, während ein anderer Teil über die radialen Kanäle 17 zu den axialen Läuferzahnkanälen 16 gelangt. Die Kühlflüssigkeit, deren Strömungswege durch die Wicklung und Läuferzähne in Fig. 1 durch JPfeile angedeutet sind, verlässt schliesslich die Läuferwelle 7 über den äusseren Rohranschluss 9, d.h.am gleichen Maschinenende, wo es eingeführt wurde. .".-.".' Durch die beschriebene unmittelbare Kühlung des Läuferzahneisens wird die in den Läuferzähnen vorkommende Wärme am Entstehungsort abgeführt, so dass nur die ohmschen Verluste der Läuferwicklung durch dessen unmittelbare Kühlung abgeführt werden müssen und die Kühlkaiiäle dementsprechend kleiner bemessen werden können, d.h. der zur Verfügung stehende wirksame KupfercLuerschnitt wird grosser. Ferner ergibt sich durch diese kombinierteThe barrel winding 15> which are also built on waveguides is, with a liquid, preferably water, Directly cooled and axial longitudinal channels 16 are also provided in the rotor tooth iron, which are in the immediate vicinity of the rotor surface are arranged. The cooling liquid is supplied to the rotor via the inner pipe connection 10, whereupon the Liquid flows through the central bore β. At the other At the end of the rotor, part of the cooling liquid enters the Waveguide of the winding 15, while another part reaches the axial rotor tooth channels 16 via the radial channels 17. The cooling liquid, the flow paths of which through the winding and rotor teeth are indicated in FIG. 1 by JP arrows, leaves finally the rotor shaft 7 via the outer pipe connection 9, i.e. at the same end of the machine where it was introduced. . ".-.". ' Due to the direct cooling of the rotor tooth iron as described the heat occurring in the rotor teeth is dissipated at the point of origin, so that only the ohmic losses of the Rotor winding can be dissipated by its direct cooling have to be dimensioned and the Kühlkaiiäle accordingly smaller can, i.e. the available effective copper cross-section becomes larger. Furthermore, this results in combined

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Kühlung der Wicklung und der Läuferzähne eine wesentliche Herabsetzung der Wärmeäehnimgsuntersciiieäe.Cooling of the winding and the rotor teeth is a significant reduction of the heat loss subciiieäe.

Es besteht auch noch dieMöglichkeit die Eisen- und Kupfertemperaturen unabhängig voneinander zu steuern.There is also the possibility of the iron and copper temperatures to be controlled independently of each other.

Bei einem Turbogenerator gemäss den Fig. 1 und 2, wo der Läufer in einem gasdichten Raum, der einen Unterdruck aufweist oder unter Vakuum steht, untergebracht ist um die Reibungsverluste herabzusetzen^ ist gerade die beschriebene kombinierte unmittelbare Kühlung für den Läufer von grosser Bedeutung, weil hier praktisch keine Wärme über den Luftspalt abgeführt werden kann. Selbstverständlich ist aber die Erfindung nicht auf Maschinen dieser Art beschränkt,, sondern kann ohne weiteres auch bei Turbogeneratoren, wo Läufer- und Ständerraum nicht getrennt sind, zur Anwendung kommen und bringt auch dort eine .wesentliche Verbesserung der Kühlung mit allen den bereits erwähnten Vorteilen mit sich.In a turbo generator according to FIGS. 1 and 2, where the Runner in a gas-tight space that has a negative pressure or is under vacuum, is housed around the friction losses Reduce ^ the described combined direct cooling is of great importance for the runner, because here practically no heat can be dissipated via the air gap. However, the invention is not self-evident limited to machines of this type, but can also be used with turbo generators, where rotor and stator space is not available are separate, come into play and also brings a there .significant improvement of the cooling with all of the already mentioned Advantages with itself.

Claims

Protection claims;

1, turbo generator with directly "" cooled stator and rotor winding and in which the rotor space is sealed gas-tight from the stator space and viewed on a vacuum pump.

/ sen is characterized ^ that for cooling the rotor winding a liquid is used, part of which is used for immediate cooling; of the running gear, in particular of egg iron ^ is used by part of this liquid through known longitudinal channels provided in the rotor teeth hindu flows,;

2. Turbo generator according to claim 2> characterized in that the stand space is filled with an inert gas.

^. TurTDO generator according to claim 1, characterized in that the stator winding and the stator iron are cooled with hydrogen is, : ; ; :

4. Turbo generator according to claim Ij, characterized in that the stator winding is cooled with a liquid and the stator iron with a gas.

Public company i Brown, Boveri & CIe.

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