DE3111635A1

DE3111635A1 - "gasgekuehlter rotor fuer einen turbogenerator"

Info

Publication number: DE3111635A1
Application number: DE19813111635
Authority: DE
Inventors: Kristian Dahl Dipl.-Ing. 72462 Västerås Madsen
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-03-25
Publication date: 1982-04-29
Also published as: US4365177A; CH657724A5; SE8002528L; FR2480041A1; SE428984B; JPS56153950A; FR2480041B1

Description

Gasgekühlter Rotor für einen Turbogenerator

Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Rotor für einen Turbogenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Rotor wird beschrieben in der ungarischen Patentschrift 148 228 sowie in der USA-Patentschrift 3 781 581. Ferner wird eine nach der ungarischen Patentschrift hergestellte Maschine in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-98, No. 3, May/ June 1979, Seiten 876-878 beschrieben.

Bei dem bekannten Rotor der hier behandelten Art ist bei gegebenem Gesamtkühlkanalvolumen der pneumatische Widerstand eines durch eine Spulenseite strömenden Kühlgasstromes im Vergleich zu dem entsprechenden Widerstand bei axial verlaufenden Kühlkanälen extrem klein, da sich die gesamte Querschnittsfläche der tangential verlaufenden Kühlkanäle zu der entsprechenden Fläche bei axialen Kühlkanälen wie die Seitenfläche der Spulenseite zur Querschnittsfläche der Spulenseiten verhält, während die Länge der Kühlkanäle gleich der Breite der Spulenseite ist.

Bei einem Rotor der vorgenannten Art kann man ohne Schwierigkeit eine genügend große pneumatische Leitfähigkeit der durch die Spulenseiten verlaufenden Kühlkanälen erzielen, während die pneumatische Leitfähigkeit der in den Nutenkeilen angeordneten Eiri-

lauf- und Auslaufkanäle dagegen relativ klein ist, was zur Folge hat, daß der Gesamtquerschnitt der letztgenannten Kanäle praktisch allein bestimmend für die Größe des Kühlgasstromes ist, der durch die in den Wicklungsnuten liegenden Abschnitte der Rotorwicklung gepreßt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasgekühlten Rotor der eingangs genannten Art zu entwickeln, dessen Wicklung bei gegebener Drehzahl und gegebenem Rotordurchmesser intensiver gekühlt werden kann als bei den bekannten Rotoren, ohne daß die Nutkeilanordnung hinsichtlich der an sie zu stellenden mechanischen Festigkeitsforderungen verschlechtert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gasgekühlter Rotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei den bisher hergestellten Rotoren der eingangs genannten Art haben die in der Wicklungsnut angeordneten, zur Fixierung des Leiterbündels vorgesehenen Distanzkörper gewisse Beschränkungen bei der Ausbildung der Kanäle der Nutkeilanordnung mit sich gebracht. Bei dem Rotor nach der Erfindung ist es durch geeignete Ausbildung der Fixiervorrichtung gelungen, die durch die oben genannten Beschränkungen bedingten Abweichungen von der optimalen Gestaltung der Kanäle der Nutkeilanordnung sehr klein zu halten. Dadurch wird eine erhebliche Vergrößerung des Gesamt-Kanal-

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querschnitts der Nutkeilanordnung erreicht, ohne daß die Fähigkeit zur Aufnahme der auf die Spulenseite wirkenden Zentrifugalkräfte reduziert ist. Unter im übrigen gleichen Bedingungen kann man bei einer Nutkeilanordnung nach der Erfindung einen Gesamt-Kanalquerschnitt erreichen, der ca. 33 % größer ist als bei entsprechenden bekannten Nutkeilanordnungen.

Aus den in der genannten IEEE Transaction gezeigten Druckkurven geht hervor, daß der Druckabfall längs eines tangentialen Kühlkanals am Boden der Wicklungsnut bei dem bekannten Rotor nur 1/3 des Druckabfalls beträgt, der in einem tangentialen Kühlkanal am

auftritt

oberen Ende der Nut|p wobei der radial innerste Leiter der Spulenseite bei maximalen Rotorstrom eine Temperatur erreicht, die ca. um 35°C höher liegt als die Temperatur in dem radial äußersten Leiter der Spulenseite. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Kühlgasdurchströmung der radial inneren Leiter zu verbessern, damit deren Temperatur nicht wesentlich höher liegt, als die des radial äußersten Leiters. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der in der Wicklungsnut angeordneten Fixiervorrichtung konnte bei einem Rotor gemäß der Erfindung der genannte Temperaturunterschied auf 9°C reduziert werden. Eine in Verbindung mit der Erfindung durchgeführte mathematische Untersuchung hat ergeben, daß der oben genannte Druckabfall nicht linear mit dem mittleren Querschnitt des zwischen der Spulenseite und der Nutenwand befindlichen Gasdurchströmungsweges variiert, sondern einer Funktion folgt, in die mehrere Exponentialfunktionen eingehen. In dem betreffenden Bereich bewirkt daher eine Erhöhung des mittleren Querschnittes des Gasdurchströmungsweges eine unerwartet hohe Reduktion des Druckabfalles längs dieses Weges.

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Bei der Entwicklung eines Rotors nach der Erfindung wurde anfangs vorausgesetzt, daß die Kanäle des Nutenkeils jeweils im wesentlichen in einer Radialebene liegen sollten, da eine teilweise axiale Richtung eine unnötige Verlängerung der Kanäle mit sich führen würde, und daß die Projektion der Einlaufkanäle jeder Wicklungsnut in axialer Richtung die Projektion der Auslaufkanäle in axialer Richtung kreuzen sollte.und, eigentlich nur als Gedankenexperiment, daß die in der Nut befindlichen Fixiervorrichtungen keine Beschränkungen hinsichtlich der axialen Lage der Nutenkeilkanäle mit sich bringen sollten. Unter diesen Voraussetzungen kam man dann zu dem Ergebnis, daß die Bedingungen für eine maximale Gasdurchlässigkeit der Nutkeilanordnung bei vorgeschriebener mechanischer Festigkeit darin bestehen, daß die Kanäle der Nutkeilanordnung gleichmäßig längs der ganzen Nut so nahe aneinander wie möglich und auf solche Weise verteilt werden, daß jeder Einlaufkanal zwischen zwei unmittelbar benachbarten Ausläufkanälen liegt und umgekehrt, wenn man von Unregelmäßigkeiten an den Nutenenden absieht.

Von dieser Erkenntnis ausgehend, ist man bei der Entwicklung bestrebt gewesen, die zur Fixierung der Leiterbündel der Nut erforderlichen Vorrichtungen derart auszuführen, daß die vorgenannte gleichmäßige Verteilung so wenig wie möglich gestört wird. Beispielsweise bei dem in der genannten ungarischen Patentschrift gezeigten Rotor beträgt auf jeder Seite des Leiterbündels die gesamte axiale Länge sämtlicher zwischen der Nutenwand und dem Leiterbündel angeordneter Distanzkörper 50 % der Länge der Wicklungsnut, was bedeutet, daß der axiale Abstand zwischen gleichmäßig verteilten, in Radialebene liegenden Keilkanälen bedeutend größer wird

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als bei dem gedachten Fall, in dem die Distanzkörper die Ausführung der Keilkanäle nicht beeinflussen. Daß die Keilkanäie in ziemlich starkem Maße axial gerichtet sind, hat außerdem eine erhebliche Erhöhung ihres pneumatischen Widerstandes zur Folge.

Die Erfindung gründet sich auf das Prinzip, die gesamte axiale Länge der zwischen'Nutenwand und Leiterbündel befindlichen Distanzkörper dadurch zu reduzieren, daß man den Bedarf soleher Distanzkörper im wesentlichen verringert, und zwar dadurch, daß eine wie eine Kanalschiene ausgeführte Haltevorrichtung am Boden der Nut angeordnet ist, während eine tangentiale Verschiebung der einzelnen Leiter des Leiterbündels im Verhältnis zueinander mit Hilfe mehrerer langgestreckter, in dem Leiterbündel eingebetteter Sperrorgane verhindert wird. Die Anwendung solcher Sperrorgane ist beispielsweise aus der französischen Patentschrift 7833078 in Verbindung mit Rotoren bekannt, bei denen ein in einer Wicklungsnut angeordnetes Leiterbündel nur mit Hilfe eines axial strömenden Kühlmittels gekühlt wird, wobei die axialen Kühlkanäle zwischen den Nutenwänden und dem Leiterbündel begrenzt sind und folglich blockiert werden würden, wenn man in der Nut Distanzkörper derselben Art anbringen würde, wie sie in den eingangs genannten Publikationen verwendet werden. Da in dem Leiterbündel eingebettete Sperrorgane in einem Rotor mit tangentialen Kühlkanälen eine genauso große Blockierwirkung haben wie zwei mit derselben axialen Abmessung ausgeführte, einander gegenüber und jeweils auf einer Seite des Leiterbündels liegende Distanzglieder, hat man bisher solche Sperrorgane nicht in Rotoren mit tangential verlaufenden

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Kühlkanälen angebracht. Im Gegenteil spricht vieles gegen die Einführung von eingebetteten, radial gerichteten Sperrorganen, u.a. die Tatsache, daß diese eine genaue Ausformung und genau aufeinander abgestimmte Löcher in den Leitern des Leiterbündels erfordern und außerdem einen Verlust an Leitermaterial mit sich bringen.

Bei einem Rotor nach der Erfindung hat es sich jedoch gezeigt, daß die vorgenannten Nachteile durch die Vorteile übertroffen werden, die man dadurch erzielt, daß die gesamte axiale Länge der zuäußerst in der Nut zwischen Nutwand und Leiterbündel angeordneten Distanzkörper kleiner wird, was die Schaffung einer Nutkeilanordnung erlaubt, deren Kanäle mit größerer Freiheit und folglich mit einem verhältnismäßig großen Gesamtquerschnitt angeordnet werden können.

Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfindung erzielt man außerdem den Vorteil, daß sich die zwischen dem Leiterbündel und den Nutenwänden angeordneten Distanzkörper nur über einen relativ kleinen Teil der Nutenhöhe erstrecken, was zusammen mit der geringen axialen Erstreckung der Distanzkörper bewirkt, daß der Druckabfall des Kühlgasflusses auf der radialen Strecke von den Austrittsöffnungen der Einlaufkanäle bis zum radial inneren Teil der Nut erheblich kleiner wird als bei den bekannten Rotoren. Wie bereits erwähnt, hat dies zur Folge, daß der Temperaturunterschied zwischen der radial äußersten und radial innersten Windung des Leiterbündels weniger als 50 % des entsprechenden Temperaturunterschiedes bei den bekannten Rotoren beträgt.

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Man könnte befürchten, daß durch die Anwendung von sowohl eingebetteten Sperrorganen als auch zwischen Leiterbündel und Nutenwand angeordneten Distanzgliedern der tangential verlaufende Kühlfluß in einem unzuläßigen Maße blockiert wird. Dieses wird jedoch dadurch vermieden, daß die Sperrorgane im wesentlichen an denselben axialen Stellen wie die Distanzglieder angeordnet werden.

Wie bereits erwähnt, wird ein Höchstmaß für die gesamte Querschnittsfläche der Kanäle der Nutkeilanordnung dann erreicht, wenn die Kanäle in axialer Richtung gleichmäßig über die gesamte Länge der Wicklungsnut verteilt sind. Eine solche vollkommen gleichmäßige Verteilung wird in der Praxis jedoch dadurch verhindert, daß die Nutkeilanordnung normalerweise aus mehreren, beispielsweise 10 axial hintereinander angeordneten Teilkeilen besteht, wodurch der Abstand zwischen zwei benachbarten aber in verschiedenen Teilkeilen enthaltenen Einlaufkanäle oder Auslaufkanäle größer wird als der entsprechende Abstand zwischen zwei benachbarten Kanälen, die zu demselben Teilkeil gehören.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird die Länge der Teilkeile so gewählt, daß sämtliche oder eine überwiegende Anzahl der zwischen der Nutenwand und dem Leiterbündel- angeordneten Distanzglieder ungefähr dieselben axialen Lagen wie die Enden der Teilkeile haben. Dadurch wird vermieden, daß die Aufteilung der Nutkeilanordnung in mehrere Teilkeile eine weitere Diskontinuität in der axialen Verteilung der Kanäle der Nutkeilanordnung verursacht. Gleichzeitig erzielt man den Vorteil, daß die zwischen dem radial äußeren Abschnitt des Leiterbündels und den Nutenwänden befindlichen Distanzglieder auf eine hinsichtlich der Montage

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sehr einfache Weise zuverlässig an der Nutkeilanordnung fixiert werden können.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil eines Radialschnittes durch ein Ausführungsbeispiels eines Rotors gemäß der Erfindung längs der Linie I-I in Figur 2,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils der Spulenseite und der Nutkeilanordnung entsprechend der Linie II-II in Figur 1,

Fig. 3 einen partiellen Schnitt durch die Nutkeilanordnung längs der Linie III-III in Figur 1,

Fig. 4 den Nutkeil gemäß Figur 1 in einer partiellen Ansicht, die durch die Linie IV-IV in Figur 1 kenntlich gemacht ist,

Fig. 5 und 6 eine axiale und eine radiale Ansicht einer ersten Ausführungsform eines doppelten Distanzgliedes, das einen radial äußeren Teil eines in einer Rotornut liegenden Leiterbündels umgreifen soll,

Fig. 7 und 8 eine andere Ausführungsform eines Distanzgliedes in denselben Ansichten wie Figur 5 und 6,

Fig. 9 eine partielle tangentiale Ansi-cht eines in einer Wicklungsnut liegenden Leiterbündels mit einer radial inneren Fixiervorrichtung,

Fig. 10 einen partiellen Axialschnitt durch die Spulenenden des Rotors.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Rotor für einen Turbogenerator. Der Rotor hat radial gerichtete Rotorzähne 2 und axial verlaufende Wicklungsnuten 3. Die Rotorwicklung besteht aus mehreren Anker-

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spulen, von denen .jede mehrere Windungen hat, die in der Wicklungsnut durch eine Schicht A aus isolierendem Material gegeneinander isoliert sind. Jede Windung besteht aus mehreren in der Nut übereinanderliegenden Schienen 5 aus elektrisch gut leitendem Material, wie z. B. Kupfer. In jeder Windung ist jede von mehreren Schienen mit mehreren im wesentlichen tangential verlaufenden Nuten versehen, wodurch in dem aus den Schienen 5 gebildeten Leiterbündel 7 (Spulenseite) eine große Anzahl von im wesentlichen tangential verlaufenden Kühlkanälen 6 gebildet wird., Die Schienen des Leiterbündels 7 sind mit Ausnahme der radial äußersten Schiene mit durchgehenden, radial gerichteten Löchern versehen, die mehrere radial gerichtete und axial hintereinander angeordnete isolierte oder aus isolierendem Material bestehende Stäbe 8 aufnehmen, die ohne nennenswertes Spiel durch die Löcher verlaufen, wodurch die Schienen 5 im Verhältnis zueinander fixiert werden. Das Leiterbündel 7 ist radial außen in tangentialer Richtung mit Hilfe -einer radial äußeren Distanzvorrichtung fixiert, die mehrere zweiseitig wirkende, im wesentli-, chen U-förmige, mit zwei Schenkeln 10 versehene Distanzglieder 9 w aus Isoliermaterial enthält, welche axial hintereinander angeordnet sind. Alternativ kann man ein Distanzglied 9 verwenden, das in zwei Hälften aufgeteilt ist, die im Verhältnis zueinander mehr oder weniger in axialer Richtung versetzt sein können (Fig. 7 und 8). Die axiale Länge der Distanzglieder 9 bzw. 9' ist ungefähr dieselbe wie die entsprechende Länge des durchgehenden Stabes 8, und eine überwiegende Anzahl der Glieder 9 und 9« sind vorzugsweise an Stellen angeordnet, an denen der freie Durchgang durch einige der Kühlkanäle 6 bereits von Stäben 8 blockiert ist.

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Radial innen ist difs Leiterbündel 7 in tangentialer Richtung mit Hilfe einer geteilten bder\ ungeteilten sich über die ganze Länge

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der Wicklungsnut erstreckenden aus Isoliermaterial bestehenden Schiene mit U-förmigem Querschnitt fixiert. Die Schenkel der Schiene bilden auf ihrer jeweiligen Seite des Leiterbündels 7 ein Distanzglied zwischen dem Leiterbündel und der Nutwand, welches an einer im untersten Teil der Nut befindlichen Schicht 13 einer Nutenisolation anliegt. Jeder Schenkel hat längs eines überwiegenden Teils seiner axialen Länge eine radiale Höhe h (Fig. 9), die weniger als das Vierfache der radialen Höhe d der Schiene 5 beträgt. Vorzugsweise beträgt h weniger als das Zweifache von d und weniger als 15 % der radialen Höhe des Leiterbündels. Außerdem hat die Schiene 12 mehrere U-förmige Abschnitte 14, an denen die radiale Höhe H der Schenkel relativ groß ist.

axiale
Die Länge der U-förmigen Abschnitte 14 ist ungefähr so groß wie die axiale Erstreckung jedes der Stäbe 8. Die Abschnitte 14 liegen jeweils in der Nähe eines Stabes 8 und sind derart angeordnet, daß zumindest ein Teil der Projektion des Stabes 8 in Richtung der Kühlkanäle 6 mit einer entsprechenden Projektion eines U-förmigen Abschnittes 14 zusammenfällt. Jeder Abschnitt 14 hat eine radiale Höhe H, die kleiner als die radiale Höhe des Leiterbündeis 7 ist, vorzugsweise kleiner als 50 % der genannten Höhe. Die Wicklungsnut 3 ist mit einer Nutkeilanordnung verschlossen, die aus mehreren untereinander gleichen Teilkeilen 15 besteht, die axial unmittelbar hintereinander angeordnet sind. Die Nutkeilanordnung ist mit mehreren tangential verlaufenden Nuten 16 versehen, in welchen die Distanzglieder 9 ohne nennenswertes Spiel angeordnet sind. Jede Nut 16 ist an den Enden von zwei unmittelbar hintereinanderliegenden Teiikeilen 15 angeordnet und hat mindestens eine Begrenzungsfläche in dem einen und mindestens eine Begrenzungsfläche in dem anderen Teilkeil.

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Die Teilung zwischen den Gliedern 9 (oder 9^f) kann gleich der Länge des Teilkeils 15 oder ein Vielfaches hiervon sein.

Wenn die beiden Hälften des geteilten Distanzgliedes 9¹ in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind, kann der tangential verlaufende Teil jeder Hälfte in einer entsprechenden tangential verlaufenden Nut angeordnet sein, die wie die Nuten 16 ausgebildet, aber kürzer als diese sind.

Gemäß einer zweiten, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform eines Rotors gemäß der Erfindung ist nur eine Hälfte des Gliedes 9' an jeder Verbindungsstelle zwischen Teilleitern angeordnet, wobei diese Hälften in Axrichtung des Rotors abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Leiterbündels liegen.

Ein radial innerer Teil der Wicklungsnut ist mit einer Nutisolationsschicht 13 versehen, da das tangentiale Maß der Distanzglieder 14 so klein ist, daß ohne die Nutisolation die Gefahr eines durch Kriechströme hervorgerufenen Überschlags zur Erde bestehen würde. Die Distanzglieder 9 oder 9^T können dagegen in direktem mechanischen Kontakt mit dem Rotoreisen stehen, wodurch man den Vorteil erhält, daß der maximal zulässige Druck, den ein Distanzglied 9 oder 9' auf die Nutwände ausübt, einen erheblich höheren Wert als bei entsprechenden Distanzgliedern der vorge- · nannten bekannten Maschinen annehmen darf, bei denen dieser Druck nicht den Wert übersteigen darf, dem die Nutenisolation standzuhalten vermag.

Das.Leiterbündel 7 ist in radialer Richtung mit Hilfe einer oder mehrerer zwischen der Nutkeilanordnung und dem Leiterbündel axial

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hintereinander angeordneter Druckschienen aus weichem Kupfer festgespannt. Jede Druckschiene ist als ein an den Enden verschlossenes Rohr ausgebildet, in welches flüssiges Epoxy-Harz eingeleitet wurde, das unter einem Druck von mindestens 100 Atmosphären erstarrt ist. Die tangential verlaufende Nut 16 und der hierin liegende Teil des Dis.tanzgliedes 9 können in ihrer radialen Bemessung mit relativ großen Toleranzen ausgeführt werden, da sich die Druckschiene leicht den angrenzenden Flächen anpaßt.

Die Wicklungsnut 3 ist an jedem axialen Ende mit Hilfe von zwei in den Figuren nicht dargestellten Endkeilen aus isolierendem Material verschlossen, die auf jeder Seite des Leiterbündels in axialer Richtung eingetrieben sind. Die axiale Länge der Endkeile ist ungefähr dreimal so groß wie die axiale Länge jedes Distanzgliedes 9. Zwei Endkeile grenzen zusammen mit einer Nutwand und der einen Seite des Leiterbündels 7 eine Einlaufkammer 17 für Kühlgas ab. Eine Auslaufkammer 18 wird auf entsprechende Weise auf der anderen Seite des Leiterbündels abgegrenzt.

Die Einlaufkammer 17 ist mit sämtlichen an der Rotorperipherie mündenden Einlaufkanälen 19 verbunden, wobei vier solche Kanäle in jedem der untereinander gleichen Teilkeile 15 angeordnet sind. Diese liegen in der ganzen Länge der Rotornut unmittelbar hintereinander. Jeder Einlaufkanal 19 hat auf dem überwiegenden Teil seiner Länge einen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt. Der Einlaufkanal hat einen Einlaufteil 20, dessen Öffnung in starkem Maße tangential und auf solche Weise gerichtet ist, daß die tangentiale Richtungskomponente mit der Rotationsrichtung des Rotors zusammenfällt. Die Seitenflächen des Einlaufteils 20 ent-, sprechen im wesentlichen den Seitenflächen eines vierseitigen

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Pyramidenstumpfes. .Die Kanten zwischen den benachbarten Seitenflächen des Pyramidenstumpfes sind abgerundet, wobei der Krümmungsradius aus Fertigungsgründen gleich dem Radius des zuvor genannten kreiszylindrischen Kanalteils ist. Alternativ können die Seitenflächen des Einlaufsteils 20 so geformt sein, daß sie der Mantelfläche eines Kegelstumpfes entsprechen.

In jedem Teilkeil 15 sind auch vier Auslaufkanäle 21 auf solche Weise angeordnet, daß ihre Projektionen in axialer Richtung auf eine Radialebene die entsprechenden Projektionen der Einlaufkanäle 19 kreuzen (Fig. 1). Sämtliche Auslaufkanäle 21 leiten Kühlgas von der Auslaufkammer 18 in den Luftspalt 22 zwischen Rotor 1 und dem umgebenden Stator.

Abgesehen von kleineren Unregelmäßigkeiten an den Nutenden, d.h. längs mindestens 80 % der gesamten Länge der Nutkeilanordnung, sind die Kanäle nach der Erfindung auf solche Weise in axialer Richtung angeordnet, daß jeder Einlaufkanal zwischen zwei Auslaufkanälen liegt und umgekehrt. Die Einlauföffnungen der Einlaufkanäle sind nahezu gleichmäßig längs der Nutkeilanordnung verteilt. Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Einlaufkanälen, d.h. die axiale Länge der dazwischenliegenden Keilabschnitte, ist konstant, abgesehen von dem Abstand zwischen benachbarten Einlaufkanälen, die zu verschiedenen Teilkeilen 15 gehören. Der letztgenannte Abstand ist jedoch kleiner als 300 %, normalerweise kleiner als 200 % des Mindestabstandes zwischen benachbarten Einlaufkanälen, -die sich in ein und demselben Teil-

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keil befinden. Die gleichen Verhältnisse gelten für die Auslaufkanäle der Nutkeilanordnung. Bei dem in den Figuren gezeigten Rotor beträgt die Strecke zwischen benachbarten Einlaufkanälen, die zu demselben Teilkeil gehören, 25 % der Teilkeillänge. Bei einem Rotor nach der Erfindung beträgt diese Strecke im allgemeinen weniger als 26 % der Teilkeillänge, was bedeutet, daß die Summe sämtlicher solcher Strecken längs der Wicklungsnut im allgemeinen kleiner als 26 % der Nutenlänge ist. Eine niedrige Prozentzahl für die vorgenannte Summe bedeutet, daß die hinsichtlich der pneumatischen Leitfähigkeit der Keilkanäle optimale völlig gleichmäßige Verteilung der Kanäle längs der ganzen Wicklungsnut nur in geringem Maße durch die äußerst in der Nut befindlichen Distanzkörper gestört ist. Bei einem Rotor nach der Erfindung ist es möglich, einen Wert von nur 15 % für die vorgenannte Summe zu erzielen.

Bei dem in den Figuren gezeigten Rotor enthält jede zwischen zwei benachbarten Distanzorganen 9 liegende Strecke der Nutkeilanordnung vier Einlaufkanäle 19 und vier Auslaufkanäle 21. Auch wenn man auf dieser Strecke nur drei Einlaufkanäle und drei Auslaufkanäle haben würde, so würde ein Rotor nach der Erfindung bedeutend bessere Eigenschaften bekommen können als ein entsprechender Rotor bekannter Ausführung. In einem Rotor nach der Erfindung sind mehrere Nutkexlanordnungsabschnitte, die je einer axialen Strecke zwischen zwei benachbarten, auf derselben Seite des Leiterbündels liegenden Distanzkörpern entsprechen, mit mindestens je drei, vorzugsweise mindestens je vier Auslaufkanälen auf der betreffenden Strecke versehen.

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Der in den Figuren gezeigte Rector hat nur eine Einlaufkammer und eine Auslaufkammer in jeder Nut. Die Erfindung erstreckt sich jedoch auf einen Rotor, bei dem in jeder Nut mehrere Einlaufkammern und mehrere Auslaufkammern vorhanden sind, doch wird ein solcher Rotor als weniger vorteilhaft angesehen als der in den Figuren dargestellte, Die Nutkeilanordnung eines Rotors nach der Erfindung soll jedoch im Durchschnitt immer mehr als drei, vorzugsweise mehr als vier Kanäle pro Kammer haben.

Der Rotor nach der Erfindung ist in gleicher Weise wie bekannte Rotoren gleicher Art mit zwei aufgeschrumpften Wicklungskappen versehen. Jede Wicklungskappe bedeckt einen Abschnitt jeder Nutkeilanordnung. Da die Verteilerkammer des Rotors nach der Erfindung eine relativ große axiale Länge hat, besteht jedoch keine Gefahr, daß ein von einer Wicklungskappe abgedeckter Nutenabschnit.t von dem durch die Kanäle der Nutkeilanordnung zugeführten Kühlgas nicht durchströmt wird. Aus diesem Grunde sind die sonst üblichen besonderen Verbindungen zwischen dem Kühlsystem der Spulenenden und den genannten Nutabschnitten nicht erforderlich.

Die Einlauf- und Auslaufkanäle der Nutkeilanordnung 15' sind derart angeordnet, daß die Längsachsen sämtlicher Kanäle zu ein und derselben Ebene parallel verlaufen, was ein Schritt in Richtung der Schaffung einer Nutkeilanordnung mit minimalem Widerstand für das durchströmende Kühlgas bedeutet. Man kommt diesem „Ziel noch einen Schritt näher, wenn die betreffende Ebene eine Radialebene ist, was bei dem in den Figuren dargestellten Rotor der Fall ist, oder wenn diese Ebene im wesentlichen parallel zu einer Radialebene liegt. Weitere Merkmale, die bei dem dargestellten Rotor erfüllt sind, bestehen darin, daß die Einlaufkanäle im wesent-

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lichen gleichmäßig über die Länge der ganzen Nutkeilanordnung verteilt sind und daß die Auslaufkanäle gleichmäßig auf die Zwischenräume zwischen den Einlaufkanälen verteilt sind, wobei der axiale Abstand zwischen den beiden zueinander am dichtesten liegenden Stellen der Wand eines Einlaufkanals und der Wand eines benachbarten Auslaufkanals in jedem Teilkeil so klein wie möglich ist,vorzugsweise kleiner als 10 % des kleinsten Durchmessers des Einlaufkanals, oder weniger als 5 mm. Die Einlaufkanäle und die Auslaufkanäle 21 haben längs eines überwiegenden Teils ihrer Länge einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.

Die Nutkeilanordnung eines Rotors nach der Erfindung kann auch mit Kanälen versehen werden, deren Querschnitt nicht kreisförmig, sondern länglich ist, z.B. elliptisch, wobei die größere Achse des länglichen Querschnitts in axialer Richtung verläuft. Eine solche Ausführung erhöht jedoch die Fertigungskosten für die Nutkeile und den pneumatischen Widerstand der Kanäle bei gegebener mechanischer Stärke. Bei dem in den Figuren gezeigten Rotor ist der Kanalquerschnitt des kreiszylindrischen Teils der Einlaufkanäle 19 ungefähr gleich dem Kanalquerschnitt der Auslaufkanäle 21, wobei die Anzahl der Auslauf kajiäle und die Anzahl der Einlaufkanäle im wesentlichen gleich ist. Alternativ kann die gesamte Querschnittsfläche der Auslaufkanäle in jeder Wicklungsnut eines Rotors nach der Erfindung etwas kleiner sein als die gesamte Querschnittsfläche der inneren Abschnitte der Einlaufkanäle, da der Druckabfall in den Auslaufkanälen normalerweise weniger als 1/7 des Druckabfalles in den Auslaufkanälen beträgt. Da sich jedoch die hierdurch mögliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Keils nur auf der einen Seite des Keils merklich auswirkt, erzielt man kaum einen Vorteil, wenn man die gesamte

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Querschnittsfläche der Auslaufkanäle kleiner macht als die gesamte Querschnittsfläche der Einlaufkanäle.

Bei der Bemessung der Einlaufkanäle bei einem Rotor nach der Erfindung ist es zum Erreichen eines hinsichtlich seiner Festigkeit vorteilhaften Nutenkeils erforderlich, daß der kürzeste axiale Abstand" zwischen'den kreiszylindrischen Teilen zweier benachbarter Einlaufkanäle in jedem Teilkeil größer als 90 % des Durchmessers dieser Teile ist. (Sollte eine geringere Abweichung von einer Kreisform vorkommen, so ist der in einer Radialebene gemessene Durchmesser gemeint.) Außerdem ist es wichtig, daß der genannte Durchmesser so groß wie möglich ist, wenn eine große Durchlässigkeit für Kühlgas erreicht werden soll. Der Durchmesser muß jedoch insoweit begrenzt werden, daß die Materialdicke sämtlicher zwischen einem Einlaufkanal und einem Rotorzahn befindlicher und an dem Rotorzahn anliegender Keilabschnitte immer größer als 5 %, vorzugsweise größer als 8 % der maximalen radialen Höhe des Nutenkeils ist.

Dem Luftspalt 22 wird Kühlgas an den Rotorenden zugeführt. Vom Luftspalt strömt das Kühlgas durch axiale Kühlkanäle in den Stator.

In Figur 10 ist der Weg des Kühlgases durch die Spulenenden des Rotors mit Pfeilen angedeutet. Die Spulenenden sind zwischen zwei zylindrischen Schirmen 23 und 24 angeordnet, wobei die Einlauföffnungen für Kühlgas im Schirm 23 und die Auslauföffnungen im Schirm 24 angeordnet sind. Das Kühlgas strömt durch Kühlkanäle 6V, die im Verhältnis zu den Leitern der Spulenenden transversal gerichtet und in den Leitern angeordnet sind.

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Ein Rotor nach der Erfindung zeichnet sich durch "eine Nutkeiianordnung aus, die in mechanischer Hinsicht denselben Ansprüchen
genügt wie die Nutkeilanordnungen bekannter Rotoren, die jedoch gleichzeitig einen erheblich größeren Gesamtkanalquerschnitt hat, als die Nutkeilanordnungen bekannter Rotoren entsprechender
Art.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Gasgekühlter Rotor für einen Turbogenerator mit mehreren mit je einer Nutkeilanordnung (15^f) versehenen Wicklungsnuten (3), mit mehreren in je einer Wicklungsnut angeordneten Leiterbündeln (7), die durchgehenden, im wesentlichen tangential verlaufenden Kühlkanälen (6) aufweisen, mit mehreren in der Nutkeilanordnung (15') jeder Nut axial hintereinander angeordneten Einlaufkanälen (19) für Kühlgas, die mit einer in Rotationsrichtung gerichteten, an der Rotorperipherie mündenden Einlauföffnung (20) versehen sind und mit den tangential verlaufenden Kühlkanälen (6) auf der einen Seite des Leiterbündels (7) verbunden sind, mit mehreren in der Nutkeilanordnung angeordneten Auslaufkanäle (21) für Kühlgas, die gleichmäßir auf die zwischen den Einlaufkanälen (19) vorhandenen Keilabschnitte verteilt sind und mit den tangential verlaufenden Kühlkanälen (6) auf der anderen Seite des Leiterbündels (7) verbunden sind, wobei die Projektionen der Einlaufkanäle (19) auf eine Radialebene die entsprechenden Projektionen der Auslaufkanäle (21) kreuzen, und mit einer das Leiterbündel (7) fixierenden Distanzanordnung aus isolierendem Material, die eine Vielzahl erster (10; 10') und eine Vielzahl zweiter (10; 10¹) Distanzglieder enthält, die zwischen dem Leiterbündel (7) und der ersten bzw. der zweiten Seitenwand der Wicklungsnut mit ersten bzw. zweiten axialen Zwischenräumen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterbündel (7) außerdem in tangentialer Richtung mit Hilfe einer radial inneren, zwischen dem Leiterbündel (7) und den Nutwänden angeord-

neten elektrisch isolierenden Distanzanordnung (12) fixiert

ist, die längs eines überwiegenden Teils der Wicklungsnutlänge an den den Nutwänden gegenüberliegenden Flächen des Leiterbündels anliegt, daß eine überwiegende Anzahl der einzelnen Leiter des Leiterbündels(7) in tangentialer Richtung mittels mehrerer im Leiterbündel ganz eingebetteter isolierter oder aus isolierendem Material bestehender Sperrorgane (8) miteinander fixiert sind und daß jeder von mehreren axial verlaufenden Abschnitten der Nutkeilanordnung (15'),die jeweils einem der genannten axialen ersten bzw. zweiten Zwischen-' räume entsprechen, mindestens drei der genannten Einlaufkanäle (19) bzw. mindestens drei der genannten Auslaufkanäle (21) enthält.

2. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Sperrorgane (8) sich im wesentlichen radial längs eines überwiegenden Teils der radialen Höhe des Leiterbündels (7) erstreckt, daß die radial innere Distanzanordnung mindestens eine Schiene (12) mit U-förmigem Querschnitt enthält, die längs einer Nutenstrecke verläuft, welche mindestens eines der Sperrorgane (8) enthält, daß die Schenkel der Schiene (12) auf ihrer jeweiligen Seite des Leiterbündels (7) ein zwischen dem Leiterbündel und einer Nutenwand befindliches radial inneres Distanzglied bilden, wobei die radial innere Distanzanordnung mehrere erste (14) und mehrere zweite axial hintereinander angeordnete U-förmige Abschnitte hat, daß die axiale Länge der ersten Abschnitte (14) wesentlich kleiner als die axiale Länge der genannten zweiten Abschnitte ist, daß die radiale Höhe (H) der ersten Abschnitte (14) kleiner als die ra-

' diale Höhe des Leiterbündels (7) ist, aber größer als die ra-

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diale Höhe (h) der zweiten Abschnitte ist, während die letzteren kleiner als 15 % der radialen Höhe des Leiterbündels sind, und daß jeder von mehreren der ersten U-förmigen Abschnitte (14) im Bereich je eines der Sperrorgane (8) derart angeordnet ist, daß ein Teil der Projektion des Sperrorgans (8) in Richtung der Kühlkanäle -(6) mit der entsprechenden Projektion des ersten U-förmigen Abschnittes (14) zusammenfällt.

3. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Distanzglieder in mehreren Paaren angeordnet sind, wobei jedes Paar ein doppeltes (zweiseitig wirkendes), mit zwei Schenkeln (10; 10') versehenes Distanzglied (9; 9') bildet, in welchem eines der genannten ersten Distanzglieder mittels eines tangential verlaufenden Teils mit einem der genannten zweiten Distanzglieder verbunden ist, daß die genannten ersten und zweiten Distanzglieder längs eines Teils der radialen Höhe des Leiterbündels (7) zwischen je einer Seite des Leiterbündels und einer Wand der Wicklungsnut (3) anliegen, daß die Nutkeilanordnung (15^T) mehrere unmittelbar hintereinander angeordnete Teilkeile (15) enthält und daß mehrere der doppelten Distanzorgane (9; 9') in mehreren tangential verlaufenden, radial nach innen gerichteten Nuten (16) der Nutkeilanordnung (15^f) angeordnet sind, wobei jede dieser Nuten von mindestens zwei Flächen begrenzt wird, von denen mindestens je eine von jedem der beiden unmittelbar axial hintereinander angeordneten Teilkeile (15) S gebildet wird. !

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k. Gasgekühlter Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes hydraulisches Druckorgan in Form einer metallischen Druckschiene, das mit einem erstarrten Druckmittel gefüllt ist, radial innerhalb mehrerer Teilkeile (15) in druckkraftübertragendem Kontakt mit diesen und mit einer radial nach -innen gerichteten Fläche an mindestens einem der doppelten Distanzorgane (9; 9¹) angeordnet ist.

5. Gasgekühlter Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauf- und Auslaufkanäle (19, 21) in jeder Nutkeilanordnung (15') im wesentlichen parallel zu einer Radialebene verlaufen.

6. Gasgekühlter Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden zwischen dem Leiterbündel (7) und einer Nutwand befindlichen Räume der Wicklungsnut in axialer Richtung an mindestens zwei Stellen derart gesperrt ist, daß mindestens eine Einlaufkammer (17) für Kühlgas zwischen dem Leiterbündel und der einen Nutwand gebildet wird und mindestens eine Auslaufkammer (18) für Kühlgas zwischen dem Leiterbündel (7) und der anderen Nutwand gebildet wird, und daß jede der Einlaufkammern (17) in direkter Verbindung mit mindestens drei Einlaufkanälen (19) steht und jede Auslaufkammer (18) in direkter Verbindung mit mindestens drei Auslaufkanälen (21) steht.

7. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsnut nur eine Einlaufkammer (17) und eine

Auslaufkammer (18) hat, wobei die Einlaufkammer mit sämtlichen Einlaufkanälen (19) verbunden ist und die Auslaufkammer mit sämtlichen Auslaufkanälen (21) verbunden ist.

8. Gasgekühlter Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einlauf- und Auslaufkanal über einen überwiegenden Teil seiner Länge einen kreiszylindrischen Querschnitt hat und daß jeder Einlaufkanal (19) mit einem Einlaufteil (20) versehen ist, dessen seitliche Begrenzungsflächen im wesentlichen die Gestalt der Seitenflächen eines abgestumpften Kegels haben.

9. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Begrenzungsflächen des Einlaufteils (20) im wesentlichen die Gestalt der Seitenflächen einer abgestumpften vierseitigen Pyramide mit abgerundeten Seitenkanten haben.

10. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der abgerundeten Seitenkanten gleich dem Radius des kreiszylindrischen Abschnitts des Einlaufkanals ist.