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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Struktur für eine verbesserte Kühlung von
Generatorrotoren.
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Die
Nennausgangsleistung dynamoelektrischer Maschinen, wie z.B. großer Turbogeneratoren, ist
oft dadurch eingeschränkt,
dass es aufgrund von durch die elektrische Leitisolation vorgegebenen Temperatureinschränkungen
unmöglich
ist, einen zusätzlichen
Strom durch die Rotorfeldwicklung zu schicken. Daher trägt eine
effektive Kühlung
der Rotorwicklung direkt zu dem Ausgangleistungsvermögen der
Maschine bei. Dieses gilt insbesondere für den Rotorendbereich, in welchem
aufgrund der typischen Konstruktion dieser Maschinen eine direkte Zwangskühlung schwierig
und teuer ist. Da die vorherrschenden Markttrends einen höheren Wirkungsgrad
und höhere
Zuverlässigkeit
in preiswerteren Generatoren mit höherer Leistungsdichte erfordern,
wird die Kühlung
des Rotorendbereichs zu einem einschränkenden Faktor.
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Turbogeneratorrotoren
bestehen typischerweise aus konzentrischen rechteckigen Spulen,
die in Schlitzen in einem Rotor montiert sind. Die Endabschnitte
der Spulen (üblicherweise
als Wickelköpfe
bezeichnet), welche sich außerhalb
der Unterstützung
des Hauptrotorkörpers
befinden, werden typischerweise gegenüber Rotationskräften durch
einen Haltering (siehe 1) abgestützt. Unterstützungsblöcke, die
auch als Abstandsblöcke
bezeichnet werden, sind abwechselnd zwischen den konzentrischen
Spulenwickelköpfen
angeordnet, um die relative Position aufrechtzuerhalten, und um
mechanische Stabilität für axiale
Belastungen, wie z.B. die Wärmebelastungen
(siehe 2) beizusteuern. Zusätzlich werden die Kupferspulen
radial durch den Haltering an ihrem Außenradius festgehalten, was Zentrifugalkräften entgegenwirkt.
Das Vorhandensein der Abstandsblöcke
und des Halterings führt zu
einer Anzahl von den Kupferspulen ausgesetzten Kühlbereichen. Der primäre Kühlpfad ist
axial zwischen der Spindel und der Unterseite der Wickelköpfe. Ferner
sind diskrete Hohlräume
zwischen den Spulen durch die Begrenzungsoberflächen der Spulen, Abstandsblöcke und
der Innenoberfläche
der Halteringstruktur ausgebildet. Die Wickelköpfe sind dem Kühlmittel
ausgesetzt, das durch die Rotationskräfte von radial unterhalb der
Wickelköpfe
in diese Hohlräume
getrieben wird (siehe 3). Diese Wärmeübertragung ist tendenziell
niedrig. Dieses beruht darauf, weil gemäß berechneten Strömungspfadlinien
in nur einem rotierenden Wickelhohlraum aus einer rechnerischen
Fluiddynamikanalyse der Kühlmittelströmung in
den Hohlraum eintritt, eine primäre
Zirkulation durchläuft
und den Hohlraum verlässt.
Typischerweise führt
die Zirkulation zu niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten
insbesondere in der Mitte des Hohlraums. Somit ist, obwohl dieses
ein Mittel für die
Wärmeabführung in
den Wickelköpfen
ist, dieses relativ ineffizient.
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Es
wurden bereits erschiedene Verfahren eingesetzt, um zusätzliches
Kühlgas
durch den Rotorendbereich zu leiten. Alle diese Kühlverfahren
beruhen darauf, dass entweder (1) Kühlkanäle direkt in den Kupferleitern
durch Einarbeiten von Nuten oder Erzeugen von Kanälen in den
Leitern erzeugt werden, und dann Gas in einen bestimmten anderen
Bereich der Maschine gepumpt wird und/oder (2) Bereichen relativ
höherer
und niedrigerer Drücke
durch die Hinzufügung
von Leitelementen, Strömungskanälen und
Pumpelementen erzeugt werden, um das Kühlgas zu zwingen, über die
Leiteroberflächen
zu streichen.
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Einige
Systeme durchlöchern
den hoch beanspruchten Rotorhaltering mit radialen Löchern, um ein
Pumpen von Kühlgas
direkt entlang der Rotorwickelköpfe
und Auslassen in den Luftspalt zu ermöglichen, obwohl derartige Systeme
nur einen eingeschränkten
Nutzen aufgrund der Gesichtspunkte der hohen mechanischen Beanspruchung
und Ermüdungslebensdauer
hinsichtlich des Halterings haben können.
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Wenn
die herkömmlichen
Rotorende-Zwangskühlverfahren
eingesetzt werden, kommen erhebliche Komplexität und Kosten zu der Rotorkonstruktion
hinzu. Beispielsweise müssen
direkt gekühlte
Leiter bearbeitet oder hergestellt werden, um die Kühlkanäle auszubilden.
Zusätzlich
muss ein Austrittssammler vorgesehen werden, um das Gas irgendwo
in dem Rotor auszugeben. Die Zwangskühlungsverfahren erfordern,
dass der Rotorendbereich durch die Hinzufügung zahlreicher Leiteinrichtungen, Strömungskanäle und Pumpelemente
in getrennte Druckzonen unterteilt wird, was wiederum Komplexität und Kosten
mit sich bringt.
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Wenn
keines von diesen Zwangs- oder Direktkühlungsverfahren eingesetzt
wird, werden die Rotorwickelköpfe
passiv gekühlt.
Passivkühlung
beruht auf den Zentrifugal- und Rotationskräften des Rotors, indem man
Gas in den Blind-, Sackgassenhohlräumen zirkulieren lässt, welche
zwischen den konzentrischen Rotorwicklungen ausgebildet sind. Die
Passivkühlung
der Rotorwickelköpfe
wird manchmal auch als Kühlung
durch "freie Konvektion" bezeichnet.
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Die
passive Kühlung
bietet den Vorteil minimaler Komplexität und Kosten, obwohl das Wärmeabführungsvermögen im Vergleich
zu aktiven Systemen mit direkter oder erzwungener Kühlung verringert
ist. Jedes in die Hohlräume
zwischen den konzentrischen Rotorwicklungen eintretende Kühlgas muss
sie durch dieselbe Öffnung
verlassen, da diese Hohlräume
ansonsten verschlossen sind – die
vier "Seitenwände" eines typischen
Hohlraums werden durch die konzentrischen Leiter und die Isolationsabstandsblöcke gebildet,
die sie trennen, wobei die "untere" (radial äußere) Wand
durch den Halterungsring gebildet wird, der die Wickelköpfe gegen
die Rotation abstützt.
Kühlgas
tritt aus dem Ringraum zwischen den Leitern und der Rotorspindel
ein. Die Wärmeabführung ist
somit durch die geringe Zirkulationsgeschwindigkeit des Gases in
dem Hohlraum und die beschränkte
Menge des Gases, das in diese Räume eintreten
und diese verlassen kann, begrenzt.
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In
typischen Konfigurationen hat sich das Kühlgas in dem Endbereich noch
nicht vollständig
auf die Rotordrehzahl beschleunigt, d.h., das Kühlgas rotiert bei einer Teilrotordrehzahl.
Da das Fluid in einen Hohlraum mittels des Relativgeschwindigkeitsaufpralls
zwischen dem Rotor und dem Fluid getrieben wird, ist der Wärmeübertragungskoeffizient
typischerweise in der Nähe
des Abstandsblockes, der sich stromab bezüglich der Strömungsrichtung
befindet, am höchsten – wo das
Fluid mit einem hohen Impuls eintritt, und wo das Fluidkühlmittel
am kältesten ist.
Der Wärmeübertragungskoeffizient
ist typischerweise auch um den Hohlraumumfang herum hoch. Die Mitte
des Hohlraums erfährt
die geringste Kühlung.
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Eine
Erhöhung
des Wärmeabführungsvermögens passiver
Kühlsysteme
erhöht
die Stromführungsfähigkeit
des Rotors, was eine erhöhte
Nennleistungsfähigkeit
des Generators insgesamt bei gleichzeitigen Erhaltung des Vorteils
geringer Kosten, und einer einfachen und zuverlässigen Konstruktion bietet.
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Das
U.S. Patent Nr. 5,644,179 beschreibt ein Verfahren zur Steigerung
der Wärmeübertragung durch
Erhöhen
der Strömungsgeschwindigkeit
der großen
Einzelströmungszirkulationszelle
durch Einführen
einer zusätzlichen
Kühlströmung direkt
in die und in derselben Richtung wie die natürlich auftretende Strömungszelle.
Dieses ist in den 4 und 5 dargestellt.
Obwohl dieses Verfahren die Wärmeübertragung
in dem Hohlraum erhöht,
indem die Stärke
der Zirkulationszelle erhöht
wird, verbleibt der Mittelbereich des Ratorhohlraums immer noch
bei geringer Geschwindigkeit und daher geringer Wärmeübertragung.
Dieselbe niedrige Wärmeübertragung
bleibt ferner in den Eckenbereichen bestehen.
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Wie
es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, sind Abstandsblöcke ein
wesentliches Merkmal von Generatorwickelköpfen. Zusätzlich zur Definition der Hohlräume zwischen
den konzentrischen Rotorspulen, wo die Kühlung der Kopfwicklung erfolgt,
verbessern die Abstandsblöcke
die in den Hohlraum eingeführte
Kühlmittelströmung. Jedoch
erzeugen die Abstandsblöcke
bei dem Prozess der Induzierung dieser Hohlraumkühlmittelströmung eine Turbulenz, die das
Verhalten von stromab gelegenen Hohlräumen stören kann.
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Kurzzusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Struktur für eine verbesserte
Kühlung
von Generatorrotoren und insbesondere eine verbesserte Abstandsblock-Hinterkantenkontur
zum Reduzieren einer Turbulenz, während gleichzeitig die Fähig keit
des Abstandsblockes erhalten bleibt, eine Kühlmittelströmung in den Hohlraum einzuführen.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung werden die nachteiligen Effekte des Abstandsblockvorsprungs
in dem ringförmigen
Hohlraum zwischen den Kopfwicklungen und dem Statorkern auf stromab
liegende Hohlräume
minimiert, während
gleichzeitig dessen nützliches
Merkmal der Verbesserung der Kühlströmung in
dem stromauf davon gelegenen Hohlraum verbessert wird. Wie vorstehend
erwähnt, ist
die negative Auswirkung der Abstandsblöcke die Folge der durch den
Abstandsblock erzeugten Turbulenz, die stromab gelegene Hohlräume beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine aerodynamische Kontur für die Hinterkante
wenigstens einiger Abstandsblöcke
bereit, um den Umfang und die Stärke
der erzeugten Turbulenz zu reduzieren, während gleichzeitig die Fähigkeit
der Abstandsblöcke
eine Kühlströmung in
die Hohlräume
einzuführen,
erhalten bleibt. Die vorliegende Erfindung stellt auch strategische
Stellen für
diese neu geformten Abstandsblöcke
bereit.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform der
Erfindung wird die Reduzierung in der Turbulenz erreicht, indem
die Hinterkante des Abstandsblockes von einem rechteckigen Profil,
wie es üblich
ist, in eine stromlinienförmigere
Kontur umgeformt wird. Bevorzugt werden vorhandene Abstandsblöcke modifiziert,
um die konturierte Konfiguration zu erzeugen, um somit deren Einbeziehung
in die Gesamtkonstruktion zu erleichtern.
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Somit
wird die Erfindung in einer gasgekühlten dynamoelektrischen Maschine
verkörpert,
die einen Rotor mit einem Körperabschnitt
aufweist, wobei der Rotor sich axial erstreckende Spulen und Schlußwindungen
aufweist, die mehrere sich axial über wenigstens ein Ende des
Körperabschnittes
hinaus erstreckende Wickelköpfe
definieren; und wenigstens einen Abstandsblock, der zwischen benachbarten Kopfwicklungen
angeordnet ist, um so einen Hohlraum dazwischen zu definieren. Der
Abstandsblock weist erste und zweite Seitenwandabschnitte auf, die mit
benachbarten Wickelköpfen
in Eingriff stehen, eine stromauf liegende Wand und eine stromab
liegende Wand. Um die erzeugte Turbulenz zu reduzieren, weist die
stromab liegende Wand des Abstandsblockes von einem Seitenwandabschnitt
(152) zu dem anderen Seitenwandabschnitt (154)
hin eine aerodynamische Kontur auf, um das Ausmaß und die Stärke der
erzeugten Turbulenz zu reduzieren, bevorzugt eine im Allgemeinen
parabolische Kurve.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
sowie weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden vollständiger durch
ein sorgfältiges
Studium der nachstehenden detaillierteren Beschreibung der derzeit
bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich und
erkennbar, in welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Abschnittes des Endwindungsbereiches eines
dynamoelektrischen Maschinenrotors mit einem dazu gegenüberliegenden
Stator ist;
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2 eine
Querschnittsdraufsicht auf den dynamoelektrischen Maschinenrotor
entlang der Linie 2-2 von 1 ist;
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3 eine
schematische Darstellung ist, die eine passiven Gasströmung in
und durch die Kopfwicklungshohlräume
darstellt;
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4 eine
teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Abschnittes
des Rotorendwindungsbereiches gemäß einer ersten Ausführungsform
der im U.S. Patent Nr. 5,644,179 offenbarten Erfindung ist;
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5 eine
teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Abschnittes
des Rotorendwindungsbereiches ist die eine zweite Ausführungsform
der im U.S. Patent Nr. 5,644,179 offenbarten Erfindung darstellt;
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6 eine
Teilquerschnittsansicht ähnlich der
von 3 ist, welche einen neu geformten Abstandsblock
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung darstellt; und
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7 eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 von 6 ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
den Zeichnungen, in welchen identische Bezugszeichen dieselben Elemente
durchgängig durch
die verschiedenen Ansichten bezeichnen, stellen 1 und 2 einen
Rotor für
eine gasgekühlte dynamoelektrische
Maschine dar, welche auch einen den Rotor umgebenden Stator 12 enthält. Der
allgemeine Betrieb dynamoelektrischer Maschinen, wie z.B. großer Turbogeneratoren,
ist gut bekannt und muss hier nicht beschrieben werden. Der Rotor
enthält
einen im Wesentlichen zylindrischen Körperabschnitt 14,
welcher zentral auf einer Rotorspindel 16 angeordnet ist
und axial gegenüberliegende
Endflächen
besitzt, wovon ein Abschnitt 18 einer Endfläche in 1 dargestellt
ist. Der Körperabschnitt
ist mit mehreren um den Umfang in Abstand angeordneten axial sich
erstreckenden Schlit zen 20 versehen, um konzentrisch angeordnete
Spulen aufzunehmen, welche die Rotorwicklung bilden. Zur Verdeutlichung sind
nur fünf
Rotorspulen dargestellt, obwohl üblicherweise
einige mehr in der Praxis verwendet werden.
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Insbesondere
ist eine Anzahl von Leiterstäben 24,
die einen Teil der Rotorwicklung bilden, in jedem Schlitz übereinander
gestapelt. Benachbarte Leiterstäbe
sind voneinander mittels Lagen einer elektrischen Isolation 22 getrennt.
Die gestapelten Leiterstäbe
werden typischerweise durch Keile 26 (1)
in den Schlitzen gehalten und bestehen aus einem leitenden Material
wie z.B. Kupfer. Die Leiterstäbe 24 sind
an jedem gegenüberliegenden
Ende des Körperabschnittes
durch Schlusswindungen 27 verbunden, welche sich axial über die
Endflächen
hinaus erstrecken, um gestapelte Kopfwicklungen 28 auszubilden.
Die Schlusswindungen werden ebenfalls durch Lagen einer elektrischen
Isolation getrennt.
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Insbesondere
ist gemäß 1 ein
Haltering 30 um die Schlusswindungen 27 an jedem
Ende des Körperabschnittes
angeordnet, um die Kopfwicklungen gegenüber Zentrifugalkräften in
ihrer Lage zu halten. Der Halterungsring ist an einem Ende an dem Körperabschnitt
befestigt und erstreckt sich über
die Rotorspindel 16 nach außen. Ein Zentrierungsring 32 ist
an dem distalen Ende des Halterungsrings 30 angebracht.
Es sollte angemerkt werden, dass der Halterungsring 30 und
der Zentrierungsring 32 wie im Fachgebiet bekannt auch
in anderer Art montiert sein können.
Der Innendurchmesser des Zentrierungsrings 32 ist radial
in Abstand von der Rotorspindel 16 angeordnet, um so einen
Gaseinlasskanal 34 auszubilden und die Kopfwicklungen 28 sind
von der Spindel 16 in Abstand angeordnet, um so einen ringförmigen Bereich 36 auszubilden.
Eine Anzahl entlang Schlitzen 20 ausgebildeter axialer
Kühlkanäle 38 ist in
Fluidverbindung mit dem Gaseinlasskanal 34 über den
ringförmigen
Bereich 36 vorgesehen, um Kühlgas an die Spulen 22 zu
liefern.
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Gemäß 2 sind
die Kopfwicklungen 28 an jedem Ende des Rotors 10 um
den Umfang herum und axial durch eine Anzahl von Abstandshaltern oder
Abstandsblöcken 40 getrennt.
(Zur Verdeutlichung der Darstellung sind die Abstandsblöcke in 1 nicht
dargestellt). Die Abstandsblöcke
sind längliche
Blöcke
aus einem isolierenden Material, die in den Räumen zwischen benachbarten
Kopfwicklungen 28 angeordnet sind und sich über die
volle radiale Tiefe der Kopfwicklungen in den ringförmigen Spalt 36 erstrecken.
Demzufolge werden die Räume zwischen
den konzentrischen Stapeln der Schlusswindungen (hierin nachstehend
als Kopfwicklungen bezeichnet) in Hohlräume unterteilt. Diese Hohlräume sind
an der Oberseite durch den Halterungsring 30 begrenzt und
auf vier Seiten durch benachbarte Kopfwicklungen 28 und
benachbarte Abstandsblöcke 40.
Wie es am besten in 1 zu sehen ist, steht jeder
dieser Hohlräume
mit dem Gaseinlasskanal 34 über den ringförmigen Bereich 36 in
einer Fluidverbindung. Ein Teil des in den ringförmigen Bereich 36 zwischen
der Kopfwicklung 28 und der Rotorspindel 16 durch
den Gaseinlasskanal 34 eintretenden Kühlgases tritt somit in die
Hohlräume 42 ein,
zirkuliert darin und kehrt dann zu dem ringförmigen Bereich 36 zwischen
der Kopfwicklung und der Rotorspindel zurück. Die Luftströmung ist
durch die Pfeile in 1 und 3 dargestellt.
Die inhärente
Pumpwirkung und die in einem rotierenden Generatorhohlraum wirkenden
Rotationskräfte
erzeugen eine große
einzelne Strömungszirkulationszelle
gemäß Darstellung
in der 3.
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Wie
vorstehend erwähnt,
vervollständigen die
Abstandsblöcke 40 die
Ausbildung der zwischen aufeinander folgenden Spu len der Rotorkopfwicklungen 28 in
einem elektrischen Energiegenerator ausgebildeten Hohlräume 42.
Die Abstandsblöcke
dienen auch zur Verbesserung des Einschlusses des Kühlfluids
in den entsprechenden Hohlräumen.
Insbesondere ist, wie vorstehend erläutert, ein ringförmiger Kanal 36 zwischen
den radialen Innenoberflächen
der Kopfwicklungen 28 und der Spindel 16 ausgebildet.
Das primäre
Rotorkühlgas
strömt
axial und um den Umfang herum durch den ringförmigen Kanal 36. Eine
Fluideinsaugwirkung der Kühlfluidströmung in
die rotierenden Hohlräume 42 ergibt
sich aus der Wechselwirkung zwischen dem Vorstehen der Abstandsblöcke 40 in
den ringförmigen
Kanal und die relative Tangentialgeschwindigkeit der Strömung in dem
Ringspalt.
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Beispielsweise
weist gemäß Bezug
auf 4 die Kühlgasgeschwindigkeit
in Bezug auf den Innenradius der Rotorkopfwicklung Geschwindigkeitskomponenten
V bzw. W in den axialen und Umfangsrichtungen wie hierin dargestellt
auf. Die Relativgeschwindigkeiten führen zur Zirkulationsgeschwindigkeit
U im Inneren des Hohlraums. Ein großer Vorsprung des Abstandsblockes
und/oder große relative
Tangentialgeschwindigkeiten führen
dazu, dass größere Mengen
der Fluidströmung
in die entsprechenden Hohlräume
durch die zugeordneten Abstandsblöcke eingeführt werden. Eines der Nebenprodukte
der Wechselwirkung ist jedoch eine Turbulenz, wie sie durch das
Bezugszeichen 70 in 3 dargestellt
ist, die sich an der Hinterkante des Abstandsblockes 40 bildet
und für
eine gewisse Strecke stromab von dem Abstandsblockvorsprung weiter besteht.
Das Ausmaß und
die Stärke
dieser Turbulenz sind ferner proportional zu der relativen Tangentialgeschwindigkeit
der Strömung
in dem Ringkanal. Analysen der Konturen der relativen Tangentialgeschwindigkeit
zeigen, dass die Turbulenz, die von der ersten Reihe von Abstandsblöcken ausgeht,
die stärks te
ist und am längsten
aufgrund der höheren relativen
Tangentialgeschwindigkeit in dieser Stufe des Kopfwicklungsbereichs
anhält.
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Gemäß Darstellung
in den 6 und 7 schlägt die Erfindung vor, der Hinterkante
des Abstandsblockes eine Stromlinienform zu geben, um die Stärke der
Turbulenz zu reduzieren. Wie es aus der vorstehenden Diskussion
offensichtlich ist, würde man
von der vorliegenden Erfindung erwarten, dass sie den stärksten Einfluss
auf die erste (axiale) Reihe der Abstandsblöcke hat, da hier die Turbulenz
am stärksten
ist und am längsten
aufgrund der höheren relativen
Tangentialgeschwindigkeit der ringförmigen Strömung in dieser Stufe des Kopfwicklungsbereichs anhält. Um eine
weitere Einführung
der Strömung
in den stromauf gelegenen Hohlraum zu ermöglichen, wird die Vorderkante
des Abstandsblockes in der momentan bevorzugten Ausführungsform
nicht verändert.
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Insbesondere
ist in 6 ein Teilquerschnitt der Rotorkopfwicklung dargestellt,
welcher eine Reihe von Hohlräumen 142 in
der durch den Pfeil X dargestellten Rotationsrichtung darstellt.
Wie vorstehend erwähnt,
hat die Kühlgasgeschwindigkeit
in Bezug auf den Innenradius der Rotorkopfwicklung Komponentengeschwindigkeiten
V bzw. W in den axialen- und Umfangsrichtungen. Die Relativgeschwindigkeiten
bewirken die Zirkulationsgeschwindigkeit innerhalb des Hohlraums.
Gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung wird wenigstens ein Abstandsblock 140, bevorzugt
wenigstens die Abstandsblöcke
der ersten Reihe der Abstandsblöcke,
und möglicherweise
jeder Abstandsblock mit einem modifizierten Profil im Querschnitt
versehen, um eine aerodynamischere Kontur insbesondere an der Hinterkante
zu erzeugen, um das Ausmaß und
die Stärke
der erzeugten Turbulenz zu reduzieren. Insbesondere weist der Ab standsblock 140 erste
und zweite Seitenwandabschnitte 152, 154 für einen
Eingriff mit benachbarten Kopfwicklungen 28, einer stromauf
liegenden Wand 144 und einer stromab liegenden Wand 146 auf.
Um die erzeugte Turbulenz zu reduzieren, weist die stromab liegende
Wand 146 eine nicht ebene Kontur auf. In der dargestellten
Ausführungsform
weist die stromab liegende Wand 146, welche auf der stromauf
liegenden Seite des stromab liegend benachbarten Hohlraums 142 angeordnet
ist, eine aerodynamische Kontur, besonders bevorzugt eine parabolisch
gekrümmte
Kontur auf, um das Ausmaß und
die Stärke
der erzeugten Turbulenz zu reduzieren.
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Gemäß schematischer
Darstellung in 7 kann der Abstandsblock 140 als
eine Anordnung eines Hauptkörperabschnittes 158 mit
einem im Wesentlichen recheckigen Querschnitt und einem Turbulenzreduzierungs-Vorsprungsabschnitt 156,
der im Allgemeinen sanft konturiert ist, vorgesehen werden. Wenn
der Abstandsblock als eine zweiteilige Anordnung vorgesehen wird,
kann der Vorsprungsabschnitt 156 auf einem herkömmlichen
Abstandsblock 40 nachgerüstet werden, wobei in diesem
Falle die Abstandsblockanordnung 140 eine Umfangslänge besitzt,
welche durch das Bezugszeichen "L" in den 6 und 7 identifiziert
wird, d.h., die größer als die
Umfangslänge "l" eines herkömmlichen Abstandsblockes 40 ist.
Besonders bevorzugt wird jedoch der Abstandsblock 140 als
eine integrierte oder einteilige Struktur vorgesehen, welche die
im Wesentlichen ebenen Seitenwandabschnitte 152, 154 für einen
Eingriff mit den entsprechenden Kopfwicklungen 28 enthält, und
welche zu dem sanft konturierten Rückwandabschnitt 146 übergehen.
Der Abstandsblock 140 weist eine im Wesentlichen ebene stromauf
liegende Wand 144 in der dargestellten Ausführungsform
wie in der herkömmlichen
Struktur auf, um die Einführung
der Strömung
in den stromauf liegenden Hohlraum zu ermöglichen.
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Obwohl
eine im Wesentlichen parabolische Kurve in der derzeit bevorzugten
Ausführungsform dargestellt
ist, kann eine weniger ausgeprägte
Kurve vorgesehen werden, wobei trotzdem die 90°-Ecken jeder rückwärtigen Kante 148, 150 der
Seitenwände 152, 154 des
Abstandsblockhauptkörpers 158 beseitigt
werden. Um die Strömung
unter Reduzierung der Turbulenz weiterzuführen und zu leiten, kann das
radial innere Ende des Abstandsblockes, insbesondere an dem radial
inneren Ende des Turbulenzreduzierungsabschnittes 156 angeschrägt oder
ebenfalls sanft konturiert werden.
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In
Betrieb bewirkt die Rotorrotation, dass Kühlgas durch den Gaseinlasskanal 34 zu
dem ringförmigen
Bereich 36 zwischen den Kopfwicklungen 28 und
der Rotorspindel 16 gezogen wird. Wie vorstehend erwähnt, weist
die Kühlgasströmung Axial- und
Umfangs-Geschwindigkeitskomponenten V bzw. W auf. Somit ist eine
kinetische Druckhöhe
vorhanden, welche das Kühlgas
durch den ringförmigen
Bereich 36 und die entsprechenden Hohlräume 142 treibt. Das
Vorspringen der Abstandsblöcke 140 in dem
ringförmigen
Bereich führt
auch dazu, dass ein Teil des Kühlfluids
in die entsprechenden Kühlhohlräume strömt und darin
zirkuliert. Die konturierte Rückwand 146 der
entsprechenden Abstandsblöcke 140 reduziert
das Ausmaß und
die Stärke
der erzeugten Turbulenz, um die nachteilige Auswirkung des Abstandsblocksvorsprungs
in den Hohlraum 142 stromab davon zu minimieren.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was momentan
als die praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird,
dürfte
es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform
beschränkt ist,
sondern im Gegenteil innerhalb des Schutzum fangs der beigefügten Ansprüche enthaltene
verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen mit abdecken soll.