DE938801C

DE938801C - Kuehlung der in Nuten untergebrachten Rotorwicklung eines Turbogenerators

Info

Publication number: DE938801C
Application number: DEA16279A
Authority: DE
Inventors: Emil Guenthardt
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1952-07-16
Filing date: 1952-07-29
Publication date: 1956-02-09

Description

Kühlung der in Nuten untergebrachten Rotorwicklung eines Turbogenerators Die Leistung eines Turbogenerators ist wesentlich durch die zulässige Erwärmung der Wicklung des Rotors festgelegt. Je wirksamer die Kühlung dieser Wicklung ist, um so größer ist bei gegebener Rotorabmessung die erreichbare Leistung.
Bei der Kühlung können im Prinzip zwei Arten unterschieden werden: I. Die Kühlung durch das Kühlgas erfolgt an der Rotoroberfläche und durch zusätzlich im Rotorkörper vorgesehene axiale Kühlkanäle. 2. Das Kühlgas bestreicht direkt das Kupfer der Rotorwicklung.
Die erste Kühlungsart ist gegenüber der zweiten insofern im Nachteil, als die ganze abzuführende Wärmemenge erst durch die Wicklungsisolation geleitet werden muß, was ein entsprechend großes Temperaturgefälle erfordert, so daß das Wicklungskupfer gegenüber den Rotorzähnen entsprechend wärmer ist. Nun sind es aber gerade die Temperaturunterschiede zwischen Wicklung und Rotoreisen, welche das gefürchtete und für die Lebensdauer ausschlaggebende »Arbeiten« der Wicklung hervorrufen.
Bei der zweiten Art der direkten Kühlung erfolgt zur Hauptsache die Wärmeabgabe von Kupfer direkt an das Gas, also nicht erst über die Isolation und das Rotoreisen. Natürlich wird sich auch hier bei der direkten Kühlung eine gewisse Temperaturdifferenz zwischen Wicklung und Rotorzähnen einstellen.
Viele Ausführungen nach der zweiten Kühlungsart zeigen konstruktive Mängel, indem einzelne Leiter mechanisch nicht einwandfrei in den Nuten in ihrer Lage gehalten sind, wodurch Verwerfungen der Leiter auftreten, die zu Teilkurzschlüssen in der Wicklung führen können.
Es ist bekannt, die Nutenisolation längs den Kühlkanälen zu unterbrechen, doch sind dabei diese Kühlkanäle U-förmig um die Wicklung angelegt, was keine gute Luftströmung ergibt.
Ferner ist es bekannt, Leiter mit seitlichen Aussparungen anzuwenden und diese von der Kühlluft durchströmen zu lassen. Ferner ist es bekannt, daß eine Nutenisolation nur dort angebracht wird, wo eine Berührung der Leiter mit den. Rotorzacken erfolgen würde, während an den übrigen Stellen die Nutenwandungen freigelegt sind.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Kühlung der mit seitlichen Aussparungen versehenen Leiter der Rotorwicklung eines Turbogenerators.
Die Erfindung besteht darin, daß die Rotorzähne in der Nutenwand Längskanäle aufweisen, welche mit den Aussparungen der Leiter übereinstimmen.
Eine Ausführungsform der Rotorkühlung nach der Erfindung hat den Vorteil der direkten Kupferkühlung. Ferner wird eine einwandfreie Fixierung der Leiter in der Nut gewährleistet. Es wird so eine minimale Temperaturdifferenz zwischen Wicklung und Rotorzähnen erreicht.
Fig. I zeigt einen Querschnitt durch die Rotorwicklung in einer Nut gemäß der Erfindung; Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Leiterprofile. In der Rotornut 2o sind die Leiter I, 2 bis I5 eingelegt und gegeneinander isoliert. Jeder Leiter setzt sich aus einem breiten Einzelleiter Ia, 2a usw. und einem schmalen Einzelleiter Ib, 2b usw. zusammen. Auf diese Weise entstehen Aussparungen Ic, 2c und 3c usw. Diese Aussparungen bilden axiale Kühlkanäle mit einer relativ großen Kühloberfläche. Die Profilform ist so, daß der äußere Profilrand auf seiner ganzen Länge, mit Ausnahme der Austrittsöffnungen für das Gas, an der seitlichen Nutenisolation 2I, 2Ia, bzw. 2I, 22 anliegt. Dadurch wird jeder Leiter auf der ganzen Länge seitlich festgehalten, so daß jegliche Verlagerung und Verwerfung vermieden wird.
Zur Vergrößerung des Querschnittes der durch die Leiter gebildeten Kanäle werden erfindungsgemäß in den Rotorzähnen ebenfalls entsprechende Längskanäle 23 ausgespart, die mit den durch die Leiter gebildeten Kanäle übereinstimmen (Fig. I). Bei den so erweiterten Kanälen kann die Nutisolation 2Ia unterbrochen und durch einzelne Isolationskanäle 22 ersetzt werden, welche auf den zwischen den Aussparungen 23 der Rotorzähne befindlichen Zacken 24 sitzen. Die Schenkel dieser Isolationskanäle werden nur so lang gemacht, daß zur Spannungshaltung ein genügender Kriechweg vorhanden ist. Ein möglichst großer Teil der Zahnoberfläche in den Kanälen kann darin direkt mit dem Kühlgas in Kontakt kommen. Auf seinem Weg durch die Kanäle erwärmt sich das Gas und kann dann einen Teil seiner Wärme direkt an die Rotorzähne abgeben. Dadurch werden diese angeheizt und es ergibt sich so eine minimale Temperaturdifferenz zwischen Wicklung und Rotorzähnen.
An einzelnen über die axiale Länge verteilten Stellen werden die vorstehenden Teile des Profils der Leiter ausgeschnitten, wodurch radiale Kanäle entstehen, welche die einzelnen Längskanäle miteinander verbinden. An den entsprechenden Stellen sind in den Rotorzähnen und im Nutenverschlußkeil radiale Bohrungen 26 vorgesehen, durch welche das Gas unter der Wirkung der Zentrifugalkraft entweichen kann (Pfeile 27).
Die Profilform der Leiter ist so gewählt, daß im Verhältnis zum Querschnitt sich eine möglichst große Kanaloberfläche ergibt. Dabei kann der Leiter sich aus mehreren Einzelleitern von an sich einfachem Rechteckquerschnitt zusammensetzen. Fig. 2 zeigt eine aus vier einzelnen aus Flachkupfer zusammengesetzte Doppel-T-Form. Dabei können, wie in Fig. 2 gezeigt, zwischen den die Leiter distanzierenden Rotorzähnen weitere zur Vergrößerung der Oberfläche dienende Zähne vorgesehen werden. Einzelne aus mehreren Bändern zusammengesetzte Leiter werden mechanisch durch Nieten oder Löten zu einem Ganzen verbunden. Der Leiter kann auch, wie Fig. 3 zeigt, aus einem Stück gezogen sein, wobei Seitenrillen 26 vorgesehen sind. Der Leiter erhält dann eine H-Form.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Anordnung zur Verbesserung der Kühlung der mit seitlichen Aussparungen versehenen Leiter der Rotorwicklung eines Turbogenerators, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorzähne in der Nutenwand Längskanäle aufweisen, welche mit den Aussparungen der Leiter übereinstimmen.
2. Anordnung nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenisolätion durch Aussparungen unterbrochen ist und U-förmige Kanäle bildet, die die Zacken der Rotorzähne kappenartig abdeckt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr: 283 698, 593 514, 62i928; schweizerische Patentschrift Nr. 96:244.