DE948714C

DE948714C - Device for cooling the stator windings of high-voltage, high-performance turbo generators

Info

Publication number: DE948714C
Application number: DEW9572A
Authority: DE
Inventors: Rene Andre Baudry; Paul Raymond Heller
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1951-09-28
Filing date: 1952-09-28
Publication date: 1956-09-06

Description

Einrichtung zur Kühlung der Statorwicklungen von Hochspannungs-Hochleistungs -Turbo - Generatoren Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen der Statorwicklungen von Hochspannungs-Hochleistungs-Turbo-Generatoren, deren Statorwicklungen für eine Betriebsspannung von mindestens 5ooo Volt isoliert sind und aus gerade gestreckten, in axialen Nuten des Kerns liegenden Wicklungsteilen sowie aus Erdverbindungen an beiden Maschinenenden bestehen, wobei die axialen Kernnuten axial verlaufen, in gutem thermischem Kontakt mit den Wicklungsleitern stehende, dem Kreislauf eines elektrisch isolierenden Kühlmittels dienende Kanäle einschließen und im Wege dieses Kühlmittels Wärmeaustauscher für die Rückkühlung liegen.Device for cooling the stator windings of high voltage high power -Turbo - Generators The invention relates to a device for cooling the stator windings of high-voltage, high-performance turbo-generators, the stator windings of which for a Operating voltage of at least 5ooo volts are isolated and from straight, winding parts lying in axial grooves of the core as well as earth connections consist of both machine ends, with the axial core grooves running axially, in good thermal contact with the winding conductors, the circuit of a Include electrically insulating coolant serving channels and by way of this Coolant heat exchanger for recooling lie.

Bei derartigen Maschinen besteht die Aufgabe einer zweckmäßigen Führung des Kühlmittels zu und von den Endöffnungen der Kühlkanäle der Statorwicklungen.The task of such machines is to provide appropriate guidance of the coolant to and from the end openings of the cooling channels of the stator windings.

Bei Rotorwicklungen hochtouriger elektrischer Maschinen ist es bekannt, die Endteile der Rotorwidklungen hohl auszubilden und in den Wicklungsköpfen Öffnungen für -den Durchtritt . des Kühlmittels vorzusehen.In the case of rotor windings in high-speed electrical machines, it is known the end parts of the rotor blades to form hollow and in the winding heads Openings for the passage. of the coolant to be provided.

Ferner ist es bei elektrischen Maschinen mit hohlen Statorwicklungsleitern bekannt, an den Maschinenenden durch eine Wandung aus Isoliermaterial getrennte Belüftungskammern mit unterschiedlichem Druck vorzusehen, welche über die hohlen Statorleiter miteinander kommunizieren.It is also the case in electrical machines with hollow stator winding conductors known, separated at the machine ends by a wall made of insulating material Provide ventilation chambers with different pressures, which over the hollow Communicate with each other.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Wicklungsenden der Statorwioklung, welche an ihren Scheiteln die Ein- und Auslaßöffnungen der Kühlkanäle tragen, durch die innere Kammer und durch die Trennwand in die äußere Kammer ragen, so,daß die Wicklungsköpfe mit den Ein- und Austrittsöffnungen des Kühlkanalsystems in der äußeren Kammer liegen, wobei abwechselnd auf dem Umfang benachbarte Wicklungsköpfe in isolierenden Abdeckkappen -liegen, die an der Trennwand befestigt sind, und diejenigen Teile der Trennwand, welche von diesen Kappen bedeckt sind, mit Durchgangsöffnungen versehen sind, so daß die im Bereich der von den Kappen eingeschlossenen Räume befindlichen Öffnungen, des Kühlkanalsystems mit der inneren Kammer, die anderen Öffnungen des Kühlkanalsystems hingegen mit der äußeren Kammer kommunizieren.In contrast, the invention consists in that the winding ends of the Stator winding, which at their apexes are the inlet and outlet openings of the cooling channels carry, protrude through the inner chamber and through the partition wall into the outer chamber, so that the winding heads with the inlet and outlet openings of the cooling channel system lie in the outer chamber, with alternately adjacent winding heads on the circumference in insulating cover caps, which are attached to the partition, and those Parts of the partition, which are covered by these caps, with through openings are provided so that those located in the area of the spaces enclosed by the caps Openings, of the cooling duct system with the inner chamber, the other openings of the Cooling channel system, however, communicate with the outer chamber.

Diese Anordnung gestattet die Verlegung aller Kühlkanalenden an jeder Maschinenseite in die gleiche radiale Ebene; die 'bei den bekannten Ausführungen erforderliche Staffelung oder Versetzung ist vermieden. Überdies lenken die isolierenden Abdeckplatten nicht bloß den Strom des Kühlmittels, sondern ergeben auch einen Kriechweg von Phase zu Phase, der zur Isolierung der Wicklungsköpfe der verschiedenen Statorphasen voneinander erforderlich ist. Die bekannten Anordnungen sind für Hochspannungswicklungen nicht zuverlässig und würden zu Durchschlägen zwischen den verschiedenen Phasen und sogar zwischen einzelnen Leitern der gleichen Phase führen.This arrangement allows all cooling duct ends to be routed to each Machine side in the same radial plane; the 'in the known versions necessary staggering or relocation is avoided. In addition, the insulating ones direct Cover plates not only control the flow of coolant, but also provide a creepage path from phase to phase, which is used to isolate the winding heads of the various stator phases from each other is required. The known arrangements are for high voltage windings not reliable and would cause breakdowns between the different phases and even lead between individual conductors of the same phase.

In Verbindung mit dem vorerwähnten Erfindungsgedanken können nächst der Mitte des Statorkerns radiale Entlüftungskanäle und Mittel zur Schaffung ausreichender Kriechwege zwischen den längs der Leiterelemente gebildeten Kühlkanälen oder einem oder mehrerer- dieser radialen Entlüftungskanäle des Statorkerns vorgesehen sein, wobei die untere Wicklungsseite einer jeden Nut mit einem oder mehreren Radialkanälen auf einer Seite der Kernmitte, die obere oder äußere Wicklungsseite der gleichen Nut mit einem oder mehreren Radialkanälen auf der anderen Seite der Kernmitte kommunizieren, so daß entsprechende, axiale Kriechwege zwischen den Wicklungsseiten in jeder Nut entstehen. Für diese Maßnahme wird jedoch kein selbständiger Schutz beansprucht.In connection with the aforementioned inventive concept, next the center of the stator core radial ventilation channels and means of creating sufficient Creepage distances between the cooling channels formed along the conductor elements or one or more of these radial venting channels of the stator core may be provided, wherein the lower winding side of each slot with one or more radial channels on one side of the center of the core, the top or outer winding side of the same The groove communicate with one or more radial channels on the other side of the core center, so that corresponding axial creepage distances between the winding sides in each slot develop. However, no independent protection is claimed for this measure.

Die Erfindung ist in den Figuren beispielsweise erläutert. Es stellt dar Fig. i die Hälfte eines Generators der erfindungsgemäßen Ausführung im Schnitt nach Linie II-II -zu den Fig. 3, 4 und 5, Fig. 2 den Schnitt nach Linie III-III zu den Fig. 3, 4 und 5, Fig. 3 den Schnitt nach Linie IV-IV zu den Fig. i und 2, Fig. 4 und 5 Schnitte nach den Linien V-V und VI-VI zu den Fig. i und 2, Fig.6 einen Schnitt ähnlich jenem der Fig.2, jedoch in anderer Ausführungsform, Fig. 7 den Schnitt nach Linie X-X zu Fig. 6; Fig. 8 den Schnitt nach Linie XI-XI zu Fig. 7; Fig. 9 den Achsschnitt nach Linie XII-XII der Fig. 3, 4 und 5, Fig. in den Schnitt nach Linie XIII-XIII zu den Fig. 9 und i i, F.ig: i i den Schnitt -nach Linie XIV-XIV zu Fig. io, Fig. 12 den Schnitt nach Linie XV-XV zu Fig. io.The invention is illustrated in the figures, for example. It puts dar Fig. i half of a generator of the embodiment according to the invention in section along line II-II - to FIGS. 3, 4 and 5, FIG. 2 shows the section along line III-III to FIGS. 3, 4 and 5, FIG. 3 shows the section along line IV-IV to FIGS. i and 2, 4 and 5 sections along the lines V-V and VI-VI to FIGS. I and 2, FIG. 6 a Section similar to that of FIG. 2, but in a different embodiment, FIG. 7 shows the section along line X-X to Fig. 6; 8 shows the section along line XI-XI to FIG. 7; Fig. 9 the axial section along line XII-XII of FIGS. 3, 4 and 5, FIG Line XIII-XIII to FIGS. 9 and i i, F.ig: i i the section - according to line XIV-XIV to Fig. 10, Fig. 12 shows the section along line XV-XV to Fig. 10.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. i bis 5 des Generators zeigt ein' gasdichtes Gehäuse 4, das -mit einem Kühlmittel, vorzugsweise einem Gas, im besonderen Wasserstoff, gefüllt ist. Das Wasserstoffgas kann einen Standarddruck von 0,035 kg/cm2 über dem atmosphärischen Druck besitzen; vorzugsweise aber hat ,es einen wesentlich höheren Druck, im allgemeinen mindestens 2,8 kg/cm2 über dem atmosphärischen Druck; mindestens in vielen Fällen ist das von einem. Ventilator .od. dgl. zur Aufrechterhaltung der-Zirkulation erzeugte Druckgefälle in der Größenordnung von 5,3 kg pro cm2 oder mehr über dem atmosphärischen Druck an der Basis des der Aufrechterhaltung der Zirkulation des Wasserstoffgases dienenden Druckes. Ein Druck des Wasserstoffgases von 2,8 kg pro cm2 über Atmosphäre ist besonders vorteilhaft, wenn das Kühlgas mit der üblichen Geschwindigkeit in einem Belüftungssystem zirkuliert, in welchem das Kühlgas im wesentlichen in direkte oder mindestens in gut wärmeübertragende Berührung mit den Stator-und Rotor-Leiterelementen auf deren ganze Länge tritt, wenn also so gut, wiekeine wirksame Isolation .zwischen dem Gas und dem einzelnen Leiterelement vorhanden ist, wie nachstehend beschrieben.The embodiment of FIGS. 1 to 5 of the generator shows a 'gas-tight housing 4 which is filled with a coolant, preferably a gas, in particular hydrogen. The hydrogen gas can have a standard pressure of 0.035 kg / cm2 above atmospheric pressure; but preferably it has a substantially higher pressure, generally at least 2.8 kg / cm2 above atmospheric pressure; at least in many cases it is from one. Fan .od. The like. Pressure gradients generated to maintain the circulation on the order of 5.3 kg per cm 2 or more above atmospheric pressure at the base of the pressure used to maintain the circulation of the hydrogen gas. A pressure of the hydrogen gas of 2.8 kg per cm2 above atmosphere is particularly advantageous if the cooling gas circulates at the usual speed in a ventilation system in which the cooling gas is essentially in direct or at least good heat transferring contact with the stator and rotor. Conductor elements occurs over their entire length, so if there is as good as no effective insulation .between the gas and the individual conductor element, as described below.

Das Generatorgehäuse 4 schließt einen Stator 5, besteherne aus einem ringförmigen Statorkern 6 mit axialen Wicklungsnuten 7 für die Aufnahme der Ankerwicklungen 8 ein.The generator housing 4 includes a stator 5, consisting of one annular stator core 6 with axial winding grooves 7 for receiving the armature windings 8 a.

Innerhalb des Stators 5 drehbar ist der Rotor 1o, dessen Einzelheiten nicht gezeigt sind, der aber in seinem Aufbau etwa jenem der USA.-Patentschrift 2 221 567 entspricht. Die Welle des Rotors io ist mit Verlängerungen i i versehen, die in Lagern 12 des Gehäuses 4 gelagert sind. Die Lager sind mit das Entweichen von Wasserstoff verhindernden Dichtungen versehen.Rotatable within the stator 5 is the rotor 1o, its details are not shown, but its structure is roughly that of the United States patent 2 221 567 corresponds. The shaft of the rotor io is provided with extensions i i, which are stored in bearings 12 of the housing 4. The bearings are with the escape provided with hydrogen-preventing seals.

Die Erfindung betrifft die Belüftung der Statorwicklung 8, und zwar im besonderen die Belüftung für eine Statorwidklung mit einer Voltleistung von mindestens 5ooo V, gewöhnlich für mehr als ioooo V, weil die äußere oder Hauptisolation für Maschinen in der Größenordnung dieser Spannung eine sehr wirksame Wärmedämmung darstellt, die es schwierig macht, die Wärme aus der Statorwicklung durch diese Isolation hindurch herauszuziehen. Gewöhnlich wird bei Verwendung einer erfindungsgemäßen, innen gekühlten Statorwicklung auch für die Rotorwicklung eine innen gekühlte oder belüftete Ausführung benötigt, so daß sowohl der Stator als auch der Rotor annähernd die gleiche Leistungsgrenze besitzen; bei Maschinen von außerordentlichhoher Spannung hingegen ist es denkbar, .das Prinzip des innen gekühlten oder belüfteten Leiterelements nur bei der Statorwicklung zur Anwendung zu bringen.The invention relates to the ventilation of the stator winding 8, namely in particular the ventilation for a stator resistance with a voltage of at least 5ooo V, usually more than 10000 V, because the outer or main insulation for Machines in the order of magnitude of this voltage represent very effective thermal insulation, which makes it difficult to get the heat out of the stator winding by pull this insulation out through it. Usually when using an inventive, internally cooled stator winding also for the rotor winding an internally cooled or ventilated design required so that both the stator and the rotor approximate have the same performance limit; on machines of extremely high voltage however, it is conceivable. The principle of the internally cooled or ventilated conductor element Can only be used for the stator winding.

Die Statorwieklung 8 der in den Fig. i bis 5 gezeigten Maschine besteht aus einem Leiterelement, das aus :einer Vielzahl von verhältnismäßig leicht isolierten, verdrillten Leiterlitzen zusammengesetzt ist.The stator mechanism 8 of the machine shown in FIGS. 1 to 5 consists from a conductor element, which consists of: a large number of relatively lightly insulated, is composed of twisted conductor strands.

Zusätzlich zu,den in den Nuten liegenden, gestreckten Teilen 15 besitzt die Statorwicklung 8 Stirnwicklungselemente 17, welche .die gestreckten Wicklungselemente an den Enden der Maschine verbinden. Diese Stirnwick.lungselemente 17 können getrennte, mit den gestreckten Teilen 15 verschweißte oder verlötete Elemente sein oder aber aus einem Stück mit den. gestreckten Teilen 15 bestehen. Bei der in den Fig. i bis 5 gezeigten Ausführungsform der Maschine sind die Teile 17 aus einem Stück mit den innen gekühlten, gestreckten Teilen 15 und durch Rundbiegen an den Krümmungsstellen gebildet. Die so entstehenden Krümmer sind mit 18 bezeichnet.In addition to the stretched parts 15 lying in the slots, the stator winding 8 has end winding elements 17 which connect the stretched winding elements at the ends of the machine. These end winding elements 17 can be separate elements that are welded or soldered to the stretched parts 15, or they can be made in one piece with the. stretched parts 15 exist. In the embodiment of the machine shown in FIGS. 1 to 5, the parts 17 are formed from one piece with the internally cooled, stretched parts 15 and are formed by bending them around at the points of curvature. The bends created in this way are designated by 18.

Bei einem Kühlsystem der beschriebenen Art, bei welchem das Kühlmittel im wesentlichen in direkte Berührung mit den Leiterelementen selbst gelangt, so daß die Abführung der Wärme durch die Stärke des äußeren Hauptisolationsmantels 16 hindurch sich erübrigt, ist es erwünscht, Wasserstoffgas nicht bloß bei Drücken zu verwenden, die wesentlich höher sind als der atmosphärische Druck, sondern auch das Gas mit höherer Geschwindigkeit durch die Kühlkanäle zu treiben. Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt im Beispielsfälle durch einen Ventilator oder Windflügel 22 auf der Welle ii des Rotors io. Die Welle trägt an jedem ihrer beiden Enden einen derartigen Flügel. Um die gewünschten hohen Geschwindigkeiten des Kühlmittels in den Kühlkanälen 14 zu erhalten, werden vorzugsweise :mehrstufige Ventilatoren oder Windflügel 22 benutzt,- die, beispielsweise an einer Maschine mit 94 cm Rotorduxchmesser, mindestens einen Druck von gi cm Wassersäule (bei Verwendung in Luft von atmosphärischem Druck) erzeugen, im Gegensatz zu den üblichen Ventilatordrücken von 30 bis 63 cm. In a cooling system of the type described, in which the coolant comes into essentially direct contact with the conductor elements themselves, so that the dissipation of heat through the thickness of the main outer insulation jacket 16 is unnecessary, it is desirable not to use hydrogen gas merely at pressures which are much higher than atmospheric pressure, but also to drive the gas through the cooling ducts at a higher speed. In the example, the coolant is circulated by a fan or wind blade 22 on the shaft ii of the rotor io. The shaft carries such a wing at each of its two ends. In order to obtain the desired high speeds of the coolant in the cooling channels 14, the following are preferably used: multi-stage fans or wind blades 22, - which, for example on a machine with a 94 cm rotor blade, have a pressure of at least gi cm water column (when used in air from atmospheric Pressure), in contrast to the usual fan pressures of 30 to 63 cm.

Diese Windflügel- oder Ventilatordrücke werden zur Belüftung sowohl der Stator- wie der Rotorelemente des Generators verwendet. Die Rotorelemente sind nicht gezeichnet; sie sind aber im wesentlichen nach dem Vorbild der obenerwähnten USA.-Patentschrift 2:2,21 567 ausgeführt. Bei diesen belüfteten Rotorleitereleinenten wird der hohe Druck des bei hoher Geschwindigkeit zirkulierenden Wasserstoffes im wesentlichen durch den Rotor selbst erzeugt, der als Zentrifugalgebläse arbeitet; die durch die. Ventilatoren oder Windflügel 22 in den Kühlkanälen des Rotors erzeugte Blaswirkung ist verhältnismäßig gering. ' Da bei der erfindungsgemäßen Innenkühlung die Wärme direkt aus den Statorleiterelementen auf das Kühlgas übergeht, ist sie nicht gezwungen, in den Statorkern einzudringen; .daher muß auch bei weitem nicht so viel Wärme aus dem Statorkern abgeführt werden, wie bei den vorbekannten Ausführungsformen, bei denen der überwiegende Teil der Wärme der Statorleiterelemente durch die Hauptisolation in die Nuten und anschließend in den Statorkern eindrang. un.d aus diesem wieder entfernt werden mußte. Als Folge ergibt sich, daß bei erfindungsgemäßer Bauart die Größe der für die Statorkern'belüftung erforderlichen Kühlwege erheblich verkleinert werden kann; dies aber ist gleichbedeutend mit der Möglichkeit, die Gesamtlänge der Maschine zu verkleinern. Bisher besitzen die üblichen Belüftungssysteme für die Statoren von Turbogeneratoren ein Bündel von Statorlamellen, die durch radial verlaufende Belüftungskanäle getrennt sind, wie in den Fig. i, 2, 6 und g mit 24 angedeutet. Bei der vorliegenden Ausführungsform können die Zahl und die Breite dieser Kanäle 24 in dem Statorkern 6 wesentlich verringert werden; sie können aber auch durch andere bekannte Kernbelüftungssysteme ersetzt werden.These wind blade or fan pressures are used for both ventilation the stator and rotor elements of the generator are used. The rotor elements are not drawn; but they are essentially on the model of those mentioned above U.S. Patent 2: 2.21,567. With these ventilated rotor ladder elements the high pressure of hydrogen circulating at high speed in the essentially generated by the rotor itself, which works as a centrifugal fan; the through the. Fans or wind blades 22 generated in the cooling channels of the rotor The blowing effect is relatively low. 'Because with the internal cooling according to the invention the heat is transferred directly from the stator conductor elements to the cooling gas, it is not forced to enter the stator core; .therefore it doesn’t have to as much heat can be dissipated from the stator core as in the previously known embodiments, where the predominant part of the heat of the stator conductor elements through the main insulation penetrated into the slots and then into the stator core. and from this again had to be removed. As a result, it follows that the inventive design The size of the cooling paths required for ventilation of the stator core has been reduced considerably can be; But this is synonymous with the possibility of the total length of the machine. So far have the usual ventilation systems for The stators of turbo-generators are a bundle of stator laminations that run through radially running ventilation channels are separated, as in FIGS. i, 2, 6 and g with 24 indicated. In the present embodiment, the number and the width these channels 24 in the stator core 6 are substantially reduced; but they can can also be replaced by other known core ventilation systems.

Das in dem Maschinengehäuse 4 eingeschlossene Wasserstoffgas wird durch geeignete Kühler 26, die zweckmäßig axial angeordnet sind, gekühlt; durch diese Kühler zirkuliert das Wasserstoffgas über geeignete Verteiler zurück.The hydrogen gas sealed in the machine case 4 becomes cooled by suitable coolers 26, which are expediently arranged axially; by this cooler circulates the hydrogen gas back through suitable distributors.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. i und 2 gelangt das Kühlmittel nach- Durchgang durch die Kühler-26 in den Ansaugraum 28 des Ventilators oder Windflügels 22 (auf jeder Seite der Maschine) ; das unter Hochdruck stehende Gas wird durch den Ventilator oder Windflügel bei 29 durch die Belüftungskanäle 14 der Statorwicklung 8 getrieben. Nach. Verlassen dieser Kanäle gelangt das erwärmte, unter niedrigem Druck stehende Gas durch die Kühler 26 und schließt so :den Kreislauf.According to the embodiment of FIGS. I and 2, the coolant arrives after- passage through the cooler-26 into the suction chamber 28 of the fan or wind blade 22 (on each side of the machine); the high pressure gas is through the fan or wind blade at 29 through the ventilation ducts 14 of the stator winding 8 driven. To. Leaving these channels the warmed up gets under low Pressurized gas through the cooler 26 and thus closes: the circuit.

In den Fig. i bis 5 ist der Kreislauf durch Pfeile in der Weise angedeutet, als würden Ventilator oder Windflügel an jedem Ende der Maschine nach innen blasen, in Richtung gegen den Statorkern 6 und den Rotor io, wie dies die übliche Konstruktion ist. Es leuchtet aber ein, daß die Richtung des Gasumlaufes auch umgekehrt sein könnte, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu berühren.In FIGS. 1 to 5, the circuit is indicated by arrows in the manner as if a fan or a fan at each end of the machine were blowing inwards, towards the stator core 6 and the rotor io, as is the usual construction is. It is clear, however, that the direction of the gas circulation can also be reversed could without touching the basic idea of the invention.

Bei der Ausführungsform der Fig. i und 2 ist die Anordnung so getroffen, daß das zirkulierende Kühlgas jeweils von einem Ende 17, ig der Wicklungshälfte durch die Kühlkanäle 14 zum anderen, nicht gezeichneten Wicklungsende strömt; der Kühlgasatrom ist für die eine Hälfte der Wicklungshälften von links nach rechts; für die andere Hälfte (an den benachbarten Wicklungsseiten) von rechts nach links (also im Gegenstrom) gerichtet, was in manchen Fällen aus Gründen des Temperaturausgleiches erwünscht ist. Zur Erzeugung des Gegenstromes in benachbarten Wicklungsseiten ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. i und 2 ein Kreislaufsystem gezeigt, das zwei Wasserstoffgaszonen unterschiedlichen Druckes an jedem,der beiden Maschinenenden aufweist; diese beiden Druckzonen sind durch radial angeordnete Isolierscheiben öder -ringe 31 getrennt, welche quer zu den Stirnwicklungselementen 17 an jedem Maschinenende verlaufen.In the embodiment of Figs. I and 2, the arrangement is made so that the circulating cooling gas from one end 17, ig of the winding half flows through the cooling channels 14 to the other, not shown winding end; the Cooling gas is for one half of the winding halves from left to right; for the other half (on the adjacent winding sides) from right to left (i.e. in countercurrent) directed, which in some cases for reasons of temperature equalization is desired. To generate the countercurrent in adjacent winding sides is in the embodiment of FIGS. i and 2, a circulatory system shown the two hydrogen gas zones of different pressure at each of the two Having machine ends; these two pressure zones are created by radially arranged insulating washers öder rings 31 separated, which transversely to the end winding elements 17 on each End of the machine.

Das Gas, welches an jedem Maschinenende durch den Propeller oder Windflügel 2:2 gefördert wird, gelangt in die Hochdruckzone 29 zwischen dem Gebläse 22 und der erwähnten Scheibe 31. Die Zone 29 kann man auch, allgemeiner ausgedrückt, als Differentialzone bezeichnen, mit Rücksicht darauf, daß die Strömungsrichtung, wie oben erwähnt, auch umgekehrt .sein kann. Der Einfachheit halber wurde in der Beschreibung und in den Zeichnungen von einer bestimmten Strömungsrichtung ausgegangen; aus diesem Grunde mag es gerechtfertigt sein, die Zone 29 als Hochdruckzone zu bezeichnen; allerdings mit der Einschränkung, daß bei umgekehrter Strömungsrichtung diese Zone zur Niederdruckzone werden würde.The gas that is released at each end of the machine by the propeller or wind blade 2: 2 is conveyed, reaches the high pressure zone 29 between the fan 22 and of the above-mentioned disk 31. The zone 29 can also be, in more general terms, as Denote differential zone, taking into account that the direction of flow, such as mentioned above, also the other way round .be. For the sake of simplicity in the description and in the drawings assumed a certain flow direction; from this Basically, it may be justified to designate zone 29 as a high pressure zone; but with the restriction that this zone is when the direction of flow is reversed would become the low pressure zone.

An jedem der beiden Enden, in den Mitten oder an den äußersten Enden der Krümmer 17 sind die Belüftungskanäle 14, wie bei 33 in ' den Fig. i, 2 und 4 angedeutet, nach außen geführt, so daß das Wasserstoffgas oder ein anderes Kühlgas an diesen Punkten entweder ein- oder austreten kann. An jedem Ende der Maschine sind, wie in Fig. 4 zur Darstellung gebracht, die auf dem Umfang abwechselnd nebeneinanderliegenden Kühlkanalenden 33 voneinander getrennt, und zwar durch Anordnung von isolierenden Abdeckkappen 35, welche auf der Hochdruckseite der Scheibe 31 an dieser befestigt sind. Die Scheibe 31 ist, wie Fig. i zeigt, mit einer Reihe von Öffnungen oder Durchbrechungen 36 versehen, die mit den Räumen innerhalb der Abdeckkappen 35 kommunizieren und dadurch diese Räume mit der Unterdruckzone 37 zwischen der Scheibe 31 und dem Statorkern 6 verbinden.At either end, in the middle or at the extreme ends the bend 17 are the ventilation ducts 14, as at 33 in FIGS. 1, 2 and 4 indicated, led to the outside, so that the hydrogen gas or another cooling gas can either enter or exit at these points. At each end of the machine are, as shown in Fig. 4, those lying alternately next to each other on the circumference Cooling channel ends 33 separated from one another by the arrangement of insulating Cover caps 35, which are attached to the disk 31 on the high pressure side of the latter are. The disk 31 is, as FIG. I shows, with a series of openings or perforations 36 provided, which communicate with the spaces within the cover caps 35 and thereby these spaces with the negative pressure zone 37 between the disk 31 and the stator core 6 connect.

Der Außenumfang der Hochdruckzone 39 sowohl wie der Niederdruckzone 37 ist durch eine bogenförmige Platte 38 zusammengeschlossen, welche im Niederdruckbereich eine Öffnung oder Öffnungen 39 aufweist (Fig. 2), so daß das Kühlmittel aus der Niederdruckzone37 in das Verteilersystern gelangen kann, welches das Kühlmittel auf dem Umfang den Kühlern 26 zuführt, von denen aus es zurück zu der Saugkammer 28 des Ventilators an jedem Maschinenende gelangt. Es leuchtet ein, daß von Phase zu Phase ausreichende Kriechwege vorgesehen werden müssen, um die gekrümmten Stirnelemente der Leiter, die an verschiedenen elektrischen Potentialen liegen, entsprechend zu isolieren. Aus diesem Grunde bestehen die Platten 31 und die Abdeckkappen 35 aus Isoliermaterial und sind dicht .miteinander verbunden oder verschweißt; die Platte 31 ist auch mit dem die Wicklungsenden 17 umgebenden Hauptisoliermantel 16 dicht verbunden oder verschweißt, um entspredhende Kriechwege zu schaffen. Das unter Hochdruck stehende Gas tritt aus der Hochdruckzone 29 durch die offenen Kühlkanalenden 33 jeder zweiten Wicklungshälfte der Statorwicklung 8 ein (Fig. 2) und durchströmt diese Spulenhälfte auf deren ganzer Länge, um sie an den anderen, von Abdeckkappen 35 überdachten Kühlkanalenden 33 (am anderen Maschinenende) zu verlassen (Fig. i) und über die Öffnungen 36 in die Unterdruckzone 37 an diesem Ende sowie über die Öffnungen 39 zu den Kühlern zu gelangen.The outer periphery of the high pressure zone 39 as well as the low pressure zone 37 is joined together by an arcuate plate 38, which in the low pressure area has an opening or openings 39 (Fig. 2), so that the coolant from the Low pressure zone37 can get into the distribution system, which the coolant on the periphery of the coolers 26, from which it returns to the suction chamber 28 of the fan arrives at each end of the machine. It stands to reason that from phase Adequate creepage distances must be provided to phase around the curved face elements the conductors, which are at different electrical potentials, accordingly isolate. For this reason, the plates 31 and the caps 35 consist of Insulating material and are tightly connected or welded together. the plate 31 is also sealed to the main insulating jacket 16 surrounding the winding ends 17 connected or welded to create corresponding creepage distances. That under high pressure Stagnant gas emerges from the high pressure zone 29 through the open cooling channel ends 33 every second winding half of the stator winding 8 (Fig. 2) and flows through this spool half over its entire length to attach it to the other, from cover caps 35 covered cooling duct ends 33 (at the other end of the machine) to leave (Fig. I) and through the openings 36 into the negative pressure zone 37 at this end as well as through the Openings 39 to get to the coolers.

Die Kühlung der Statorwicklung durch die Kühlkanäle 14, in welchen das Kühlmittel in direkten Wärmeaustausch mit den Leiterelementen tritt, ist um so wirksamer, je kürzer der Weg des Kühlmittels in oder längs der Leiterelemente ist. Im Hinblick auf diesen Umstand ist es häufig erwünscht, die Länge der Kühlkanäle in den Statorleiterelementen oder längs derselben zu begrenzen.The cooling of the stator winding through the cooling channels 14, in which the coolant enters into direct heat exchange with the conductor elements is over the more effective, the shorter the path of the coolant in or along the conductor elements is. In view of this fact, it is often desirable to adjust the length of the cooling channels to limit in the stator conductor elements or along the same.

Diesem Zweck dient die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform des Zirkulationssystems, in welchem drei voneinander getrennte Gaszonen an jedem Maschinenende vorgesehen sind. Die vorerwähnte radiale Scheibe 31 ist beibehalten; hinzukommt eine weitere Scheibe 41, welche sich zwischen der Ringscheibe 31 und dem benachbarten Stirnende des Statorkernes 6 ,befindet. Der innere Umfang der zwischengeschalteten Niederdruckzone 37, die sich zwischen den beiden radial angeordneten Ringscheiben 31 und 41 befindet, ist durch einen im wesentlichen zylindrischen Teil 42 abgeschlossen, so daß .das Hochdruckgas der Zone 29 unter der zylindrischen Abschlußwand hindurch mit einer inneren Hochdruckzone 43 kommuniziert, die sich zwischen Eier radialen Scheibe 41 und der Stirnseite des Statorkernes 6 befindet. Die vorerwähnten Öffnungen 39 an der bogenförmigen A;bschlußwand 38 befinden sich hier zwischen den beiden radialen Scheiben 31 und 41 und sind in Fig. 6 mit 39' bezeichnet.The embodiment of the circulation system shown in FIG. 6 serves this purpose, in which three separate gas zones are provided at each end of the machine are. The aforementioned radial disk 31 is retained; there is another Disk 41, which is located between the annular disk 31 and the adjacent front end of the stator core 6 is located. The inner circumference of the intermediate low pressure zone 37, which is located between the two radially arranged annular disks 31 and 41, is completed by a substantially cylindrical part 42, so that .das High pressure gas of zone 29 under the cylindrical end wall through with a communicates inner high pressure zone 43, which is located between eggs radial disc 41 and the end face of the stator core 6 is located. The aforementioned openings 39 of the arched end wall 38 are located between the two radial ones Disks 31 and 41 and are designated in Fig. 6 with 39 '.

In dieser Figur sind geeignete Mittel vorgesehen, um .in den Kühlkanälen 14 der Wicklungsenden einerseits und in den Kühlkanälen 14 der in den Nuten liegenden Wicklungsteile andererseits getrennte Kühlgasströme zu erzeugen und so die wirksame Länge der Kühlkanäle 14, durch welche das Kühlgas passieren muß, zu verringern.In this figure, suitable means are provided to .in the cooling channels 14 of the winding ends on the one hand and in the cooling channels 14 of the one located in the grooves Winding parts on the other hand to generate separate cooling gas flows and thus the effective To reduce the length of the cooling channels 14 through which the cooling gas must pass.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist an jeder der Stellen, an welcher ein Statorleiterelement durch eine der radial angeordneten Ringplatten 31 und 41 hindurchgeht, das Paket 14 von Kühlkanälen in jedem Statorleiterelement mit seitlichen Öffnungen 44 versehen; allgemeiner ausgedrücktes sind Mittel vorgesehen, um in die Kanäle 14 der gestreckten Teile 15 der Wicklungsseiten Kühlgas einzuführen bzw. daraus zu entfernen an einem Punkt 45, welcher sich gegenüber der Stirnseite des Statorkernes 6 in einem die erforderliche Kriechstrecke bildenden Abstand von beispielsweise 7,5 bis 12,5 cm befindet, und zwar in der Flucht mit den seitlichen Öffnungen44 des Paketes von Kanalelementen 14, welche öffnungen:44 ihrerseits in Flucht mit der inneren Isolierringscheibe 41 liegen. . Unter »seitlichen Öffnungen« sind Öffnungen zu verstehen, die rechtwinkelig zur Richtung des Gasstromes durch die Kanäle 14 liegen (Fig. 7 und 8).In the embodiment of FIG. 6 is at each of the locations at which a stator conductor element through one of the radially arranged ring plates 31 and 41 passes through, the package 14 of cooling channels in each stator conductor element with lateral Openings 44 provided; In more general terms, means are provided for in the Channels 14 of the stretched parts 15 of the winding sides to introduce cooling gas or to remove from it at a point 45, which is opposite the end face of the Stator core 6 in a distance forming the required creepage distance of, for example 7.5 to 12.5 cm, in line with the side openings44 of the package of channel elements 14, which openings: 44 for their part in alignment with the inner insulating ring disk 41 are. . "Side openings" are openings to understand the perpendicular to the direction of gas flow through the channels 14 are (Figs. 7 and 8).

Zwischen dem vorerwähnten, durch die seitlichen COffnungen 44 in der Flucht der Platte 41 bestimmten Punkt 45 und einem nahe am Ende 17, 1.9 der Wicklung liegenden Punkt, an welchem das Paket von Kanalelementen, und zwar in der Flucht der Radialisolierplatte 31, die ebenfalls seitliche Öffnungen-44 besitzt, wird ein gesonderter Kühlgasstrom erzeugt. Mit anderen Worten, die Kühlung der gestreckten, in den Nuten liegenden Wicklungsteile einerseits und die Kühlung der über die Nuten vorstehenden Wicklungsenden andererseits erfolgt durch getrennte Kühlgasströme.Between the aforementioned, through the side openings 44 in the Alignment of the plate 41 certain point 45 and a close to the end 17, 1.9 of the winding lying point at which the package of duct elements, namely in alignment the radial insulating plate 31, which also has lateral openings -44, is a generated separate cooling gas flow. In other words, the cooling of the stretched, Winding parts lying in the grooves on the one hand and the cooling of the over the grooves protruding winding ends on the other hand is carried out by separate cooling gas flows.

In Fig. 6 ist ebenso wie in Fig. i eine Gegenstrombelüftung angewendet; d. h., das Kühlmittel strömt in den Kühlkanal eines jeden, am Umfang gesehen, zweiten Leiterelements des Stators in der einen Richtung und in die Kühlkanäle der übrigen dazwischenliegenden Leiterelemente in entgegengesetzter Richtung. Es sind daher die verschiedenen Statorleiterelemente an jedem der Punkte, wo die seitlichen Kühlkanalöffnungen 44 sich befinden, mit isolierenden Abdeckkappen 46 versehen (Fig. 7 und 8) zu dem Zweck, die auf dem Umfang im Abstand zueinander liegenden Statorleiterelemente einerseits an eine Hochdruckzone 29 oder 45, andererseits an die Niedendruckzone 37 anzuschließen, unter gleichzeitiger Schaffung entsprechend ausreichender Kriechwege von Phase zu Phase. An den Punkten, an denen die seitlichen Kühlkanalöffnungen 44 vorgesehen sind, besitzen auch -die Wandungen des Hauptisoliermantels 16 ähnliche Öffnungen 44 für den Eintritt bzw. Austritt des Kühlmittels.In Fig. 6, as in Fig. I, countercurrent ventilation is used; d. That is, the coolant flows into the cooling channel of each second, viewed circumferentially Conductor element of the stator in one direction and in the cooling channels of the other intermediate conductor elements in the opposite direction. There are therefore the various stator conductor elements at each of the points where the side cooling duct openings 44 are, provided with insulating caps 46 (Fig. 7 and 8) to the Purpose, on the one hand, the stator conductor elements lying at a distance from one another on the circumference to be connected to a high pressure zone 29 or 45, on the other hand to the low pressure zone 37, while at the same time creating adequate creepage distances from phase to Phase. At the points at which the lateral cooling duct openings 44 are provided The walls of the main insulating jacket 16 also have similar openings 44 for the inlet and outlet of the coolant.

Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Länge des Weges des Kühlmittels besteht darin, das Kühlmittel von beiden Enden der Maschine her in die Kühlkanäle jeder Windungshälfte der Statorwicklung 8 eintreten und an der Mittellinie 5o oder nächst derselben austreten zu lassen. Diese Ausführungsform teilt nicht bloß die wirksame Kanallänge im wesentlichen in zwei Hälften, sondern vereinfacht auch gegenüber der Ausführungsform der Fig. i und 6 die Maßnahmen, die an jedem Maschinenende getroffen werden müssen, um ausreichende Kriechwege gegen Erde und von Phase zu Phase zu schaffen.Another way to reduce the length of the coolant path consists in drawing the coolant into the cooling ducts from both ends of the machine each turn half of the stator winding 8 enter and at the center line 5o or next to let the same exit. This embodiment doesn't just share that effective channel length essentially in two halves, but also simplified compared to the embodiment of FIGS. i and 6, the measures taken at each end of the machine must be in order to create sufficient creepage distances to earth and from phase to phase.

In Fig.9 ist an jedem Ende des Statorkernes nur eine einzige Gaszone vorgesehen, im Beispielsfalle die Hochdruckzone 29.In Fig. 9 there is only a single gas zone at each end of the stator core provided, in the example the high pressure zone 29.

Von dieser Zone strömt das Gas axial durch die Kanäle 14 mindestens der in den Statornuten liegenden, gestreckten Teile 15 der Wicklungselemente. Der Eintritt in die Kanäle 14 erfolgt an beiden Enden durch die Kanalmündungen 33. An der Maschinenmittellinie 5o oder nächst derselben werden die Kanäle 14 der gestreckten Wicklungsteile 15 seitlich entlüftet durch entsprechende Radialkanäle 24 des Statorkernes 6.From this zone, the gas flows axially through the channels 14 at least the stretched parts 15 of the winding elements lying in the stator slots. Of the Entry into the channels 14 takes place at both ends through the channel mouths 33. An the machine center line 5o or next to it, the channels 14 of the stretched Winding parts 15 vented laterally through corresponding radial channels 24 of the stator core 6th

Es ist notwendig, an den zentral liegenden Stellen, an denen die Kanäle 14 der gestreckten Wicklungsteile 15 durch die erwähnten Radialkanäle 24 des Statorkernes seitlich entlüftet werden, für ausreichende Kriechwege zwischen den Phasen und gegen Erde zu sorgen. In den Fig: io, i i und 12 ist in Verbindung mit der üblichen 2-Lagen-Statorwicklung, bei welcher eine Spulenseite jeder Spule in der. oberen, gegen Atmosphäre offenen Nut und die andere Spulenseite der gleichen Spule in der unteren Hälfte der Statörnut 7 liegen, ein Ausführungsbeispiel für die Schaffung ausreichender Kriechwege gezeigt. Wie aus Fig. 'io ersichtlich, sind in der Statornut 7, und zwar mindestens in dem Nutenteil nächst der Mittellinie 5o der Maschine, die obere und untere Spulenseite durch Abstandhalter 5 i aus Isolierstoff voneinander getrennt. Die obere Spulenseite in jeder Nut ist mit seitlichen Öffnungen 44' versehen, welche in Richtung gegen den Abstandhalter 51 ausmünden, und zwar an einem Punkt; der axial in bezug auf die Mittellinie 5o beispielsweise nach links versetzt ist; die untere Spulenseite hat ebensolche Öffnungen 44', die gleichfalls in Richtung gegen den Abstandihalter 51 ausmünden, jedoch an einem Punkt, der gegenüber der Mitlellinie 5o der Maschine in der anderen Richtung (nach rechts) versetzt ist.It is necessary in the central places where the canals 14 of the elongated winding parts 15 through the aforementioned radial channels 24 of the stator core laterally vented, for sufficient creepage distances between the phases and against To worry earth. In the figures: io, i i and 12 is in connection with the usual 2-layer stator winding, in which a coil side of each coil in the. upper, open to the atmosphere Slot and the other side of the coil of the same coil in the lower half of the Statörnut 7, an embodiment for creating sufficient creepage distances is shown. As can be seen from Fig. 'Io, are in the stator slot 7, at least in the Groove part next to the center line 50 of the machine, the upper and lower side of the bobbin separated from one another by spacers 5 i made of insulating material. The top of the coil in each groove is provided with lateral openings 44 ', which in the direction against the spacer 51 open out at one point; the axial with respect to the center line 5o is offset to the left, for example; the lower side of the coil has the same openings 44 ', which also point towards the spacer 51 open out, but at a point opposite the center line 5o of the machine is offset in the other direction (to the right).

An jeder der Stellen, an welchen die Öffnungen 44' vorgesehen sind, ist der Abstandhalter 51 mit einer Ausnehmung oder Durchbrechung 52 versehen, wie in Fig. 12 gezeigt. An den gleichen Stellen ist die Statornut erweitert, wie in Fig. io bei 53 angedeutet, derart, daß kurze Kühlgasdurchgangskanäle oder Räume 54 und 55 beidseitig entstehen. Die Durchbrechungen 52 verbinden ibwechselnd die Öffnungen 44 an der einen Seite mit einem der Räume 54 und dann an der anderen Seite mit einem der Räume 55. Mit anderen Worten, die Kühlluftströme werden gezwungen, aus den Belüftungskanälen 14 radial über die Öffnungen 44 in die zusätzlichen Kammern oder Räume 54 bzw. 55 zu treten. Diese zusätzlichen Kammern erstrecken sich in der Achsrichtung so weit, da:ß jede mindestens mit zwei der vorerwähnten Radialkanäle 24 des Statorkernes auf einer Seite der Maschinenmittellinie 5o kommuniziert. Auf diese Weise werden in axialer Richtung beträchfliche Kriechwege längs des Abstandhalter 51 zwischen. den Öffnungen 44 der oberen und unteren Wicklungsseite in jeder Statornut gewonnen und damit eine genügende Isolation gegen Erde und von Phase zu Phase.At each of the points at which the openings 44 'are provided, the spacer 51 is provided with a recess or opening 52, such as shown in FIG. The stator slot is expanded in the same places as in Fig. IO indicated at 53, such that short cooling gas passage channels or spaces 54 and 55 arise on both sides. The openings 52 connect ib alternately Openings 44 on one side with one of the spaces 54 and then on the other side with one of the rooms 55. In other words, the cooling air flows are forced to from the ventilation channels 14 radially via the openings 44 into the additional chambers or to step into rooms 54 or 55. These additional chambers extend in the Axial direction so far that: ß each with at least two of the aforementioned radial channels 24 of the stator core communicates on one side of the machine center line 5o. on in this way there are considerable creepage distances along the spacer in the axial direction 51 between. the openings 44 of the upper and lower winding sides in each stator slot gained and thus sufficient isolation from earth and from phase to phase.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung sind die am schwierigsten zu kühlenden Wicklungsteile die in den Nuten liegenden gestreckten Teile 15. Auch müssen bei allen gezeichneten Ausführungsformen in der Hauptisolierung 16 des Statorleiterelements an den Stirnwicklungselementen 17 Öffnungen oder Lücken vorgesehen sein, und daher ist es notwendig, auch hier für ausreichende isolierende Kriechwege von Phase zu Phase und von Phase zu Erde zu sorgen.Of all the embodiments of the invention, those are the most difficult To be cooled winding parts lying in the grooves stretched parts 15. Also must in all illustrated embodiments in the main insulation 16 of the stator conductor element be provided on the end winding elements 17 openings or gaps, and therefore it is necessary here too for sufficient insulating creepage distances from phase to be closed Phase and phase to earth care.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for cooling the stator windings of high-voltage high-performance turbo-generators, the stator windings of which are insulated for an operating voltage of at least 5,000 volts and consist of straight winding parts lying in axial grooves of the core as well as end connections on both sides of the machine, the axial core grooves running axially , in good thermal contact with .the winding parts, the circuit of an electrically insulating coolant serving cooling channels include and in the way of this coolant heat exchangers for recooling, and two chambers (29, 37) are provided at each machine end, which the coolant at different Contain pressures and are separated by a substantially radially arranged wall (31) made of insulating material, characterized in that the end connections of the stator winding, which at their apexes carry the inlet and outlet openings (33) of the cooling channels, through the inner chamber (37) and protrude through the partition * (31) into the outer chamber (29); so that the winding heads (ig) with the inlet and outlet openings (33) lie in the outer chamber (29), with adjacent winding heads lying alternately on the circumference in insulating damming or cover caps (35) which are attached to the partition - (31 ) are attached; and those parts of the partition which are covered by these caps are provided with through openings (36) so that. the openings (33) of the cooling system located in the area of the spaces enclosed by the caps (35) communicate with the inner chamber (37), while the other openings (33) communicate with the outer chamber (29).

2. Device according to claim i, characterized by radial ventilation ducts (24) next to the center (24) of the length of the stator core and by means (51 to 55) for creating sufficient creepage distances between the cooling ducts (14) formed along the conductor elements and one or more these radial ventilation channels (24) of the stator core, the lower winding side (44) of each slot with one or more radial channels (24) on one side of the core center (5o), the upper or outer winding side of the same slot with one or more radial channels the other side of the core center (5o) communicated. Relevant publications: German patent specifications No. 28o 879, 3o8: 230, 309 42 4 313 435 Swiss patent specifications No. 99 387, 172 839; British Patent No. 633,126; French Patent Nos. 543 794 714 319; Elektrotechnische Zeitschrift, 1949, p. 445: "Electrical machines", by Richter, Vol. II, Verlag Springer, 1930, p. 498 and 499.