NO123776B

NO123776B -

Info

Publication number: NO123776B
Application number: NO2568/70A
Authority: NO
Inventors: K N Lehoczky
Original assignee: K N Lehoczky
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1972-01-10
Also published as: DE7123315U; FR2099985A5; DE2130016A1

Description

Rotorvikling ved fordampningskjølte synkronmaskiner jned utpregede poler. Rotor winding in evaporatively cooled synchronous machines with pronounced poles.

Oppfinnelsen vedrører samtlige typer av fbrdampningskjølte synkronmaskiner med utpregete poler. Synkronmaskiner med utpregede poler har hittil vært utført enten med lufikjøting eller méd vann-kjøling. Ved anvendelse av luftkjøling benyttes spoler viklet opp av massive ledere. Tapsvarmen avgis fra spolens resp. lederens frie overflate tii kjøletuften. Vannkjølingen er meget mer effektiv idet spolen er helt eller delvis bygget opp av kjølekanaler og tapsvarmen avgis til kjølevannet som sirkulerer i kjølekanalene. Når det gjelder kjølekqnajarrangementet er det kjent to hoved-typer. Ved den første består s"p<*>len kunn av hultedere hvor alt kjølevann sirkulerer i hullederenes kanaler. Ved den andre type har spolen spesielle kjølekanaler, som i nær termisk kontakt med de massive elektriske Iedere, besørger kjølingen. Det er i den forbindelse kjéht å anordne spolen i skiver som er plassert langs rotorkjernen, hvor hver skive.består av hydraulisk etterhverandrekoblete vindinger. Ingen av de kjente løsninger kan benyttes i forbindelse med fordampningskjøl ingen. The invention relates to all types of evaporative cooled synchronous machines with distinct poles. Synchronous machines with distinct poles have so far been made either with fan coupling or with water cooling. When air cooling is used, coils wound up by massive conductors are used. The waste heat is emitted from the coil or the conductor's free surface tii the cooling tuft. The water cooling is much more efficient as the coil is completely or partially made up of cooling channels and the heat loss is given off to the cooling water that circulates in the cooling channels. As far as the cooling arrangement is concerned, two main types are known. In the first type, the coil only consists of hollow conductors where all the cooling water circulates in the channels of the hollow conductors. In the second type, the coil has special cooling channels, which in close thermal contact with the massive electric conductors, provide the cooling. It is in this connection it is preferable to arrange the coil in discs which are placed along the rotor core, where each disc consists of hydraulically interconnected windings None of the known solutions can be used in connection with an evaporative cooler none.

I tilfelle av fordampningskjøl ing tilføres spolen kjølemiddelet i væskeform. På grunn av tapsvarmen fordampes kjølémiddelet som deretter forlater spolen i dampform. Kjølingen er meget mer effektiv enn ved vannkjølingen idet kjølémiddelers " fordampningsvarrrié" er meget større «nn den "spesifikke varme". In the case of evaporative cooling, the coil is supplied with the refrigerant in liquid form. Due to the heat loss, the refrigerant evaporates, which then leaves the coil in vapor form. The cooling is much more efficient than with water cooling, as the coolant's "evaporation resistance" is much greater than the "specific heat".

I forbindelse med fordampingen melder det seg en del problemer slik som kokepunktforskyvninger In connection with the evaporation, a number of problems arise such as boiling point shifts

i tilfelle av trykkforandring, variabel fyllingsgrad i kjølekanaler o.s.v. Trykkforandringens og de variable fyllingsgraders virkning er godt utredet i norsk patent nr. 116 007 og det er samtidig foreslått en løsning som går ut på at hullederen skal nærme seg til rotasjonsakse I en, hvis man ønsker å oppnå en gunstig fylling av hullederen. in case of pressure change, variable degree of filling in cooling channels, etc. The effect of the pressure change and the variable filling degrees is well studied in Norwegian patent no. 116 007 and at the same time a solution has been proposed which entails that the hole conductor should approach the rotation axis I one, if you want to achieve a favorable filling of the hole conductor.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å frembringe løsninger som løser fordampningsproblemene ved synkronmaskiner med utpregete poler... The present invention aims to produce solutions that solve the evaporation problems of synchronous machines with distinct poles...

Oppfinnelsen tar utgangspunkt i at betingelsen for at kjøleeffekten er jevnt fordelt langs hele kjølekanalen, er at kjølekanalens avstand, til rotasjonsakselen jevnt avtar mens den frie vceske-flate har en omtrent uforandret avstand fra rotasjonsakselen. For å tilfredsstille de spesielle kon-struksjonsbetingélser vil rotorvikling ved synkronmaskiner med utpregede poler hvor rotorviklingen er bygget opp av hulledere med en eller flere indre kanaler og viklet opp i skiver som er plassert langs polkjernen , hvor hver skive består av hydraulisk etterhverandrekoblede vindinger kjennetegnet ved at i den første vinding i skiven ligger det punkt av kjølekanaltverrsnittet som er nærmest til rotasjonsaksen på samme eller mindre avstand fra rotasjonsaksen som det fjernest fra rotasjonsaksen beliggende punkt av kjølekanaltverrsnittet i den siste vinding og hvor kjølemiddel i væskeform tilføres til den første vinding mens kjølemiddel helt eller delvis i dampform ledes bort fra den siste vinding . The invention is based on the fact that the condition for the cooling effect to be evenly distributed along the entire cooling channel is that the cooling channel's distance to the axis of rotation steadily decreases while the free vcesk surface has an approximately unchanged distance from the axis of rotation. In order to satisfy the special construction conditions, the rotor winding of synchronous machines with distinct poles, where the rotor winding is built up of hollow conductors with one or more internal channels and wound up in discs that are placed along the pole core, where each disc consists of hydraulically interconnected windings characterized by in the first winding in the disc, the point of the cooling channel cross-section which is closest to the axis of rotation is at the same or smaller distance from the axis of rotation as the point of the cooling channel cross-section located farthest from the axis of rotation in the last winding and where coolant in liquid form is supplied to the first winding while coolant completely or partly in vapor form is led away from the last winding.

De øvrige karaktertrekk av oppfinnelsen fremkommer av den etterfølgende beskrivelse og figurer. The other features of the invention appear from the following description and figures.

Fig. 1 viser et utførelseseksempel. Det er gjengitt et snitt gjennom den ene halvparten av en pol. Polkjernen 1 er forankret ved hjelp av en klo 2 i rotorringen 3. Statorens boringsflate er merket med 4. Luftspalten = 5. Polsko = 6. Rotorviklingen bestående av vindinger A-K er delt opp i to skiver: 7 og 8. Skiven 7 nærmest til polskoen består av de hydrauliske og også elektriske seriekoblede vindinger A, B, C, D, E, mens skiven 8 lengst fra polskoen er bygget opp av de hydrauliske og elektriske seriekoblede vindinger F, G, H, J, K. Hver skive har en egen kjøle-væsketilførsel 1^ og I2, hvor kjølevæskemengdene er regulert hver for seg. Uttakene er U] og U2• På grunn av de store sentrifugalkreftene er avstanden R] resp. R2, mellom den frie væske-overflate til rotasjonsakse er omtrent konstant innenfor samme skive. På denne måte får man fullstendig væskefylte kanaltverrsnitt ved tilførslene I-j og I2 mens kanaltverrsnittet er helt fri-gitt d.v.s. fyl It med damp, ved uttakene U] og L^. Bildet gjengir en idealisert situasjon som gjelder hvis det ikke er noen kjølemiddelsirkulasjon eller hvis man ser bort fra friksjonen i kanalen. I virkeligheten vil avstanden R] mellom væskestand og rotasjonsakse variere en del på grunn av væskefriksjonen. Dertil kommer usikkerheten ved innstillingen av væskestand. På grunn av disse omstendigheter vil det lønne seg å utføre kanaltverrsnitt med et noe større radialt mål, tynnere hulledere eller benytte færre vindinger pr. skive. Fig. 1 shows an embodiment example. A section through one half of a pole is reproduced. The pole core 1 is anchored by means of a claw 2 in the rotor ring 3. The stator bore surface is marked with 4. The air gap = 5. Pole shoe = 6. The rotor winding consisting of windings A-K is divided into two discs: 7 and 8. Disc 7 closest to the pole shoe consists of the hydraulic and also electrical series-connected windings A, B, C, D, E, while the disk 8 furthest from the pole shoe is made up of the hydraulic and electrical series-connected windings F, G, H, J, K. Each disk has its own coolant supply 1^ and I2, where the coolant quantities are individually regulated. The outlets are U] and U2• Due to the large centrifugal forces, the distance R] resp. R2, between the free liquid surface and the axis of rotation is approximately constant within the same disc. In this way, one obtains completely liquid-filled channel cross-sections at the inputs I-j and I2, while the channel cross-section is completely freed, i.e. fill It with steam, at the outlets U] and L^. The image represents an idealized situation that applies if there is no coolant circulation or if friction in the channel is disregarded. In reality, the distance R] between liquid level and axis of rotation will vary somewhat due to liquid friction. Added to this is the uncertainty of setting the liquid level. Due to these circumstances, it will be worthwhile to carry out channel cross-sections with a somewhat larger radial dimension, thinner hole conductors or use fewer turns per slice.

Når det gjelder innbyrdes elektrisk kobling av vindingene og skiver, innvirker denne ikke på syst-emets virkemåte. Det er igrunnen en fabrikasjonsteknisk og/eller.isolasjonsteknisk avgjørelse. Den del av hullederne som danner den tangénsielle forbindelse mellom de aksiale " langsider" When it comes to the electrical connection of the windings and washers, this does not affect the system's operation. It is fundamentally a manufacturing-technical and/or insulation-technical decision. The part of the hole conductors that forms the tangential connection between the axial "long sides"

av polen i etterfølgende kalt " kortsider", skal danne en hindring for væskesirkulasjonen. Den slags hindring ville opptre hvis kortsidene er rette. I dette tilfelle ville kjølekanalens avstand redu-seres i forhold til rotasjonsaksen og det ville dannes enslags damp mellom langsidene. of the pole hereinafter called "short sides", shall form an obstacle to the fluid circulation. That kind of obstacle would appear if the card sides are straight. In this case, the distance of the cooling channel would be reduced in relation to the axis of rotation and a uniform steam would form between the long sides.

ikke not

Dette problem er nytt og erTjent fra de vannkjølte elektriske maskiner.. Erkjennelsen av dette meget viktige forhold førte til at i henhold til denne oppfinnelse kan det benyttes konstruksjoner som er kjennetegnet ved at den hydrauliske forbindelse mellom vindingenes langsider er slik utformet at væskenivået i skiven definert ved en radius R langs hele forbindelsen ligger innenfor kanaltverrsnittet. This problem is new and is served from the water-cooled electric machines. The recognition of this very important situation led to the fact that, according to this invention, constructions can be used which are characterized by the fact that the hydraulic connection between the long sides of the windings is designed in such a way that the liquid level in the disk is defined at a radius R along the entire connection lies within the channel cross-section.

Når det gjelder den praktiske utførelse er det mulig å benytte seg av flere forskjellige forholdsregler. Det enkleste er å velge kanaltverrsnittet større enn det som egentlig trengs for langsidenes vedkommende. Denne løsning er av spesiell interesse for mangepolet maskiner. Fig. 2 viser et anvendelseseksempel, hvorav det fremkommer av vceskenivået angitt ved R] ikke berører kanal-tverrsnittets øverste grense, ,slik at det danner seg en minimal væskestand h. Flg. 3 gjengir en interessant løsning hvor kanaltverrsnittet er delt opp, i dette tilfelle i to like store deler. For at væsken eller dampen skal kunne gå over fra den ene til den andre kanalen, er det forutsatt bruken av visse passasjer 14 slik at oppfinnelsesgjenstanden er kjennetegnet ved at hu 11 ed renes indre kanaler er forbundet ved passasjer. Passasjene s1<al fortrinsvis plasseres der hvor behovet er størst, det vil si i enden av langsidene og/eller av kortsidene. Oppfinnelsen er ikke begrenset hvis det i steden for en hulleder med to eller flere indre kanaler, benyttes det to eller flere hulledere paral-lellkoblet ved hjelp av de forannevnte passasjer 14. When it comes to the practical implementation, it is possible to make use of several different precautions. The simplest is to choose a channel cross-section larger than what is actually needed for the long sides. This solution is of particular interest for multipole machines. Fig. 2 shows an application example, from which it appears that the liquid level indicated by R] does not touch the upper limit of the channel cross-section, so that a minimal liquid level h is formed. 3 reproduces an interesting solution where the channel cross-section is divided, in this case into two equal parts. In order for the liquid or steam to be able to pass from one channel to the other, the use of certain passages 14 is required, so that the object of the invention is characterized by the inner channels of the hu 11 being connected by passages. The passages should preferably be placed where the need is greatest, that is to say at the end of the long sides and/or of the short sides. The invention is not limited if, instead of a hole conductor with two or more internal channels, two or more hole conductors connected in parallel using the aforementioned passages 14 are used.

Fif. 4 gjengir en anordning som er kjennetegnet ved at hullederene er bøyet i kortsidene. Hvis bøyningsradius er R da vil man fa at den minimale væskestand h er konstant langs kortsiden. Fif. 4 reproduces a device which is characterized by the hole conductors being bent on the short sides. If the bending radius is R then you will find that the minimum liquid level h is constant along the short side.

Det står selvfølgelig ingen ting i veien for ar de forannevnte forholdsregler kombineres. Hvis det er flere skiver enn en, da vil væskenivåets krumming variere. Den skiven som ligger nærmest lii rotasjonsaksen som vil være bestemmende for kjølekanaltverrsnittets minimale radiale mål eller kortsidens krumming . Of course, nothing stands in the way of combining the aforementioned precautions. If there are more discs than one, then the curvature of the liquid level will vary. The disk that is closest to the axis of rotation will determine the minimum radial dimension of the cooling channel cross-section or the curvature of the short side.

Det er anledning til å benytte forskjellige kanaltverrsnitt eller kanalantall i langsidene og i kortsidene. There is an opportunity to use different channel cross-sections or number of channels on the long sides and on the short sides.

Det er spesielle hensyn å ta når det gjelder hydraulisk sammenkobling av skiver. There are special considerations to be made when it comes to hydraulically connecting discs.

Man skal nemlig regne med at det trengs uavhengig nivåregulering for hver skive. Denne reguler-ing kan være utført ved montasjen med fast innstilling av en reguleringsventil som fordeler kjøle-middélet mellom skivene eller man kan benytte en automatisk ventil som selvstendig regulerer kjølemiddeltilførsélen til de enkelte skiver, avhengig av deres termiske belastning. One must assume that independent level regulation is needed for each disc. This regulation can be carried out during assembly with a fixed setting of a control valve that distributes the coolant between the discs or you can use an automatic valve that independently regulates the coolant supply to the individual discs, depending on their thermal load.

Når det gjelder sammenkobling av polen kan denne gjøres slik "i henhold til denne oppfinnelsen As regards the connection of the pole, this can be done in accordance with this invention

at skiver, som ligger i samme avstand i forhold fil rotasjonsaksen parallell kobles og nivåreguleres fra et felles reguleringsorgan. På denne måte^an man eksempelvis parallellkoble samtlige ytterste skiver 7 som danneret såkalt " skivelag" og betjene med en eneste reguleringsventU . Ved en konstruksjon som eksempel svis har tre skiver pr. pol trengs det kun 3 reguleringsventiler for hele rotoren. Dette er en, betydelig bespare! se og forenkl ing. Hvor mange skiver som parallelfkobles, avhenger både av de disponible reguteringsventilenes kapasitet og av den vurdering, hvor stor fabrikasjonsteknisk nøyaktighet det kan ventes når det gjelder skivenes radiale posisjon og for-bindelsesledningenes utforming. that disks, which are at the same distance in relation to the axis of rotation parallel, are connected and level regulated from a common regulating body. In this way, for example, all the outermost discs 7 can be connected in parallel to form a so-called "disc layer" and operated with a single control valve. In the case of a construction such as welding, three disks per pole, only 3 control valves are needed for the entire rotor. This is a significant saving! see and simplify ing. How many washers are connected in parallel depends both on the capacity of the available rectifier valves and on the assessment of how much manufacturing accuracy can be expected in terms of the radial position of the washers and the design of the connection lines.

Anvendelse av uavhengige forbindelseskretser for hver av de enkelte skiver forutsetter mange for-bindelsesledninger. For å bøte pådette kan anordningen være kjennetegnet ved at to eller flere skiver som l igger i forskjellige avstander fra rotasjonsaksen, men på den/de samme pol/er er tilkoblet den samme forbindelsesledning og reguleringsorgan mens kjølemiddelfordelingen mellom skivelagene skjer ved hjelp av faste innstilte reguleringsventiler. The use of independent connection circuits for each of the individual disks requires many connection lines. To remedy this, the device can be characterized by the fact that two or more discs that lie at different distances from the axis of rotation, but on the same pole(s) are connected to the same connecting line and control device, while the coolant distribution between the disc layers takes place with the help of fixed control valves .

Koblingsskjemaene til de to systemer er gjengitt på fig. 5 og 6. Fig. 5 viser én løsning med to parallelle kretser hvor hver krets har en egen regulator 9 som kan være styrt via styreledninger 11 fra kjølekretsens " dampside" 10. Kjølevæsketilførselen skjer via ledning 12. Fig. 6 viser en anordning hvor en felles regulator 9 betjener begge skivelag mens fordelingen mellom skivene skjer ved hjelp av reguleringsventiler 13. I dette tilfelle trengs kun Jo fordelingsledninger i stedet for de fire som ble vist i fig. 5. De øvrige betingelser er de samme som bje benyttet i fig. 1 - 5. The connection diagrams of the two systems are shown in fig. 5 and 6. Fig. 5 shows one solution with two parallel circuits where each circuit has its own regulator 9 which can be controlled via control lines 11 from the cooling circuit's "steam side" 10. The coolant is supplied via line 12. Fig. 6 shows a device where a common regulator 9 serves both disc layers while the distribution between the discs takes place by means of control valves 13. In this case only Jo distribution lines are needed instead of the four that were shown in fig. 5. The other conditions are the same as those used in fig. 1 - 5.

Oppfinnelsens rekkevidde begrenses ikke ved antall poler, skivelag, vindinger pr. skive. Like-ledes kan uttakene fra skivene ledes direkte ut i polenes omgivelse slik at det behøves ingen retur-ledning fordampen. Hvorvidt væsketilførselen til skiven skjer nærmest til polkjernen eller ytterst er ikke fastlåst idet skiven kan være konisk slik at den relative væsketilstand minker fra de inner-ste vindinger mot de ytterste. The range of the invention is not limited by the number of poles, disc layers, turns per slice. In the same way, the outlets from the disks can be led directly out into the surroundings of the poles so that no return line is needed for the evaporator. Whether the liquid supply to the disc takes place closest to the pole core or at the outer end is not fixed, as the disc can be conical so that the relative liquid state decreases from the innermost windings towards the outermost.

Claims

1. Rotor winding in synchronous machines with pronounced poles where the rotor winding is built up of hollow conductors with one or more internal channels and wound up in discs which are placed along the pole core T, where each disc consists of hydraulically interconnected windings (A - E) characterized by that in the first winding (A) in the ski, the point of the cooling channel cross-section that is closest to the rotation axis is at the same or smaller distance ( R ) from the rotation axis as the point of the cooling channel cross-section located farthest from the rotation axis in the last winding ( E ) and where coolant in liquid form is supplied to the first winding (A) while refrigerant is completely or partly in vapor form led away from the last winding (E).

2; Device according to claim number 1, characterized in that the hydraulic connection between the winding's long sides is designed in such a way that the liquid level, defined by a radius R along the entire connection, lies within the channel cross-section in the connection.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hole conductor has several internal channels which are connected to passages.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hole conductor is bent on the short sides.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that discs located at the same distance from the axis of rotation on different poles are hydraulically connected in parallel and the level is regulated from a common regulating device (9).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that two or more discs located at different distances from the axis of rotation, but on the same pole(s) are hydraulically connected to the same connecting line and control device (9), while the coolant distribution between the disc layers are made with the help of fixed control valves ( 13).