NO123776B - - Google Patents

Description

Rotorvikling ved fordampningskjølte synkronmaskiner jned utpregede poler.

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.

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".

I forbindelse med fordampingen melder det seg en del problemer slik som kokepunktforskyvninger

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.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å frembringe løsninger som løser fordampningsproblemene ved synkronmaskiner med utpregete poler...

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 .

De øvrige karaktertrekk av oppfinnelsen fremkommer av den etterfølgende beskrivelse og figurer.

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.

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"

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.

ikke

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.

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.

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.

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 .

Det er anledning til å benytte forskjellige kanaltverrsnitt eller kanalantall i langsidene og i kortsidene.

Det er spesielle hensyn å ta når det gjelder hydraulisk sammenkobling av skiver.

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.

Når det gjelder sammenkobling av polen kan denne gjøres slik "i henhold til denne oppfinnelsen

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.

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.

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.

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.

Claims (6)

1. 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 T, hvor hver skive består av hydraulisk etterhverandrekoblede vindinger ( A - E ) karakterisert ved at i den første vinding(A) i skiyen ligger det punkt av kjølekanaltverr-snittet som er nærmest til rotasjonsaksen på samme eller mindre avstand ( R ) fra rotasjonsaksen som det fjernest fra rotasjonsaksen beliggende punkt av kjølekanaltverrsnittet i den siste vinding ( E ) og hvor kjølemiddel i væskeform tilføres til den første vinding ( A ) mens kjøle-middel helt eller delvis i dampform ledes bort fra den siste vinding (E).

2; Anordning ifølge krav nummer 1 k a ra k t é r i s e rt ved at den hydrauliske forbindelse mellom vindingens langsider er slik utformet at væskenivået, definert- ved en radius R langs hele forbindelsen, ligger innenfor kanaltverrsnittet i forbindelsen.

3. Anordning ifølge et av de foregående krav karakterisert ved at hullederen har flere indre kanaler som er forbundet med passasjer.

4. Anordning ifølge et av de foregående kra karakterisert ved at hullederen er bøyd i kortsidene.

5. Anordning ifølge et av de foregående krav karakterisert ved at skiver som ligger i samme avstand fra rotasjonsaksen på forskjellige poler parallellkobles hydraulisk og nivåreguleres fra et felles reguleringsorgan (9).

6. Anordning ifølge et av de foregående krav karakterisert ved at to eller flere skiver som ligger i forskjellige avstander fra rotasjonsaksen, men på den/de samme pol/er er koblet hydraulisk til den samme forbindelsesledning og reguleringsorgan (9 ) mens kjølemiddelfordel-ingen mellom skivelagene skjer ved hjelp av fast innstillte reguleringsventiler ( 13).