NO760797L

NO760797L -

Info

Publication number: NO760797L
Application number: NO760797A
Authority: NO
Inventors: K Baltisberger; E Oestby
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-03-08
Publication date: 1976-09-14
Also published as: CH582969A5; DE2515340A1; DE7511034U; BR7601349A; SE7602099L

Description

VÆSKEAVKJOLT STATORBLIKKPAKKE I EN ELEKTRISK MASKINLIQUID-COOLED STATOR TIN PACKAGE IN AN ELECTRIC MACHINE

Oppfinnelsen vedrorer en væskeavkjolt statorblikkpakke i en elektrisk maskin med viklingselementer anordnet i spor. The invention relates to a liquid-cooled stator tin pack in an electric machine with winding elements arranged in slots.

Det er kjent å avkjole statorblikkpakken i en væskeavkjolt elektrisk maskin på blikkryggen med innlagte ror (Neue Ziiri-cher Zeitung, 24.8.1966, s. 4 og 5). Kjolerorene som ligger ved blikkpakkens rygg er lagt i spor (se fig. la) og presset radialt innad ved et fjærsystem. Denne losning har den fordel at kjolerorene lett kan skiftes ut ved lekkasje. Av temperatur-forlopet i jernet (se fig. lb) fremgår at denne avkjoling av statorblikkpakken understottes effektivt.av statorviklingen. Nevnte avkjoling er i det aktuelle anvendelsesområde, ved de i dag vanlige utnyttelser og magnetiske materialer begrenset til ca. 20 MVA/pol. Hvis samme losning anordnes for hoyere effekter pr. pol, vil temperaturene stige til verdier som overstiger de tillatte grenser. En mulighet til reduksjon av denne sterke temperaturstigning er anordning av ror direkte i statorblikkpakken (Brown, Boveri Mitteilungen, bd. 53, nr. 9, september 1966, s. 506). Denne utforelsesform er illustrert i fig. 2a. Av det temperaturforlop som er gjengitt i fig. 2b fremgår at en del av jernvarmetapet overfores til statorviklingens kjole-vann. Ved denne anordning okes kjolevirkningen ytterligere. I kjolerorene induseres en spenning, slik at rorene må isoleres for at man skal unngå kortslutning i blikkpakken ("Blechschlusse). Dessuten må det for innforing av kjolerorene anordnes tilstrek-kelig klaring, slik at varmeovergangen mellom blikkpakke og kjolemiddel ikke blir entydig definert. Ved svikt av et slikt kjoleror vil utskiftning ikke eller meget vanskelig kunne skje. En annen losning er beskrevet og avbildet i "57. Technical Features and Economic Implications of the Seitevare Water-Cooled Hydro-Generator", Liege 1970, s. 4-6. Statorblikkpakken avkjoles ved hjelp av kjoleplater som er lagt inn med aksiale avstander (fig. 3). Denne avkjoling er effektiv, men de innlagte kjoleplater innebærer et stort oppbud og tap av aktivt volum. It is known to cool the stator tin package in a liquid-cooled electric machine on the tin back with embedded rudders (Neue Ziiri-cher Zeitung, 24.8.1966, pp. 4 and 5). The rudders located at the back of the tin pack are laid in grooves (see fig. la) and pressed radially inwards by a spring system. This solution has the advantage that the dress rudders can be easily replaced in the event of a leak. From the temperature course in the iron (see fig. 1b) it appears that this cooling of the stator tin package is effectively supported by the stator winding. Said cooling is in the relevant application area, with today's usual uses and magnetic materials limited to approx. 20 VAT/pole. If the same solution is arranged for higher effects per pole, the temperatures will rise to values that exceed the permitted limits. One possibility for reducing this strong temperature rise is the arrangement of rudders directly in the stator tin package (Brown, Boveri Mitteilungen, vol. 53, no. 9, September 1966, p. 506). This embodiment is illustrated in fig. 2a. Of the temperature course shown in fig. 2b shows that part of the iron heat loss is transferred to the stator winding's jacket water. With this arrangement, the dressing effect is further increased. A voltage is induced in the dress pipes, so that the pipes must be insulated in order to avoid a short circuit in the tin package ("Blechschluse). In addition, for the insertion of the dress pipes, sufficient clearance must be arranged, so that the heat transfer between the tin package and dressing agent is not clearly defined. failure of such a rudder, replacement will not be possible or very difficult. Another solution is described and illustrated in "57. Technical Features and Economic Implications of the Seitevare Water-Cooled Hydro-Generator", Liege 1970, pp. 4-6. The stator tin package is cooled by means of skirt plates inserted at axial distances (Fig. 3). This cooling is effective, but the inlaid dress plates involve a large build-up and loss of active volume.

I US patentskrift 2 664 512 er det beskrevet et gasskjoling av en rotorblikkpakke og en rotorvikling. Ved denne anordning er sporene forsynt med kanaler anordnet på overflaten av ledernes isolasjon og direkte i lederne. Denne losning er dog bare egnet for gasskjoling. In US patent 2,664,512, a gas shielding of a rotor tin package and a rotor winding is described. With this device, the tracks are provided with channels arranged on the surface of the conductors' insulation and directly in the conductors. However, this solution is only suitable for gas cooling.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å unngå.manglene ved de kjente losninger og tilveiebringe en væskeavkjolt statorblikkpakke, som avkjoles effektivt og er konstruktivt enkel og re-parerbar. The present invention aims to avoid the shortcomings of the known solutions and to provide a liquid-cooled stator sheet package, which cools efficiently and is structurally simple and repairable.

Denne oppgave loses ifolge oppfinnelsen ved at det er anordnet minst en kjolekanal i sporet mellom minst.en hovedisolasjon for et viklingselement og statorblikkpakken. According to the invention, this task is solved by arranging at least one dress channel in the slot between at least one main insulation for a winding element and the stator sheet package.

Fordelen ved oppfinnelsen ligger spesielt i at det oppnås en mer intens avkjoling, slik at en vesentlig okning i den spesi-fikke effekt pr. pol blir mulig. Anordningen ifolge oppfinnelsen kan fremstilles uten storre oppbud. The advantage of the invention lies particularly in the fact that a more intense cooling is achieved, so that a significant increase in the specific effect per pole becomes possible. The device according to the invention can be produced without large tenders.

Det er videre hensiktsmessig at kjolekanalen er anordnet i sporbunnen. Ved denne utforelsesform ligger kjolekanalen forholds-vis dypt i statorblikkpakken. Det vil være fordelaktig å anord-ne ytterligere kjolekanaler i statorblikkpakkens rygg og/eller innenfor pakken. Ved denne anordning kan en enda mer intens kjoling oppnås. I de fleste tilfelle er de blotte kjolekanaler lite egnet, fordi dynamoblikkene med lave tapstall lett korro-derer. Det er således hensiktsmessig at kjolekanalene inneholder kjoleror. Dermed har man unngått eller i det minste redusert faren for korrosjon og lekkasje. Kjolekanalenes hhv. kjolerorenes tverrsnitt er ved en foretrukket utforelsesform dimensjonert slik at kjolevæskeoppvarmingen pr. kanal eller ror er maksimalt 20°. Denne dimensjonering av tverrsnittene muliggjor en okonomisk utformning av statorblikkpakken. Med fordel er kjolerorene, som spesielt er anordnet i sporbunnen, utfort med halvrundt profil. Kjolerorene står under en spenning som av-henger av statorblikkpakkens anbringelsessted. Det vil derfor være hensiktsmessig at i det minste de kjoleror som er anordnet i sporet hhv. innenfor statorblikkpakken er elektrisk isolert eller fremstilt av et elektrisk isolerende hhv. anti-magnetisk materiale. For oppnåelse av en bedre varmeovergang, blir mellomrom mellom kjoleroret og statorblikkpakken ved ytterligere en utforelse fylt med en varmeledende masse. It is also appropriate that the dress channel is arranged in the bottom of the track. In this embodiment, the skirt channel lies relatively deep in the stator sheet package. It would be advantageous to arrange additional skirting channels in the back of the stator sheet package and/or within the package. With this device, an even more intense dressing can be achieved. In most cases, bare ducts are not suitable, because the dynamo coils with low loss figures corrode easily. It is therefore appropriate that the dress channels contain dress rudders. This has avoided or at least reduced the risk of corrosion and leakage. The dress channels' respective In a preferred embodiment, the cross-section of the skirting tubes is dimensioned so that the skirting liquid heating per channel or rudder is a maximum of 20°. This dimensioning of the cross-sections enables an economical design of the stator sheet package. Advantageously, the skirt rudders, which are especially arranged in the bottom of the track, are designed with a semi-circular profile. The rudders are under a voltage that depends on the location of the stator tin pack. It will therefore be appropriate that at least the rudders which are arranged in the track or within the stator sheet package is electrically insulated or made of an electrically insulating or anti-magnetic material. In order to achieve a better heat transfer, spaces between the skirt rudder and the stator sheet package are filled with a heat-conducting mass in a further embodiment.

I tegningen er et utforelseseksempel av oppfinnelsens gjenstand skjematisk illustrert. Fig. la viser en losning ifolge teknikkens stilling av en væskeavkjolt statorblikkpakke. Fig. lb viser et temperatorforlop målt i statorblikkpakken ifolge fig. la. Fig. 2a viser en annen losning ifolge teknikkens stilling av en væskeavkjolt statorblikkpakke. Fig. 2b viser et temperaturforlop målt i statorblikkpakken ifolge fig. 2b. Fig. 3 viser en tredje losning ifolge téknikkens stilling av en væskeavkjolt statorblikkpakke. In the drawing, an embodiment of the object of the invention is schematically illustrated. Fig. la shows a solution according to the state of the art of a liquid-cooled stator sheet package. Fig. 1b shows a temperature progression measured in the stator sheet package according to fig. let. Fig. 2a shows another solution according to the state of the art of a liquid-cooled stator sheet package. Fig. 2b shows a temperature progression measured in the stator sheet package according to fig. 2b. Fig. 3 shows a third solution according to the technical position of a liquid-cooled stator sheet package.

Fig. 4 viser et utforelseseksempel av oppfinnelsen.Fig. 4 shows an embodiment of the invention.

Fig. 5a er en skjematisk gjengivelse av en del av den væskeav-kjolte statorblikkpakke ifolge fig. 4. Fig. 5b viser et temperaturforlop målt i statorblikkpakken ifolge fig. 5a. Fig. 5a is a schematic representation of part of the liquid-cooled stator sheet package according to fig. 4. Fig. 5b shows a temperature progression measured in the stator sheet package according to fig. 5a.

I fig. la er en del av statorblikkpakken betegnet 1. Det er vist et spor 2 og en kjolekanal 3 i statorblikkpakkens rygg. I fig. 2a, 3, 4 og 5a er like deler forsynt med samme henvis- ningstall som i flg. la. I fig. 2a betegner 4 kjolekanaler innenfor statorblikkpakken 1. I fig. 3 er en kjoleplate betegnet med 5 og et kjoleror som er lagt i platen 5 er betegnet med 6. Ifolge fig. 4 er viklingselementer betegnet med 7 og hovedisolasjonen med 8. En låsekile er betegnet med 9, et underlag med 10 og et mellomlegg med 11. Et kjoleror anordnet i sporets bunn er betegnet med 12 og kjolerorets 12 isolasjon med 13. Mellomrom mellom kjoleroret 12 og statorblikkpakken 1 er betegnet med 14 og fylt med en varmeledende masse. En kjolekanal hhv. kjolerorets 12 indre rom er betegnet med 15. In fig. la is a part of the stator sheet package designated 1. A groove 2 and a dress channel 3 are shown in the back of the stator sheet package. In fig. 2a, 3, 4 and 5a are provided in equal parts with the same reference number as in the following la. In fig. 2a denotes 4 skirt channels within the stator sheet package 1. In fig. 3, a skirt plate is denoted by 5 and a skirt rudder which is placed in the plate 5 is denoted by 6. According to fig. 4, winding elements are denoted by 7 and the main insulation by 8. A locking wedge is denoted by 9, a base by 10 and an intermediate layer by 11. A rudder arranged in the bottom of the track is denoted by 12 and the insulation of the rudder 12 by 13. Space between the rudder 12 and the stator tin pack 1 is denoted by 14 and filled with a heat-conducting mass. A dress channel or The rudder's 12 inner chambers are denoted by 15.

Ifolge fig. la er statorblikkpakken 1 forsynt med sporet 2 og kjolekanalen 3 anordnet i pakkens rygg for et ikke vist kjoleror. I fig. lb ses temperaturfordelingen i statorjernet. Statorviklingens kjoling bidrar naturligvis også til jernets kjoling, men omtrent midt i blikkpakken kan jernets avkjoling bli utilstrekkelig. Den andre kjente losning med kjolekanaler 4 According to fig. 1a, the stator sheet package 1 is provided with the groove 2 and the dress channel 3 arranged in the back of the package for a dress rudder not shown. In fig. lb the temperature distribution in the stator iron can be seen. The dressing of the stator winding naturally also contributes to the dressing of the iron, but approximately in the middle of the tin pack, the iron's dressing may become insufficient. The other known solution with dress channels 4

som inneholder kjoleror (fig. 2a) viser et gunstigere temperaturforlop i statorblikkpakken 1 (se fig. 2b),men utskiftning av et slikt kjoleror ved svikt er meget komplisert. Den tredje, which contains a skirt rudder (fig. 2a) shows a more favorable temperature course in the stator sheet package 1 (see fig. 2b), but replacing such a skirt rudder in case of failure is very complicated. The third,

kjente utforelsesform ifolge fig. 3 omfatter kjoleplatene 5 som er lagt inn med aksial avstand og omfatter meanderlignende an-ordnede kjoleror 6. Denne losning er konstruktivt komplisert og innebærer et stort tap av aktivt volum. known embodiment according to fig. 3 comprises the skirt plates 5 which are inserted at an axial distance and comprise meander-like arranged skirt rudders 6. This solution is structurally complicated and involves a large loss of active volume.

I fig. 4 er et utforelseseksempel av oppfinnelsen skjematisk gjengitt. De to viklingselementer 7, f.eks. to vannavkjolte In fig. 4 is a schematic representation of an embodiment of the invention. The two winding elements 7, e.g. two water cooled

Roebel-staver, er anordnet i sporet 2 i statorblikkpakken 1 og fastholdt ved hjelp av en låsekile 9. Under låsekilen 9 er un-derlaget 10 anordnet og mellom de to viklingselementer 7 ligger mellomlegget 11. Viklingselementene 7 er forsynt med hovedisolasjonen 8. I bunnen av sporet 2, mellom hovedisolasjonen for det nedre viklingselement 7 og statorblikkpakken l,er det halvrundt kjoleroret 12 innlagt. Kjoleroret 12 er forsynt med -iso-lasjonen 13, men kan også bestå av et elektrisk isolerende eller ikke-metallisk materiale. Mellomrommene 14 mellom kjoleroret 12 hhv. dette rors isolasjon 13 og statorblikkpakken 1 er fyllt med en varmeledende masse, slik at det oppnås en bedre varmeovergang. Kjolerorets 12 tverrsnitt er dimensjonert slik at kjolevæskeoppvarmingen maksimalt utgjor 20° pr. ror. I fig. 5b ses den temperaturfordeling som er målt i statorblikkpakken ifolge fig. 5a hhv. fig. 4. I dette temperaturforlop ses virkningen av alle tre kjolesystemer: til venstre virkningen av kjolekanalen 3, som er anordnet i statorblikkpakkens 1 rygg, Roebel rods, are arranged in the slot 2 in the stator tin pack 1 and secured by means of a locking wedge 9. Under the locking wedge 9, the substrate 10 is arranged and between the two winding elements 7 is the intermediate layer 11. The winding elements 7 are provided with the main insulation 8. At the bottom of the slot 2, between the main insulation for the lower winding element 7 and the stator sheet package 1, the semi-circular skirt rudder 12 is inserted. The dress tube 12 is provided with the insulation 13, but can also consist of an electrically insulating or non-metallic material. The spaces 14 between the skirt rudder 12 respectively. this rudder's insulation 13 and the stator tin pack 1 are filled with a heat-conducting mass, so that a better heat transfer is achieved. The 12 cross-sections of the skirt pipe are dimensioned so that the skirt liquid heating is a maximum of 20° per tube. In fig. 5b shows the temperature distribution measured in the stator tin package according to fig. 5a or fig. 4. In this temperature sequence, the effect of all three cladding systems can be seen: on the left, the effect of the cladding channel 3, which is arranged in the back of the stator sheet package 1,

til hoyre for midten virkningen av kjolekanalen 15 hhv. kjoleroret 12 i sporets bunn og helt til hoyre virkningen av vik-lingens kjoling. to the right of the center the effect of the dress channel 15 respectively. the dress rudder 12 at the bottom of the track and all the way to the right the effect of the winding's dress.

Oppfinnelsens gjenstand er selvsagt ikke begrenset til det som er vist i tegningen. Kjolekanalene eller kjolerorene som er anordnet mellom viklingselementene og statorblikkpakken kan kombineres med andre kjolemetoder, f.eks. med kjolekanalene 4 anordnet innenfor statorblikkpakken eller med andre i og for seg kjente kjolesystemer. The object of the invention is of course not limited to what is shown in the drawing. The dress ducts or dress rudders arranged between the winding elements and the stator tin pack can be combined with other dress methods, e.g. with the skirting channels 4 arranged within the stator sheet package or with other skirting systems known in and of themselves.

Claims

1. Liquid-cooled stator sheet package in an electric machine with winding elements arranged in slots, characterized in that in the slot (2), between at least one main insulation (8) for a winding element (7) and the stator sheet package (1) at least one dress channel (15) is arranged .

2. Liquid-cooled stator sheet package as specified in claim 1, characterized in that the skirt channel (15) is arranged at the bottom of the track.

3. Liquid-cooled stator package as specified in claim 1, characterized in that additional cooling channels (3,4) are arranged in the back of the stator sheet package (1) and/or within the package.

4. Liquid-cooled stator tin package as stated in claims 1-3, characterized in that at least some skirt channels (15, 3,4) contain skirt rudders (12).

5. Liquid-cooled stator sheet package as stated in claims 1-4, characterized in that the cross-section of the skirting channels (15,3,4) and/or the skirting tubes (12) is dimensioned so that the skirting fluid heating per channel or rudder maximum is 20°.

6. Liquid-cooled stator tin package as specified in claim 1, 2 and 4, characterized in that the skirt rudders (12) are extended with a semi-circular profile.

7. Liquid-cooled stator sheet package as stated in claim 4, characterized in that the skirt rudders (12) which are arranged within the stator sheet package (1) and/or in the slot (2) are electrically insulated or consist of an electrically insulating material.

8. Liquid-cooled stator sheet package as specified in claim 4, characterized in that at least some of the shrouds which are arranged in the slot (2), in the stator sheet package (1)'s back or within the package, consist of a non-metallic material.

9. Liquid-cooled stator sheet package as specified in claim 4, characterized in that the spaces (14) between the skirt rudder (12) and the stator sheet package (1) are filled with a heat-conducting mass.