Anordnung zur Kühlung der Erregerwicklung von Turbogeneratoren Bei
Turbogeneratoren großer Leistung besteht bekanntlich ein sehr wichtiges Problem
darin, die Erregerleiter des Läufers in ausreichendem Maße zu kühlen. Um dies zu
erreichen, ist man bestrebt, eine direkte Leiterkühlung anzuwenden, bei der das
insbesondere gasförmige Kühlmittel direkt mit den Leitern der Erregerwicklung in
Berührung gelangt. Es sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Kühlmittelkanäle
zwischen den Leitern und der die Isolierung gegenüber den Nutenwänden ermöglichenden
Isolierhülse verlaufen. Wenn sich auch derartige Anordnungen ohne größere Schwierigkeiten
verwirklichen lassen, so weisen sie doch den Nachteil auf, daß das Kühlmittel mit
der Isolierhülse bzw. Nutwandisolierung in Berührung gelangt. Es besteht daher die
Gefahr, daß die Nutwandisolierung in den Kühlkanal hineinwächst und diesen verstopft,
insbesondere, da auch nicht ausgeschlossen ist, daß im Laufe der Zeit Teilchen der
Nutwandisolierung von dem Kühlmittel mitgerissen werden.Arrangement for cooling the excitation winding of turbo generators
As is well known, there is a very important problem in large capacity turbo-generators
in cooling the runner's excitation conductors to a sufficient degree. To do this
Achieve, one strives to use a direct conductor cooling, in which the
especially gaseous coolant directly to the conductors of the excitation winding in
Touched. Arrangements have become known in which the coolant channels
between the conductors and the insulation against the groove walls
Insulating sleeve run. Even if such arrangements can be made without major difficulties
Can be realized, they have the disadvantage that the coolant with
the insulating sleeve or slot wall insulation comes into contact. There is therefore the
Danger that the groove wall insulation grows into the cooling channel and clogs it,
in particular, since it is not excluded that over time particles of the
Groove wall insulation can be carried away by the coolant.
Um diese Nachteile zu vermeiden, empfiehlt es sich, wie an sich bekannt
ist, die Anordnung derart zu treffen, daß die Kühlkanäle in den Nuten allseitig
von dem Leitermaterial der Erregerwicklung umschlossen werden. Einerseits ergibt
sich hierbei eine verbesserte Kühlwirkung, da die wirksamen Kühlflächen vergrößert
sind, andererseits gelangt das Kühlmittel nicht mehr mit der Isolierung in Brührung,
so daß hierdurch keine Schwierigkeiten entstehen können. Ist somit eine derartige
Ausbildung der Kühlung der Erregerleiter zweifellos für den Nutteil die günstigste,
so bereitet sie jedoch gewisse Schwierigkeiten bezüglich der Einführung des Kühlmittels
in die Kühlkanäle im Innern der Nutleiter. Da die Zuführung des Kühlmittels nur
im Wickelkopf der Erregerwicklung unterhalb der diese haltenden Kappen vorgenommen
werden kann, hat man sich bisher so geholfen, daß man das Leiterbündel der Nut mit
derselben Querschnittsform wie in der Nut selbst auch im Wickelkopf fortsetzte und
hier an einzelnen Stellen die Kühlkanäle durch Bohrlöcher mit dem Raum unterhalb
des Wickelkopfes verbunden hat. Bei einer derartigen Ausführung ergeben sich Schwierigkeiten
bezüglich der Fertigung mit Rücksicht auf das Umbiegen der Wickelköpfe sowie die
größere Anzahl von Bohrlöchern und der Isolierung an diesen.In order to avoid these disadvantages, it is advisable, as is known per se
is to make the arrangement such that the cooling channels in the grooves on all sides
be enclosed by the conductor material of the excitation winding. On the one hand results
This results in an improved cooling effect, since the effective cooling surfaces are enlarged
on the other hand, the coolant no longer comes into contact with the insulation,
so that no difficulties can arise from this. It is one of those
Formation of the cooling of the excitation conductor is undoubtedly the most favorable for the groove part,
however, it presents certain difficulties with regard to the introduction of the coolant
into the cooling channels inside the slot ladder. As the supply of the coolant only
made in the end winding of the excitation winding below the caps holding them
can be, one has so far helped that one with the conductor bundle of the groove
the same cross-sectional shape as in the groove itself continued in the end winding and
here at individual points the cooling channels through drill holes with the space below
of the end winding has connected. Difficulties arise with such an implementation
regarding the production with regard to the bending of the winding heads as well as the
larger number of boreholes and the insulation on them.
Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, eine verbesserte Anordnung
zur Kühlung der Erregerwicklung von Turbogeneratoren mit ausschließlich innerhalb
der Nutleiter verlaufenden Kühlkanälen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch
erreicht, daß die Erregerleiter nur bezüglich der an die beiden seitlichen Nutwände
angrenzenden Teile in dem Spulenkopf fortgesetzt sind, so daß diese Leiterteile
einer Nut zumindest im axial verlaufenden Teil der Spulenkopfleiter durch in radialer
Richtung durchgehende Abstände voneinander getrennt sind und so im Spulenkopf eine
direkte Außenkühlung der Erregerleiter stattfindet. Bei dieser Anordnung ergibt
sich, daß durch die Hohlräume zwischen den mit Abstand voneinander angeordneten
Leiterteilen das Kühlmittel ohne jede Schwierigkeit zu den Öffnungen der Kühlkanäle
im Nutteil gelangen und in diese Kanäle einströmen kann. Die Zuleitung des Kühlmittels
ist also mit wesentlich einfacheren Mitteln und wesentlich betriebssicherer erreicht
als bei der vorerwähnten Anordnung. Es ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung
dabei der weitere Vorteil, daß man den Abstand zwischen den Leiterteilen bzw. Leiterreihen
nur in dem axial verlaufenden Teil des Spulenkopfes beizubehalten braucht, während
in dem tangential verlaufenden Teil nunmehr die beiden Leiterteile oder Leiterreihen
aneinandergerückt werden können, so daß ihre Ausdehnung in Richtung der Längsachse
der Maschine um die Breite der Zwischenräume verringert wird. Da auf beiden Stirnseiten
des Läufers mehrere tangential verlaufende Wicklungsteile in Maschinenlängsrichtung
hintereinanderliege.n, ergibt sich, daß durch diese Maßnahme im ganzen eine nicht
unbeträchtliche Verminderung der axialen Länge des Spulenkopfes und damit der axialen
Länge des Läufers ereicht werden kann.
Im folgenden soll die Erfindung
näher an Hand von in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen wiedergegeben
werden.The invention relates to the object of an improved arrangement
for cooling the excitation winding of turbo generators with exclusively inside
to create the groove conductor running cooling channels. According to the invention, this is thereby achieved
achieved that the excitation conductor only with respect to the two lateral groove walls
adjacent parts are continued in the coil head, so that these conductor parts
a groove at least in the axially extending part of the coil head conductor through in radial
Direction continuous distances are separated from each other and so in the coil head one
direct external cooling of the excitation conductor takes place. With this arrangement results
that through the cavities between the spaced apart
Conductors distribute the coolant to the openings of the cooling channels without any difficulty
get in the groove part and can flow into these channels. The coolant supply line
is thus achieved with much simpler means and much more reliable
than the aforementioned arrangement. It results from the solution according to the invention
this has the further advantage that the distance between the conductor parts or rows of conductors
need to maintain only in the axially extending part of the coil end, while
in the tangential part now the two conductor parts or rows of conductors
can be moved together so that their expansion in the direction of the longitudinal axis
the machine is reduced by the width of the gaps. There on both sides
of the rotor several tangential winding parts in the longitudinal direction of the machine
one behind the other, it follows that, as a result of this measure, on the whole one is not
insignificant reduction in the axial length of the coil head and thus the axial length
Length of the runner can be reached.
In the following the invention
reproduced in more detail on the basis of exemplary embodiments explained in the drawing
will.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den äußeren Umfang des Turboläufers,
und zwar auf den Teil, an dem die Nutleiter aus dem Ballen in den Wickelkopf übertreten
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Nut gemäß der Linie A-B der Fig. 1; Fig. 3
einen Schnitt durch den in axialer Richtung sich erstreckenden Teil des Wickelkopfes
für die Leiter einer Nut (gemäß der Linie C-D der Fig. 1) ; ähnlich zeigt Fig. 4
einen Schnitt für die in tangentialer Richtung sich erstreckenden Wickelkopfleiter
gemäß der Linie E-F der Fig. 1.Fig. 1 shows a plan view of the outer circumference of the turbo runner,
namely on the part where the groove conductor crosses from the bale into the winding head
Fig. 2 shows a section through the groove along the line A-B of Fig. 1; Fig. 3
a section through the part of the winding head extending in the axial direction
for the conductors of a groove (according to the line C-D of Fig. 1); 4 shows similarly
a section for the end-winding conductor extending in the tangential direction
according to the line E-F of FIG. 1.
Aus Fig. 2, a ist zu ersehen, daß in der Nut (schematisch angedeutet
durch die schraffierte Umrahmung) die Leiter aus übereinandergeschichteten Einzelleitern
bestehen, wobei sich in der Umfangsrichtung zwei aus je sechs übereinandergeschichteten
Einzelleitern bestehende Teilleiter 1 und 2 ergeben, zwischen denen ein rechteckiger
Kanal 3 für das Hindurchleiten des Kühlmittels offengehalten ist. Die obersten und
die untersten Einzelleiter der Nut sind dabei - wie dargestellt - über Stege 4 und
5 miteinander verbunden bzw. bilden einen gemeinsamen Leiter, so daß der Kanal 3
auch oben und unten von Einzelleitern umgeben ist. Beim Austritt der Nutleiter aus
dem Ballen in den Wickelkopf gemäß Fig. 1 sind nun gemäß Fig. 3, a die Teilleiter
1 und 2 auch oben und unten voneinander getrennt; sie liegen in der Umfangsrichtung
mit Abstand nebeneinander und sind in radialer Richtung aus Einzelleitern aufgebaut.
Hier hat also die Kühlluft an allen Seiten der Teilleiter 1 und 2 Zutritt, sie strömt
in radialer Richtung an den Flanken der Teilleiter entlang und verläßt dann durch
Öffnungen in der Wickelkopfkappe oder im Zahn den Läufer. Schließlich sind dann
gemäß Fig. 4, a die aus Einzelleitern aufgebauten Teilleiter im tangentialen Teil
des Wickelkopfes unmittelbar aneinandergerückt, so daß die Kühlluft hier nur die
Außenseiten des insgesamten Nutleiters umströmt.From Fig. 2, a it can be seen that in the groove (indicated schematically
through the hatched frame) the ladder made of single ladders stacked one on top of the other
exist, whereby in the circumferential direction two of six are stacked one on top of the other
Individual conductors result in existing sub-conductors 1 and 2, between which a rectangular
Channel 3 is kept open for the passage of the coolant. The top and
the lowermost individual conductors of the groove are - as shown - via webs 4 and
5 connected to each other or form a common conductor, so that the channel 3
is also surrounded by individual conductors at the top and bottom. When exiting the slot ladder
the bale in the winding head according to FIG. 1 are now the sub-conductors according to FIG. 3, a
1 and 2 also separated from one another at the top and bottom; they lie in the circumferential direction
at a distance next to each other and are constructed from individual conductors in the radial direction.
So here the cooling air has access on all sides of the sub-conductors 1 and 2, it flows
in the radial direction along the flanks of the sub-conductors and then exits through
Openings in the winding head cap or in the tooth of the rotor. Finally are then
according to FIG. 4, a, the sub-conductors made up of individual conductors in the tangential part
of the end winding moved directly together, so that the cooling air here is only the
Outer sides of the entire groove conductor flows around.
Bei der Anordnung nach Fig. 2, b ist im Innern der Nut nicht ein einziger
Kühlkanal wie in Fig. 2, a vorgesehen, sondern je zwei übereinandergeschichtete
Einzelleiter geben in der Mitte infolge von Ausnehmungen einen Kanal 6, 7 oder 8
frei. Im übrigen sind aber die Einzelleiter der beiden Nutseiten durch schwächere
Stege - ähnlich wie die Stege 4 und 5 in Fig. 2, a - miteinander verbunden. Beim
Austritt der Nutleiter in den Wickelkopf sind nun diese Verbindungsstege zwischen
den Einzelleitern herausgearbeitet, so daß sich gemäß Fig. 3, b wieder dieselbe
Anordnung ergibt wie in Fig. 3, a. Ebenso stimmt die Fig.4, b, die den Verlauf der
Nutleiter im tangentialen Teil des Wickelkopfes darstellt, mit der Fig. 4, a überein,
Die Anordnung nach Fig. 2, c unterscheidet sich von der der Fig. 2, b nur dadurch,
daß erstens in der Nut nur drei Einzelleiter übereinander angeordnet sind und daß
je zwei in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Einzelleiter einen gemeinsamen
Kanal 9, 10 oder 11 mit kreisförmigem bzw. ovalem Querschnitt für das Hindurchleiten
eines Kühlmittels freigeben. Im axialen und im tangentialen Teil des Wickelkopfes
ist hingegen die Leiteranordnung unter Berücksichtigung der geringeren Leiterzahl
dieselbe wie in Fig. 2, a und b.In the arrangement according to FIG. 2, b, there is not a single cooling channel in the interior of the groove as in FIG. 2, a, but rather two single conductors stacked one above the other give a channel 6, 7 or 8 in the middle as a result of recesses. Otherwise, however, the individual conductors on the two sides of the slot are connected to one another by weaker webs - similar to the webs 4 and 5 in FIG. 2, a. When the slot conductors exit into the end winding, these connecting webs are now worked out between the individual conductors, so that according to FIG. 3, b again the same arrangement results as in FIG. 3, a. 4, b, which shows the course of the slot conductors in the tangential part of the winding head, corresponds to FIG. 4, a. The arrangement according to FIG. 2, c differs from that of FIGS. 2, b only in this respect that firstly only three individual conductors are arranged one above the other in the groove and that two individual conductors arranged next to one another in the circumferential direction release a common channel 9, 10 or 11 with a circular or oval cross-section for the passage of a coolant. In the axial and in the tangential part of the end winding, however, the conductor arrangement, taking into account the lower number of conductors, is the same as in FIG. 2, a and b.
Der Verlauf des Kühlmittels bei den dargestellten Anordnungen ist
derart, daß das Kühlmittel zunächst durch den Lüfter unter den Wickelkopf gepreßt
wird. Von dort strömt ein Teil in radialer Richtung durch die Öffnungen in der Wickelkopfkappe
oder durch Zahnöffnungen nach außen ab. Der übrige Teil betritt an der Stirnseite
des Ballens die in Fig. 2 unter a, b oder c dargestellten Öffnungen und durchströmt
dann die Nuten in axialer Richtung. Der Eintritt des Kühlmittels in den im Spulenkopf
liegenden Teil des Leiters sowie in das Nutinnere ist damit auf die einfachste Weise
und unter Vermeidung der eingangs geschilderten Leiterdurchbrechungen gegeben. Im
Innern des Ballens wird der Nutleiter von innen gekühlt, im axialen Teil des Spulenkopfes
von innen und außen und im tangentialen Teil des Spulenkopfes von außen. Man kann
aber auch im tangentialen Teil eine Außen- und Innenkühlung vorsehen, wenn man einen
genügenden Abstand zwischen den beiden Leitern vorsieht.The course of the coolant in the illustrated arrangements is
in such a way that the coolant is initially pressed under the end winding by the fan
will. From there a part flows in the radial direction through the openings in the end winding cap
or through tooth openings to the outside. The remaining part enters at the front
the bale through the openings shown in Fig. 2 under a, b or c and flows through
then the grooves in the axial direction. The entry of the coolant into the coil head
lying part of the conductor as well as in the groove interior is thus in the simplest way
and while avoiding the conductor breakthroughs described above. in the
Inside the bale, the groove conductor is cooled from the inside, in the axial part of the spool head
from the inside and outside and in the tangential part of the coil head from the outside. One can
but also provide external and internal cooling in the tangential part if you have one
provides sufficient distance between the two conductors.
Die Vorteile der Anordnung der Erfindung sind zusammengefaßt folgende:
Es werden Durchbrechungen der Leiter im Spulenkopf vermieden. Es tritt eine automatische
Trennung des Kühlmittels ein, das zur Kühlung des größten Teiles des Spulenkopfes
dient und durch Kappenlöcher bzw. durch kurze Zahnlöcher, von denen mehrere radial
übereinander angeordnet werden können, abgeführt wird, und des Kühlmittels, das
durch die Leiter, die im Ballen liegen, geführt und in der axialen Ballenmitte abgeführt
wird. Durch diese Trennung der Kühlmittelwege wird eine Verkürzung des Kühlmittelweges
im Leiter erreicht und dadurch bei gleichem Druck eine Vergrößerung der durch den
Leiter hindurchgehenden Menge des Kühlmittels. Es ergibt sich ferner eine kleinere,
als Verlust abgeführte Wärmemenge in der Ballenmitte, da die Läuferspulenkopfverluste
bereits vorher abgeführt werden. Dadurch ergibt sich aber wiederum eine Verkleinerung
der Erwärmung des Kühlmittels und damit des Leiters und ferner eine Verkleinerung
der dem Ständer durch das Leiterkühlmittel in der axialen Mitte des Turbogenerators
zugeführten Wärmemenge.The advantages of the arrangement of the invention are summarized as follows:
Breaks in the conductors in the coil head are avoided. An automatic occurs
Separation of the coolant, which is used to cool most of the coil head
serves and through cap holes or through short tooth holes, several of which are radial
can be arranged one above the other, is discharged, and the coolant that
guided through the conductors in the bale and discharged in the axial center of the bale
will. This separation of the coolant paths shortens the coolant path
reached in the conductor and thereby with the same pressure an enlargement of the through the
Conductor amount of coolant passing through. There is also a smaller,
Heat dissipated as a loss in the center of the barrel, as the rotor coil head losses
be discharged beforehand. However, this in turn results in a reduction in size
the heating of the coolant and thus the conductor and also a reduction in size
that of the stator through the conductor coolant in the axial center of the turbo generator
supplied amount of heat.