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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.