DE1014214B - Cooling of the end connections of dynamo-electric machines - Google Patents

Description

Kühlung der Stirnverbindungen dynamoelektrischer Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und läßt sich insbesondere bei großen Turbowechselstromerzeugern anwenden.Cooling of the end connections of dynamo-electric machines The invention relates to dynamo-electric machines and can be used especially with large Apply turbo alternators.

Es ist bekannt, daß eine der Haupteinflußgrößen, welche die Leistungsabgabe einer großen dynamoelektrischen Maschine, beispielsweise eines Turbowechselstromerzeugers, begrenzen, der Temperaturanstieg ist; dieser hinwiederum hängt von der Wärmeverteilung ab, wobei der die Grenze setzende Temperaturanstieg natürlich der Temperaturanstieg irgendeines Einzelteiles bzw. Bestandteiles ist.It is known that one of the main influencing variables, which is the power output a large dynamo-electric machine, for example a turbo alternator, limit, the temperature rise is; this in turn depends on the heat distribution where the temperature rise that sets the limit is of course the temperature rise of any single part or component.

Es ist üblich, Maschinen zu kühlen, indem man eine Strömung von Gas, z. B. Luft oder Wasserstoff, über die Oberflächen des Eisenkerns und der Leiter hinwegführt.It is common practice to cool machines by creating a flow of gas, z. B. air or hydrogen, over the surfaces of the iron core and the conductor leads away.

Um die Wärme aus den Stirnverbindungen der Wicklung abzuführen, ist es bereits bekannt, die Leiterstäbe hohl auszuführen und einen Kühlgasstrom durch die so gebildeten Kanäle zu leiten. Bei einem bekannten derartigen Kühlsystem wird das Kühlgas durch nahe dem festen Teil des Rotors gelegene, sich radial nach außen erstreckende Eintrittsöffnungen eingeführt und durch in der Nähe der Mitte der frei stehenden Stirnverbindungen angeordnete, sich radial nach innen erstreckende Auslaßöffnungen wieder ausgeblasen. Hierbei ist es jedoch von Nachteil, daß für den Gasstrom an bestimmten Stellen Trennwände vorgesehen sein müssen und ein relativ hoher Kühlgasdruck erforderlich ist, um das Gas durch die Kühlgaskanäle zu drücken. Bei einer anderen bekannten Anordnung sind als Austrittsöffnungen Bohrungen in den Endringen vorgesehen. Hierdurch wird jedoch der Querschnitt der Endringe geschwächt und damit die zulässige Grenzdrehzahl des Rotors herabgesetzt. Bei einer weiteren bekannten Ausbildung des Kühlgassystems tritt das Kühlgas radial nach außen in die sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitte der Stirnverbindungen ein. Diese Teile, die an sich schon durch den dem Rotor zugeführten Kühlgasstrom relativ gut von außen gekühlt werden, erhalten hierbei also das frische kalte Gas, während die von dem äußeren Kühlgasstrom wesentlich schlechter gekühlten, axial verlaufenden Teile der Stirnverbindungen nur bereits wärmeres Kühlgas durch die Kanäle zugeleitet bekommen.To dissipate the heat from the end connections of the winding, is it is already known to make the conductor bars hollow and a flow of cooling gas through to direct the channels thus formed. In a known cooling system of this type the cooling gas through located near the fixed part of the rotor, spreading radially outwards extending inlets are introduced and through near the center of the free standing end connections arranged, radially inwardly extending outlet openings blown out again. Here, however, it is disadvantageous that for the gas flow partitions must be provided in certain places and a relatively high cooling gas pressure is required to push the gas through the cooling gas channels. With another known arrangement bores are provided in the end rings as outlet openings. However, this weakens the cross-section of the end rings and thus the permissible one Limit speed of the rotor reduced. In another known training of the Cooling gas system, the cooling gas enters radially outwards in the circumferential direction extending portions of the end connections. These parts, in themselves, already are relatively well cooled from the outside by the cooling gas flow supplied to the rotor, receive the fresh cold gas, while that of the external cooling gas flow axially extending parts of the end connections that are considerably poorer cooled only get warmer cooling gas fed through the channels.

Diese Nachteile bei der Kühlung der Stirnverbindungen dynamoelektrischer Maschinen vermeidet die Anordnung nach der Erfindung dadurch, daß bei Anwendung von Längskanälen wenigstens in den Stirnverbindungen der Leiter und radial nach außen gerichteten Eintrittsöffnungen sowie radial nach außen gerichteten Austrittsöffnungen für das Kühlgas neuerungsgemäß die Eintrittsöffnungen und die Austrittsöffnungen eines jeden Spulenstranges auf entgegengesetzten Seiten der Stirnverbindungen der Wicklungen liegen.These disadvantages when cooling the end connections dynamo-electric Machines avoids the arrangement according to the invention in that when used of longitudinal channels at least in the end connections of the ladder and radially towards outwardly directed inlet openings and radially outwardly directed outlet openings for the cooling gas, according to the new invention, the inlet openings and the outlet openings of each coil strand on opposite sides of the end connections of the Windings lie.

Vorteilhafterweise sind die Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen dabei so angeordnet, daß die Richtung der Gasströmung in benachbarten Spulen gegensinnig ist.The inlet openings and outlet openings are advantageous arranged so that the direction of the gas flow in adjacent coils is opposite is.

Infolge dieser neuen Anordnung der Öffnungen wird den Teilen der Stirnverbindungen, die von dem äußeren Kühlgasstrom am wenigsten beaufschlagt werden, das frische kalte Kühlgas zugeführt. Hierdurch wird ohne besondere Maßnahmen, wie Trennwände od. dgl., eine wesentlich gleichmäßigere Kühlung aller wichtigen Teile der Stirnverbindungen erreicht als mit den bekannten Anordnungen. Weiterhin wirkt die Anordnung nach der Erfindung wie ein Förderrad, so daß das Kühlgas infolge der Zentrifugalkräfte durch die Kühlgaskanäle hindurchgedrückt wird. Dabei bleibt die volle mechanische Festigkeit der Endringe erhalten, da deren Querschnitt nicht durch Bohrungen geschwächt ist. Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung besteht darin, daß das Kühlgas durch unterhalb der Leiterstäbe im Rotor vorgesehene Kanäle den Eintrittsöffnungen zugeführt werden kann, so daß keine Ablenkbleche bzw. Einrichtungen zum Umlenken eines Teils des Kühlgasstromes in die Einlaßöffnungen erforderlich sind und damit eine Drosselung des Kühlgasstromes vermieden wird.As a result of this new arrangement of the openings, the parts of the end connections, which are least affected by the external cooling gas flow, the fresh, cold one Cooling gas supplied. This is without special measures, such as partitions or the like., a much more even cooling of all important parts of the end connections than with the known arrangements. Furthermore, the arrangement works according to the Invention like a conveyor wheel, so that the cooling gas as a result of centrifugal forces the cooling gas channels is pushed through. The full mechanical strength remains of the end rings, as their cross-section is not weakened by holes. Another advantage of the new arrangement is that the cooling gas through below the conductor bars provided in the rotor channels are fed to the inlet openings can, so that no baffles or devices for deflecting part of the Cooling gas flow into the inlet openings are required and thus a throttling the cooling gas flow is avoided.

Falls eine Spule aus mehreren übereinandergelegten Leitern hergestellt ist, können alle Leiter mit einem Längskanal ausgebildet sein und die Ein- und Austrittsöffnungen sich in radialer Richtung durch alle Leiterkanäle hindurcherstrecken, wobei in einem solchen Fall die Eintrittsöffnungen sich nach außen nur bis zum äußersten Leiterkanal und entsprechend die Austrittsöffnungen sich nach innen nur bis zum innersten Kanal erstrecken, um sicherzustellen, daß durch die Eintrittsöffnungen eintretendes Gas längs der Leiterkanäle zu den Austrittsöffnungen fließen muß.If a coil is made up of several superimposed conductors is, all conductors can be designed with a longitudinal channel and the inlet and outlet openings themselves extend in the radial direction through all conductor channels, in one In such a case the inlet openings extend outwards only up to the outermost conductor channel and accordingly the outlet openings extend inward only to the innermost channel extend to ensure that gas entering through the inlet openings must flow along the conductor channels to the outlet openings.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Stirnverbindung einer einzigen Rotorwicklungsspule; Fig.2 ist ein Schnitt der Fig. 1 längs der Linie A-A; Fig. 3 stellt in einer Draufsicht eine Wicklung mit drei in bezog auf den Rotorumfang ineinanderliegenden Spulen dar; Fig. 4 stellt zwei wahlweise Leiterquerschnitte dar, welche bei einer Ausführung der Erfindung verwendet werden können.The invention is illustrated by means of schematic drawings of an exemplary embodiment explained in more detail. Fig. 1 is a plan view of an end joint of a single one Rotor winding coil; Fig. 2 is a section of Fig. 1 along line A-A; Fig. 3 shows a top view of a winding with three with respect to the rotor circumference nested coils; Fig. 4 shows two optional conductor cross-sections which can be used in practicing the invention.

In Fig. 1 und 2, welche nur eine Wicklungsspule 1 darstellen, kann die Spule aus mehreren übereinandergelegten Leitern 2 gebildet sein. Jeder Leiter besitzt einen Längskanal 3. Durch alle Leiterkanäle erstrecken sich Eintrittsöffnungen 4 und Austrittsöffnungen 5, wobei sich die Eintrittsöffnungen in einem solchen Fall nach außen nur bis zum äußersten Leiterkanal 6 und entsprechend die Austrittsöffnungen sich nach innen nur bis zum innersten Leiterkanal 7 erstrecken, um sicherzustellen, daß durch die Eintrittsöffnungen 4 eintretendes Gas längs der Leiterkanäle zu den Austrittsöffnungen 5 fließen muß.In Fig. 1 and 2, which show only one winding coil 1, can the coil can be formed from several superposed conductors 2. Every leader has a longitudinal channel 3. Entrance openings extend through all conductor channels 4 and outlet openings 5, the inlet openings in such a case to the outside only up to the outermost conductor channel 6 and accordingly the outlet openings extend inward only to the innermost conductor channel 7 in order to ensure that through the inlet openings 4 entering gas along the conductor channels to the Outlet openings 5 must flow.

Gemäß der Erfindung sind die Ein- und Austrittsöffnungen an entgegengesetzten Seiten jeder Stirnverbindung ausgebildet, so daß sich die Gaszirkulation längs der Leiter in den Stirnverbindungen erstreckt. In einem solchen Fall können die Öffnungen zweckmäßigerweise, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, an den Enden der Nuten gelegen sein, wobei die Zufuhr zu den Eintrittsöffnungen mittels einer Hilfsnut 8 aus: geführt wird, die sich vom Ende des Rotorkerns aus unterhalb der Hauptnut 9 der Wicklung erstreckt, während die Austrittsöffnungen sich zweckmäßigerweise durch die Isolation und den Wicklungskeil 10 hindurch in radialer Richtung nach außen zum Umfang des Rotors hin erstrecken können. Wahlweise oder zusätzlich können die Eintrittsöffnungen, wie in Fig. 1 dargestellt, in den frei nächst den Läufereisen gelegenen Teilen 11 der Leiter ausgebildet sein. Falls eine Wicklung, wie in Fig. 3 dargestellt, mehrere in bezog auf den Rotorumfang ineinanderliegende Spulen umfaßt, kann die Gasströmung durch geeignete Anbringung der Ein- und Austrittsöffnungen so gerichtet sein, daß sie in benachbarten Spulen gegensinnig ist. In Fig.3 sind die Austrittsöffnungen 5 dargestellt.According to the invention, the inlet and outlet openings are formed on opposite sides of each end connection so that the gas circulation extends along the conductors in the end connections. In such a case, the openings can expediently, as shown in FIGS. 1 and 2, be located at the ends of the grooves, the supply to the inlet openings being carried out by means of an auxiliary groove 8 which extends from the end of the rotor core below the Main groove 9 of the winding extends, while the outlet openings can expediently extend through the insulation and the winding wedge 10 in the radial direction outward towards the circumference of the rotor. Optionally or in addition, the inlet openings, as shown in FIG. 1, can be formed in the parts 11 of the conductors located freely next to the rotor bars. If a winding, as shown in FIG. 3, comprises several coils lying one inside the other with respect to the circumference of the rotor, the gas flow can be directed in opposite directions by suitable arrangement of the inlet and outlet openings so that it is in opposite directions in adjacent coils. The outlet openings 5 are shown in FIG.

Die Ein- und Austrittsöffnungen können in entsprechend entgegengesetzter Anordnung über die gesamte Länge der Nuten verteilt sein, oder es können wahlweise andere Mittel zur Kühlung der in den Nuten eingebetteten Leiterlängen vorgesehen sein.The inlet and outlet openings can be correspondingly opposite Arrangement be distributed over the entire length of the grooves, or it can optionally other means for cooling the conductor lengths embedded in the grooves are provided be.

Nach Fig. 4 können die Längskanäle 3 in den Leitern 2 aus nach innen gerichteten notenförmigen Vertiefungen 12 gebildet sein, indem die Leiter aus zwei aufeinandergelegten Bändern 13 und 14 hergestellt werden, deren angrenzende Flächen mit entsprechenden notenförmigen Vertiefungen versehen sind, so daß sie einen Kanal bilden. Wahlweise kann eine notenförmige Vertiefung bzw. ein Kanal 15 längs einer oder zweier gegenüberliegender Seiten des Leiters 2 gebildet und von einem sich längs des Leiters erstreckenden Streifen aus Isoliermaterial 16 geschlossen sein.According to Fig. 4, the longitudinal channels 3 in the conductors 2 from inward directed note-shaped depressions 12 be formed by the head of two placed on top of one another strips 13 and 14 are produced, their adjoining surfaces are provided with corresponding note-shaped depressions, so that they form a channel form. Optionally, a note-shaped depression or a channel 15 along a or two opposite sides of the conductor 2 and formed by one be closed along the conductor extending strips of insulating material 16.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE 1. Dynamoelektrische Maschine mit einem Stator und einem bewickelten Rotor, der wenigstens in den Stirnverbindungen der Wicklung in den Leitern der Wicklung ausgebildete Längskanäle mit sich (in bezog auf den Rotor) in radialer Richtung nach außen bis zu den Kanälen hin erstrekkenden Eintrittsöffnungen und sich von den Kanälen in radialer Richtung nach außen zum Rotorumfang hin erstreckenden Austrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (4) und Austrittsöffnungen (5) eines jeden Spulenstranges auf entgegengesetzten Seiten der Stirnverbindungen der Wicklungen liegen. PATENT CLAIMS 1. Dynamo-electric machine with a stator and a wound rotor, which at least in the end connections of the winding in the conductors of the winding formed longitudinal channels with them (in relation to the rotor) inlet openings extending in the radial direction outward as far as the channels and extending from the channels in the radial direction outward toward the rotor circumference Has outlet openings, characterized in that the inlet openings (4) and outlet openings (5) of each coil strand on opposite sides Sides of the end connections of the windings lie. 2. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (4) und die Austrittsöffnungen (5) so angeordnet sind, daß die Richtung der Gasströmung in benachbarten Spulen gegensinnig ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 82 417; USA.-Patentschriften Nr. 2 221567, 2 653 255; Zeitschrift »The Engineer«, 1952, S. 528.2. Dynamoelectric machine according to claim 1, characterized in that the inlet openings (4) and the outlet openings (5) are arranged so that the direction of the gas flow in adjacent coils is opposite. Documents considered: Austrian Patent No. 82 417; U.S. Patent Nos. 2,221,567, 2,653,255; The Engineer magazine, 1952, p. 528.