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Wicklungskappe für dynamoelektrische Maschinen hoher Drehzahl Die
Erfindung bezieht sich auf dynamoelektrische Maschinen und betrifft die Ausbildung
der Wicklungskappe von mit hoher Drehzahl laufenden Maschinen, beispielsweise von.
Turbogeneratoren.
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Bei mit hoher Drehzahl laufenden Turbogeneratoren ist es üblich, einen
um die Stirnverbindungen der Rotorwicklung herumgelegten Haltering vorzusehen, der
die Fliehkräfte aufnehmen soll, welche durch diese Stirnverbindungen hervorgerufen
werden, wenn der Rotor mit voller Drehzahl umläuft. Derartige Halteringe müssen
naturgemäß starr befestigt und gegen Bewegungen in axialer Richtung gesichert sein.
Ein solcher Haltering ist zwar den an den Stirnverbindungen der Wicklung angreifenden
mechanischen Kräften gewachsen, jedoch neigt er dazu, das Abführen der in der Wicklung
erzeugten Wärme zu verhindern; es ist daher erwünscht, geeignete Ventilationswege
für die Stirnverbindungen vorzusehen.
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Bei einer bekannten Anordnung tritt ein zum Kühlen dienendes Gas in
axialer Richtung in das Rotorende ein und strömt an der Außenseite der Welle und
an der Stirnverbindung vorbei zu in dem Rotorkern vorgesehenen Kühlkanälen. Diese
Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß nur die inneren Teile der Stirnverbindungen,
nicht aber die äußeren, an den Haltering anstoßenden Teile der Stirnverbindungen
ausreichend gekühlt werden; darüber hinaus wird die zum Kühlen des Rotors verfügbare
Luft bereits durch die Stirnverbindungen in einem gewissen Ausmaß erwärmt.
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Um den über die Stirnverbindungen hinwegstreichenden Gasstrom zu vergrößern,
ist es bekannt, in dem Haltering beispielsweise radiale Löcher anzubringen. Diese
Löcher ermöglichen es, daß Gas in radialer Richtung nach außen über die Stirnverbindungen
hinwegstreicht und dann durch die radialen Löcher entweicht. Bei einer derartigen
Konstruktion verbessert sich zwar die Ventilation der Stirnverbindung, weil der
größte Teil der erwärmten Luft nicht zu dem Rotorkern weiterströmt, sondern unmittelbar
abgeführt wird. Gleichzeitig wird jedoch die mechanische Festigkeit des Halteringes
durch die radialen Löcher herabgesetzt, da infolge der durch sie hervorgerufenen
ungleichmäßigen Spannungsverteilung sehr hohe örtliche Spannungen entstehen können.
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Um radiale Bohrungen zu vermeiden, ist es auch bereits bekannt, die
Halteringe oder Wicklungskappen in Einzelringe zu unterteilen und unter Freilassung
von Luftschlitzen mit Hilfe von Abstandshaltern jeden Ringteil für sich aufzubringen.
Abgesehen davon, daß hierdurch eine Zentrierung der Wicklungskappe als Ganzes nicht
mehr möglich ist, ist auch die Festigkeit der Kappe aus einzelnen Ringen wesentlich
geringer als die der Kappen aus einem Stück. Außerdem lassen sich die Ringe nicht
mehr durch eine einzige Mutter zusammenspannen.
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Um einerseits die Vorteile einzelner Ringe möglichst zu erhalten,
andererseits aber, um an beiden Enden der Kappe steife Schrumpfsitze vorsehen zu
können, welche eine einwandfreie Zentrierung der Kappe ergeben, ist es auch bereits
bekannt, eine aus einem einzigen Stück bestehende Kappe vorzusehen, welche aus dem
vollen Material herausgearbeitete Abstandsstege zwischen den einzelnen Kappenabschnitten
aufweist.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die Schwierigkeiten bei der Ausbildung
von Wicklungskappen, die dadurch entstehen, daß die zur Erzielung hoher Festigkeit,
einer Unabhängigkeit der Einzelabschnitte und einer ausreichenden Ventilation erforderlichen
Maßnahmen einander entgegenwirken, zu überwinden und eine Kappe zu schaffen, die
allen Anforderungen weitgehend genügt.
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Die Erfindung geht aus von Wicklungsköpfen, bei welchen der Haltering
um die Stirnverbindungen bzw. die Wicklungskappe der Rotorwicklung aus zwei oder
mehr jeweils einen vollständigen Ring bildenden Abschnitten besteht, die unter Freilassung
von Kühlmitteldurchlässen über Abstandshulter axial aneinanderstoßen. Das Neue bei
solchen Halteringen besteht gemäß der Erfindung darin, daß für eine gegenseitige
Verriegelung der Abschnitte diese in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete
und von der einen Endfläche eines Abschnitts vorspringende Erhebungen aufweisen,
welche in entsprechende Vertiefungen in der Endfläche eines benachbarten Abschnitts
eingreifen,
wobei die Zwischenräume zwischen den Erhebungen sich radial durch den Haltering
erstreckende Kühlmitteldurchlässe bilden.
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Eine Verriegelung der einzelnen Ringe einer Wicklungskappe ist an
sich bekannt. Bei dieser bekannten Verriegelung sind die Stirnflächen der Ringe
stufenförmig ausgebildet, und es übergreift jeder Ring den jeweils vorangegangenen
Ring, um diesen in seiner Lage zu halten. Bei dieser bekannten Wicklungskappe sind
jedoch keine radialen Lüftungskanäle bzw. -schlitze vorgesehen.
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Die Ansätze der Wicklungskappe gemäß der Erfindung können mit dem
betreffenden Ringabschnitt aus einem Stück bestehen, oder sie sind als selbständige
Abstandsstücke ausgeführt, welche an den Stirnflächen der Ringabschnitte befestigt
sind.
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Die Anordnung kann hierbei derartig getroffen sein, daß die radialen
Kanäle oberhalb der Zwischenräume benachbarter Windungen liegen; wenn in den Leitern
selbst .radiale Bohrungen vorgesehen sind, können die radialen Kanäle der Halteringkonstruktion
oberhalb der in den Leitern vorgesehenen Kanäle angeordnet sein.
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Zum Kühlen kann man beispielsweise Luft, Wasserstoff oder eine Flüssigkeit
mit niedriger Verdampfungstemperatur verwenden.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen radialen Schnitt durch den Haltering und die
Stirnverbindungen der Rotorwicklung eines Turbogenerators; Fig. 2 ist eine Abwicklung
der in Fig. 1 dar-,-stellten Anordnung, und zwar eines Teils der Außenfläche des
Halteringes; Fig. 3 zeigt einen Teil der Stirnfläche eines Halteringes ; Fig. 4
ist eine Abwicklung eines Teils der Umfangsfläche eines Halteringes, und zwar des
in Fig. 3 dargestellten Teils; Fig. 5 zeigt einen Querschnitt längs der Linie V-V
in Fig. 3.
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Gemäß Fig. 1 umfaßt der Haltering einen Endabschnitt 1, zwei Zwischenabschnitte
2 und 3 und einen axial innenliegenden Abschnitt 4, welcher dem Rotorkern benachbart
ist. Alle diese Abschnitte sind jeweils in Form eines vollständigen Ringes ausgeführt
und derart angeordnet, daß sie in axialer Richtung aneinander anliegen. Die Bezugsziffer
5 kennzeichnet eine Endscheibe mit einer Schulter 6, die sich an dem Endabschnitt
1 abstützt; die Bezugsziffer 7 kennzeichnet die Rotorwelle, während die Bezugsziffer
8 eine auf den Rotor aufgeschraubte Mutter bezeichnet, die gegen die Endscheibe
5 drückt und die Abschnitte des Halteringes in ihrer Lage hält.
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Bei der dargestellten Anordnung umfassen die ; Stirnverbindungen der
Wicklung sieben Spulen, die bei 9 angedeutet sind. Diese Spulen werden durch in
Umfangsrichtung verteilte Isolierstücke in den gewünschten axialen Abständen voneinander
gehalten, und diese Isolierstücke sind in Umfangsrichtung in gegenseitigen Abständen
angeordnet, um zwischen den Spulen radiale Kanäle 10 zu bilden. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel weisen die Abschnitte des Halteringes jeweils an einer Stirnseite
eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen 11 auf, die in eine entsprechende
Nut 12 (Fig. 5) des benachbarten Ringabschnitts eingreifen. Zwischen den Rippen
11 sind axial verlaufende Ausnehmungen 13 vorgesehen, um radiale Kanäle auszubilden,
wie es insbesondere aus den Fig.1 und 2 hervorgeht.
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Es liegt auf der Hand, daß der Ringabschnitt 1 jeweils nur Rippen
aufweist, während der Ringabschnitt 4 dementsprechend nur mit Nuten versehen ist.
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Man erkennt, daß bei dieser Anordnung das zum Kühlen dienende Gas
durch die Öffnungen 15 in der Endscheibe 5 hindurch nach innen gesaugt wird und
zwischen den Innenseiten der Wicklungsspulen 9 und der Außenfläche der Rotorwelle
7 weiterströmt. Ein Teil dieses Gases strömt durch die Kanäle 10 radial nach außen,
und da die Kanäle 10 mit den Kanälen 14 fluchten. strömt das Gas in diesem Falle
radial nach außen zur Umfangsfläche des Rotors. Man erkennt somit, daß bei dieser
Anordnung die gesamten radialen Oberflächen der Spulen durch das Gas gekühlt werden.
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Während bei der dargestellten Anordnung die Kanäle 14 mit den Kanälen
10 fluchten, ist es bei manchen Anordnungen auch möglich, in den die Spulen 9 bildenden
Kupferbändern radiale Kanäle vorzusehen. Bei derartigen Anordnungen können die Kanäle
14 mit den Kanälen in den Kupferleitern ausgerichtet sein. -Man erkennt ferner,
daß es bei vielen Anordnungen - abgesehen von der Vorsorge für die Kühlung der Stirnverbindungen
- möglich ist, einen Teil des Gases durch axiale Kanäle in dem eigentlichen Rotorkern
16 und dann durch radiale Kanäle nach außen strömen zu lassen, wobei das Ausströmen
entweder durch die Zähne des Kerns zwischen den Rotorschlitzen oder durch die Schlitze
selbst erfolgt: Während bei der dargestellten Anordnung zwischen den einzelnen Ringabschnitten
in Umfangsrichtung verlaufende, aus Rippen und Schlitzen gebildete Verbindungssteilen
vorgesehen sind, kann man auch radial verlaufende Verbindungsstellen der bezeichneten
Art vorsehen, um ein gegenseitiges Verdrehen der Abschnitte des Halteringes zu verhindern.
Derartige radiale Verbindungsstellen können zusätzlich zu den in Umfangsrichtung
verlaufenden Verbindungsstellen oder aber an ihrer Stelle verwendet werden. Es liegt
auf der Hand, daß die dargestellten Verbindungs- bzw. Eingriffsstellen lediglich
als Ausführungsbeispiele zu betrachten sind.