DE102017217310A1 - Rotorwickelkopfverblockung zur verbesserten Kühlung der Tangentialleiter - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verblockungselement für die Rotorkopfwicklung eines Turbogenerators weist eine oder mehrere Öffnungen, die tangential zur Welle orientiert sind, auf. Zwischen den Querleitern des Rotorwickelkopfes bildet sich eine Gasströmung aus, die das Verblockungselement passiert. In vorteilhafter Weise ist eine Verbesserung der Rotorwickelkopfkühlung gegeben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verblockungselement für die Rotorkopfwicklung eines Turbogenerators.
• Turbogeneratoren unterliegen in ihrer Ausnutzbarkeit Grenzen, welche maßgeblich aus den Temperaturen der stromführenden Komponenten resultieren. Besonders bei Maschinen, deren Ständerwicklung direkt mit Wasser gekühlt wird, stellt die Gasgekühlte Erregerwicklung im Rotor die limitierende Komponente dar.
• Es bestehen verschiedene Verfahren, den Wickelkopf der Erregerwicklung mit Gas zu kühlen. Eine davon ist die sogenannte „Thermosiphon“ Kühlung (Der Name rührt daher, dass man zum damaligen Zeitpunkt der Entwicklung davon ausgegangen war, dass die Dichteänderung aufgrund der Gaserwärmung in Verbindung mit den wirkenden Fliehkräften die Wirbel treiben). Hierbei stellen sich in den Kavitäten (auch Hohlräumen genannt), die sich zwischen den Glasverblockungen und den Querleitern auftun, Strömungswirbel ein, welche die Querleiter (Tangentialleiter) des Rotorwickelkopfes konvektiv kühlen.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Ausnutzbarkeit eines Turbogenerators zu verbessern.
• Das Problem wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass die thermische Belastbarkeit der Rotorkopfwicklung die Ausnutzbarkeit eines Turbogenerators begrenzt und eine verbesserte Wärmeabfuhr im Bereich der Rotorkopfwicklung zu einer verbesserten Ausnutzbarkeit des Turbogenerators insgesamt führt.
• Die Glasverblockungselemente werden erfindungsgemäß derart geformt, dass die Gasströmung unterhalb der Erregerspule 4 (zwischen Erregerspule und Welle) effektiver in Wirbeln 3 durch die Kavitäten zwischen den Querleitern strömen kann.
• Die Verblockungselemente werden, wie weiter unten aufgezeigt, neu geformt. Hierbei besitzt jedes Verblockungselemente vorzugsweise eine tangential orientierte Öffnung in der unteren Hälfte und eine in der oberen Hälfte.
• Die durch den diffusiven Impulstransport mitgeschleppte Strömung kann sich nun anstatt in nur einer Kavität in mehreren Kavitäten (allen Kavitäten) einer Reihe schließen. Hierdurch verstärkt sich die Wirbelstärke und folglich die Geschwindigkeit, der Wärmeübergang sowie die Kühlwirkung.
• Die Wirbel 4 in den Kavitäten werden maßgeblich durch die untere Strömung 3 (am Rotorschaft unterhalb des Rotorwickelkopfes) getrieben. Dieser bildet eine Schleppwirkung aus derart, dass (wie bei einem Zahnrad) die oberen Wirbel in den Kavitäten derart gerichtet sind, dass sie an der unteren Seite parallel zur Bodenströmung des Schaftes 3 verläuft.
• Die mechanische Festigkeit eines Verblockungselementes wird dadurch erhalten, dass sowohl am oberen, als auch am unteren Ende des Verblockungselementes (Blocks), sowie in dessen Mitte Querstreben sind, die die auftretenden Druckkräfte aufnehmen/durchreichen können.
• Bislang gibt es nur Verblockungen, welche über die gesamte Höhe geschlossen sind (massiv, solide). Die neue Idee ist, Gasdurchlässe einzubringen, so dass die benachbarten Kavitäten hydraulisch miteinander verbunden sind.
• Die technischen Vorteile sind:
• - Verbesserung der Rotorwickelkopfkühlung,
• - Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wickelkopf der Erregerwicklung,
• - Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wicklungsteil unterhalb des Rotorkappensitzes (Wärmeleitung in den Wickelkopf),
• - Reduzierung der durchschnittlichen Erregerwicklungstemperatur,
• - mögliche Erhöhung der Ausnutzbarkeit von Turbogeneratoren,
• - Verbesserung des Wirkungsgrades (Durch Verringerung des Rotorwicklungstemperatur und Verringerung der Gebläseleistung).
• Eine deutliche Verbesserung der Wärmeübertragung in diesem Bereich hat viele Vorteile:
• - Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wickelkopf der Erregerwicklung,
• - Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wicklungsteil unterhalb des Rotorkappensitzes (Wärmeleitung in den Wickelkopf),
• - Reduzierung der durchschnittlichen Erregerwicklungstemperatur.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind in einem Verblockungselement mehrere durch eine Querstrebe 6 getrennte Gasdurchlässe 5 gebildet. Die Querstrebe bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit des Verblockungselementes, wobei sich ein Gaswirbel 4 um die Querstrebe ungehindert ausbilden kann.
• Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 ein erfindungsgemäßes Verblockungselement mit zwei Öffnungen,
• 2 eine perspektivische Ansicht des Verblockungselementes aus 1,
• 3 die Einbaulage des erfindungsgemäßen Verblockungselementes im Wickelkopf der Erregerwicklung eines Turbogenerators und
• 4 Gasströmungen im Bereich des Wickelkopfes im Betrieb.
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente.
• Das erfindungsgemäße Verblockungselement nach 1 und 2 aus Glas weist zwei Öffnungen auf, die durch einen Quersteg getrennt sind.
• Bei dem in 3 dargestellten Rotor eines Turbogenerators sind erfindungsgemäße Verblockungselemente 1 zwischen den Querleitern 2 der Erregerwicklung angeordnet.
• 4 zeigt die Strömung 3 am Rotorschaft unterhalb des Rotorwickelkopfes, die über einen Zahnradeffekt die Gasströmung 4 über mehrere Kavitäten und über (mindestens) ein Verblockungselement hinweg zwischen den Querleitern antreibt.
• Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren.
• Bezugszeichenliste

1

- Verblockungselement

2

- Querleiter, Tangentialleiter

3

- Bodenströmung des Schaftes

4

- Gaswirbel über ein Verblockungselement hinweg

5

- Öffnung, Gasdurchlass

6

- Querstrebe

Claims (4)

1. Verblockungselement für die Rotorkopfwicklung eines Turbogenerators, bei dem das Verblockungselement (1) zwei benachbarte Kavitäten räumlich trennt und eine Öffnung (5) aufweist derart, dass ein Gasdurchlass gebildet ist.
2. Verblockungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdurchlass tangential bezüglich des Rotors orientiert ist.
3. Verblockungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verblockungselement mehrere durch eine Querstrebe (6) getrennte Gasdurchlässe gebildet sind.
4. Verblockungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Verblockungselement aus Glas gefertigt ist.

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