DE1488746B1 - Gas-cooled rotor of an electrical machine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Gaskühlung eines Rotorwickelkopfes einer elektrischen Maschine mittels Kühlkanälen, die unmittelbar an den sich in radialer Richtung erstreckenden, seitlichen Oberflächen der Spulen verlaufen und zumindest zum Teil von diesen und den zwischen benachbarten Spulen angeordneten Isolierkeilen und Isolierspreizstücken begrenzt sind.The invention relates to an arrangement for gas cooling a Rotor winding head of an electrical machine by means of cooling channels, which directly on the lateral surfaces of the coils extending in the radial direction run and at least in part from these and those between adjacent coils arranged insulating wedges and insulating spreading pieces are limited.

Bei den üblichen Rotorwickelköpfen elektrischer Maschinen, die zwischen den Spulen angeordnete Isolierkeile und Isolierspreizstücke aufweisen, wird die Kühlung entweder durch ein in einen gewundenen Kühlkanal mit rechteckigem Querschnitt geleitetes Gas oder durch einen Gasstrom bewirkt, der nur einen .geringen Teil der Wicklungsseitenflächen abkühlt (USA.-Patentschriften 1927 890, 2 653 255 und 2 459 586; E: G. K o m a r, »Fragen zur Projektierung von Turbogeneratoren«, Leningrad, 1955). Die Temperaturverteilung in der Wicklung ist bei diesen Rotoren sehr ungleichmäßig. Der Ungleichmäßigkeitsfäktor des Temperaturfeldes erreicht hier einen Wert von 1,3 bis 1,5.With the usual rotor winding heads of electrical machines, which between Have the coils arranged insulating wedges and insulating spreading pieces, the Cooling either through a winding cooling channel with a rectangular cross-section conducted gas or caused by a gas stream, which only a small part of the Winding side surfaces cools (U.S. Patents 1927 890, 2 653 255 and 2 459 586; E: G. Komar, "Questions about the planning of turbo-generators", Leningrad, 1955). The temperature distribution in the winding is very uneven in these rotors. The non-uniformity factor of the temperature field reaches a value of 1.3 here to 1.5.

In Rotoren bekannter Turbogeneratoren mit gewundenen Doppelkühlkanälen ist der Wirkungsstrom im Vergleich zur üblichen Ausführung doppelt so hoch, was die Anwendung sehr leistungsfähiger Erregungssysteme erforderlich macht (Titor, »Turbogeneratoren. Berechnung und Konstruktion«, Leningrad, 1967).In the rotors of known turbo generators with twisted double cooling channels the effective current is twice as high compared to the usual design, what requires the use of very powerful excitation systems (Titor, “Turbo generators. Calculation and Construction «, Leningrad, 1967).

Ferner ist aus der Patentschrift Nr. 24 682 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin eine Einrichtung zur Wickelkopfkühlung bei Turbogeneratoren beschrieben, bei der durch wechselnd radial angeordnete Abstützteile von Tragplatten schlangenförmig verlaufende Kühlmittelwege ausgebildet sind.Furthermore, from the patent specification No. 24 682 of the Office for Invention and patent system in East Berlin a device for winding overhang cooling for turbo generators described in the by alternately radially arranged support parts of support plates serpentine coolant paths are formed.

Die französische Patentschrift 682 511 beschreibt die Ausführung von Kühlkanälen in den Bereichen des Wickelkopfes, in denen die .den Spulenabstand wahrenden Isolierstücke liegen, die die Spulenkühlung fast völlig unterbinden. Derartige Kühlkanäle reichen jedoch in vielen Fällen nicht aus, um die anfallenden Kuperfverluste in den Wickelköpfen abzuführen.French patent 682 511 describes the implementation of Cooling channels in the areas of the winding head in which the .the coil spacing is maintained There are insulating pieces that almost completely prevent the coil cooling. Such cooling channels In many cases, however, they are not sufficient to cover the copper losses that occur in discharge the winding heads.

Der Erfindung liegt -die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die trotz einfacher Rotorkonstruktion eine wesentlich intensivere Kühlung des Rotorwickelkopfes ermöglicht.The invention is based on the object of an arrangement of the initially mentioned type, which despite the simple rotor construction is a much more intensive one Cooling of the rotor winding head allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den seitlichen Oberflächen jeweils einer Spule schräg verlaufende, gleichgeneigte Kanäle angeordnet sind, die jeweils an aufeinanderfolgenden seitlichen Spulenoberflächen entgegengesetzt geneigt sind, und daß die entgegengesetzt geneigten Kanäle mittels zu diesen senkrecht angeordneten schräg verlaufenden Quernuten derart verbunden :sind, daß ein schraubenlinienförmiger Kühlkanal entsteht.This object is achieved according to the invention in that on the side Surfaces each of a coil arranged obliquely, equally inclined channels are each opposite on successive side coil surfaces are inclined, and that the oppositely inclined channels by means of them perpendicular arranged inclined transverse grooves connected in such a way: are that a helical Cooling channel is created.

Durch das schraubenlinienförmige Umströmen der Spulen durch das Kühlgas wird eine hochintensive Wickelkopfkühlung erzielt, wie sie bisher nur mit großem Aufwand zur direkten Leiterinnenkühlung von Wicklungsstäben durch Einbau einer kühlmittelumströmten Tragwand verwirklicht wurde (deutsches Gebrauchsmuster 1835 882).Because the cooling gas flows around the coils in a helical manner a high-intensity winding head cooling is achieved, as was previously only possible with a large one Effort for direct internal conductor cooling of winding bars by installing a coolant flow Support wall was realized (German utility model 1835 882).

Die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle sind vorteilhaft durch Schrägnuten und Quernuten in den i Isolierkeilen und Isolierspreizstücken gebildet. Sie können aber auch durch Schrägnuten in den Spulen und Quernuten in den Isolierkeilen und Isolierspreizstücken und in den unteren Spulenwindungen ausgeführt sein.The helical cooling channels are advantageous due to inclined grooves and transverse grooves formed in the insulating wedges and insulating spreader pieces. You can but also by inclined grooves in the coils and transverse grooves in the insulating wedges and Isolierspreizstücke and be carried out in the lower coil turns.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Rotorwickelkopf einer elektrischen Maschine mit Schrägnuten in den Keilen und Spreizstücken, F i g. 2 denselben mit Nuten in den Seitenflächen der Spulen, F i g. 3 den geradlinigen Teil des Rotorwickelkopfes (Schnitt HI-III nach F i g. 1), F i g. 4 den bogenförmigen Teil des Rotorwickelkopfes (Schnitt IV-IV nach F i g. 1).The invention is referred to on the basis of an exemplary embodiment explained in more detail on the drawing. It shows F i g. 1 the rotor end winding of an electrical Machine with inclined grooves in the wedges and expanding pieces, F i g. 2 same with Grooves in the side surfaces of the coils, FIG. 3 the straight part of the rotor end winding (Section HI-III according to FIG. 1), FIG. 4 the arched part of the rotor end winding (Section IV-IV according to FIG. 1).

In den Isolierspreizstücken 1 und Isolierkeilen 2 des Rotorwickelkopfes eines Turbogenerators (F i g.1) sind Schrägnuten 3 ausgefräst, die zusammen mit Quernuten 4 und 5 in ihren Unter- und Oberteilen schraubenlinienförmige Kühlkanäle 6 und 7 bilden.In the insulating spreader pieces 1 and insulating wedges 2 of the rotor winding head a turbo generator (F i g.1) are milled inclined grooves 3, which together with Transverse grooves 4 and 5 in their lower and upper parts helical cooling channels 6 and 7 form.

Auf Grund des Selbstbelüftungseffektes tritt das Kühlgas durch eine Eintrittsnut 8 unter einem Zentrierring 9 ein und verzweigt sich darin in zwei parallele Ströme. Einer dieser Ströme fließt durch die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle 6, kühlt dabei die seitlichen Oberflächen der angrenzenden Spulen 10, 11 im Bereich der bogenförmigen Spulenabschnitte des Wickelkopfes und tritt durch Austrittsschlitze 12 in einem Mittelkeil 13 und den breiten Rotorzähnen 14 in den Luftspalt der Maschine aus.Due to the self-ventilation effect, the cooling gas passes through a Entry groove 8 under a centering ring 9 and branches into two parallel therein Currents. One of these currents flows through the helical cooling channels 6, cools the side surfaces of the adjacent coils 10, 11 in the area the arcuate coil sections of the end winding and passes through exit slots 12 in a central wedge 13 and the wide rotor teeth 14 in the air gap of the machine the end.

Der zweite Kühlgasstrom fließt durch die schraubenlinienförmigen Kanäle 7 unter der Wickelkopfkappe 15, kühlt die seitlichen Oberflächen der angrenzenden Spulen 10, 11 im Bereich der geradlinigen Spulenabschnitte des -Wickelkopfes und tritt durch einen Austrittsschlitz 16 zwischen der Wickelkopfkappe 15 und der Stirnfläche des Rotorballens 17 in den Luftspalt der Maschine aus.The second stream of cooling gas flows through the helical channels 7 under the winding head cap 15, cools the side surfaces of the adjacent Coils 10, 11 in the area of the straight coil sections of the winding head and occurs through an outlet slot 16 between the winding head cap 15 and the end face of the rotor body 17 into the air gap of the machine.

Die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle können auch durch Schrägnuten 18 in den Seitenflächen der bogenförmigen Spulenabschmtte und durch Schrägnuten 20 in den Seitenflächen der geradlinigen Abschnitte dieser Spulen bei entsprechender Anordnung der genannten Nuten bezüglich .der Isolierkeile 21 und Isolierspreizstücke 22 (F i g. 2) gebildet werden. Die Schrägnuten 20 werden so in die Seitenflächen der Spulen 19 gefräst, .daß die jeweils an verschiedenen Spulenseiten liegenden Nuten, verbunden durch eine Quernut 23 in der unteren Spulenwindung, V-, N- und W-förmige Kanäle bilden.The helical cooling channels can also be formed by inclined grooves 18 in the side surfaces of the arcuate coil sections and by inclined grooves 20 in the side surfaces of the straight sections of these coils with a corresponding arrangement of the mentioned grooves with respect to the insulating wedges 21 and insulating spreader pieces 22 (Fig. 2). The inclined grooves 20 are milled into the side surfaces of the coils 19 so that the grooves located on different coil sides, connected by a transverse groove 23 in the lower coil turn, form V-, N- and W-shaped channels.

Zur Überführung des- Kühlgases von einer Spule zur anderen werden an den oberen Flächen der Isolierkeile 21 und Isoherspreizstücke 22 Quernuten 24 vorgesehen. Das Kühlgas strömt auf Grund des SelbstbelüftungsefEektes durch eine Eintrittsnut 25 unter einem Zentrierring 26 ein und verzweigt sich darin in zwei parallele Ströme. Einer dieser Ströme strömt durch die in den Spulen 19 ausgeführten Schrägnuten 20 und kühlt die geradlinigen Spulenabschnitte des Wickelkopfes. Der zweite Strom des Kühlgases kühlt durch die :gleichartigen Schrägnuten 18 die bogenförmigen Abschnitte der Spulen 19.Be used to transfer the cooling gas from one coil to another transverse grooves 24 on the upper surfaces of the insulating wedges 21 and iso-expanding pieces 22 intended. Due to the self-ventilation effect, the cooling gas flows through a Entry groove 25 under a centering ring 26 and branches into two therein parallel currents. One of these currents flows through those carried out in the coils 19 Inclined grooves 20 and cools the straight coil sections of the winding head. Of the second stream of cooling gas cools through the: similar inclined grooves 18 the arcuate Sections of Coils 19.

Die Ansaugung des Kühlgases in die Schrägnuten 18 und 20 erfolgt an den Ecken der Spulen.The cooling gas is sucked into the inclined grooves 18 and 20 the corners of the coils.

Bei Anordnung der schraubenlinienförmigen Kanäle an den Seitenflächen der Isolierkeile 2 und Isolierspreizstücke 1 (F i g. 1) bewegt sich der Kühlgasstrom von den Ecken jeder Spule 10, 11 zur Stirnseite des Rotorballens 17, indem er die an dem Keil 2 bzw. an dem Spreizstück 1 anliegenden Seitenflächen der nebeneinanderliegenden Spulen umströmt.When arranging the helical channels on the side surfaces the insulating wedges 2 and insulating spreading pieces 1 (FIG. 1) move the flow of cooling gas from the corners of each coil 10, 11 to the end face of the rotor body 17 by the to the Wedge 2 or side surfaces resting on the expansion piece 1 the adjacent coils flows around.

Bei Anordnung der Kühlkanäle unmittelbar im Wicklungskupfer bewegt sich der Gasstrom durch die V-, N- und W-förmigen Kanäle. (F i g. 2), die an den Seitenflächen der angrenzenden Spulen 19 angeordnet sind, indem er von einer Spule zur anderen über entsprechende Quernuten 24 in den Keilen 21 bzw. Spreizstücken 22 und der unteren Doppelwindung 27 der Spulen 19 läuft.Moved directly in the winding copper when the cooling channels are arranged the gas flow is through the V-, N- and W-shaped channels. (F i g. 2), the Side faces of the adjacent coils 19 are arranged by being of a coil on the other hand via corresponding transverse grooves 24 in the wedges 21 or expanding pieces 22 and the lower double turn 27 of the coils 19 runs.

Das in einer schraubenlinienförmigen Bahn auf dem geradlinigen Spulenabschnitt des Wickelkopfes (F i g. 3) geführte Kühlgas wird durch die Eintrittsnut 8 unter dem Zentnerring 9 eingeleitet.That in a helical path on the rectilinear spool section of the end winding (FIG. 3) is passed through the inlet groove 8 under the centner ring 9 initiated.

Das Kühlgas strömt weiter in die Kühlkanäle 7 in den Isolierungskeilen 2 ein.The cooling gas flows further into the cooling channels 7 in the insulation wedges 2 a.

Die überführung des Kühlgases von einer Seite des Keiles 2 auf die andere erfolgt durch Quernuten 4 in den oberen und unteren Keilteilen. In diesem Falle tritt das Gas durch den Luftspalt zwischen der Wicklungskappe 15 und dem Ballen 17 des Rotors aus.The transfer of the cooling gas from one side of the wedge 2 to the others are made by transverse grooves 4 in the upper and lower wedge parts. In this Trap, the gas passes through the air gap between the winding cap 15 and the bale 17 of the rotor.

In F i g. 4 ist die Kühlgasführung auf dem bogenförmigen Abschnitt der Rotorwicklung dargestellt. Das Gas tritt in die Kühlkanäle 6 im Isolierspreizstück 1 ein und strömt weiter durch die Quernuten 4 und 5, die zusammen mit der Wickelkopfkappe 15 und den Kühlkanälen 6 einen schraubenlinienförmigen Kühlkanal bilden.In Fig. 4 is the cooling gas guide on the arcuate section the rotor winding shown. The gas enters the cooling channels 6 in the insulating spreader 1 and flows on through the transverse grooves 4 and 5, which together with the winding head cap 15 and the cooling channels 6 form a helical cooling channel.

Um den - Durchlauf des Kühlgases durch diese Kanäle zu sichern, ist die Gaseintrittszone 28 von der Gasaustrittszone 29 durch längsverlaufende Isolierleisten 30 und Dichtungen 31 getrennt.To ensure the - passage of the cooling gas through these channels, is the gas inlet zone 28 from the gas outlet zone 29 through longitudinal insulating strips 30 and seals 31 separately.

Claims (3)

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Gaskühlung eines Rotorwickelkopfes einer elektrischen Maschine mittels Kühlkanälen, die unmittelbar an den sich in radialer Richtung erstreckenden, seitlichen Oberflächen der Spulen verlaufen und zumindest zum Teil von diesen und den zwischen benachbarten Spulen angeordneten Isolierkeilen und Isolierspreizstücken begrenzt sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß an den seitlichen Oberflächen jeweils einer Spule (10, 11; 19) schräg verlaufende, gleichgeneigte Kanäle angeordnet sind, die jeweils an aufeinanderfolgenden seitlichen Spulenoberflächen entgegengesetzt geneigt sind. und daß die entgegengesetzt geneigten Kanäle mittels zu diesen senkrecht angeordneten schräg verlaufenden Quernuten (4, 5; 23, 24) derart verbunden sind, daß ein schraubenlinienförmiger Kühlkanal (6, 7) entsteht. Claims: 1. Arrangement for gas cooling of a rotor end winding an electrical machine by means of cooling channels that are directly connected to the in lateral surfaces of the coils extending in the radial direction and at least in part of these and those arranged between adjacent coils Isolating wedges and isolating spreader pieces are limited z e i c h n e t that one coil (10, 11; 19) inclined, equally inclined channels are arranged, each on successive side coil surfaces are oppositely inclined. and that the opposite inclined channels by means of oblique transverse grooves arranged perpendicular to them (4, 5; 23, 24) are connected in such a way that a helical cooling channel (6, 7) arises. 2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle (6, 7) durch Schrägnuten (3) und Quernuten (4, 5) in den Isolierkeilen (2) und Isolierspreizstücken (1) gebildet sind. 2. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the helical cooling channels (6, 7) through inclined grooves (3) and transverse grooves (4, 5) are formed in the insulating wedges (2) and insulating spreading pieces (1). 3. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmigen Kühlkanäle (6, 7) durch Schrägnuten (18, 20) in den Spulen (19) und Quernuten (24) in den Isolierkeilen (21) und den Isolierspreizstücken (22) und Quernuten (23) in den unteren Spulenwindungen gebildet sind.3. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the helical cooling channels (6, 7) by inclined grooves (18, 20) in the coils (19) and transverse grooves (24) in the insulating wedges (21) and the insulating spreading pieces (22) and transverse grooves (23) in the lower coil turns are formed.