DE1067519B

DE1067519B - Main and secondary cooling system for dynamo-electric machines with coolant channels in the stator conductors

Info

Publication number: DE1067519B
Application number: DEM30804A
Authority: DE
Inventors: Joseph Tudge
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1955-06-14
Filing date: 1956-06-13
Publication date: 1959-10-22

Description

Haupt- und Nebenkühlanlage für dynamoelektrische Maschinen mit Kühlmittelkanälen in den Statorleitern Die Erfindung betrifft die Ventilation von dynamoelektrischen Maschinen und bezieht sich insbesondere auf die Kühlung von Statoren großer Generatoren. Derartige Maschinen enthalten gewöhnlich in Achsenrichtung verlaufende Statorleiter, von denen wenigstens einige hohl sind und dadurch Kühlmitteldurchlaßkanäle im Statorkern bilden. Außerdem ist eine Hauptkühlanlage mit einem auf der Rotorwelle befestigten Gebläse vorhanden, das das Kühlmittel um den Statorkern herum und dann durch einen Kühler treibt. Dieses Gebläse ist gewöhnlich ein Niederdruckgebläse, das große Gasmengen umwälzt.Main and secondary cooling system for dynamo-electric machines with coolant channels in the stator conductors The invention relates to the ventilation of dynamo-electric Machines and relates in particular to the cooling of stators of large generators. Such machines usually contain axially extending stator conductors, at least some of which are hollow and thereby coolant passage channels in the stator core form. There is also a main cooling system with a mounted on the rotor shaft Fan is present, the coolant around the stator core and then through a Cooler drives. This fan is usually a low pressure fan that uses large amounts of gas overturned.

Es ist bekannt, eine derartige Maschine mit einem weiteren Gebläse auszustatten, das ebenfalls auf der Rotorwelle befestigt ist, aber einen Teil einer Nebenkühlanlage darstellt. Bei einer bekannten Anordnung ist auch dieses Gebläse als Niederdruckgebläse ausgebildet, das mit dem Gebläse der Hauptkühlanlage in Reihe geschaltet ist und das Kühlgas unmittelbar in das eine Ende der Kühlmitteldurchlaßkanäle hineindrückt. Bei einer anderen bekannten Anordnung ist die Nebenkühlanlage mit einem Hochdruckgebläse versehen; diese Nebenkühlanlage wird jedoch von der Hauptkühlanlage völlig getrennt gehalten. Daher ist die maximal erreichbare Druckdifferenz zwischen den Enden der Kühlmitteldurchlaßkanäle, die die Strömungs- und Kühlgeschwindigkeit festlegt, allein durch das Hochdruckgebläse vorgegeben, und kann, wenn die zulässige Größe dieses Gebläses nicht überschritten werden soll, nicht weiter gesteigert werden.It is known such a machine with a further fan equip, which is also attached to the rotor shaft, but part of a Represents secondary cooling system. In a known arrangement, this is also a fan designed as a low-pressure fan that is in series with the fan of the main cooling system is switched and the cooling gas directly into one end of the coolant passage channels pushes in. In another known arrangement, the secondary cooling system is with provided with a high pressure blower; however, this secondary cooling system is separated from the main cooling system kept completely separate. Therefore the maximum achievable pressure difference is between the ends of the coolant flow channels that control the flow and cooling speed determined solely by the high-pressure blower, and can, if the permissible The size of this fan should not be exceeded, should not be increased further.

Es ist ein Ziel der Erfindung, durch eine günstige Kombination der beiden Kühlanlagen die Strömungs-und Kühlgeschwindigkeit in den Kühlmitteldurchlaßkanälen weiter zu steigern und die Kühlung zu verbessern, ohne daß die zulässige Größe des Gebläses überschritten zu werden braucht.It is an object of the invention by a beneficial combination of the both cooling systems the flow and cooling speed in the coolant passage channels to further increase and improve the cooling without affecting the permissible size of the Fan needs to be exceeded.

Gemäß der Erfindung ist das weitere Gebläse für die Nebenkühlanlage der Statorkanäle ein Hochdruckgebläse, dessen Eingangsseite mit einer ringförmigen, die Statorköpfe umschließenden Kammer in Verbindung steht, in welcher die Kühlmitteldurchlaßkanäle der Leiter enden, so daß durch das Hochdruckgebläse unmittelbar an den Enden der Leiterkanäle in dieser Kammer ein Unterdruck verursacht wird, von dem ein Teil des Kühlmittels, das zur Versorgung der Hauptkühlanlage der Maschine von dem Niederdruckgebläse geliefert wird, aus der Hauptkühlanlage abgezweigt und durch die Kühlmitteldurchlaßkanäle zu den gebläseseitigen Enden derselben hindurchgezogen wird, und daß dieser Kühlmittelteilstrom an der Ausgangsseite des Hochdruckgebläses wieder unmittelbar an den Kühler der Hauptkühlanlage abgegeben wird.According to the invention, the further fan is for the secondary cooling system the stator ducts a high-pressure fan, the inlet side of which is provided with an annular, the chamber surrounding the stator heads communicates in which the coolant passage channels the head ends so that by the high pressure blower directly at the ends of the Conductor ducts in this chamber create a negative pressure of which part of the Coolant that is used to supply the main cooling system of the machine from the low pressure fan is supplied, branched off from the main cooling system and through the coolant passage channels is pulled through to the fan-side ends thereof, and that this partial coolant flow on the outlet side of the high-pressure fan directly to the cooler of the Main cooling system is delivered.

Da eine Kühlung des Statorkerns unter hohem Druck unwirksam ist, wird der Statorkern selbst von der Hauptkühlanlage mit einem Niederdruckgebläse gekühlt. Am zweckmäßigsten wird das Kühlmittel daher mit einem Niederdruckgebläse durch Schlitze des Statorkerns gepumpt, wird dann durch einen Kühler geleitet und zur Eingangsseite des Niederdruckgebläses zurückgeführt. Da das Gebläse der Anlage zur Kühlung des Statorkerns, die als Hauptkühlanlage bezeichnet ist, ein Niederdruckgebläse ist, steigt die Temperatur des Kühlgases beim Durchgang durch dieses Gebläse nicht merklich an. Daher kann das Kühlmittel nach seiner Abgabe aus dem Niederdruckgebläse unmittelbar in die Kühlmittelkanäle der Nebenkühlanlage zur Kühlung der Statorleiter gelangen.Since cooling the stator core under high pressure is ineffective, the stator core itself is cooled by the main cooling system with a low pressure fan. Most conveniently, the coolant is therefore with a low pressure fan through slots The stator core is pumped, then passed through a cooler and to the input side of the low pressure blower. Since the fan of the system is used to cool the Stator core, which is designated as the main cooling system, is a low pressure blower, the temperature of the cooling gas does not noticeably rise as it passes through this fan at. Therefore, the coolant can be released from the low-pressure fan immediately after it has been discharged get into the coolant ducts of the auxiliary cooling system to cool the stator conductors.

Zur Erzielung einer möglichst guten Kühlung muß die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in den Kühlmitteldurchlaßkanälen der Statorleiter möglichst groß sein. Dieser größtmögliche Wert ist jedoch durch die Größe des Hochdruckgebläses begrenzt, das man innerhalb des Statorrahmens unterbringen kann, wenn dieses von der Rotorwelle aus angetrieben wird. Andererseits muß aber auch die Länge des Rotors beschränkt bleiben, wenn eine ausreichend hohe Rotorumlaufgeschwindigkeit eingehalten werden soll, ohne daß übermäßige Vibrationen der Rotorwelle entstehen. Durch die Länge des Rotors ist also eine kritische Umlaufgeschwindigkeit festgesetzt, die nicht überschritten werden darf. Hierdurch ist auch die maximale Größe des Hochdruckgebläses festgelegt. Da ein Niederdruckgebläse zum Durchtrieb des Kühlmittels durch die Hauptkühlanlage verwendet wird, ist es vorteilhaft, das Niederdruckgebläse mit dem Hochdruckgebläse in Reihe zu schalten, wodurch die Druckdifferenz zwischen den Enden der Kühlmitteldurchlaßkanälen gesteigert wird. Die Größe der entstehenden Druckdifferenz ist durch die Größe des Hochdruckgebläses festgelegt, die als maximal zulässig angesehen wird. Da die beiden Gebläse in Reihe liegen, ist der durch die maximal zulässige Größe des Hochdruckgebläses begrenzte Wert der Druckdifferenz um einen gewissen Betrag vergrößert, der auf die Hinzuschaltung des Niederdruckgebläses zurückzuführen ist. Die erzielte Kühlwirkung ist daher auch die größtmögliche und größer als die, die das Hochdruckgebläse ohne Vorschaltung eines Niederdruckgebläses erzeugt. Als Kühlmittel wird ein Gas verwendet, welches in dem Stator durch ein oder mehrere Gebläse mit axialer Strömungsrichtung in Umlauf gesetzt wird, so daß eine große Gasmenge mit niedrigem Druck in Bewegung kommt. Das Gebläse für die Kühlkanäle der Leiter ruft eine hohe Druckdifferenz bei einem geringen Volumen des Gasstroms hervor.To achieve the best possible cooling, the flow rate must of the coolant in the coolant passage channels of the stator conductors as large as possible be. However, this maximum value is due to the size of the high pressure fan limited, which can be accommodated within the stator frame when this of the rotor shaft is driven off. On the other hand, the length of the rotor must also remain limited if a sufficiently high rotor speed is maintained should be without excessive vibration of the rotor shaft. Through the The length of the rotor is therefore set at a critical rotational speed not may be exceeded. This is also the maximum size of the high pressure blower set. As a low pressure fan to drive the coolant through the main cooling system is used, it is advantageous to use the low pressure fan with the high pressure fan to be connected in series, thereby reducing the pressure difference between the ends of the coolant passage channels is increased. The size of the resulting pressure difference is determined by the size of the High pressure blower set, which is considered to be the maximum permissible. There the two Fans are in series, is determined by the maximum size of the high pressure fan limited value of the pressure difference increased by a certain amount, which is based on the Switching on of the low pressure fan is due. The achieved cooling effect is therefore also the largest possible and larger than the one that the high-pressure fan can without Upstream connection of a low pressure fan generated. A gas is used as the coolant, which in the stator by one or more fans with an axial flow direction is circulated so that a large amount of low pressure gas is in motion comes. The fan for the cooling channels of the ladder creates a high pressure difference a small volume of the gas flow.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die hohe Druckdifferenz durch ein Zentrifugalgebläse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln erzeugt, das in einer Schnecke läuft. Die Schnecke ist so angeordnet, daß sie das Gas direkt in die Kühler am Statorrahmen abgibt. Fernerhin ist eine ringförmige Kammer vorgesehen, die die Wickelkopfverbindungen an dem einen Ende des Stators umschließt; sie steht mit den Kühlkanälen der elektrischen Leiter sowie mit dem Gebläse in Verbindung, so daß das Kühlmittel durch diese Fördervorrichtungen aus der Kammer herausgesaugt wird, eine hohe Druckdifferenz an den Enden der Kühlmittelkanäle der Leiter entsteht und das Kühlmittel diese durchströmt.In a preferred embodiment of the invention, the high Pressure difference generated by a centrifugal fan with forward curved blades, that runs in a snail. The screw is arranged so that it can direct the gas in the cooler on the stator frame. Furthermore, an annular chamber is provided, which encloses the end-turn connections at one end of the stator; she stands with the cooling channels of the electrical conductors as well as with the fan in connection, so that the coolant is sucked out of the chamber by these conveyors there is a high pressure difference at the ends of the coolant channels of the conductors and the coolant flows through it.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt eines Stators; Fig.2 zeigt eine Endansicht eines Teiles des Stators mit dem Zentrifugalgebläse.Fig. 1 shows a partial section of a stator; Figure 2 shows an end view part of the stator with the centrifugal fan.

In Fig. 1 sind zwei Gebläse 1 mit axialer Strömung dargestellt, die an gegenüberliegenden Enden der Rotorwelle 2 angeordnet sind. Diese Gebläse sind so angeordnet, daß sie das Kühlgas aus dem Kühler 3 ansaugen und eine allgemeine Zirkulation des Gases in dem Stator bewirken, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist. Außerdem ist an dem einen Ende der Maschine ein zusätzliches Gebläse 4 angeordnet. Dieses Gebläse ist ein Zentrifugalgebläse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln und einer Schnecke und ist so angeordnet, daß es das Gas durch (nicht dargestellte) Kanäle in den Statorleitern 5 von einem Ende der Maschine zum anderen saugt. Um diese Wirkung zu erleichtern, ist eine teilweise aus Isoliermaterial bestehende ringförmige Kammer 6 vorgesehen, welche die Enden der Wicklungen 5 umgibt; eine Verbindung zwischen dieser Kammer und dem Einlaß des Zentrifugalgebläses 4 ist durch Löcher 7 hergestellt, die nur im toten Teil außerhalb der Schnecke vorhanden sind.In Fig. 1, two fans 1 are shown with axial flow, the are arranged at opposite ends of the rotor shaft 2. These fans are arranged so that they suck the cooling gas from the radiator 3 and a general Cause circulation of the gas in the stator, as indicated by the arrows is. In addition, an additional fan 4 is arranged at one end of the machine. This fan is a centrifugal fan with forward curved blades and a screw and is arranged so that the gas (not shown) Channels in the stator conductors 5 suck from one end of the machine to the other. Around To facilitate this effect is one consisting partly of insulating material annular chamber 6 is provided which surrounds the ends of the windings 5; one Communication between this chamber and the inlet of the centrifugal fan 4 is through Holes 7 made, which are only present in the dead part outside the screw.

Es ist bekannt, daß Gehäuse mit nach vorn gekrümmten Schaufeln, die in einer Schnecke laufen, hohe Druckkoeffizienten besitzen, und eine einzige Gebläsestufe dieser Art genügt, um das notwendige Vakuum in der Kammer 6 zu erzeugen, das erforderlich ist, um Gas mit einer hohen Geschwindigkeit über den langen Weg heranzuziehen, der von den engen Kanälen innerhalb der Statorwicklungen von den Einlässen 8 am anderen Ende aus gebildet wird. Es sei bemerkt, daß das Zentrifugalgebläse 4 auf der Rotorwelle 2 unmittelbar hinter und radial außerhalb des axial wirkenden Gebläses 1 angeordnet ist und daß es von vorzugsweise geneigten Speichen zur Verringerung der mechanischen Beanspruchung getragen werden muß.It is known that casing with forward curved blades, the run in a screw, have high pressure coefficients, and a single fan speed this type is sufficient to generate the necessary vacuum in the chamber 6 that is required is to pull gas at a high speed over the long way that from the narrow channels within the stator windings from the inlets 8 on the other End is formed. It should be noted that the centrifugal fan 4 on the rotor shaft 2 arranged immediately behind and radially outside of the axially acting fan 1 and that it is made of preferably inclined spokes to reduce the mechanical Stress must be borne.

In Fig. 2 ist die Einzelanordnung des Zentrifugalgebläses 4 deutlicher dargestellt. Es ist ersichtlich, daß das Gebläse 4 das Gas aus den Einlaßöffnungen 7 im toten Teil der Schnecke 9 ansaugt und dann das Gas in die Schnecke 9 entleert, die mit einer Warmgaskammer 10 in Verbindung steht, von wo das Gas den Kühlern 3 zuströmt.In Fig. 2, the individual arrangement of the centrifugal fan 4 is clearer shown. It can be seen that the fan 4 removes the gas from the inlet openings 7 sucks in the dead part of the screw 9 and then empties the gas into the screw 9, which is in communication with a warm gas chamber 10, from where the gas is sent to the coolers 3 flows in.

Das Gas wird durch Kompression im Gehäuse 4 erwärmt und muß beim Verlassen der Warmgaskammer 10 sofort gekühlt werden, bevor es in die Niederdruckkühlanlage zurückkehrt; aus diesem Grund wird es direkt durch den Kühler 3 geleitet. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs des Gases stärker als in einer Anlage gesteigert, in der das Gas auf einen hohen Druck von einem Gebläse gebracht und sofort durch die Kühlmittelkanäle, ohne zuvor abgekühlt zu sein, hindurchgeleitet wird.The gas is heated by compression in the housing 4 and must be left when leaving the hot gas chamber 10 can be cooled immediately before entering the low-pressure cooling system returns; for this reason it is passed directly through the cooler 3. Through this the efficiency of the heat transfer of the gas is increased more than in a system, in which the gas is brought to a high pressure by a blower and immediately through the coolant channels is passed through without having cooled down beforehand.

Die Ventilation der Maschine besteht also aus einem Niederdrucksystem mit großem Volumen, welches den Körper der Maschine in der üblichen Weise speist und die übliche zentrale Hilfseinlaßanordnung aufweist, sowie einem noch dazukommenden System mit hohem Unterdruck und kleinem Volumen, das durch ein Zentrifugalgebläse am einen Ende der Maschine gebildet wird und das durch das Niederdruckgebläse am anderen Ende ergänzt wird, so daß die Systeme zusammen die Statorwicklungen speisen. Aus dieser Beschreibung geht hervor, daß eine hohe Druckdifferenz an den beiden einander gegenüberliegenden Enden der Statorleiter erzeugt wird, ohne die allgemeine Ventilation der Maschine zu stören und ohne die axiale Länge wesentlich zu vergrößern, die notwendig ist, um das zusätzliche Gebläse unterzubringen, was aus Erwägungen über die kritische Geschwindigkeit des Rotors wichtig ist.The ventilation of the machine therefore consists of a low pressure system with a large volume, which feeds the body of the machine in the usual way and has the usual auxiliary central inlet arrangement and an additional one System with high negative pressure and small volume created by a centrifugal fan is formed at one end of the machine and that by the low pressure fan at the the other end is added so that the systems together feed the stator windings. From this description it can be seen that there is a large pressure differential across the two opposite ends of the stator conductor is created without the general Disturbing the ventilation of the machine without significantly increasing the axial length, which is necessary to accommodate the additional fan, what from considerations is important about the critical speed of the rotor.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Axial dynamo-electric machine extending stator conductors, at least some of which are hollow and thereby coolant passage channels form in the stator core, with a main cooling system with a low pressure fan that is mounted on the rotor shaft and the coolant around the stator core and then drives through a radiator, and with a secondary cooling system with another Fan, which is also attached to the rotor shaft, characterized in that that the further fan (4) for the secondary cooling system of the stator ducts is a high-pressure fan is, whose input side with an annular, surrounding the stator end windings Chamber communicates in which the coolant passage channels of the conductors end, so that by the high pressure fan directly at the ends of the conductor ducts in this Chamber a negative pressure is caused by which part of the coolant that is used to Supply to the main cooling system of the machine supplied by the low pressure fan is branched off from the main cooling system and through the coolant passage channels the stator conductor from the the blower opposite ends of the Conductor channels is pulled through to the fan-side ends thereof, and that this partial coolant flow again directly on the outlet side of the high-pressure fan is delivered to the cooler (3) of the main cooling system.

2. Dynamo-electric machine according to claim 1, characterized in that the additional fan (4) consists of a There is a centrifugal fan, which runs in a screw, and a high pressure difference generated.

3. Dynamoelectric machine according to claim 2, characterized in that that the centrifugal fan (4) is annular and next to the axial fan (1) Is arranged so that it substantially surrounds it.

4. Dynamoelectric machine according to claim 2 or 3, characterized in that the one annular chamber (6) of the stator winding heads surrounds the centrifugal fan (4) and is in communication with it through holes (7) in the dead part of the screw. Documents considered: French Patent Nos. 1067 639, 1071766, 1073 945, 1082 691; U.S. Patent Nos. 2,695,368, 2,707,243; "Electrical Engineering", 1954, p. 511, Fig. 7.