DE1089056B - Gasgekuehlter Rotor fuer eine Synchron-maschine mit ausgepraegten Polen - Google Patents

Description

• Gasgekühlter Rotor für eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen Die Wasserstoffkühlung wurde schon vor einigen Jahrzehnten bei rotierenden Phasenschiebern mit Erfolg angewendet. Der Wasserstoff ermöglichte vor allem eine bemerkenswerte Herabsetzung der Ventilationsverluste. Gleichzeitig sind durch die günstigen thermischen Eigenschaften des Wasserstoffes bessere Kühlungsverhältnisse erreicht worden. Man hat gerade bei Phasenschiebern. die Wasserstoffkühlung zuerst angewendet, weil man bei .dieser Maschinenart keine 'Wellendurchführung benötigt und infolgedessen das Problem der Abdichtung nicht besteht.
• Durch die günstigen Ergebnisse bei Phasenschiebern angeregt, hat man später auch gasdichte Wellendurchführungen entwickelt und konnte damit die Wasserstoffkühlung mit Erfolg bei Turbogeneratoren anwenden. Die ersten Maschinen dieser Art arbeiteten mit einem Wasserstoffdruck von 350 mm WS. Bald erkannte man aber, daß man den Kühleffekt steigern konnte, wenn man den Druck auf 1 atü und noch mehr erhöhte. In der schnellen Weiterentwicklung dieser Technik ging man schließlich dazu über, das Wasserstoffgas direkt mit dem blanken Kupfer in Berührung zu bringen; man erzielte damit, insbesondere bei Hohlleiterwicklungen, eine abermalige sehr erhebliche Steigerung der Kühlwirkung, und es ergab sich die Möglichkeit einer weitergehenden Erhöhung der Maschinenausnutzung.
• Diese letzte Stufe der Entwicklung von Turbogeneratoren hat man bisher bei Phasenschiebern in Einzelpolausführung noch nicht angewendet, man hat sich vielmehr damit begnügt, den Gasdruck gegen.-über den ersten Ausführungen zu erhöhen. Die beim Phasenschieber besonders stark belasteten Polradspulen sind gewöhnlich mit blanker Kupferoberfläche ausgeführt; man kann also hier ohne weiteres schon von direkter Kupferkühlung sprechen. Ein Mangel dieser. Kühlung der Polradspulen ist jedoch darin begründet, daß die Oberfläche der Spulen im Verhältnis zu den abzuführenden Verlusten relativ klein ist.
• Es liegt deshalb der Gedanke nahe, auch bei Polwicklungen Hohlkupfer zu verwenden; dem stellen sich aber einige Schwierigkeiten entgegen.
• Zunächst ist festzuhalten, daß die Maschinen mit Einzelpolen in der Drehzahl wesentlich niedriger liegen als der Turbogenerator und daher der in der radialen Wicklungshöhe entstehende zentrifugale Druck nicht ausreicht, um die engen Kanäle mit einer genügenden Gasmenge je Zeiteinheit zu versorgen. Es ist deshalb notwendig, den Gasdruck durch besondere konstruktive Maßnahmen zu erhöhen.
• Eine weitere Schwierigkeit bei der Verwendung von innengekühlten Leitern besteht darin, daß die üblicherweise angewendeten Kupferquerschnitte der hochkant gewickelten Spulen die Anordnung von Hohlkanälen nicht ohne weiteres ermöglichen. Die Leiter sind meistens breit und flach, z. B. 70 X 4 mm?, und Hohlkanäle können in einem Leiter mit solchen Dimensionen nicht hergestellt werden..
• Ferner ist es bei gasgekühlten Rotoren für Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen bekannt, Kühlluft unter Überdruck durch Kühlkanäle zu führen, die parallel zur Achse des Rotors liegen. Die Kühlluft kommt mit der Kupferwicklung nur an ihrer Oberfläche in Berührung, was keine besondere intensive Abkühlung und Ableitung der Erregerverlustwärme mit sich bringt.
• Diese Nachteile werden durch die Erfindung behoben. Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Rotor für eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen, bei denen unter Überdruck Kühlgas durch achsparallele Kühlkanäle der Polwicklung geführt wird.
• Die Erfindung besteht darin, daß die längsseitig der Pole achsparallel verlaufenden Kühlkanäle der Polspulenleiter als allseitig vom Kupfer umschlossene Hohlkanäle ausgebildet sind, die in der Rotormitte in radiale, in Umfangsrichtung weisende Querkanäle übergehen, und daß das Kühlgas für die Polspulen an den Stirnseiten der Pole unter Überdruck in die Kühlkanäle der Polspulenleiter eintritt und in der Mitte der Längsseite der Polspulen aus den Ouerkanälen in radialer Richtung wieder austritt. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen folgendes Fig. 1 die Ansicht eines Pols mit der Erregerwicklung, Fig. 2 einen Pol in Richtung der Rotorachse in Ansicht und Schnitt, Fig. 3 einen Schnitt senkrecht zur Windungsebene, Fig. 4 den Schnitt durch zwei Längsleiter.
• In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 den Rotorkörper einer wasserstoffgasgekühlten Synchronmaschine; 2 ist ein ausgeprägter Pol. Auf dem Pol ist die Erregerwicklung 3 angebracht. Die längsseits der Pole liegenden Leiter 4 sind flach und von z. B. 70 X 4 mm2 Querschnitt. Diese Leiter weisen parallele Längsrillen 5 auf. In der Rotormitte I'11-117 gehen diese Rillen von der Stirnseite herkommend in einem Bogen in die Querrillen 5a (Fig. 3) über. Diese Querrillen führen in der Umfangsrichtung an der Längsseite ins Freie. Durch diese Rillenform wird erreicht, daß das Kühlgas, welches an den Stirnseiten 6 unter Überdruck in die Rillen eintritt, in der Mitte M-1lFI der Längsseiten der Polspulenleiter aus den Querrillen 5 a wieder austritt. Dabei erfolgt eine intensive Abkühlung der Polspulenleiter 4. Zur Erzeugung eines Überdruckes an der Stirnseite 6 der Pole sind Verschalungen 7 vorgesehen. Diese Verschalungen sind radial liegende Gaszuführungen, die mit Abdichtungen 8 gegen die Außenfläche der Erregerwicklung 3 und die Polkappen 2a abgedichtet sind. Unter der Zentrifugalwirkung der Rotation tritt das Kühlgas durch die einwärts liegenden Öffnungen 7a der Verschalungen ein und strömt unter gleichzeitiger Verdichtung infolge der Zentrifugalkraftwirkung in den stirnseitigen Raum 6 der Verschalungen ein.
• Um eine hohe Zentrifugalwirkung zu erreichen, muß die Länge r der Verschalungen. größer sein als die Höhe der Erregerspule. Vom Raum 6 strömt das Gas in die Rillen 5 ein. Die längs der Spule liegenden Stableiter 4 sind an den Stirnseiten über eingelötete gerade Querleiter 9 zu Windungen verbunden. Eine Windung der Polspulenwicklung besteht somit aus je vier durch Lötung verbundene Leiter 9 -I- 4 -f- 9 + 4.
• Die längsseitig am Pol liegenden Leiterteile 4 (Fig. 4) weisen die Luftführungsrillen 5 auf; während die stirnseitigen Leiter vom umgebenden Kühlgas an der Oberfläche gekühlt werden. Die längsliegenden Leiter geben ihre Verlustwärme an das -durch die Rillen unter Überdruck strömende Gas ab.
• Zur Erhöhung der Gasdurchströmgeschwindigkeit können in der Mitte M-.11 der längsseits liegenden Leiter gasdichte und radial liegende zusätzliche Verschalungen angebracht werden. In der Fig. 3 sind solche Verschalungen 10 dargestellt; sie sind gegen die Wand der Erregerwicklung abgedichtet. Durch diese Verschalungen wird eine zusätzliche radial gerichtete Strömung des aus den Rillen der Leiter austretenden Kühlgases an die Rotoroberfläche erhalten. Unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte wird dadurch die Kühlgasströmung durch die Kanäle verstärkt.
• Infolge der Luftführung durch die Leiter und unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte ergibt sich eine intensive zusätzliche Abkühlung der Erregerwicklung, was besonders bei wasserstoffgekühlten Synchronphasenschebern mit ausgeprägten Polen von besonderem Vorteil ist. Es kann damit eine bei solchen Maschinen erforderliche erhöhte Erregung erreicht werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasgekühlter Rotor für eine Synchronmaschine mit ausgeprägten Polen, bei denen unter Überdruck Kühlgas durch achsparallele Kühlkanäle der Polwicklung geführt wird, dadurch gekennzeichnet; daß die längsseitig der Pole achsparallel verlaufenden Kühlkanäle der Palspulenleiter als allseitig vom Kupfer umschlossene Hohlkanäle ausgebildet sind; die in der Rohrmitte in radiale, in Umfangsrichtung weisende Querkanäle übergehen, und daß das Kühlgas für die Polspulen an den Stirnseiten der Pole unter Über-. druck in die Kühlkanäle der Pölspulenleiter eintritt und in der Mitte der Längsseite der Polspulen aus den Querkanälen in radialer Richtung wieder austritt.
2. 2. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der Pole gasdichte, radial liegende Verschalungen vorgesehen sind, welche eine radial gerichtete Führung des Kühlgases und Umlenkung desselben in die Kühlkanäle ermöglichen, wobei die radiale Länge größer als die Wicklungshöhe ist.
3. 3. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Polspulen aus vier zusammengelöteten Leiterteilen bestehen, wobei die längsseits am Pol liegenden Leiterteile die Kühlkanäle aufweisen.
4. 4. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in: der Mitte der längsseits liegenden Leiter gasdichte, radial liegende Verschalung-en vorgesehen sind, welche eine radial gerichtete Führung des aus den Kanälen der Leiter ausströmenden Kühlgases an die Rotoroberfläche ermöglichen.
5. 5. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei aufeinanderliegende Leiter Rillen aufweisen, welche spiegelbildlich zueinander liegen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 172 336, 178 8.72, 488., 211489, 718 358., 864 898.