DE1011048B

DE1011048B - Cooling of the rotor conductors in dynamo-electric machines

Info

Publication number: DE1011048B
Application number: DEM20871A
Authority: DE
Inventors: William Norman Kilner
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1952-12-02
Filing date: 1953-11-19
Publication date: 1957-06-27
Also published as: CH323125A

Description

Kühlung der Rotorleiter bei dynamoelektrischen Maschinen Die Erfindung betrifft die Kühlung der Rotorleiter bei dynamoelektrischen Maschinen und insbesondere der Rotorleiter bei großen Wechselstromgeneratoren mit Turbinenantrieb.Cooling of the rotor conductors in dynamo-electric machines The invention relates to the cooling of the rotor conductors in dynamo-electric machines and in particular the rotor conductor in large turbine-powered alternators.

Bekanntlich ist das mit einer Erhöhung der Leistung verbundene Ansteigen der Temperatur einer der wichtigsten Faktoren, welcher die Leistung großer dynamoelektrischer Maschinen, insbesondere von Wechselstromerzeugern, mit Turbinenantrieb, begrenzt. Dieser Temperaturanstieg ist wiederum von dem Maß abhängig, in dem die schädliche Wärme abgeführt wird. Der den zulässigen Grenzwert darstellende Temperaturanstieg ist naturgemäß durch den Temperaturanstieg irgendeines der einzelnen. Bauteile oder Bestandteile bestimmt. Bei der üblichen Kühlung, bei der z. B. Luft durch die Maschine geblasen wird, werden zwar die Außenflächen der Kerne gekühlt, jedoch ist die Kühlung der innenliegenden Teile, z. B. der eingebetteten Abschnitte der Leiter selbst, häufig unzureichend.As is well known, this is an increase associated with an increase in performance The temperature is one of the most important factors affecting the performance of large dynamoelectric Machines, especially those of alternating current generators, with turbine drives. This rise in temperature is in turn dependent on the extent to which the harmful Heat is dissipated. The temperature rise representing the allowable limit is naturally due to the rise in temperature of any one of them. Components or Components determined. In the usual cooling, in the z. B. Air through the machine is blown, the outer surfaces of the cores are cooled, but the cooling is the internal parts, e.g. B. the embedded sections of the ladder itself, often insufficient.

Es sind bereits verschiedene Kühlanordnungen bekanntgeworden, um den Kühlgasstrom auch mit den weiter innen gelegenen Bauteilen, insbesondere den Rotorleitern, in Berührung zu bringen. Zu diesem Zweck werden in einem Falle die Leiter innerhalb der Nut an den Längsseiten der Nut angeordnet, so daß ein freier Zwischenraum zwischen, den Leitern entsteht, durch den der Kühlgasstrom in direkter Berührung mit der Oberfläche der Leiter fließen kann. Diese Anordnung ist relativ kompliziert, und es müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um die den starken Beschleunigungskräften ausgesetzten Leiter in ihrer Lage zu sichern. Außerdem steht der Kühlstrom nur mit einer relativ kleinen Fläche der Leiter in Verbindung. Es ist auch schon bekannt, als Leiter Rohre zu verwenden, die gleichzeitig zur Kühlgasleitung dienen, wobei die Leiter mit seitlichen, Bohrungen für den Kühlgaseintritt versehen sind. Eine solche Anordnung setzt aber die Herstellung besonderer Rohre voraus, aus denen dann die Leiter gebildet werden. Die Herstellung solcher Rohre ist wesentlich teurer als die der üblicherweise verwendeten Leiterprofile. Dazu kommt noch, daß die Rohre nach Fertigstellung der Leiter an den entsprechenden Stellen angebohrt werden müssen. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher zusätzlicher Arbeitsaufwand und damit eine weitere Verteuerung in der Herstellung der Maschine. Das gleiche gilt auch für eine andere bekannte Ausführung eines Kühlgassystems. Bei diesem System sind die Leiter paketartig aufeinander gepackt, wobei das unter Druck stehende Kühlgas an den Endbögen in radialer Richtung in den rechteckigen Hohlraum des innersten Leiters eintritt und von diesem durch entsprechende radiale Verbindungskanäle in die weiter außen gelegenen Leiter gelangt. Bei dieser Anordnung tritt zusätzlich der Nachteil auf, daß die in den einzelnen Hohlleitern vorgesehenen radialen Offnungen mit den entsprechenden Öffnungen der benachbarten Leiter fluchten müssen, um die Verbindungskanäle zu bilden.There are already various cooling arrangements are known to the Cooling gas flow also with the components further inside, in particular the rotor conductors, to bring in touch. For this purpose, in one case the ladder is inside the groove arranged on the long sides of the groove, so that a free space between, The conductors are created through which the cooling gas flow is in direct contact with the surface the ladder can flow. This arrangement is relatively complicated and must be Special precautions are taken to counteract the strong acceleration forces to secure exposed conductors in their position. In addition, the cooling flow is only with a relatively small area of the conductor in connection. It is already known to use pipes as a conductor, which simultaneously serve for the cooling gas line, whereby the conductors are provided with lateral holes for the cooling gas inlet. One but such an arrangement requires the manufacture of special tubes, from which then the conductors are formed. The production of such pipes is much more expensive than that of the commonly used ladder profiles. In addition, the pipes after completion of the ladder must be drilled in the appropriate places. This results in a considerable additional amount of work and thus a further increase in the cost of manufacturing the machine. The same goes for a another known type of cooling gas system. In this system, the leaders are Packed like a packet on top of one another, with the pressurized cooling gas at the end sheets enters the rectangular cavity of the innermost conductor in the radial direction and from this through corresponding radial connecting channels into the further outside located ladder. This arrangement also has the disadvantage that the radial openings provided in the individual waveguides with the corresponding Openings in the adjacent conductors must be aligned in order to form the connecting channels.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei dynamoelektrischen Maschinen, bei denen mindestens die Endbögen und vorzugsweise auch die innerhalb der Nuten liegenden Teile, der Hohlleiter rechteckigen, Querschnitt aufweisen und die auf diese Weise gebildeten Längskanäle an den sich radial erstreckenden Seitenflächen der Endbögen Einlaßöffnungen aufweisen, ein Kühlsystem zu schaffen, welches die obenerwähnten Nachteile vermeidet und besonders leicht und billig herzustellen ist.It is the object of the invention in dynamo-electric machines at which at least the end bends and preferably also those lying within the grooves Parts, the waveguide rectangular, have cross-section and made in this way formed longitudinal channels on the radially extending side surfaces of the end arches Have inlet ports to provide a cooling system which includes those mentioned above Avoids disadvantages and is particularly easy and cheap to manufacture.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeder Leiter einer dynamoelektrischen Maschine der beschriebenen, Art aus zwei U-förmigen, in der Weise aufeinandergelegten Bauteilen besteht, daß zwischen diesen ein in Längsrichtung verlaufender Kanal gebildet wird, und daß die U-förmigen Bauteile in ihren Seitenflächen Ausnehmungen aufweisen, welche die Einlaßöffnun,gen für den Kühlgasstrom bilden.This object is achieved according to the invention in that each conductor a dynamo-electric machine of the type described, consisting of two U-shaped, in the way there is stacked components that between them in the longitudinal direction running channel is formed, and that the U-shaped components in their side surfaces Have recesses which form the inlet openings for the cooling gas flow.

Bei dem Kühlgas kann es sich um Luft, Wasserstoff oder ein anderes Kühlgas handeln.The cooling gas can be air, hydrogen or another Act cooling gas.

Die Erfindung wird im folgenden, an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 ist ein radialer Längsschnitt, der entlang der Linie I-I in Fig. 2 durch eine Wicklungsnut eines Rotors gelegt ist und die Konstruktion am Ende des Kerns zeigt; die innenliegenden Teile der Leiter sind ebenfalls im Schnitt dargestellt, um die Anordnung deutlicher erkennbar zu machen; Fig. 2 ist eine längs der Linie II-II in Fig. 1 gelegter Schnitt durch eine der Wicklungsnuten; Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung der freiliegenden Endbögen der Wicklung; Fig. 4 und 5 ähneln, Fig. 3 und zeigen, abgeänderte Ausführungsformen der Endbögen.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using several exemplary embodiments. Fig. 1 is a radial longitudinal section taken along the line I-I in Fig. 2 through a winding groove of a rotor and showing the construction at the end of the core; the inside Parts of the ladder are also shown in section to make the arrangement clearer to make recognizable; FIG. 2 is a section taken along the line II-II in FIG through one of the winding slots; Figure 3 is a perspective view of the exposed End arcs of the winding; Figures 4 and 5 are similar to Figure 3 and show modified embodiments of the end bends.

Gemäß Fig. 1 befinden sich in jeder Nut vier Leiter, die mit den Buchstaben A, B, C und D bezeichnet sind. Jeder Leiter besteht aus zwei U-förmigen Bauteilen 1 und 2, die so aufeinandergelegt sind, daß zwischen ihnen ein in Längsrichtung verlaufender Kanal 3 entsteht. Die einzelnen Leiter sind durch Isolationsstreifen 4 innerhalb und außerhalb der Nuten voneinander getrennt. Keile 5 aus Metall halten die Leiter in den Nuten fest.According to FIG. 1, there are four conductors in each groove, starting with the letters A, B, C and D are designated. Each ladder consists of two U-shaped components 1 and 2, which are placed one on top of the other so that a longitudinal direction between them running channel 3 is created. The individual conductors are through insulation strips 4 separated from each other inside and outside the grooves. Hold metal wedges 5 the ladder firmly in the grooves.

In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszahlen 6 zu beiden Seiten der Nut liegende Zähne. Die Bezugszahl 8 kennzeichnet den Hauptrotorkern; die tieferliegende Nut, die sich als Längskanal unter der Hauptnut erstreckt, ist mit 9 bezeichnet. Es sind radiale Austrittskanäle 10 (Fig. 1) vorgesehen, die sich in bestimmten Abständen (bezogen auf die Längsachse des Kerns) in jeder Nut durch die Leiter hindurch erstrecken. Zum Zuführen von Gas zu den Leiterkanälen 3 dienen Eintrittsöffnugen 11, die in den Seitenflächen der die freiliegenden Endbögen, bildenden Leiterabschnitte vorgesehen sind. Das Gas durchströmt die Kanäle 3 und verläßt sie durch die radialen Austrittskanäle 10; zusätzlich wird Gas in die Enden der tieferliegenden Nuten 9 eingeleitet, und dieses Gas tritt ebenfalls durch die Austrittskanäle 10 aus. Gemäß Fig. 1, die das Ende des Rotors zeigt, sind die beiden dem Ende zunächst liegenden Austrittskanäle 10 durch einen Isolierstreifen 12 von den, tieferliegenden Nuten getrennt, während für den übrigen Teil der Nut 9 Öffnungen 13 in den Isolierstreifen 12 eingeschnitten sind, so daß hier das Gas aus den tieferliegenden Nuten 9 durch die Kanäle 10 austreten kann.In Fig. 2, the reference numerals 6 designate lying on both sides of the groove Teeth. Reference numeral 8 denotes the main rotor core; the deeper groove, which extends as a longitudinal channel under the main groove is denoted by 9. There are radial outlet channels 10 (Fig. 1) are provided, which are at certain intervals (based on the longitudinal axis of the core) extend through the conductors in each groove. To supply gas to the conductor channels 3, inlet openings 11 are used, which are shown in FIG the side surfaces of the exposed end arcs forming conductor sections are. The gas flows through the channels 3 and leaves them through the radial outlet channels 10; in addition, gas is introduced into the ends of the deeper grooves 9, and this gas also emerges through the outlet channels 10. According to Fig. 1, which The end of the rotor shows the two outlet channels closest to the end 10 separated by an insulating strip 12 from the deeper grooves, while for the remaining part of the groove 9 openings 13 cut into the insulating strip 12 are so that the gas from the deeper grooves 9 escape through the channels 10 here can.

Die Bezugszahlen 14 und 15 bezeichnen die normalen Endringe des Rotors, während 16 eine Einlaßöffnung für den Luftstrom ist, der in die tieferliegende Nut 9 und in die Einlaßöffnungen 11 übertritt. Um das Gas durch die tieferliegende Nut strömen zu lassen, kann beispielsweise auf der Rotorwelle ein Gebläse vorgesehen sein. Gegebenenfalls können an den Endabschnitten der Leiter senkrechte Kanäle vorgesehen sein, um weitere Eintrittsöffnungen für Gas neben den seitlichen Öffnungen 11 zu schaffen.The reference numerals 14 and 15 denote the normal end rings of the rotor, while 16 is an inlet port for the air flow entering the deeper groove 9 and into the inlet openings 11 passes. To the gas through the deeper groove To let flow, a fan can for example be provided on the rotor shaft be. If necessary, vertical channels can be provided at the end sections of the conductors be to further inlet openings for gas next to the side openings 11 create.

Um die Darstellung zu vereinfachen, zeigen die Figuren in jeder Nut nur vier Leiter; bei tatsächlich ausgeführten Konstruktionen werden normalerweise erheblich mehr Leiter verwendet.To simplify the illustration, the figures point in each groove only four conductors; in actual designs, usually considerably more conductors are used.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten Endbögen, bei denen außer, den Längskanälen 3 und den seitlichen Öffnungen 11 in den Leitern in an sich bekannter Weise radiale Öffnungen 17 vorgesehen sind. Diese erstrecken sich durch den ganzen Stapel von Leitern, mit Ausnahme des in radialer Richtung zuäußerst liegendem oberen Teils des äußeren Leiters.FIG. 4 shows a modified embodiment of that shown in FIG End bends, in which, besides, the longitudinal channels 3 and the side openings 11 in The conductors are provided with radial openings 17 in a manner known per se. These extend through the whole stack of conductors, with the exception of the radial one Direction of the outermost upper part of the outer conductor.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 liegen die radialen Kanäle 17 jeweils in einer Ebene mit den seitliche Öffnungen 11.In the arrangement according to FIG. 4, the radial channels 17 are each located in a plane with the side openings 11.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der die radialen Kanäle 17 gegenüber den Öffnungen 11 versetzt sind, jedoch mit letzteren über die dazwischenliegenden, Abschnitte der Längskanäle 3 in Verbindung stehen.Fig. 5 shows a modified embodiment in which the radial Channels 17 are offset from the openings 11, but with the latter on the intermediate sections of the longitudinal channels 3 are in communication.

Claims

Claim: Dynamoelectric machine in which at least the end bends and preferably also the parts of the conductors lying within the groove are designed with a rectangular cross-section and with longitudinal channels for cooling gas and the longitudinal channels have inlet openings on the radially extending side surfaces of the end bends, characterized in that Each conductor consists of two U-shaped components (1 and 2) placed one on top of the other in such a way that a longitudinal channel (3) is formed between them, and that the U-shaped components (1 and 2) have recesses in their side surfaces ; which form the inlet openings for the cooling gas flow. Documents considered: German Patent No. 309 421; French Patent Nos. 844 786, 895 448; U.S. Patent No. 2,221,567 ; "The Engineer", 1952, p. 528.