DE1143917B

DE1143917B - Groove ventilation on the runner body of a synchronous machine of high performance and very high speed with the winding structure as a Schenkelpollaeufer

Info

Publication number: DE1143917B
Application number: DEL40058A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Bobeck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-09-20
Filing date: 1961-09-20
Publication date: 1963-02-21

Description

Nutenbelüftung an dem Läuferkörper einer Synchronmaschine großer Leistung und sehr hoher Drehzahl mit dem Wicklungsaufbau als Schenkelpolläufer Die Hauptpatentanmeldung beschreibt die Herstellung eines Läuferkörpers für Synchronmaschinen großer Leistung und sehr hoher Drehzahl, wobei die Wicklung den Aufbau der Wicklung eines Schenkelpolläufers hat und der Läuferkörper aus ineinander zentrierten und axial zusammengespannten Platten besteht. Nach der Hauptpatentanmeldung wird der Umfang jeder einzelnen Platte mit Polschäften und Wicklungsnuten vor dem Zusammensetzen des Läuferkörpers aus Walzplatten autogen ausgeschnitten, wobei vorzugsweise die zwischen den Nuten stehenbleibenden Teile der Platte mit kleinerer radialer Abmessung als die Polschäfte ausgeschnitten sind und sich damit zwischen Nutwandung und der vorzugsweise blanken Wicklungsspule ein zur Kühlmittelführung zu nutzender Abstand ergibt. Nur die an den Nutenkeilen und an den Dampferstäben satt anliegenden Flächen des Läuferkörpers werden nach dem Vorschlag der Hauptpatentanmeldung zusätzlich bearbeitet, während die anderen Flächen unbearbeitet bleiben.Groove ventilation on the rotor body of a high-performance synchronous machine and very high speed with the winding structure as salient pole rotor. The main patent application describes the manufacture of a rotor for high-performance synchronous machines and very high speed, the winding being the structure of the winding of a salient pole rotor has and the rotor body from one another centered and axially clamped together Panels is made. According to the main patent application, the scope of each individual plate with pole shafts and winding grooves before assembling the rotor body Rolled plates cut out autogenously, preferably those remaining between the grooves Cut out parts of the plate with a smaller radial dimension than the pole shafts are and thus between the groove wall and the preferably bare winding coil results in a distance to be used for the coolant supply. Only those on the slot wedges and surfaces of the rotor body that lie snugly against the steamer rods are processed the proposal of the main patent application, while the others Surfaces remain unprocessed.

Zwischen der im Grobschnitt aus der Platte autogen ausgeschnittenen Nutenwandung und der seitlich nicht anliegenden, vorzugsweise dort blanken Wicklungsspule besteht ein freier Raum. Dieser kann zweckmäßig zur Führung eines Kühlmittels benutzt werden. Die Einleitung des Kühlmittels in den Läuferkörper kann dabei in beliebiger und an sich bekannter Weise geschehen. Einen vorteilhaften Vorschlag, bei dem die besondere Form des Läuferkörpers zweckentsprechend ausgenutzt wird, gibt der Gegenstand dieses Zusatzpatentes.Between the autogenously cut out of the plate in the rough cut Groove wall and the laterally non-adjacent, preferably bare winding coil there is a free space. This can expediently be used to guide a coolant will. The introduction of the coolant into the rotor body can take place in any and happen in a known manner. An advantageous proposal in which the special shape of the rotor body is appropriately exploited, gives the object of this additional patent.

Gegenstand der Erfindung ist die Nutenbelüftung an dem Läuferkörper von Synchronmaschinen großer Leistung (größer als 50 000 kVA) und sehr großer Drehzahl mit dem Wicklungsaufbau als Schenkelpolläufer, wobei dieser aus ineinander zentrierten und axial zusammengespannten Platten besteht, die durch Ausbrennen der nicht benötigten Teile die erforderliche Polform aufweisen, und wobei vor dem Zusammensetzen des Läuferkörpers zunächst der Umfang jeder einzelnen Platte mit Polschäften und Wicklungsnuten aus Walzplatten im Grobschnitt mittels des an sich bei plattenförmigen Läuferblechen bekannten Verfahrens des autogenen Schneidens ausgeschnitten wird, wobei die Nutbreite gegenüber dem Maß der seitlich nicht anliegenden, vorzugsweise blanken Wicklungsspule um einen zur Kühlmittelführung zu nutzenden Abstand größer bemessen wird, und nur die an den Nutenkeilen und gegebenenfalls an den Dampferstäben satt anliegenden Flächen der Einzelplatten zusätzlich bearbeitet, z. B. gehobelt oder gefräst werden, nach Patentanmeldung L 38334 VIIIbJ21d1, wobei die zwischen den Nuten stehenbleibenden Teile der Platte zur Ausbildung der Polschuhe mit verringerter radialer Abmessung ausgeschnitten sind, die gekennzeichnet ist durch die Anwendung der an sich bei Turbogeneratoren bekannten schaufelartig geformten Nutverschlußkeile oder Nutverschlußkeilteile, wobei die radiale Ausdehnung der schaufelartig geformten Nutverschlußkeile gleich oder kleiner ist als die größte radiale Ausdehnung der Polschäfte und größer ist als die der zwischen den Nuten gelegenen Teile des Läuferkörpers.The subject of the invention is the groove ventilation on the rotor body of synchronous machines with high power (greater than 50,000 kVA) and very high speeds with the winding structure as a salient pole rotor, these being centered in one another and axially clamped together plates, which by burning out the unnecessary Parts have the required pole shape, and before assembling the Runner body initially the circumference of each individual plate with pole shafts and winding grooves from rolled plates in rough cut by means of the plate-shaped rotor plates known method of autogenous cutting is cut out, the groove width compared to the dimension of the laterally not adjacent, preferably bare winding coil is dimensioned larger by a distance to be used for the coolant supply, and only which fit snugly on the slot wedges and, if necessary, on the steamer rods Areas of the individual panels additionally processed, e.g. B. planed or milled, according to patent application L 38334 VIIIbJ21d1, the remaining between the grooves Parts of the plate for forming the pole shoes with reduced radial dimensions are cut out, which is characterized by the application of the per se at Turbo-generators known blade-like shaped slot wedges or slot wedge parts, the radial extent of the blade-like shaped slot wedges being the same or smaller than the greatest radial extent of the pole shafts and larger than that of the parts of the rotor body located between the grooves.

Der Läuferkörper nach der Hauptpatentanmeldung ist in einer besonderen Ausführungsform nicht absolut walzenförmig aufgebaut, sondern die zwischen den Nuten stehengebliebenen Teile der einzelnen Platte werden mit etwas kleinerer radialer Abmessung als die Polschäfte ausgeschnitten. Daraus ergibt es sich, daß die Pole auf dem Umfang des Läufers jeweils leicht erhaben hervorspringen und die dazwischen stehenbleibenden Teile etwas zurücktreten. In Umfangsrichtung gesehen befindet sich jeweils unmittelbar vor und unmittelbar hinter einem Polschaft eine Nut, die die Polwicklung enthält. Läßt man nun den Läufer mit der ihm zugeordneten hohen Drehzahl rotieren, so treten ummittelbar vor und unmittelbar hinter dem erhabenen Polschaft besondere Strömungsverhältnisse dort auf, wo sich jeweils die Nut für die Polwicklung befindet.The rotor body according to the main patent application is in a special one Embodiment not built absolutely cylindrical, but between the grooves The remaining parts of the individual plate become more radial with a slightly smaller size Dimension as the pole shafts cut out. From this it follows that the pole on the circumference of the runner protrude slightly raised and those in between stand back a little for the remaining parts. Seen in the circumferential direction is located in each case immediately in front of and immediately behind a pole shaft a groove that the Contains pole winding. If one now leaves the rotor at the high speed assigned to it rotate, so occur immediately in front of and immediately behind the raised pole shaft special Flow conditions where there is each groove for the pole winding is located.

Die Nut, die sich in Anströmrichtung unmittelbar vor dem Polschaft befindet, liegt daher im Staugebiet der Luft. Diese an sich unerwünschte Wirkung des Staudrucks vor dem Polschaft wird gemäß der Erfindung dazu benutzt; die Kühlluft in verbesserter Form durch die Wicklungsnut zu treiben, wobei die Kühlluft mit an sich bei Turbogeneratoren bekannten schaufelartigen Teilen aufgefangen wird, die in Form des Nutenverschlußkels- erhaben auf dem Umfang des Läuferkörpers in der Wicklungsnut angebracht sind und in den Luftspaltraum hineinragen. Die Kühlluft wird nach Eintritt in die Wicklungsnut mehrfach schraubenförmig um den vorzugsweise blanken Leiter herumgeführt und tritt dann durch eine Öffnung wieder aus, die der Drehrichtung abgewandt ist und gegenüber der Einströmöffnung axial versetzt ist. Diese Ausströmöffnung liegt dabei in dem Bereich, in dem sich der Luftspalt verengt und in dem also damit die Luft eine höhere Geschwindigkeit hat. Dieser Geschwindigkeitsanstieg der Luft relativ zum rotierenden Läuferkörper wird gemäß der Erfindung dazu ausgenutzt, daß die ausströmende Luft unter Ausnutzung einer Ejektorwirkung aus dem Wicklungsraum herausgesaugt-wird.The groove that is in the direction of flow immediately in front of the pole shaft is therefore located in the congestion area of the air. This in itself undesirable effect the dynamic pressure in front of the pole shaft is used according to the invention; the cooling air to drive in an improved form through the winding groove, the cooling air with shovel-like parts known from turbo-generators, which in the form of the Nutenverschlußkels- raised on the circumference of the rotor body in the Winding groove are attached and protrude into the air gap. The cooling air is after entering the winding groove several times helically around the preferably bare conductor and then exits through an opening that the Direction of rotation is turned away and is axially offset with respect to the inflow opening. This outflow opening is in the area in which the air gap narrows and in which therefore the air has a higher speed. This increase in speed the air relative to the rotating rotor body is used according to the invention to that the air flowing out from the winding space using an ejector effect is sucked out.

Die Wicklungsnut, die sich - in Anströmrichtung gesehen - hinter dem erhabenen Polschaft befindet, liegt - strömungsmäßig gesehen - in einer Turbulenzzone. Diese Nut, die sich in Anströmrichtung hinter dem erhabenen Pol befindet, bezieht ihre Kühlluft unmittelbar aus der Wirbelzone in der Luftführung, die sich hinter dem Polschaft ergibt. Die Tendenz der Luft in dieser Wirbelzone ist radial nach der Maschinenmitte zu gerichtet, und auch hier wird durch die schaufelartigen Einströmöfmungen die an sich vorhandene und unerwünschte Tendenz der Luft zum Ausweichen nach der Maschinenmitte hin ausgenutzt, um die Luft in die Wicklungsnut zu zwingen: Je nach Lage der Nut kann es auch zweckmäßig sein, jeweils vor den axial verteilten Lufteintrittsöffnungen keilförmige oder parallele, auf die Lufteintrittsöffnungen hinführende Nuten in: Umfangsrichtung im Polbereich vorzusehen. Die Kühlluft der Nuten, die sich in Anströmrichtung hinter dem Pol befinden, tritt, nachdem sie den blanken Leiter mehrfach umströmt hat, an einer axial versetzten Stelle durch eine schaufelförmige Öffnung, die der Drehrichtung entgegengesetzt angebracht ist, wieder in den Luftspalt der Maschine aus. Hier wird wiederum die Saugwirkung ausgenutzt.The winding groove, which - seen in the direction of flow - behind the raised pole shaft is located - in terms of flow - in a turbulence zone. This groove, which is located behind the raised pole in the direction of flow, relates their cooling air directly from the vortex zone in the air duct, which is behind the pole shaft results. The tendency of the air in this vortex zone is radial towards the center of the machine, and here, too, the blade-like inflow flows the inherent and undesirable tendency of the air to evade after the Used towards the center of the machine to force the air into the winding slot: depending on It can also be expedient to position the groove in front of the axially distributed air inlet openings wedge-shaped or parallel grooves leading to the air inlet openings in: Provide circumferential direction in the pole area. The cooling air of the grooves, which is in the direction of flow behind the pole occurs after it flows around the bare conductor several times has, at an axially offset point through a shovel-shaped opening that the Direction of rotation is opposite, back into the air gap of the machine the end. Here again the suction effect is used.

Mit dem Gegenstand der Erfindung werden die an sich bekannten mit Lufteintritts- bzw. -ausgangsöffnungen versehenen Nutkeile in zweckmäßiger Weise eingesetzt, indem die besonderen Strömungsverhältnisse bei dieser Maschine ausgenutzt werden.With the subject matter of the invention are known per se with Air inlet and outlet openings provided slot wedges in an expedient manner used by taking advantage of the special flow conditions in this machine will.

Die Figur erläutert den Gegenstand der Erfindung. Mit 1 ist der aus Platten zusammengesetzte Läuferkörper bezeichnet. Die Erregerwicklung 2 liegt vorzugsweise blank in den Nuten 3, wobei sich zwischen der autogen ausgeschnittenen Nutwandung und der vorzugsweise blanken Erregerwicklung Zwischenräume ergeben. 5 ist der Polschaft der Synchronmaschine, und im Gegensatz zu an sich bekannten Synchronmaschinen mit ausgeprägten Polen befinden sich hier zwischen zwei Polen Teile 4 des Läuferkörpers mit kleinerer radialer Abmessung als die Pole 5. Die Wicklungsnuten sind mit an sich bekennten Nutverschlußkeilen verschlossen, wobei diese Keile in ebenfalls an sich bekannter Weise schaufelartig geformt sind. Die Nutverschlußkeile sind mit 6 bezeichnet. Jeder Nutverschlußkeil kann in an sich bekannter Weise auch aus mehreren Teilen bestehen. Die radiale Ausdehnung der schaufelartigen Teile mit den Lufteintritts- bzw. Luftaustrittsöffnungen soll dabei zwischen dem radialen Maß des Teiles 4 und dem des Polschaftes 5 liegen.The figure explains the subject matter of the invention. With 1 it is over Plates called composite rotor bodies. The excitation winding 2 is preferably located blank in the grooves 3, with between the autogenously cut groove wall and the preferably bare field winding result in gaps. 5 is the pole shaft the synchronous machine, and in contrast to synchronous machines known per se with pronounced poles are located here between two poles parts 4 of the rotor body with a smaller radial dimension than the poles 5. The winding slots are also on avowed slot wedges closed, these wedges in also on are shaped like a shovel in a known manner. The slot wedges are with 6 designated. Each slot wedge can also consist of several in a manner known per se Share exist. The radial expansion of the blade-like parts with the air inlet or air outlet openings should be between the radial dimension of the part 4 and that of the pole shaft 5 lie.

Die angenommene Drehrichtung des Läuferkörpers 1 ist mit dem Pfeil bezeichnet. Bei der in Drehrichtung vor dem Pol 5 liegenden Nut 3 a ergibt sich beint Anströmen ein Staudruck, der durch den Polschaft 5 erzeugt wird. Dieser Staudruck wird zum Einleiten der Kühlluft ausgenutzt, die in der Wicklungsnut in der Form umläuft, wie es die Pfeile angeben. Innerhalb der Nut ist ein mehrfaches schraubenförmiges Umströmen des blanken Wicklungsteiles zweckmäßig. Einströmteil und Ausströmteil der Nutverschlußkeile sind dabei zweckmäßig axial gegeneinander versetzt. Infolge der Geschwindigkeitserhöhung der Strömung im Luftspalt vor dem Pols ergibt sich in Strömungsrichtung hinter dem Nutkeilteil6, das den schaufelartigen Teil für die Ausströmöffnung trägt, eine Ejektorwirkung; so daß die verbrauchte Kühlluft zusätzlich aus der Wicklungsnut herausgesaugt wird.The assumed direction of rotation of the rotor body 1 is indicated by the arrow designated. In the case of the groove 3 a lying in front of the pole 5 in the direction of rotation, this results If there is a flow against it, a dynamic pressure which is generated by the pole shaft 5. This back pressure is used to introduce the cooling air that is in the winding groove in the mold runs around as indicated by the arrows. Inside the groove is a multiple helical one Flow around the bare winding part is expedient. Inflow part and outflow part the slot wedges are expediently axially offset from one another. As a result the increase in velocity of the flow in the air gap in front of the pole results in the direction of flow behind the groove wedge part 6, which is the shovel-like part for the Discharge port carries an ejector effect; so that the used cooling air additionally is sucked out of the winding groove.

Die Wicklungsnut 3 b liegt hinter dem Pol 5 in einer Wirbelzone, die sich durch den erhabenen Polschaft im Luftspalt ergibt. In Strömungsrichtung hinter dem Pol 5 hat die Luft im Luftspalt eine Tendenz nach der Maschinenmitte zu, und diese Tendenz der Strömungsluft wird in der Wicklungsnut 3 b dazu ausgenutzt, die Kühlluft in verbesserter Weise in diese Wicklung hineinzufördern. Die Pfeile geben auch hier den Strömungsverlauf an. Auch hier soll die Kühlluft den Leiter zweckmäßig mehrfach schraubenförmig umströmen, um dann an der Ausströmöffnung, die vorzugsweise axial gegen die Einströmöffnung versetzt ist, wieder in den Luftspalt abzuströmen.The winding groove 3 b is behind the pole 5 in a vortex zone that results from the raised pole shaft in the air gap. Behind in the direction of flow the air in the air gap has a tendency towards the center of the machine towards pole 5, and this tendency of the flow air is used in the winding groove 3 b to the To convey cooling air into this winding in an improved manner. Give the arrows here, too, the course of the flow. Here, too, the cooling air should expediently pass the conductor Flow around helically several times, to then at the outflow opening, which is preferably is axially offset from the inflow opening to flow back into the air gap.

Eine Verbesserung kann beim Einströmen der Kühlluft in die Wicklungsnut 3 b auch noch dadurch erzielt werden, daß der Polschaft 5 vor dieser Wicktungsnut 3 b mit keilförmigen oder parallelflankigen Nuten 7 versehen wird; die die Luft auf die Einströmöffnung der Wicklungsnut 3 b hin zwingen.An improvement can be made when the cooling air flows into the winding groove 3 b can also be achieved in that the pole shaft 5 in front of this winding groove 3 b is provided with wedge-shaped or parallel-flanked grooves 7; which the air force on the inflow opening of the winding groove 3 b.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Groove ventilation on the rotor body of synchronous machines high power (greater than 50,000 kVA) and very high speed with the winding structure as a salient pole rotor, which consists of centered and axially clamped together Plates are made by burning out the parts that are not required Have pole shape, and before assembling the rotor body first of all Circumference of each individual plate with pole shafts and winding grooves made from rolled plates in a rough cut using the method known per se for plate-shaped rotor sheets of the oxy-fuel cutting is cut out, with the groove width compared to the Measure of the laterally non-adjacent, preferably bare winding coil by one the distance to be used to guide the coolant is larger, and only those that fit snugly on the slot wedges and, if necessary, on the damper rods Areas of the individual panels additionally processed, e.g. B. planed or milled, according to patent application L 38334 VIII b! 21 dl, the remaining between the grooves Parts of the plate for forming the pole shoes with reduced radial dimensions are cut out, characterized by the application of the per se in turbo-generators known blade-like shaped slot wedges or slot wedge parts (6), the radial extent of the blade-like shaped slot wedges being the same or is smaller than the largest radial extent of the pole shafts (5) and larger is than that of the parts (4) of the rotor body (1) located between the grooves.

2. Groove ventilation according to claim 1, characterized in that the groove locking wedges or slot wedge parts (6) shaped like a shovel and close to the pole shaft (5) are arranged that in the direction of rotation in front of the pole shaft (5) there in the air gap Occurring backlog of the cooling gas for collection and that occurring over the pole shaft Ejector is used to blow out the cooling gas of the winding groove.

3. Groove ventilation according to claims 1 and 2, characterized in that the entry of the Cooling gas into the blade-like shaped slot wedges or slot wedge parts (6) in the direction of rotation behind the pole shafts (5) by preferably wedge-shaped and on the air inlet blades of the slot wedges leading grooves (7) in the Pole is enforced.