Flüssigkeitsgekühlter Turborotor für Die Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeits gekühlten Turborotor für Wechselstromgeneratoren.
Wie bekannt, weisen Rotoren dieser Art z. B. eine aus Hohlleitern aufgebaute Rotorwicklung auf, die iib.-r Kanäle im Rotorkörper mit -einem ortsfesten Eingang bzw. Ausgang für ein flüssiges Kühlmittel verbunden ist. Als Kühlmittel wird z. B. das Kon densat einer Dampfturbine verwendet, das mit einem den Rotor enthaltenden Turbogenerator gekuppelt ist.
In der Regel fliesst das Kühlmittel oder Kondensat in parallel geschalteten Gruppen von Hohlleitern der Rotorwicklung, die mit den Kanälen im Rotorkörper curch gelötete Dreiwegrohrstutzen in Wickelköpfen der Rotorwicklung und durch lö5bare Rohrverbin dungen zwischen-den mittleren Zweigen der Dreiwe- rohrstutzen und den Kanälen verbunden ist.
Die Rohrverbindungen müssen dabei zwecks Verhütung von Kühlmittelsickerungen abgedichtet und zwecks Vermeidung von Kurzschlüssen der Rotorwicklung durch den Rotorkörper von diesem zuverlässig isoliert sein.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Rohrver bindungen zwischen benachbarten Wickelköpfen der Rotorwicklüng anzubringen, wobei dann sowohl die Wickelköpfe wie auch die Rohrverbindungen in Wik- kelkopfräumen vorgesehen sind, die bei anders gear teten Rotoren lediglich die Wickelköpfe umschliessen. Wie bekannt;
. sind derartige Wickelkopfräume am Umfan- durch dicht anliegende Kappen begrenzt, deren Entfernen umständlich und doch unvermeid lich ist, wenn die Abdichtung und Isolierung der in den Wickelkopfräumen befindlichen Rohrverbindun- -en überprüft oder überholt werden sollen.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Schwierigkeit.
Demgemäss betrifft die Erfindung einen flüssig- keitsgekühlten Turborotor für Wechselstromgenera toren, mit einem Roto.rkörper mit einer zum Teil in Wickelkopfräumen angebrachten Rotorwicklung aus hohlen Leitern und mit einem aus Kanälen im Rotor körper und aus der Roto-rwicklung bestehenden Kühl leitsystem, "wobei die hohlen Leiter der Rotorwick- lung durch Rohrverbindungen mit den Kanälen im Rotorkörper verbunden sind.
Gemäss der Erfindung sind nun. die Rohrverbindungen ausserhalb der Wik- kelkopfräume des Rotors angebracht.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist dabei eine Seitenansicht eines Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemässen Rotors.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt gemäss der Linie II=II der Fig. 5.
Fig. 3 und 4 stellen Querschnitte von beispiels weisen Hohlleitern, :aus denen die Rotorwicklung des Rotors aufgebaut ist, in grösserem Massstab dar.
Fig. 5 ist ein Querschnitt gemäss der Linie V-V der Fig. 2.
Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Fig. 5 in grösserem Massstab.
Fig. 7 und 8 stellen Einzelheiten der Ffg. 2 in grösserem Massstab dar.
Fig. 9 zeigt eine Einzelheit der Fig. 5 in grösserem Massstab.
Fig. 10 ist die Vorderansicht einer Einzelheit der Fig. 2.
Fig. 11 stellt einen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung dar.
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung des Rotorkörpers und der Rotorwicklung des Ausfüh- rungsbeispieles gemäss Fig. 11.
Fig. 13a und 13b zeigen Wicklungsdiagramme des - Ausführungsbeispielen gemäss Fig. <B>11</B> und 12. Fig. 14 stellt einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung dar.
Fig. 15 ist die perspektivische Darstellung des Rotorkörpers und der Rotorwicklung des Ausfüh- rungsbeispieles gemäss Fig. 14.
Fig. 16a und 16b zeigen Wicklungsdiagramme des Ausführungsbeispieles gemäss Fig. 14 und 15. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen wei sen auf ähnliche Einzelheiten hin.
In der Zeichnung stellt Fig. 1 einen zylindrischen Rotorkörper 20 mit einem mittleren Toll 20a von grösserem Durchmesser und, mit seitlichen Teilen 20b bzw. 20c von geringerem Durchmesser dar.
Die seitlichen Teile 20b bzw. 20c enthalten Wel lenzapfen<I>201</I> bzw. .20e, mittels welcher der Rotor in Lagern eines nicht dargestellten Stators gelagert werden kann. .. ..
Ein Ende 20f - des Rotorkörpers 20 kann durch eine Kupplung mit einer Welle 21 einer nicht dar gestellten Dampfturbine . gekuppelt werden, wobei Glieder der Kupplung mit 22a und 22b bezeichnet sind. Das andere Ende 20g des Rotors trägt Kollek- torringe 23a und 23b. Dieses Ende kann in an sich bekannter Weise an einen ortsfesten Eingang 24 und an einen ortsfesten Ausgang 25 für ein flüssiges Kühlmittel angeschlossen werden. .
Wie z. B. aus Fig. 2 hervorgeht, weist der Rotor ringförmige Wickelkopfräume 26a und 26b auf, die gleichmütig mit dem Rotorkörper 20 angeordnet sind. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind diese Wickelkopfräume 26a bzw. 26b durch den Rotorkörper 20, durch an den .mittleren Teil 20a an grenzende und mit den seitlichen Teilen 20b bzw.
20c des Rotorkörpers 20 gleichmittig angeordnete Kappen<I>27a bzw. 27b</I> sowie durch ringförmige Zen trierscheiben 28a bzw. 28b begrenzt, wobei die Zen tnerscheiben zu den seitlichen Teilen 20b bzw. 20c des Rotorkörpers gleichmutig angeordnet und an die innere Umfangsfläche der Kappen<I>27a</I> bzw. <I>27b</I> an gepasst sind.
Ebenfalls in einer im Wesen an sich. bekannten Weise ist der Rotor mit einer hohlen Rotorwicklung zwischen den Kollekto.rringen 23a und 23b versehen, wobei die Rotorwicklung zum Teil in den Wickel kopfräumen 26a und 26b angebracht ist.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen .ist die Rotorwicklung aus isolierten Hohlleitern 29 auf gebaut, die mit einem Kanal 30 für die Kühlflüssig keit versehen sind, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht. Es ist aber auch möglich, Hohlleiter mit einem anderen Querschnitt, z. B. Hohlleiter 31 mit zwei Kanälen 32a und 32b für die Kühlflüssigkeit zu verwenden. Ein derartiger Kohlleiter ist in Fig. 4 dargestellt.
Die Hohlleiter 29 sind in axialen Nuten 33 in der zylin drischen Mantelfläche des mittleren Teiles 20a des Rotorkörpers 20 angebracht, und durch Wickelköpfe 34a bzw. 34b in den Wickelkopfräumen 26a bzw. 26b in Reihe geschaltet. Der Ausdruck Wickelkopf bezeichnet in der Beschreibung und in den Ansprü- chen Teile der Rotorwicklung ausserhalb der axialen Nuten im Rotor.
Hohle Zuleitungen 35a bzw. 35b dienen zum Verbinden der Rotorwicklung mit den Kollektorrin- gen 23a bzw. 23b in Reihenschaltung. Die hierzu er forderlichen Mittel sind wohl bekannt, so dass ein Ausführungsbeispiel derselben in gedränter Weise beschrieben werden kann. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, weisen die hohlen Zuleitungen 35a und bzw. 35b Dreiwegrohrstutzen 36a bzw.
36b auf, die an den Zuleitungen durch Löten befestigt -und deren n Üttleren Ü Zweige C ebenfalls durch Löten mit radial angeordneten Stangen 37a bzw. 37b aus elektrisch leitendem Material verbunden sind. Die Stangen 37a bzw. 37b sind vom seitlichen Teil 20b des Rotorkör- pers 20 durch rohrförmige Verkleidungen 38a bzw.
38b aus elektrisch isolierendem Stoff isoliert. Die radial angeordnete Stange 37a passt ihrerseits in eine kegelförmige radiale Bohrung einer axial angeord neten Leiterstange 39a, die im seitlichen Teil 20b angeordnet und4durch eine Isolierhülse 40a von dem selben isoliert ist.
In ähnlicher Weise ist die Leiter stange 39a mit dein Kollektorring 23a verbunden, wie dies aus Fig.7 hervorgeht, wo 41a eine radial an geordnete Leiterstange mit einer Befestigungsschrau benmutter 42a, und. 43a eine Kontaktplatte bezeich net, die mit dem Kollektorring 23a in Berührung steht. Ein Isolierring 44a dient zum Isolieren der Kontaktplatte 43a und des Kollektorringes 23a vom Ende 20g des Rotorkörpers 20.
In gleicher Weise ist di. radial angeordnete Leiterstange 31b mit dem Kol- lektorri.ng 23b verbunden, wobei 42b die entspre chende Befestigungsschraubenmutter und 43b ein;, entsprechende Kontaktplatte 43b bezeichnen. Der Rotor ist ebenfalls in einer im Wesen an sich be kannten Weise, mit einem Kühlleitsystem zwischen dem ortsfesten Eingang 24 und dem ortsfesten Aus gang 25 versehen. Dieses Kühlleitsystem besteht einerseits aus der hohlen Rotorwicklung 29, 34a, 34b, 35a, 35b und anderseits aus Kanälen im Rotor körper 20.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind zwei axiale Kanäle 45a bzw. 45b für die Zuleitung bzw. Abführung der Kühlflüssigkeit vorgesehen. Der axiale Kanal 45b, der zur Abführung der Kühlflüssig keit dient und- axial in den ortsfesten Ausgang 25 mündet, ist im Rotorkörper 20 zentral angeordnet und erstreckt sich .entlang desselben, wodurch ein Temperaturausgleich zwischen den verschiedenen Teilen 20a bis 20g des Rotorkörpers 20 gefördert wird.
Der axiale Kanal 45a für die Zuleitung der Kühlflüssigkeit verkehrt durch radiale Bohrungen 46 mit einem ringförmigen Raum des ortsfesten Eingan- ges 24 und ist zum Abführungskanal 45b aleichmittig angeordnet. Die beiden Kanäle 45a und 456 sind durch eine zylindrische Trennwand 47 vonein ander abgesondert, wie dies aus Fig. 8 hervorgeht.
Es ist aber auch möglich, die axialen Kanäle anders anzuordnen oder deren mehr als zwei zu verwenden. Es ist auch möglich, die Bestimmungen der axialen Kanäle 45a und<I>45b</I> zu vertauschen, wenn dies be züglich der Kühlverhältnisse wünschenswert sein sollte.
Die axialen Kanäle 45a bzw. 45b korrespondie ren mit Gruppen von radialen Kanälen, die in den Längsschnitten der dargestellten Ausführungsbei spiele zum Teil durch gestrichelte Linien sowie in die Zeichnungsebene verlegt dargestellt, und deren zwei Paare durch Bezugszeichen assa und 48b bzw. 48c und<I>48d</I> versehen sind. Bei den dargestellten Ausfüh rungsbeispielen sind die radialen Kanäle paarweise in der Längsrichtung versetzt angeordnet, so dass sie paarweise in verschiedenen Querschnittsebenen des Rotorkörpers liegen. Durch diese Massnahme sind die Querschnitte des Rotorkörpers 20 durch derartige Kanäle in verhältnismässig geringerem Masse ge schwächt.
Es ist aber auch möglich, sämtliche radia len Kanäle in der Längsrichtung versetzt vorzusehen, da die Baulänge des Rotorkörpers hierdurch nur in geringem Masse erhöht wird.
Die Kanäle im Rotorkörper und die hohle Rotor wicklung verkehren miteinander über Gruppen von Rohrverbindungen, die bei den bekannten Rotoren dieser Art bisher .in den ringförmigen Wickelkopfräu- men 26a und 26b angebracht waren und die, gemäss der Erfindung, nun ausserhalb dieser Räume angebracht sind. Zu diesem Zweck sind die Gruppen der radialen Kanäle ebenfalls: der art angeordnet, dass .sie ausserhalb der ringförmigen Wickelkopfräume 26a und 26b ausmünden.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind ferner die Rohrverbindungen radial angeordnet, damit sie ver hältnismässig einfach mit den radialen Kanälen ver bunden werden können.
Einzelheiten der Anschlüsse zwischen Rohrver bindungen und radialen Kanälen im Roto.rkörper bzw. der hohlen Rotorwicklung gehen insbesondere aus Fig. 9 hervor, die einen am meisten nach innen liegenden radialen Kanal 48a bzw. deren Anschluss mittels einer Rohrverbindung an einen elektrisch un wirksamen verlängerten Teil 50a der einen hohlen Zuleitung 35a der Rotorwicklung darstellt.
Der gegen den Umfang liegende Teil des radialen Kanals 48a hat einen verhältnismässig grösseren Durchmesser und ist mit zwei Gegenmuttern 51a und 52a verschraubt, die an einer zum ,radialen Kanal 48a gleichmittig angeordneten und in der Längsrich tung unterteilten rohrförmigen Hülse<I>53a</I> aus elek trisch isolierendem Material drehbar angebracht sind. Die rohrförmige Hülse 53a umfasst ein radial an geordnetes Rohr 54a, dessen radial auswärts liegen des Ende an einen radial liegenden mittleren Zweig eines Dreiwegrohrstutzens 55a angeschlossen ist.
Der Dreiweg rohrstutzen 55a ist dabei mit dem ver längerten Teil<I>50a</I> der Zuleitung 35a derart verbun den, dass die Kühlflüssigkeit über den Kanal 30. im verlängerten Teil 50a und über das Rohr 54a fliessen kann. Bei festgezogenen Gegenmuttern 51a und 52a ist die gegenseitige Lage von Rohr 54a und radialem Kanal 48a festgelegt und ein dichter Anschluss gegen Sickerungen der- Kühlflüssigkeit erreicht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die rohrförmige Hülse 53a radial über das nach innen liegende Ende des Rohres 54a verlängert, so dass der radiale Kanal 48a gleichsam mit einem Futter aus elektrisch isolierendem Material versehen ist.
Hierdurch werden Kurzschlüsse der Rotorwicklun, und des Rotorkörpers durch die Kühlflüssigkeit ver hältnismässig wirksamer vermieden. Es können aber auch Rohrverbindungen ohne derartige Verkleidung der radialen Kanäle mit Isoliermaterial verwendet werden, so dass als Rohrverbindung im eigentlich= Sinn lediglich die Gegenmuttern 51a und 52a sowie der radial auswärts liegende Teil der rohrförmigen Hülse 53a zu verstehen ist. Es ist aber unter an derem auch möglich, Rohrverbindungen der oben beschriebenen Art insgesamt wegzulassen und das Ende des Rohres 54a mit dem Rotorkörper zu wer schweissen.
Die Verbindung mit dem Dreiwegrohr- stu.tzen <I>55a</I> erfolgt dann unter Zwischenschaltung einer lösbaren Rohrverbindung aus elektrisch. isolie rendem Material. Der Rest der Rohrverbindungen ist in einer ähn lichen Weise an die hohle Rotorwicklung bzw. an verschiedene Teile derselben angeschlossen;
so dass die Hohlleiter parallel geschaltete Gruppen von Kanälen in der Rotorwicklung bilden und hierdurch eine wirksame Kühlung gewährleisten. Die Rohrverbindungen können an einzelne Win dungen der Rotorwicklung auch in der Weise an geschlossen werden, dass ein Wickelkopf derartiger Windungen den erwähnten Dreiwegrohrstutzen inner halb des entsprechenden Wickelkopfraumes enthält,
wobei das an den mittleren Zweig des Dreiwegrohr- stutzens angeschlossene Rohr über diesen Wickel kopfraum hinaus verlängert und durch die ihm zu geordnete Rohrverbindung mit dem zugehörigen Kanal im Rotorkörper verbunden ist.
Es ist aber zweckmässig, auch die gelöteten Dreiwegrohrstutzen ausserhalb der Wickelkopfräume anzubringen, wie dies bei den dargestellten Ausführungsformen der Fall ist, da in diesem Fall die gelöteten Dreiwegrohr- stutzen im Notfa11 ebenfalls ohne Entfernung der Kappen besichtigt oder überholt werd--n können. Auch ihre Herstellung ist in diesem Fall verhältnis mässig leichter, da sie anstatt in verhältnismässig ge drängten Wickelkopfräumen an einer Stelle erfolgen kann, wo genügend Raum zur Verfügung steht.
Eine derartige Anordnung bedeutet, dass einige der Wik- kelköpfe über die Wickelkopfräume 26a bzw. 26b, das heisst über die Zentrierscheiben 28a bzw. 28b hinaus verlängert sind. Zu diesem Zweck sind die ringförmigen Zentrier scheiben 28a und 28b mit axialen Nuten versehen. Diese Nuten fluchten zweckmässig mit den axialen Nuten 33 des Rotorkörpers, die einander zugeord nete Paare bilden, so dass auch die axialen Nuten der Zentrierscheiben aus einander zugeordneten Paaren bestehen.
Ein derartiges Paar von einander zugeord neten Nuten 56a bzw. 57a ist in Fig. 10 bezeichnet, die die Zentrierscheibe 28a von ausserhalb des Wik- kelkopfraumes <I>26a</I> darstellt.
Die axialen Nuten der Zentrierscheiben sind auch mit radialen Nuten versehen, die in Ansätze der Wickelköpfe und der hohlen Zuleitungen eingreifen. Eine radiale Nut bzw. ein in dieselbe eingreifender Absatz ist in der Zeichnung mit Bezugszeichen 58b bzw. 59b bezeichnet. Die radialen Nuten und die in sie- eingreifenden Absätze bilden dabei Befestigungs mittel, mittels welcher die hohlen Wickelköpfe und die hohlen Zuleitungen, die über die Zentrierscheiben der Kappen hindurch verlängert sind, mit den Zen trierscheiben fest verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Rohrverbindungen von Wärmedeh nungen der Rotorwicklung entlastet sind.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind sowohl die Rohrverbindungen wie auch die Drei wegrohrstutzen in, den Wickelkopfräumen benach barten, Verlängerungsräumen 60a bzw. 60b unter gebracht, die je durch die seitlichen Teile 20b bzw. 20c des Rotorkörpers 20, durch die ringförmigen Zentrierscheiben 28a bzw. 28b, durch zwei zylin drische Mäntel 61a bzw. 61b und' durch zwei zusätz liche Zentrierscheiben 62a bzw. 62b umgrenzt sind.
Die zylindrischen Mäntel 61a bzw. 61b liegen stirn- seitig dicht an den ringförmigen Zentnerscheiben 28a und 28b auf, wobei die zusätzlichen Zentrierscheiben 62a bzw. 62b sich an die innere Mantelfläche der zylindrischen Mäntel 61a bzw. 61b anpassen. Auf diese Weise bilden die ringförmigen Zentrierscheiben 28a bzw. 28b je eine Trennwand zwischen angren zenden Räumen 26a und 60a bzw. 26b und 60b.
Die zylindrischen Mäntel 61a und 61b, die einen wesentlich geringeren Durchmesser und somit ein geringeres Gewicht aufweisen als die Kappen 27a und 27b, haben nur die Aufgabe, Abschnitte des Rotors mit vorspringenden Teilen, wie die Rohrver bindungen oder die Dreiwegrahrstutzen, umzuhüllen. Die Kappen sind dagegen bestimmt, die Wickelköpfe gegen die Wirkung der Zentrifugalkraft abzustützen.
Deshalb sind die Kappen<I>27a</I> und<I>27b</I> mit festem Sitz auf die Wickelköpfe aufgeschoben, wozu zylin- drische Schichten aus Kunststoff zwischen Kappen, Wickelköpfen und Rotorkö.rpern vorgesehen sind. Zwei Schichten dieser Art sind in den Längsschnit ten mit 63a und 64a bezeichnet. Während nun die Kappen aus ihrer Betriebslage schwer zu entfernen sind, berühren sich die zylindrischen Mäntel 61a und 61b mit keinem der in den Verlängerungsräumen befindlichen Bestandteile; so dass sie, z.
B. durch Lösen von in den Längsschnitten durch strichpunk tierte Linien angedeuteten Schraubenmuttern leicht entfernt werden können. Dann sind die Rohrverbin dungen und die Dreiwegrohrstutzen am betreffenden Ende des Rotors leicht zugänglich.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erfordert die Verlänge rung der Wickelköpfe über den Wickel'kopfraum hin aus eine wiederholte Biegung derselben unter rechtem Winkel. Dies stellt einerseits eine umständliche Her stellungsweise dar, anderseits nehmen die gebogenen Wickelkopfteile bedeutenden Raum ein, wodurch auch die Baulänge des Rotors in ungünstiger Weise zunimmt.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Rotars,<I>bei</I> welchem diese Schwierigkeit entfällt, ist in Fig. 11 und 12 dargestellt, wobei Fig. 13a und 13b das vollständige Wicklungsdiagramm des Rotors zei gen. Hier liegen die Hohlleiter der RotorwicklunR übereinander in radialen Stapeln, die paarweise in Reihe geschaltet sind. Die Stapel sind in Gruppen von paarweise einander zugeordneten axialen Nuten des Rotorkörpers angeordnet. Zwei einander zugeordnete axiale Nuten sind in Fig. 12 mit 33a und 33b be zeichnet.
Jede Säule besteht aus sieben übereinander angeordneten Hohlleitern der Ausführungsform ge mäss Fig. 3, die durch Wickelköpfe 34a bzw. 34b in den Wickelkopfräum6n 26a bzw. 26b und durch Wickelköpfe 34aI bis 34aIV und 34bI bis 34bIV in Reihe geschaltet sind, so dass eine Gruppe von in Reihe geschalteten Windungen gebildet wird, wobei die Wickelköpfe 34aI bis 34aIV und 34bI bis 34bIV aus den Wickelkopfräumen 26a bzw.
26b durch die bereits erwähnten axialen Nuten 56a bzw. 56b in die Verlängerungsräume 60a bzw. 60b verlängert sind.
Eine entsprechende Anordnung von Hohlleitern, Wickelköpfen 34a bzw. 34b und verlängerten Wik- kelköpfen 34aV bis 34aVII bzw. 34bV bis 34bVIII ist an der entgegengesetzten Seite des Rotors vorgese hen und bildet eine andere Gruppe von in Reihe ge schalteten Windungen, wobei diese Gruppe mit der ersteren durch den Wickelkopf 34aIV in Reihe ge schaltet ist. Somit bestimmen die beiden Gruppen ein Polpaar des Rotors, wie dies durch die Symbole<B> -,'</B> und - in den Wicklungsdiagrammen gemäss Fig. 13a bzw. 13b angedeutet ist.
Die Rotorwicklung an sich besteht aus den beiden Gruppen von in den Wick lungsdiagrammen dargestellten und in Reihe geschal teten Windungen. Die den verschiedenen Wickel köpfen zugeordneten Dreiwegrohrstutzen und Ver bindungsrohre sind dabei durch Elemente angedeu tet, die für beide gemeinsam sind, das sind die Rohre 54aI bis 54aVII bzw. 54bI bis 54bVIII. Das Rohr 54a ist beiden Polen des Rotors zugeordnet und an den Wickelkopf 34aIV angeschlossen, der beide Gruppen von Windungen in Reihe schaltet.
Wie ersichtlich, verbinden die im Verlängerungs raum 60a befindlichen Wickelköpfe 34a1V bis 34aVII jeweils einen obersten Hohlleiter mit einem untersten Hohlleiter in axialen Nuten, die verschie denen Paaren von einander paarweise zugeordneten axialen Nuten angehören. Im anderen Verlängerungs raum 60b verbinden die verlängerten Wickelköpfe 34bI bis 34bVIII zwischenliegende Hohlleiter in Nuten desselben Paares von einander paarweise zu geordneten axialen Nuten.
Die Wickelköpfe 34a bzw. 34b in den Wickelkopfräumen 26a bzw. 26b verbin den den Rest der in den paarweise einander zu;eord- neten Nuten des Rotorkörpers liegenden Hohlleiter in dar üblichen Weise.
Die Zahl von parallel geschalte ten Gruppen von durch die Rotorwicklung gebildeten Kühlmittelleitungen kann durch Verlängerung von einer grösseren Anzahl von Wickelköpfen aus den Wickelkopfräumen in die Verlängerungsräume und durch die Anwendung einer entsprechenden Anzahl von Rohrverbindungen und radialen Kanälen im Rotorkörper erforderlichenfalls erhöht werden.
Wie ersichtlich, sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11-l3 die verlängerten. Wickelköpfe 34a1 bis 34aVII und 34b1 bis 34bVIII um so mehr ver längert, je grösser der am Umfang gemessene gegen seitige Abstand der paarweise verbundenen Hohlleiter ist.
Durch diese verschiedenen gegenseitigen Verlän gerungen der Wickelköpfe entstehen in der Rotor- wicklung unbesetzte Durchgänge oder Fenster für die verlängerten Wickelköpfe, wie dies aus Fig. 12 hervorgeht. Dies bedeutet aber, d'ass .eine Biegung der verlängerten Wickelköpfe unter ,rechtem Winkel wegfallen kann, so dass sie in axialer Richtung ent lang von Geraden verlängert werden können.
Fig. 1.4 und 15 stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das sich durch seinen .einfachen Aufbau auszeichnet und. besonders für Turbogenera toren von geringerer Leistung geeignet ist. Hier ver binden verlängerte Wickelköpfe 34al und 34aIII .im Verlängerungsraum 60a ein erstes Paar von zwischen liegenden Hohlleitern.
Ein verlängerter Wickelkopf 34a11 verbindet einen obersten Hohlleiter mit einem untersten Hohlleiter in einem Paar von zuäusserst lie genden axialen Nuten des Rotorkörpers. Im anderen Verlängerungsraum<I>60b</I> verbinden verlängerte Wik- kelköpfe 34b1 bis 34bIV ein zweites bzw. drittes Paar von zwischenliegenden Hohlleitern unterhalb bzw. oberhalb des erwähnten ersten Paares von zwi schenliegenden Hohlleitern ebenfalls in zuäusszrst lie genden Nuten des Rotorkörpers. Die Wickelköpfe 34a bzw. 34b in den Wickelkopfräumen 26a bzw.
26b verbinden den Rest der Hohlleiter in der Weise, dass Hohlleiter der selben Schichthöhe unmittelbar in Reihe geschaltet-sind, so dass Schichten von Windun gen erhalten werden, in denen die in Reihe geschalte- ten Hohlleiter eine Spirale bilden. Die spiralförmigen Schichten sind in Reihe ge schaltet, wobei die Spiralen von benachbarten Lagen einander entgegengerichtet sind, so dass eine mög lichst gedrängte Anordnung von Wickelköpfen erhal ten wird.
Die Fig. 16a und 16b zeigen ein vollstän diges Wicklungsdiagramm der Rotorwicklung. Die hohlen Zuleitungen 35a und 35b, die verlängerten Wickelköpfe 34a1 bis 34aIII sowie die verlängerten Wickelköpfe 34b1 bis 34bIV sind in zuäusserst lie genden axialen Nuten: des Rotorkörpers angeschlos sen.
Dies ermöglicht, die Wickelköpfe in axialer Rich tung entlang Geraden zu verlängern, ohne dass dabei die unverlängerten Wickelköpfe 34a bzw. 34b, welche weder Dreiwegrohrstutzen noch Rohrverbindungen enthalten und durch die üblichen Wickelkopfräume 26a bzw. 26b umschlossen sind, beeinflusst wären.
Die Strömungswege einer Kühlflüssigkeit durch die hohle Rotorwicklung und über die Kanäle im Rotorkörper sind in d:er Zeichnung durch Pfeile an gedeutet.
Die infolge Verlängerung von Wickelköpfen zwi schen den unverlängerten Wickelköpfen verbleiben den Spalte oder Fenster werden zweckmässig durch nicht dargestellte Kunststoffeinlagen ausgefüllt, die zur Abstützung derselben gegen die Wirkunzen von Zentrifugalkräften dienen.
Die Erfindung ist anhand von zweipoligen Aus führungsbeispielen beschrieben worden. Es ist aber ersichtlich, dass auch Rotoren mit mehr als zwei Polen gemäss der Erfindung aufgebaut werden können. So wird z. B. im Fall eines vierpoligen Rotors eine wei tere Anordnung von einander entgegengesetzten Gruppen von in Reihe geschalteten Windungen, ver längerten Wickelköpfen, Zuleitungen und Rohrver bindungen unter rechtem Winkel zu den dargestellten Anordnungen dieser Art vorgesehen.
Liquid-cooled turbo rotor for The invention relates to a liquid-cooled turbo rotor for alternators.
As is known, rotors of this type have e.g. B. on a rotor winding made up of waveguides, which iib.-r channels in the rotor body is connected to -a stationary inlet or outlet for a liquid coolant. As a coolant z. B. used the condensate of a steam turbine, which is coupled to a turbo generator containing the rotor.
As a rule, the coolant or condensate flows in parallel-connected groups of waveguides in the rotor winding, which are connected to the channels in the rotor body by soldered three-way pipe sockets in the winding heads of the rotor winding and by detachable pipe connections between the middle branches of the three-way pipe sockets and the channels.
The pipe connections must be sealed in order to prevent coolant seepage and reliably isolated from the rotor body in order to avoid short circuits of the rotor winding.
It has already been proposed to attach the Rohrver connections between adjacent winding heads of the rotor winding, in which case both the winding heads and the pipe connections are provided in winding head spaces which, in rotors of different types, only enclose the winding heads. As known;
. such winding head spaces are limited at the periphery by tightly fitting caps, the removal of which is cumbersome and yet unavoidable if the sealing and insulation of the pipe connections located in the winding head spaces are to be checked or overhauled.
The invention aims to overcome this difficulty.
Accordingly, the invention relates to a liquid-cooled turbo rotor for alternating current generators, with a rotor body with a rotor winding made of hollow conductors, some of which is mounted in the winding head spaces, and a cooling control system consisting of channels in the rotor body and the rotor winding, "where the hollow conductors of the rotor winding are connected to the channels in the rotor body by pipe connections.
According to the invention are now. the pipe connections are attached outside the winding head spaces of the rotor.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 is a side view of an Ausfüh approximately example of the rotor according to the invention.
FIG. 2 shows a longitudinal section along the line II = II in FIG. 5.
3 and 4 show cross-sections of exemplary waveguides, from which the rotor winding of the rotor is constructed, on a larger scale.
FIG. 5 is a cross section according to the line V-V of FIG.
FIG. 6 shows a detail of FIG. 5 on a larger scale.
FIGS. 7 and 8 illustrate details of FIG. 2 on a larger scale.
FIG. 9 shows a detail of FIG. 5 on a larger scale.
FIG. 10 is a front view of a detail of FIG.
Fig. 11 shows a longitudinal section of another embodiment of the invention.
FIG. 12 is a perspective illustration of the rotor body and the rotor winding of the exemplary embodiment according to FIG. 11.
13a and 13b show winding diagrams of the exemplary embodiment according to FIGS. 11 and 12. FIG. 14 shows a longitudinal section of a further exemplary embodiment of the invention.
FIG. 15 is the perspective view of the rotor body and the rotor winding of the exemplary embodiment according to FIG. 14.
16a and 16b show winding diagrams of the embodiment according to FIGS. 14 and 15. The same reference numerals in the drawings indicate similar details.
In the drawing, FIG. 1 shows a cylindrical rotor body 20 with a central pitch 20a of larger diameter and, with lateral parts 20b and 20c of smaller diameter.
The lateral parts 20b and 20c contain shaft cones <I> 201 </I> or .20e, by means of which the rotor can be mounted in bearings of a stator (not shown). .. ..
One end 20f - of the rotor body 20 can be coupled to a shaft 21 of a steam turbine not shown. are coupled, wherein links of the coupling are designated 22a and 22b. The other end 20g of the rotor carries collector rings 23a and 23b. This end can be connected in a manner known per se to a fixed inlet 24 and to a fixed outlet 25 for a liquid coolant. .
Such as As can be seen, for example, from FIG. 2, the rotor has annular winding head spaces 26a and 26b which are arranged uniformly with the rotor body 20. In the illustrated embodiments, these winding head spaces 26a and 26b are formed by the rotor body 20, by the middle part 20a and adjacent to the lateral parts 20b and
20c of the rotor body 20 evenly arranged caps <I> 27a or 27b </I> and limited by annular Zen trierscheiben 28a and 28b, the Zen tnerscheiben to the lateral parts 20b and 20c of the rotor body arranged evenly and on the inner circumferential surface the caps <I> 27a </I> or <I> 27b </I> are fitted.
Also in an essence in itself. In a known manner, the rotor is provided with a hollow rotor winding between the collector rings 23a and 23b, the rotor winding being partly mounted in the winding head spaces 26a and 26b.
In the illustrated embodiments, the rotor winding is built from insulated waveguides 29 which are provided with a channel 30 for the cooling liquid, as can be seen from FIG. But it is also possible to use waveguides with a different cross-section, e.g. B. to use waveguide 31 with two channels 32a and 32b for the cooling liquid. Such a coal ladder is shown in FIG.
The waveguides 29 are mounted in axial grooves 33 in the cylindrical outer surface of the central part 20a of the rotor body 20, and connected in series by winding heads 34a and 34b in the winding head spaces 26a and 26b. In the description and in the claims, the term winding head denotes parts of the rotor winding outside the axial slots in the rotor.
Hollow supply lines 35a and 35b serve to connect the rotor winding to the collector rings 23a and 23b in series. The means required for this purpose are well known, so that an exemplary embodiment of the same can be described in a sketchy manner. As can be seen from FIGS. 5 and 6, the hollow supply lines 35a and 35b have three-way pipe stubs 36a and 35b respectively.
36b, which are attached to the supply lines by soldering - and whose n Üttleren Ü branches C are also connected by soldering to radially arranged rods 37a and 37b made of electrically conductive material. The rods 37a and 37b are separated from the lateral part 20b of the rotor body 20 by tubular panels 38a and 38a, respectively.
38b insulated from electrically insulating material. The radially arranged rod 37a for its part fits into a conical radial bore of an axially arranged conductor rod 39a, which is arranged in the lateral part 20b and insulated from the same by an insulating sleeve 40a.
In a similar manner, the conductor rod 39a is connected to your collector ring 23a, as can be seen from Figure 7, where 41a is a radially arranged conductor rod with a fastening screw 42a, and ben. 43a denotes a contact plate which is in contact with the collector ring 23a. An insulating ring 44a is used to isolate the contact plate 43a and the collector ring 23a from the end 20g of the rotor body 20.
In the same way, di. radially arranged conductor rod 31b connected to the collector belt 23b, 42b denoting the corresponding fastening screw nut and 43b denoting a corresponding contact plate 43b. The rotor is also in an essentially known manner, with a cooling system between the fixed input 24 and the fixed output 25 provided. This cooling conduction system consists on the one hand of the hollow rotor winding 29, 34a, 34b, 35a, 35b and on the other hand of channels in the rotor body 20.
In the illustrated embodiments, two axial channels 45a and 45b are provided for the supply and discharge of the cooling liquid. The axial channel 45b, which serves to discharge the cooling liquid and opens axially into the stationary outlet 25, is arranged centrally in the rotor body 20 and extends along the same, whereby a temperature equalization between the various parts 20a to 20g of the rotor body 20 is promoted .
The axial channel 45a for the supply of the cooling liquid runs through radial bores 46 with an annular space of the stationary input 24 and is arranged in the same center as the discharge channel 45b. The two channels 45a and 456 are separated from one another by a cylindrical partition 47, as can be seen from FIG.
But it is also possible to arrange the axial channels differently or to use more than two. It is also possible to swap the provisions of the axial channels 45a and 45b if this should be desirable with regard to the cooling conditions.
The axial channels 45a and 45b korrespondie ren with groups of radial channels, which are shown in the longitudinal sections of the illustrated Ausführungsbei games in part by dashed lines and moved into the plane of the drawing, and their two pairs by reference numerals assa and 48b or 48c and <I > 48d </I> are provided. In the illustrated exemplary embodiments, the radial channels are arranged in pairs offset in the longitudinal direction, so that they lie in pairs in different cross-sectional planes of the rotor body. As a result of this measure, the cross sections of the rotor body 20 are weakened by such channels to a relatively lesser extent.
But it is also possible to provide all radia len channels offset in the longitudinal direction, since the overall length of the rotor body is increased only to a small extent.
The channels in the rotor body and the hollow rotor winding communicate with one another via groups of pipe connections which were previously attached to the known rotors of this type in the annular winding head spaces 26a and 26b and which, according to the invention, are now attached outside these spaces. For this purpose, the groups of radial channels are also arranged in such a way that they open out outside the annular winding head spaces 26a and 26b.
In the illustrated embodiments, the pipe connections are also arranged radially so that they can be ver relatively easy ver with the radial channels connected.
Details of the connections between Rohrver connections and radial channels in the Roto.rkörper or the hollow rotor winding emerge in particular from Fig. 9, the most inwardly lying radial channel 48a or its connection by means of a pipe connection to an electrically ineffective elongated part 50a which represents a hollow lead 35a of the rotor winding.
The part of the radial channel 48a lying against the circumference has a relatively larger diameter and is screwed to two counter nuts 51a and 52a, which are arranged on a tubular sleeve <I> 53a </ I, which is arranged equidistant to the radial channel 48a and is divided in the longitudinal direction > are made of electrically insulating material and can be rotated. The tubular sleeve 53a comprises a radially arranged tube 54a, the radially outwardly lying end of which is connected to a radially lying central branch of a three-way pipe socket 55a.
The three-way pipe socket 55a is connected to the extended part <I> 50a </I> of the supply line 35a in such a way that the cooling liquid can flow via the channel 30 in the extended part 50a and via the pipe 54a. When the counter nuts 51a and 52a are tightened, the mutual position of tube 54a and radial channel 48a is fixed and a tight connection against seepage of the cooling liquid is achieved. In the illustrated embodiment, the tubular sleeve 53a is extended radially beyond the inwardly lying end of the tube 54a, so that the radial channel 48a is provided with a lining made of electrically insulating material.
As a result, short circuits of the rotor winding and the rotor body due to the cooling liquid are relatively more effectively avoided. However, pipe connections can also be used without such covering of the radial ducts with insulating material, so that the pipe connection in the real sense is only to be understood as the counter nuts 51a and 52a and the radially outward part of the tubular sleeve 53a. But it is also possible, among other things, to omit pipe connections of the type described above and to weld the end of the pipe 54a to the rotor body.
The connection with the three-way pipe support <I> 55a </I> is then made electrically with the interposition of a detachable pipe connection. insulating material. The rest of the pipe connections are connected in a similar union manner to the hollow rotor winding or to different parts thereof;
so that the waveguides form groups of channels connected in parallel in the rotor winding and thereby ensure effective cooling. The pipe connections can also be connected to individual turns of the rotor winding in such a way that an end winding of such turns contains the aforementioned three-way pipe socket within the corresponding end winding space.
whereby the tube connected to the middle branch of the three-way tube socket is extended beyond this winding head space and is connected to the associated channel in the rotor body by the tube connection assigned to it.
However, it is advisable to attach the soldered three-way pipe sockets outside the winding head spaces, as is the case with the embodiments shown, since in this case the soldered three-way pipe sockets can also be inspected or overhauled in an emergency without removing the caps. Their production is also relatively easier in this case, since they can take place in a place where there is enough space instead of in relatively crowded end winding spaces.
Such an arrangement means that some of the winding heads are extended beyond the winding head spaces 26a and 26b, that is to say beyond the centering disks 28a and 28b. For this purpose, the annular centering discs 28a and 28b are provided with axial grooves. These grooves are expediently aligned with the axial grooves 33 of the rotor body, which form mutually zugeord designated pairs, so that the axial grooves of the centering disks also consist of mutually associated pairs.
Such a pair of mutually associated grooves 56a and 57a is designated in FIG. 10, which shows the centering disk 28a from outside the winding head space <I> 26a </I>.
The axial grooves of the centering disks are also provided with radial grooves which engage in approaches of the winding heads and the hollow leads. A radial groove or a shoulder engaging in the same is denoted in the drawing by reference symbols 58b or 59b. The radial grooves and the shoulders engaging in them form fastening means by means of which the hollow end windings and the hollow supply lines, which are extended through the centering disks of the caps, are firmly connected to the centering disks. This ensures that the pipe connections are relieved of thermal expansion in the rotor winding.
In the illustrated embodiments, both the pipe connections and the three-way pipe sockets are placed in extension spaces 60a and 60b that are adjacent to the winding head spaces, each through the lateral parts 20b and 20c of the rotor body 20, through the annular centering discs 28a and 28b , are delimited by two cylin drical jackets 61a and 61b and 'by two additional centering discs 62a and 62b.
The cylindrical jackets 61a and 61b lie tightly on the end face of the annular centering disks 28a and 28b, the additional centering disks 62a and 62b adapting to the inner jacket surface of the cylindrical jackets 61a and 61b. In this way, the annular centering washers 28a and 28b each form a partition between adjacent spaces 26a and 60a or 26b and 60b.
The cylindrical shells 61a and 61b, which have a much smaller diameter and thus a lower weight than the caps 27a and 27b, only have the task of enveloping sections of the rotor with projecting parts, such as the Rohrver connections or the three-way pipe sockets. The caps, on the other hand, are designed to support the winding heads against the effects of centrifugal force.
That is why the caps <I> 27a </I> and <I> 27b </I> are pushed onto the winding heads with a tight fit, for which purpose cylindrical layers of plastic are provided between the caps, winding heads and rotor bodies. Two layers of this type are denoted by 63a and 64a in the longitudinal cuts. While the caps are difficult to remove from their operating position, the cylindrical jackets 61a and 61b do not touch any of the components located in the extension spaces; so that they, e.g.
B. can be easily removed by loosening in the longitudinal sections by dashed dot lines indicated nuts. Then the Rohrverbin connections and the three-way pipe socket at the end of the rotor in question are easily accessible.
As can be seen from FIG. 2, the extension of the winding heads over the winding head space requires repeated bending of the same at right angles. On the one hand, this represents a cumbersome manner of manufacture, and on the other hand, the curved end winding parts take up significant space, which also increases the overall length of the rotor in an unfavorable manner.
An embodiment of the inventive rotar, <I> with </I> which eliminates this difficulty, is shown in FIGS. 11 and 12, with FIGS. 13a and 13b showing the complete winding diagram of the rotor. Here the waveguides of the rotor winding lie one above the other radial stacks that are connected in series in pairs. The stacks are arranged in groups of axial grooves of the rotor body which are assigned to one another in pairs. Two associated axial grooves are shown in FIG. 12 with 33a and 33b.
Each column consists of seven waveguides of the embodiment according to FIG. 3 arranged one above the other, which are connected in series by winding heads 34a and 34b in winding head spaces 26a and 26b and by winding heads 34aI to 34aIV and 34bI to 34bIV, so that a group of turns connected in series is formed, the winding heads 34aI to 34aIV and 34bI to 34bIV from the winding head spaces 26a and
26b are extended into the extension spaces 60a and 60b by the aforementioned axial grooves 56a and 56b, respectively.
A corresponding arrangement of waveguides, winding heads 34a or 34b and extended winding heads 34aV to 34aVII or 34bV to 34bVIII is provided on the opposite side of the rotor and forms another group of turns connected in series, this group with the the former is connected in series by the winding head 34aIV. The two groups thus determine a pole pair of the rotor, as indicated by the symbols <B> -, '</B> and - in the winding diagrams according to FIGS. 13a and 13b.
The rotor winding itself consists of the two groups of turns shown in the winding diagrams and connected in series. The three-way pipe sockets and connecting pipes assigned to the different winding heads are indicated by elements that are common to both, that is, the pipes 54aI to 54aVII and 54bI to 54bVIII. The tube 54a is assigned to both poles of the rotor and connected to the end winding 34aIV, which connects both groups of turns in series.
As can be seen, the winding heads 34a1V to 34aVII located in the extension space 60a each connect an uppermost waveguide with a lowermost waveguide in axial grooves which belong to different pairs of axial grooves assigned to one another in pairs. In the other extension space 60b, the extended winding heads 34bI to 34bVIII connect intermediate waveguides in grooves of the same pair of one another in pairs to form ordered axial grooves.
The winding heads 34a and 34b in the winding head spaces 26a and 26b respectively connect the rest of the waveguides lying in the grooves of the rotor body, which are arranged in pairs, in the usual manner.
The number of parallel-connected groups of coolant lines formed by the rotor winding can be increased if necessary by extending a larger number of winding heads from the winding head spaces into the extension spaces and by using a corresponding number of pipe connections and radial channels in the rotor body.
As can be seen, in the embodiment according to FIGS. 11-13, the lengthened ones. Winding heads 34a1 to 34aVII and 34b1 to 34bVIII are extended the more, the greater the distance measured on the circumference between the two waveguides connected in pairs.
As a result of these different mutual extensions of the winding heads, unoccupied passages or windows for the elongated winding heads are created in the rotor winding, as can be seen from FIG. However, this means that a bend in the elongated winding heads at right angles can be omitted, so that they can be elongated along straight lines in the axial direction.
1.4 and 15 represent an embodiment of the invention, which is characterized by its .simple structure and. is particularly suitable for turbo generators with a lower output. Here extended winding heads 34a1 and 34aIII connect in the extension space 60a to a first pair of waveguides lying between them.
An elongated end winding 34a11 connects an uppermost waveguide with a lowermost waveguide in a pair of outermost lying axial grooves of the rotor body. In the other extension space <I> 60b </I>, elongated coil heads 34b1 to 34bIV connect a second or third pair of intermediate waveguides below or above the mentioned first pair of intermediate waveguides, likewise in outermost grooves of the rotor body. The winding heads 34a and 34b in the winding head spaces 26a and
26b connect the rest of the waveguides in such a way that waveguides of the same layer height are connected directly in series, so that layers of turns are obtained in which the waveguides connected in series form a spiral. The spiral layers are connected in series, with the spirals of adjacent layers facing each other so that an arrangement of winding heads that is as compact as possible is obtained.
16a and 16b show a complete winding diagram of the rotor winding. The hollow feed lines 35a and 35b, the elongated end windings 34a1 to 34aIII and the elongated end windings 34b1 to 34bIV are connected in the outermost lying axial grooves: of the rotor body.
This makes it possible to extend the winding heads in the axial direction along straight lines without the unextended winding heads 34a and 34b, which contain neither three-way pipe sockets nor pipe connections and are enclosed by the usual winding head spaces 26a and 26b, being affected.
The flow paths of a cooling liquid through the hollow rotor winding and through the channels in the rotor body are indicated in the drawing by arrows.
As a result of the extension of winding heads between tween the unextended winding heads remain the column or window are expediently filled by plastic inserts, not shown, which serve to support the same against the effects of centrifugal forces.
The invention has been described with reference to two-pole exemplary embodiments from. However, it can be seen that rotors with more than two poles can also be constructed according to the invention. So z. B. in the case of a four-pole rotor a white direct arrangement of opposing groups of series-connected turns, ver elongated winding heads, leads and Rohrver connections provided at right angles to the illustrated arrangements of this type.