DE1199389B

DE1199389B - Coolant circuit for runners of electrical machines, especially turbo generators, with directly liquid-cooled winding, in which a liquid medium is made to evaporate in the waveguides to dissipate heat

Info

Publication number: DE1199389B
Application number: DES87543A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Fork
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-09-27
Filing date: 1963-09-27
Publication date: 1965-08-26

Description

Kühlmittelkreislauf für Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, mit direkt flüssigkeitsgekühlter Wicklung, bei der ein flüssiges Medium zur Wärmeabfuhr in den Hohlleitern zur Verdampfung gebracht wird Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlmittelkreislauf für Läufer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren mit direkt flüssigkeitsgekühlter Wicklung, bei der ein flüssiges Medium zur Wärmeabfuhr in den Hohlleitern zur Verdampfung gebracht wird.Coolant circuit for electric machine rotors, in particular Turbo-generators, with direct liquid-cooled winding, in which a liquid Medium for heat dissipation in the waveguides is brought to vaporization. The invention relates to a coolant circuit for electric machine rotors, in particular Turbogenerators with direct liquid-cooled windings in which a liquid Medium for heat dissipation is brought to evaporation in the waveguides.

An sich sind Kühlsysteme bekannt, bei denen Wasser oder ein anderes flüssiges Kühlmittel innerhalb freier Maschinenräume mit erwärmten Maschinenteilen in Berührung gebracht und gegebenenfalls unter Zufuhr von Luft zur Verdampfung gebracht wird. Die Verlustwärme der Wicklungen wird bei derartigen Anordnungen durch indirekte Kühlung abgeführt. Derartige Verdampfungskühlsysteme haben jedoch für elektrische Maschinen und deren Läufer keine Bedeutung gewinnen können, weil die Ausbreitung des Kühlmittels und die Kühlung kaum beherrschbar ist und insbesondere Störungen durch Unwuchten nicht zu vermeiden sind. Außerdem begrenzt die indirekte Kühlung der Wicklung weitgehend die Leistung der Maschinen.Cooling systems are known per se, in which water or another liquid coolant within free machine rooms with heated machine parts brought into contact and, if necessary, brought to evaporation with the supply of air will. The heat loss of the windings is indirect in such arrangements Cooling dissipated. However, such evaporative cooling systems have for electrical Machines and their runners cannot gain any importance because of the spread of the coolant and the cooling is hardly controllable and in particular malfunctions cannot be avoided by imbalances. In addition, the indirect cooling limits the winding largely the performance of the machines.

Wesentlich günstiger sind die erwähnten Kühlsysteme, bei denen das flüssige Kühlmittel innerhalb der hohlen Läuferleiter selbst zur Verdampfung gebracht wird. Auch bei diesen bekannten Kühlsystemen mit geschlossenem Kühlmittelkreislauf und direkter Leiterkühlung mittels Verdampfung des flüssigen Kühlmittels können sich noch große Schwierigkeiten ergeben, die durch die Wirkung der Fliehkraft auf die Flüssigkeit bedingt sind. Bekanntlich haben Flüssigkeiten ein wesentlich größeres spezifisches Gewicht als der bei der Erwärmung sich infolge Verdampfung bildende Dampf: Durch die Fliehkraft wird daher die Flüssigkeit in Räume gedrängt, die von der Drehachse entfernt sind, während- der Dampf in solche Teile des Kühlkanalsystems verdrängt wird, die der Drehachse näher liegen.The cooling systems mentioned are much cheaper, where the liquid coolant within the hollow rotor conductor itself brought to vaporization will. Even with these known cooling systems with a closed coolant circuit and direct conductor cooling by means of evaporation of the liquid coolant there are still great difficulties caused by the effect of centrifugal force the liquid are conditional. It is well known that liquids have a much larger one specific weight than that formed during heating as a result of evaporation Steam: The centrifugal force therefore forces the liquid into spaces that are the axis of rotation are removed, while the steam in such parts of the cooling duct system is displaced, which are closer to the axis of rotation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hohlleiter einer direkt flüssigkeitsgekühlten Wicklung, in der das Kühlmittel zur Wärmeabfuhr in den dampfförmigen Zustand überführt wird, so auszubilden, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Hohlleiter mit Einbauten von solcher Anordnung versehen sind, daß innerhalb der sich gegebenenfalls durch eine oder mehrere Windungen erstreckenden Kühlkanäle Abschnitte mit erhöhtem Strömungswiderstand für die Kühlflüssigkeit und Abschnitte mit verringertem Strömungswiderstand für den durch Wärmeabfuhr aus den Leitern erzeugten Dampf gebildet werden.The invention is based on the object, the waveguide a directly liquid-cooled winding in which the coolant to dissipate heat in the vaporous State is transferred to train so that the aforementioned disadvantages avoided will. According to the invention this is achieved in that the waveguide with internals are provided by such an arrangement that within the if necessary through one or more turns extending cooling channels sections with increased flow resistance for the coolant and sections with reduced flow resistance for the steam generated by heat dissipation from the conductors are formed.

Zur Verwirklichung der Erfindung werden gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung im Inneren der Hohlleiterkanäle, und zwar auf der radial nach außen liegenden Seite, Querwände od. dgl. vorgesehen. Letztere bilden mit der oberen Abdeckwand der Hohlleiter etwa wannenförmig gestaltete Räume, deren Tiefe mit zunehmendem Abstand von der Zuleitung des flüssigen Kühlmittels verringert wird. Durch die erwähnten Einbauten wird eine wesentliche Erhöhung des Strömungswiderstandes für die Flüssigkeit herbeigeführt. Letztere wird durch Fliehkräfte innerhalb der wannenförmigen Abschnitte in den Hohlleiterkanal gegen die Decke der letzteren gepreßt. Der infolge Wärmeentzug aus den Leitern sich bildende Dampf kann von der innenliegenden Seite der Hohlkanäle, die von den Einbauten frei sind, unbehindert abströmen. Somit sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung innerhalb der Wicklung sich über eine oder mehrere Windungen erstreckenden Gaskanäle geringeren Strömungswiderstandes neben Flüssigkeitsströmungsbahnen mit einem stark erhöhten Widerstand vorhanden. Der sich innerhalb der einzelnen Hohlteilleiter bildende Dampf kann am Ende der einzelnen in paralleler Anordnung durch die Windungen geführten Kühlkreise, jedoch auch innerhalb derselben, durch entsprechende Austrittskanäle in den Leitern im Bereich der Wickelköpfe abgeführt werden. Aus Gründen der Sicherheit wird gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Kühlmittelzufuhr in solcher Weise beeinflußt oder geregelt, daß auf jeden Fall am Ende der einzelnen Kühlmittelkanäle Kühlflüssigkeit vorhanden ist, die in einem Sammelraum, z. B. unter den Wickelkopfkappen, ausströmt. Im folgenden sollen das Prinzip der erfindungsgemäßen Läuferkühlung durch Verdampfung eines flüssigen Mediums sowie die Ausbildung einer entsprechenden Kühleinrichtung an Hand der Figuren der Zeichnung näher erläutert werden.To implement the invention, according to the further embodiment of the invention inside the waveguide channels, on the radially outward lying side, transverse walls or the like. Provided. The latter form with the upper cover wall the waveguide approximately trough-shaped rooms, their depth with increasing distance is reduced from the supply of the liquid coolant. Through the mentioned Internals will significantly increase the flow resistance for the liquid brought about. The latter is caused by centrifugal forces within the tub-shaped sections pressed into the waveguide channel against the ceiling of the latter. The one as a result of heat deprivation Steam forming from the conductors can be drawn from the inner side of the hollow ducts, that are free from the internals can flow off unhindered. Thus, in the invention Arrangement within the winding extending over one or more turns Gas channels with lower flow resistance in addition to liquid flow paths a greatly increased resistance present. Which is within the individual hollow conductor forming steam can be at the end of each in a parallel arrangement through the coils guided cooling circuits, but also within the same, through appropriate outlet channels in the conductors in the area of the winding heads. For security reasons is according to the further embodiment of the invention, the coolant supply in such Affected or regulated way, that in any case at the end of the individual coolant channels Cooling liquid is present in a collecting space, e.g. B. under the winding head caps, emanates. In the following the principle of the invention Rotor cooling through evaporation of a liquid medium and the formation of a corresponding cooling device explained in more detail with reference to the figures of the drawing will.

F i g. 1 gibt prinzipiell schematisch die Anordnung der Kühlmittelkreise für eine Läuferwicklung wieder; F i g. 2 und 3 zeigen im Längs- und Querschnitt durch eine Nut die Ausbildung der Wicklungsleiter; F i g. 4 gibt einen weiteren Teilquerschnitt wieder, in dem die Kühlmittelzufuhr zu der Wicklung veranschaulicht ist; F i g. 5 stellt im Querschnitt einen Wicklungsleiter im Bereiche der Wickelköpfe an einer Dampfaustrittsstelle dar; F i g. 6 und 7 veranschaulichen näher die Wickelkopfausbildung mit Ableitung der aus der Wicklung am Ende der Kühlzweige austretenden Flüssigkeit; F i g. 8 veranschaulicht die Leiterausführung für teilweise Flüssigkeitskühlung, teilweise Verdampfungskühlung; F i g. 9 gibt zum Teil einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Maschine mit Verdampfungskühlung der Läuferwicklung wieder.F i g. 1 is a schematic diagram of the arrangement of the coolant circuits for a rotor winding again; F i g. 2 and 3 show in longitudinal and cross-section the formation of the winding conductor through a groove; F i g. 4 is another Partial cross-section again, in which illustrates the coolant supply to the winding is; F i g. 5 shows in cross section a winding conductor in the area of the winding heads at a steam outlet point; F i g. Figures 6 and 7 illustrate the end winding formation in more detail with drainage of the liquid emerging from the winding at the end of the cooling branches; F i g. 8 illustrates the conductor design for partial liquid cooling, partial evaporative cooling; F i g. 9 gives in part a cross-section through a Machine designed according to the invention with evaporative cooling of the rotor winding again.

In dem Schema der F i g. 1 ist mit w die Erregerwicklung bezeichnet, die aus in Reihe geschalteten Spulen S1 bis S6 besteht. Selbstverständlich kann eine beliebige größere Anzahl von Spulen vorhanden sein, die auch in Serienparallelschaltung angeordnet sein können. Der Erregerstrom wird über die mit plus und minus bezeichneten Schleifringe t zu- bzw. abgeführt. Die Leiter bzw. Windungen der Erregerwicklung w liegen verteilt in den Nuten des Läuferkörpers in solcher Anordnung, daß durch den Strom der Erregerwicklung in dem als Induktor ausgebildeten Läufer ein sinusförmiges Feld erzeugt wird. Der Wicklung wird nun in der im folgenden erläuterten Weise ein flüssiges Kühlmittel zugeführt, das innerhalb der Wicklungsleiter teilweise verdampft wird.In the scheme of FIG. 1 the excitation winding is designated by w, which consists of series-connected coils S1 to S6. Of course you can any larger number of coils can be present, also in series-parallel connection can be arranged. The excitation current is indicated by the plus and minus Slip rings t supplied or removed. The conductors or turns of the excitation winding w are distributed in the grooves of the rotor body in such an arrangement that through the current of the excitation winding in the rotor, which is designed as an inductor, is sinusoidal Field is generated. The winding is now turned on in the manner explained below liquid coolant supplied, which partially evaporates within the winding conductor will.

Ausgehend von dem Speicher a strömt das Kühlmittel, beispielsweise aufbereitetes Wasser hoher Reinheit, ein flüssiger Kohlenwasserstoff oder eine andere verdampfbare Flüssigkeit, z. B. Freon, durch die von einem Motor M angetriebene Pumpe e und das Sperrventil f über eine Entgasungsvorrichtung eg in die zur Vereinfachung in der Zeichnung nicht wiedergegebene Läuferwelle. Durch Kanäle der letzteren mit durch Labyrinthe gebildeten Strömungswiderständen wird einem Kühlmittelsammelring g, der auf dem gleichen Durchmesser wie die Anfänge der Läuferwicklung w liegen, das Kühlmittel zugeführt und von diesem auf die einzelnen parallelen Kühlmittelkreise bzw. Läuferspulen verteilt. Zwischen Sammelring und jedem Kühlmittelkreis bzw. der ersten Läuferspule eines solchen ist ein weiterer Strömungswiderstand h vorgeschaltet, der aus einem oder mehreren parallelen Rohren aus Isoliermaterial mit einem relativ kleinen Innendurchmesser besteht. Durch diesen Strömungswiderstand, der gleichzeitig die Erregerwicklung elektrisch isoliert, können etwaige unterschiedliche Spulenlängen ausgeglichen werden, wodurch eine Anpassung der Kühlmittelmengen der Spulen bzw. Kühlkreise an die Erfordernisse einer gleichmäßigen Kühlung möglich ist. Auf diesem Wege können die Unterschiede der Leiterlängen in den verschiedenen konzentrisch angeordneten Spulen ausgeglichen werden. Die Spulen mit der größten Leiter-bzw. Kanallänge erhalten den kleinsten Vorwiderstand, damit durch sie das meiste Kühlmittel geführt wird. Die Vorwiderstände sich gegenüberliegender Spulen werden vor dem Einbau möglichst genau gleich eingestellt.Starting from the memory a, the coolant flows, for example treated water of high purity, a liquid hydrocarbon or other vaporizable liquid, e.g. B. Freon, driven by a motor M by the Pump e and the shut-off valve f via a degassing device eg in the for simplification rotor shaft not shown in the drawing. By channels of the latter with Flow resistances formed by labyrinths become a coolant collecting ring g, which are on the same diameter as the beginnings of the rotor winding w, the coolant is supplied and from this to the individual parallel coolant circuits or rotor coils distributed. Between the collecting ring and each coolant circuit or the first runner coil of such a further flow resistance h is connected upstream, the one or more parallel tubes of insulating material with a relative small inside diameter. Through this flow resistance, which at the same time the excitation winding is electrically isolated, any different coil lengths can be used be compensated, whereby an adjustment of the coolant quantities of the coils resp. Cooling circuits to the requirements of a uniform cooling is possible. On this one The differences in conductor lengths can be concentric in the different paths arranged coils are compensated. The coils with the largest conductor or. Channel length receive the smallest series resistance, and thus the greatest amount of coolant through it to be led. The series resistances of opposing coils are set before the installation set as exactly the same as possible.

Die Läuferwicklung w besteht aus Hohlleitern, die entweder aus U-Profilen zusammengelötet oder als Ganzes gezogen sind. Durch Querwände q, die auf der innenliegenden Seite der Hohlkanäle einen Durchtritt freilassen, werden innerhalb der Leiter wannenförmige Hohlräume gebildet. Die Querwände q verhindern einerseits, daß das Kühlmittel unter dem Einfluß der Fliehkräfte durch die Wicklung hindurchgepreßt wird, und sichern andererseits, daß unterhalb des durch die Fliehkraft gegen die obere Kanalwand angepreßten Kühlmittelkanalraums für die Gasströmung freigehalten wird. Wird der Kühlmittelzulauf verstärkt, läuft das Kühlmittel über die Querwände über und strömt jeweils aus dem einen wannenförmigen Raum in den folgenden, wobei diese Räume von Windung zu Windung auf einem größer werdenden Drehradius liegen können. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß das Kühlmittel innerhalb der Leiterkühlkanäle nicht wesentlich höher stehen kann als die Querwände. Die Höhe der Querwände nimmt vom Anfang bis zum Ende jedes Kühlmittelzweiges ab. Sie wird so bestimmt, daß innerhalb der wannenförmigen Räume keine übermäßig großen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten.The rotor winding w consists of waveguides, which either consist of U-profiles are soldered together or drawn as a whole. Through transverse walls q on the inside On the side of the hollow channels leaving a passage, the conductors are trough-shaped Cavities formed. The transverse walls q prevent the one hand that the coolant under the influence of centrifugal forces is pressed through the winding, and secure on the other hand, that below the pressed by the centrifugal force against the upper duct wall Coolant duct space is kept free for the gas flow. Will the coolant supply reinforced, the coolant overflows over the transverse walls and flows out of the a tub-shaped space in the following, these spaces from turn to turn can lie on an increasing turning radius. Essential is that the coolant is not significantly higher within the conductor cooling ducts can be used as the transverse walls. The height of the transverse walls increases from the beginning to the end of each one Coolant branch. It is determined so that within the tub-shaped spaces no excessively high flow velocities occur.

Der sich in den Gasströmräumen der Leiterkanäle befindende Dampf wird durch Öffnungen ö an den Enden jeder Windung bzw. jeder Spulenseite abgeblasen und strömt in einen Dampfraum d, der beispielsweise durch Hohlraum in den Wickelkopfkappen gebildet wird. Letzterer steht über eine Ableitvorrichtung p und die Leitung n sowie gegebenenfalls ein Regelorgan k mit einem Kondensator c in Verbindung. Bei entsprechender Öffnung des Regelorgans k bildet sich in dem Dampfraum d bzw. den darin einmündenden Gasableitkanälen der einzelnen Wicklungsleiter ein verhältnismäßig niedriger Druck aus, der ein Ausdampfen des Kühlmittels an der Innenfläche innerhalb der Kühlmittelkanäle zur Folge hat. Innerhalb des flüssigen Kühlmittels ist der Druck und damit auch die Verdampfungstemperatur infolge der Wirkung der Fliehkraft wesentlich erhöht, so daß das Kühlmittel nur an der freien Innenfläche verdampft.The vapor in the gas flow spaces of the conductor ducts is blown off through openings δ at the ends of each turn or each coil side and flows into a vapor space d, which is formed, for example, by a cavity in the end winding caps. The latter is connected to a condenser c via a discharge device p and the line n and, if appropriate, a control element k. When the control element k is opened accordingly, a relatively low pressure forms in the vapor space d or the gas discharge ducts of the individual winding conductors opening into it, which results in evaporation of the coolant on the inner surface within the coolant ducts. Within the liquid coolant, the pressure and thus also the evaporation temperature is significantly increased as a result of the effect of the centrifugal force, so that the coolant evaporates only on the free inner surface.

Die Verdampfung des Kühlmittels innerhalb der Leiterstäbe hat zur Folge, daß entsprechend der erforderlichen Verdampfungswärme dem flüssigen Kühlmittel bzw. dem damit verbundenen Leiter Wärme entzogen wird und eine praktisch gleiche Erwärmung innerhalb der in den Kühlzweigen liegenden Leiter herbeigeführt wird.The evaporation of the coolant within the conductor bars has to Consequence that according to the required heat of vaporization the liquid coolant or the associated conductor heat is withdrawn and practically the same Heating is brought about within the conductor lying in the cooling branches.

F i g. 1 der Zeichnung läßt erkennen, daß in den einzelnen Spulen S 1 bis S 6 von der Seite des Kühlmitteleintritts neben dem Flüssigkeitssammelraum g die Flüssigkeitshöhe von Spule zu Spule verringert wird. Jedoch wird man die Kühlmittelzufuhr so beeinflussen oder regeln, daß auch aus der letzten Spule S 6 noch eine Kühlmittehnenge in den Sammelraum d übertritt. Entsprechend der Abnahme der Kühlmitteltiefe in den einzelnen wannenförmigen Räumen der Windungen S 1 bis S 6 wird umgekehrt der freie Querschnitt für die Abströmung des gebildeten Dampfes von Spule zu Spule größer. Das überschüssige Kühlmittel wird vom Ende der Kühlzweige bzw. aus dem Dampfsammelraum d durch Kanäle in die Kappe und eine feststehend angeordnete Kühlmittel-Ableitvorrichtung v abgeführt. Es gelangt über die Leitung 1 mit einem Kühler x und das Absperrorgan y in den Kühlmittelbehälter a. Die Kühlmittelableitung wird im folgenden an Hand von F i g. 6 und 7 näher erläutert.F i g. 1 of the drawing shows that in the individual coils S 1 to S 6 from the side of the coolant inlet next to the liquid collecting space g, the liquid level is reduced from coil to coil. However, the supply of coolant will be influenced or regulated in such a way that a tightness of coolant will also pass from the last coil S 6 into the collecting space d. Corresponding to the decrease in the coolant depth in the individual trough-shaped spaces of the windings S 1 to S 6, conversely, the free cross section for the outflow of the vapor formed from coil to coil is larger. The excess coolant is discharged from the end of the cooling branches or from the steam collecting space d through channels into the cap and a stationary coolant discharge device v. It reaches the coolant tank a via line 1 with a cooler x and the shut-off device y. The coolant discharge is shown below with reference to FIG. 6 and 7 explained in more detail.

Die Ausbildung der Wicklungsleiter selbst und der in diesen zur Bildung der wannenförmigen Räume vorgesehenen Querwände geht aus Quer- und Längsschnitt der F i g. 2 und 3 hervor. Es bedeuten in diesen Figuren z die Hohlleiter einer Nut und 1 die Keile zum Halten der Leiter. Die in der Nut radial übereinanderliegenden Hohlleiter z weisen die Innenkanäle p auf; in den Hohlkanälen p der Leiter sind ausgehend von der oberen Leiterwand Querwandteile q aus widerstandsfähigem Material unterschiedlicher Höhe vorgesehen, derart, daß die von diesen Querwandteilen q gebildeten wannenförmigen Räume r vom Grunde der Nut ausgehend mit zunehmendem Radius flacher werden. Bei Kühlmittelzuführung zu den untersten Nutenleiter ergibt sich, daß dementsprechend die Höhe bzw. Größe der für das Ausdampfen und die Gasabströmung vorhandenen Kanalräume mit zunehmendem Abstand von der Drehachse der Maschine größer wird.The training of the winding conductors themselves and the training in them The transverse walls provided for the tub-shaped rooms are based on a cross-section and a longitudinal section the F i g. 2 and 3. In these figures z mean the waveguides one Groove and 1 the wedges for holding the ladder. The radially superimposed in the groove Waveguides z have the inner channels p; are in the hollow channels p of the conductor starting from the upper ladder wall, transverse wall parts q made of resistant material different heights provided, such that the formed by these transverse wall parts q Tub-shaped spaces r flatter with increasing radius starting from the bottom of the groove will. When coolant is supplied to the lowermost slot conductor it follows that accordingly the height or size of the duct spaces available for evaporation and gas outflow becomes larger with increasing distance from the axis of rotation of the machine.

Die F i g. 3 der Zeichnung veranschaulicht nur für einen beschränkten Längenabschnitt die Unterteilung der Kühlkanäle in Kühlabschnitte für die Flüssigkeitsströmung bzw. Kanalteile für die Dampfabführung. Jedoch können die Wicklungsleiter über die ganze Länge von der Kühlmittelzuführung g bis zur Flüssigkeitsableitung in den Sammelraum d der Kappe eine entsprechende Ausbildung aufweisen. Zur Abführung des Dampfes können am Ende einer oder mehrerer Windungen im Wickelkopfraum Dampfableitkanäle in den Leitern vorgesehen werden, wie dies in F i g. 5 veranschaulicht ist. In dieser Figur weist der Hohlleiter z von rechteckigem Querschnitt in dem unterhalb der Wand q vorgesehenen Gasabströmraum in den Seitenwänden Abströmschlitze u auf, durch die der gebildete Dampf zu einem Teil in den Sammelraum d abströmen kann.The F i g. Figure 3 of the drawing illustrates only to a limited extent Length section divides the cooling channels into cooling sections for the flow of liquid or duct parts for steam discharge. However, the winding conductors can use the entire length from the coolant supply g to the liquid discharge into the collecting space d the cap have a corresponding training. To dissipate the steam you can at the end of one or more turns in the winding head space in the vapor discharge channels Ladders are provided as shown in FIG. 5 is illustrated. In this figure has the waveguide z of rectangular cross-section in the one below the wall q provided gas outflow space in the side walls outflow slots u through which some of the steam formed can flow off into the collecting space d.

F i g. 4 zeigt in einem Ausschnitt die Kühlmittelzuführung zu der Wicklung. Darin bedeuten W die Welle und B den Läuferballen. Die übereinanderliegenden Wicklungsleiter S 1 bis S 8 werden im Wickelkopfbereich von der Kappe K gehalten. Zwischen dem untersten Spulenleiter S 1 und dem Kühlmittelsammelring g ist die einen hohen Strömungswiderstand aufweisende Zuleitung h aus Isoliermaterial angeordnet. Letztere weist einen oder mehrere parallele Kanäle kleinen Querschnittes auf und ist ebenso wie der Sammelring g unter Einbettung in ein Isolierfutter von einem Ringkörper R großer Festigkeit gehalten. Das Kühlmittel wird dem Sammelring g über die Radialkanäle L mit eingebauten Labyrinthen M von dem Wellenkanal N zugeführt. Der aus Austrittskanälen (vgl. die Kanäle u der F i g. 5) ausströmende Dampf kann aus dem bzw. den Dampfsammelräurnen d innerhalb der Kappe durch Öffnungen p in den Kappenringen K 1 in das feststehend angeordnete Ableitgehäuse F und von letzterem über die Leitung n in den Kondensator abgeführt werden.F i g. 4 shows a section of the coolant supply to the winding. Here, W denotes the wave and B denotes the ball of the runner. The winding conductors S 1 to S 8 lying one above the other are held by the cap K in the end winding area. The feed line h made of insulating material and having a high flow resistance is arranged between the lowermost coil conductor S 1 and the coolant collecting ring g. The latter has one or more parallel channels of small cross-section and, like the collecting ring g, is held by an annular body R of great strength while being embedded in an insulating lining. The coolant is fed from the shaft channel N to the collecting ring g via the radial channels L with built-in labyrinths M. The steam flowing out of the outlet channels (cf. channels u in FIG. 5) can flow out of the steam collecting channel (s) d inside the cap through openings p in the cap rings K 1 into the stationary discharge housing F and from the latter via line n be discharged into the condenser.

F i g. 6 zeigt in vergrößertem Maßstabe im Kappenbereich die Ableitung des unverdampften flüssigen Kühlmittels, darin bedeuten S 8, S 8' die Hohlleiter der radial außenliegenden Spulenköpfe. Diese sind unter Zwischenschaltung der Isolierbeilage 1 an der Kappe gehalten. d sind die in Verbindung stehenden Dampfräume innerhalb der Kappe. In dem ringförmigen Isolierteil 1 und/oder zwischen entsprechenden Ringsegmenten sind Ableitkanäle C für die Kühlflüssigkeit, die in den Ringraum D zwischen dem Teil I und dem Kappenringteil K 1 einmünden. Aus letzterem kann bei Erreichen eines bestimmten Flüssigkeitsstandes die überschüssige Flüssigkeit durch geneigte Kanäle (Bohrungen) K 2 über den Ringkranz K 3 der Kappe K in den ringförmigen die Kühlflüssigkeit auffangenden Sammelableitkanal v überströmen. Die Teile v mit den Kanälen K 2 und dem Ringkranz K 3 bilden zusammen die Ableitung des flüssigen Restkühlmittels, das über den in F i g. 1 gezeigten Leitungszweig zum Flüssigkeitssammelbehälter a zurückgeführt wird (vgl. F i g. 1).F i g. 6 shows on an enlarged scale in the cap area the discharge of the non-evaporated liquid coolant, in which S 8, S 8 'denote the waveguides of the radially outer coil heads. These are held on the cap with the interposition of the insulating shim 1. d are the communicating vapor spaces inside the cap. In the annular insulating part 1 and / or between corresponding ring segments there are discharge channels C for the cooling liquid, which open into the annular space D between the part I and the cap ring part K 1. From the latter, when a certain liquid level is reached, the excess liquid can flow over through inclined channels (bores) K 2 via the annular ring K 3 of the cap K into the annular collecting drainage channel v which collects the cooling liquid. The parts v with the channels K 2 and the annular ring K 3 together form the discharge of the liquid residual coolant, which via the in F i g. 1 is led back to the liquid collection container a shown branch line (see FIG. F i g. 1).

F i g. 7 zeigt eine etwas abweichende Anordnung, bei der die Kanäle C der Isolierbeilagen oder eines Isolierringes unmittelbar in die Kappenkanäle K 2 einmünden.F i g. 7 shows a somewhat different arrangement in which the channels C of the insulating shims or an insulating ring directly into the cap channels K. 2 merge.

Zur Sicherstellung der Kühlung in einem Wicklungsleiter empfiehlt sich eine selbsttätige Regelung, die z. B. in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsstand in dem Sammelraum d erfolgen kann. Ist in dem Sammelraum eine bestimmte Flüssigkeitsmenge vorhanden, so kann dies als Kriterium angesehen werden, daß die wannenförmigen Hohlräume sämtlicher Leiter mit dem Kühlmittel angefüllt sind. Praktisch läßt sich der angedeutete Gedanke verwirklichen, indem abhängig von dem Flüssigkeitsstand durch einen Schwimmer, einen druckabhängigen Widerstand o. dgl. eine aus dem Erregerstromkreis abgeleitete Spannung verändert wird, die ein Regelorgan (Position f in F i g. 1) in der Kühlmittelzuleitung beeinflußt.Recommended to ensure cooling in a winding conductor an automatic regulation that z. B. depending on the liquid level can take place in the collecting space d. There is a certain amount of liquid in the collecting space present, this can be viewed as a criterion that the tub-shaped cavities all conductors are filled with the coolant. The indicated can be practically Realize the idea by using a float, depending on the fluid level, a pressure-dependent resistor or the like. One derived from the excitation circuit Voltage is changed, which is a control element (position f in F i g. 1) in the coolant supply line influenced.

Will man eine Übertragung der Flüssigkeitsstandmessung von dem Läufer auf einen Regelantrieb des ortsfesten Ventils z. B. durch einen induktiven oder kapazitiven Übertrager vermeiden, so läßt sich die Anordnung so treffen, daß das Regelorgan f in den gekühlten Läufer selbst, d. h. dessen Welle, verlegt wird.If one wants a transmission of the liquid level measurement from the rotor on a control drive of the fixed valve z. B. by an inductive or Avoid capacitive transformer, the arrangement can be made so that the Control element f in the cooled rotor itself, d. H. whose shaft is relocated.

Wie gesagt, wird der Dampf aus den Sammelräumen d über die Ableitvorrichtung m, die beispielsweise einen Kappenvorsprung umgreift, abgeführt. In der Leitung zum Kondensator c liegt noch ein Ventil k, auch dieses kann zur Regelung benutzt werden, indem dadurch der Dampfdruck im Läufer eingestellt und die Läufertemperatur beeinflußt wird. Auch in diesem Falle kann die Regelung selbsttätig erfolgen. Ein anderer Weg zur Herbeiführung einer zuverlässigen Regelung besteht darin, die Regelung von der über die Leitung v 1 (F i g. 1) zu dem Flüssigkeitskühler abgeführten Kühlflüssigkeitsrestmenge abhängig zu machen. Zu diesem Zwecke braucht nur in der Leitung v 1 ein Flüssigkeitsmengenmesser v 2 vorgesehen zu werden, der bei Abweichung von einem Sollwert einen Regelimpuls für den Stellenantrieb f 1 des Ventils f in der Kühlmittelzuleitung gibt. Die Impulsübertragung 1 zwischen den Teilen v 2 und f 1 ist durch gestrichelte Linien angedeutet.As mentioned, the steam is discharged from the collecting spaces d via the discharge device m, which for example engages around a cap projection. In the line to the condenser c there is also a valve k, which can also be used for regulation by adjusting the vapor pressure in the rotor and influencing the rotor temperature. In this case, too, the regulation can take place automatically. Another way of bringing about a reliable control is to make the control dependent on the residual amount of cooling liquid discharged to the liquid cooler via the line v 1 (FIG. 1). For this purpose, a liquid flow meter v 2 only needs to be provided in the line v 1, which gives a control pulse for the actuator f 1 of the valve f in the coolant supply line if it deviates from a setpoint value. The impulse transmission 1 between the parts v 2 and f 1 is indicated by dashed lines.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist zunächst unterstellt worden, daß die Wicklungsleiter über die ganze Länge durch Verdampfung des flüssigen Kühlmittels gekühlt werden. Es ist jedoch unter Umständen auch möglich, eine gemischte Flüssigkeitsverdampfungskühlung anzuwenden. In diesem Falle werden an Stelle von wannenförmigen Räumen über einen größeren Längenabschnitt die Hohlräume der Leiter durch einen großen Teil des Leiterhohlraumes einnehmende Beilagen ausgefüllt, daß nur ein begrenzter Strömungsquerschnitt für die Flüssigkeit im oberen Teil des Leiters erhalten bleibt. Die Kühlkanäle liegen in diesem Falle in den Nutenteilen der Leiter auf einem etwas größeren Drehradius als die Wickelkopfteile, die um einen kleinen Winkel nach der Welle zu abgebogen sind. Infolgedessen wird in den Nutenteilen ein erheblich vergrößerter Druck durch die Fliehkräfte hervorgerufen und eine Dampfbildung verhindert. Dadurch ist die Verdampfungskühlung praktisch auf den Wickelkopfbereich beschränkt, wo somit nach jedem Durchtritt durch die Kühlkanäle die Kühlflüssigkeit rückgekühlt wird. F i g. 8 zeigt schematisch einen Wicklungsleiter für Flüssigkeitskühlung im Nutenteil mit Verdampfungskühlung im Wickelkopfteil.In the illustrated embodiment, it was initially assumed that the winding conductor over the entire length by evaporation of the liquid coolant be cooled. However, it may also be possible to use mixed liquid evaporative cooling apply. In this case, instead of tub-shaped spaces, a larger section of length the cavities of the Head through a big one Part of the conductor cavity filled inserts that only a limited one Flow cross-section for the liquid in the upper part of the conductor is retained. The cooling channels are in this case in the groove parts of the ladder on something larger turning radius than the winding head parts, which are at a small angle after the Shaft too bent. As a result, one becomes considerably enlarged in the groove parts Pressure caused by centrifugal forces and prevents the formation of steam. Through this the evaporative cooling is practically limited to the end winding area, where thus the cooling liquid is recooled after each passage through the cooling channels. F i g. 8 schematically shows a winding conductor for liquid cooling in the slot part with evaporative cooling in the end winding.

Der Kühldampf kann aus der Maschine bzw. dem Läufer in verschiedener Weise abgeführt werden. So ist grundsätzlich die Kühldampfableitung durch Kanäle in der Welle möglich. Weiter kann auch innerhalb des Ständergehäuses eine feststehend angeordnete Ableitvorrichtung vorgesehen werden, durch die unmittelbar der an der Läuferstirnseite austretende Dampf mittels besonderer Kanäle abgeführt werden kann. Eine andere in verschiedener Hinsicht besonders einfache Ausführung ergibt sich, wenn der erfindungsgemäß ausgebildete Läufer unmittelbar in einem evakuierten Läuferraum angeordnet wird.The cooling steam can come from the machine or the rotor in different ways Way to be discharged. This is basically how cooling steam is removed through ducts possible in the wave. Furthermore, a stationary one can also be used within the stator housing arranged discharge device are provided, through which the directly on the Steam escaping from the front of the rotor can be discharged by means of special channels. Another particularly simple design in various respects results, if the runner designed according to the invention is located directly in an evacuated runner room is arranged.

F i g. 9 zeigt im Schnitt einen entsprechend ausgebildeten Turbogenerator. In der genannten Figur bedeuten 80 das Generatorgehäuse, 81 den Ständerraum abschließende Wandteile aus Isoliermaterial. Infolge dieser Anordnung ist der das Ständereisenpaket 82 mit der Wicklung 83 enthaltende Ständerinnenraum 84 von dem Läuferraum getrennt. 85 ist der Läufer mit seiner durch ein verdampftes Kühlmittel gekühlten Wicklung 85 a. Der Läuferinnenraum 86, der von der Ständerbohrung und den zylindrischen Wandteilen 81 sowie von den Gehäusestirnwänden begrenzt wird, ist direkt an die Ableitung 87 zu dem nicht dargestellten Kondensator angeschlossen. v bedeutet die Ableitvorrichtung für die überschüssige nicht verdampfte Kühlflüssigkeit, aus der, wie oben erläutert wurde, das flüssige Kühlmittel dem Kühlsammelbehälter wieder zugeführt wird. 89 und 90 sind Kühlmittelzuleitungen zu Eisenpaket 82 und Ständerwicklung 83.F i g. 9 shows in section a correspondingly designed turbo generator. In the figure mentioned, 80 denotes the generator housing, 81 the stator space closing off wall parts made of insulating material. As a result of this arrangement, the stator interior 84 containing the stator iron core 82 with the winding 83 is separated from the rotor space. 85 is the rotor with its winding 85 a, which is cooled by an evaporated coolant. The rotor interior 86, which is delimited by the stator bore and the cylindrical wall parts 81 as well as by the housing end walls, is connected directly to the discharge line 87 to the capacitor, not shown. v means the discharge device for the excess, non-evaporated cooling liquid, from which, as explained above, the liquid coolant is fed back to the cooling collecting container. 89 and 90 are coolant supply lines to the iron core 82 and stator winding 83.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, letztere können vielmehr in verschiedenster Beziehung abgewandelt werden, z. B. können die zur Unterteilung der Strömungskanäle für die Flüssigkeit vorgesehenen Stegeq, wie in F i g. 2 bei den unteren Leitern gestrichelt eingetragen ist, kreisbogenförmig ausgeschnitten sein, wodurch sich in verschiedener Beziehung, besonders bezüglich der Strömungsverhältnisse, eine Verbesserung ergibt.The invention is not limited to the exemplary embodiments described limited, the latter can rather be modified in various ways, z. B. can be provided for subdividing the flow channels for the liquid Stegeq, as in FIG. 2 is entered in dashed lines for the lower conductors, in the shape of a circular arc be cut out, thereby creating different relationships, especially regarding the flow conditions, results in an improvement.

Claims

Claims: 1. Coolant circuit for rotors in electrical machines, in particular turbo-generators, with directly liquid-cooled windings, in which a liquid medium for heat dissipation brought to evaporation in the waveguides is, d a - characterized in that the waveguide with internals of such an arrangement are provided that within the may have one or more turns extending interiors of the waveguide sections with increased flow resistance for the coolant and sections with reduced flow resistance for the steam generated by heat dissipation from the conductors are formed.

2. Coolant circuit according to claim 1, characterized in that in the hollow partial conductors from the upper Wall starting from transverse walls of different radial depths provided are trough-shaped inside the hollow conductor on the radially outer side Limit chambers of different heights.

3. coolant circuit according to claim 1, characterized characterized in that between the coolant collecting rings and the coolant circuits of the rotor. Flow resistances to adapt the coolant stretch to different Coil lengths are available that beätehen made of insulating material and therefore at the same time Galvanically separate the water supply and the excitation winding.

4. Coolant circuit according to Claim 1, characterized in that in the coil ends or individual conductors the coolant branches may drain openings over the entire length of the winding head are provided, through which steam generated in the conductor channel into cavities, can escape especially in the area of the winding caps.

5. Coolant circuit according to claim 1 and 4, characterized in that as a result of corresponding regulation the coolant supply a part of the supplied coolant in the liquid state in crosses a steam collecting space.

6. coolant circuit according to claim 5, characterized characterized in that the regulation of the coolant supply as a function of the liquid level takes place in the steam plenum.

7. coolant circuit according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that the evaporation control and thus regulating the pressure of the steam generated during cooling by regulating the Delivery pump for the liquid coolant is achieved. B.

Coolant circuit according to claim 1, characterized in that for regulation in the derivation to one A regulating element is arranged in the condenser for the evaporated coolant.

9. Coolant circuit according to claim 1, characterized in that partially in the conductors or cooling branches a liquid cooling is available, the conductor or cooling branches only Have channels of limited cross-section for the implementation of the liquid coolant.

10. coolant circuit according to claim 9, characterized in that the in their Groove part without internals conductors provided with cooling channels of limited cross-section on a larger turning radius than the adjacent end-winding parts with built-in components lie so that liquid cooling in the grooves and evaporative cooling in the end windings is available.

11. coolant circuit according to claim 1 or 3, characterized in that that in the coolant supply ducts between the collecting ring and wave channel labyrinth-like flow resistances are arranged.

12. Coolant circuit according to Claim 1 or one of the following claims, characterized in that in the fixed part of the coolant supply line to the rotor shaft a gas separation device is arranged.

13. Coolant circuit according to claim 1, 5 or 9, characterized in that that the discharged from the winding or the last winding conductor in the liquid state Coolant from channels or liquid collecting spaces in the winding head space is inclined over arranged bores in preferably radially arranged cap parts of an annular Coolant discharge device is supplied and that the coolant flowing therefrom is fed back to the coolant circuit via a cooler and control valve.

14th Coolant circuit according to Claim 13, characterized in that the winding The amount of residual cooling liquid discharged via the discharge device is measured and the regulation of the rotor winding depending on the quantity of liquid measurement supplied coolant takes place.

15. Coolant circuit according to claim 1, characterized characterized in that the rotor interior of the generator housing to the deposition the evaporated coolant serving condensation device is connected and the vapor formed in the rotor winding directly into the rotor space of the Can flow away from the machine housing.

16. Coolant circuit according to claim 1, characterized characterized in that the stator space of the machine opposite the rotor space in on is sealed in a known manner.

17. Coolant circuit according to claim 1, characterized characterized in that a fixed discharge device within the machine housing is arranged with channels for discharging the coolant vapor, which opposite the rotating rotor body is sealed. Considered publications: German Patent Nos. 298 256, 322 952, 337 561; French patent specification No. 1276 717; U.S. Patent No. 2,773,201; Electrical Engineering, May 1949, Pp. 385 to 392.