Turbogenerator mit direkter Gaskühlung der Rotorevicklung Der heute allgemein bei Turbogeneratoren ge bräuchliche Ausdruck Direkte Kühljung besagt"d!ass das Kühlgas direkt mit dem durch die Joulschen Verluste erwärmten Kupfer in Verbindung steht.
Seit der Einführung dieser Konstruktionen ist eine ganze Reihe von verschiedenen Ausführungen be kanntgeworden. Am naheliegendsten erschiene es., eine aus Hohlleitern gewickelte Spule vom Anfang bis zum Ende vom Kühlmedium durchfliessen zu lassen. Bei der Flüssigkeitskühlung von Magnetspulen ver schiedener physikalischer Apparate sind solche Kon struktionen auch angewendet worden.
Für die Gas kühlung im Elektromaschinenbau sind diese Aus führungen nicht möglich, weil der in einem Turboge nerator zur Verfügung stehende Gasdruck, entweder durch den rotierenden Rotorkörper selbst oder durch einen Zusatzventilator erzeugt, im allgemeinen nicht ausreicht, um die in beliebig langen Kanälen er forderliche Gasgeschwindigkeit zu erzeugen. Man lässt deshalb das Gas durch parallele Teilstrecken d'es Hohlleiters strömen, die elektrisch in Serie geschaltet sind.
Durch die so erhaltenen kurzen Gasstrecken kann man mit dem gegebenen Druck die gewünschten Geschwindigkeiten erreichen. Bei einer bekannten Lösung tritt das Gas von beiden Seiten her in ider Mitte der Wickelköpfe ein und in der Maschinen mitte in den Luftspalt wieder aus. Die vom Kühl gas zurückzulegende Wegstrecke ist dann gleich der halben Wäckelkopflänge vermehrt um die halbe Länge des aktiven Teiles.
Eine andere bekannt gewordene Lösung ist in Fig. 1 dargestellt, wo 0-O die Maschi nenachse, M-M <I>die</I> Ebene ,der Maschinenmitte be deutet. Die Spule ist in die Zeichenebene abge wickelt. Im Raume zwischen den Ebenen<B>E -E</B> und E'-E' liegt der aktive Teil des Rotors. Hier tritt das Kühlgas in der Nähe der Ballernden bei <I>B</I> bzw.<I>B'</I> in die Hohlleiter ein und verzweigt sich in zwei parallele Ströme, nämlich einen Kühlstrom, der zur Mitte nach C bzw.<B>C</B> verläuft und einen Kühlstrom durch den Wickelkopf, ider bei<I>A</I> bzw.<I>A'</I> austritt.
Die zu :durchströmenden Strecken sind ,in diesem Falle kleiner als bei der vorher erwähnten Anord nung, weshalb diese Kühlungsart günstiger ist. Man muss hier aber für eine im Wickelkopfraum einge baute Gaszu- und -ableitungskonstruktion sorgen, die mit einigen Richtungsänderungen der Strömung und entsprechenden Druckverlusten verbunden äst.
Die vorliegende Eindung betrifft nun einen Turbogenerator mit direkter Gaskühlung der Rotor- wicklung, bei der das Kühlgas von beiden Seiten her in die Wickelköpfe ein- rund in der Maschinenmitte austritt. Zweck der Erfindung ist, keine Einbauten für die Gasverteilung im Wickelkopfraum machen zu müssen.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch ,erreicht, dass auf jeder Seite in Richtung der Gas strömung zwei Gaseintritte vorgesehen sind, von denen einer in der Mitte des Wickelkopfes und ider zweite kurz vor idem Ballenanfang des Rotors liegt und dieser zweite Gaseintritt so weit gedrosselt ist, dass auch eine Gasströmung im Kanal zwischen den beiden Eintrittsöffnungen entsteht.
Anhand der Fig. 2 der Zeichnung sei ein Aus führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es sind je Seite zwei Eintrittsöffnungen im Hohl leiter bei<I>A</I> und<I>B</I> bzw.<I>A'</I> und<I>B'</I> vorgesehen. Der Austritt liegt bei C in der Mitte der Maschine. Durch richtige Bemessung der hydraulischen Widerstände der beiden Eintrittsöffnungen kann eine willkürliche Aufteilung der bei<I>A</I> und<I>B bzw.</I> A' und <I>B'</I> ein strömenden Gasmenge erzielt werden.
So ist es mög lich, durch eine :entsprechende Drosselung am Ein tritt<I>B</I> die Gasgeschwindigkeit im Kanal A -B gerade nur so hoch einzustellen, dass die Höchsttemperatur am Ende dieses Leiterstückes unter einer vorge- gebenen Grenze bleibt. Nach oder Zugabe kalten Gases bei B strömt die Gesamtmenge mit Misch temperatur in den Kanal B-C weiter.
Die geringe Geschwindigkeit im Wickelkpfteil bewirkt einen wesentlich kleineren Druckabfall als beim Durchgang des ganzen Gases gemäss der bekannten Anordnung. Bei gegebenem Druck entsteht im Kanal B-C bei der Ausführung nach Fig. 2 eine höhere Geschwindigkeit und somit auch ein grösserer Gasdurchfluss. Die Er regerstromstärke kann erhöht werden und damit auch die Leitung der Maschine.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig.3. Durch die schrägen Einlaufkanäle bei<I>B</I> bzw.<I>B'</I> entsteht eine Injektorwirkung, die das Gas aus dem Kanalstück A -B bzw.<I>A' B'</I> ansaugt. Infolgedessen kann hier die Drosselung bei<I>B</I> und<I>B'</I> entfallen und der Gesamtdruckabfall wird noch kleiner als bei der Lösung nach Fig.2. Dement sprechend ist bei gegebenem treibenden Druck eine noch grössere Steigerung des Erregerstroms ,und der Maschinenleitung möglich.
Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich, wenn man, wie in Fig. 3 dargestellt, die Leiter des Wickelkopfes breiter ausführt als die Leiter in der Nut. Man erhält dann nicht nur geringere Verluste, sondern man kann infolge der grösseren Wandstärke den schrägen Einströmkanälen eine für den Injektor- effekt günstige Länge geben.
Turbo generator with direct gas cooling of the rotor winding The expression Direct Cooling commonly used today for turbo generators means "that the cooling gas is directly connected to the copper heated by the Joule losses.
Since the introduction of these designs, a number of different designs have become known. The most obvious thing would appear to be to let the cooling medium flow through a coil made of waveguides from beginning to end. In the liquid cooling of solenoids ver different physical apparatus such Kon structures have also been used.
For gas cooling in electrical engineering, these executions are not possible because the gas pressure available in a Turbo generator, generated either by the rotating rotor body itself or by an additional fan, is generally not sufficient to achieve the gas speed required in any length of duct to create. The gas is therefore allowed to flow through parallel sections of the waveguide which are electrically connected in series.
The short gas paths thus obtained allow the desired speeds to be achieved with the given pressure. In one known solution, the gas enters from both sides in the middle of the end windings and leaves the machine in the middle of the air gap. The distance to be covered by the cooling gas is then equal to half the length of the wobbly head plus half the length of the active part.
Another known solution is shown in Fig. 1, where 0-O denotes the machine axis, M-M the plane, the center of the machine. The coil is wound abge in the plane of the drawing. The active part of the rotor is located in the space between the planes <B> E -E </B> and E'-E '. Here, the cooling gas enters the waveguide near the ballers at <I> B </I> or <I> B '</I> and branches into two parallel streams, namely a cooling stream that goes towards C. or <B> C </B> and a cooling flow through the end winding, which exits at <I> A </I> or <I> A '</I>.
The distances to be flowed through are, in this case, smaller than in the previously mentioned arrangement, which is why this type of cooling is more favorable. Here, however, you have to provide a gas supply and discharge structure built into the winding head space, which is associated with some changes in direction of the flow and corresponding pressure losses.
The present invention relates to a turbo generator with direct gas cooling of the rotor winding, in which the cooling gas exits from both sides into the end windings around the center of the machine. The purpose of the invention is not to have to make any internals for gas distribution in the winding head space.
According to the invention, this is achieved in that two gas inlets are provided on each side in the direction of the gas flow, one of which is in the middle of the winding head and the second is just before the beginning of the barrel of the rotor and this second gas inlet is throttled so far, that there is also a gas flow in the channel between the two inlet openings.
With reference to Fig. 2 of the drawing, an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail.
There are two entry openings on each side in the waveguide at <I> A </I> and <I> B </I> or <I> A '</I> and <I> B' </I>. The exit is at C in the middle of the machine. By correctly dimensioning the hydraulic resistances of the two inlet openings, an arbitrary distribution of the amount of gas flowing at <I> A </I> and <I> B or </I> A 'and <I> B' </I> can be achieved will.
It is possible, by means of a corresponding throttling at the entrance <I> B </I>, to set the gas velocity in channel A -B just high enough that the maximum temperature at the end of this conductor section remains below a specified limit. After or after the addition of cold gas at B, the total amount continues to flow into channel B-C at mixing temperature.
The low speed in the winding head part causes a much smaller pressure drop than when all the gas passes through according to the known arrangement. At a given pressure, in the embodiment according to FIG. 2, there is a higher speed in channel B-C and thus a greater gas flow. The excitation current can be increased and so can the line of the machine.
Another embodiment of the invention is shown in FIG. The inclined inlet channels at <I> B </I> or <I> B '</I> create an injector effect that pulls the gas out of the channel piece A -B or <I> A' B '</I> sucks. As a result, the throttling at <I> B </I> and <I> B '</I> can be omitted here and the total pressure drop is even smaller than in the solution according to FIG. 2. Accordingly, with a given driving pressure, an even greater increase in the excitation current and the machine line is possible.
A particularly favorable arrangement is obtained if, as shown in FIG. 3, the conductors of the end winding are made wider than the conductors in the groove. Not only does this result in lower losses, but because of the greater wall thickness, the inclined inlet ducts can be given a length that is favorable for the injector effect.