CH657724A5

CH657724A5 - Gasgekuehlter rotor fuer einen turbogenerator.

Info

Publication number: CH657724A5
Application number: CH1726/81A
Authority: CH
Inventors: Madsen Kristian Dahl
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1986-09-15
Also published as: US4365177A; FR2480041A1; SE8002528L; DE3111635A1; SE428984B; JPS56153950A; FR2480041B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasgekühlten Rotor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

Ein solcher Rotor ist in der ungarischen Patentschrift 148 228 sowie in der USA-Patentschrift 3 781 581 beschrieben.

Ferner ist eine nach der ungarischen Patentschrift hergestellte Maschine in IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-98, No.3, May/June 1979, Seiten 876-878 beschrieben.

Mit einem Rotor nach der Erfindung möchte man im Vergleich zu bekannten Maschinen der vorgenannten Art eine bessere Kühlung der Rotorwicklung bei derselben Drehzahl und demselben Rotordurchmesser erzielen können.

Bei einem Rotor der anfangs beschriebenen Art ist - bei demselben Gesamt-Kühlkanalvolumen - der pneumatische Widerstand eines durch eine Spulenseite fliessenden Kühlgasflusses im Vergleich zu einem entsprechenden Widerstand bei axial verlaufenden Kühlkanälen extrem klein, da sich die gesamte Querschnittsfläche der tangential verlaufenden Kühlkanäle zu der entsprechenden Fläche bei axialen Kühlkanälen wie die Seitenfläche der Spulenseite zur Querschnittsfläche der Spulenseiten verhält, während die Länge der Kühlkanäle gleich der Breite der Spulenseite ist.

Bei einem Rotor der vorgenannten Art kann man ohne Schwierigkeit eine genügend grosse pneumatische Leitfähigkeit bei den durch die Spulenseiten verlaufenden Kühlkanälen erzielen, während die pneumatische Leitfähigkeit der in den Nutenkeilen angeordneten Einlauf- und Ablaufkanäle hingegen relativ klein ist, was zur Folge hat, dass der Gesamtquerschnitt der letztgenannten Kanäle praktisch ganz bestimmend für die Grösse des Kühlgasflusses ist, der durch die von den Wicklungsnuten umschlossenen Abschnitte der Rotorwicklung gepresst werden kann.

Bei einem Rotor nach der Erfindung beabsichtigt man, ein Nutenkeilorgan zu schaffen, das allen mechanischen Ansprüchen in genauso grossem Masse gerecht wird, wie die entsprechenden bekannten Nutenkeilorgane, während der gesamte Kanalquerschnitt desselben gleichzeitig erheblich grösser als bei konventionellen Rotoren entsprechender Art ist.

Bei den bisher hergestellten Rotoren der vorgenannten Art haben die in der Wicklungsnut angeordneten, zur Fixierung des Leiterbündels vorgesehenen Distanzkörper gewisse Restriktionen bei der Ausführung der Kanäle des Keilor-ganes mit sich gebracht. Bei der Entwicklung eines Rotors nach der Erfindung ist es durch zweckmässige Ausführung dieser Fixiervorrichtungen gelungen, die durch die obengenannten Restriktionen bedingten Abweichungen von einer optimalen Ausformung der Kanäle des Keilorganes ziemlich klein zu halten. Dadurch wurde eine erhebliche Vergrösse-rung des Gesamt-Kanalquerschnitts des Keilorganes erreicht, ohne dass die Fähigkeit, die auf die Spulenseite wirkenden Zentrifugalkräfte aufzunehmen, reduziert wurde. Unter im übrigen gleichen Bedingungen kann man bei einer Nutenkeilanordnung nach der Erfindung einen Gesamt-

ICanalquerschnitt erreichen, der ca. 33% grösser ist als bei entsprechenden, konventionell hergestellten Nutenkeilorganen.

Aus in der vorgenannten IEEE Transaction gezeigten s Druckkurven geht hervor, dass der Druckabfall längs eines tangentialen Kühlkanals am Boden der Wicklungsnut bei dem bekannten Rotor nur 1/3 des entsprechenden Druckabfalls zuoberst in der Nut beträgt, wobei der innerste Leiter der Spulenseite bei maximalem Rotorstrom eine Temperatur io bekommt, die ca. 35°C höher ist als die Temperatur des äusserten Leiters. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den vorgenannten Druckabfall zu reduzieren, damit die Temperatur des innersten Leiters nicht viel höher als die Temperatur des äussersten Leiters wird. Durch geeignete 15 Ausführung der in der Wicklungsnut angeordneten Fixiervorrichtungen hat man bei einem Rotor nach der Erfindung den vorgenannten Temperaturunterschied auf ca. 9°C reduzieren können. Eine in Verbindung mit der Entwicklungsarbeit durchgeführte mathematische Untersuchung hat 20 ergeben, dass der vorgenannte Druckabfall nicht linear mit dem Mittelquerschnitt des zwischen der Spulenseite und der Nutenwand befindlichen Gasdurchströmungsweges variiert, sondern einer Funktion folgt, in die mehrere Exponentialfunktionen eingehen. In dem betreffenden Bereich bewirkt 25 dann eine Erhöhung des Mittelquerschnittes des Gasdurchströmungsweges eine unerwartet hohe Reduktion des Druckabfalles längs desselben.

Bei der Entwicklung eines Rotors nach der Erfindung wurde anfangs vorausgesetzt, dass die Kanäle des Nutenkeils 30 jeweils im wesentlichen in einer Radialebene liegen sollten (eine teilweise axiale Richtung würde eine unnötige Verlängerung der Kanäle mit sich führen), und dass die Axialprojektion der Einlaufkanäle jeder Wicklungsnut die Axialprojektion der Ablauf kanäle kreuzen sollte und, eigentlich nur 35 als Gedankenexperiment, dass die in der Nut befindlichen Fixiervorrichtungen keine Restriktionen hinsichtlich der axialen Lagen der Nutenkeilkanäle mit sich bringen sollten. Unter diesen Voraussetzungen kam man dann zu der Folgerung, dass die Bedingungen für eine maximale Gasdurchläs-40 sigkeit des Nutenkeilorganes bei erforderlicher mechanischer Stärke desselben die sind, dass die Kanäle des Nutenkeilorganes gleichmässig längs der ganzen Nut, so nahe aneinander wie möglich und auf solche Weise verteilt werden, dass jeder Einlaufkanal zwei unmittelbar danebenliegende 45 Ablauf kanäle hat und umgekehrt (abgesehen von Unregelmässigkeiten an den Nutenenden).

Von dieser Folgerung ausgehend, ist man während des Entwicklungsstadiums bestrebt gewesen, die zur Fixierung der Leiterbündel der Nut erforderlichen Vorrichtungen derart so auszuführen, dass die vorgenannte gleichmässige Verteilung so wenig wie möglich gestört wird. Beispielsweise bei dem in der vorgenannten ungarischen Patentschrift gezeigten Rotor beträgt, auf jeder Seite des Leiterbündels, die gesamte axiale Dimension sämtlicher zwischen der Nutenwand und dem 55 Leiterbündel angeordneter Distanzkörper 50% der Länge der Wicklungsnut, was bedeutet, dass der axiale Abstand zwischen gleichmässig verteilten, in Radialebene liegenden Keilkanälen bedeutend grösser werden würde als bei einem gedachten Fall, wo die Distanzkörper die Ausführung der 60 Keilkanäle nicht beeinflussen. Dass die Keilkanäle in ziemlich grossem Masse axial gerichtet sind, bringt ausserdem eine erhebliche Erhöhung ihres pneumatischen Widerstandes mit sich.

Die Erfindung gründet sich auf das Prinzip, die gesamte 65 axiale Ausdehnung der zwischen Nutenwand und Leiterbündel befindlichen Distanzkörper dadurch zu reduzieren, dass man den Bedarf solcher Distanzkörper im wesentlichen verringert, genauer gesagt dadurch, dass eine wie eine Kanal

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schiene ausgeführte Haltevorrichtung im Boden der Nut angeordnet ist, während eine tangentiale Verschiebung der einzelnen Leiter des Leiterbündels im Verhältnis zueinander mit Hilfe mehrerer langgestreckter, in dem Leiterbündel eingebetteter Sperrorgane verhindert wird.

Die Anwendung solcher Sperrorgane ist (beispielsweise durch die französische Patentschrift 7 833 078) in Verbindung mit Rotoren bekannt, bei denen ein in einer Wicklungsnut angeordnetes Leiterbündel nur mit Hilfe eines axial strömenden Kühlmittels gekühlt wird, wobei die axialen Kühlkanäle zwischen den Nutenwänden und dem Leiterbündel begrenzt sind und folglich blockiert werden würden, wenn man in der Nut Distanzkörper derselben Art anbringen würde, wie sie in den anfangs genannten Publikationen gezeigt sind. Da in dem Leiterbündel eingebettete Sperrorgane in einem Rotor mit tangentialen Kühlkanälen eine genauso grosse Blockierwirkung haben wie zwei mit derselben axialen Dimension ausgeführte, einander gegenüber und jeweils auf einer Seite des Leiterbündels angeordnete Distanzorgane, hat man es bisher nicht für motiviert gehalten, solche Sperrorgane in Rotoren mit tangential verlaufenden Kühlkanälen anzubringen. Im Gegenteil spricht vieles gegen die Einführung von eingebetteten, radial gerichteten Sperrorganen, u.a. die Tatsache, dass dieselben eine genaue Ausformung und genau aufeinander abgestimmte Löcher in den Leitern des Leiterbündels erfordern und ausserdem eine Entfernung von Leitermaterial mit sich bringen.

Bei einem Rotor nach der Erfindung hat es sich jedoch gezeigt, dass die vorgenannten Nachteile durch die Vorteile übertroffen werden, die man dadurch erzielt, dass die gesamte axiale Ausdehnung der zuäusserst in der Nut, zwischen Nutenwand und Leiterbündel angeordneten Distanzkörper kleiner wird, was wiederum in einem Nutenkeilorgan resultiert, dessen Kanäle mit grösserer Freiheit angeordnet werden können und deshalb mit einem verhältnismässig grossen Gesamtquerschnitt ausführbar sind.

Bei der vorliegend gezeigten Ausführungsform der Erfindung erzielt man ausserdem den Vorteil, dass sich die zwischen dem Leiterbündel und den Nutenwänden angeordneten Distanzkörper nur über einen relativ kleinen Teil der Nutenhöhe erstrecken, was zusammen mit der geringen axialen Erstreckung der Distanzkörper bewirkt, dass der Druckabfall des Kühlgasflusses auf der radialen Strecke von den Ablauföffnungen der Einlaufkanäle bis zum radialen inneren Teil der Nut erheblich kleiner wird als bei den bereits bekannten Rotoren. Wie erwähnt, so resultiert dieses darin, dass der Temperaturunterschied zwischen der äusser-sten und innersten Windung des Leiterbündels kleiner als 50% des entsprechenden Temperaturunterschiedes bei bekannten Rotoren derselben Art wird.

Man könnte befürchten, dass durch die Anwendung von sowohl eingebetteten Sperrorganen wie zwischen Leiterbündel und Nutenwand befindlichen Distanzkörpern der tangential verlaufende Kühlfluss in einem unzulässigen Masse blockiert werden könnte. Dieses wird jedoch dadurch vermieden, dass die Sperrorgane hauptsächlich mit denselben axialen Lagen wie die Distanzkörper angeordnet werden.

Wie bereits erwähnt, kann ein Höchstwert für die gesamte Querschnittsfläche der Kanäle des Nutenkeilorganes dann erreicht werden, wenn die Kanäle in axialer Richtung gleichmässig längs der ganzen Wicklungsnut verteilt sind. Eine derartige, vollkommen gleichmässige Verteilung wird in der Praxis auch durch die Tatsache verhindert, dass das Nutenkeilorgan normalerweise aus mehreren, beispielsweise zehn, axial hintereinander angeordneten Teilkeilen besteht, wodurch der Abstand zwischen zwei nahe aneinanderliegenden und in verschiedenen Teilkeilen angebrachten Einlaufkanälen oder Ablauf kanälen grösser wird als der entsprechende Abstand zwischen Kanälen, die in ein und demselben Teilkeil angebracht sind.

Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung wird die Länge der Teilkeile so gewählt, dass sämtliche oder eine überwiegende Anzahl der zwischen der Nutenwand und dem Leiterbündel angeordneten Distanzkörper ungefähr dieselben axialen Lagen wie die Endflächen der Teilkeile bekommen. Dadurch wird vermieden, dass die Aufteilung des Keilorganes in mehrere Teilkeile eine weitere Diskontinuität in der axialen Verteilung der Kanäle des Keilorganes verursacht. Gleichzeitig erzielt man den Vorteil, dass die zwischen dem radial äusseren Abschnitt des Leiterbündels und den Nutenwänden befindlichen Distanzkörper auf eine hinsichtlich der Montage sehr einfache Weise effektiv am Nutenkeilorgan fixiert werden können. Was die Erfindung kennzeichnet, geht aus den beiliegenden Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung soll nachstehend unter Hinweis auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen an einem Beispiel beschrieben werden. Figur 1 zeigt einen partiellen Radialschnitt durch einen Rotor nach der Erfindung längs der Linie I-I in Figur 2, während Figur 2 eine partielle Ansicht in tangentialer Richtung zeigt, was mit der Linie II-II in Figur 1 angedeutet ist. Figur 3 zeigt ferner einen partiellen Schnitt durch einen zu dem vorgenannten Rotor gehörenden Nutenkeil längs der Linie III-III in Figur 1, und Figur 4 zeigt den Nutenkeil in einer partiellen Ansicht, die mit der Linie IV-IV in Figur 1 angedeutet ist. Die Figuren 5 und 6 zeigen in einer axialen bzw. radialen Ansicht eine erste Ausführungsform eines doppelten Distanzorganes, das einen radial äusseren Teil eines in einer Rotornut befindlichen Leiterbündels umgreift. Die Figuren 7 und 8 zeigen auf entsprechende Art eine zweite Ausführungsform eines solchen Organs. Figur 9 zeigt in partieller, tangentialer Ansicht ein in der vorgenannten Wicklungsnut befindliches Leiterbündel, das mit einer radial inneren Fixiervorrichtung versehen ist. Figur 10 zeigt die Spulenenden des Rotors in partiellem Axialschnitt.

Auf den Zeichnungen bezeichnet 1 einen Rotor für einen Turbogenerator. Der Rotor ist mit radial gerichteten Rotorzähnen 2 und axial verlaufenden Wicklungsnuten 3 ausgeführt. Der Rotor trägt eine Rotorwicklung, die aus mehreren Ankerspulen besteht, wobei jede Spule aus mehreren Windungen besteht, die in der Wicklungsnut mittels einer dazwischenliegenden Schicht 4 aus isolierendem Material voneinander isoliert sind. Jede Windung enthält mehrere nebeneinanderliegende Schienen 5 aus gut leitendem Material, wie z.B. Kupfer. In jeder Windung ist jede von mehreren Schienen mit mehreren im wesentlichen tangential verlaufenden Nuten versehen, wobei in dem aus den Schienen 5 gebildeten Leiterbündel 7 eine grosse Anzahl von im wesentlichen tangential verlaufenden Kühlkanälen 6 gebildet wird. Die Schienen des Leiterbündels 7 sind, mit Ausnahme der radial äussersten, mit durchgehenden, radial gerichteten Löchern versehen, die für mehrere radial gerichtete, axial hintereinander angeordnete, isolierte oder aus isolierendem Material bestehende Stäbe 8 vorgesehen sind, die ohne nennenswertes Spiel durch die Löcher laufen, wobei die Schienen 5 im Verhältnis zueinander fixiert worden sind. Das Leiterbündel 7 ist radial zuäusserst in tangentialer Richtung mit Hilfe einer radial äusseren Distanzvorrichtung fixiert, die mehrere doppelte, im wesentlichen U-förmige, mit zwei Schenkeln 10 versehene und aus isolierendem Material hergestellte Distanzorgane 9 enthält, welche axial hintereinander angeordnet sind. Alternativ kann man ein solches Organ, 9', verwenden, das in zwei Hälften aufgeteilt ist, die im Verhältnis zueinander mehr oder weniger in axialer Richtung verschoben sein können. Die axiale Dimension des dop-

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pelten Distanzorganes 9, alternativ des Organes 9', ist ungefähr dieselbe wie die entsprechende Dimension des durchgehenden Stabes 8, und eine überwiegende Anzahl der Organe 9 oder 9' sind vorzugsweise an Stellen angeordnet, wo einige der Kühlkanäle 6 bereits von Stäben 8 blockiert sind.

Radial zuinnerst ist das Leiterbündel 7 in tangentialer Richtung mit Hilfe einer aufgeteilten oder ungeteilten, längs der Länge der ganzen Wicklungsnut verlaufenden, mit U-för-migem Querschnitt ausgeführten Schiene aus isolierendem Material fixiert. Die Schenkel der Schiene bilden auf ihrer jeweiligen Seite des Leiterbündels 7 einen Distanzkörper, der zwischen dem Leiterbündel und der Nutenwand liegt, und der an einer im untersten Teil der Nut befindlichen Schicht 13 einer Nutenisolation anliegt. Jeder der Schenkel hat längs eines überwiegenden Teils der Länge eine radiale Dimension h, die weniger als viermal so gross wie die radiale Dimension d der Schiene 5 ist. Vorzugsweise ist h weniger als zweimal so gross wie d und weniger als 15% der radialen Ausdehnung des Leiterbündels. Ausserdem hat die Schiene 12 mehrere U-för-mige Abschnitte 14, wo die radiale Dimension H der Schenkel relativ gross ist. Die U-förmigen Abschnitte 14 haben eine axiale Ausdehnung, die ungefähr so gross ist wie die axiale Ausdehnung jedes der Stäbe 8. Die Abschnitte 14 sind jeweils in der Nähe eines Stabes 8 und auf solche Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil der Projektion des Stabes 8 in Richtung der Kühlkanäle 6 mit einer entsprechenden Projektion eines U-förmigen Abschnittes 14 zusammenfällt. Jeder Abschnitt 14 hat eine radiale Ausdehnung H, die kleiner als die radiale Ausdehnung des Leiterbündels 7, vorzugsweise kleiner als 50% derselben ist. Die Wicklungsnut 3 ist mit einem Nutenkeilorgan versehen, das aus mehreren untereinander gleichen Teilkeilen 15 besteht, die unmittelbar hintereinander in axialer Richtung angeordnet sind. Das Nutenkeilorgan ist mit mehreren tangential verlaufenden Nuten 16 versehen, in welchen die vorgenannten Distanzorgane 9 ohne nennenswertes Spiel angeordnet sind. Jede der Nuten 16 ist an den Enden von zwei unmittelbar hintereinan-derliegenden Teilkeilen 15 angebracht und hat mindestens eine Begrenzungsfläche in dem einen und mindestens eine Begrenzungsfläche in dem anderen Keil.

Die Teilung zwischen den Organen 9 (oder 9') kann gleich der Länge des Teilkeils 15 oder ein Multiplum hiervon sein.

Wenn die beiden Hälften des doppelten Distanzorganes 9' mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, kann der tangential verlaufende Teil jeder Hälfte in einer entsprechenden tangential verlaufenden Nut angeordnet sein, die wie die Nuten 16, aber kürzer ausgeführt ist.

Gemäss einer zweiten, in den anliegenden Zeichnungen nicht gezeigten Ausführung eines erfindungsgemässen Rotors ist nur eine Hälfte des Organes 9' an jeder Verbindungsstelle zwischen Teilleitern angeordnet, wobei solche Hälften abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Leiterbündels verteilt sind.

Ein radial innerer Teil der Wicklungsnut ist mit Nutenisolierung 13 versehen, da die tangentiale Ausdehnung der Distanzkörper 14 so klein ist, dass sonst die Gefahr eines durch Kriechströme hervorgerufenen Überschlags zur Erde vorliegen würde. Die Distanzkörper 9 oder 9' können hingegen in direktem mechanischem Kontakt mit dem Rotoreisen angeordnet werden, wodurch man den Vorteil erhält, dass der maximal zulässige Druck, den ein Distanzkörper 9 oder 9' auf die Nutenwände ausübt, einen erheblich höheren Wert als bei entsprechenden Distanzkörpern der vorgenannten bekannten Maschinen bekommt, bei denen dieser Druck nicht den Wert übersteigen darf, dem die Nutenisolation standhalten kann.

Das Leiterbündel 7 ist in radialer Richtung mit Hilfe einer oder mehrerer zwischen dem Nutenkeilorgan und dem

Leiterbündel axial hintereinander angeordneter Druckschienen aus weichem Kupfer festgespannt. Jede Druckschiene ist als ein an den Enden verschlossenes Rohr (30) ausgeführt, und denselben ist flüssiges Epoxy-Harz (31) zuge-5 führt worden, das unter einem Druck von mindestens 100 Atmosphären erstarrt ist. Die tangential verlaufende Nut 16 und der hierin liegende Teil des Distanzorganes 9 kann in bezug auf radiale Dimensionen mit relativ grossen Toleranzen ausgeführt werden, da sich die Druckschiene leicht io den angrenzenden Flächen anpasst.

Die Wicklungsnut 3 ist an jedem Ende mit Hilfe von zwei auf der Zeichnung nicht gezeigten Endkeilen aus isolierendem Material verschlossen, die auf jeder Seite des Leiterbündels in axialer Richtung hineingetrieben sind. Die axiale ls Ausdehnung der Endkeile ist ungefähr dreimal so gross wie die axiale Ausdehnung jedes der Distanzorgane 9. Zwei Endkeile grenzen zusammen mit einer Nutenwand und der einen Seite des Leiterbündels 7 eine Einlauf kammer 17 für Kühlgas ab. Eine Ablauf kammer 18 wird auf entsprechende Weise auf 20 der anderen Seite des Leiterbündels abgegrenzt.

Die Einlauf kammer 17 ist mit sämtlichen an der Rotorperipherie mündenden Einlaufkanälen 19 verbunden, wobei vier solche Kanäle in jedem der untereinander gleichen Teilkeile 15 angeordnet sind. Diese liegen in der ganzen Länge 25 der Rotornut unmittelbar hintereinander. Jeder Einlaufkanal 19 ist längs eines überwiegenden Teils der Kanallänge zirkularzylindrisch. Der Kanal ist mit einem Einlaufteil 20 versehen, dessen Öffnung in grossem Masse tangential und auf solche Weise gerichtet ist, dass die tangentiale Richtungs-30 komponente mit der Rotationsrichtung des Rotors zusammenfällt. Die Seitenflächen des Einlaufteils 20 entsprechen im wesentlichen den Seitenflächen einer abgestumpften Pyramide mit vier Eckteilen. Die Eckteile sind mit einem Krümmungsradius abgerundet, der aus Fertigungsgründen 3s so gewählt wurde, dass er gleich dem Radius des vorgenannten zirkularzylindrischen Kanalteils ist. Alternativ kann das Einlaufteil 20 Seitenflächen haben, die einem abgestumpften Kegel entsprechen.

In jedem Teilkeil 15 sind auch vier Ablauf kanäle 21 auf 40 solche Weise angeordnet, dass deren Projektionen in einer Radialebene die entsprechenden Projektionen der Einlaufkanäle 19 kreuzen. Sämtliche Ablaufkanäle 21 leiten Kühlgas von der Ablaufkammer 18 zu dem Luftspalt 22, der zwischen dem Rotor 1 und einem diesen umgebenden Stator abge-4s grenzt ist.

Abgesehen von kleineren Unregelmässigkeiten an den Nutenenden, d.h. längs mindestens 80% der gesamten Länge des Nutenkeilorganes, sind die Kanäle nach der Erfindung auf solche Weise in axialer Richtung angeordnet, dass jeder so Einlaufkanal zwischen zwei Ablaufkanälen liegt und umgekehrt. Die Einlauföffnungen der Einlaufkanäle sind nahezu gleichmässig längs des Nutenkeilorganes verteilt. Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Einlaufkanälen, d.h. die axiale Erstreckung der dazwischenliegenden Keilab-55 schnitte, ist konstant, abgesehen von dem Abstand zwischen benachbarten Einlauf kanälen, die zu verschiedenen Teilkeilen 15 gehören. Der letztgenannte Mindestabstand ist jedoch kleiner als 300%, normalerweise kleiner als 200% des Mindestabstandes zwischen miteinander benachbarten, in 60 ein und demselben Teilkeil befindlichen Einlaufkanälen. Die gleichen Verhältnisse gelten für die Ablaufkanäle des Nutenkeilorganes. Bei dem auf der Zeichnung gezeigten Rotor beträgt die Strecke zwischen miteinander benachbarten Einlaufkanälen, die zu ihrem jeweiligen Teilkeil es gehören, 25% der Teilkeillänge. Bei einem Rotor nach der Erfindung beträgt diese Strecke im allgemeinen weniger als 26% der Teilkeillänge, was bedeutet, dass die Summe sämtlicher solcher Strecken längs der Wicklungsnut im allge

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meinen kleiner als 26% der Nutenlänge ist. Eine niedrige Prozentzahl für die vorgenannte Summe bedeutet, dass die optimale, betreffend die pneumatische Leitfähigkeit der Keilkanäle ganz gleichmässige Verteilung derselben längs der ganzen Wicklungsnut nur in geringem Masse durch die äusserst in der Nut befindlichen Distanzkörper gestört ist. Bei einem Rotor nach der Erfindung ist es möglich, einen so niedrigen Wert wie 15% für die vorgenannte Summe zu erzielen.

Bei dem auf den Zeichnungen gezeigten Rotor enthält jede zwischen zwei miteinander benachbarten Distanzorganen 9 liegende Strecke des Nutenkeilorganes vier Einlaufkanäle 19 und vier Ablaufkanäle 21. Auch wenn man auf dieser Strecke statt dessen nur drei Einlaufkanäle und drei Ablaufkanäle haben würde, so würde ein Rotor nach der Erfindung bedeutend bessere Eigenschaften bekommen können als ein entsprechender Rotor konventioneller Ausführung. In einem Rotor nach der Erfindung sind mehrere Keilorganabschnitte, die je einer axialen Strecke zwischen zwei benachbarten, auf ein und derselben Seite des Leiterbündels liegenden Distanzkörpern entsprechenden, jeweils mit mindestens drei, vorzugsweise mindestens vier Ablaufkanälen auf der betreffenden Strecke versehen.

Der auf den Zeichnungen gezeigte Rotor hat nur eine Einlaufkammer und eine Ablaufkammer in jeder Nut. Die Erfindung umfasst jedoch auch einen Rotor, bei dem jede Nut mehrere Einlaufkammern und mehrere Ablaufkam-mern enthält, doch wird ein solcher Rotor für weniger vorteilhaft gehalten als der hier beschriebene. Die Nutenkeilorgane eines Rotors nach der Erfindung sollen jedoch im Durchschnitt immer mehr als drei, vorzugsweise mehr als vier Kanäle pro Kammer haben.

Der beschriebene Rotor ist, genau wie die bekannten Rotoren gleicher Art, mit zwei aufgeschrumpften Wicklungskapseln versehen. Jede Wicklungskapsel bedeckt einen naheliegenden Abschnitt jedes Nutenkeilorgans. Da die Verteilerkammer des erfindungsgemässen Rotors eine relativ grosse axiale Ausdehnung hat, besteht keine Gefahr, dass ein von einer Wicklungskapsel umschlossener Nutenabschnitt von dem mittels der Kanäle des Nutenkeilorganes zugeführten Kühlgas ausgeschlossen wird, weshalb sonst übliche, besondere Verbindungen zwischen dem Kühlsystem der Spulenenden und den genannten Nutenabschnitten nicht erforderlich sind.

Die Einlauf-und Ablauf kanäle des Keilorganes 15' sind nach dem Prinzip angeordnet, dass die Längsachsen sämtlicher Kanäle mit ein und derselben Ebene parallel sein sollen, was ein Schritt in Richtung eines Nutenkeilorganes mit minimalem Widerstand für hindurchströmendes Kühlgas ist. Man kommt diesem Ziel noch einen Schritt näher, wenn die betreffende Ebene eine Radialebene ist, was bei dem in Verbindung mit den Zeichnungen beschriebenen Rotor der Fall ist, oder wenn es eine Ebene ist, die im wesentlichen parallel mit einer Radialebene liegt. Weitere Voraussetzungen, die von dem gezeigten Rotor erfüllt worden sind, sind dass die Einlaufkanäle im wesentlichen gleichmässig über die Länge des ganzen Nutenkeilorganes verteilt sein sollen, und dass die Ablaufkanäle gleichmässig auf die zwischen den Einlaufkanälen befindlichen Zwischenräume verteilt sein sollen, wobei der axiale Mindestabstand zwischen einem Einlaufkanal und einem benachbarten Ablaufkanal in jedem Teilkeil so klein wie möglich, jedoch immer kleiner als 10% des kleinsten Durchmessers des Einlaufkanals, oder weniger als 5 mm ist. Die Einlauf kanäle 19 und die Ablauf kanäle 21 haben längs eines überwiegenden Teils der Kanallänge einen im wesentlichen zirkulären Querschnitt.

Der Nutenkeil eines Rotors nach der Erfindung kann auch mit Kanälen versehen werden, deren Kanalquerschnitt in axialer Richtung länglich ist. Eine solche Ausführung erhöht jedoch die Fertigungskosten für das Keilorgan und den pneumatischen Widerstand der Kanäle bei gegebener mechanischer Stärke. Bei dem auf den Zeichnungen gezeigten Rotor ist der Kanalquerschnitt des zirkularzylindrischen Teils der Einlauf kanäle 19 ungefähr gleich dem Kanalquerschnitt der Ablaufkanäle 21, wobei die Anzahl der Ablauf kanäle hauptsächlich dieselbe ist wie die Anzahl der Einlauf kanäle. Alternativ kann die gesamte Querschnittsfläche der Ablaufkanäle in jeder Wicklungsnut eines Rotors nach der Erfindung etwas kleiner sein als die gesamte Querschnittsfläche der inneren Partien der Einlaufkanäle, da der Druckabfall über den Ablaufkanälen normalerweise weniger als Vi des Druckabfalles über den Einlaufkanälen ist. Da sich jedoch die Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Keils, die hierdurch ermöglicht werden würde, nur auf der einen Seite des Keils merkbar auswirkt, erzielt man kaum einen Vorteil, wenn man die gesamte Querschnittsfläche der Ablaufkanäle kleiner macht als die gesamte Querschnittsfläche der Einlaufkanäle.

Bei der Dimensionierung der Einlaufkanäle an einem Rotor nach der Erfindung ist es zum Erreichen eines hinsichtlich der Festigkeit vorteilhaften Nutenkeils eine Voraussetzung, dass der kürzeste axiale Abstand zwischen den zirkularzylindrischen Teilen zweier miteinander benachbarter Einlaufkanäle in jedem Teilkeil grösser als 90% des Durchmessers dieser Teile ist. (Sollte eine geringere Abweichung von einer zirkulären Form vorkommen, so ist der in einer Radialebene gemessene Durchmesser gemeint.) Ausserdem ist es wichtig, dass der vorgenannte Durchmesser so gross wie möglich ist, wenn eine grosse Durchlässigkeit für Kühlgas erreicht werden soll. Der Durchmesser muss jedoch soviel begrenzt werden, dass die Materialdicke sämtlicher zwischen einem Einlaufkanal und einem Rotorzahn befindlicher und an dem Rotorzahn anliegender Keilabschnitte immer grösser als 5%, vorzugsweise grösser als 8% der maximalen radialen Dimension des Nutenkeils ist.

Dem Luftspalt 22 wird Kühlgas an den Rotorenden zugeführt. Vom Luftspalt strömt das Kühlgas durch axiale Kühlkanäle in den Stator.

In Figur 10 ist der Weg des Kühlgases durch die Spulenenden des Rotors mit Pfeilen angedeutet. Die Spulenenden sind zwischen zwei zylindrischen Schirmen 23 und 24 angeordnet, wobei die Einlauföffnungen für Kühlgas im Schirm 23 und die Ablauföffnungen im Schirm 24 angebracht sind. Das Kühlgas strömt durch Kühlkanäle 6', die im Verhältnis zu den Leitern der Spulenenden transversal gerichtet und darin angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

1. Gasgekühlter Rotor für einen Turbogenerator, mit mehreren, jeweils mit einem Nutenkeilorgan (15') versehenen Wicklungsnuten und mit mehreren in ihrer jeweiligen Wicklungsnut angeordneten und mit durchgehenden, im wesentlichen tangential verlaufenden Kühlkanälen (6) versehenen Leiterbündeln (7), wobei in jeder Nut mehrere im Nutenkeilorgan (15') angebrachte und axial hintereinander angeordnete Einlaufkanäle (19) für Kühlgas jeweils mit einer in Rotationsrichtung gerichteten, an der Rotorperipherie angebrachten Einlauföffnung (20) versehenen und mit den genannten tangential verlaufenden Kühlkanälen (6) auf der einen Seite des genannten Leiterbündels verbunden sind, während mehrere im Nutenkeil angebrachte Ablaufkanäle (21) für Kühlgas gleichmässig auf die zwischen den Einlaufkanälen (19) befindlichen Keilabschnitte verteilt und mit den genannten tangential verlaufenden Kühlkanälen auf der anderen Seite des genannten Leiterbündels verbunden sind, wobei Projektionen der genannten Einlaufkanäle (19) in einer Radialebene die entsprechenden Projektionen der genannten Ablaufkanäle (21) kreuzen, wobei das genannte Leiterbündel (7) mit Hilfe einer aus isoliertem Material hergestellten Distanzanordnung fixiert ist, die eine Vielzahl erster(10; 10')und eine Vielzahl zweiter(10; 10') Distanzkörper enthält, die zwischen dem Leiterbündel (7) und einer ersten bzw. zweiten Seitenwand der Wicklungsnut mit ersten bzw. zweiten axialen Zwischenräumen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterbündel (7) ausserdem in tangentialer Richtung mit Hilfe einer besonderen, radial inneren, zwischen dem Leiterbündel und den Nutenwänden angeordneten, elektrisch isolierenden Distanzanordnung (12) fixiert ist, die längs eines überwiegenden Teils der Wicklungsnutenlänge an den auf die Nutenwände gerichteten Flächen des Leiterbündels anliegt, wobei eine überwiegende Anzahl der einzelnen Leiter in dem genannten Leiterbündel (7) in tangentialer Richtung mittels mehrerer im Leiterbündel ganz eingebetteter, isolierter oder aus isoliertem Material hergestellter Sperrorgane (8) aneinander befestigt sind, wobei jeder von mehreren axial verlaufenden Abschnitten des genannten Nutenkeilorganes (15'), die jeweils einem der genannten axialen ersten bzw. zweiten Zwischenräume entsprechen, mindestens drei der genannten Einlaufkanäle (19) bzw. mindestens drei der genannten Ablaufkanäle (21) enthält.
2. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der genannten Sperrorgane (8) im wesentlichen radial längs eines überwiegenden Teils der radialen Ausdehnung des Leiterbündels (7) verläuft, wobei die genannte radial innere Distanzanordnung mindestens eine mit U-förmigem Querschnitt ausgeführte Schiene (12) enthält, die längs einer Nutenstrecke verläuft, welche mindestens eins der genannten Sperrorgane enthält, wobei die Schenkel dieser Schiene auf ihrer jeweiligen Seite des Leiterbündels (7) einen zwischen dem Leiterbündel und einer Nutenwand befindlichen radial inneren Distanzkörper bilden, wobei die genannte radial innere Distanzanordnung mehrere erste (14) und mehrere zweite axial hintereinander angeordnete U-förmige Abschnitte hat, wobei die axiale Ausdehnung der genannten ersten Abschnitte wesentlich kleiner als die axiale Ausdehnung der genannten zweiten Abschnitte ist, und wobei die radiale Ausdehnung (H) der genannten ersten Abschnitte (14) kleiner als die radiale Dimension des Leiterbündels (7) ist, aber grösser als die radiale Ausdehnung (h) der genannten zweiten Abschnitte, während die letztere kleiner als 15% der radialen Ausdehnung des Leiterbündels ist, wobei mehrere der genannten ersten U-förmigen Abschnitte (14) jeweils in der Nähe eines der genannten Sperrorgane (8) auf solche Weise angeordnet sind, dass ein

Teil der Projektion jedes Sperrorgans in Richtung der genannten Kühlkanäle jeweils mit einer entsprechenden Projektion eines ersten U-förmigen Abschnittes (14) zusammenfällt.
3. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten ersten und zweiten Distanzkörper in mehreren Paaren angeordnet sind, wobei jedes Paar ein doppeltes, mit zwei Schenkeln ( 10 ; 10' ) ausgeführtes Distanzorgan (9 ; 9' ) bildet, in welchem einer der genannten ersten Distanzkörper mittels eines tangential verlaufenden Organabschnittes mit einem der genannten zweiten Distanzkörper verbunden ist, wobei die genannten ersten und zweiten Distanzkörper an einer Seite des Leiterbündels längs eines Teils der radialen Ausdehnung desselben sowie jeweils an einer Wand der Wicklungsnut (3) anliegen, wobei das genannte Nutenkeilorgan (15') mehrere unmittelbar hintereinander angeordnete Teilkeile (15) enthält, und dass mehrere der genannten doppelten Distanzorgane (9 ; 9' ) in mehreren tangential verlaufenden, radial nach innen gerichteten Nuten (16) angeordnet sind, die in dem genannten Keilorgan (15') ausgeformt sind, wobei jede dieser Nuten mit Hilfe mindestens einer Fläche, die zu dem einen und mindestens einer Fläche, die zu dem anderen von zwei unmittelbar hintereinander angeordneten Teilkeilen (15) gehört, abgegrenzt ist.
4. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulisches Druckorgan (30) in Form einer metallischen Druckschiene, das mit einem erstarrten Druckmittel (31 ) gefüllt ist, radial innerhalb mehrerer Teilkeile (15) und in druckkraftübertragendem Kontakt mit denselben sowie mit einer radial nach innen gerichteten Fläche an mindestens einem der genannten doppelten Distanzorgane (9; 9') angeordnet ist.
5. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Einlauf- und Ablaufkanäle in jedem Nutenkeilorgan (15') mit einer Radialebene im wesentlichen parallel liegen.
6. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden zwischen dem genannten Leiterbündel (7) und einer entsprechenden Nutenwand befindlichen Räume der Wicklungsnut in axialer Richtung an mindestens zwei Stellen gesperrt ist, so dass mindestens eine Einlaufkammer (17) für Kühlgas zwischen dem Leiterbündel und der einen Nutenwand gebildet wird, während mindestens eine Ablaufkammer (18) für Kühlgas zwischen dem Leiterbündel (7) und der anderen Nutenwand gebildet wird, wobei jede der genannten Einlaufkammern ( 17) in direkter Verbindung mit mindestens drei der genannten Einlaufkanäle (19) angeordnet ist, während jede Ablaufkammer (18) mit mindestens drei der genannten Ablaufkanäle (21) in Verbindung steht.
7. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklungsnut nur eine Einlaufkammer (17) und eine Ablauf kammer (18) hat, wobei die Einlaufkammer mit sämtlichen Einlaufkanälen (19) verbunden ist, während die Ablaufkammer mit sämtlichen Ablaufkanälen (21) verbunden ist.
8. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der genannten Einlauf- und Ablaufka-näle über einen überwiegenden Teil der Kanallänge einen kreiszylindrischen Querschnitt hat, und dass jeder der genannten Einlaufkanäle (19) mit einem Einlaufteil (20) versehen ist, dessen Begrenzungsflächen im wesentlichen den Seitenflächen eines abgestumpften Kegels entsprechen.
9. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der genannten Einlauf- und Ablauf kanäle über einen überwiegenden Teil der Kanallänge einen kreiszylindrischen Querschnitt hat, und dass jeder der

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genannten Einlaufkanäle (19) mit einem Einlaufteil (20) versehen ist, dessen Begrenzungsflächen im wesentlichen den Seitenflächen einer abgestumpften Pyramide mit vier Eckteilen entsprechen, die abgerundet sind.
10. Gasgekühlter Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Eckteile einen Krümmungsradius haben, der mit dem Radius des genannten kreiszylindrischen Querschnittes übereinstimmt.