Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ROTOR WINDING HEAD BLOCKING FOR IMPROVED COOLING OF TANGENTIAL CONDUCTORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/063362
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a blocking element for the rotor head winding of a turbogenerator, said element comprising one or more openings which are oriented tangentially to the shaft. A gas flow which passes through the blocking element is formed between the transverse conductors of the rotor winding head. The cooling of the rotor winding head is improved in an advantageous manner.

Inventors:
KOWALSKI, Matthias (Sternstraße 17, Mülheim an der Ruhr, 45478, DE)
Application Number:
EP2018/075198
Publication Date:
April 04, 2019
Filing Date:
September 18, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02K9/00; H02K3/24; H02K3/51; H02K3/50
Foreign References:
US6392326B12002-05-21
JPS5778350A1982-05-17
DE4021861A11992-01-16
EP2112745A12009-10-28
US5432391A1995-07-11
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verblockungselement für die Rotorkopfwicklung eines Tur- bogenerators ,

bei dem das Verblockungselement (1) zwei benachbarte Kavitä- ten räumlich trennt und eine Öffnung (5) aufweist derart, dass ein Gasdurchlass gebildet ist. 2. Verblockungselement nach Anspruch 1

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gasdurchlass tangential bezüglich des Rotors orientiert ist . 3. Verblockungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass

in dem Verblockungselement mehrere durch eine Querstrebe (6) getrennte Gasdurchlässe gebildet sind. 4. Verblockungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass

das Verblockungselement aus Glas gefertigt ist.

Description:
Beschreibung Rotorwickelkopf erblockung zur verbesserten Kühlung der Tan- gentialleiter

Die Erfindung betrifft ein Verblockungselement für die Rotor ¬ kopfwicklung eines Turbogenerators.

Turbogeneratoren unterliegen in ihrer Ausnutzbarkeit Grenzen, welche maßgeblich aus den Temperaturen der stromführenden Komponenten resultieren. Besonders bei Maschinen, deren Ständerwicklung direkt mit Wasser gekühlt wird, stellt die Gas- gekühlte Erregerwicklung im Rotor die limitierende Komponente dar .

Es bestehen verschiedene Verfahren, den Wickelkopf der Erre ¬ gerwicklung mit Gas zu kühlen. Eine davon ist die sogenannte „Thermosiphon" Kühlung (Der Name rührt daher, dass man zum damaligen Zeitpunkt der Entwicklung davon ausgegangen war, dass die Dichteänderung aufgrund der Gaserwärmung in Verbindung mit den wirkenden Fliehkräften die Wirbel treiben) .

Hierbei stellen sich in den Kavitäten (auch Hohlräumen ge- nannt) , die sich zwischen den Glasverblockungen und den Querleitern auftun, Strömungswirbel ein, welche die Querleiter (Tangentialleiter) des Rotorwickelkopfes konvektiv kühlen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Ausnutzbarkeit eines Turbogenerators zu verbessern.

Das Problem wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zu Nutze, dass die thermische Belastbarkeit der Rotorkopfwicklung die Ausnutzbarkeit eines Turbogenerators begrenzt und eine verbesserte Wärmeabfuhr im Bereich der Rotorkopfwicklung zu einer verbesserten Ausnutzbarkeit des Turbogenerators insgesamt führt. Die Glasverblockungselemente werden erfindungsgemäß derart geformt, dass die Gasströmung unterhalb der Erregerspule 4 (zwischen Erregerspule und Welle) effektiver in Wirbeln 3 durch die Kavitäten zwischen den Querleitern strömen kann.

Die Verblockungselemente werden, wie weiter unten aufgezeigt, neu geformt. Hierbei besitzt jedes Verblockungselemente vor ¬ zugsweise eine tangential orientierte Öffnung in der unteren Hälfte und eine in der oberen Hälfte.

Die durch den diffusiven Impulstransport mitgeschleppte Strö ¬ mung kann sich nun anstatt in nur einer Kavität in mehreren Kavitäten (allen Kavitäten) einer Reihe schließen. Hierdurch verstärkt sich die Wirbelstärke und folglich die Geschwindig ¬ keit, der Wärmeübergang sowie die Kühlwirkung.

Die Wirbel 4 in den Kavitäten werden maßgeblich durch die untere Strömung 3 (am Rotorschaft unterhalb des Rotorwickelkop- fes) getrieben. Dieser bildet eine Schleppwirkung aus derart, dass (wie bei einem Zahnrad) die oberen Wirbel in den Kavitä ¬ ten derart gerichtet sind, dass sie an der unteren Seite pa ¬ rallel zur Bodenströmung des Schaftes 3 verläuft. Die mechanische Festigkeit eines Verblockungselementes wird dadurch erhalten, dass sowohl am oberen, als auch am unteren Ende des Verblockungselementes (Blocks) , sowie in dessen Mit ¬ te Querstreben sind, die die auftretenden Druckkräfte aufnehmen/durchreichen können.

Bislang gibt es nur Verblockungen, welche über die gesamte Höhe geschlossen sind (massiv, solide) . Die neue Idee ist, Gasdurchlässe einzubringen, so dass die benachbarten Kavitä ¬ ten hydraulisch miteinander verbunden sind.

Die technischen Vorteile sind:

- Verbesserung der Rotorwickelkopfkühlung, - Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wickelkopf der Erre ¬ gerwicklung,

- Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wicklungsteil unterhalb des Rotorkappensitzes (Wärmeleitung in den Wi- ckelkopf) ,

- Reduzierung der durchschnittlichen Erregerwicklungstemperatur,

- mögliche Erhöhung der Ausnutzbarkeit von Turbogenera ¬ toren,

- Verbesserung des Wirkungsgrades (Durch Verringerung des Rotorwicklungstemperatur und Verringerung der Gebläseleistung) .

Eine deutliche Verbesserung der Wärmeübertragung in diesem Bereich hat viele Vorteile:

- Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wickelkopf der Erre ¬ gerwicklung,

- Reduzierung lokaler Hot-Spots im Wicklungsteil unterhalb des Rotorkappensitzes (Wärmeleitung in den Wi- ckelkopf) ,

- Reduzierung der durchschnittlichen Erregerwicklungstemperatur .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.

Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind in einem Verblockungselement mehrere durch eine Querstrebe 6 ge ¬ trennte Gasdurchlässe 5 gebildet. Die Querstrebe bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit des Verblockungselementes, wobei sich ein Gaswirbel 4 um die Querstrebe ungehindert ausbilden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figu- ren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig 1 ein erfindungsgemäßes Verblockungselement mit zwei Öff ¬ nungen, Fig 2 eine perspektivische Ansicht des Verblockungselementes aus Fig 1,

Fig 3 die Einbaulage des erfindungsgemäßen Verblockungsele ¬ mentes im Wickelkopf der Erregerwicklung eines Turboge- nerators und

Fig 4 Gasströmungen im Bereich des Wickelkopfes im Betrieb.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .

Das erfindungsgemäße Verblockungselement nach Fig 1 und Fig 2 aus Glas weist zwei Öffnungen auf, die durch einen Quersteg getrennt sind. Bei dem in Fig 3 dargestellten Rotor eines Turbogenerators sind erfindungsgemäße Verblockungselemente 1 zwischen den Querleitern 2 der Erregerwicklung angeordnet.

Fig 4 zeigt die Strömung 3 am Rotorschaft unterhalb des Ro- torwickelkopfes , die über einen Zahnradeffekt die Gasströmung 4 über mehrere Kavitäten und über (mindestens) ein Verblo ¬ ckungselement hinweg zwischen den Querleitern antreibt.

Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken an- hand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren. Bezugs zeichenliste

1 - Verblockungselement

2 - Querleiter, Tangentialleiter

3 - Bodenströmung des Schaftes

4 - Gaswirbel über ein Verblockungselement hinweg

5 - Öffnung, Gasdurchlass

6 - Querstrebe