专利名称：特别用于发电机转子的内部冷却电导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内部冷却电导体装置，特别用于发电机转子的绕组，各电导体在所有情况下包括一纵向导体和一横向导体。与径向冷却导体相对照，内部冷却导体特别被理解为意味着直接内部冷却导体。
背景技术：
设计用于高电流密度的电导体，如具有大约450MVA功率的涡轮发电机绕组，通常由内部冷却导管冷却。在导体横剖面中或直接与导体横剖面并排地延伸有至少一个冷却导管，基本上与导体平行。冷却流体，特别是最好为氢的冷却气体，高速通过所述或每个冷却导管，冷却导管的流体-机械设计对流速和冷却效果以及相应地可实现的发电机功率，都有直接的影向。这类带有冷却导管的电导体，比如，可从DE195 43 392 C1上得知。冷却导管入口区域中的流动阻力在这种情况下通过在该区域中扩展导体而下降。
在内部冷却导体中，冷却导管的弯曲或—作为弯曲的极限情况—扭曲特别会造成流动阻力，弯曲半径越小，造成冷却剂流偏转的的流动阻力的增加就越大。进入和离开相应冷却导管的流入损失和流出损失也必须加以考虑。
发电机转子的各电导体基本上与发电机转子的轴线平行延伸，成切线延伸的各导体部分在称为端部绕组的区域中的端面处与各轴向导体部分连接。基本上彼此垂直的各导体部分的这种连接，如从DE-B 10 36 370所知的那样，可以通过弯曲导体而发生，冷却导管一路上顺随该弯曲。虽然导体和冷却导管的这种结构避免了在导体和冷却导管内的扭曲，但由于带有内部冷却导管的导体的弯曲，在生产方面具有技术复杂性。
在技术生产上相对简单的方式中，成切线或径向延伸的导体部分可以与轴向延伸的导体部分整体焊接，特别是通过钎焊，各个导体部分在所有情况下是直的，并至少大致形成了一个直角。焊接具有封闭各被连接导体部分之一的冷却导管或各冷却导管的效果。因此，在彼此垂直连接的各导体部分的连接点处，必须配置独立的进气口或出气口。结果—特别是一方面轴向导体部分和另一方面切线导体部分的冷却导管的平行设置的情况下—形成了其中冷却流体被相应不同程度地加热的彼此相差很大的若干冷却导管段。各个导体部分的不同热负荷对发电机可实现的功率具有不利的影响。
发明内容
因此，本发明是基于如下目的，即确定特别是用于发电机转子绕组的带有适当冷却剂传导的内部冷却电导体的技术生产方面的有利配置。
这一目的根据本发明通过权利要求1的特征实现。根据本发明，在若干相邻设置的导体的情况下，在每种情况下，包括一纵向导体和与之连接的横向导体，其各纵向导体和横向导体分别至少大约彼此平行地延伸，第一导体的一纵向导体的冷却导管与一相邻的第二导体的一横向导体的冷却导管连接。
本发明基于如下设想，即内部冷却电导体配置中的冷却剂传导是独立于电流传导考虑的。彼此电连接的两个导体部分的冷却导管的直接连接是不必要的。相反，彼此不电连接的各导体部分的冷却导管可以流体-机械地连接。由于低流动阻力的实现在冷却导管设计中居于优先地位，偏转将尽可能地避免。另外，各个冷却导管在其长度上不应有太大的变化，以确保充分均匀的冷却。
在导体内，横向导体和纵向导体之间的直角连接可通过用焊接把横向或纵向导体的端面连接到另一导体部分的壁上形成。两个导体部分的截面在这种情况下可以彼此不同。由于，为了避免减弱相应的焊接连接，冷却导管不能直线延伸通过横向或纵向导体的端面上的焊接接缝，冷却剂必须在这个位置以一改变的流向进一步传送，例如，通过设置在该导体部分的纵向侧上的孔或为人所知的凹室。在冷却剂的进一步传送中，偏转的次数应限制在最小程度。
如果，在由一个导体形成的角度中，设置一个以同样方式由一个横向导体和一个纵向导体形成的内部导体，两个导体的横向和纵向导体以一小间距至少大约彼此平行地设置，内部导体的横向或纵向导体的端面对置于外部导体的纵向或横向导体的一壁。因此，一连接导管可以设置在内部导体的这个自由端面和沿外部导体的相对部分延伸的冷却导管之间。在流体力学方面，该连接导管在仅带有一个偏转的情况下使得可以将冷却剂从内部导体的一部分导入相对于其横向设置的外部导体的一部分，反之亦然。
偏置的各导体在长度上是不同的。在这方面，一般来说，纵向导体和横向导体两者在外部导体的情况下比在内部导体的情况下长。相互嵌套的各角度的长度由外向内逐渐减小。如果横向和纵向导体—作为导体的导体部分—的冷却导管分别串联设置，外部导体因此必须承受最大的热负荷。这一负荷通过外部导体的横向或纵向导体的冷却导管与内部导体的纵向或横向导体的冷却导管的连接而减少。进一步拓展，未与外导体部分连接的内置导体的导体部分，如果适当的话—在各自带有一个横向导体和一个纵向导体的总共至少三个相互偏之的导体的情况下—可以连接到进一步内置导体的一导体部分。因此，不同导体的两个导体部分相应地连接，仅有最外部导体的一个导体部分和最内导体的一个导体部分具有独立的冷却导管。在这方面，最外部的导体部分的独立冷却特别有利于限制热负荷，因为与其他导体部分相比它的长度大。
在若干冷却导管在导体内或导体上延伸的情况下，仅使用一个冷却导管通常是足够的。在这种情况下，不同导体的冷却导管之间的连接有利地以这样一种方式构作而成，即在一个导体的有源冷却导管的线性延伸段上的冷却导管仅通向与之垂直延伸的另一导体的冷却导管之一，而导体的其他冷却导管相应地被关闭，如通过封塞。
设置在例如绕组的基本上彼此平行延伸的各个导体或导体束之间的是一个支承件，其执行机械功能和将各个导体或导体束保持在一定距离，彼此隔开。连接管穿过该支座过由这种类型的支承件结构配置形成的的自由空间。此外，也可以设置穿过该支承件的另一连接导管，位于一导体部分若干冷却导管之一和同一导体的另一导体部分的一冷却导管之间。
由此取得的好处特别在于，一方面，若干冷却导体用在一导体截面中或导体截面上。另一方面，只有一导体部分中或上流动的冷却流体的部分流体流经由绕过对于一连接的导体部分的焊接点的较长的传导通道被传导到后者，而冷却流体的另一部分经由较短和直的连接导管流入另一个导体的冷却导管。由于它只设计用于冷却流体的部分流体流，绕过焊接点的连接导管可以具有这样一个小的截面，即它配置在支承件内并实际上不削弱支承件。由于流经该旁路导管的冷却流体承担了部分冷却工作，冷却流体的流速可以降低，导致了对冷却流体循环的低动力要求。因此，在同样的流速下，动力可以增加，结果，在发电机的情况下，发电机的功率可以增加。
对冷却导管的冷却流体的出口，可以比如以本身为人所知的方式提供孔或凹室，它们通过在发电机转子的绕组中一个位于另一个之上地径向设置的若干导体和冷却导管。为了实现各冷却流体离体流的预期分布，可以-如从DE195 43 392 C1所知道的那样-在冷却导管中设置一个冷却导管插头。通过这种方式可以确定哪个冷却流体流体流通过哪个路径从导体中流出。
由本发明得到的好处特别在于，通过不同导体的冷却导管之间的流体-机械连接，以低压力损失得到了均匀的冷却。结果，冷却流体循环所需要的动力减小了，而导体中可能的电流密度增加了，使得总体上实现了发电机能量有效利用。
下面结合附图对本发明的例示性实施例进行说明，其中图1是带有内部冷却导体的发电机转子的透视图。
图2是若干内部冷却导体的剖面视图。
图3是若干带有另外传送导管的内部冷却导体的剖面视图。
图4a-4c分别以剖面视图、侧视图和平面图表示转子中心上的流孔。
具体实施例方式
图1表明由冷却流体K冷的发电机转子1的细节，带有在转子体4的区域中轴向延伸的导体2，3，并在端部绕组5的区域中包括纵向导体6，7，带有与之横向连接的成切线延伸的横向导体8，9。若干导体2，3分别沿径向叠置并形成绕组G和H。通过示例以详细形式表示的绕组G，H，是设置在发电机转子1上的各绕组的最外侧绕组，各绕组由里向外由A到H表示，各绕组的长度从A到G增加。
图2中所示的是带有纵向导体6，7和横向导体8，9的端部绕组5的详图。在这种情况下，作为图1的起点，纵向导体6，7设置在横向导体8，9的左边。各个导体部分6至9在每种情况下包括两个冷却导管10。在导体2，3之间并与导体3并排设置有各支承件11，它们仅局部示出并由进气口12和出气口13间断。在进气口12和出气口13处，冷却流体K可以至少部分地相对于所显示的平面垂直流动。导体2，3由角部焊缝14连接。在横向导体9的端面15上，支承件11被间断，连接导管16通向纵向导体6的冷却导管10。部分连接导管16在这种情况下由纵向导体6上的孔17形成。导体2的纵向导体6上的冷却导管10和导体3的横向导体9上的冷却导管10因此串联。
以类似的方式，导体3的纵向导体7与一个进一步内置的导体的一个横向导体(未示)连接。导体2，3内的一相应冷却导管被关闭。属于导体2的外置的横向导体8有一个带有独立的进气口12和出气口13的冷却导管10。
在图3所示的实施例中，在每种情况下，导体2，3的两个冷却导管10都是有源的(active)。横向导体9的端面15通过焊接与纵向导体7的壁连接。在纵向导体7的端面18上，支承件11被间断。从纵向导体7流出的冷却流体K可以通过两个路径流入横向导体8，9。一方面，冷却流体K可以经由冷却导管10a从纵向导体7的端面18流出，并经由一相应开口19流入相对的横向导体8的冷却导管10。另一方面，冷却流体K经由形成传送导管21的支承件11上的间隙，从纵向导体7中的冷却导管10b流入横向导体9的冷却导管10。为了使流过冷却导管10a和10b的冷却剂流完隔开，可以设置一中间壁20。
图3所示的实施例具有下列好处，即在每种情况下，两个冷却导管10可以用于至少导体2，3的部分中。同时，在冷却流体K从一纵向导体6，7流入一或多个横向导体8，9的情况下，只有冷却流体K的单一一个部分的流体流必须偏转数次。一个例外由从纵向导体6的冷却导管10流入横向导体8的冷却导管10的冷却流体表明。这里，将从纵向导体6流出的冷却流体K以90°偏转被传送进入横向导体8的冷却导管10是不可能的。然而，由于这些是最外面导体2中的冷却导管10，与进一步内置的导体3相比，对于以导流方式设计传送导管21而言存在着有利的安装条件。
图4a至4c以各剖面视图表明端部绕组5中的出气口13。出气口13被设置在发电机转子1的几何轴线22上，并在横截面上具有可从图4a中看到的梯形。在出气口13的区域中，内部冷却导体2相对于几何轴线22横向延伸。冷却流体K在几何轴线22的两侧流出冷却导管10并朝向几何轴线22，并以90°在出气口13中偏转。于出气口13中心设置了一个用于每个导体2的配装件23，它将从几何轴22线两侧流向出气口13的冷却流体流分开。一个位于另一个上方设置的各冷却导管10在出气口13区域中以不同程度敞开，其方式是，各冷却导管10中，流动截面越大，该截面中流动的冷却流体K就越多。
附图标记一览表1发电机转子2导体3导体4转子体5端部绕组6纵向导体7纵向导体8横向导体9横向导体10 冷却导管10a 冷却导管10b 冷却导管11 支承件12 进气口13 出气口14 角部焊缝15 端面16 连接导管17 孔18 端面19 开口20中间壁21传送导管22几何轴线23配装件G 绕组H 绕组K 冷却流体
权利要求
1.一种内部冷却电导体(2，3)装置，所述电导体(2，3)在每种情况下带有纵向导体(6，7)和与之连接的横向导体(8，9)，一个位于另一个内侧地间隔开设置，其方式是各纵向导体(6，7)和各横向导体(8，9)分别至少大约彼此平行地延伸，第一导体(2，3)的纵向导体(6，7)的冷却导管(10)与相邻的第二导体(2，3)的横向导体(8，9)的冷却导管(10)连接。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一连接导管(16)，其在所述纵向导体(6，7)的端面(18)上直线延伸一冷却导管(10)并横向打开通向所述横向导体(8，9)的冷却导管(10)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一连接导管(16)，其在所述横向导体(8，9)的端面(15)上直线延伸一冷却导管(10)并横向打开通向所述纵向导体(6，7)的冷却导管(10)。
4.如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，若干行平的冷却导管(10a，10b)沿纵向导体(6，7)延伸。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述平行冷却导管(10a，10b)中的一个与相同导体(2，3)的横向导体(8，9)的冷却导管(10)连接，而所述平行冷却导管(10a，10b)的另一个与相邻导体(2，3)的横向导体(8，9)的冷却导管(10)连接。
6.如权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，若干行平的冷却导管(10a，10b)沿所述横向导体(8，9)延伸。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平行冷却导管(10a，10b)中的一个与相同导体(2，3)的纵向导体(6，7)的冷却导管(10)连接，而所述平行冷却导管(10a，10b)的另一个与相邻导体(2，3)的纵向导体(6，7)的冷却导管(10)连接。
8.一种发电机转子，配装有如权利要求1-7中任何一项所述的内部冷却电导体(2，3)的装置。
全文摘要
若干内部冷却导体(2，3)在所有情况下包括一个纵向导体(6，7)和一个横向导体(8，9)与之连接，纵向导体(6，7)和横向导体(8，9)分别设置得至少接近平行并近距离分开。流体机械学意义上有利的冷却，通过一个导体(2，3)和纵向导体(6，7)的冷却导管(10)与邻近导体(2，3)的横向导体(8，9)的冷却导管(10)连接取得。
文档编号H02K3/22GK1405950SQ0212853
公开日2003年3月26日 申请日期2002年8月9日 优先权日2001年8月9日
发明者于尔根·克拉尔 申请人:西门子公司