帶有多個沿縱軸延伸並沿垂直軸相互堆積的導電桿的裝置的製作方法

2023-10-17 22:28:09 1

專利名稱：帶有多個沿縱軸延伸並沿垂直軸相互堆積的導電桿的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有多個沿縱軸延伸並沿垂直軸相互堆積的導電桿的裝置，其中每個導電桿具有4個平行於縱軸並成對地沿垂直於縱軸和垂直軸的橫軸相鄰的以及成對地沿縱軸前後設置的冷卻通道，其中每個冷卻通道從其位於裝置端部附近的口延伸到兩個關於縱軸設置在中部的氣體流出區中的一個流出區中，並在那兒轉入一個與垂直軸成銳角的流出通道中。
這種裝置尤其可構成電機中繞平行於縱軸的轉動軸線旋轉的轉子繞組的組件，其中該轉子繞組具有多個這種裝置，這些裝置的導電桿以合適的方式互相連接起來。通常轉子繞組固定在一個相對於轉軸為圓柱狀的轉子輥軸上。該輥軸與轉子繞組一起構成轉子並作為該轉子的機械承受件，其中每個裝置位於轉子輥軸相應的槽中，其端部從轉子輥軸中伸出。在轉子輥軸外面導電桿互相連接。在這種情況下，裝置從轉子輥軸中伸出的部分和與其相連接的導電弓構成了所謂的「繞組頭」(Wickelkoepfe)。
在Spnnger出版社於1973年在維也納和紐約出版的，作者為H.Sequenz，名為「電機繞組的製造」一書的第169頁至199頁中，從D.Lambrecht所寫的「渦輪發電機和感應電機的轉子繞組」一文中可看到電機轉子繞組的實施形式以及本文開頭所述形式的裝置的實施形式。其中不但對帶有成對地相鄰並尤其用於通流氣態冷卻介質的冷卻通道，可安裝到上述類型的裝置中的導電桿的不同實施形式，而且對這種導電桿的轉子繞組的構造可能性作了進一步的說明。由附

圖105，113和118可見這種導電桿以及將由這些導電桿組成的裝置安裝到槽中的實施例。附圖129還示出了轉子繞組的製造，其中導電桿總是沿縱軸的方向對準並利用繞縱軸彎曲的，通過硬焊與導電桿連接的導電弓相互連接起來。
其它關於本文開頭所述形式的裝置以及將其安裝到電機轉子中的說明由EP 0173 877 B1可知。這份文本涉及氣體流出區的設計結構和這種裝置與其相配屬的兩個氣體流出區相互間的空間關係；這兩個氣體流出區應當沿裝置的縱軸相互錯列設置，使它們相互之間沒有一個地方重疊，這也就是說，沿橫軸的方向看過去，它們沒有一個地方相鄰。
在將本文開頭所述形式的裝置設計作為電機轉子繞組的一組成部分時，一個重要的主題是溫度的分布。在轉子繞組運作時，也就是在裝置通電流和流通冷卻介質時，溫度呈沿縱軸方向分布的狀態。達到沿縱軸儘可能恆定的，或由於熱吸收儘可能均勻普遍升溫的溫度分布是具有特別重要的意義，因為採用這樣的方式可使由沿裝置分布的最大溫度所確定的裝置的耐負荷特性為最大。該裝置的耐負荷特性由沿裝置分布的溫度的最大值所確定，因為該最大溫度值不允許超過一定的極限值，該極限值例如可由插入導電桿之間的和/或包繞裝置的絕緣材料的最高許可溫度所確定。如果不但該極限值而且裝置的尺寸已確定，那麼通過避免所謂的具有較其周邊明顯更高溫度的「熱點」可達到提高耐負荷特性。在裝置上均勻地產生和引導掉熱量也具有同樣重要的意義。當如此提高裝置在運行時的溫度，即在沿裝置的範圍內，而不僅僅在個別熱點處，均勻地升溫達到許可極限值時，可由此實現裝置的特別高的耐負荷特性。
本發明的目的在於提供一種帶有多個沿縱軸延伸並沿垂直軸相互堆積的導電桿的裝置，使其具有特別高的耐負荷特性。
本發明的目的是這樣實現的，即通過採用一種帶有多個沿縱軸延伸並沿垂直軸相互堆積的導電桿的裝置，其中每個導電桿具有4個平行於縱軸並成對地沿垂直於縱軸和垂直軸的橫軸相鄰的以及成對地沿縱軸前後設置的冷卻通道，其中每個冷卻通道從其位於裝置端部附近的口延伸到兩個關於縱軸設置在中部的氣體流出區中的一個流出區中，並在那兒轉入一個與垂直軸成銳角的流出通道中。其中按本發明，在每個導電桿中對於每對相鄰設置的冷卻通道而言，一冷卻通道的入口緊挨著端部，另一冷卻通道的入口與端部相隔一定距離，以及對於每對前後設置的冷卻通道而言，一冷卻通道的入口緊挨著端部，該冷卻通道通向端部，另一冷卻通道的入口與該冷卻通道通向的端部相隔一定距離。
本發明基於這樣的認識，在轉子繞組區域內的運轉過程中，在沿裝置規定地和很大程度上均勻地產生熱量的情況下，為實現溫度的均勻分布所必需的均勻地將熱量傳導出可由此達到。即使冷卻通道的尺寸彼此相稱，其中特別避免了不必要的長冷卻通道。在這種情況下輸入冷卻介質，對轉子輥軸內部的轉子線圈的冷卻比較對輥軸外部的，即繞組頭內的轉子線圈的冷卻而言，要遭受其它前提條件的制約，在繞組頭內的轉子繞組在很大程度上不如在轉子輥軸內的那麼環繞，這樣為利用在冷卻通道中流通的冷卻介質對繞組進行冷卻，就可能要綜合考慮，即要兼顧改善對轉子輥軸內部的繞組的冷卻。因此在本發明裝置中不是所有的冷卻通道都完整地通過該裝置，而事實上只有一半的冷卻通道開始於裝置端部的入口，另一半冷卻通道總是開始於明顯與入口附近的端部相距一定距離的入口處。在這種情況下在繞組頭區域內產生的冷卻損失是可承受的，因為該損失可通過其它的冷卻措施來彌補，這些冷卻措施是現有技術中所公知的，在此不作進一步描述；這樣顯著的優點在於，避免了過長的冷卻通道以及由此產生的對冷卻介質的液力傳導方面的限制。
最好使每對前後設置的冷卻通道相互等長，這直接意味著，這對冷卻通道的導納，並因而一導電桿的所有4個冷卻通道的導納完全相等。由此可保證對導電桿的4個冷卻通道特別均勻的冷卻並特別好地預防了「熱點」的產生。
本發明裝置的冷卻通道的入口布置在本發明意圖中包含有這樣的意思，即在氣體流出區中冷卻通道通過排出通道從裝置中引出，該氣體流出區沿縱軸相互錯置，然而最好不要錯置得太遠，以免使氣體流出區沒有一個地方相鄰，對冷卻通道的設計應這樣進行，即氣體流出區關於橫軸還部分地相鄰，它們的相鄰段長度，相當於一個氣體流出區長度的25％，最好只為氣體流出區長度的15％，例如在每個氣體流出區具有14個排出通道時，相鄰段只具有2個排出通道。
為構成一個轉子繞組，該裝置最好安裝到轉子輥軸的一個槽中，其中裝置端部從轉子輥軸中伸出這麼多，使所有的入口都顯露出來。任何一個不與各自的端部緊鄰的入口最好與轉子輥軸緊鄰。另外將本發明裝置結合到一個轉子繞組中最好這樣進行，即設置一組由多個相同裝置組成的組件，其中的每個裝置安設到轉子輥軸中相應的槽內。其中在組件的每個端部，利用構成組件的裝置的相應端設置繞縱軸約圓弧狀彎曲的導電弓。其中的每個導電弓將兩個分屬於不同裝置的導電桿相互連接起來。這些導電弓最好通過硬焊與這些導電桿相連接。因此相應於上述結構，本發明裝置最好通過構成所謂的「矩形繞組頭」而結合到大型電機，尤其是渦輪發電機的轉子繞組中，一個矩形繞組頭是這樣構成的，即平行於轉子轉動軸線的導電桿與大約圓弧狀繞轉動軸線彎曲的導電弓相連接，或尤其通過硬焊連接。這種實施形式已經是公知的，然而至今人們更多地優先採用這樣一種實施形式，即為構成繞組頭，沿轉動軸線方向朝向的導電桿作相應的彎曲。在本發明範圍內設置矩形繞組頭始終具有優點，即可獨立於對導電桿的冷卻單獨地冷卻導電弓，這提供了設計轉子繞組的附加自由度。
本發明的實施例由附圖示出，為清楚表示本發明的區別特徵，僅部分地概括和/或有所失真地示出本發明的實施形式；這些附圖的比例與真實的尺寸並不相符，下面結合附圖所示實施例進一步闡明本發明，附圖中圖1所示為帶有多個導電桿的本發明裝置；圖2所示為圖1中的一個導電桿；圖3所示為帶有本發明裝置的一個轉子輥軸。
圖1和圖2可視為同屬關係，從現在開始將就這兩份附圖一起說明。圖1為平行於一縱軸2和一垂直軸3的本發明裝置1的截面視圖，沿該垂直軸3相互堆積著多個導電桿4。圖2為通過圖1所示裝置1中的中間導電桿4的，垂直於圖1所示截面的截面視圖，該截面平行於縱軸2和既垂直於縱軸2又垂直於垂直軸3的橫軸5，在裝置1中，每個導電桿4有4個冷卻通道6、7，其中兩個冷卻通道6分別帶有在端部10附近的入口8，而兩個冷卻通道7分別帶有與冷卻通道7所流向的各端部10相距一定距離的入口9。一個冷卻通道6和一個冷卻通道7關於縱軸2總是前後設置或關於橫軸5總是相鄰。所有冷卻通道6、7結束在用垂直軸3和橫軸5表示的裝置1的中心區域處的氣體流出區內，在那兒，這些冷卻通道轉入平行於垂直軸3的出口通道12。運行時，冷卻介質尤其是冷卻氣體通過入口8和9進入冷卻通道6或7中並進一步到達氣體流出區11內的出口通道12內。沿縱軸2的方向看過去，氣體流出區11相互錯置，在此沿橫軸5的方向看過去，也部分相鄰。入口8和9以及導電桿4上構成出口通道12的凹槽在本實施例中通過側面銑削而成。其它實施形式自然沒有更多的可能性。
圖3所示為相對於軸17的斜視圖，為形成電機的一個轉子繞組，裝置1設置在轉子輥軸13的凹槽14內。導電桿4從轉子輥軸13中伸出使所有的入口8和9顯露出來。與端部10相隔一定距離的入口9與轉子輥軸13緊挨著。為構成轉子繞組，尤其是繞組頭，如圖3下半部分所示那樣，導電桿4必須相互連接起來，這一點是通過導電弓15來實現的，導電弓大約圓弧狀地繞平行於縱軸2的轉子輥軸13的轉動軸線17彎曲並分別使兩個導電桿4相互連接起來。這種連接例如是硬焊連接。圖中示出了冷卻導電弓15的冷卻通道18；冷卻通道18從一個導電桿4開始並在一個中間設置的凹槽19處結束。由於導電桿4在運行時會產生顯著的離心力，槽14必須被可靠地封閉。這一點通過圖中概括示出的槽密封件16來實現，該槽密封件在實踐過程中當然必須與轉子輥軸13構成一可耐高負荷的附著力，以抵消離心力的作用。
本發明帶有多個導電桿的裝置的特徵在於，當運轉過程中導電桿通電流後，能夠特別均勻地將由此產生的熱量散出。因此本發明裝置特別適合於結合到電機，尤其是渦輪發電機的承受高負荷的轉子繞組中。
權利要求
1.一種帶有多個沿一縱軸(2)延伸並沿一垂直軸(3)相互堆積的導電桿(4)的裝置(1)，其中每個導電桿具有4個平行於縱軸(2)並成對地沿垂直於縱軸(2)和垂直軸(3)的橫軸(5)相鄰的以及成對地沿縱軸(2)前後設置的冷卻通道(6，7)，其中每個冷卻通道從其位於裝置(1)端部(10)附近的口(8，9)延伸到兩個關於縱軸(2)設置在中部的氣體流出區(11)中的一個流出區中，並在那兒轉入一個與垂直軸(3)成銳角的流出通道(12)中，其特徵在於，在每個導電桿(4)中對於每對相鄰設置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著端部(10)，另一冷卻通道(7)的入口(9)與端部(10)相隔一定距離，以及對於每對前後設置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著該冷卻通道通向的端部(10)，而另一冷卻通道(7)的入口(9)與該冷卻通道通向的端部(10)相隔一定距離。
2.如權利要求1所述的裝置(1)，其中在每對前後設置的冷卻通道(6，7)中，該對冷卻通道(6，7)大約等長。
3.如權利要求1或2所述的裝置(1)，其中氣體流出區(11)沿縱軸(2)如此相互錯置，使它們關於橫軸(5)部分相鄰。
4.如上述任一項權利要求所述的裝置(1)，該裝置被安設在一轉子輥軸(13)的槽(14)中，其中，該裝置的端部(10)從轉子輥軸(13)中伸出這麼多，使所有的入口(8，9)都顯露出來。
5.如權利要求4所述的裝置(1)，其中任意一個未緊挨著各端部(10)的入口(9)緊挨著轉子輥軸(13)。
6.一種由多個如權利要求4或5所述的裝置(1)組成的組件，其中的每個裝置安裝到轉子輥軸(13)上一個與之相配屬的槽(14)中，其中在每個端部(10)設置有約圓弧狀繞縱軸(2)彎曲的導電弓(15)，其中的每個導電弓將兩個分屬於不同的裝置(1)的導電桿(4)相互連接起來。
7.如權利要求6所述的組件，其中導電弓(15)與導電桿(4)硬焊連接起來。
8.如權利要求6或7所述的組件可安裝到一個大型電機，尤其是一個渦輪發電機的轉子繞組中。
全文摘要
一種帶有多個沿一縱軸(2)延伸並沿一垂直軸(3)相互堆積的導電桿(4)的裝置(1)，其特點在於，在每個導電桿(4)中對於每對相鄰設置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著端部(10)，另一冷卻通道(7)的入口(9)與端部(10)相隔一定距離，以及對於每對前後設置的冷卻通道(6，7)而言，一冷卻通道(6)的入口(8)緊挨著該冷卻通道通向的端部(10)，而另一冷卻通道(7)的入口(9)與該冷卻通道通向的端部(10)相隔一定距離。
文檔編號H02K3/04GK1149356SQ95193310
公開日1997年5月7日 申請日期1995年7月31日 優先權日1994年8月11日
發明者拉爾夫·邦巴, 威廉·韋斯特恩多夫 申請人:西門子公司