169419. lajstromszámú szabadalom • Kombinált szellőzési rendszer igen nagy teljesítményű gyorsforgású villamosgép közvetlen vezetőhűtésű forgórészéhez
3 169419 4 A közvetlen gázhűtésű forgórészek másik nagy csoportjánál, a légrésből táplált („gap pick up") szellőzési rendszerű rotoroknál a hűtőgáz a rotor palástfelületén lép be a forgórészbe, radiálisán befelé áramlik, e közben, illetve axiális vagy tangenciális irányú vagy iránykomponensű áramlás mellett érintkezik a hűtendő vezetőkkel, majd újból radiális irányba fordulva hagyja el a forgórészt. Ennél a továbbiakban „gap pick up"-nak nevezett rendszernél a gáz-áramlás radiális iránya a karakterisztikus. A hidrogénhűtésű forgórészek kihasználásának döntő mértékben a forgórészbe bevihető (időegység alatti) gázmennyiség szab határt. Nagy gázmennyiség esetén ugyanis kis értékű lehet magának a gáznak a felmelegedése a forgórészből elviendő veszteségek (I2R) hatására, és a nagy gázmennyiség melletti nagy gázsebességek csökkentik a vezetők hűtőfelülete mentén előálló hóesést. E két tényező együttes hatására így mérsékelt lehet a tekercselés túlmelegedése a hideg hűtőgáz hőfoka felett. Végső soron ez a hűtés kialakításának és vele az igen nagy teljesítményű gép létrehozásának kulcskérdése. Ha Dr -el jelöljük a forgórész átmérőjét és L r -el az aktív vashosszat, akkor a forgórészbe bevihető gázmennyiség jó közelítéssel axiális áramlású forgórésznél D?-al, „gap pick up" rendszerű forgórésznél (Dr • L r ) arányos. " Következésképpen axiális áramlású forgórészt minél nagyobb átmérővel (és rövid vashosszal) célszerű készíteni, míg a „gap pick up" rendszer előnye, hogy a gázmennyiség a vashosszal arányosan nő. Amíg tehát axiális áramlású forgórésznél annak hossza korlátozott főként a gáz homlokoldali belépő keresztmetszete által, a „gap pick up" rendszernél a forgórész palástfelületén a gáz be- és kilépésére szolgáló, leggyakrabban a tekercsleszorító ékekben kiképzett nyílások szilárdságilag még elviselhető keresztmetszete határozza meg a forgórészen átvihető maximális gázmennyiséget. Ezért - a tekercsekben kiképzett szellőzőcsatornák kialakításától függetlenül - az ismert akár axiális áramlású, akár „ga" pick up" rendszerek kihasználása is korlátozott a iorgórészen átvihető maximális gázmennyiség által és a megvalósítható maximális egységteljesítmény pl. 2 pólusú turbógenerátornál a szilárdságilag jelenleg megengedhető legnagyobb átmérő (Dr = 1250mm) mellett kb. 1000--1200MW-ra tehető. A találmány alapgondolata olyan kombinált szellőzési rendszer létrehozása, amely a tekercselésnek a vastestben fekvő szakasza hűtésére mind az axiális áramlású, mind pedig a „gap pick up" rendszer nyújtotta lehetőségeket is felhasználja, azaz a találmány által a forgórészbe az eddig ismerteknél nagyobb gázmennyiség válik bevihetővé azáltal, hogy a találmány a gáz bevezetésére a forgórész homlokoldalait is (mint az axiális áramlású rendszerek) és a palástfelületét is (mint a „gap pick up" rendszerek) felhasználja, mert lehetővé tudja tenni e kétféle rendszer olyan célszerű keverését a tekercselésben kiképzett hűtőcsatornák által, hogy mindkét rendszer egyformán hatásos legyen, sőt kiküszöbölje az egyes rendszereknek önálló alkalmazásuk esetén fellépő problémáit. E problémák közül kettőt emelünk ki. Az axiális áramlású rendszereknél — mint koráb-5 ban is szó volt róla- korlátozott az egy bizonyos forgórész átmérő mellett megvalósítható vashossz. • A tapasztalat szerint L,. = (3-4) • Dr méretarányokkal még igen jó axiális hűtésű forgórészt lehet készíteni. A forgórész átmérő azonban szilárdsági 10 okokból bizonyos határ fölé nem növelhető. A mind nagyobb gépteljesítményt így csak a mindenkori lehetséges legnagyobb forgórészátmérő mellett a vashossz növelésével lehet elérni. Szükség van azonban Lr = (6-8) • Dr vashosszra, azaz az axiális 15 hűtéssel jól megvalósíthatónak kereken a kétszeresére. A találmány gondolatmenete szempontjából azt is mondhatjuk, hogy egy L,. = (6-8) • Dr méretarányokkal megvalósítandó forgórész tekercselésének kereken csak a felét lehet axiális áramlású 20 rendszerrel jól hűteni. A „gap pick up" rendszer működése azon alapszik, hogy a forgórész palástfelületén célszerűen kiképzett gáz-belépő és kilépő nyílások között a 25 rotor forgásának hatására létrejövő (torlónyomás és szívás eredőjeként előálló) statikus nyomás áramoltatja a hűtőgázt és teszi lehetővé a gáz beáramlását a forgórészbe a centrifugális erővel szemben, mert a centrifugális erő egyformán hatván a belépő és 30 kilépő csatornában, a gázokra érvényes kontinuitási elv alapján egymás hatását kölcsönösen lerontja. Ez a feltevés azonban csak abban az esetben igaz, ha a gáznak a hőmérséklettől függő fajsúlya a belépő és kilépő oldalon azonos. Mivel pedig a gáz 35 - éppen a hűtési funkciója folytán - áramlása közben felmelegszik, a beömlő oldali hideg gáz fajsúlya nagyobb lévén a kiömlő oldali meleg gázénál, a két oldalon a gázra ható centrifugális erő nem lesz egyenlő, a beömlő - hideg - oldalon 40 a gáz áramlását akadályozó ellennyomás lép fel. Ez az ellennyomás annál nagyobb, minél nagyobb a beömlő és kiömlő oldal között a gázhőmérsékletek különbsége, azaz minél nagyobb a gáz által felvett veszteség. Ugyancsak nő a hűtés hatásosságát 45 csökkentő ellennyomás a forgórész horonymélységével. A „gap pick up" rendszer e problémája főként akkor jelentkezik, ha a kellő rézmennyiség beépítéséhez szükséges mély hornyon kell a hűtőgázt nagy veszteségek elvitele céljából (tehát nagy 50 gázfelmelegedés mellett) átvinni. így tehát erre a következtetésre jutunk: míg axiális áramlású rendszernél a forgórész vastest és vele a horony hossza, addig a „gap pick up" rendszernél a horony mélysége hűtési szempontból korlátozott. 55 Fentiek után a találmány - egyelőre még megvalósításra váró — alapgondolata: a leghatásosabb gázhűtésű forgórész az, amelynél a horonyban fekvő vezetőknek a palástfelülethez közelebb levő 60 része „gap pick up" hűtést kap olyan teljes vezetőmagasság mellett, melynél az ellennyomás még csekély, míg a horonyfenéken levő része „axiális áramlású" hűtési rendszerhez kapcsolódik, melynek szükséges gázmennyisége a forgórész hom-65 lokoldalain nagy biztonsággal bevihető. 2
