CN100592605C - 具有增压装置的气体冷却的电机 - Google Patents

Abstract

一种气体冷却电机，特别是涡轮发电机(1)，具有一个转子轴(15)，在该转子轴上设有至少一个在一个电机壳体(2)中的轴流通风机(4)，其特征在于，除轴流通风机(4)外在转子轴(15)上还设有至少一个压缩器(9)，该压缩器在其吸入侧(27)上与环境相连并在其排出侧(28)上与电机内部相连，其中压缩器(9)为一个带孔圆盘，其中带孔圆盘上的孔(25)在吸入侧(27)以一个从转子轴线(24)测量的半径r_i流入，并在排出侧(28)以一个从转子轴线(24)测量的半径r_a流出，其中r_i＜r_a。通过在转子轴上设置这种压缩器，直接相对于环境压力提高电机内部的压力，由此改善涡轮电机(1)的冷却。通过在轴系上设置压缩器不需外部能源系统及输送技术或电厂输送技术接口。此外，这样的装置的故障安全性很好，因为它直接与电机工作耦合。

Description

具有增压装置的气体冷却的电机

技术领域

本发明涉及气体冷却的电机(elektrische Maschine)，特别是涉及涡轮发电机，其具有一个转子轴，在该转子轴上设置有至少一个在发电机壳体中的轴流通风机。

背景技术

三相交流涡轮发电机按公知的方式被蒸汽轮机或燃气轮机驱动。由此，通常转子轴由实心圆柱形锻造件制成，其中励磁效应分布在单个槽上。由此，转子在发电机的定子中转动。对于这种涡轮发电机的设计和结构决定性的是冷却技术，因为由此功率可显著提高。现有的涡轮发电机经常按照等压原则及相对于环境具有最小压力升高地工作。

例如DD 120 981 A提出直接用空气或气体冷却绕组的涡轮发电机的转子，其中应当提高转子中冷却剂的渗透，并因此应当改善转子的冷却。这可由此实现，在端环的内边缘与转子的轴颈之间的环间隙之间有一个轴向工作叶栅。由此，冷却剂在端环区域供给涡旋分量，使得冷却剂几乎与叶片全等的进入槽底通道或绕组端部处的径向竖井，由此冲击损失(Stoβverluste)明显减小，而冷却剂渗透提高。一个这样构造的涡轮发电机在图5中示意表示。

一个用于改善冷却涡轮发电机的解决建议由DE 195 05 388 A1给出。这里描述一个空气冷却的、转动的具有敞开冷却循环的电机，其中一个设有冷却通道的定子和转子被冷却通道中的冷却空气流过，接着冷却空气排出口处的冷却空气排出到环境中。由此应当提高冷却介质空气的冷却能力。这由此实现，至少在转子端部在转子轴上设有一个涡轮级。在一个这样的涡轮级上减压被压缩的空气，因此空气在进入发电机前冷却，由此提高空气的冷却能力。由于通常较小的体积流量相对于所需费用由减压得到的冷却能力较小。

DE 100 58 857 A1描述了一种气体冷却机器，特别是涡轮发电机，其中冷却能力应当由特殊设计的流入空间在紧邻流入孔的通道段的流入孔部位以径向节流间隙改善，其中节流间隙特别是旋转对称地沿着总流入孔延伸。由此轴流通风机的叶片均匀地受进气加载。由此可很小地改善机器内的及机器使用的绕组冷却。

DE 198 56 456 A1描述另一个气体冷却的带有轴流通风机和在轴流通风机流出侧布置有出口导向装置的电机，出口导向装置用于提供冷却空气的压力。由此借助入流空间的轴流通风机提高压力，入流空间通过一个内部罩壳和一个在轴流通风机径向平面上的隔板界定。此外，出口导向装置由导向扩散器(Umlenkdiffusor)构成，导向扩散器用于把冷却空气流从基本轴向导向为一个基本径向流动方向。由此压力提升可较小，通常刚好足够补偿由过滤器及其它组件引起的冷却空气的压力损失。

此外，现有技术零星地提到了这样的空气冷却发电机，其中，发电机内部空间的空气压力由外部压缩机明显地提高，压缩机由外部能量系统驱动。通常在此设有电厂输送技术的接口。但不利的是较高的花费和外部附加装置、能量和输送技术的费用。此外，易发生故障。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种改进的气体冷却的电机，该电机避免了上述现有技术的缺点。此外，应当在电机壳体中实现显著的压力提升，以实现热量导出及由此实现有效的电机冷却。在此，不需附加外部用以提高压力的装置或外部调节装置，而提出简单、经济的解决方案，该方案适于已有的电机的简单的改造。

该任务通过一种气体冷却电机来解决。该电机具有一个转子轴，在该转子轴上设有至少一个在一个电机壳体中的轴流通风机。根据本发明，除轴流通风机外在转子轴上还设有至少一个压缩器，该压缩器在其吸入侧上与环境相连并在其排出侧上与电机内部相连，其中所述压缩器为一个带孔圆盘，其中带孔圆盘上的孔在吸入侧以一个从转子轴线测量的半径r_i流入，并在排出侧以一个从转子轴线测量的半径r_a流出，其中r_i＜r_a。

通过在转子轴上设置压缩器，该压缩器在其吸入侧与环境相连及在其流出侧与电机内部相连，使电机内部相对于环境的压力显著升高。通过在轴系上设置压缩器不需外部能源系统及输送技术或电厂输送技术接口(Schnittstellen)。此外，这样的装置的故障安全性很好，因为它直接与电机工作耦合。压缩器，在此例如可为轴流通风机、轴流压缩机、离心压缩机、对角压缩机(Diagona lverdichter)或其组合。

本发明还涉及其它有利方案和改进方案，它们在下文中描述。

本发明的一个特别优选实施方案在于使用离心压缩机，因为离心压缩机很适于小体积流量，该体积流量如同在电机工作的主要转速和流动条件下的情形。

如上所述，使用一个带孔圆盘是本发明的一个特别简单的方案。该盘以一个特别简单的方式制造，而无显著附加费用。该带孔圆盘在此可以是分体式以便装配简单或易于现有电机的改造。对于新的设计或相应的有利的轴直径，带孔圆盘可热压套装在转子轴上。

如上所述，在此在一个圆环状金属盘中设有对角(diagonale)孔(钻孔)，金属盘无相对转动地固定在轴上，其中在吸入侧从转子中间轴线到孔入口的距离r_i小于在流出侧从转子中间轴线到孔出口的距离r_a。带孔圆盘相对于电机壳体的孔密封或运行于相应的压缩器壳体中。一个有利的改进方案在于，带孔圆盘由两件或多个件构成。在此一个底件(Fussteil)例如整料车削，然后把其它部件固定在底件上。

此外有利的是，过滤器装在压缩器的吸入侧，由此压缩器不会吸入污物颗粒或其它小件并使其进入电机内部空间。这里例如使用一个简单的网眼细密的网或纤维网材料，其围绕基本上环形的压缩器孔。由此可以看出，实现了小的压力损失。

还提供了本发明的另一有利实施方案，在电机的两端上在转子轴上分别设有一个所述压缩器。由此，如果需要的话可提高体积流量。

本发明的特别有利的实施方案在于用于小型或中型涡轮发电机，此涡轮发电机用封闭的冷却循环，这里优选的冷却介质为空气，优选使用环境中的空气。

在此优选例如对于具有封闭空气冷却循环的空气冷却电机，电机内部压力提高至30,000Pa。相应地本发明的有利实施方案是，这样设计压缩器，使得冷却气体压缩20-40％，优选为30％。通过冷却空气的更高的密度实现有效的冷却，因为通过冷却剂的密度的提高增加了热量导出。在此由于小的体积流量，压缩产生的温度升高可忽略。此外，用压力升高补偿泄漏压力损失及其他压力损失。由此电机壳体特别是在高度压缩时在提高的内部压力以下工作。

因此，通过根据本发明的气体冷却电机以小的花费明显改善转子的自通风作用。

这在更换或改造现有电机设备时是个重要的优点。

附图说明

以下，结合附图来描述本发明的优选实施例，附图为：

图1一个根据本发明的气体冷却涡轮发电机的优选方案的示意剖面图；

图2图1的局部放大示意图；

图3根据本发明的带孔圆盘的优选实施方案的零件示意图；

图4图3的带孔圆盘的沿线IV-IV的剖面图；

图5现有技术的气体冷却涡轮发电机的示意剖面图。

仅示出了对于理解本发明重要的部件。在以下描述中相同或相似的件用相同的附图标记表示。轴向和径向的方向描述是相对于虚线表示的转子轴线。这些图不是按比例的。

具体实施方式

图1为一个根据本发明的带有封闭冷却循环的涡轮发电机1的优选方案的示意剖面图。图2为根据图1的放大图。冷却气体的流向在这些图中用箭头表示。

所示实施方案为具有封闭冷却循环的空气冷却涡轮发电机1。该涡轮发电机1被一个基本柱状的、钢板制成的电机壳体2包围。在电机壳体2中容纳有一个带有转子3的转子轴15。转子3在其由电机壳体2伸出的轴端处支承在轴承11上。

在此，转子3可转动地容纳在定子6中。定子6在板叠中具有冷却空气通道7和排气通道8。此外在电机壳体2的下侧设有散热器12。

电机壳体2的外面，电刷架21在图1和图2中位于右轴端。

轴密封件5相对于环境密封电机壳体2上的左轴孔。在电机壳体2中一个第一轴流通风机4与所述轴密封件5相邻，该轴流通风机被一个环状流入孔18包围。在此，轴流通风机4具有在径向上设置在一个转子盘上的空气叶片。流入孔18容纳在罩壳17中，该罩壳把流入空间13与流出空间14分开。

第一轴流通风机4的结构和设置以上述方式与图1右侧相同，因此在图2细节图中与左轴流通风机4的结构和设置相同。

与两个轴流通风机4相邻，转子3在其端部具有转子罩19，转子罩19限定转子绕组20。

为冷却转子绕组20及定子绕组16，两个轴流通风机4设置在电机壳体2的转子轴15的两侧。通过轴流通风机4空气由电机壳体2内的流入空间13向流出空间14输送。由此，冷却空气一方面流过定子6中的冷却空气通道7和排气通道8，另一方面流过转子上的转子槽22。然后，排出的空气经过壳体下半部中的散热器12冷却。

在图面中右轴端处，电机壳体2的出口处一个由带孔圆盘构成的压缩器9设置在转子轴15上。压缩器9被称为压缩器壳体23的环状密封圈包围，密封圈相对于环境密封壳体内部空间。在本实施例中压缩器9热压套装在转子轴15上。

为避免污物颗粒进入电机内部空间，在压缩器9前面在电机壳体2的外侧设有环形过滤器10特别是过滤纤维网。

在工作期间通过转子轴15的转动带动压缩器转动并在小体积流量时就提高流入空间13的压力，由此提高冷却气体的密封。通过压缩器壳体23和轴密封件5避免被压缩的冷却空气回流到环境中。轴流通风机4还用于通过流入孔18压缩的冷却空气流入电机内部空间并冷却转子3及定子6。由此电机壳体2中的压力通过“自增压”用压缩器9升至约30000Pa。由此仅通过转子轴1的转速调节压缩器9，即这里为带孔圆盘，因此抗干扰且直接地与电机相联系。由于压缩而引起的冷却介质的温度升高由于小的体积流量在总体考虑冷却循环时可被忽略，小的体积流量仅用于补偿泄漏。

图3为图1和图2的压缩器9的吸入侧27方向的示意细节图。图4为图3的压缩器9沿IV-IV的剖面图。在此为圆环形带孔圆盘，带孔圆盘用轴孔26无相对转动地固定在转子轴15上。

此外，在本实施例中由带孔圆盘构成的压缩器9具有例如特别的由图4清楚看到的在其圆周上规则分布的八个对角分布的孔25，这些孔为钻孔并在向着环境的吸入侧27上以半径r_i与转子轴线24隔开，该半径小于向着电机内部空间的排出侧28上的半径，在排出侧上孔25以一个径向距离r_a与转子轴线24隔开并流出。因此，带孔圆盘构成一个离心压缩器。孔25数量和直径相应于泄漏量及电机中的期望压力水平来适配。

附图标记

1涡轮发电机

2电机壳体

3转子

4轴流通风机

5轴密封

6定子

7冷却空气通道

8排气通道

9压缩器

10过滤器

11轴承

12散热器

13流入空间

14流出空间

15转子轴

16定子绕组

17罩壳

18流入孔

19转子罩

20转子绕组

21电刷架

22转子槽

23压缩器壳体

24转子轴线

25孔

26轴孔

27吸入侧

28排出侧

Claims (9)

1.一种气体冷却电机，其具有一个转子轴(15)，在该转子轴上设有至少一个在一个电机壳体(2)中的轴流通风机(4)，其特征在于，除轴流通风机(4)外在转子轴(15)上还设有至少一个压缩器(9)，该压缩器在其吸入侧(27)上与环境相连并在其排出侧(28)上与电机内部相连，其中所述压缩器(9)为一个带孔圆盘，其中带孔圆盘上的孔(25)在吸入侧(27)以一个从转子轴线(24)测量的半径r_i流入，并在排出侧(28)以一个从转子轴线(24)测量的半径r_a流出，其中r_i＜r_a。

2.根据权利要求1所述的气体冷却电机，其特征在于，所述压缩器(9)容纳在相对于环境对所述电机的内部空间进行密封的一个压缩器壳体(23)中。

3.根据权利要求1所述的气体冷却电机，其特征在于，所述气体冷却电机是涡轮发电机(1)。

4.根据权利要求1所述的气体冷却电机，其特征在于，带孔圆盘由两部件或更多部件构成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体冷却电机，其特征在于，在压缩器入口前设置一个过滤器(10)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的气体冷却电机，其特征在于，在所述电机的两个端部中的每一个上分别在转子轴(15)上设有一个所述压缩器(9)。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的气体冷却电机，其特征在于，冷却气体为空气。

8.根据权利要求1所述的气体冷却电机，其特征在于，带孔圆盘上的孔的设置使所述电机的内部的冷却气体被压缩20-40％。

9.根据权利要求1所述的气体冷却电机，其特征在于，带孔圆盘上的孔的设置使所述电机的内部的冷却气体被压缩30％。

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