CN1010912B - 电动发电机冷却气流分隔导流板 - Google Patents

Abstract

在具有一个环形定子铁芯和一个在其中同心旋转的圆柱形转子、并在其间形成一气隙区的发电机内，设在气隙区内的导流板包括一沿圆周围绕着转子的壳状构件和在其内外轴向端各自径向外伸的环形突缘构件。在外轴向端有一环形板贴靠着轴向外突缘并径向可调地固定到定子上。轴向内突缘用诸如硅橡胶的挠性材料制成并与定子气密接合。设在导流板与定子间的外通道籍挠性突缘从气隙区轴向封隔开，将外通道中的气体转入定子头几排冷却通道中去。

Description

本发明涉及到发电机，尤其涉及到安装在发电机结构内用以控制并将冷却气体转引入发电机结构中一些冷却气体通道内的冷却气体分隔导流板。

发电机含有一环形铁心结构或定子，它由薄金属片组成的轴向延伸的叠片组构成。环形层叠铁心结构包括有沿轴向伸展的径向槽，以便在形成定子圆柱孔的内周表面上接纳导电体。圆柱体转子同心地安装在定子的圆柱孔内，以便在其内旋转。该转子在其圆周表面上同样包括有径向向内轴向伸展的槽。在转子内形成的槽适于接纳导体线圈或导体条，以便在激磁时在转子中建立起一个预定的磁场，从而使旋转的转子载着磁场扫过配置于定子中的轴向伸展槽内的导电条，于是在定子导体条或电枢中感应出电流，发电机运转时，在定子铁心结构中产生相当大量的热，因此需要特殊的冷却。

转子配置于环形铁心内，和定子保持一定间隙，这样，在环形铁心的内圆周面和转子的圆柱表面之间就存在一个环形间隙。这一间隙通常被称作气隙区或气隙，与所用冷却气体的种类无关。冷却气体，诸如氢气，经冷却气体通道被引入到转子的内部，并从那里经转子圆周面上的开孔排出。在定子铁心内，有辅助的径向伸展通道跟转子上的开孔直接相对。来自转子的冷却气体流过气隙，进入相应的定子通道，冷却定子铁心。通常的做法是用一风扇部件和转子连接，并与其一起转动，以产生一股冷却气体流，使其在气隙的轴向端轴向流入气隙内。然而，沿 着并流过气隙的强制轴向气流会破坏转子和定子间的径向冷却气体流。因此，在气隙中采用各种气体控制装置来控制和引导来自风扇的冷却气体，以便得到最佳的冷却。在Barton的美国专利3，413，499中，描绘了采用导流板构件型式的上述这种气体控制装置，该发明已转让给本发明的同一受让人。

跟应用在气隙中的导流板有关的问题是由固定的导流板和转子间通常应用的最小间隙引起的。通常，在转子装入定子铁心内之前，将这些导流板装到定子铁心上。在大型的发电机中，转子具有大的重量，譬如是几十吨的数量级。由于有最小导流板间隙存在，它的装配和精确找正是颇困难的，并且由于电机的随后运转，可能出现导流板损坏。通过采用挠性材料导流板使转子和定子间密封的最小间隙问题减至最小的尝试，在Armor的美国专利4，264，834中作出了公开，该发明已转让给本发明的同一受让人。如果导流板构件是由脆性材料制成的，那么可能破裂成碎片掉入气隙中。通过采用一种能在转子安装到定子铁心内之后固定在其设计位置上的导流板构件，这些问题便能减小到最小的程度。与在气隙中的导流板有关的另一个问题是振动。发电机在运转时可能有较大的振动。导流板通常固定地连接于定子铁心上，通过适当的间隙可以避免和转子接触。然而，由于最小间隙随后的变化，定子铁心中的振动可能逐渐削弱导流板的安装牢固度，或者，在某些情况下，可导致在气隙中的导流板材料破裂。此外，例如发电机运转时的振动，和Barton专利的导流板存在的悬臂效应，都可能使其突缘21的径向靠外部份和定子发生不希望有的接触，以致可能损坏突缘21，使气体密封效率总的下降。Barton导流板的材料未被说明。然而，其图2可看出该导流板是由分段的金属结构件组成的整体。

因此，本发明的目的是在发电机的气隙内提供一种气流导流板装置，这种导流板装置可在转子装进定子后装入气隙内，因此，被称为可 拆卸导流板。

本发明的另一目的是在发电机的气隙内提供这样一种气流导流板装置，其导流板构件既出于安装目的被固定在定子上，又通过挠性突缘在离气隙轴向端的一个预定位置上和定子接触。

按照本发明，呈圆筒形壳状件形式的导流板构件同心地环绕着转子安装在发电机一端的气隙内。一股冷却气体轴向流入导流板安装处的气隙的轴向端。所述圆筒形壳状件在其下游或气密地接触定子的最内端包括有一个径向向外伸展的挠性密封突缘构件。壳状构件将气隙与在其中流动的气流分成外通道和内通道。外通道被挠性密封突缘构件封住，进入外通道的气体被转向流入定子内径向延伸的冷却通道内，这些冷却通道包括一个配置成和外通道保持气流连通的入口，用以冷却定子。圆筒形壳状件还包括一个在其轴向靠外端用于把该壳状件连接到发电机端部的支承突缘，导流板构件还包括一个构成导流板的轴向靠外端用于限制冷却气体流进入内环形通道的气体封口装置的分隔板构件;该板构件和带有所述密封突缘构件的壳状件每个可各自独立地调整。在一种实施方案中，挠性密封突缘构件设有一个气体流控制结构，它跟定子构成抗振的气体密封，在予定的气体脉动的情况下，这个控制结构能轴向向内挠曲，离开定子。在另一实施方案中，挠性密封突缘构件包括一径向靠外部分，它被轴向向外配置靠上定子以构成气体密封，当外通道内的气体压力增大时突缘的径向靠外部分被驱使跟定子紧密接合。

认为是新颖的本发明的特点在所附的权利要求书中将详细地被陈述。然而，本发明本身关于结构和工作方式，连同其它的目的和优点，通过参阅结合附图的详细叙述将会更清楚明了。

图1是采用本发明的可拆卸气流导流板装置的发电机总图;

图2是图1的导流板装置与发电机的一部分的放大图;

图3是图2的导流板装置放大了的分离剖视图;

图4是按照本发明的导流板装置的另一实施方案。

现在参看图1，涡轮发电机或发电机10包括一环形定子铁心11和被配置成在其中同心转动的转子12。转子12的直径小于环形铁心中心腔的直径，而转子和定子铁心间的间隙被称作气隙13。为了冷却，在转子12上安装一风扇部件14与其一起转动并产生一股冷却气流、诸如氢气流、进入端部空间15和气隙13的轴向端部。风扇14还产生一股冷却气流在进口开口16处轴向进入转子12内以冷却转子。转子12内部的冷却气体经位于转子12圆周面上的多个开孔17离开转子12的本体。定子铁心11包含有径向通道18，与转子开孔17相对，使来自转子的冷却气体穿过气隙13并进入通道18来冷却定子11。

来自风扇14经端部空间区15而进入气隙13的轴向气体流使从转子开孔17到定子通道18的气体流发生离散。最严重的离散发生在定子11和转子12的轴向最外端的或头几排气体通道或开孔处，它们相应地处于定子11和转子12最接近风扇14的轴向端，在该轴向端处，气隙13中的轴向气体流速最大。在整个叙述中，关于方向的术语，诸如轴向靠内、径向靠外等，除非另有规定，都是相对于装入定子11内的转子12而言的。这种气体流离散的结果，最靠近风扇14的、定子铁心11中的径向气体通道18不能从转子12内的相应的相对开孔中和（或）从气隙13中获得足够的冷却气体，而最靠近风扇14的定子11的铁心叠片则经受大为提高了的而且更为剧烈波动的温度，部分是由于在转子12和定子11的轴向端区域内磁通匝链数提高了。这种提高的和变化的温度的一个影响可能使沿圆周延伸的垫片19产生径向向内的运动或移动，这些垫片是为了更好地将定子11中的巨大的夹紧力分布开以保护其铁心叠片而设置在端面突缘20和定子11之间的。

为了给靠近于风扇14的定子气体通道18提供更合适的气体流，按照本发明采用了一导流板构件或气流分隔板21，清楚地示出在图2和图3 中。参看图2，导流板21包含有一圆筒形或环形壳状部份22，它在轴向最内端包括一个径向向外延伸的环形密封突缘构件23以及在其轴向靠外端包括一个径向向外延伸的环形支撑突缘24。此外，在导流板21的轴向外端设置一径向延伸的环形板构件25跟突缘24贴靠住。板构件25的径向靠内的部份26还起气体流控制结构的作用，伸向转子12，贴近但保持间隙，以形成一种迷宫式的气体密封。板25上、也在突缘24上、可有相互对齐的比其紧固件直径大的开孔，或者可以是一个敞开式网格结构从壳状部分往外伸展，使来自风扇14的冷却气体流不受阻地进入设置于壳状件22和定子铁心11之间的气室或外通道27中。适用的螺栓28穿过安装支承25和突缘24与外垫片19连接。内通道37设置在导流板21和转子12之间，并跟气隙区13和端部空间区15保持气流连通。导流板21可以包括多个环形扇状构件，这些构件在如图示地挨着装配在一起时，排满气隙区13入口的360°圆周。这种装配方式允许在转子12装入后再把导流板构件21装入发电机内。来自风扇14的一部分气流由导流板21导入通道27并使之流过在定子11内的冷却通道18。通道27和端部空间保持直接气流连通，即和来自风扇14的气流保持直接气流连通。通过这样的装置将足量的冷却气体供应到在定子铁心11轴向端的通常可能是供气不足的头几排通道18内，从而使定子铁心11的轴向端保持在较低并更有利的温度下。为了使之最有效，导流板构件21应能收集到足量的来自风扇14的气体，并将这部分收集到的气体转向去通过在定子11轴端的头几排冷却通道。本发明的特点是径向向外延伸的突缘23和定子铁心构件11保持气密接触，以达到最大的气体密封度。

然而，正如已指出的，运转时定子铁心中出现的振动可损坏脆性材料或削弱壳状件22和（或）板25的材料强度，从而使突缘23向内径向挠曲并和定子铁心11分离，使应被导流板21转向的气体过多地通过突缘23逸出。因此，本发明的另一特点是突缘构件23固定到壳状构件22的环形 内侧轴向端上。

现在参看图3，气流分隔板21包括一个在其靠外轴向端具有径向向外延伸的环形突缘24的圆筒部份或圆环22，和一个贴靠到突缘24的轴向靠外的表面上的环形支撑板25。在圆筒22的靠内轴向端有一挠性挡板式突缘构件23。突缘构件23包括一弧形底座29，这底座可以具有矩形断面，在底座29的轴向靠外端、或侧边上形成有一个环形槽30。当端部31插入槽30内时，槽30适于和壳状件22的环形端31相吻合，并紧密地装配在一起。环形挠性挡板23从底座29上径向延伸，它可以由一种预定挠性的材料诸如橡胶制成。业已发现硅橡胶是特别是有效的，因为它有高的抗氢脆的能力，所谓氢脆是由于和通常被用作冷却气体的氢反应使材料硬化或失去挠性。此外，可以采用由碳氢聚合物和（或）含有提供所要求的诸如阻燃性和抗冲击能力这样的特性的各种添加剂的碳氢聚合物的混合物所形成的聚合泡沫材料。作为一个例子，可采用能和橡胶混合的聚氨酯泡沫材料。

当气流分隔板21如图2所示地安装时，用适用的多根螺栓穿过板25和突缘24上的相应开孔33将气流分隔板21固定到垫片19上。挡板23的端部34和定子铁心接触，保持气密。由于挡板23是挠性的，从定子铁心11传到壳状件22上的振动，如果和在挡板23是显著地非挠性的、或是由一种硬的刚性材料制成时传递到壳状件22上的振动来相比，那就减弱得多了。多种现有技术的气隙导流板和气流分隔板是用诸如浸渍有热固化树脂的基质的模压材料制成的。这些和另一些类似的材料都是脆性的，而过大的振动可引起不希望有的损坏和（或）破裂。就本发明来说，壳状件22可由一种非磁性钢或模制材料制成，因为壳状件22通过挠性挡板23隔绝了振动的有害影响。

万一空间27内出现超压情况，图2中所示的挠性挡板23可起一种减压装置的作用。在通道27中超过预定的压力值会引起挡板突缘23轴向向 内挠曲，使其和定子铁心11分离，从而使一些气体沿着突缘23的端部34流出通道27，降低了通道27中的气体压力。这有助于保持恒定的气体流流经铁心11端部中的通道18，在其进口处保持较为恒定的气体压力，同时引导足够量的来自风扇14的气体流流经其余的定子通道18。通过这样的装置，定子铁心11的轴向端部保持了较为理想的工作温度，温度变化较小。上述的温度偏移被认为会导致垫片19径向向内移动，从而必然引起对定子11的电气线圈或导电条的电绝缘的潜在破坏。

从图2中可以看出，当本发明这一实施方案的导流板21跟板25安装时，突缘23的端部34和板25的靠内部分26可能需要独立地进行径向调整，为的是提供一个预定的、通道27和气隙13之间的气体流分配。可以适当地采用几种调节方案。

作为一个例子，板25并不固定在突缘24上，而是通过用螺栓28和垫片19装配在一起时产生的压紧接合。此外，如图2所示，板25和突缘24中的孔33是长槽孔或加大孔。装配时，板25在26处的气体封口相对于转子12是可以径向地独立于挡板23的端缘34相对于定子铁心11的接触来进行调整，以提供所需的、来自风扇14进入内通道37的那部分气体流和来自风扇14进入外通道27的另一部份气体流之间的预定分配量，并在挡板23的端缘34和定子11之间获得所需的密封接触程度。孔33也可以是倾斜的或带有角度的，以便能进行周向调节，特别是如果导流板21由一系列的、并排地安装以形成一个整360°的单元的弧形扇状件组成的情况下，尤其需要这样。如果导流板21包括一系列弧形扇状件，在封口26处的转子12和板25接口处的气体封口间隙，譬如说，可能需要独立于挠性突缘23的任何调整来进行调整。如图2所示，在板25和突缘24中制出长槽式的螺栓孔33就能使板端缘26独立于突缘23的端缘34来进行调整。

参看图4，示出了本发明的另一实施方案。板25和壳状件22按前述方式配置。挠性突缘23比图2中所示的构形加长了，使其径向靠外部分39 可以轴向向外伸而不超过其弹性模量，因此，突缘23的径向靠外部分39的径向向外表面由于在径向靠外部分39上的弹性弯曲矫正力的影响而跟定子11气密地接合。运转时，气室27内的气体压力进一步倾向于驱使径向靠外部分39和定子11接触，这就增大了在径向靠外部分39上的弹性弯曲矫正力，并在径向靠外部分39和定子11之间形成一紧密的气体密封。径向靠外部分39向着气隙区13的轴向端部轴向外伸一段，这段的大小足以防止径向靠外部分39由于气体压力以及突缘23在运转时弯曲或轴向向内鼓出而造成的轴向内伸。

虽然本发明的目的和优点结合在各种所示图例和有关说明中，但熟悉本技术领域的人们很清楚，在不背离本发明的实际精神和范围的情况下可以作出多种改进和变更，因此，意图将所有这些改进和变更包括在所给出的权利要求书内。

Claims (9)

1、在一种气冷式发电机中具有一转子和一定子，所述定子围绕着所述转子，它们之间留有环形间隙；还具有安装在发电机的至少一端上用以限制冷却气体从与之靠近的发电机端部流入该环形间隙的气体导流板，该气体导流板包括：

多个围绕着所述转子并轴向向内伸入所述转子和定子之间的间隙的气体导流板节段；所述多个导流板节段构成了一个跟所述发电机端部及一部份定子冷却通道成流体连通的径向靠外的环形通道和一个围绕着所述发电机转子的径向靠内的环形通道，其特征在于：

每一导流板节段包括一壳状部份，该壳状部份包括一个在其轴向靠外端用于把该壳状部份连接到发电机端部的支承突缘和一个在该壳状部份的轴向靠内端用于把外通道和内通道分隔开的密封突缘构件；导流板还包括一个构成导流板的轴向靠外端用于限制冷却气体流进入内环形通道的气体封口装置的分隔板构件；该板构件和带有所述密封突缘构件的壳状部份每个可各自独立地调整。

2、如权利要求1所述的气体导流板，其特征在于所述壳状部份支承突缘和所述板构件各自制有若干孔以便用共用紧固件将相应的壳状部份支承突缘和板构件固定到发电机的端部上。

3、如权利要求2所述的气体导流板，其特征在于每一个上述孔的直径大于紧固件的直径，从而使板构件和带有所述密封突缘的所述壳状部份可各自独立地调整。

4、如权利要求1所述的气体导流板，其特征在于密封突缘构件的材料和壳状部份的材料不同。

5、如权利要求4所述的气体导流板，其特征在于所述密封突缘构件较壳状部份更具柔性。

6、如权利要求4所述的气体导流板，其特征在于密封突缘构件是由橡胶制成的。

7、如权利要求1所述的气体导流板，其特征在于所述密封突缘构件在轴向具有柔性，这样当环形外通道内的压力超过一个预定的临界值时，所述密封构件沿轴向向向内挠曲以使气体从外通道泄入所述环形间隙内。

8、如权利要求1所述的气体导流板，其特征在于所述密封突缘构件在轴向上呈挠性并在径向上被加长，从而当外通道内的气体压力增大时，所述密封突缘构件跟定子更加紧密地接合。

9、如权利要求1所述的气体导流板，其特征在于所述密封突缘构件可作为分立件固定在所述壳状部份上，并包括有一个槽以实现跟壳状部份的这种连接。

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