CN1012869B - 在径向通风转子内的槽楔锁紧装置 - Google Patents

Abstract

用于一种径向通风发电机的转子(12)有许多纵向沟槽(20)，每个槽包含有励磁绕组导体(25)，阻尼条(41)，以及槽楔分段(42)，用来封闭槽的上部端口；该槽楔分段(42)用锁紧健(45)固定到该阻尼条(41)上。将一个整体键(45)插入到一个选定的键槽(44)中，该键槽大致位于沿该转子长度的中点处；并在其余处插入开口健；这样就可限制槽楔相对于其各自的阻尼条(41)的累积轴向位移，从而保证有足够的风量通过在径向延伸的风道(38)。

Description

本发明一般涉及到发电机，特别涉及到一种用于锁紧发电机槽楔的改进方法的装置。这种发电机具有一个径向通风的转子。

大型汽轮发电机通常具有内部冷却的结构;在这种结构中，冷却气体，通常是氢气，通过定子风道和转子槽而循环，与在对地绝缘内的载流导体直接进行热交换。具有改进了通风系统的该型电机披露并被要求于美国专利3，110，827号中，该项专利于1963年11月12日授予R.A.Baudry，并转让给本发明的受让人。此处引用了该专利的内容，使其具体化。

如同在该项专利中所述，在发电机的气隙中设置了一些隔板元件，安装在转子和定子的冷却装置上，从而将气隙在横向分隔成许多环形风区;用这种方法使大型汽轮发电机获得更有效的冷却。相互隔开的间隔的风区连接到安装在转子轴上的风扇的高压侧或排气侧;其余的风区连接到风扇的低压侧或进气侧。在每一个风区中的转子的径向风道或通路能使冷却气体从氢气源流到转子绕组。这样，用风扇的压力迫使气体沿着许多轴向的短路径通过转子风道，因此获得了充足的气流和非常有效的冷却效果。

如所周知，当这种类型的电机长度增加时，要使足够数量的冷却气流通过转子风道从转子一端到另一端，或到转子中部，就会变得愈加困难。这主要是由于风道的横截面积必须相当小。如同在上述专利中所披露的，以及在美国专利3，265，912号中披露的一种改进型式，该项专利授予R.A.Baudry，并转让给本发明的受让人，此处引用该专利的内容，使之具体化，通过转子风道的冷却气通路被分隔成许多比较短小的纵向通道，风扇的压力用来驱使气流通过这些短通道，因此就容易得到足够大的气流。为此目的，借助于环形隔板元 件，将气隙在横向分隔成许多环形风区，这些隔板元件装设在气隙中，并环绕定子内径延伸，形成环形风区。

装设在定子铁芯内径中的转子，通过一个环形气隙与定子隔开。转子由安装于机座两端的轴承所支撑，机座装有密封装置，防止气体沿转子轴从机壳内部泄漏出去。转子在其圆柱体表面还开有纵向沟槽，以便容纳励磁绕组;励磁绕组的导体沿转子纵向伸延，并具有在圆周方向伸延的端匝部分，该端匝部分由通常结构的护环支撑，以承受离心力。转子绕组通过绝缘槽衬与转子铁心绝缘，即在每个槽中的绕组顶部放置一个合适的绝缘件，而转子槽用槽楔封闭。一个单一的导体或阻尼条也可以适当地安置在绝缘槽衬和槽楔之间，作为阻尼绕组或起动绕组的一部分。

为了充分冷却转子以便使其效率发挥到最大限度，在每个气隙风区中，转子常常具有径向气体通道。这样，通过槽楔，阻尼条，绝缘槽衬以及每个转子槽中的导体，可以钻出径向孔，以提供径向通道，使气隙与转子绕组的纵向风道相通。在气隙的每个风区中的每个转子槽里，可以有若干个这样的通道，这样气体就可以通过转子导体的径向通道和纵向风道从气隙的一个风区流向邻近的风区。把气隙风区每隔一个连接到风扇的高压侧，并把其余的风区连接到风扇的低压侧，从而在气隙的相邻风区之间维持一定的压力差就能使所希望的气流流过转子风道，起到冷却作用。

在径向通风系统中存在的一个主要问题是在每个转子槽中元件的相对移动。转子槽壁足以限制住所有元件在切线方向的移动。

然而，槽内元件由于热膨胀和转动时产生的离心力，能够在轴向出现过度的位移。因为底部垫片绝缘槽衬及导体是沿转子长度方向连续贯通的，采用一些常规方法可以防止它们之间轴向的相对移动;例如在转子两端把铜套钎焊在每个底部垫片的下表面上。然而，由于常规的槽楔必须具有足够短的长度，以便于楔入操作;而且，由于在相邻的槽楔之间必须保留有轴向间隙以容许它们热膨胀，这样就存在着槽楔向转子一端或另一端移动的可能性，会产生一个过大的累积间隙。这样情况可能导致径向通风孔的封闭，因而阻碍了所需要的冷却气体的流动。

在转子两端，顶部垫片和阻尼条是依靠护环及其具有一个很小的轴向间隙的衬套在轴向定位的;在每个槽元件中形成的径向孔（除槽楔之外）都被充分拉长，以便容纳这些元件在旋转时产生的有限移动，全部的槽元件（槽楔除外）抵抗离心载荷得到充分的支承。为了承受槽元件的离心载荷，槽楔受到很高的压力;而为保证良好通风而采用太长的或太多的孔将会显著降低槽楔的强度。因此，希望能提供一种方法和装置，用以锁紧具有径向通风转子的槽楔分段，以便使槽楔分段的轴向位移减至最小限度。

过去曾提出过一些在适当位置锁紧槽楔分段的其它方法和装置。例如，可以用中心冲将槽楔材料冲入转子槽的齿顶部或将转子齿顶部冲入槽楔中来锁紧槽楔分段。但是这种方法不但会使齿部发生有害的弯曲或损坏，而且还能造成齿的严重损坏;这是因为齿顶部受到很大的应力。在槽楔和齿顶部之间采用径向固定螺钉的方法也曾被考虑过。然而，在运转的发电机内部，固定螺钉可能松动和脱落，这就迫使人们将它从合适的锁紧方法中淘汰出去。

因此，本发明的一般目的是提供一种改进了的方法和装置，用来承受转子槽元件的离心载荷。

更准确地说，本发明的一个目的是提供一种改进了的方法和装置，用来锁紧用于封闭转子槽上部端口的槽楔分段。

本发明的另一个目的是提供一种改进了的方法和装置，用来锁紧具有径向通风转子的槽楔分段，以限制它们的转子槽中的轴向位移。

简言之，本发明的这些目的和其它目的是在一台发电机的转子内达到的;该转子位于发电机定子内的中心部，安装在一根轴上以便于旋转;转子包括一个本体部分，其外表面具有许多纵向沟槽，用来容纳励磁绕组导体;还有许多阻尼条，每个阻尼条都安装在各自的槽内;槽楔元件用来封闭槽的上部端口;其特点是槽楔元件包含有锁紧元件，用以限制该槽楔元件相对于其各自阻尼条的运动。根据本发明，发电机的每个转子槽中的元件都适当地包含有径向通风构造，它包括在每个槽底部的一个轴向通风道，还有许多通风槽，从轴向通风道径向向外延伸至转子外表面。

根据本发明的一个重要方面，槽楔元件可以包含许多槽楔分段，每个上述分段包括一个外侧面， 用于与转子本体部分外层齐平;每个分段还有一个内侧面，用于与其相应的阻尼条相对;在分段的每一端的内侧面形成了一个具有预定半径的半圆形的凹槽。锁紧元件包含一个键元件，锁紧元件的半径与半圆形凹槽的预定半径大体上是相同的，该键元件适合于与具有半圆形凹槽的键槽相配合。该键元件或者是一个整体键，或者是一个开口键，该键被插入到在阻尼条中形成的许多圆形键槽之中。把第一个键放置在每个阻尼条的一个选定的键槽中，该键槽大致位于每个阻尼条长度的中点处;这样相邻的一对槽楔分段可以依靠这个键适当地楔牢。另外一些键可放入每个其余的键槽中，相应的槽楔分段靠着这些键楔牢。照这样，采用一个键，槽楔分段可能的累积轴向位移可以在任一方向上限制为所有槽楔分段热膨胀所需要的总间隙的一半。根据本发明的另一个重要方面，可以采用一个以上的键，从而进一步限制了累积的轴向位移。

下面仅作为例子示出的一个较佳实施例的详细描述中，本发明的其它目的，优点和新颖特点会更加清楚。在附图中：

图1是根据本发明的一台发电机的局部剖面全视图;

图2是根据先前实践用于转子通风配置的透视图，图中通风配置的元件已被剖开;

图3是根据本发明适用于径向通风转子的槽楔锁紧装置的透视图，槽楔锁紧装置的元件已被剖开;

图4是图3所示的转子槽元件的横截面图;

图5是根据本发明适用于锁紧径向通风转子槽楔分段的一种优选方法的平面图。

现在参照附图，其中在全部视图中的同样符号表示同样的或相对应的部分;在图1中示出了一台发电机，例如，可能是一台大型氢冷的汽轮发电机。该发电机，依照惯例，包括一个定子10，转子12位于定子10内的中心，安装在一根轴14上以便于旋转。转子12和轴14可以锻造在一起，但是在任何情况下，转子12具有一个本体部分16，它具有在轴向相对的端面17和18以及许多沿轴向延伸的线圈槽20。

如前所述，发电机的机座13尽可能制造成严密气封的，机座密封处是在转子轴14通过密闭装置23穿过机座的部位。机座13内充满了一种合适的冷却气体，最好用氢气，它被用于冷却转子12和定子铁心10。一个风扇（未示出）可安装在转子轴14上，靠近电机的一端，用来使气体循环往复;它可以是任何适宜的型式，例如一个轴流式的多级风扇;在发电机中，气体保持在一个适当的静压力水平，如每平方寸30至75磅（.21至.51兆帕）。在这样一种结构下，风扇产生出足够的压力差以维持在机座13内部所需的气体循环，并以下面叙述的方式贯穿到各个风道。

如同在上面所参照的美国专利3，110，827号中更完全地描述的那样，通过转子绕组风道的足够大的气流可以这样来得到，即将通过风道的气体通道分隔成许多比较短的纵向通道。用风扇的压力使气体流过这些短通道。为此目的，借助于环形隔板或阻挡元件，可将气隙在横向分隔成许多环形风区。这些隔板元件装设在气隙中，并环绕定子10的内径延伸，形成环形风区。邻近的风区维持在不同的气压下，以使得气体通过转子风道从一个风区流到下一个风区。如图1中的箭头所示，冷却气体通过一个位于发电机端部的进气风道28，并沿轴向在转子绕组24的端匝部分下面进行循环。部分气体沿径向通过在端匝22和护环30中的径向通道。剩余气体进入了在每个槽20底部的沟道32并通过在转子绕组25沟槽部分内的径向通道流出，然后沿轴向经气隙流出并返回至风扇。

现在参照图2，图中示出了先有技术使转子12通风所采用的方法的细节。在转子12的端面17，一个绝缘槽衬36和一个沟道32（沟道可能是导电的）稍微从端面伸出，虽然并没有到达线圈端部线匝24的范围;在这个视图中只表示出一般的情况。箭头表示气流的路径，包括通过沟道32的轴向流动和通过径向槽38的径向流动;径向槽通过了槽中线匝25，绝缘垫片40a和40b，阻尼条41，以及槽楔42。在这样的结构中，转子槽20底部的轴向沟道32作为一个集气管道，从这里，气体通过在转子导体中开出的径向排气道38流出。每个转子槽20在槽楔42下面完全衬以绝缘槽衬36;然后，轴向沟道32象一个U型沟道被放置在绝缘衬垫内的槽底部。这个连续的绝缘衬垫提供了一个高度完整的电气绝缘。为了确保绝缘的完整性，一般的惯例是使绝缘衬垫36和沟道32延伸到转子本体16以外的发电机端匝区域，如图示。 因此，转子冷却气体必须进入轴向沟道32。

按照本发明如图3所示的一个实施例中，图2结构中的元件被保留，但有一些小的改动，以防止槽楔分段42相对于阻尼条41的轴向位移。依照惯例，槽楔分段42必须具有较短的长度，以便于它们的楔入操作。此外，允许有一个轴向间隙[例如在槽楔之间大约为0.030寸（0.76毫米）]作为热膨胀用。取决于转子12的长度，被轴向间隙相隔开的槽楔分段可能有10至20个，因此在电机旋转时槽楔分段42的位移可能导致累积移动在0.3到0.6英寸之间（即7.62至15.24毫米）。这样的位移可能导致径向孔38的阻塞。

如图4和图5所示，把槽楔分段42用键固定在阻尼条41上可防止引起径向孔38阻塞的槽楔分段42的轴向位移。在阻尼条41的上面形成许多圆形的凹槽或键槽44。键45被插入到其中一个键槽44中，在每一端都有半圆形凹槽48的一对槽楔分段42用键45进行定位，从而保持了对槽楔分段42的热膨胀所需要的间隙49。此后，将另一个键45放入下一个键槽48，槽楔分段42依靠该键定位，这样重复进行下去，直到线圈槽20完全被槽楔分段42所覆盖。

根据本发明的一个重要方面，键45可能在大致沿转子12长度的中点处插入到一个键槽44中。如果有多余的键槽44，在每个键槽中插入一个开口键45a或一个整体键45b，从而减少了槽楔分段42可能的累积位移。用一个键45，可能的累积位移可被限制为分段42之间的间隙代表的总距离的一半。如果需要，可采用一个以上键45，从而进一步限制了累积位移。

显然，按照上述的指导，本发明可能会有很多修改和变化。因此，不言而喻，在附加的权利要求范围之内，本发明的实施可能与具体描述的实例有所不同。

Claims (8)

1、一个发电机的转子(12)，该转子(12)在上述电机的定子内的中心部位安装在一根轴上以便于旋转，上述转子(12)包含一个外层本体部分(16)，具有许多纵向沟槽(20)，用以容纳励磁绕组导体(25)；

多个阻尼条(41)，每个阻尼条都安装在各自的槽(20)中；以及

槽楔元件(42)封闭住每个槽(20)的上部端口；其特征是上述槽楔元件包括锁紧元件(45)，用以限制上述槽楔元件(42)相对于它所对应的阴尼条(41)的移动；，上述槽楔元件(42)进一步特征在于包括多个槽楔分段，每个上述分段包括一个外侧面，用于与上述外层本体部分的外表面齐平，还包括一个内侧面，用于与上述阻尼条(41)相对，其中，上述内侧面在每一端形成一个具有预定半径的半圆形凹槽(48)且其中每个上述的阻尼条(41)包括多个圆形键槽(44)，与上述预定半径具有大体同样的半径；且上述转子还包括冷却构造，该冷却构造包含径向通风沟槽(32、38)。

2、根据权利要求1中的转子，其特征是上述径向通风沟槽（32、38）包含有：

在每个上述槽（20）底部的一个轴向通风沟道（32）;以及

许多通风槽（38），从上述沟道（32）径向向外延伸到上述转子（12）的外表面。

3、根据权利要求1的转子，其特征是上述转子进一步包含：

一个冷却气源，以及

用于使上述冷却气体循环通过上述转子的装置。

4、根据权利要求3的转子，其特征是上述冷却气体包含氢气。

5、根据权利要求1的转子，其特征是上述锁紧元件（45）包含键元件，适合于将上述键槽（44）与上述半圆形的凹槽（48）相配合。

6、根据权利要求5的转子，其特征是上述键元件包含：

一个整体键，它插入到每个上述阻尼条（41）的一个选定的键槽中;以及

多个键，分别插入到每一个其余的键槽中。

7、按照权利要求6中的转子，其特征是上述许多个插入到每个剩余键槽中的键是从一组整体键和开口键中选出的。

8、根据权利要求6或7中的转子，其特征是上述选定的键槽包含大致位于每个上述阻尼条长度的中点处的键槽。

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