CN101359848A - 带有内冷转子绕组的转子 - Google Patents

Abstract

一种发电机、特别是大功率涡轮发电机的转子(10)，该转子(10)具有设置在转子锻件(12)中的轴向槽(14)，这些轴向槽具有在其中轴向延伸的、在转子锻件(12)的端部分别相互电连接成一个转子绕组头(22)的导体棒(16)，所述导体棒(16)分别具有两个平行延伸的轴向冷却通道(36A、B)。每个轴向冷却通道(36A、B)与设置在轴向槽(14)下方的、轴向延伸的槽底通道(15)的至少一个入口(38A、B)和在转子锻件(12)的圆周面(13)上的至少一个出口(40A、B)连接成一流动路径(A、B)。槽底通道(15)被划分成两个平行延伸的、配置给所述两个流动路径(A、B)的供给通道(15A、B)，用于将冷却介质以相反的流动方向分开地供入到导体棒(16)中的平行延伸的轴向冷却通道(36A、B)中。通过两个流动路径中彼此相反的流动方向能够降低转子中心线区域中的温度热点。

Description

带有内冷转子绕组的转子

技术领域

本发明涉及发电机领域。其涉及一种发电机、特别是大功率涡轮发电机的转子，该转子具有设置在转子锻件中的轴向槽，所述轴向槽具有在其中轴向延伸的、分别在转子锻件的端部上相互电连接成一个转子绕组头的导体棒，所述导体棒分别具有两个平行地延伸的轴向冷却通道，其中，每个轴向冷却通道与设置在每个轴向槽下方的、轴向延伸的槽底通道的至少一个入口和在转子锻件的圆周面上的至少一个出口形成一流动路径。

背景技术

为了保证无干扰地运转以及充分利用涡轮发电机的全部输出潜力，大型发电机必须进行冷却，以能够排出在绕组中和转子及定子的铁心中产生的热。通常该冷却是通过一种气态的冷却介质、例如空气或者氢气来实现的。为此，冷却介质必须通过在转子或者定子中的相应的孔或者缝槽来引导，并且接下来在一个冷却器中又被冷却下来。

在转子的有效部分中，冷却介质从两个端部轴向向内地流入到副槽中(副缝槽、槽底通道)并且接着流入到转子导体的相应的孔或者通道中。在接收了从转子排出的热以后，冷却介质径向地在定子与转子之间的气隙中排出，并且然后能够或者沿轴向方向在气隙中或者径向地通过定子铁心中的冷却通道排走。

DE 4011450A1中公开了一种用于涡轮发电机的转子绕组的简单的径向的冷却线路图。冷却气体到转子绕组中的进入是通过一个设置在用于转子绕组的主槽下方的槽底通道来实现的。然后，气体通过绕组导体中的排出孔径向向外地流到转子与定子之间的气隙。按照该冷却线路图，这些径向孔被倾斜地布置。由此在冷却通道的内部应得到更好的冷却条件，并且与纯径向冷却介质流相比冷却效果更好。

其他的冷却线路图描述了一个或者更多个在转子导体内部的内通道的使用。在冷却介质从导体中流出之前，该冷却介质轴向地在确定的距离上流过所述通道。通往或者离开所述轴向的导体段的入口和出口通常通过径向的冷却通道形成，就像由纯径向冷却线路图公开的那样。

在由DE1036370公开的冷却线路图中，每个导体具有一个唯一的轴向冷却通道，其中，冷却介质流过该唯一的通道。在此情况下，冷却介质(通常是空气或者氢气)通过一个为转子绕组设置的主槽下方的槽底通道引导到导体堆。然后，冷却气体与槽底通道中的流动方向相关地、轴向地沿着导体向前和向后流动。在确定距离以后，冷却空气径向地排出到气隙中。

DE 1120575公开了一种类似的冷却线路图，其中，每个导体具有两个轴向的冷却通道，用于冷却介质流过。每个轴向通道以类似于DE1036370中描述的方式延伸。通往每个轴向的冷却介质通道的、径向的气体入口和出口的布置轴向地错位，使得在相邻的冷却通道中得到逆流布置。该逆流冷却线路图用于减少导体内部的温度热点并且接近线匝段的平均温度。

前面描述的冷却线路图存在一些缺点和不足。在轴向的冷却线路图中，热点温度取决于绕组的轴向冷却段的长度。然而该逆流线路图以一种由槽底通道供入的冷却气体流为基础，该冷却气体流的流动方向相反，并且逆流地在几个冷却通道中流动。流动方向的转向公知地导致导体组的下段内部中冷却气体的流速减小。通过邻接的冷却通道中的较强的流动以及(取决于绕组绝缘地)通过径向地将导体组内部的热排出到槽底通道的冷却介质而使该条件的影响减小。

在由EP 1455433A1中公知的冷却线路图中，涡轮发电机的转子的在具有槽底通道的轴向槽中堆叠的导体具有以配对方式平行地布置的轴向冷却通道。冷却气体从槽底通道流入到这些轴向冷却通道中，其中，冷却气体在槽底通道中的预定的流动方向在各个导体的冷却通道中被保持。因此，导体中的冷却气体与槽底通道中的流动方向相关地仅具有一个唯一的向前流动。槽底通道的入口和转子与定子之间的气隙中的出口这样地布置，使得由轴向槽内部的转子绕组给出了多个平行的流动路径。在一个导体内部的相邻的轴向冷却通道的流动路径的进口和出口彼此错位地布置。这种冷却线路图的缺点是，用于热冷却气体的出口相互靠近地位于转子的中部并且导致温度热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种开头所述类型的转子，其具有一种用于转子绕组的改善的冷却线路图，以避免转子内部的温度热点。

为了实现本发明的目的，槽底通道被划分成两个平行延伸的、配置给所属两个流动路径的供给通道，用于将冷却介质以相反的流动方向分开地供入到导体棒中的平行延伸的轴向冷却通道中。

通过按照本发明将槽底通道分隔成两个独立的供给通道，能够应用一种冷却线路图，其中在降低温度热点方面使逆流冷却与顺流冷却的优点相结合。通过两个流动路径的彼此相反的流动方向能够显著降低转子中心线区域中的温度热点。

优选这些供给通道通过一个在槽底通道中轴向延伸的分隔壁形成。

为了最佳的温度平衡，每两个流动路径相互这样地对置，使得一个流动路径的入口分别位于另一个流动路径的出口的附近，并且反之亦然。

为了降低在转子导体从有效部分过渡到绕组头的过渡处出现的温度热点，有利的是，在转子锻件的端部区域中在第一流动路径中通过相同方向的冷却介质流来提高冷却，为了在转子锻件的端部区域中在两个流动路径内产生相同方向的冷却介质流，可以在每个供给通道中相对于转子锻件的每个端部间隔距离地设置一个横向分隔壁。

除了前述的措施之外，被证实符合目的的还有：为了增大或减小冷却介质的流动速度，通过通道底部的相应倾斜来这样地设计槽底通道的横截面，使得两个流动路径流过等量的冷却介质。

附图说明

本发明的另外的优点、特征和细节从下面借助于附图对优选实施例的描述中给出，其中：

图1是局部剖视的透视图，表示转子锻件的一个端部带有连接的转子绕组头和一个转子的转子罩；

图2是图1中转子的转子锻件的垂直于转子轴线的剖视图，表示在一个轴向槽的区域中带有设置在该轴向槽中的转子绕组；

图3是按照图2的线I-I的转子导体绕组的大大简化的纵向剖视图；

图4是按照图2的线II-II的转子导体绕组的大大简化的纵向剖视图；

图5是图2的转子导体绕组的冷却线路图；

图6是在图2中的轴向槽的槽底通道中的冷却介质的流动方向。

具体实施方式

一个涡轮发电机的在图1中仅部分地示出的、围绕轴线x可转动地被支承的、被一个定子同心地围绕的转子10包括一个基本上圆柱形的转子锻件(Rotorballen)12，为了清楚起见，图中未示出定子。在转子10的在图1中所示的转子锻件12的端部的外周上设置有一些轴向槽14，用于容纳转子绕组的导体棒16。导体棒16借助于插入的槽楔18固定在轴向槽14中。在轴向槽14的最上面的导体棒16与所属的槽楔18之间分别设置一个槽绝缘20。这些导体棒16在转子锻件12的外部在形成转子绕组头22的情况下相互电连接。该转子绕组头22通过一个围绕该转子绕组头的罩环24保持，以抵抗发电机运转时的离心力。该罩环24与一个(在图1中未示出的)垂直于转子轴线x定向的罩板一起形成一个转子罩28。

在转子绕组头22与罩环24之间设置一个电绝缘层，即所谓的罩绝缘30。罩环24通常被热压套装到转子体上并且从而在热的状态下被推到罩绝缘30上。在机械敏感和热敏感的罩绝缘30的情况下，在罩绝缘30与罩环24之间设置一层耐热的罩板32。在运转时，罩绝缘30必须接收由离心力和绕组的热膨胀导致的力并且将所述力传送到转子罩28上。为了连续地绝缘所述转子绕组，转子锻件12外部的槽绝缘20过渡为罩绝缘30。

如图2至4所示，每个导体棒16各包括两个平行的、轴向延伸的并且与分隔开的流动路径A、B相应的冷却通道36A、B。槽底通道15由一个轴向延伸的分隔壁44分成两个平行且完全相互分开的供给通道15A、B。每个导体棒16的两个平行的冷却通道36A、B中的每一个与相应的供给通道15A、B的一个入口38A、B和一个通往转子锻件12的圆周面13的出口40A、B在形成流动路径A、B的情况下相对应。

特别是由图3和4可知，流动路径A、B这样设置，使得所有冷却通道36A、B中的冷却介质的流动方向相应于所属的供给通道15A、B中的冷却介质的流动方向。冷却介质到供给通道15A、B中的供入从转子10或转子锻件12的两端50、51进行。在转子锻件12的两端50、51的区域中，冷却介质在各第一流动路径A、B中的流动方向相同。通过在每个供给通道15A、B中在各第一入口38A、B后面在转子锻件12的两个端部50、51中的每一个的区域中分别设置一个横向分隔壁46A、B，两个供给通道15A、B中的冷却介质的由箭头表示的流动方向在转子锻件12的剩余长度上相互反向。

在导体棒16A、B中的冷却通道36A、B的入口38A、B和出口40A、B被这样布置，使得一个流动路径A(该流动路径A被供给来自相应的供给通道15A的冷却介质)的每个入口38A分别位于另外的流动路径B(该流动路径B被供给来自相应的供给通道15B的冷却介质)的出口40B附近，也就是说，冷却介质在导体棒16中的彼此相邻的冷却通道36A、B中反向流动。在图中，为了简便起见，入口38A和出口40B表示为正好相互对置。因为在该设置中，铜线截面大大减小并且从而会产生附加的热，所以在实践中所述入口/出口稍微错位或者彼此邻近。

在图5中示出基于图3和4中示出的在一个转子锻件12的轴向槽14中由冷却介质流过的导体棒16的设置的冷却示意图。可以清楚地看到彼此成对地对置的流动路径A、B。冷却介质的流动方向由箭头表示，其分别表示冷却介质从供给通道15A、B通过入口38A、B进入到导体棒16的冷却通道36A、B，以及冷却介质通过转子锻件12的圆周面13上的出口40A、B从冷却通道36A、B中排出。

在图6中示出由一个分隔壁44划分成流动路径A、B的槽底通道15的供给通道15A、B中的冷却介质在转子锻件12的两端50、51之间的不同的流动方向。

参考标号表

10  转子

12  转子锻件

13  转子锻件12的圆周面

14  轴向槽

15  槽底通道

15A、B供给通道

16  导体棒(转子绕组)

18  槽楔

20  槽绝缘

22  转子绕组头

24  罩环

28  转子罩

30  罩绝缘

32  罩板

34  滑动装置

36A、B 冷却通道

38A、B 入口

40A、B 出口

42A、B 径向通道

44  槽底通道中15的轴向分隔壁

46A、B 供给通道15A、B中的横向分隔壁

50，51 转子锻件12的端部

x    转子轴线

A、B 冷却介质-流动路径

CL   转子锻件12的中线(中心线)。

Claims (5)

1.一种发电机、特别是大功率涡轮发电机的转子，该转子(10)具有设置在一转子锻件(12)中的轴向槽(14)，这些轴向槽具有在其中轴向延伸的、在转子锻件(12)的端部上分别相互电连接成一转子绕组头(22)的导体棒(16)，这些导体棒分别具有两个平行地延伸的、轴向的冷却通道(36A、B)，其中，每个轴向的冷却通道(36A、B)与设置在每个轴向槽(14)下方的、轴向延伸的槽底通道(15)的至少一个入口(38A、B)并且与在转子锻件(12)的圆周面(13)上的至少一个出口(40A、B)形成一流动路径(A、B)，其特征在于，槽底通道(15)被划分成两个平行延伸的、配置给所述两个流动路径(A、B)的供给通道(15A、B)，用于将冷却介质以相反的流动方向分开地供入到这些导体棒(16)中的所述平行延伸的轴向冷却通道(36A、B)中。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，这些供给通道(15A、B)通过一个在槽底通道(15)中轴向延伸的分隔壁(44)形成。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，每两个流动路径(A、B)相互位于对面，其中，为了形成反向流，所述一个流动路径(A)的入口(38A)总是位于另一个流动路径(B)的一出口(40B)的附近，并且反之亦然。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子，其特征在于，为了产生一个在转子锻件(12)的端部区域中在两个流动路径(A、B)中相同定向的冷却介质流，在每个供给通道(15A、B)中相对于转子锻件(12)的各一个端部间隔距离地设置一个横向分隔壁(46A、B)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子，其特征在于，槽底通道(15)的底部被倾斜，以改变通道横截面，以便更好地分布冷却介质在供给通道(15A、B)中的流动。

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