CN101405926B - 用于产生电力的高功率涡轮发电机的通风转子 - Google Patents
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Abstract
一种用于产生电力的高功率涡轮发电机的通风转子(1)，具有：沿轴线(A)延伸的轴(2)；形成在所述轴(2)中的多个轴向沟槽(7)；至少部分地设置在所述沟槽(7)中的多个导体杆(14)；适于使所述导体杆(14)通风的多个轴向通道(18)；多个子沟槽(9)，各子沟槽(9)设置在所述沟槽(7)的下方，以分配通风气体；由相应的通风气体流流过的沿各轴向通道(18)的多个轴向部分；以及至少一个径向通道(26)，所述径向通道(26)用来经由所述导体杆(14)从所述子沟槽(9)将通风气体直接传送至所述通风转子(1)的所述外表面，并且所述径向通道(26)设置在轴向通道(18)的两个连续相邻的轴向部分之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种高功率涡轮发电机的通风转子。
具体来说，本发明涉及一种具有两个或四个磁极且通过通常为空气或氢气的通风气体直接使转子的电绕组通风的通风转子。
背景技术
用于产生电力的高功率涡轮发电机的研制已涉及到如下目标，即通过特定的通风气体来增大整体功率，直到达到所述涡轮发电机的用于操作、运输和安装的最大尺寸和重量。
因此，已经制定出了通风气体的类型并且已经达到了尺寸限度，通过改善通风方法能够获得性能的增强，并且从而冷却转子的电绕组。在包括沿轴线延伸的轴的用于产生电力的高功率涡轮发电机的通风转子中，公知的通风方法提供：形成在轴中的多个轴向沟槽、至少部分地设置在所述沟槽中的多个导体杆、适于使所述导体杆通风的多个轴向通道、以及多个子沟槽，从而通过所述子沟槽将通风气体分配至所述轴向通道，并且在所述转子的外表面的位置从所述轴向通道排出。
所述类型的通风转子具有以下缺点：为了增大涡轮发电机的功率，需要增加转子的例如长度的尺寸，因此加长了所述轴向通道，并且增加了所述导体杆的温度。
为了不超过由当前规则所制定的温度，轴向通道的长度的增加必须伴随着适当减少每单位长度的损耗，以及由此适当减少转子电流。这意味着随着尺寸的增加，可以由发电机产生的比功率MVA/m3(发电机的功率/活动部件的体积)减小。换句话说，涡轮发电机的功率的增加不与尺寸的增加直接相关。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高功率涡轮发电机的通风转子，所述通风转子能够优化和增加用于冷却转子的电绕组所需的通风，以即使对大尺寸转子也能使温度的平均值和最大值包含在当前规则所规定的限度内。同时，本发明的另一个目的在于简单且低成本地实现前述目的。
根据本发明，提供一种用于产生电力的高功率涡轮发电机的通风转子，所述通风转子包括：沿轴线延伸的轴；形成在所述轴上的多个轴向沟槽；至少部分地设置在所述沟槽中的多个导体杆；适于使所述导体杆通风的多个轴向通道；以及多个子沟槽，各所述子沟槽设置在沟槽的下方，以分配通风气体；所述转子的特征在于包括：由相应的通风气体流流过的沿各轴向通道的多个轴向部分；以及至少一个径向通道，所述径向通道适于通过所述导体杆从所述子沟槽将通风气体直接传送至转子的外表面，并且所述径向通道设置在轴向通道的两个连续相邻的轴向部分之间。
根据本发明，所述导体杆主要通过被分成多个部分的所述轴向通道进行通风，其中各部分由相应的气体流流过。各轴向通道分成的连续相邻的部分越多，通风效率越高。将子沟槽直接连接至轴的外表面的径向通道设置在轴向通道的两个连续相邻的部分之间，以使通风集中产生在就过热而言特别关键的区域中。
根据本发明的优选实施方式，各轴向通道被分成至少六个轴向部分，各轴向部分被供应相应的通风气体，并且各轴向部分还将所述通风气体排放至所述转子的外部。
大于或等于六个的大量的轴向部分允许形成相对较短的轴向部分，因此在相对较长的转子中也能够提供更加有效的通风。
根据本发明的另一优选实施方式，所述径向通道设置在所述轴的中部的位置。
换句话说，从热的观点看所述轴的中间区域被认为是最关键区域。
附图说明
为了更好的理解本发明，下面将参考附图描述优选的实施方式，所述实施方式仅仅是非限制性的实例，在附图中：
图1是根据本发明的涡轮发电机的转子的一部分的纵向剖视示意图，其中为了清楚的目的而去除了一些部分。
图2是图1的转子的横向剖视图，其中为了清楚的目的放大了比例并且去除了一些部分；以及
图3是图1的转子的细部的立体图，其中为了清楚的目的进一步放大了比例并且去除了一些部分。
具体实施方式
参考图1，标记1整体上表示涡轮发电机的转子。转子1沿轴线A延伸，并且相对于对称平面S镜像对称。所述转子1包括：轴2、两个端部环3(在图1中仅示出了一个)、以及电绕阻4。轴2由钢制成，并且具有两个端部轴颈5(在图1中仅示出了一个)和中间体6，其中，沟槽7设置为延伸贯穿中间体6的长度，并且用来容纳电绕阻4的一部分。实践中，各电绕阻4沿包括两个直线部分和两个U形部分的闭合电路延伸，其中各直线部分设置在相应的沟槽7中，各U形部分邻接所述两个直线部分并且在转子1的通常被限定作头部的区域中设置在轴颈5和相应的环3之间。
中间体6具有子沟槽9，各子沟槽9在相对应的沟槽7的下方沿轴向延伸贯穿中间体6的长度，子沟槽的功能是传送和分配通常为空气或氮气的通风气体。各子沟槽9具有中部10和两个端部11，两个端部11的横截面大于中部10的横截面。在图1中示出的情况下，子沟槽9的横截面的缩小值由子沟槽9的高度的缩小值(沿径向测量)确定，其它尺寸相等。可以理解，也可以根据未在附图中示出的其他实施方式获得横截面的缩小值。
参考图2，各沟槽7由电绕阻4和键12占据，其中，键12平行于轴线A延伸并且用来与沟槽7的靠近中间体6(相应地轴2的或转子1的)的外表面的部分结合，以将电绕阻4阻挡在沟槽7的内部。实际上，沟槽7的所述部分和键12的形状为能够产生棱形结合。沟槽7直接与下方的子沟槽9连通，子沟槽9与沟槽7一起形成两个台肩13，电绕阻4搁置在台肩13上，并且绝缘材料的条带8设置在电绕组4和台肩13之间。换句话说，子沟槽9宽度小于子沟槽7的宽度，其中宽度表示沿垂直于径向的方向测量的尺寸。绝缘材料的条带8非常宽并且具有柔性，以还能覆盖沟槽7的侧壁。
电绕组4包括一束导体杆14，在附图中，示出了彼此上下设置的四个导体杆14，但是各电绕阻4可以由任意数量的导体杆14构成。参考图3，各导体杆14由具有矩形截面的中空铜管限定。各导体杆14由两个较短的壁15和两个较长的壁16限定，并且具有平行于所述较短的壁15的内部隔板17，以在各导体杆14中形成两个平行的通道18。
根据未示出的可选实施方式，各导体杆14不具有隔板17，从而形成单个的通道18。
根据本发明的另一个未示出的实施方式，导体杆可以具有任意截面。
在导体杆14容纳在相应的沟槽7中的部分中以及在与沟槽7相邻的端部中，导体杆14平行于轴2的轴线A延伸，从而通道18平行于轴线A；为此，通道18在下文被定义为轴向通道18。各导体杆14沿由设置在具有U形通道的相对头部的位置处的两个U形部分和两个直线部分形成的闭合电路路径延伸。
轴向通道18的功能是传送导体杆14内部的通风气体，并且降低电绕阻4的温度。类似地，U形通道也被供应有通风气体。
参考图2，除了沿壁16彼此上下设置的杆14和介于导体杆14和台肩13之间的绝缘材料的条带8之外，电绕阻4还包括将各导体杆14与相邻导体杆14分离以及将导体杆14与键12分离的绝缘材料的条带8。
转子1是涡轮发电机的一个部件，转子1具有公知类型的且未示出的通风装置，并且，所述通风装置通过用于使通风气体再循环的风扇和用于冷却通风气体的设备来提供整个涡轮发电机的通风。换句话说，通风装置产生从头部朝向子沟槽9的内部的转子1的中部和在转子1的外表面的位置处的增压和减压区域的直接的气流。为了避免所有误解，具体来说在本说明书中，转子1或轴2的“中部”是指转子1的(相应的轴2的)设置在靠近对称平面S的部分。
通风气体被供应到轴向通道18中，并且沿转子1的外表面从轴向通道18中排出至减压区域。
各轴向通道18连接至通风气体的供应通道20和出口通道21。各供应通道20由至少一个孔22和绝缘材料的条带8中的至少一个孔23限定(在附图中未示出)。孔22形成在导体杆14的较长壁16中。较长供应通道20设有不相同的孔22和23，所述孔22和23沿径向至少部分地彼此上下设置。参考图2，各出口通道21由形成在导体杆14的较长壁16中的至少一个孔22和绝缘材料的条带8中的至少一个孔23限定。在图2中示出的实例中，各导体杆14具有并排的两个孔22，以从相应的轴向通道18形成两个出口通道21。绝缘材料的叠置条带8包括设置在两个孔22上的单个孔23。键12继而具有孔24，孔24比下方的孔23的尺寸小并且具有连接孔23的展开下部。实际上，并排设置的两个出口通道21朝向键12中的单个孔24会聚。
各轴向通道18被分成六个直线部分，各直线部分被由供应通道20供应的相应通风气体流穿过，通风气体流大致沿径向延伸并且经由大致沿径向延伸的出口通道21通过转子1排出。在图1中示出的实例中，电绕阻4具有四个导体杆14，各导体杆14相对于各沟槽7的所有八个轴向通道18具有两个轴向通道18。轴向通道18由此被分成六个部分，每个部分对应各沟槽7中的轴向通道18的总共四十八个部分。同样地，四十八个出口通道21需要分成六个组，并且集中起来以排放入转子1的外表面的位置处的减压区域中。由于轴向通道18彼此上下设置，因此出口通道21彼此轴向偏离，由此获得各轴向通道18和相对应的出口通道21之间的双向关系。
参考向轴向通道18的通风气体的供应，图1示出了设置在头部位置处的供应通道20。不同于出口通道21，各头部供应通道20同时供应彼此上下设置的四个相邻轴向通道18。在头部，供应通道25还设置为将通风气体供应至设置在导体杆14中并且与轴向通道18相邻的弯曲通道。可选的是，头部供应通道20可以彼此相对偏离，从而在各供应通道20和相对应的轴向通道18之间获得双向响应。其余的供应通道20将子沟槽9连接至轴向通道18，并且如出口通道21所描述的彼此轴向偏离。
如果彼此上下设置的导体杆14根据在附图中未示出的变型而特别多，则各供应通道20和各出口通道21连接至多个轴向通道18，以防止轴向通道18中的涉及交换通风气体的区域沿轴向过大。
根据前面的描述，在轴向通道18中流动的气体进行频繁交换，从而增强了降低电绕阻4的温度的能力。
此外，在各沟槽7中，转子1具有使子沟槽9与转子1的外表面直接连通的径向通道26。各径向通道26由形成在导体杆14中的孔22和形成在绝缘材料的条带8中的孔23构成。径向通道26经由键12的孔24排放在转子的外侧上。径向通道26靠近出口通道21设置，这样径向通道26在减压区域中和轴向通道18的两个连续相邻的部分之间排放在转子1的外表面上。
在图1中，径向通道26设置在转子1的中部，所述中部是距所述头部最远的区域以及是通风气体达到与在头部位置处的通风气体的温度相比更高温度的区域。其中通风气体保持在相对较低温度的子沟槽9和转子1的外侧之间经由径向通道26的直接连接允许实现通风，所述通风能够降低就过热而言非常关键的集中区域中电绕阻4的温度。
通过形成在各轴向通道18中的闭塞物27以及前述的供应通道20和出口通道21调节通风气体在各轴向通道18中的分配。各闭塞物27由导体杆14的塑性变形而形成。在这种情况下，导体杆14的较长壁16的较小的面对部分发生塑性和局部的变形，直到所述面对部分彼此接触，从而闭塞轴向通道18。
参考图1，闭塞物27具有将供应通道20、出口通道21(供应通道20和出口通道21与轴向通道18交叉)与轴向通道18隔离的功能。类似地，径向通道26也与轴向通道18交叉，并且通过一系列闭塞物27与轴向通道18隔离，以在紧邻径向通道26的区域中单独地集中通风作用。
使用并参考图1，通风气体从所述相对两个头部沿方向D1和D2朝向转子1的中部供应。在各头部的位置处，通风气体部分地进入供应通道20，并且向轴向通道18的第一部分供应，随后通过出口通道21排出，并且部分地进入子沟槽9中。子沟槽9向所述供应通道20和径向通道26供应，供应通道20继而向轴向通道18的第二和第三部分供应。通过出口通道21排出通风气体不仅依靠所述出口通道排放到其中的减压区域，而且依靠转子围绕确定所谓自通风的轴线A的旋转。
相对于具有相同铜导体部、转子电流强度、通风气体类型和通风气体压力的公知转子，转子1允许减小电绕组4的温度的平均值。可选的是，转子1允许根据与公知转子相比电流值和/或转子长度更大的电绕组4的温度与电流调节符合。此外，转子1能够降低电绕组4的最大温度和平均温度之间的比值。这个事实导致改善了电绕组4的应用并且允许符合电流调节，所述电流调节需要避免“热点”，“热点”将会限制根据安匝数的转子1的电绕组4的电容。
本发明提供未在附图中示出的多个可选实施方式。对于所述可选的实施方式，应当注意到例如，设置在头部位置的供应通道20和25可以由导体杆14的较短壁15中的孔取代。
根据在附图中未示出的实施方式，径向通道26也设置在供应通道20和出口通道21之间。
Claims (17)
1.一种用于产生电力的高功率涡轮发电机的通风转子(1)，该通风转子包括：沿轴线(A)延伸的轴(2)；在所述轴(2)中获得的多个轴向沟槽(7)；至少部分地设置在所述沟槽(7)中的多个导体杆(14)；适于使所述导体杆(14)通风的多个轴向通道(18)；以及多个子沟槽(9)，每个子沟槽设置在沟槽(7)的下方，以分配通风气体；所述转子沿每个轴向通道(18)包括：由相应的通风气体流越过的多个轴向部分；以及至少一个径向通道(26)，所述至少一个径向通道适于通过所述导体杆(14)从一个所述子沟槽(9)将通风气体直接传送至所述转子(1)的外表面，并且所述至少一个径向通道设置在轴向通道(18)的两个连续相邻的轴向部分之间，所述径向通道(26)与所述轴向通道(18)交叉并且通过一系列闭塞物(27)与所述轴向通道(18)隔离，以便单独地在紧邻所述径向通道(26)的区域中集中通风作用。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，每个轴向通道(18)被分成至少六个轴向部分，每个轴向部分被供应相应的通风气体流，每个轴向通道将所述通风气体排至所述转子(1)的外部。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，每个轴向通道(18)具有：通风气体流沿第一方向(D1)被引向轴(2)的中部的每个轴向通道(18)的至少三个连续部分；以及通风气体流沿与所述第一方向(D1)相反的第二方向(D2)被引向所述轴的中部的轴向通道(18)的至少三个连续部分。
4.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述径向通道(26)设置在所述轴(2)的中部的位置。
5.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，包括多个径向通道(26)，所述多个径向通道(26)在所述轴(2)的中部的位置设置在每个轴向通道(18)的两个连续相邻部分之间。
6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，每个导体杆(14)由中空管限定；每个轴向通道(18)设置在所述导体杆(14)的内部。
7.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，每个导体杆(14)具有矩形横截面，并且由两个较短壁(15)和两个较长壁(16)界定。
8.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，每个导体杆(14)由具有两个相邻的平行腔的中空管限定；每个导体杆(14)包围一对相邻的平行轴向通道(18)。
9.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，每个导体杆(14)具有矩形横截面，并且由两个较短壁(15)、两个较长壁(16)和隔板(17)界定。
10.根据权利要求6所述的转子，其特征在于，每个轴向通道(18)具有中断冷却气体的轴向流动的闭塞物(27)。
11.根据权利要求10所述的转子，其特征在于，每个闭塞物(27)通过所述导体杆(14)的局部塑性变形而获得。
12.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，包括：供应通道(20)，用于将通风气体供应到轴向通道(18)的部分；以及出口通道(21)，用于从轴向通道(18)的所述部分排出通风气体。
13.根据权利要求12所述的转子，其特征在于，每个供应通道(20)由穿过导体杆(14)获得的至少一个第一孔(22)限定。
14.根据权利要求12所述的转子，其特征在于，每个出口通道(21)由穿过导体杆(14)获得的至少一个第一孔(22)限定。
15.根据权利要求14所述的转子，其特征在于，包括用于将半导体杆(14)阻挡在相应的沟槽(7)中的键(12)，每个键(12)包括多个第二孔(24)，所述出口通道(21)排放到所述第二孔(24)中。
16.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述轴(2)包括在所述转子(1)的相对头部之间延伸的中间体(6)；每个子沟槽(9)贯穿连接两个相对头部的所述中间体(6)的轴向长度而延伸。
17.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，每个子沟槽(9)具有中部(10)和两个端部(11)，所述两个端部(11)的横截面大于所述中部(10)的横截面。
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