CN101689779A - 用于发电机的转子 - Google Patents

Abstract

一种用于发电机的转子(10)，此转子包括圆柱形的转子体(11)，此转子体具有在圆周上分布设置的沿轴向的绕组沟槽(12)，在所述绕组沟槽中设置了在轴向方向上延伸的导体元件(14)，其中冷却介质沿着轴线以周期性的间隔从设置在所述绕组沟槽(12)的底部处的底槽(13)供应给所述导体元件(14)，并且在所述导体元件(14)的下方设置了波形弹簧(17)，所述波形弹簧分别把所述绕组沟槽(12)的导体元件(14)压向一个在上方把所述绕组沟槽(12)封闭的槽楔(19)。在这种转子中，通过以下方式达到足够的弹力，即所述波形弹簧(17)设置在所述底槽(13)的底部上并以其弹力通过设置在所述底槽(13)中的轴向型材(16)作用在位于其上的导体元件(14)上。

Description

用于发电机的转子

技术领域

本发明关系到旋转机器的领域。本发明涉及按权利要求1前序部分所述的用于发电机的转子。

背景技术

从EP-A1-0 652 623已知一种用于涡轮发电机的转子，其中设置在绕组沟槽中的导体元件构成为中空导体并通过气态的冷却介质得到冷却，此冷却介质通过导体元件的内部通道流动。在绕组沟槽的底部成形了底槽，通过此底槽供应冷却介质，并且冷却介质从该处沿径向朝上被供入到单个导体元件的冷却通道中。

在导体元件的堆垛下面设置有波形弹簧，此波形弹簧把导体元件的堆垛从下面压向槽楔，此槽楔从上方将绕组沟槽封闭。

在EP-A1-1 455 433中描述了涡轮发电机的一种类似构造的转子，它的导体元件分别具有两个平行的轴向的冷却通道，该冷却通道被划分成交替设置的、彼此重叠的、在流动方面相互隔开的通道节段。这些通道节段在端部上用由底槽带过来的冷却介质来加载，此冷却介质在流经通道节段后分别沿径向朝外导出。这种被称为“前流”(ForwardFlow)的冷却方案的特征在于，单个点上的冷却介质被交替地供入到导体元件的两个冷却通道中。

值得向往的是，即使在所描述的“前流”冷却中也在绕组沟槽中在导体元件下面安置波形弹簧，此波形弹簧将绕组沿径向朝外推压并确保绕组(即绕组沟槽中的内含物体)在所有的操作状态下都被挤压在一起。在此，使用弹簧尤其具有以下优点：

·能够容忍绕组沟槽中的元件(导体元件、绝缘体等)的几何尺寸(高度)上相当大的偏差。

·不必与所有上方组包(Packungen)的厚度相匹配，因而节省成本和时间。

·所有上方导体元件或多或少都处于相同的半径上。因此从上方组包到绕组头的绝缘体具有连续的过渡。

·绕组沟槽中的内含物体的压缩确保了单个线圈之间只有微小的或根本没有相对运动，因此可避免线圈或接地件之间的短路危险。

但在“前流”冷却时，应用位于导体元件下面的弹簧会碰到这样的困难：由于导体元件的重量较大，弹簧的弹力必须非常大。但如果弹簧直接设置在导体元件的堆垛下面，则这是不可能的，因为始终都只是在用于从底槽进入冷却通道中的冷却介质的相邻的进入孔之间安置很短的弹簧节段，所以所有弹簧节段加起来的总长也只是绕组沟槽总长的一小部分。这个比例关系还会进一步恶化，因为还必须确保弹簧的爬行路径，因此有效的轴向弹簧长度小于沟槽总长的50％。

此外还不利的是，每个绕组沟槽都必须提供和装配许多单个的弹簧，这导致每个转子具有数百个弹簧元件。

虽然还可以考虑，通过增加材料厚度来扩大弹力。但是，目前使用的这种厚度的弹簧在计算得出的负载方面几乎已经达到了屈服极限，增加材料厚度也会增大负载。

这个问题不仅在“前流”冷却时存在，而且还在具有径向冷却的转子中存在，其中冷却介质沿着轴线以周期性的间隔在径向冷却通道中被发送通过绕组，此冷却介质通过轴向的底槽带来，此底槽在绕组沟槽的底部中成形。

发明内容

本发明的目的是，创造一种转子，其一方面配有冷却器，此冷却器通过底槽将冷却介质带过来并以周期性的间隔从底槽供应到绕组中，另一方面利用了绕组沟槽的通过弹簧预紧的内含物体的优点。

此目的通过权利要求1的整个特征得以实现。本发明的核心在于，波形弹簧被设置在底槽的底部上并以其弹力通过设置在底槽中的轴向型材作用在位于其上的导体元件上。因为弹簧不再设置在底槽和待冷却的导体元件之间，因此它们无须顾及用于冷却介质的进入孔并因此可以以较大的轴向长度制成和使用。到进入孔的过渡是通过型材顶面上的相应构造来实现的，而型材的底面则可沿轴向连续地构成，弹簧贴靠在此底面上。

这也尤其适用于下述情况，即，导体元件在内部具有轴向的冷却通道，这些冷却通道被划分成单个的、在流动方面相互隔开的轴向的通道节段，这些通道节段被所供应的冷却介质穿流，此冷却介质分别在一端进入通道节段中并在另一端从通道节段中被再度排出，并且导体元件分别具有并排的、独立的、被交替地划分成重叠的通道节段的冷却通道。

按本发明的一种构造方案，型材构成为封闭的四角形的中空型材。

另一构造方案的特征在于，型材通过在径向上延伸的中间壁板被划分为两个腔室，通过所述腔室来给导体元件的不同的冷却通道供给冷却介质。

型材优选在横截面中在很大程度上填满底槽。

按本发明的改进方案，底槽具有矩形的横截面。这一点尤其指下述情况，即，如在开文所述EP-A1-0 652 623的图3中一样，导体元件的堆垛支承在位于底槽上方的绝缘条上。

另一改进方案的特征在于，底槽具有朝下变细的梯形横截面。由此可减少机械应力在转子齿中的集中。

但还可能的是，型材构成为双T型材，因此在型材方面可节省材料。

型材可由电绝缘的材料构成。那么它便不是绕组的一部分。

型材当然也可由金属构成，那么按照在绕组沟槽中绝缘体的构造，此型材是绕组的一部分。

型材尤其可由铝构成并被挤压成型。就此，公知且成本划算的制造方法很合适。

但型材也可由铜或其它具有良好导电能力的材料构成。

如果导电的型材不应该是绕组的一部分，则此型材位于绝缘体的外部，此绝缘体包围着绕组沟槽中的导体元件。

在另外的情况下，型材被绝缘体一起包围。

附图说明

下面结合附图借助实施例详细地阐述了本发明。其中：

图1示出了按本发明的优选实施例的转子的绕组沟槽的横截面，其具有矩形的底槽和矩形的中空型材；

图2以两个分视图示出了按本发明的转子的另外两个实施例，其具有梯形的底槽，其中在一种情况下(图2a)中应用了双T型材，在另一种情况下(图2b)中应用了四角形的中空型材；以及

图3以两个分视图示出了按本发明的转子的另外两个实施例，其具有梯形的底槽和由中间壁板分开的四角形中空型材，其中在一种情况下(图3a)导体元件的绝缘体没有包围着此型材，在另一种情况下(图3b)包围着此中空型材。

具体实施方式

图1在部分横截面中示出了按本发明的优选实施例的转子的绕组沟槽，其具有矩形的底槽和矩形的中空型材。转子10以通常的方式具有圆柱形的转子体11，此转子体11围绕未示出的机器轴可旋转地得到支承并同心地被(同样未示出的)定子包围。

径向的绕组沟槽12在转子10的圆周上分布地成形在转子体11中，绕组沟槽12容纳着转子绕组，转子绕组由单个的、棒状的、在轴向上延伸的导体元件14构成。导体元件14多个重叠地设置在绕组沟槽12中并在很大程度上填满绕组沟槽。它们被绝缘体18包围，绝缘体18使得导体元件18或绕组与转子体11电绝缘。绕组沟槽12在上方通过槽楔19封闭，在槽楔19和上方的导体元件14之间设置有中间层20。

在图1的实施例中，如同在前述文献EP-A1-1 455 433中所描述的一样，每个导体元件14在内部都具有一对平行并排地在轴向上延伸的冷却通道15a和15b，它们被划分成单个的、在轴向上依次安置的、在流动方面相互隔开的轴向的通道节段，冷却介质通过这些通道节段流动。两个冷却通道15a和15b的单个通道节段在此设置得相互错开且重叠。

从下面通过在绕组沟槽12的底部中成形的底槽13供应的冷却介质例如空气通过相应的进入孔在通道节段的一端进入、流过该通道节段并在该通道节段的另一端朝上并通过槽楔导向外部朝外。

导体元件14的堆垛从下面通过弹力压向槽楔19。此弹力由波形弹簧17产生，此波形弹簧17设置在导体元件14的下方。在此新颖的是，波形弹簧17不再直接或通过中间层作用在最下面的导体元件14上，而是通过安置到底槽13中的型材16起作用，此型材16实际上完全填满底槽13。在图1的实施例中，底槽13并且相应地型材16具有矩形的横截面。此型材16设计成壁厚均匀的中空型材并通过中间壁板25被分成两个腔室26a和26b。左腔室26a分配给左边的冷却通道15a，用来供应冷却介质，右腔室26b则相应地分配给右边的冷却通道15b。此型材16可以是挤压成形的的铝型材。但它也可由其它的金属例如铜制成，或由机械稳定、电绝缘的材料制成。如果型材16由导电良好的材料构成，则它可作为导体元件一起被并入到转子绕组中。这是指图1的情况，其中导体元件14的绝缘体18将底槽13中的型材16一起包围。

波形弹簧17设置在底槽13的底部上并利用它的弹力通过中间连接的型材16作用在导体元件14的堆垛上。因为型材16只是在顶面上必须在设有用于通道节段的进入孔的位置上具有凹槽，所以型材16的底面可连续地构成。相应地，波形弹簧17可在型材的底面上连续地构成，因此绕组沟槽12或底槽13的轴向长度几乎可全部用来产生弹力。在图1中，中间层21直接设置在型材16的下方，此中间层21被绝缘层8一起包围着。波形弹簧17位于它下面。

借助图1可看到，底槽13中的用于冷却介质流的横截面积通过安置具有壁厚的型材16而被缩小。此缩小例如可以计为约30％。为了在此实现平衡，要么加宽底槽13，要么得到一个朝下变细的梯形横截面，如同在图2和3的实施例中所示的一样。

图2在两个分视图2a和2b中示出了按本发明的转子的另外两个实施例，其具有梯形的底槽13’，其中在一种情况下(图2a)中应用了双T型材作为型材22；在另一种情况下(图2b)中应用了简单的、无中间壁板的四角形中空型材作为型材23。在这两种情况下，型材22或23都没有被绝缘体包围。在图2a的情况下，弹力只通过型材22的中间梁进行传递，在图2b的情况下，只通过外壁板进行传递。在这两种情况下，可供使用的流动横截面缩小得没有像在分别具有(额外的)中间壁板25的图1实施例或图3实施例中那么历害。

在图3所示的实施例中与图1相似地将具有分割性的中间壁板的四角形型材24安置到梯形底槽13’中并使其在横截面中与它相匹配。在图3a中，型材24没有(像图2中一样)被绝缘体18一起包围。相反，在图3b中，型材24被绝缘体18一起包围。

安置到底槽13或13’中的型材16、22、23、24的主要功能是，把径向指向的弹力从波形弹簧17传递到最下面的导体元件14上。作为附加也可以考虑将该型材用于以预定的方式导引冷却介质流。

附图标记清单

10            转子

11            转子体

12            绕组沟槽

13、13’      底槽

14            导体元件

15            冷却通道

16            型材

17            波形弹簧

18            绝缘体

19            槽楔

20、21        中间层

22、23、24    型材

25            中间壁板

26a、b        腔室

Claims (14)

1.一种用于发电机的转子(10)，所述转子(10)包括圆柱形的转子体(11)，所述转子体(11)具有在圆周上分布设置的沿轴向的绕组沟槽(12)，在所述绕组沟槽(12)中设置了在轴向方向上延伸的导体元件(14)，其中将冷却介质沿着轴线以周期性的间隔从设置在所述绕组沟槽(12)的底部处的底槽(13、13’)供应给所述导体元件(14)，并且在所述导体元件(14)的下方设置了波形弹簧(17)，所述波形弹簧(17)分别把绕组沟槽(12)的导体元件(14)压向一个在上方将所述绕组沟槽(12)封闭的槽楔(19)，其特征在于，所述波形弹簧(17)设置在所述底槽(13、13’)的底部上并以其弹力通过设置在所述底槽(13、13’)中的轴向型材(16、22、...、24)作用在位于其上的导体元件(14)上。

2.按权利要求1所述的转子，其特征在于，所述导体元件(14)在内部具有轴向的冷却通道(15a、b)，所述冷却通道(15a、b)被划分成单个的、在流动方面相互隔开的轴向的通道节段，所述通道节段被所供应的冷却介质穿流，所述冷却介质分别在一端进入所述通道节段中并在另一端从所述通道节段中被再度排出，并且所述导体元件(14)分别具有并排的、独立的、被交替地划分成重叠的通道节段的冷却通道(15a、b)。

3.按权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述型材(16、23、24)构成为封闭的四角形的中空型材。

4.按权利要求3所述的转子，其特征在于，所述型材(16、23、24)通过在径向上延伸的中间壁板(25)被划分为两个腔室(26a、b)，并且通过所述腔室(26a、b)来给所述导体元件(14)的不同的冷却通道(15a、b)供给冷却介质。

5.按权利要求3或4所述的转子，其特征在于，所述型材(16、23、24)在横截面中在很大程度上填满所述底槽(13、13’)。

6.按权利要求3至5之任一项所述的转子，其特征在于，所述底槽(13)具有矩形的横截面。

7.按权利要求3至5之任一项所述的转子，其特征在于，所述底槽(13’)具有朝下变细的梯形横截面。

8.按权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述型材(22)构成为双T型材，

9.按权利要求1至8之任一项所述的转子，其特征在于，所述型材(16、22、...、24)由电绝缘的材料构成。

10.按权利要求1至8之任一项所述的转子，其特征在于，所述型材(16、22、...、24)由金属构成。

11.按权利要求10所述的转子，其特征在于，所述型材(16、22、...、24)由铝构成并被挤压成型。

12.按权利要求10所述的转子，其特征在于，所述型材(16、22、...、24)由铜构成。

13.按权利要求1至12之任一项所述的转子，其特征在于，所述导体元件(14)在所述绕组沟槽(12)中被绝缘体(18)包围，并且所述型材(22、23、24)位于所述绝缘体(18)的外部。

14.按权利要求1至12之任一项所述的转子，其特征在于，所述导体元件(14)在所述绕组沟槽(12)中被绝缘体(18)包围，并且所述型材(22、23、24)被所述绝缘体(18)一起包围。

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