CN102064635A - 具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机 - Google Patents

具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机 Download PDF

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具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机，属于大型空冷汽轮发电机冷却技术领域。它的目的是为了提高大型空冷汽轮发电机定子绕组的散热能力。它基于现有汽轮发电机的通风冷却系统之上，增加了多个非导磁隔环，在冷风区内的每个径向通风沟的冷风出口处均设置有一个非导磁隔环实现封闭；每个中部定子铁心上的每个定子齿上均设置有四块分段隔板，中部定子铁心上的每个定子齿上开有两个轴向风孔，所述轴向风孔沿定子齿轴向贯通，两个轴向风孔在每个定子齿上沿径向排布，并且该轴向风孔在定子齿上的位置与定子绕组的缠绕位置相对应；每个轴向风孔沿定子圆周方向的两侧镜像对称设置两块分段隔板。本发明适用于汽轮发电机的冷却。

Description

具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机
技术领域
本发明涉及一种具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机，属于大型空冷汽轮发电机冷却技术领域。
背景技术
随着大型汽轮发电机容量的提高，电机的线电流负荷随之增大，线电流增大造成的电机内部损耗继增大而造成了电机的温升过高，严重影响电机的安全稳定运行。空冷汽轮发电机由于具有冷却方式结构简单、安全可靠、辅助技术要求低及制造周期短等优点而被广泛应用在蒸汽燃气联合循环电站中。空冷汽轮发电机采用的冷却方式为间接冷却，其冷却效果较直接冷却要差，因此定子线圈的发热成为限制间接气体冷却式汽轮发电机容量提高的主要决定因素，电机通风冷却系统的设计优化成为大型电机制造的关键环节。目前，600MW以下的汽轮发电机主要采用强迫通风冷却的方式进行间接冷却，电机容量的增大要求采用最经济的风量来最有效的把电机内部产生的热散发出去。
发明内容
本发明的目的是为了提高大型空冷汽轮发电机定子绕组的散热能力，提供一种具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机。
本发明所述的具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机是在定子齿部轴向开槽形成轴径向通风冷却系统，本发明所述的汽轮发电机的具体结构为：
它包括定子和转子，定子的内圆表面和转子的外圆表面之间为气隙，定子由等间距设置的多段定子铁心组成，所述多段定子铁心沿转子轴向排列，其中分别位于两端的两段定子铁心为端部定子铁心，其余的定子铁心为中部定子铁心，相邻的两段定子铁心之间形成径向通风沟，定子沿轴向设置有多个冷风区与多个热风区，所述多个冷风区与多个热风区相间布置，并且位于所述定子两端的均为冷风区，定子上缠绕定子绕组，每段定子铁心的内圆表面上沿圆周方向具有多个定子齿，
它还包括多个非导磁隔环，位于冷风区内的每个径向通风沟的靠近转子侧的出口均为冷风出口，每个冷风出口处均设置有一个非导磁隔环实现封闭；
每个中部定子铁心上的每个定子齿上均设置有四块分段隔板，
所述中部定子铁心上的每个定子齿上开有两个轴向风孔，所述轴向风孔沿定子齿轴向贯通，两个轴向风孔在每个定子齿上沿径向排布，并且该轴向风孔在定子齿上的位置与定子绕组的缠绕位置相对应；
每个轴向风孔沿定子圆周方向的两侧镜像对称设置两块分段隔板；
所述所有径向通风沟和所有轴向风孔组成轴径向通风冷却系统。
本发明的优点是：本发明在现有大容量空冷汽轮发电机的多路轴径向通风冷却系统的基础之上，提出一种新型定子通风冷却结构，它采用非导磁隔环将定子冷风区的出口堵住，然后在定子齿的径向方向布置两个轴向风孔，该结构增加了定子齿部的对流换热能力，增大了定子齿部的总冷却面积，减少了热流从定子绕组到轴向风孔的传热路径，同时增大了径向通风沟的传热系数，提高了定子通风冷却能力，进而提高了定子绕组的散热能力，降低了定子绕组的最高温度。
附图说明
图1为本发明的轴向剖视图；
图2为位于冷风区的中部定子铁心上每个定子齿的结构示意图，图中箭头所示为风的流向；
图3为位于热风区的中部定子铁心上每个定子齿的结构示意图，图中箭头所示为风的流向；
图4为现有具有多路轴径向通风冷却系统的大型空冷汽轮发电机的结构示意图，图中A为转子副槽，B为转子槽楔；
图5为图4中转子的放大图，图中A为转子副槽，B为转子槽楔。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括定子1和转子2，定子1的内圆表面和转子2的外圆表面之间为气隙3，定子1由等间距设置的多段定子铁心组成，所述多段定子铁心沿转子2轴向排列，其中分别位于两端的两段定子铁心为端部定子铁心1-2，其余的定子铁心为中部定子铁心1-1，相邻的两段定子铁心之间形成径向通风沟9，定子1沿轴向设置有多个冷风区4与多个热风区5，所述多个冷风区4与多个热风区5相间布置，并且位于所述定子1两端的均为冷风区4，定子1上缠绕定子绕组6，每段定子铁心的内圆表面上沿圆周方向具有多个定子齿1-11，
它还包括多个非导磁隔环7，位于冷风区4内的每个径向通风沟9的靠近转子2侧的出口均为冷风出口9-1，每个冷风出口9-1处均设置有一个非导磁隔环7实现封闭；
每个中部定子铁心1-1上的每个定子齿1-11上均设置有四块分段隔板8，
所述中部定子铁心1-1上的每个定子齿1-11上开有两个轴向风孔1-111，所述轴向风孔1-111沿定子齿1-11轴向贯通，两个轴向风孔1-111在每个定子齿1-11上沿径向排布，并且该轴向风孔1-111在定子齿1-11上的位置与定子绕组6的缠绕位置相对应；
每个轴向风孔1-111沿定子1圆周方向的两侧镜像对称设置两块分段隔板8；
所述所有径向通风沟9和所有轴向风孔1-111组成轴径向通风冷却系统。
图4和图5所示，目前，大容量空冷汽轮发电机多采用多路通风系统，它的定子1上开有多个径向通风沟9，定子1沿轴向被分为若干个风区，冷热风区即进出风区相间布置，它利用转子2两端的风扇将冷却介质吹入所述发电机后，冷却介质气流分为三路：一路由定子1端部进入气隙3；另一路经定子机座通风管进入定子1的铁心背部，即定子1的外圆表面处，经冷风区4的径向通风沟9进入气隙3；第三路进入转子副槽A，由转子2径向支路进入气隙3。这三路气流在气隙3江合后，再经热风区5的径向通风沟9由定子1的铁心背部排出。在定子冷风区4，冷却介质由定子铁心轭背部进入，依次冷却定子铁芯轭部，定子绕组6与定子齿1-11部，然后从定子1内圆处排出。在定子热风区5，由定子端部两侧气隙入口处进来的冷却气体、转子2出风口出来的气体和冷风区4出来的气体混合后，进入热风区5，以此冷却热风区5的定子齿1-11部、定子绕组6和定子铁芯轭部，最后从定子铁芯轭背部处排出，返回冷却器进行下一个循环。这种通风冷却方式已在大容量汽轮发电机上得到了广泛的应用。
本实施方式中，为防止冷却气体在定子1端部处发生遗漏，在定子1的两片端部定子铁心1-2上不开设轴向风孔1-111，图1所示的结构为三进二出的结构，即有三个冷风区4为进风区，两个热风区5为出风区。
冷风区4的冷却气体从定子背部进入冷风区4内的径向通风沟9，在冷风区4的出口处，由于受到非导磁隔环7的阻碍作用，在定子齿1-11部沿轴向风孔1-111流进定子热风区5。此外，从电机两端气隙处进来的气体与冷却转子的气体在气隙处混合后，并且在转子2离心力的作用下，被甩进定子热风区5。该部分气体进入热风区5后，在定子齿1-11部区域，与冷风区4进来的气体混合，一路沿着径向继续冷却定子铁芯和主绝缘的表面，另一路进入到轴向风孔1-111，在轴向方向上继续冷却定子齿部。图2所示，冷风区的气体在轴径向流动，在齿部区域的分段隔板8对气体进行了分流，该分段隔板8在径向通风沟9中形成了大量不同分布的冷却气流。
本发明所述的冷却系统使径向通风沟9里的传热系数增大，在给定风速下，本发明径向通风沟9的平均传热系数比传统结构径向通风沟的传热系数高了30％-55％。轴向风孔1-111的开设，增大了气流的紊流效应，由于轴向风孔1-111的轴向分流导致气流的轴向边界层被破坏，进一步增强了气体的冷却传热能力。本发明所述冷却系统由于在定子齿1-11的轴向开槽，会产生一个负反馈，随着来自径向通风沟9那一支路的流体冷却强度的减少，进入轴向风孔1-111的流量增大，通过轴向风孔1-111流出的热量有所增加，抵消了由于径向通风沟9冷却能力的减少而造成的定子绕组6的温度升高。由于轴向风孔1-111的开设使定子齿部散热面积增大，而且分支气流造成流体边界层破坏和紊流程度增大，因此本发明所述的通风冷却结构具有更大的优势。
具体实施方式二：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述轴向风孔1-111设置在定子齿1-11上沿圆周方向的中心位置。其它与实施方式一相同。
本实施方式所述轴向风孔1-111的设置位置，能够确保散热能力的均衡。

Claims (2)

1.一种具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机，它包括定子(1)和转子(2)，定子(1)的内圆表面和转子(2)的外圆表面之间为气隙(3)，定子(1)由等间距设置的多段定子铁心组成，所述多段定子铁心沿转子(2)轴向排列，其中分别位于两端的两段定子铁心为端部定子铁心(1-2)，其余的定子铁心为中部定子铁心(1-1)，相邻的两段定子铁心之间形成径向通风沟(9)，定子(1)沿轴向设置有多个冷风区(4)与多个热风区(5)，所述多个冷风区(4)与多个热风区(5)相间布置，并且位于所述定子(1)两端的均为冷风区(4)，定子(1)上缠绕定子绕组(6)，每段定子铁心的内圆表面上沿圆周方向具有多个定子齿(1-11)，
其特征在于：它还包括多个非导磁隔环(7)，位于冷风区(4)内的每个径向通风沟(9)的靠近转子(2)侧的出口均为冷风出口(9-1)，每个冷风出口(9-1)处均设置有一个非导磁隔环(7)实现封闭；
每个中部定子铁心(1-1)上的每个定子齿(1-11)上均设置有四块分段隔板(8)，
所述中部定子铁心(1-1)上的每个定子齿(1-11)上开有两个轴向风孔(1-111)，所述轴向风孔(1-111)沿定子齿(1-11)轴向贯通，两个轴向风孔(1-111)在每个定子齿(1-11)上沿径向排布，并且该轴向风孔(1-111)在定子齿(1-11)上的位置与定子绕组(6)的缠绕位置相对应；
每个轴向风孔(1-111)沿定子(1)圆周方向的两侧镜像对称设置两块分段隔板(8)；
所述所有径向通风沟(9)和所有轴向风孔(1-111)组成轴径向通风冷却系统。
2.根据权利要求1所述的具有轴径向通风冷却系统的汽轮发电机，其特征在于：所述轴向风孔(1-111)设置在定子齿(1-11)上沿圆周方向的中心位置。
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