CN102904384A - 气体冷却发电机 - Google Patents

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梁洪涛
谢玉增
汪伟
曹凤波
李春辉
刘丹
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Abstract

一种气体冷却发电机，由一种气体冷却发电机定子线棒构成定子绕组，气体冷却发电机定子线棒采用线棒鼻端电气连接结构，转子右端采用多级阶梯止口过盈套装结构安装径向分层双向增压风扇，一种发电机气体冷却风路将发电机的各种损耗热量有效的散发出去，在1000MW容量等级的大容量发电机上采用该技术可以达到简化发电机结构及电厂的结构，降低建设及使用成本、节能减排，提高机组可靠性，延长维修维护周期的效果。

Description

气体冷却发电机
技术领域：本发明涉及一种气体冷却发电机。
背景技术：伴随着经济技术的发展，电网规模不断扩大，节能降耗、可持续发展等市场需求，促使发电机单机容量不断增大，汽轮发电机大容量化的关键问题是将发电机内的电、磁、风摩等各种损耗产生的热能传递散发出去，否则这些热能不断的积累会导致发电机内结构的温度不断升高，危害发电机的运行，甚至烧毁发电机。
汽轮发电机同步转速高达3000r/min，转子结构所受的离心力大，受转轴等转子部件的材料强度极限的限制，约束了汽轮发电机定子、转子的断面的最大尺寸；电路、磁路等依赖于断面尺寸增大来满足容量增大的条件被约束，使汽轮发电机大容量化的设计受到制约，电、磁损耗产生的热能的传递散发成为设计焦点和制约瓶颈，加之汽轮发电机磁极对数少，定子并联支路数也少，转子每极励磁容量大，使这一矛盾更加突出，围绕着电、磁损耗产生的热能的散发问题，在设计形式上形成了汽轮发电机的多种结构类型，伴随着容量的提高，热能散发的结构愈发复杂。
气体冷却发电机具有结构简单、运行可靠、运行维护设备少、维护简便的优点，可以通过选择不同的气体种类、压力来提高散热效果，满足发电机的热能散发要求，但由于设计技术水平的限制，以往的气体冷却发电机技术只能应用在中小容量发电机上，原因是在以往的设计结构条件下，气体的散热效果不能满足更大容量发电机的热能散发要求，必须使用散热效果更好的液体做为传热媒体，所以，以往单机容量在1000MW等级的汽轮发电机都要采用“水-氢-氢”热能散发的结构形式，即发电机内部有两种冷却介质：液体-水，在定子线棒中的水路中流动，负责将定子线棒产生的热能散发出去；气体-氢气，负责将转子线圈以及发电机其它发热结构的产生的热能散发出去；这种“水-氢-氢”热能的散发的结构形式发电机的热能散发效果能够满足1000MW等级的汽轮发电机的散热要求，发电机温升低，避免绝缘材料性能老化，但采用“水-氢-氢”热能散发的结构形式的发电机较气体冷却发电机不仅增加了内部冷却水路，而且也增加了冷却水循环及水质处理的机外辅助运行设施，增加了设备投资及占地面积，运行维护也更加复杂；而且这种“水-氢-氢”热能散发的结构形式的发电机已有半个多世纪的运行历史，在使用中暴露了使用水作为冷却介质所带来的弊端，首先是水在定子线棒中的水路中流动会造成水路的腐蚀，产生泄漏问题，还会在水路中结垢，产生阻塞，使水流减缓而影响散热效果，造成烧毁定子线棒等事故；而且由于定子线棒是发电机的电枢，有很高的电压，定子线棒中的水要与机外的冷却水循环及水质处理系统连接，必须有绝缘引水管，绝缘引水管的绝缘性能、耐温性能、抗老化性能都有很高的要求，还存在振动磨损问题，由于绝缘引水管漏水造成机组停机的事故也时常有发生的。
发电机组的设计寿命一般为30-40年，可靠性问题尤为重要，电力是国家的命脉，发电机组故障停机会带来巨大的直接和间接经济损失甚至政治影响；容量更大效率更高、性能更可靠性的发电机是当今经济发展、社会发展不可或缺的。
发明内容：本发明的目的是提供一种减小机组占地空间、降低机组造价、简化机组发电运行的操作程序、简少检修项目、降低损耗、提高发电机总体效率的气体冷却发电机。本发明的技术方案为：由一种气体冷却发电机定子线棒构成定子绕组，气体冷却发电机定子线棒采用线棒鼻端电气连接结构，转子右端采用多级阶梯止口过盈套装结构安装径向分层双向增压风扇，发电机气体冷却风路将发电机的各种损耗热量散发出去。
技术效果：定子绕组线棒鼻端电气连接结构能够避免定子线棒内部通风管道产生放电现象以及消除环流损耗,径向分层双向增压风扇能够产生发电机内部气体冷却风路所需的循环走向及风压头,多级阶梯止口过盈套装结构可以使径向分层双向增压风扇与转子之间的过盈配合可靠稳固且装配简便；由于采用气体冷却发电机定子线棒构成发电机的定子绕组，采用气体取代了以往结构的水或其它液体的冷却介质，可以利用发电机内必备的冷却循环气体充当气体冷却发电机定子线棒中热能传递散发的冷却介质，将气体冷却发电机定子线棒中心的贯通两端的冷却气体通道出入口直接暴露在发电机定子两端，利用发电机气体冷却风路所特有的发电机定子两端气体压差使冷却气体在气体冷却发电机定子线棒中心的冷却气体通道内定向流动，从而将气体冷却发电机定子线棒中热能传递出去，使定子结构大大简化，不必再设置定子绝缘引水管路装配，也不必再设置机外复杂的水循环处理系统、水循环散热系统、水质处理系统等设施；不存在其它结构的定子线棒内冷却介质通路结垢阻塞、腐蚀泄漏等危害发电机正常运行的问题，在1000MW容量等级的大容量发电机上采用该技术可以达到简化电厂的布局，降低建设及使用成本、节能减排，提高机组可靠性，延长维修维护周期的效果。
附图说明：
图1为本发明气体冷却发电机示意图
图2为线棒鼻端电气连接结构示意图
图3为图2的局部放大图
图4为发电机气体冷却风路示意图
具体实施方式：
如图1所示，由一种气体冷却发电机定子线棒1构成定子绕组2，气体冷却发电机定子线棒1采用线棒鼻端电气连接结构3，转子4右端采用多级阶梯止口过盈套装结构5安装径向分层双向增压风扇6，发电机气体冷却风路7将发电机的各种损耗热量散发出去。
如图2、图3所示，气体冷却发电机定子线棒1由导电股线21、通风管路22、主绝缘23构成，气体冷却发电机定子线棒1的冷却方式为气体内部冷却；通风管路22位于气体冷却发电机定子线棒1的中心，由外表包覆绝缘层的薄壁非磁性金属方管24垂直排列组成，导电股线21外表包覆绝缘层；在气体冷却发电机定子线棒1的直线段，导电股线21排布在通风管路22的周围，导电股线21以通风管路22为中心旋转包绕；在气体冷却发电机定子线棒1的两端弧线段，导电股线21在通风管路22的两侧垂直排列；导电股线21承担气体冷却发电机定子线棒1的导电功能，在鼻端（两个定子线棒在定子绕组端部的连接部位称为鼻端）部位，对应的两个气体冷却发电机定子线棒1的导电股线21外表包覆的绝缘层被剥离，相互搭接并焊接在一起，形成定子绕组2导电连接通路，通风管路22只承担通风作用，不参与气体冷却发电机定子线棒1的导电功能，构成通风管路22的全部薄壁非磁性金属方管24的一端端头局部剥离外表包覆的绝缘层，用导线25连接在一起，形成电气连接，并通过电阻26与上、下层气体冷却发电机定子线棒1的股线交汇点27连接。
如图4所示，径向分层双向增压风扇6强迫冷却气体在发电机内部空间内循环流动，励端风区70内的冷却气体被外层风扇58排出，成为低压区，排出的气体被外层风扇58增压，变为高压气体，被换热器66冷却后到达汽端风区78，并使该风区成为高压区；另一部分冷却气体被内层风扇57再次增压后，对励端转子端部线圈52实施冷却，经励端通风槽51进入气隙48并继续流动进入励端风区70；在汽端风区78与励端风区70之间的压差作用下，汽端风区78内的冷却气体由汽端端部进风孔79进入定子绕组2的内部，由励端端部出风孔63排出，对定子绕组2进行冷却；冷却气体经定子铁心通风孔74对定子铁心73进行冷却；冷却气体经端环通风孔42对汽端转子端部线圈43实施冷却后，经由汽端通风槽47进入气隙48并继续流动进入励端风区70；阻风环46起到调整通风量作用，以均衡各通风路径的冷却气体流量。

Claims (3)

1.一种气体冷却发电机，其特征是：由一种气体冷却发电机定子线棒（1）构成定子绕组（2），气体冷却发电机定子线棒（1）采用线棒鼻端电气连接结构（3），转子（4）右端采用多级阶梯止口过盈套装结构（5）安装径向分层双向增压风扇（6），发电机气体冷却风路（7）将发电机的各种损耗热量散发出去。
2.根据权利要求1所述的一种气体冷却发电机，其特征是：气体冷却发电机定子线棒（1）由导电股线(21)、通风管路(22)、主绝缘(23)构成，气体冷却发电机定子线棒（1）的冷却方式为气体内部冷却；通风管路(22)位于气体冷却发电机定子线棒（1）的中心，由外表包覆绝缘层的薄壁非磁性金属方管(24)垂直排列组成，导电股线(21)外表包覆绝缘层；在气体冷却发电机定子线棒（1）的直线段，导电股线(21)排布在通风管路(22)的周围，导电股线(21)以通风管路(22)为中心旋转包绕；在气体冷却发电机定子线棒（1）的两端弧线段，导电股线(21)在通风管路(22)的两侧垂直排列；导电股线(21)承担气体冷却发电机定子线棒（1）的导电功能，在鼻端（两个定子线棒在定子绕组端部的连接部位称为鼻端）部位，对应的两个气体冷却发电机定子线棒（1）的导电股线（21）外表包覆的绝缘层被剥离，相互搭接并焊接在一起，形成定子绕组（2）导电连接通路，通风管路(22)只承担通风作用，不参与气体冷却发电机定子线棒（1）的导电功能，构成通风管路(22)的全部薄壁非磁性金属方管(24)的一端端头局部剥离外表包覆的绝缘层，用导线(25)连接在一起，形成电气连接，并通过电阻(26)与上、下层气体冷却发电机定子线棒（1）的股线交汇点(27)连接。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种气体冷却发电机，其特征是：径向分层双向增压风扇（6）强迫冷却气体在发电机内部空间内循环流动，励端风区(70)内的冷却气体被外层风扇(58)排出，成为低压区，排出的气体被外层风扇(58)增压，变为高压气体，被换热器(66)冷却后到达汽端风区(78)，并使该风区成为高压区；另一部分冷却气体被内层风扇(57)再次增压后，对励端转子端部线圈(52)实施冷却，经励端通风槽(51)进入气隙(48)并继续流动进入励端风区(70)；在汽端风区(78)与励端风区(70)之间的压差作用下，汽端风区(78)内的冷却气体由汽端端部进风孔(79)进入定子绕组（2）的内部，由励端端部出风孔(63)排出，对定子绕组（2）进行冷却；冷却气体经定子铁心通风孔(74)对定子铁心(73)进行冷却；冷却气体经端环通风孔(42)对汽端转子端部线圈(43)实施冷却后，经由汽端通风槽(47)进入气隙(48)并继续流动进入励端风区(70)；阻风环(46)起到调整通风量作用，以均衡各通风路径的冷却气体流量。
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