CN105637740A - 用于将在旋转电机的转子和定子之间设置的间隙中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将在旋转电机、尤其涡轮发电机的转子和定子之间设置的间隙中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的装置，其特征在于，设有能在间隙中以及在转子的外侧的能预设的部段上设置的至少一个叶片，所述叶片构成和能够设置成，使得借助所述叶片能够将在间隙中流动的冷却流体的一部分径向地朝定子的方向转向。

Description

用于将在旋转电机的转子和定子之间设置的间隙中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将在旋转电机、尤其涡轮发电机的转子和定子之间设置的间隙中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的装置。
此外，本发明涉及一种用于旋转电机、尤其用于涡轮发电机的具有转子的转子单元以及涉及一种旋转电机，尤其涡轮发电机，其具有定子和转子。
本发明还涉及一种用于冷却具有转子和定子的旋转电机、尤其涡轮发电机的方法，其中将冷却流体导入到轴向地在转子和定子之间延伸的间隙中。
背景技术
涡轮发电机形式的旋转电机在发电厂中用于产生电能。对此，将涡轮发电机机械地与至少一个燃气轮机和/或蒸汽轮机耦联，其中涡轮发电机连同燃气轮机一起形成涡轮组。
在旋转电机运行期间，必然在旋转电机的转子和/或定子之间产生热量。该损耗热量通过借助于旋转电机将机械能转换成电能而产生。
在旋转电机的定子和/或转子中产生的热量必须为了旋转电机的安全运行而从旋转电机中导出。这尤其是必需的，因为在定子和/或转子上存在电绝缘部，所述电绝缘部自达到特定温度起会被损坏，这会引起有害的电短路。从旋转电机中导出的热量越多，就能越高地充分利用旋转电机的能力，这随之带来相应的功率提高。
通常，为了从旋转电机中导出热量或为了冷却旋转电机的定子和/或转子应用呈环境空气、水、氢和/或包含氢的混合物的形式的冷却流体。冷却流体在旋转电机的两个轴向端部处轴向地被导入到定子和转子之间并且通常在旋转电机的中央径向地从旋转电机中被导出。
在旋转电机的定子和/或转子中的热量产生通常不均匀地进行。这就应表示：存在旋转电机的如下区域，在所述区域中产生比旋转电机的其他区域中更多的热量。其中产生更多热量的和/或未充分冷却的区域也称作为“热点(hot-spot)”。在这种热点中能够通过运行引起的热量产生比在旋转电机的加载更少热量的区域更快地引起不允许的且有害的过热。由此，常规的旋转电机仅在下述情况下能够充分利用，即设置在热点中的材料允许旋转电机的安全运行。
此外，在常规地应用例如环境空气形式的冷却流体来导出热量的情况下不利的是：环境空气在到达热点时已经如此多地吸收来自旋转电机的其他区域中的热量，使得充分地冷却热点不再是可行的。因此，借助于常规的散热，尤其在利用环境空气的条件下，旋转电机的安全运行仅能够直至通过存在于热点中的热负荷所引起的充分利用上限持续安全地运行。
发明内容
本发明的目的是：提高旋转电机、尤其涡轮发电机的可充分利用率并且实现旋转电机的安全运行。
用于将在旋转电机、尤其涡轮发电机的转子和定子之间设置的间隙中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的根据本发明的装置具有能在间隙中以及在转子的外侧的能预设的部段上设置的至少一个叶片，所述叶片构成和能够设置成，使得借助所述叶片能够将在间隙中流动的冷却流体的一部分径向地朝定子的方向转向。
该装置具有至少一个连接元件，经由所述连接元件能够将叶片与转子连接，其中平行于转子的纵轴线延伸的至少一个穿通开口设置在连接元件上，使得冲击到连接元件上的冷却流体的一部分能够轴向地流过所述穿通开口。该装置在需要时也能够具有两个或更多个连接元件，所述连接元件的数量优选对应于装置的叶片的数量。连接元件也能够具有平行于转子的纵轴线设置的两个或多个穿通开口。穿通开口优选具有针对其由冷却流体的一部分穿流而优化的横截面。
通过叶片将轴向地设置在转子和定子之间的间隙中的冷却流体的一部分径向向外朝定子的方向加速。由此能够将更多热量从定子的加载有冷却流体的被转向的部分的部段导出进而将该部段更好地通过对流冷却。优选地，借助于叶片冷却设置在定子上的热点。
定子的进而旋转电机的改进的冷却实现提高旋转电机的满载能力和旋转电机的安全运行。根据本发明的装置能够存在于新造的旋转电机中。已经存在的旋转电机也能够加装根据本发明的装置。
如果需要的话，根据本发明的装置也能够具有两个或更多个叶片，所述叶片能够设置在转子的轴向延伸部之上和/或在呈叶片排形式的转子的环周之上。
优选地，叶片构成为径向叶片，在间隙中流动的冷却流体的一部分冲击到所述叶片上。径向叶片是已知的并且能够以适当的形式和数量相对彼此设置在转子上。
优选地，叶片和连接元件为了构成单个构件而彼此连接。这使简单地操作叶片和连接元件以及简单地将叶片和连接元件设置在转子上是可行的。叶片为了构成单个结构单元尤其材料配合地与连接元件连接。
本发明优选包括能以在转子的环周上分布的方式设置在转子的能预设的部段上的两个或更多个叶片。经由能设置在转子的能预设的部段上的叶片的数量及其造型能够改变冷却流体的由叶片径向地朝定子的方向转向的部分的大小，以便产生最佳的冷却结果。
优选地，叶片是鼓形叶轮径流式鼓风机的叶片，所述鼓形叶轮径流式鼓风机与转子连接。鼓形叶轮径流式鼓风机是已知的并且在围绕其纵轴线转动时产生径向的流体流，借助所述流体流能够冷却定子上的至少一个热点。优选地，鼓形叶轮径流式鼓风机的每个叶片都是本发明意义上的叶片。
在鼓形叶轮径流式鼓风机上优选设置有平行于转子的纵轴线延伸的至少一个穿通开口，使得冲击到鼓形叶轮径流式鼓风机上的冷却流体的一部分能够轴向地流过穿通开口。在鼓形叶轮径流式鼓风机上也能够设置有平行于转子的纵轴线设置的两个或更多个穿通开口。穿通开口优选具有针对其由冷却流体的一部分穿流而优化的横截面。
用于旋转电机、尤其涡轮发电机的根据本发明的转子单元具有转子和设置在转子的外侧的能预设的至少一个部段上的、根据上述设计方案中的任一个或其任意的组合的至少一个装置。能够用于构成旋转电机、尤其涡轮发电机的所述转子单元相应地结合有上面关于装置所提出的优点。
根据本发明的旋转电机，尤其涡轮发电机包括定子、转子以及根据装置的上述设计方案中的任一个或其任意的组合的装置。相应地能够具有上述转子单元的所述旋转电机相应地结合有上面关于装置所提出的优点。特别地，根据本发明的旋转电机能够在高的满载下安全地运行。
依照根据本发明的用于冷却具有转子和定子的旋转电机、尤其涡轮发电机的方法，将导入到转子和定子之间轴向延伸的间隙中的冷却流体的一部分在旋转电机的能预设的至少一个部段上径向地朝定子的方向转向。该方法相应地结合有上面关于装置所提出的优点。
导入到间隙中的冷却流体的部分优选借助于至少一个设置在间隙中以及设置在转子的外侧上的旋转电机的能预设的部段中的叶片径向地朝定子的方向转向。优选地，在转子的外侧上设置有两个或更多个叶片、例如呈叶片排的形式的叶片。叶片在转子的外侧上的设置方案是实现该方法的结构上简单且成本适宜的途径。叶片能够构成为鼓形叶轮径流式鼓风机的叶片或构成为径向叶片。
附图说明
下面，根据所附的示意图阐述根据本发明的旋转机械的优选的实施方式。其示出：
图1示出贯穿根据本发明的旋转电机的一个实施例的纵截面的局部，以及
图2示出贯穿根据本发明的旋转电机的另一实施例的纵截面的局部。
具体实施方式
图1示出根据本发明的旋转电机1的一个示例的实施方式，所述旋转电机呈具有定子2和转子3的涡轮发电机的形式。转子3是转子单元4的一部分，所述转子单元还具有设置在转子3的外侧5的能预设的部段上的装置6，所述装置用于将在设置在转子3和定子2之间的间隙7中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向。冷却流体的流动通过箭头来表明。
装置6具有呈径向叶片的形式的多个叶片8，所述叶片以在转子3的环周上分布的方式、在间隙7中以及在转子3的外侧5的能预设的部段上设置，在图1中仅可见所述叶片中的一个叶片8。叶片8构成和设置为，使得借助所述叶片将冲击到叶片8上的冷却流体的一部分径向地朝定子2的方向转向。冲击到叶片8上的冷却流体的被转向的部分朝设置在定子2上的热点9的方向转向。在热点9的区域中，在定子2上设置有冷却开口15，冷却流体的被转向的部分能够流过冷却开口以冷却热点15。
装置6还具有多个连接元件10，经由所述连接元件将叶片8与转子3连接，其中在图1中仅示出一个连接元件10。在连接元件10上设置有平行于转子3的纵轴线L延伸的穿通开口11，使得冲击到连接元件10上的冷却流体的一部分能够轴向地穿流所述穿通开口。叶片8和连接元件10为了构成单个构件而彼此连接。
图2示出根据本发明的旋转电机1的另一示例的实施方式，所述旋转电机呈具有定子2和转子3的涡轮发电机的形式。转子3是转子单元4的一部分，所述转子单元还具有设置在转子3的外侧5的能预设的部段上的装置6，所述装置用于将在设置在转子3和定子3之间的间隙7中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向。冷却流体的流动通过箭头来表明。
装置6具有呈径向叶片的形式的多个叶片12，所述叶片以在转子3的环周上分布的方式、在间隙7中以及在转子3的外侧5的能预设的部段上设置，在图1中仅可见所述叶片中的一个叶片12并且所述叶片通过鼓形叶轮径流式鼓风机13的叶片形成，所述鼓形叶轮径流式鼓风机与转子3连接。叶片12构成和设置为，使得借助所述叶片将冲击到叶片12上的、在间隙7中流动的冷却流体的一部分径向地朝定子2的方向转向。冲击到叶片12上的冷却流体的被转向的部分朝设置在定子2上的热点9的方向转向。在热点9的区域中，在定子2上设置有冷却开口15，冷却流体的被转向的部分能够流过冷却开口以冷却热点15。
在鼓形叶轮径流式鼓风机13上设置有平行于转子3的纵轴线L延伸的多个穿通开口14，使得在间隙7中流动的冷却流体的一部分能够轴向地穿流所述穿通开口。
尽管详细地通过优选的实施例详细阐明和描述本发明，但是本发明不通过所公开的实例来限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于将在旋转电机(1)、尤其涡轮发电机的转子(3)和定子(2)之间设置的间隙(7)中轴向地流动的冷却流体的至少一部分转向的装置(6)，其特征在于，设有能在所述间隙(7)中以及在所述转子(3)的外侧(5)的能预设的部段上设置的至少一个叶片(8，12)，所述叶片构成和能够设置成，使得借助所述叶片能够将在所述间隙(7)中流动的所述冷却流体的一部分径向地朝所述定子(2)的方向转向，
还具有至少一个连接元件(10)，经由所述连接元件能够将所述叶片(8)与所述转子(3)连接，其中在所述连接元件(10)上设置有平行于所述转子(3)的纵轴线(L)延伸的至少一个穿通开口(11)，使得冲击到所述连接元件(10)上的所述冷却流体的一部分能够轴向地流过所述穿通开口。
2.根据权利要求1所述的装置(6)，
其中所述叶片(8)构成为径向叶片，在所述间隙(7)中流动的所述冷却流体的一部分冲击到所述叶片上。
3.根据权利要求1所述的装置(6)，
其中所述叶片(8)和所述连接元件(10)为了构成单个构件而彼此连接。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的装置(6)，
所述装置具有能以在所述转子(3)的环周上分布的方式设置在所述转子(3)的能预设的部段上的两个或更多个叶片(8)。
5.根据权利要求1所述的装置，
其中所述叶片(12)是鼓形叶轮径流式鼓风机(13)的叶片，所述鼓形叶轮径流式鼓风机与所述转子(3)连接。
6.根据权利要求5所述的装置，
其中在所述鼓形叶轮径流式鼓风机(13)上设置有平行于所述转子(3)的纵轴线(L)延伸的至少一个穿通开口(14)，使得在所述间隙(7)中流动的所述冷却流体的一部分能够轴向地流过所述穿通开口。
7.一种用于旋转电机(1)、尤其用于涡轮发电机的转子单元(4)，
所述转子单元具有转子(3)，其特征在于，设有至少一个设置在所述转子(3)的外侧(5)的能预设的至少一个部段上的、根据权利要求1至6中任一项所述的装置(6)。
8.一种旋转电机(1)，尤其涡轮发电机，具有定子(2)和转子(3)，其特征在于，设有至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的装置(6)。
9.一种用于冷却具有转子(3)和定子(2)的旋转电机(1)、尤其涡轮发电机的方法，
其中将冷却流体导入到在所述转子(3)和所述定子(2)之间轴向地延伸的间隙(7)中，其特征在于，导入到所述间隙(7)中的所述冷却流体的一部分在所述旋转电机(1)的能预设的至少一个部段上径向地朝所述定子(2)的方向转向。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中导入到所述间隙(7)中的所述冷却流体的所述部分借助于至少一个径向叶片(8)径向地朝所述定子(2)的方向转向，其中所述径向叶片设置在所述间隙(7)中以及所述转子(3)的外侧(5)上的所述旋转电机(1)的能预设的部段中。
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