CN105871122B - 一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，通过设置内芯铜屏蔽和外铜屏蔽，内芯铜屏蔽设置于外铜屏蔽的腔体内，内芯铜屏蔽和外铜屏蔽之间形成往复式风道，在压圈内部设置真空腔和多个径向风道，真空腔的腔体内壁上设置反热层，有效地降低了铜屏蔽和压圈的最高温度，增强汽轮发电机端部区域各构件的冷却效果，提高发电机稳定运行的能力，降低了成本，结构简单，便于实现。

Description

一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置

技术领域：

本发明涉及一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，属于电机领域。

背景技术：

在电气工程领域中，发电机的端部漏磁场是一种常见的潜在性安全隐患，漏磁会使发电机端部金属结构件中感应出涡流，引起端部构件的发热。尤其是端部出现的集中漏磁，极易导致结构件的局部过热，严重时甚至可能会危及发电机的安全运行。

汽轮发电机端部构件铜屏蔽可以有效地抵制发电机端部区域的漏磁场，进而降低端部构件压圈、压指和端部铁心的磁密，然而随着大型汽轮发电机单机容量不断增大，发电机端部区域的漏磁场逐渐增强，使得端部构件的磁密和涡流损耗明显增大，其中端部构件铜屏蔽的涡流损耗增加最为显著。铜屏蔽的损耗占到端部构件总损耗的70％左右，这导致端部构件铜屏蔽的温度很高，甚至可能会烧毁铜屏蔽，并且端部构件压圈的温度也较高，严重影响到了汽轮发电机的安全稳定运行。

发明内容：

本发明的目的是提供一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，以解决由于汽轮发电机端部区域通风设计不合理而导致的铜屏蔽和压圈温度过高的问题，提高了汽轮发电机端部区域内冷却流体的利用率，有效地降低了发电机端部区域各构件的温度，减小了端部各构件之间的温差，提高了汽轮发电机安全稳定运行的能力。

本发明的一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，包括压指、压装在压指上的压圈、固定在压圈上的铜屏蔽、固定在铜屏蔽外径处的弓形导风板，压圈与弓形导风板之间设置有导风沟，所述铜屏蔽包括内芯铜屏蔽和外铜屏蔽，所述内芯铜屏蔽设置在外铜屏蔽的腔体内，且其外径端与弓形导风板固定连接，内芯铜屏蔽与外铜屏蔽内壁之间的风道为往复式风道；外铜屏蔽固定在压圈上，外铜屏蔽的内层与压圈之间设置有通风沟，外铜屏蔽的外层设置有多个进风道，所述压圈内部设置有多个径向风道。

内芯铜屏蔽的厚度为5mm-10mm。外铜屏蔽的厚度为3mm-8mm。往复式风道的宽度为3mm-8mm。外铜屏蔽外层的进风道的截面为圆形，圆形的直径为8mm-12mm。进风道在同一径向高度处沿圆周方向均匀地排布。真空腔壁面的反热层的厚度为2mm-4mm。压圈内部径向风道的截面为圆形，圆形的直径为8mm-12mm。径向风道沿圆周方向均匀排布，径向风道的个数为10个-20个。外铜屏蔽和压圈之间通风沟的宽度为8mm-12mm。

作为优选，还包括真空腔，所述真空腔设置在邻近压圈内径的压圈内部，真空腔的腔体内壁上设置有反热层。所述真空腔沿径向方向的截面为矩形或“L”形，所述真空腔腔体靠近压圈内径一面的内壁上未设置反热层。真空腔沿径向方向的截面为矩形时，矩形宽度为压圈高度的六分之一。真空腔沿径向方向的截面为“L”形时，可以进一步阻碍压圈内径区域的热量向压圈内部以及压指中流动。

作为优选，所述压圈的内径底部开设有凹槽，凹槽的深度为10mm-15mm。

作为优选，所述外铜屏蔽的外层上端段倾斜设置，外层上端段与垂直方向的夹角为10°-30°。

作为优选，所述的压圈内部径向风道的圆形截面的直径沿径向方向逐渐减小。

本发明的优点：1、本发明降低了铜屏蔽和压圈的最高温度，提高了汽轮发电机稳定运行的能力，并且节省了铜屏蔽和压圈的材料，降低了成本。通过设置内芯铜屏蔽和外铜屏蔽，形成了往复式风道。往复式风道有效地增大冷却流体与内芯铜屏蔽和外铜屏蔽的接触面积，加快内芯铜屏蔽和外铜屏蔽表面周围的流体速度，进而降低了铜屏蔽的最高温度。

2、压圈中的真空腔进一步阻碍压圈内径区域的热量向压圈内部以及压指中流动。真空腔壁面的反热层也可以有效地对热辐射进行反射，同时弓形导风板减小了发电机端部区域的通风损耗。

3、压圈的内径底部开设的凹槽，增大了通风沟的通风截面积，使得汽轮发电机端部区域内更多的冷却流体进入到通风沟内，加快了通风沟内冷却流体的流速，另一方面还增大了冷却流体与压圈的接触面积，提高了冷却流体带走压圈热量的能力，显著地降低了压圈的最高温度。

4、外铜屏蔽的外层上端段倾斜设置，增大了进入到往复式风道内冷却流体的流量，加快了往复式风道内冷却流体的流速，提高了冷却流体带走内芯铜屏蔽和外铜屏蔽热量的能力，进一步降低了内芯铜屏蔽和外铜屏蔽的最高温度。

5、压圈内部径向风道的圆形截面的直径沿径向方向逐渐减小，使得径向风道内冷却流体的速度沿径向方向逐渐增加，抵消了冷却流体温度升高导致其冷却效果变差的影响，增强了冷却流体带走压圈热量的能力，进一步降低了压圈的最高温度。

附图说明：

图1为本发明的轴向剖视图；

图2为本发明铜屏蔽的轴向剖视图；

图3为本发明铜屏蔽的主视示意图；

图4为本发明具体实施方式二的轴向剖视图；

图5为本发明具体实施方式三的轴向剖视图；

图6为本发明具体实施方式四的轴向剖视图；

图7为本发明具体实施方式五的轴向剖视图；

图8为本发明具体实施方式六的轴向剖视图；

图中：1-内芯铜屏蔽；2-外铜屏蔽；3-往复式风道；4-压圈；5-压指；6-弓形导风板；7-真空腔；8-反热层；9-径向风道；10-通风沟；11-进风道；12-导风沟；13-凹槽；14-铜屏蔽。图中箭头所示为一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置中冷却流体的流动方向。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1，图2和图3说明本实施方式，本发明所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，包括压指5、压装在压指5上的压圈4、固定在压圈4上的铜屏蔽14、固定在铜屏蔽14外径处的弓形导风板6，压圈4与弓形导风板6之间设置有导风沟12，所述铜屏蔽14包括内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2，所述内芯铜屏蔽1设置在外铜屏蔽2的腔体内，且其外径端与弓形导风板6固定连接，内芯铜屏蔽1与外铜屏蔽2内壁之间的风道为往复式风道3；外铜屏蔽2固定在压圈4上，外铜屏蔽2的内层与压圈4之间设置有通风沟10，外铜屏蔽2的外层设置有多个进风道11。所述压圈4内部设置有多个径向风道9，径向风道9沿径向方向贯穿整个压圈4、沿压圈4的圆周方向均匀分布。

内芯铜屏蔽1的厚度为5mm-10mm，本实施例取为6mm。外铜屏蔽2的厚度为3mm-8mm，本实施例取为4mm。往复式风道3的宽度为3mm-8mm，本实施例取为4mm。外铜屏蔽2外层的进风道11的截面为圆形，圆形的直径为8mm-12mm，本实施例取为10mm。进风道11在同一径向高度处沿圆周方向均匀分布。

径向风道9沿轴向方向的截面为圆形，圆形的直径为8mm-12mm，本实施例取为10mm。径向风道9沿压圈4的圆周方向均匀分布，径向风道9的个数为10个-20个，本实施例取为15个。外铜屏蔽2和压圈4之间通风沟10的宽度为8mm-12mm，本实施例取为10mm。

具体的冷却流体由原来仅在实心铜屏蔽和实心压圈的表面流动改变为在铜屏蔽内部往复式风道3、压圈4内部径向风道9、外铜屏蔽2和压圈4之间通风沟10以及铜屏蔽14和压圈4表面流动。在汽轮发电机轴流式风扇的作用下端部区域一路冷却流体通过外铜屏蔽2外层的进风道11进入到往复式风道3，增大了冷却流体与内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2的接触面积，加快了内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2表面周围冷却流体的速度，明显地降低了铜屏蔽14的最高温度，从往复式风道3流出的冷却流体进入到导风沟12。另一路冷却流体直接进入到通风沟10后，一部分冷却流体进入到径向风道9，增大了冷却流体与压圈4的接触面积，提高了压圈4的表面散热系数，降低了压圈4的最高温度，从径向风道9流出的冷却流体直接进入到导风沟12；另一部分冷却流体通过通风沟10进入到导风沟12，这部分冷却流体可以有效地带走外铜屏蔽2和压圈4的热量，进一步降低了外铜屏蔽2和压圈4的最高温度。弓形导风板6的形状呈现弓形，减小了发电机端部区域的通风损耗。

大型汽轮发电机端部区域铜屏蔽和压圈的温度往往很高，本发明通过设置内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2，形成了往复式风道3。往复式风道3能够有效地增大冷却流体与内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2的接触面积，加快内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2表面周围的流体速度，进而降低了铜屏蔽14的最高温度。外铜屏蔽2和压圈4之间通风沟10内的冷却液体起到了增大外铜屏蔽2和压圈4表面散热系数的作用，提高了冷却流体带走外铜屏蔽2和压圈4热量的能力，进一步的降低了外铜屏蔽2和压圈4的最高温度。压圈4内部的径向风道9内冷却流体也起到了降低压圈温度的作用。本发明显著地降低了铜屏蔽14和压圈4的最高温度，提高了汽轮发电机稳定运行的能力，并且节省了铜屏蔽14和压圈4的材料，降低了成本。

具体实施方式二：结合图2、图3、图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于：还包括真空腔7，所述真空腔7设置在邻近压圈内径的压圈4内部，真空腔7的腔体内壁上设置有反热层8。所述真空腔7腔体靠近压圈内径一面的内壁上未设置反热层8。压圈4中的真空腔7可以大大地阻碍压圈4内径区域的热量向压圈4内部以及压指5中流动。真空腔7壁面的铝箔层构成了反热层8，反热层8可以有效地对热辐射进行反射，降低了从压圈4内径区域辐射到压圈4内部以及压指5的热量，显著地降低了压圈4和压指5的最高温度。

真空腔7沿径向方向的截面为矩形，矩形宽度为压圈4高度的六分之一。真空腔7壁面的反热层8的厚度为2mm-4mm，本实施例取为2mm。其它具体实施方式与实施方式一相同，具体不再赘述。

具体实施方式三：结合图2、图3、图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于真空腔7沿径向方向的截面为“L”形，反热层8紧贴在“L”形真空腔7的壁面。截面为“L”形的真空腔7与压圈4的接触面积较大，可以进一步阻碍压圈4内径区域的热量向压圈4内部以及压指5中流动。其它具体实施方式与实施方式二相同，具体不再赘述。

具体实施方式四：结合图2、图3、图6说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：压圈4的内径底部开设有凹槽13，凹槽13的深度为10mm-15mm，本实施例取为12mm。凹槽一方面增大了外铜屏蔽2和压圈4之间通风沟10的通风截面积，使得汽轮发电机端部区域内更多的冷却流体进入到通风沟10内，加快了外铜屏蔽2和压圈4之间通风沟10内冷却流体的速度，另一方面还增大了冷却流体与压圈4的接触面积，提高了冷却流体带走压圈4热量的能力，显著地降低了压圈4的最高温度。其它具体实施方式与实施方式二相同，具体不再赘述。

具体实施方式五：结合图2、图3、图7说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：所述外铜屏蔽2的外层上端段倾斜设置，外层上端段与垂直方向的夹角为10°-30°，本实施例的倾斜夹角取为20°。外铜屏蔽2的外层上端段倾斜设置，增大了进入到往复式风道3内冷却流体的流量，加快了往复式风道3内冷却流体的速度，提高了冷却流体带走内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2热量的能力，进一步降低了内芯铜屏蔽1和外铜屏蔽2的最高温度。其它具体实施方式与实施方式二相同，具体不再赘述。

具体实施方式六：结合图2、图3、图8说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：所述径向风道9的轴向截面的面积沿径向方向逐渐减小，这样可以使得径向风道9内冷却流体的速度沿径向方向逐渐增加，抵消了冷却流体温度升高导致其冷却效果变差的影响，增强了冷却流体带走压圈4热量的能力，进一步降低了压圈4的最高温度。其它具体实施方式与实施方式二相同，具体不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，包括压指、压装在压指上的压圈、固定在压圈上的铜屏蔽、固定在铜屏蔽外径处的弓形导风板，压圈与弓形导风板之间设置有导风沟，其特征在于：所述铜屏蔽包括内芯铜屏蔽和外铜屏蔽，所述内芯铜屏蔽设置在外铜屏蔽的腔体内，且其外径端与弓形导风板固定连接，内芯铜屏蔽与外铜屏蔽内壁之间的风道为往复式风道；外铜屏蔽固定在压圈上，外铜屏蔽的内层与压圈之间设置有通风沟，外铜屏蔽的外层设置有多个进风道，所述压圈内部设置有多个径向风道。

2.根据权利要求1所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：还包括真空腔，所述真空腔设置在邻近压圈内径的压圈内部，真空腔的腔体内壁上设置有反热层。

3.根据权利要求2所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述真空腔沿径向方向的截面为矩形或“L”形，所述真空腔腔体靠近压圈内径一面的内壁上未设置反热层。

4.根据权利要求3所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述压圈的内径底部开设有凹槽，凹槽的深度为10 mm-15 mm。

5.根据权利要求3所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述外铜屏蔽的外层上端段倾斜设置，外层上端段与垂直方向的夹角为10°-30°。

6.根据权利要求3所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述径向风道的轴向截面的面积沿径向方向逐渐减小。

7.根据权利要求6所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述径向风道沿轴向方向的截面为圆形。

8.根据权利要求1或6所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述径向风道沿径向方向贯穿整个压圈、沿压圈的圆周方向均匀分布。

9.根据权利要求1所述的汽轮发电机往复式氢内冷端部通风冷却装置，其特征在于：所述进风道在同一径向高度处沿圆周方向均匀分布。