CN105939070B - 一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，它涉及电机领域。本发明为了解决现有汽轮发电机定子区域各构件温度高的问题。定子铁心段沿轴向方向等间距安装，相邻定子铁心段之间留有定子径向通风沟，定位筋安装在定子铁心段的外径处，定子铁心段内开设有定子轴向通风道，导风环连通相邻的定子轴向通风道。紧贴式轴向通风道与定子下层线棒和定子上层线棒接触，紧贴定子铁心式轴向通风道位于定子铁心段内，紧贴定子槽楔式轴向通风道位于定子槽楔内。矩阵式轴向通水道位于定子绕组绝缘内，并且与定子绕组接触，矩阵式轴向通水道内通有冷却水。本发明增强了汽轮发电机定子区域各构件的冷却效果，结构简单，便于实现。

Description

一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子
技术领域
本发明涉及一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，属于电机领域。
背景技术
随着国民经济的快速发展，电力能源已经成为社会发展和居民生活所必需的重要动力能源和物质基础之一。大型电站中核心设备汽轮发电机的容量较大，其热负荷和电磁负荷也很高，使得汽轮发电机定子区域内各构件的温度较高。此外，汽轮发电机的轴向长度较长，轴向方向温差会导致定子线棒在轴向方向存在热应力和热变形，直接影响到定子绕组绝缘的使用寿命。汽轮发电机稳定运行时定子区域内各部件产生的热量被周围的冷却介质带走，然而不合理的汽轮发电机定子通风冷却系统会导致定子区域内各构件的热量不能被及时散发出去，导致定子铁心和定子绕组的温度急剧增加，甚至超过容许温升，严重威胁汽轮发电机的安全稳定运行。
为了能够降低汽轮发电机定子铁心和定子绕组的温度，利用最经济的风量来有效地带走汽轮发电机定子区域产生的热量，可以采用新型汽轮发电机定子通风冷却系统，加快定子区域内冷却流体的流动速度，增大定子铁心、定子绕组与冷却流体的接触面积，提高定子铁心和定子绕组表面散热系数，进而降低汽轮发电机定子区域各构件的温度以及减小定子铁心和定子线棒在轴向方向的温差，保证汽轮发电机安全、稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，以解决由于汽轮发电机定子区域通风设计不合理而导致的定子铁心和定子绕组温度过高的问题，提高了汽轮发电机内冷却流体的利用率，有效地降低了定子区域各构件的温度，减小了定子铁心和定子绕组在轴向方向的温差，提高了汽轮发电机安全稳定运行的能力。
本发明的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，它包括定子铁心段、定子轴向通风道、定子径向通风沟、定位筋、定子下层线棒、层间绝缘、定子上层线棒、紧贴式轴向通风道、定子槽楔、定子和转子之间气隙、转子、转子轴向通风道、导风环和矩阵式轴向通水道。定子下层线棒由定子下层绕组和定子下层绕组绝缘组成，定子上层线棒由定子上层绕组和定子上层绕组绝缘组成，紧贴式轴向通风道由紧贴定子铁心式轴向通风道和紧贴定子槽楔式轴向通风道组成。定子铁心段沿轴向方向等间距安装，相邻定子铁心段之间留有定子径向通风沟，定位筋安装在定子铁心段的外径处，定子铁心段内开设有定子轴向通风道，导风环连通相邻的定子轴向通风道。紧贴式轴向通风道与定子下层线棒和定子上层线棒接触，紧贴定子铁心式轴向通风道位于定子铁心段内，紧贴定子槽楔式轴向通风道位于定子槽楔内。矩阵式轴向通水道位于定子绕组绝缘内，并且与定子绕组接触，矩阵式轴向通水道内通有冷却水。
作为优选，所述的定子径向通风沟的宽度为4 mm至12 mm。定子轴向通风道的截面为圆形，圆形的直径为5 mm至15 mm。在定子铁心段的齿部沿径向方向均匀地开设有2排至6排定子轴向通风道。在定子铁心段的轭部沿径向方向均匀地开设有4排至8排定子轴向通风道。紧贴式轴向通风道的截面为正方形，正方形的边长为4 mm至14 mm。矩阵式轴向通水道的截面为长方形，长方形的长边长度为紧挨着的定子绕组边长的一半，长方形的短边宽度为定子绕组绝缘厚度的一半。矩阵式轴向通水道内冷却水的流动方向与定子轴向通风道内冷却流体的流动方向相反。矩阵式轴向通水道内冷却水的流速为0.5 m/s至3 m/s。汽轮发电机的风扇采用抽风式多级风扇。
作为优选，所述的定子轴向通风道的直径沿轴向方向从发电机的非风扇端到发电机的风扇端逐渐减小。可以使得定子轴向通风道内冷却流体的速度从发电机的非风扇端到发电机的风扇端逐渐增大，增强了定子轴向通风道内冷却流体带走定子铁心段热量的能力，抵消了定子轴向通风道内冷却流体温度升高导致冷却能力变差的影响。
作为优选，所述的紧贴式轴向通风道的截面为梯形，梯形的底边与定子线棒接触。增大了紧贴式轴向通风道内冷却流体与定子线棒的接触面积，带走了定子线棒更多的热量，进一步降低了定子线棒的温度。
作为优选，所述的定子铁心段的每个齿部沿周向方向均匀地开设有2列定子轴向通风道，定子轴向通风道的截面为圆形。增大了定子轴向通风道内冷却流体与定子铁心段齿部的接触面积，提高了定子铁心段齿部表面散热系数，带走定子铁心段齿部更多的热量，进一步降低了定子铁心段齿部的温度。
作为优选，所述的定子轴向通风道沿径向方向交错排布。提高了定子轴向通风道内冷却流体的利用率，可以更加充分地冷却定子铁心段，进一步降低了定子铁心段的温度。
本发明的优点：大型汽轮发电机定子铁心和定子绕组的温度往往较高，本发明通过定子铁心内开设的定子轴向通风道、定子径向通风沟、紧贴式轴向通风道以及定子绕组绝缘内开设的矩阵式轴向通水道的设置，形成了多路交错式定子通风冷却系统。增大了定子铁心与冷却流体的接触面积，明显地提高了定子铁心表面散热系数，降低了定子铁心的温度，使得定子铁心圆周方向的温度分布更加均匀，同时，减小了定子铁心和定子绕组在轴向方向的温差。此外，矩阵式轴向通水道内通有的冷却水充分接触定子绕组和定子绕组绝缘，有效地带走了发热严重的定子绕组的热量，减少了从定子绕组传向定子绕组绝缘的热量，降低了定子绕组和定子绕组绝缘的温度。本发明所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子能够有效地增强定子区域的散热能力，提高了汽轮发电机内冷却流体的利用率，明显地降低了定子区域的最高温度，并且节省了定子铁心和定子绕组绝缘的材料，降低了成本。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明所述一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子的轴向剖视图；
图2为本发明所述一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子的圆周方向局部剖视图；
图3为本发明所述一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子槽的圆周方向局部剖视图；
图4为本发明所述一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子轴向通风孔的轴向方向剖视图；
图5为本发明具体实施方式二所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子轴向通风孔的轴向方向剖视图；
图6为本发明具体实施方式三所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子的圆周方向局部剖视图；
图7为本发明具体实施方式四所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子的圆周方向局部剖视图；
图8为本发明具体实施方式五所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子中定子的圆周方向局部剖视图。
图中：1-定子铁心段；2-定子轴向通风道；3-定子径向通风沟；4-定位筋；5-定子下层线棒；6-层间绝缘；7-定子上层线棒；8-紧贴式轴向通风道；9-定子槽楔；10-定子和转子之间气隙；11-转子；12-转子轴向通风道；13-导风环；14-矩阵式轴向通水道。图中箭头所示为一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子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，图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，它包括定子铁心段1、定子轴向通风道2、定子径向通风沟3、定位筋4、定子下层线棒5、层间绝缘6、定子上层线棒7、紧贴式轴向通风道8、定子槽楔9、定子和转子之间气隙10、转子11、转子轴向通风道12、导风环13和矩阵式轴向通水道14。定子下层线棒5由定子下层绕组5-1和定子下层绕组绝缘5-2组成，定子上层线棒7由定子上层绕组7-1和定子上层绕组绝缘7-2组成，紧贴式轴向通风道8由紧贴定子铁心式轴向通风道8-1和紧贴定子槽楔式轴向通风道8-2组成。定子铁心段1沿轴向方向等间距安装，相邻定子铁心段1之间留有定子径向通风沟3，定位筋4安装在定子铁心段1的外径处，定子铁心段1内开设有定子轴向通风道2，导风环13连通相邻的定子轴向通风道2。紧贴式轴向通风道8与定子下层线棒5和定子上层线棒7接触，紧贴定子铁心式轴向通风道8-1位于定子铁心段1内，紧贴定子槽楔式轴向通风道8-2位于定子槽楔9内。矩阵式轴向通水道14位于定子绕组绝缘内，并且与定子绕组接触，矩阵式轴向通水道14内通有冷却水。
定子径向通风沟3的宽度为4 mm至12 mm，本实施例取为6 mm。定子轴向通风道2的截面为圆形，圆形的直径为5 mm至15 mm，本实施例取为10 mm。在定子铁心段1的齿部沿径向方向均匀地开设有2排至6排定子轴向通风道2，本实施例取为4排。在定子铁心段1的轭部沿径向方向均匀地开设有4排至8排定子轴向通风道2，本实施例取为5排。紧贴式轴向通风道8的截面为正方形，正方形的边长为4 mm至14 mm，本实施例取为7 mm。矩阵式轴向通水道14的截面为长方形，长方形的长边长度为紧挨着的定子绕组边长的一半，长方形的短边宽度为定子绕组绝缘厚度的一半。矩阵式轴向通水道14内冷却水的流动方向与定子轴向通风道2内冷却流体的流动方向相反。矩阵式轴向通水道14内冷却水的流速为0.5 m/s至3 m/s，本实施例取为1 m/s。汽轮发电机的风扇采用抽风式多级风扇。
在原来仅有定子轴向通风道2的定子铁心内开设有定子径向通风沟3以及紧贴式轴向通风道8，同时，在原来实心定子绕组绝缘内开设有矩阵式轴向通水道14后，形成了多路交错式定子通风冷却系统。在抽风式多级风扇的作用下一路冷却流体沿轴向从发电机的非风扇端通过定子轴向通风道2和紧贴式轴向通风道8进入到发电机的风扇端，紧贴式轴向通风道8有效地增大了冷却流体与定子线棒的接触面积，使得定子线棒由原来的热传导散热改为对流和热传导混合散热，有效地带走了定子线棒的热量，同时，定子轴向通风道2和紧贴式轴向通风道8内冷却流体也有效地带走了定子铁心段1和定子槽楔9的热量，明显地降低了定子线棒、定子铁心段1和定子槽楔9的温度；另一路冷却流体通过冷却器进入到定子径向通风沟3，增大了冷却流体与定子铁心段1的接触面积，加快了定子铁心段1周围冷却流体的速度，明显地提高了定子铁心段1表面散热系数，进一步降低了定子铁心段1的温度。此外，矩阵式轴向通水道14内通有的冷却水充分接触定子绕组和定子绕组绝缘，有效地带走了发热严重的定子绕组的热量，减少了从定子绕组传向定子绕组绝缘的热量，降低了定子绕组和定子绕组绝缘的温度。矩阵式轴向通水道14内冷却水的流动方向与定子轴向通风道2内冷却流体的流动方向相反，可以确保汽轮发电机的温度沿轴向方向更加均匀地分布，减小了定子线棒在轴向方向的热应力。
具体实施方式二：结合图5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定子轴向通风道2的直径沿轴向方向从发电机的非风扇端到发电机的风扇端逐渐减小。可以使得定子轴向通风道2内冷却流体的速度从发电机的非风扇端到发电机的风扇端逐渐增大，增强了定子轴向通风道2内冷却流体带走定子铁心段1热量的能力，抵消了定子轴向通风道2内冷却流体温度升高导致冷却能力变差的影响。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图6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紧贴式轴向通风道8的截面为梯形，梯形的底边与定子线棒接触。增大了紧贴式轴向通风道8内冷却流体与定子线棒的接触面积，带走了定子线棒更多的热量，进一步降低了定子线棒的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图7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定子铁心段1的每个齿部沿周向方向均匀地开设有2列定子轴向通风道2，定子轴向通风道2的截面为圆形。增大了定子轴向通风道2内冷却流体与定子铁心段1齿部的接触面积，提高了定子铁心段1齿部表面散热系数，带走定子铁心段1齿部更多的热量，进一步降低了定子铁心段1齿部的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图8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定子轴向通风道2沿径向方向交错排布。提高了定子轴向通风道2内冷却流体的利用率，可以更加充分地冷却定子铁心段1，进一步降低了定子铁心段1的温度。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
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 (6)

1.一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：它包括定子铁心段（1）、定子轴向通风道（2）、定子径向通风沟（3）、定位筋（4）、定子下层线棒（5）、层间绝缘（6）、定子上层线棒（7）、紧贴式轴向通风道（8）、定子槽楔（9）、定子和转子之间气隙（10）、转子（11）、转子轴向通风道（12）、导风环（13）和矩阵式轴向通水道（14）；定子下层线棒（5）由定子下层绕组（5-1）和定子下层绕组绝缘（5-2）组成，定子上层线棒（7）由定子上层绕组（7-1）和定子上层绕组绝缘（7-2）组成，紧贴式轴向通风道（8）由紧贴定子铁心式轴向通风道（8-1）和紧贴定子槽楔式轴向通风道（8-2）组成；定子铁心段（1）沿轴向方向等间距安装，相邻定子铁心段（1）之间留有定子径向通风沟（3），定位筋（4）安装在定子铁心段（1）的外径处，定子铁心段（1）内开设有定子轴向通风道（2），导风环（13）连通相邻的定子轴向通风道（2）；紧贴式轴向通风道（8）与定子下层线棒（5）和定子上层线棒（7）接触，紧贴定子铁心式轴向通风道（8-1）位于定子铁心段（1）内，紧贴定子槽楔式轴向通风道（8-2）位于定子槽楔（9）内；矩阵式轴向通水道（14）位于定子绕组绝缘内，并且与定子绕组接触，矩阵式轴向通水道（14）内通有冷却水。
2.根据权利要求1所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：所述的定子径向通风沟（3）的宽度为4 mm至12 mm；定子轴向通风道（2）的截面为圆形，圆形的直径为5 mm至15 mm；在定子铁心段（1）的齿部沿径向方向均匀地开设有2排至6排定子轴向通风道（2）；在定子铁心段（1）的轭部沿径向方向均匀地开设有4排至8排定子轴向通风道（2）；紧贴式轴向通风道（8）的截面为正方形，正方形的边长为4 mm至14 mm；矩阵式轴向通水道（14）的截面为长方形，长方形的长边长度为紧挨着的定子绕组边长的一半，长方形的短边宽度为定子绕组绝缘厚度的一半；矩阵式轴向通水道（14）内冷却水的流动方向与定子轴向通风道（2）内冷却流体的流动方向相反；矩阵式轴向通水道（14）内冷却水的流速为0.5 m/s至3 m/s；汽轮发电机的风扇采用抽风式多级风扇。
3.根据权利要求1所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：所述的定子轴向通风道（2）的直径沿轴向方向从发电机的非风扇端到发电机的风扇端逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：所述的紧贴式轴向通风道（8）的截面为梯形，梯形的底边与定子线棒接触。
5.根据权利要求1所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：所述的定子铁心段（1）的每个齿部沿周向方向均匀地开设有2列定子轴向通风道（2），定子轴向通风道（2）的截面为圆形。
6.根据权利要求1所述的一种利于散热的抽风式汽轮发电机定子，其特征在于：所述的定子轴向通风道（2）沿径向方向交错排布。
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