CN106688164A - 用于发电厂的发电机 - Google Patents

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克里斯托夫·埃弗斯
西蒙·格茨
埃斯特班·格劳索尔亚拉因
奥利弗·哈伯雷尔
马库斯·哈格多恩
克里斯蒂安·耶克尔
马里奥·克贝
马蒂亚斯·科瓦尔斯基
奥默·姆尔库利奇
马库斯·默尔德斯
卡罗琳·席尔德
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Abstract

本发明涉及一种用于发电厂的发电机(10)以及一种用于冷却发电机的方法。发电机具有电子(20)和转子(30)，其中定子(20)引导导电体(22)。导电体(22)在定子(20)的至少一个端部处构成绕组头(24)，并且发电机(10)具有用于冷却所述绕组头(24)的风扇(40)。风扇(40)产生指向绕组头(24)的冷却空气流动，所述冷却空气流动具有轴向分量和径向分量。

Description

用于发电厂的发电机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于发电厂的发电机以及一种根据权利要求11的前序部分的用于冷却发电机的方法。
背景技术
在涡轮发电机中，定子的各个棒之间的连接借助于所谓的绕组头来进行。在绕组头中，沿切向方向以及沿径向方向引导棒，使得要连接的棒并列地位于绕组头的端部上。所述棒必须彼此电连接，其中所述连接能够以不同方式执行。一方面存在下述可能性：一个棒的各个子导体与第二棒的子导体连接，这称作为子导体互连。另一方面存在下述可能性：将一个棒的子导体组合成束并且将所述束分别与配合棒的束连接，这称作为束连接。第三变型形式在于：棒的子导体完全彼此焊接并且与配合棒的连接实心地借助接片构成。所有连接方式的共同之处在于：所述连接必须手工地建立并且事后施加绝缘部。在使用接片的情况下，出现附加的电阻损耗，所述电阻损耗引起绕组头的发热。由于温度提高，出现电阻的进一步升高并进而出现发电机的效率的进一步降低。
在许多涡轮发电机中，绕组头上的接片连接部为限制功率的构件。所述限制由接片因电阻的发热而造成。
迄今，接片连接部构成为具有尽可能薄的绝缘部，以便确保从外部的良好的间接冷却。薄的绝缘部通常只有在相邻的接片有小的电压差的情况下是可能的。在相过渡部处，施加厚的绝缘部。
附加地，尤其定子绕组头的冷却通过转子上的通风装置进行。在此，通风装置叶片相对于转子的中轴线径向地设置，并且产生轴向的空气流，所述空气流还冷却定子绕组头。
EP 0 643 465 A1描述一种空气冷却的旋转电机。JP S53 115304 U描述一种具有绕组头的机器。JP S58 145066 U描述一种具有绕组头的机器。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有改进的冷却和与此关联的更高效率的发电机。
具有权利要求1的特征的根据本发明的发电机相对于从现有技术中已知的发电机提供下述优点：通过风扇产生冷却空气流，所述冷却空气流通过下述方式减小接片连接部或定子绕组头上的热负荷，即通过具有径向分量和轴向分量的冷却空气流更高效地导出热量。通过绕组头的改进的冷却，在结构大小相同时，具有更高效率或更大功率的发电机是可能的。
通过在从属权利要求中提出的措施，在从属权利要求中说明的发电机的有利的改进方案和改善方案是可能的。
根据本发明，风扇具有第一区域和第二区域，所述第一区域产生相对于转子的中轴线轴向地定向的冷却空气流，所述第二区域产生相对于转子的中轴线径向地或斜向地定向的冷却空气流。通过所述解决方案，沿轴向方向的冷却空气流保留并且通过沿径向方向或斜向方向的附加的冷却空气流补充，使得能够实现对绕组头的优化的迎流和与此关联的改进的散热。
在此，特别有利的是，第一区域围绕转子的中轴线同心地构成，并且第二区域至少分部段地、优选同心地包围第一区域。通过所述解决方案，在没有附加的导向叶片的情况下实现冷却空气流的更宽的成扇形散开，由此发电机的构造简单且成本适宜的实施方案是可能的。
一个优选的实施变型形式具有带有至少一个风扇叶片的风扇，其中所述风扇叶片具有第一部段和第二部段，所述第一部段相对于转子的中轴线径向地伸展，所述第二部段相对于转子的中轴线以10°至90°的角度伸展。这种风扇叶片在其第一部段中产生轴向的冷却空气流并且在其第二部段中产生相对于轴向的冷却空气流径向的或斜向的冷却空气流。特别有益的是，第二部段相对于转子的中轴线成30°至75°的角度构成，因为这样通过第二区域产生有益的、相对于中轴线斜向地伸展的冷却空气流。
在此，特别优选的是，第二部段沿转子的中轴线的径向方向在外部连接于风扇叶片的第一部段。由此，在内部通过第一区域产生基本上轴向的冷却空气流，而第二区域产生斜向的冷却空气流。以所述方式，借助风扇或借助风扇叶片能够产生具有径向或斜向分量和轴向分量的冷却空气流。
一个有利的改进方案在于，风扇叶片L形地构成。由此，在风扇叶片的远离中轴线的端部处形成径向取向的冷却空气流动，而在冷却空气叶片的朝向中轴线取向的端部处构成轴向的流动。
一个有利的改进方案在于，风扇叶片在从转子的中轴线到其背离转子的端部区域的方向上渐缩。由此，能够将运动质量保持得小，并且节约风扇叶片上的材料。
替选地，提出下述实施方式，在所述实施方式中，风扇具有第一风扇叶轮和第二风扇叶轮，所述第一风扇叶轮用于产生相对于转子的中轴线轴向的空气流，并且所述第二风扇叶轮产生相对于转子的中轴线径向的或斜向的空气流。通过具有轴向通风装置和径向通风装置的风扇，同样能够以简单的且成本适宜的方式产生冷却空气流，所述冷却空气流除了轴向分量之外也具有径向分量或斜向分量。
在此特别有利的是，第二风扇叶轮环形地构成，其中第一风扇叶轮和第二风扇叶轮彼此同心地设置。由此，能够实现风扇叶轮相互间简单的定位和固定，其中第一风扇叶轮设置在环形的第二风扇叶轮的内部。
在此，特别有利的是，在风扇上构成环，所述环是对第一内部风扇叶轮的外部限界部以及对第二风扇论的内部限界部。因此，第一风扇叶轮和第二风扇叶轮能够简单地安装在共同的壳体中或者作为组件预制成，这减少安装耗费。
在本申请中，将术语“径向地”或“斜向地”不仅理解成相对于转子的中轴线成90°或45°的角度，而且还构成5°至大约100°的角度范围，并且用于限制相对于转子的中轴线轴向的流动，所述流动基本上在大约0°的角度中，即平行于中轴线。
附图说明
下面，根据所附的附图阐述根据本发明的发电机的实施例。相同的构件或具有相同功能的构件在此用相同的附图标记表示。
图1示出贯穿根据本发明的发电机的剖面图。
图2示出发电机的局部，其中示出具有风扇叶片的转子以及气流导向板。
图3示出根据本发明的发电机的风扇叶片。
图4示出具有根据本发明的风扇叶片的转子的驱动轴的3D图。
图5示出根据本发明的发电机的组合的径向/轴向通风装置的前视图。
图6示出组合的径向/轴向通风装置的侧视图。
具体实施方式
在图1中示出用于发电厂的发电机10。该发电机具有定子20，在所述定子中设置有转子30。转子30具有驱动轴31，所述驱动轴可旋转地支承在两个轴承35、46上。中轴线32伸展穿过转子30的驱动轴31。定子20在两侧上通过分隔板25遮住。定子20具有定子本体21，导电体22在端侧27上从所述定子本体中出来并且构成绕组头24。为了连接导电体22，在端部上设有接片23，在绕组头24中两个相邻的导电体22经由所述接片彼此连接。
在转子30上固定有风扇40，这在示出的简单实施方式中具有风扇叶片45，所述风扇叶片如在图2中示出的那样固定在转子的驱动轴31上。风扇叶片45均匀地分布在驱动轴31的环周上并且与分隔板25一起在一个平面中伸展，所述分隔板对定子20侧向地限界并且将风扇40的吸力侧28与风扇40的压力侧29分开。风扇叶片45具有叶根52，所述叶根可固定在驱动轴31的槽51中。对此，在驱动轴31上设有张紧元件53，所述张紧元件借助于螺丝54可固定在驱动轴31上并进而可靠地固定风扇叶片45的叶根52。风扇叶片45具有第一区域42，所述第一区域相对于转子30的或驱动轴31的中轴线32径向地或垂直地伸展。第一区域42构成为用于，产生冷却空气流动，所述冷却空气流动相对于转子30的中轴线32轴向地伸展。径向向外连接有第二区域44，所述第二区域同心地包围第一区域42。第二区域44构成为用于，以相对于转子的中轴线成5°至大约100°的角度构成冷却空气流动，所述冷却空气流动下面称作为径向的或斜向的冷却空气流动。
在图3中示出风扇叶片45。风扇叶片45具有第一部段47，所述第一部段相对于转子30的中轴线32径向伸展，其中沿径向方向向外连接有第二部段48，所述第二部段相对于转子30的中轴线32以大约30°的角度伸展。替选地，也可以考虑在大约5°和大约85°之间、优选在30°和60°之间的其他角度α。在此，第一部段47在转子30的驱动轴31旋转时产生冷却空气流动的轴向定向的第一区域42，而风扇叶片45的第二部段48产生冷却空气流动的斜向的或径向的第二区域44。
风扇叶片45在背离驱动轴线31的端部49处具有渐缩部46，以便减小风扇叶片45的端部49处的压力波动，并且将运动的质量尽可能密集地集中在转子31上。在图4中再次以立体图示出驱动轴和风扇的组合。
图5示出风扇40的一个替选的实施方式。在转子30的驱动轴31上设置有第一风扇叶轮50，用于产生沿轴向方向、平行于转子30的中轴线32的冷却空气流。第一风扇叶轮50向外通过环70限界，其中环70同时形成第一风扇叶轮50的外径以及第二风扇叶轮60的内径，所述第二风扇叶轮围绕第一风扇叶轮50环形地构成并且构成相对于转子30的中轴线32径向的或斜向的冷却空气流。在此，环70将构成为轴向通风装置的第一风扇叶轮50的轴向冷却空气流与构成为径向通风装置的第二风扇叶轮60的冷却空气流分开。图6附加地以侧视图示出图5中的通风装置。
在发电机10运行时，转子30的驱动轴31旋转。在此，通过风扇40，在分隔板25的吸力侧28上抽吸空气，并且输送到压力侧29上。空气的流动在此通过图1中的小箭头表示。空气沿轴向方向穿过定子20的端侧27中的开口流入发电机10中或流入转子30的驱动轴31与定子本体21之间并且在定子20的外侧上又向回流。通过根据本发明的解决方案，实现利用冷却空气对绕组头24明显更好的、直接的迎流并且进而实现对绕组头24更好的冷却。
在闭合的冷却系统中，替代空气也可以使用其他冷却介质。

Claims (10)

1.一种用于发电厂的发电机(10)，所述发电机具有定子(20)和转子(30)，
其中所述定子(20)引导导电体(22)，
其中所述导电体(22)在所述定子(20)的至少一个端部处构成绕组头(24)，并且
其中所述发电机(10)具有用于冷却所述绕组头(24)的风扇(40)，
其中
所述风扇(40)产生指向所述绕组头(24)的冷却空气流动，所述冷却空气流动具有轴向分量和径向分量，
其特征在于，
所述风扇(40)具有：第一区域(42)，所述第一区域产生相对于所述转子(30)的中轴线(32)轴向地定向的冷却空气流；
和第二区域(44)，所述第二区域产生相对于所述转子(30)的所述中轴线(32)径向或斜向地定向的冷却空气流。
2.根据权利要求1所述的发电机(10)，
其特征在于，
所述第一区域(42)围绕所述转子(30)的所述中轴线(32)同心地构成，并且所述第二区域(44)优选同心地包围所述第一区域(42)。
3.根据权利要求1或2所述的发电机(10)，
其特征在于，
所述风扇(40)具有至少一个风扇叶片(45)，
其中至少一个所述风扇叶片(45)具有：第一部段(47)，所述第一部段相对于所述转子(30)的中轴线(32)径向地伸展；
和第二部段(48)，所述第二部段相对于所述转子(30)的所述中轴线(32)以5°至85°的角度、优选在30°和60°之间的角度伸展。
4.根据权利要求3所述的发电机(10)，
其特征在于，
所述第二部段(48)关于所述转子(30)的所述中轴线(32)径向地在外部连接于所述风扇叶片(45)的所述第一部段(47)。
5.根据权利要求3或4所述的发电机(10)，
其特征在于，
至少一个所述风扇叶片(45)L形地构成。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的发电机(10)，
其特征在于，
至少一个所述风扇叶片(45)沿着从所述转子(30)的所述中轴线(32)到所述风扇叶片的背离所述转子(30)的端部区域(49)渐缩。
7.根据权利要求1或2所述的发电机(10)，
其特征在于，
所述风扇(40)具有：第一风扇叶轮(50)，用于产生相对于所述转子(30)的中轴线(32)轴向的空气流；和第二风扇叶轮(60)，用于产生相对于所述转子(30)的所述中轴线(32)径向的或斜向的空气流。
8.根据权利要求7所述的发电机(10)，
其特征在于，
所述第二风扇叶轮(60)环形地构成，其中所述第一风扇叶轮(50)和所述第二风扇叶轮(60)相对于彼此同心地设置，并且
其中所述第一风扇叶轮(50)产生相对于所述中轴线(32)轴向的空气流，并且所述第二风扇叶轮(60)产生相对于所述中轴线(32)径向的或斜向的空气流。
9.根据权利要求8所述的发电机(10)，
其特征在于，
在所述风扇上设置有用于对所述第一风扇叶轮(50)限界的环(70)，
其中所述用于对所述第一风扇叶轮(50)限界的环(70)设置在所述第一风扇叶轮(50)的外径上，所述用于对所述第一风扇叶轮(50)限界的环(70)形成所述第二风扇叶轮(60)的内径并且在此将轴向的空气流与径向的或斜向的空气流分开。
10.一种用于冷却发电机(10)的方法，所述发电机具有定子(20)和转子(30)，
其中在所述定子(20)中引导导电体(22)，
其中所述导电体(22)在所述定子(20)的至少一个端部处构成绕组头(24)，并且
其中所述发电机(10)具有用于冷却所述绕组头(24)的风扇(40)，
其特征在于，
通过所述风扇(40)产生冷却空气流，
其中所述绕组头(24)通过指向其的冷却空气流动来冷却，所述冷却空气流动具有轴向分量和径向分量，其特征在于，所述风扇具有第一区域和第二区域，所述第一区域产生相对于所述转子的中轴线轴向地定向的冷却空气流，所述第二区域产生相对于所述转子的所述中轴线径向地或斜向地定向的冷却空气流。
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